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选题名称 |
鹅掌楸人工林土壤团聚体组成状况研究 |
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研究的目的 及意义 |
不同的植被、管理措施、经营时间对土壤团聚体的影响有所不同，林木生长在改善土壤结构方面具有特殊作用，鹅掌楸作为重要的园艺绿化栽培树种之一，具有生长快、绿化效果好等特点。因此，开展鹅掌楸人工林土壤团聚体方面的研究，不仅对改善土壤物理性质，而且对提高土壤肥力、促进林木生长、改善绿化功能均有重要意义。 |
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国内外同类 研究概况 |
土壤团聚体作为土壤结构的基本构建单元，是土壤肥力的重要指标之一，团聚体数量与分布状况对土壤孔隙性、通透性、抗蚀性等性质都有不同程度影响，进而影响林木生长和绿化质量。目前国内外关于鹅掌楸人工林土壤团聚体组成状况的研究尚欠系统。 |
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研究内容 及计划 |
以典型的鹅掌楸人工林土壤为研究对象，通过挖掘样地土壤剖面，采集不同土层土壤分析样品，测定不同土层的各级土壤团聚体含量，分析鹅掌楸人工林土壤团聚体组成状况，为改善土壤结构和提高人工林经营水平提供依据。 具体计划为： 2017-12-26——2018-01-15：明确任务，检索文献，开题报告。 2018-01-16——2018-05-15：试验、观测、采样、分析测定。 2018-05-16——2018-05-25：数据处理，论文初稿、修改、定稿。 2018-05-26——2018-05-31：准备PPT、完成答辩。 |
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特色与创新 |
目前人工林土壤团聚体组成状况的研究以取得一系列成果，但是在鹅掌楸人工林土壤团聚体组成状况的研究方面还鲜有报道 |
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指导教师 意 见 |
同意 指导教师签名： 年 月 日 |
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人工林土壤团聚体研究进展
姓名：彭浩 专业：园艺 学号：n140103213
摘要：土壤团聚体作为土壤结构的基本构建单元，是土壤肥力的重要指标之一，团聚体数量与分布状况对土壤孔隙性、通透性、抗蚀性等性质都有不同程度影响，进而影响林木生长和绿化质量。本文主要阐述了人工林土壤团聚体的概念、作用及组成状况和对未来研究的展望。
关键词：人工林 土壤团聚体 研究方法 影响因素
1 人工林土壤团聚体
1.1 人工林土壤团聚体的概念
土壤团聚体soil aggregate又叫土团。土壤颗粒(包括土壤微团聚体)经凝聚胶结作用后形成的个体。其直径一般在10-0.25mm范围以内。按其对抵抗水分散力的大小，可分成水稳性团聚体和非水稳性团聚体。土壤结构的基础就是土壤团聚体，它是影响土壤理化性质的关键因素，它的稳定性能够直接影响土壤表层的水土状况[1]。
分类
按大小分：
大团聚体：直径＞0.25mm的团聚状结构单位。
微团聚体：直径＜0.25mm的团聚状结构单位。
土壤团聚体的分级为：＞10mm、10-7mm、7-5mm、5-3mm、3-2mm、2-1mm、1-0.5mm、0.5-0.25mm、＜0.25mm等9级。
按其对抵抗水分散力的大小能力分：
水稳性团聚体：抗水力分散的土壤团聚体。
非稳定性团聚体：外力易分散的土壤团聚体。
1.2 人工林5土壤团聚体的作用
土壤团聚体在土壤中有适当的数量和比例可以使土壤中的固相、液相和气相相互处于协调状态，所以人们常常把土壤团聚体看作为土壤肥沃的标志之一。它对土壤肥沃性的具体影响可以从以下四个方面体现[2]：
（1）创造了土壤良好的孔隙性
团聚体内部之间以持水孔隙占据绝对优势，而团聚体之间是充气孔隙，这种良好的孔隙状况为土壤水、肥、气、热之间的协调，创造了非常好的条件。
（2）土壤团聚体水气协调土温稳定
团聚体间的充气孔隙，可以通气透水，在降水或灌水时，水分通过充气孔隙，进入土层，减少了地表径流。团聚体内的持水孔隙具有充分保存水分的特性。渗入土层的水分受毛管力的作用，被吸持并保存在持水孔隙中，这就相当于团聚体起到了蓄水池的作用。而多余的水分在重力作用下，沿团聚体间的孔隙渗入到下部土层。雨后天晴或干旱季节，表层团聚体因失水而收缩，隔断了上下相连的毛管联系，形成了隔离层，减弱了土壤水分的蒸发消耗。平时充气孔隙经常充满空气，持水孔隙经常充满水分，协调了水分和空气间的矛盾。这样一来水和气协调了，由水、气产生的土壤热容量等热化学性质适中，因此土温能够稳定保持。
（3）土壤团聚体保肥供肥性能良好
团聚体内部的持水孔隙水多而空气又少，这样的结构既可以保存随水进入团聚体的水溶性养分，又适宜于厌气性微生物的活动和生长。由于有机质分解缓慢，有利于腐殖质的合成，所以养分就能很好的累积，从而起到保肥的作用。它的充气孔隙中空气多，这种结构有利于好气性微生物的活动和生长，有机质分解快，速效养分就产生的比较多，供肥性能优良。团聚体的这种特殊结构使保肥供肥的矛盾得以协调，土壤的养分状况良好。
（4）土壤团聚体土质疏松、耕性良好
团聚体的土壤土质疏松，种子易于发芽出土，根系易于伸展，出苗整齐。
总之，团聚体的土壤，首先使充气、持水孔隙比例适当，从而协调了土壤水、气、热和养分的矛盾，肥力状况良好。
1.3 研究人工林土壤团聚体组成状况的意义
土壤团聚体作为土壤结构的基本构建单元，是土壤肥力的重要指标之一，团聚体数量与分布状况对土壤孔隙性、通透性、抗蚀性等性质都有不同程度影响，进而影响林木生长和绿化质量。人工林土壤团聚体对改善土壤物理性质有巨大的意义。
2 人工林土壤团聚体研究方法
一般用于研究和测定土壤团聚体的方法是机械筛分法[3]
材料和用具
电子天平 闭粒分析仪 烘箱和铝盒
土壤团聚体步骤
(1)取人工林中采集的原状土，将其中较大的土块结构轻轻揉搓，使其成为大约10 mm的土块，放在纸上风干，风干后用四分法取样，为保证样品的代表性和不重样，可将样品筛分为3级，即5 mm、5-2 mm、2 mm，然后按其干筛百分比称取样品，配成50 g，供湿筛使用。
(2)将孔径为5、3、1、0.5、0.25 mm的筛组叠好，孔径大的在上。将已经称好的样品置于筛组上。将筛组置于团粒分析仪的振荡架然后放入水桶中，向桶内缓缓加水至一定高度，高度标准是筛组最上面一个筛子的上边缘部分。注意事项：在团粒分析仪工作的振荡过程中，任何时候都不可脱离水面。
(3)启动发动机，开始振荡20-30分钟。
(4)之后将震荡架缓缓升起，使筛组离开水面，等筛组干以后，用清水缓缓冲洗最上面的筛子，把留在筛子上的5 mm的团聚体全部洗到筛子下面，水流不能过大，然后将留在各级筛上的团聚体洗好后放入铝盒。
(5)将铝盒中各级水稳团聚体放在烘箱内烘干，然后在室内放置一昼夜，使其风干，完成后准确称量各筛级团聚体含量。
土壤团聚体计算
各级团聚体含量=各级团聚集的烘干后质量（g）/烘干样品质量（g）times;100%
总团聚体含量=各级团聚体含量之和
各级团聚占总团聚体的百分数=各级团聚体含量/总团聚体含量times;100%
3 影响人工林土壤团聚体的因素
3.1 生草栽培对人工林土壤团聚体的影响
平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）是反映土壤团聚体大小分布状况的常用指标[4]。MWD和GMD值越大那就表示团聚体的平均粒径团聚度越高，相对的稳定性也就越强。土壤分形维数（D）是反映土壤结构几何形体的参数。有关研究认为，土壤的质地和分形维数与土壤粘粒的含量有关，含量越高则质地越细、分形维数越高；团粒结构越好、结构越稳定则分形维数越小。
通过对福建省尤溪县西城镇玉池村的15年年限油桃果树林的生草栽培实验研究发现，不同的垦殖方式对土壤团聚体的数量分布有一定的影响[5]。实验采用裂区处理，分为三个处理，分别为顺坡开垦 清耕（T1），在25m的果树林坡面种植8株果树，让坡面自然长草，每年耕除3-4次；梯台开垦 清耕（T2），即在25m的坡面修建8个梯台，台面宽4m，在梯台中间挖直径80cm、深80cm的坑，每个坑种1株果树，台面自然长草，每年耕除3-4次;梯台开垦 套种平托花生(Arachis pintoi)(T3),即在梯台的埂种植百喜草和南非马唐，台面种植平托花生，梯台设计和果树种植方式同T2.牧草套种方式为带状，每个处理3个重复，每个处理面积为100㎡，随机排列。数据表明，0-20cm土层＞2mm的团聚体含量显著高于20-40cm土层的。就0-20cm土层来讲，T1处理的＞2mm团聚体含量比T2和T3处理的高8.35%和55.30%。就20-40cm土层而言，T3处理的＞2mm团聚体含量显著高于T1和T2处理的，但其0.5-1mm和0.25-0.5mm团聚体含量比T1和T2处理分别降低了23.52%和10.30%，19.12%和31.49%。实验表明人工林长期生草栽培可以明显提高土壤团聚体的稳定性，生草处理是土壤体的MWD和GWD均高于顺坡清耕和梯台清耕处理，这就表明生草栽培让土壤团聚体的数量、和稳定性都比清耕处理好。原因可能是长期免耕还有连续稳定输入有机物料，减少了人为活动，自然的状态下更有利于团聚体富集和大团聚体的形成，终而增强了土壤团聚体的稳定性。
3.2 不同轮作制度对人工林土壤团聚体的影响
土壤有机碳是团聚体形成的重要的胶结物质，其含量影响团聚体数量，对团聚体稳定性起重大作用。本次实验位于江苏省东海县石湖乡，该乡作为江苏省白浆土农业综合开发试验区[6]。实验采用的耕作制度分别为：1 玉米-花生-山芋轮作2 花生-黄豆-（小麦）-山芋轮作3 常规稻麦轮作。自然稀林地样品作对照。
深度0-20cm的土层叫耕作层（A）,20-32cm的叫白浆层（E），32-95cm的叫紫泥层（B）。白浆土的耕层、白浆层的颗粒组成呈单峰分布，细砂、粉砂含量达50%~70%，而紫泥层呈粘粒单峰分布或细砂与粘粒的双峰分布。供试白浆土中团聚体分布继承了土壤颗粒的特性，耕层、白浆层团聚体粒组峰值在细砂处，在处理下紫泥层团聚体粒组分布发生了较大差异，而A层的团聚体粒组无明显分别。因此，不同轮作制5年尚未对0-20cm土层的团聚体粒组分布产生影响。稻麦轮作下白浆层团聚体粒组峰值在0.02-0.25mm，而玉米轮作的峰值向粗砂级（0.25-2mm）偏移。花生-小麦-山芋轮作及玉米-花生-山芋等深耕作物轮作明显促进了深层土壤的团聚作用，白浆层、紫泥层粗砂级团聚体含量高达20%-35%。说明这两种轮作制度对白浆土团聚体形成的促进、白浆土透水通气状况的改善具有积极影响。这个实验从团聚体的角度证实了这两种耕作制度对白浆土的肥力有非常明显的提升作用。
3.3 不同植被覆盖对人工林土壤团聚体的影响
不同的植被覆盖因其输入的有机物料的不同影响这土壤的养分和微生物活性，进一步影响了土壤的团聚过程和有机碳的矿化[7]。
本次试验通过对重庆缙云山四种植被类型覆盖(灌草丛、楠竹林、常绿阔叶林、针阔混交林)下土壤团聚体碳分布的分析，研究了植被覆盖对此的影响[8]。原生粒子和次生粒子组成了团聚体，团聚体与团聚体或者团聚体与单粒之间的作用力是小于团聚体内部粒子相互间的结合力。所以，在通常状况下，相邻的粒子都是呈现一定程度的结合。那么要想团聚体分离，就必须要有一定程度的破坏力。可以采用湿筛法来达到目的，亲水作用就是湿筛法的破坏力[9]。先讲土块风干，这样土块一旦湿润就会膨胀，从而失去团聚体之间的凝聚力崩解成团聚体。团聚体本身的大部分结合物质都是很脆弱的，易于变形和损坏。其中一小部分对水的破坏力有一定的抵抗性，即使在水中筛分也能保持不变，这样的称为水稳性团聚体[10]。所以，湿筛法筛选的团聚体都是土壤中的水稳性团聚体，这中团聚体影响着土壤的通透性和抗腐蚀性，对土壤结构的稳定性有重要作用，是土壤肥力的重要指标之一。楠竹林、常绿阔叶林和针阔混交林这三种植被覆盖下，土壤团聚体主要以0.25-2mm和小于0.25mm的团聚体为主体，其总含量有65%以上[11]。实验还表明，灌草丛和针阔混交林覆盖下土壤团聚体有着随粒径的减少而先减后增的趋势；常绿阔叶林和楠竹林则未有这一趋势。灌草丛中大于5mm团聚体含量明显比其它的粒级团聚体高。楠竹林中0.25-2mm和小于0.25mm团聚体含量要比其它粒级团聚体含量高。常绿阔叶林中各级团聚体含量以0.25-2-5mm依次下降且有显著差异。针阔混交林中小于0.25mm的团聚体含量要比其它粒级团聚体含量显著的要高。不同的植被覆盖下同一粒级团聚体含量也不同且有较大差异。大于5mm团聚体含量在灌草丛土壤中最高，其次是常绿阔叶林、针阔混交林、楠竹林。2-5mm团聚体含量也是灌草丛最高。0.25-2mm团聚体含量依次是楠竹林、常绿阔叶林、针阔混交林、灌草丛。小于0.25mm团聚体含量，针阔混交林和楠竹林要比常绿阔叶林和灌草丛土壤高的明显。研究结果分析得知，4种植被覆盖下土壤结构的稳定性是灌草丛＞常绿阔叶林＞针阔混交林＞楠竹林[12]。
3.4 不同经营年限对人工林土壤团聚体的影响
土壤团聚体是稳定和保护土壤有机碳的主要物质，它影响着土壤有机碳的转化和分解，从而影响土壤肥力。本实验地位于福建省泉州市永春县猛虎柑橘场，实验对象为1954和1980年种植的2种树龄芦柑作为研究对象[13]。两个研究对象的管理方式和地理位置等基本一致。
用时空替代法来研究比较不同经营年限对柑橘果园土壤团聚体结构以及有机碳分配的影响。实验数据显示56和30a树龄柑橘园0-20和大于20-40cm土层土壤团聚体组成变化规律基本一致。0-20cm土层都是大于5mm粒径团聚体占比最高，然后是小于等于0.25mm和大于0.5-1mm团聚体。而大于20-40cm土层就都是大于0.5-1、小于等于0.25和大于0.25-0.5mm粒径团聚体占比较高。从经营年限这方面来说，56a树龄0-20cm土层中小于等于0.25mm粒径团聚体占比高出30a的41.4%，大于20-40cm土层和大于0.5-1mm粒径团聚体占比高出30a20.3%。不同土层56a树龄的土壤分形维数均高于30a树龄柑橘。但是差异不是十分明显，这表明柑橘园土壤团聚体的稳定性和经营年限呈反比关系[14]。
4 展望
尽管近几十年来对人工林土壤团聚体的研究很多，但是仍然有着许多有关人工林土壤团聚体的未知领域还未有人关注，我们应当继续对此进行探索，通过对人工林土壤团聚体越来越多，越来越深刻的研究，为改善土壤物理性质，而对提高土壤肥力、促进林木生长、改善绿化功能做出更多贡献。
参考文献
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资料编号：[77121]
