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成都山地所研究揭示耕作对土壤结构具有双重的负面影响

  土壤结构的稳定性决定了土壤质量的好坏,而土壤团聚体是土壤结构最基本的物质基础,也是土壤最重要的组成部分。土壤团聚体的稳定性对土壤物理性质以及植物的生长具有极大的影响,团聚体稳定性是土壤复杂生物、化学和物理过程综合作用的结果,包括机械稳定性和水稳性。已有的研究涉及到团聚体的水稳性,主要集中于一些土壤理化性质对团聚体结构的间接影响,而强烈耕作直接导致的土壤结构稳定性变化的机理还不清楚。 
  中国科学院成都山地灾害与环境研究所张建辉研究员、王勇博士等通过模拟强烈耕作、环境核素示踪等手段研究了四川紫色土丘陵区坡耕地强烈耕作对土壤结构变化的影响机制。结果表明,强烈耕作后<0.25mm粒径非水稳性团聚体含量比耕作前平均增加了36.98%(32.62~42.14%)(图1),揭示了强烈耕作对土壤团聚体具有较强的破碎作用。强烈耕作导致水稳性团聚体的平均质量直径(MWD)、平均几何直径(GMD)的变异系数分别增加了96.80%和86.15%,表明坡耕地不同景观位置土壤结构均发生了显著的变化。强烈耕作后MWD和GMD值比耕作前均明显减少,但顺坡沿下坡方向,MWD和GMD值减少幅度逐渐降低,揭示了耕作造成坡面土壤结构稳定性明显降低,并且坡面位置间明显不同的变化。强烈耕作后,MWD值(或GMD值)在上坡和下坡均呈现显著降低,而在中坡没有明显的变化。耕作的剪切效应使大团聚体转变为小团聚体;同时表土层之下的土层(或母质)物质被耕入表土层产生稀释效应,降低其团聚体的含量。该研究最终指出,强烈耕作对坡耕地土壤结构稳定性具有两方面的重要影响:即耕作引起土壤向下坡传输和耕作伴随着机械破碎的双重作用共同改变了坡面土壤结构的稳定性。 
  该研究成果近期以“Influences of intensive tillage on water-stable aggregate distributions within the steep hillslope landscape”为题发表于国际专业期刊Soil and Tillage Research (2015, 151: 82-92)。  

  该研究得到了国家自然科学基金项目(41271242和41401313)和中国科学院成都山地所“一三五”项目(SDS-135-1206)的资助。 


不同坡位各级水稳性团聚体的分布:(a)耕作前;(b)20次耕作

强烈耕作后平均质量直径(MWD)、平均几何直径(GMD)在不同坡位的变化:(a)MWD;(b)GMD

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