黑土长期定位试验原状土搬迁土壤性质的变化特征

黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所已经进行了32年的黑土肥力长期定位试验于2011年1月在冻土情况下，原状土整体搬迁到哈尔滨市道外区民主乡试验地新址，两地距离40千米。黑土长期定位试验土壤冻土原状搬迁后对土壤物理、化学、生物性质有没有影响，影响程度如何，目前国内外还未见报道。本研究选取黑龙江省农业科学院黑土长期定位试验区4个典型处理（CK、NPK、MNPK、M（有机肥）），通过分析在搬迁的特定环境下，不同层次土壤的物理、化学、生物性质变化特征，揭示黑土长期定位试验搬迁1～5年内对土壤性质的影响程度、趋势，阐明土壤生物性质对环境变化的响应。预期研究结果在理论上可以丰富黑土肥力演变特征及其机制，在实践上可以为长期定位试验搬迁方法的建立、科学评价及其土壤持续利用管理提供科学依据。

长期定位试验是土壤肥料学科最基本的也是最有效的研究方法。黑龙江省的“黑土肥力长期定位监测试验”到2010年为止已经坚持了32年，由于当初试验设计的局限性没有考虑城市扩展，哈尔滨市新的城市总体规划要有2条道路穿过。因此，黑土肥力长期定位试验面临搬迁局面。.2010年11月在冻土情况下，黑土肥力长期定位试验原状土整体搬迁到哈尔滨市道外区民主乡试验地新址，两地距离40千米。土壤冻土原状搬迁后对土壤物理、化学、生物性质的影响目前还未知。本研究以黑土长期定位试验区4个典型处理（CK、NPK、MNPK、M）为研究对象，综合运用传统技术和DGGE、荧光分析、显微CT断层扫描等新技术以搬迁新址样点为参比，研究在土壤原位冻土搬迁的特定条件下即环境改变对农田土壤理化性质、土壤微生物群落多样性、土壤腐殖质组分及其荧光结构特征、水分和养分运移规律及作物产量变化的影响。研究结果显示：（1）土壤搬迁后土壤容重等物理性质较搬迁前有小的波动，变异系数小于3.5%；土壤剖面的机械组成没有受到影响；不同土块间的表层土壤受到耕作的影响已经融合，接缝间土壤紧实度变化已不明显；但在剖面底部80-100cm接缝处土壤松散，说明土块下层与原土的融合还需要一定的时间；土壤搬迁前后，各处理养分的含量没有发生明显变化；（2）微生物碳氮、酶活性和DGGE分析显示，土层和不同施肥处理对土壤生物指标以及微生物群落结构的影响较大。土壤受到耕作方式、植被类型、土壤肥力和气候变化的影响明显大于搬迁的影响；（3）在搬迁后有机肥处理复合量及复合度大幅上升，随着时间增加，趋于稳定；土壤搬迁对松结态腐殖质的影响大于稳结态和紧结态腐殖质；二维及三维荧光光谱显示，土壤HA在搬迁后第一年有了轻微的老化现象，HA分子中的五环芳烃及其它结构简单的芳烃化合物没有受到土壤搬迁的影响；（4）搬迁后各层土壤铵态氮、硝态氮都能保持其在土体的稳定性，土块之间缝隙没有造成养分流失或不均的现象；（5）搬迁前后12年的产量统计分析结果表明，除了特殊气象条件影响作物产量外，其他年份相同作物产量变化不大。说明影响作物产量的因素是多方面的。研究结果揭示了黑土长期定位试验搬迁1～5年内对土壤性质的影响程度、趋势，阐明土壤生物性质对环境变化的响应，在理论上丰富了黑土肥力演变特征及其机制，在实践上为长期定位试验搬迁方法的建立、科学评价及其土壤持续利用管理提供科学依据。