红壤长期施用有机肥容重增高的过程与机制

Soil bulk density as the most basic indicator of soil physical quality has aroused wide concern among researchers for a long time. A significant increment of soil bulk density with soil organic mater was found in a 20-year manure experiment in typical red soil, Qiyang, Hunan province. The unusual phenomenon implicits that the effects of organic matter and oxides on soil aggregates therefor on the pore formation and distributions are different. Therefore, the aims of this project are to investigate the effects of soil organic matter and oxides on formation of soil aggregates and soil pores under long-term (20 years) fertilization. The historical and collected soil samples during the research period with different fertilization treatments will be analyzed for soil organic matter, oxides, the composition of soil aggregates. The sizes and distribution characteristics of soil pores in soils with different organic matter contents will be obtained by analyzing soil water characteristic curve. For the soils with different organic matter contents and those removed oxides, the fractal characteristics of soil aggregate composition and the correlation between the fractal characteristics and soil organic matter and oxides will be observed and analyzed by current soil fractal new technology in order to investigate the effects of soil organic matter and oxides on formation of soil aggregates and soil pores. The results will be the useful roles for understanding the effects of organic matter and oxides on formation of soil aggregates, and offer a scientific basis for improving red soil physical structure and reasonably applying manure.

土壤容重是土壤物理质量最基础的指标而受到人们长期广泛的关注。在湖南祁阳典型红壤上长期施用有机肥20年，随土壤有机质增加土壤容重显著增高，这种很特殊的现象，暗示着在红壤上氧化物和有机质在形成土壤不同团聚体由此形成不同孔隙中的作用不同。本项目采集该长期试验不同施肥处理的土壤样品，结合历史样品及项目期间土壤有机质、氧化物、土壤团聚体组成等基础性质的测定，通过水分特征曲线分析，获得不同有机质含量土壤的大小孔隙数量及分布特征；对不同有机质含量的土壤及去除氧化物，采用现代土壤分形技术，观测和分析土壤团粒组成分形特征及其与土壤有机质和氧化物的关系，揭示有机质和氧化物对土壤不同团聚体和不同孔隙形成的影响与作用。研究结果理论上将丰富土壤结构形成中有机质和氧化物作用的认识，实践上为培育良好物理结构的红壤及有机肥合理施用技术提供科学依据。

土壤容重是土壤孔隙数量及其分布特征、土壤颗粒结构及其组合特征的综合反映。诸多研究表明长期施用有机肥可降低土壤容重，湖南祁阳长期定位站发现长期施用有机肥（猪粪），红壤容重出现升高的现象，有关红壤容重随有机质含量的升高而升高的原因有必要进行深入研究与探讨。本研究采集了湖南祁阳长期定位试验初始土壤（1990年）和22年长期不施肥（CK）、单施化肥（NPK）、单施有机肥（猪粪，M）、有机肥配合施用化肥（NPKM）4个处理土壤样品，分析长期不同施肥土壤不同大小孔隙分布、土壤团粒组成及土壤胶结物的变化，并探讨了土壤团粒组成和土壤胶结物在土壤孔隙分布变化过程中的作用机制。其主要结果如下：.（1）经过22年不同施肥耕作，>100μm的土壤孔隙数量增加，<100μm的土壤孔隙数量降低，施用有机肥（NPKM、M）降低<100μm孔隙的幅度大于不施有机肥（CK、NPK）。孔结构参数表明，红壤长期不同施肥耕作，土壤孔隙有向大孔隙发展的趋势，特别是有机肥的施用（NPKM、M）增加了土壤孔隙孔径的宽度与比孔容。.（2）采用激光粒度分析仪研究不同粒级团粒体积百分含量，结果表明红壤团粒，以2 ~ 53μm团粒为主，其含量达59.56 ~ 66.93%。长期施用有机粪肥（NPKM、M）可显著降低<2μm团粒含量而增加53 ~ 250μm与250 ~ 2000μm团粒的含量。.（3）长期施用有机肥不仅提高土壤TOM的数量，同时增加LOM的数量。NPKM与M处理提高了LOM33～167 占总活性有机质的百分含量，降低了LOM167～333 占总活性有机质的百分含量。.（4）红壤经过长期不同施肥耕作，土壤不同形态氧化铁、铝的含量均呈上升趋势，氧化铁、铝的活化度与络合度在施肥处理土壤中表现为显著增加。.（5）通过去除与未去除土壤胶结物质土壤团粒含量变化的研究方法，结果表明红壤有机胶结物质主要促进< 6μm的微团粒形成了6 ~ 160μm团粒，且6 ~ 160μm团粒的增量与土壤有机质含量成正比；土壤无机胶结物质（氧化铁、铝）对土壤团粒形成机制则较为复杂。.（6）红壤长期施用有机肥土壤容重升高的直观原因是由于<0.01μm孔隙与10 ~ 100μm孔隙的减少及比孔容升高引起。