稻田土壤结构与有机氮矿化的关系

发布时间：2020-03-25 06:08

【摘要】：为进一步探究水稻土结构与土壤有机氮矿化之间的关系,本文采用我国稻麦轮作区(江苏省宜兴市)的湖白土型水稻土HBS,通过三种不同搅拌强度(不搅拌、搅拌3min和搅拌10min)结合室内有机氮矿化培养试验,利用湿筛法测定团聚体分布及稳定性,X射线CT扫描和图像分析获取孔隙结构信息,定量研究了土壤团聚体和孔隙大小分布与有机氮矿化之间的关系。另又选取南北方典型稻田土壤(粘红壤型水稻土RS、草甸土型水稻土BS,探究不同容重下(1.0 g·cm~(-3)、1.2g·cm~(-3)和1.4g·cm~(-3))水稻土结构特征与有机氮矿化之间的关系,以期为水稻土科学耕作培肥提供理论依据。主要研究结果如下:(1)搅拌会破坏水稻土结构,降低有机氮矿化量,搅拌强度对氮素矿化影响较小。与不搅拌(CK)处理相比,低强度搅拌(LES)和高强度搅拌(HES)两处理中粒径大于1mm的团聚体含量和平均重量直径(mean weight diameter,MWD)均显著降低(P0.05),LES和HES处理间没有显著的差异。CT图像显示CK、LES和HES处理的团聚体孔隙度分别为3.3%、3.2%和3.3%,但土壤孔隙形态有明显差异。CK处理的条状大孔隙分布较多;搅拌后的孔隙多为圆球状,离散分布。矿化培养第一周内,搅拌两处理的土壤有机氮矿化量激增,待培养结束时累积矿化氮量(N28)和氮矿化潜势(N0)均为CKLESHES处理,CK处理显著高于搅拌两处理(P0.05),搅拌两处理间没有显著差异。相关分析表明,土壤有机氮矿化主要取决于粒径0.25mm的团聚体(A0.25)和当量直径为30-100μm的孔隙数量(P30-100)。搅拌强度对土壤有机氮矿化的影响不显著。(2)北方水稻土随着容重升高,土壤团聚体孔隙度降低,总氮矿化量降低;南方水稻土随着容重升高,土壤团聚体孔隙度降低,总矿化氮量在1.2g·cm~(-3)时最高。CT图像定量分析显示在相同容重条件下(1.4g·cm~(-3)除外),北方土壤(BS)的团聚体孔隙度高于南方土壤(RS)。随着容重的升高,两种土壤的团聚体孔隙度均显著降低。BS的容重越高,土壤结构中当量直径30μm的孔隙占团聚体孔隙百分比越低;RS在1.2g·cm~(-3)容重时当量直径100μm的通气孔隙占团聚体孔隙百分比最高,容重增大或降低均会减少通气孔隙的百分比。淹水密闭培养28d后,BS和RS的累积矿化氮量差异不显著,但BS的矿化势N_0显著高于RS(P0.05)。随着土壤容重的升高,BS和RS的累积矿化氮量均呈下降的趋势。在同一种土壤的相同容重下,经过矿化培养后,与未破坏土壤(BD_(1.2))相比,经过破坏的土壤(D_(1.2))在各时期内累积氮矿化量均显著降低(P0.05)。总体而言,南北方土壤上当量直径30μm的孔隙均可促进土壤有机氮矿化;土壤结构受破坏会显著降低有机氮矿化量(P0.05)。
【图文】：

3焰光度法测定。利用中国科学院南京土壤研究所的纳米工业显微 CT GE，Sensing and Inspection Technologies, GmbH, Wu理选择三个重复样品进行扫描。扫描电压 110kV，扫品固定于样品台上，从 0 到 360°匀速旋转，在此过程atosx2 Rec 软件进行图像重建，再利用 VGStudio Max度值范围为 0-255，存储为 tiff 格式。进行图像预处理和二值化，为了避免采样过程对样品的 800×800×800 体元作为感兴趣区域（Region of inter，ROI 实际大小为 10.4×10.4×10.4mm3，试验三的分辨0×10mm3。图像二值化后，土柱孔隙结构的可视化通过tim（www.quantim.ufz.de）获取土壤孔隙结构特征，度和连通性等。本文主要关注土壤孔隙大小分布，土像孔隙度为二值图像中孔隙所占的比例，孔隙大小分

13HES，灰度图像 HES，二值图像 HES，三维图像图 3-1 搅拌对水稻土二维和三维结构的影响Fig. 3-1 Effects of stirring on 2-D and 3-D structure of paddy soil3.1.3 土壤孔隙结构特征定量分析土壤总孔隙度反映土壤中所有孔隙的总量，，实际上是土壤水和土壤空气两者所占容积之比的和。利用 ImageJ 软件定量计算了土壤团聚体累积孔隙度（图 3-2），CK、LES 和 HES 三处理的累积孔隙度相差不大，分别为 3.32%、3.23%和 3.26%。从孔隙大小分布规律来看（图 3-3），当量直径<280μm 的孔隙度高低顺序为：CK>LES>HES 处理，这与累积孔隙度的趋势一致。在当量直径 280μm~360μm 级别处，CK处理孔隙含量降低，LES 和 HES 处理孔隙含量略有升高。在当量直径>360μm 时，LES 和 HES处理的大孔隙急剧加大。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S153.6

【参考文献】

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本文编号：2599518