Why is the influence of soil macrofauna on soil structure only considered by soil ecologists?

These last twenty years have seen the development of an abundant literature on the influence of soil macrofauna on soil structure. Amongst these organisms, earthworms, termites and ants are considered to play a key role in regulating the physical, chemical and microbiological properties of soils. Due to these influential impacts, soil ecologists consider these soil macro-invertebrates as `soil engineers' and their diversity and abundance are nowadays considered as relevant bioindicators of soil quality by many scientists and policy makers. Despite this abundant literature, the soil engineering concept remains a `preach to the choir' and bioturbation only perceived as important for soil ecologists. We discussed in this article the main mechanisms by which soil engineers impact soil structure and proposed to classify soil engineers with respect to their capacity to produce biostructures and modify them. We underlined the lack of studies considering biostructure dynamics and presented recent techniques in this purpose. We discussed why soil engineering concept is mainly considered by soil ecologists and call for a better collaboration between soil ecologists and soil physicists. Finally, we summarized main challenges and questions that need to be answered to integrate soil engineers activities in soil structure studies. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

黄土丘陵区免耕条件下两种土壤酶活性变化

为了确定合理环保的耕作制度,2007~2008安塞田间定位试验黄土丘陵旱作农区大豆(Glycine maxL)、玉米(Zea maysL)、红小豆(Semen Phaseoli)、马铃薯(Solanum tuberosumLinn.)在翻耕化肥(CF)、翻耕有机肥(CM)、翻耕无肥(CN)、免耕化肥(NF)、免耕有机肥(NM)、免耕无肥(NN)等水平下的农田土壤脲酶、蔗糖酶活性。结果表明:在作物花期,大豆、玉米土壤脲酶活性较高,蔗糖酶活性较低,而红小豆、马铃薯则与之相反,差异极显著。到作物收获后,玉米土壤脲酶、蔗糖酶活性增高,增幅在83%以上,而马铃薯、红小豆、大豆三种作物土壤脲酶活性降低,降幅在10%以上,蔗糖酶活性增强,增幅在40%以上。从花期到收获后,免耕降低了土壤脲酶活性,提高了土壤蔗糖酶活性,在黄土丘陵沟壑旱作农区两种土壤酶活性表现较优的作物为大豆、玉米,较优的处理为NM玉米、NF大豆,其田间环保效应为:作物生长期间两种酶活性比较高,收获后两种酶活性则降低,有利于提高作物生长期土壤肥效利用率,减少作物收获后温室气体的排放。

陕北黄土丘陵沟壑区水土保持耕作及施肥下农田土壤种子库特征

为了探明多年免耕下农田恶性杂草发生的机理,提高保护性耕作下作物对农田恶性杂草持久稳定的抑制效果,依据陕西安塞田间4a的定位试验,采用小区调查取样和室内实验相结合的方法,从物种组成、密度特征、多样性以及相似性特征等方面,研究了黄土丘陵旱作农区大豆(Glycine max)、玉米(Zea mays)、红小豆(Semen Phaseoli)、马铃薯(Solanum tuberosum)在翻耕化肥(CF)、翻耕有机肥(CM)、翻耕无肥(CN)、免耕化肥(NF)、免耕有机肥(NM)、免耕无肥(NN)等水平下的农田土壤种子库。结果表明:(1)4种作物24种土样中共萌发出12个物种1965株幼苗,隶属于7科12属。1年生杂草占94%,棒头草(fugax nees ex steud)、苋菜(Acalypha australis)、马唐(Digitaria sanguinalis)、早熟禾(Poasphondylodes)为优势种,占87%。(2)在0～20cm土层不同处理间,土壤种子库的密度变动于(282.9±63.4)～(7482.5±1078.3)粒.m-2,其中,红小豆小区>马铃薯小区>大豆小区>玉米小区;翻耕小区>免...

水土保持耕作及施肥对盛花期大豆光合生理的影响

依据陕西安塞田间试验,采用LI-6400便携式光合仪,在自然条件下对黄土丘陵区旱作农田传统翻耕化肥(CF)、翻耕有机肥(CM)、翻耕无肥(CN)、免耕化肥(NF)、免耕有机肥(NM)、免耕无肥(NN)等处理下盛花期大豆叶片的净光合速率、气孔导度、水分利用效率及影响因子日变化进行了研究。结果表明:6种不同处理的大豆叶片净光合速率日变化均为双峰曲线,峰值分别在11:30、16:00出现。NM、NF处理对提高大豆净光合速率有明显的促进作用,其中以有机肥(NM)最为显著。气孔导度与蒸腾速率之间达极显著正相关(P<0.01,r=0.9994)。气孔导度日变化也为双峰,峰值分别出现在11:30、16:00。不同处理下,大豆的水分利用效率呈单峰曲线,峰值出现在10:00,低谷出现在13:00以后。其中,NF、NM处理能显著提高大豆盛花期的水分利用效率。相关分析表明:气孔导度、蒸腾速率、叶温、光合有效辐射及基于叶温的蒸汽压亏缺是大豆光合作用的促进因子,而胞间CO_2浓度、空气CO_2浓度、空气相对湿度则为主要的限制因子。CF、NF处理在8:30~10:20和13:00,CM、NN处理在8:30、11:30~13:00、17:...

不同耕作方式对黄土高原旱地麦田土壤物理性状的影响

通过冬小麦田间试验,研究了免耕、深松、翻耕三种不同耕作措施对土壤物理特性的影响。结果表明:冬小麦收获时,免耕与其它处理相比,增大了土壤容重、土壤硬度,其土壤干筛法>0.25 mm团聚体含量比深松和翻耕每层平均增加3%和5%,但较冬小麦耕作处理前每层平均下降5%;免耕条件下,湿筛法>0.25 mm团聚体含量比深松和翻耕每层平均增加11%和32%,较冬小麦耕作处理前每层平均下降42%;免耕可增加土壤蓄水量,收获期土壤蓄水量为373.1 mm,较深松和翻耕提高17%和8%;随着降水量的增加,冬小麦收获期水分入渗速率逐渐减少;且不同耕作方式水分入渗速率为免耕>深松>翻耕。

基于土壤质量的保护性农业技术及其政策取向

与保护性耕作不同,保护性农业是世界农业发展史上一次全新的思想革命。本文总结分析了保护性农业的概念及其特点,结合国内外土壤质量研究的发展,阐述了保护性农业与土壤质量研究新进展,并提出我国保护性农业的发展方向。

半干旱典型草原区封育草地土壤结构特征研究

以宁夏固原云雾山自然保护区典型草原为研究对象,采用空间序列代替时间序列的方法,以坡耕地为对照,对封育演替草地百里香(Thymus mongolicus Ronn.)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum Ledeb.)、大针茅(Stipa grandis P.Smirn.)和本氏针茅(Stipa bungeana Trin.)群落0~10 cm表层土壤水稳性团聚体分布、孔隙度及土壤结构评价指标进行了研究和分析。结果表明:草地实施封育措施能明显改善土壤结构特征,随着草地植被自然演替,土壤的结构稳定性和孔隙状况逐步得到提高;在演替过程中,封育草地土壤的>0.25 mm水稳性团聚体含量(WSAC)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和孔隙分形维数(Dp)逐渐增加,团聚体分形维数(Da)逐渐减少,说明植被演替能促进形成良好的土壤结构;同时,土壤结构影响因素随着草地植被演替过程表现出有机碳含量显著增加,容重显著降低,毛管孔隙度逐渐增大,非毛管孔隙度逐渐降低。本研究还比较了多项土壤结构评价指标,表明与MWD和GMD相比,指标WSAC(>0.25 mm)、Da及Dp能更好地反映出各封育草地群落之间土壤结...

耕作方式对农田土壤生物学特性的影响

采用田间试验方法，通过研究潮棕壤地区不同耕作方式对农田土壤酶活性、微生物量、土壤基础呼吸和土壤食微线虫数量的影响，以及这些生物指标在不同取样时期和耕层深度的时空分布规律，为潮棕壤农田土壤质量评价提供科学依据。 试验结果表明：常规耕作、免耕和休耕地土壤酶活性、微生物量、土壤基础呼吸和食微线虫数量均具有明显的季节变化。免耕土壤表层（0-5 cm）蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶活性在不同取样时期显著高于常规耕作玉米地，休耕地土壤脲酶、酸性磷酸酶和脱氢酶活性在成熟期显著高于常规耕作玉米地。在0-5 cm土层，免耕和休耕地土壤微生物量碳和氮在多数取样时期高于常规耕作玉米地，而微生物商在所有取样时期都高于常规耕作玉米地；常规耕作土壤呼吸在所有取样时期都高于免耕玉米地，并在成熟期显著高于免耕和休耕地。免耕和休耕地土壤食细菌线虫和食真菌线虫数量在成熟期各耕层深度都高于常规耕作玉米地；在所有取样时期，免耕和休耕地表层（0-5 cm）线虫生态学指数NCR都高于常规耕作玉米地，说明免耕和休耕地土壤以细菌为主的分解途径较常规耕作更占优势。 相关分析表明，土壤酶活性与土壤有机碳、全氮、速效磷、碱解氮、pH和EC显著相关；土壤微生物量碳和氮与土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和脱氢酶活性显著正相关；食细菌线虫数量与土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶、芳基硫酸酯酶活性和微生物量氮显著正相关。 本研究结果表明，免耕和休耕地土壤表层生物活性高于常规耕作农田，土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶、微生物量以及食微线虫数量对土壤环境的扰动非常敏感，可以作为评价潮棕壤土壤环境质量变化的生物指标。

松辽平原农田土壤碳氮磷分布特征研究

本文对东北地区松辽平原不同纬度农田土壤碳氮磷剖面分布特征进行比较研究，从北到南依次采集了黑土区的海伦、哈尔滨、德惠、公主岭和棕壤区的昌图、沈阳、大石桥玉米地土壤样品。所得主要结论如下： 各样点土壤有机碳含量随土层深度的增加而下降。海伦、哈尔滨和公主岭样点40～60cm土层土壤有机碳含量及其储量显著低于0～40cm土层；海伦、哈尔滨、德惠、公主岭和昌图样点土壤水溶性有机碳表现出随深度增加先升高后降低，在沈阳和大石桥样点土壤水溶性有机碳表现出随深度而下降的趋势；各样点0～20cm土层土壤微生物量碳含量高于20～40cm土层。典型黑土区海伦点0～100cm的SOC储量为213.4t•hm-2, 棕壤区昌图、沈阳、大石桥样点分别为69.9、87.9和73.4t•hm-2，海伦点SOC储量是棕壤区三样点的3倍左右。 土壤全氮、碱解氮、硝态氮及氮储量随剖面深度增加而下降。德惠点在20～40cm土层、沈阳点在40～60cm土层、昌图点在60～80cm土层的全磷含量最低；其他样点土壤全磷、有机磷含量和磷储量总体上呈现随土层深度增加而下降的趋势。黑土区样点土壤有机磷含量在40cm以下各土层迅速下降，而棕壤区各样点20cm以下各土层差异不显著。除公主岭和大石桥点外, 其他各样点土壤Olsen-P含量在0～20cm 土层显著高于20～40cm土层。 土壤有机碳、全氮、碱解氮、全磷和有机磷含量随纬度增加而增加。营养元素在纬度上的分异主要受成土母质、气候条件等自然因素影响，施肥、耕作等人为活动对表层土壤营养元素分布的影响较大。除土壤水溶性有机碳外，土壤碳、氮和磷之间及其与其他基本理化性质间均存在显著的相关关系。

不同耕作方式对黑土微生物特性的影响

东北黑土是我国有机质含量最高的土壤之一，但由于长期的掠夺式经营和不合理的耕作制度使得黑土有机质的收支严重失衡，土壤退化严重。保护性耕作是保持土壤质量和改善生态环境的有效措施。与传统耕作相比，保护性耕作能够在保证正常农业生产的前提下达到保护土壤的目的。 本文以吉林省德惠市中层黑土上进行了7年的田间定位试验小区土壤为研究对象，选取对耕作方式和作物覆盖较为敏感的微生物指标，包括微生物量碳和磷脂脂肪酸，探讨免耕措施和传统耕作对土壤微生物群落的影响，为保护性耕作在东北黑土的实践提供理论依据。 研究结果表明： 1耕作方式对土壤理化性质及微生物量碳有较大的影响。和传统耕作相比，免耕措施显著提高了土壤表层(0-5 cm)的全碳、全氮、碱解氮、热水溶性有机碳和微生物量碳，促进各种养分和有机质在土壤表层富集，为作物生长和微生物代谢提供了丰富的资源。土壤微生物量碳随时间的变化总体上呈现增加趋势。 2相对于传统耕作，免耕措施显著提高了土壤表层(0-5 cm)的总脂肪酸量、细菌和真菌生物量，尤其是免耕玉米连作的作用更明显。但真菌和细菌生物量的增加并不成比例，真菌生物量增加快于细菌，使得免耕措施下土壤的真菌/细菌值有所提高，有利于农田土壤生态系统的稳定性。不同耕作措施对G+/G-值影响的差异不显著。 3不同耕作措施在作物生长期内对微生物群落结构的影响较小，尤其在7月，由于温度和水分等环境条件的适宜，作物生长处于顶峰期，其根系活动对微生物群落结构的影响已经超过了不同耕作措施对微生物群落结构的影响，使得7月份不同耕作措施之间的生物量差异消除。 4耕作措施对不同土层的影响不同，不同耕作措施的PC1值对土层深度的响应明显(p<0.01)不同。2种免耕处理PC1值随土层深度的变化曲线是二次多项式，而传统耕作PC1值随土层深度呈现线性变化。7月的PC1值没有发现耕作措施对不同土层的影响。

Methods for physical separation and characterization of soil organic matter fractions

Turnover of soil organic matter (SOM) is coupled to the cycling of nutrients in soil through the activity of soil microorganisms. Biological availability of organic substrate in soil is related to the chemical quality of the organic material and to its degree of physical protection. SOM fractions can provide information on the turnover of organic matter (OM), provided the fractions can be related to functional or structural components in soil. Ultrasonication is commonly used to disrupt the soil structure prior to physical fractionation according to particle size, but may cause redistribution of OM among size fractions. The presence of mineral particles in size fractions can complicate estimations of OM turnover time within the fractions. Densiometric separation allows one to physically separate OM found within a specific size class from the heavier-density mineral particles. Nutrient contents and mineralization potential were determined for discrete size/density OM fractions isolated from within the macroaggregate structure of cultivated grassland soils. Eighteen percent of the total soil C and 25% of the total soil N in no-till soil was associated with fine-silt size particles having a density of 2.07-2.21 g/cm3 isolated from inside macroaggregates (enriched labile fraction or ELF). The amount of C and N sequestered in the ELF fraction decreased as the intensity of tillage increased. The specific rate of mineralization (mug net mineral N/mug total N in the fraction) for macroaggregate-derived ELF was not different for the three tillage treatments but was greater than for intact macroaggregates. The methods described here have improved our ability to quantitatively estimate SOM fractions, which in turn has increased our understanding of SOM dynamics in cultivated grassland systems.

黄土丘陵区仁用杏园不宜间作沙打旺

在陕北黄土丘陵沟壑区对清耕和问作沙打旺(Astragalus adsurgens)6年、4年、2年仁用杏园0～500cm土层土壤水分、有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾含量及树体生长状况进行了测定,结果表明,间作沙打旺,除了在秋季提高了0～100cm土层土壤水分以外,在春季、夏季和秋季均显著降低了0～500cm土层土壤水分,且间作沙打旺年限越长,降低越显著。间作沙打旺提高了0～100cm土层土壤有机质和全氮含量,间作年限越长效果越显著,但对100cm土层以下的土壤有机质和全氮无显著影响。间作沙打旺对土壤全磷含量无显著影响。间作沙打旺显著降低了土壤速效养分含量,其中速效氮降低深度达500cm土层,速效磷、速效钾达300cm土层,且间作年限越长,降低越显著。间作沙打旺显著削弱了树体的长势,降低了坐果率和杏仁产量。间作沙打旺存在着与仁用杏争水争肥的矛盾,黄土丘陵沟壑区仁用杏园不宜间作沙打旺。

施氮和不同栽培模式对半湿润农田生态系统冬小麦根系特征的影响

在陕北黄土丘陵沟壑区对清耕和问作沙打旺(Astragalus adsurgens)6年、4年、2年仁用杏园0～500cm土层土壤水分、有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾含量及树体生长状况进行了测定,结果表明,间作沙打旺,除了在秋季提高了0～100cm土层土壤水分以外,在春季、夏季和秋季均显著降低了0～500cm土层土壤水分,且间作沙打旺年限越长,降低越显著。间作沙打旺提高了0～100cm土层土壤有机质和全氮含量,间作年限越长效果越显著,但对100cm土层以下的土壤有机质和全氮无显著影响。间作沙打旺对土壤全磷含量无显著影响。间作沙打旺显著降低了土壤速效养分含量,其中速效氮降低深度达500cm土层,速效磷、速效钾达300cm土层,且间作年限越长,降低越显著。间作沙打旺显著削弱了树体的长势,降低了坐果率和杏仁产量。间作沙打旺存在着与仁用杏争水争肥的矛盾,黄土丘陵沟壑区仁用杏园不宜间作沙打旺。