土壤學報 Acta Pedologica Sinica ISSN 0564 3929 CN 32 1119 P 土壤學報 網絡首發(fā)論文 題目 非糧化 土壤優(yōu)質耕層快速重構材料的創(chuàng)制及其評價方法 作者 郝點 周潤惠 高聞哲 羅繼鵬 王遠帆 李廷強 網絡首發(fā)日期 2023 10 09 引用格式 郝點 周潤惠 高聞哲 羅繼鵬 王遠帆 李廷強 非糧化 土壤優(yōu)質耕層 快速重構材料的創(chuàng)制及其評價方法 J OL 土壤學報 網絡首發(fā) 在編輯部工作流程中 稿件從錄用到出版要經歷錄用定稿 排版定稿 整期匯編定稿等階 段 錄用定稿指內容已經確定 且通過同行評議 主編終審同意刊用的稿件 排版定稿指錄用定稿按照期 刊特定版式 包括網絡呈現(xiàn)版式 排版后的稿件 可暫不確定出版年 卷 期和頁碼 整期匯編定稿指出 版年 卷 期 頁碼均已確定的印刷或數字出版的整期匯編稿件 錄用定稿網絡首發(fā)稿件內容必須符合 出 版管理條例 和 期刊出版管理規(guī)定 的有關規(guī)定 學術研究成果具有創(chuàng)新性 科學性和先進性 符合編 輯部對刊文的錄用要求 不存在學術不端行為及其他侵權行為 稿件內容應基本符合國家有關書刊編輯 出版的技術標準 正確使用和統(tǒng)一規(guī)范語言文字 符號 數字 外文字母 法定計量單位及地圖標注等 為確保錄用定稿網絡首發(fā)的嚴肅性 錄用定稿一經發(fā)布 不得修改論文題目 作者 機構名稱和學術內容 只可基于編輯規(guī)范進行少量文字的修改 出版確認 紙質期刊編輯部通過與 中國學術期刊 光盤版 電子雜志社有限公司簽約 在 中國 學術期刊 網絡版 出版?zhèn)鞑テ脚_上創(chuàng)辦與紙質期刊內容一致的網絡版 以單篇或整期出版形式 在印刷 出版之前刊發(fā)論文的錄用定稿 排版定稿 整期匯編定稿 因為 中國學術期刊 網絡版 是國家新聞出 版廣電總局批準的網絡連續(xù)型出版物 ISSN 2096 4188 CN 11 6037 Z 所以簽約期刊的網絡版上網絡首 發(fā)論文視為正式出版 土 壤 學 報 Acta Pedologica Sinica DOI 10 11766 trxb202307140272 郝點 周潤惠 高聞哲 羅繼鵬 王遠帆 李廷強 非糧化 土壤優(yōu)質耕層快速重構材料的創(chuàng)制及其評價方法 J 土壤學報 2024 Hao Dian Zhou Runhui Gao Wenzhe Luo Jipeng Wang Yuanfan Li Tingqiang Creation and Evaluation Method of Plough Layer Reconstruction Materials for Non Grain Production of Cultivated Land J Acta Pedologica Sinica 2024 非糧化 土壤優(yōu)質耕層快速重構材料的創(chuàng)制 及其評價方法 郝 點 周潤惠 高聞哲 羅繼鵬 王遠帆 李廷強 浙江大學環(huán)境與資源學院 污染環(huán)境修復與生態(tài)健康教育部重點實驗室 杭州 310058 摘 要 優(yōu)質耕層快速構建是耕層剝離型 非糧化 土壤復耕前提 但目前缺乏相應的重構材料 應用草本泥 炭 苔蘚泥炭 稻殼生物炭 木屑生物炭 蔬菜玉米殼及微生物菌劑 按不同配方創(chuàng)制耕層重構材料 并構 建相應的評價方法體系 研究表明 苔蘚泥炭與稻殼生物炭配置形成的耕層重構材料質地疏松 蓄水保墑能 力強 有機質含量高 范圍介于 658 85 704 92 g kg 1之間 同時有機碳難降解指數范圍為 75 27 84 71 具備較高的固碳增匯潛力 有機碳 活性碳組分 I 總腐殖酸 全氮 全鉀 毛管孔隙度 pH 可作為耕層重 構材料的評價指標體系 結合質量指數模型可以評價耕層重構材料綜合質量 依托該體系篩選出了最佳耕層 重構材料配方 即當苔蘚泥炭 M 與稻殼生物炭 R 按質量比 1 1 2 1 3 1 再按質量比 10 1 與蔬菜玉 米殼 C M R 10C1 2M R 10C1 3M R 10C1 混合配置時可以形成優(yōu)質耕層重構材料 將優(yōu)質耕層重構材料 施入 非糧化 土壤可以顯著降低土壤容重 增加土壤有機質及活性養(yǎng)分含量 增強土壤固碳潛力 提高小麥 產量 本研究所建立的指標評價體系可以全面客觀評價耕層重構材料的綜合質量 以苔蘚泥炭 稻殼生物炭 為原料創(chuàng)制的耕層重構材料在改善土壤質量 提高土壤固碳能力以及恢復作物生產方面均表現(xiàn)出較高的應用 價值 關鍵詞 非糧化 土壤 耕層構建技術 耕層重構材 料 材料質量指數 綜合評價體系 中圖分類號 S156 S158 文獻標志碼 A Creation and Evaluation Method of Plough Layer Reconstruction Materials for Non Grain Production of Cultivated Land HAO Dian ZHOU Runhui GAO Wenzhe LUO Jipeng WANG Yuanfan LI Tingqiang Ministry of Education Key Laboratory of Environmental Remediation and Ecological Health College of Environmental and Resource Sciences Zhejiang University Hangzhou 310058 China Abstract Objective Economical crops like seedlings and flowers are frequently sold with soil transplantation practices which directly leads to the soil plough layer becoming shallow or even stripped and eventually disappearing This type of non grain production of cultivated land with stripped plough layer can cause soil structure damage nutrient imbalance and fertility degradation thus it is a serious threat to the foundation of national 浙江省重點研發(fā)計劃項目 2022C02022 2022C02018 和國家自然科學基金項目 42177008 資助 Supported by the Key Research and Development Program of Zhejiang Province Nos 2022C02022 2022C02018 National Natural Science Foundation of China No 42177008 通訊作者 Corresponding author E mail litq 作者簡介 郝 點 1999 女 吉林長春人 碩士研究生 主要研究方向為土壤質量提升 E mail 2872620263 收稿日期 2023 07 14 收到修改稿日期 2023 09 06 網絡首發(fā)時間 2023 10 09 14 00 11 網絡首發(fā)地址 土 壤 學 報 Acta Pedologica Sinica food security and the healthy development of agriculture The main problem with the stripped non grain production of cultivated land is the lack of a high quality plough layer Therefore a solution promoting the reconstruction of the high quality plough layer to meet the fundamental needs of crops is key to replanting these soils However there is currently no systematic research aimed at solving this problem Method A novel plough layer reconstruction material was developed using long lasting organic materials such as herbal peat moss peat rice husk biochar sawdust biochar active organic material vegetable corn husk and microbial inoculants We employed cluster and principal component analyses to identify the minimum data set of quality evaluation indicators for plough layer reconstruction materials which was then combined with the quality index model to create a comprehensive quality evaluation system Result The result showed that the plough layer reconstruction materials with moss peat and rice husk biochar as main raw materials had higher quality and could effectively improve the fertility and compact structure of plough layer damaged soils This material was characterized by a loose texture bulk density of 0 1347 0 1466g cm 3 high capillary porosity 64 83 67 82 strong water holding capacity high organic matter content 658 85 704 92g kg 1 and high SOC recalcitrance index of 75 27 84 71 with a high potential for sequestration and sink enhancement The minimum data set constructed with SOC Labile C HS TN TK capillary porosity and pH can be used as a quality evaluation system for plough layer reconstruction materials Based on the above system the optimal formulation of the plough layer reconstruction material was screened as follows when moss peat M is mixed and configured with rice husk biochar R at mass ratios of 1 1 2 1 3 1 and then 10 1 with vegetable corn husk C M R 10C1 2M R 10C1 and 3M R 10C1 a high quality ploughing layer reconstruction material can be formed On non grain production of cultivated land the application of selected plough layer reconstruction materials can dramatically lower soil bulk density and raise soil organic matter content by 177 35 to 204 31 compared to the control Additionally the treatment also increased the soil s effective nutrient content and soil carbon sequestration potential The plant height weight and number of spikes of wheat were higher than those in the control after the application of the plough layer reconstruction material This resulted in the yield of wheat being 5 6 times higher than that of the control which demonstrates the benefit of this type of material for crop growth Conclusion The indicator evaluation system established by this research can comprehensively and objectively evaluate the overall quality of plough layer reconstruction materials and the materials created with moss peat and rice husk biochar as raw materials showed high application value in improving soil quality increasing soil carbon sequestration capacity and restoring crop production Key words Non grain production of cultivated land Plough layer reconstruction technology Plough layer reconstruction materials Material quality index Comprehensive evaluation system 近年來 隨著土地流轉 農業(yè)種植結構調整 我國耕地 非糧化 現(xiàn)象突出 1 據統(tǒng)計 2021 年我國耕地 非糧化 率約為 33 2 其中 大量經濟作物如苗木 花卉在售賣時常采用帶土移 苗的措施 直接造成土壤耕層變淺 甚至剝離消失 2 這類耕層剝離型 非糧化 土壤會造成土 壤 結構破壞 養(yǎng)分失衡 肥力衰退 3 嚴重威脅 國家糧食安全根基和農業(yè)健康發(fā)展 優(yōu)質耕層 缺失是耕層剝離型 非糧化 土壤存在的主要問題 如何重構優(yōu)質耕層以滿足作物基礎需要是此 類土壤復耕的關鍵 但是 目前缺乏相關研究 因此 非糧化 土壤優(yōu)質耕層的快速構建技術亟 待研發(fā) 也是 實現(xiàn) 藏糧于地 藏糧于技 的迫切需要 傳統(tǒng)的耕層構建技術主要包括表土剝離和定向培肥 4 前者指剝離適宜耕種的表層土壤覆 蓋于貧瘠土層以實現(xiàn)耕層重構 但價格昂貴 工程量大 不利于推廣應用 后者指人工對貧 瘠土壤進行培育改造 5 如增施有機肥 種植綠 肥 秸稈還田 增施微生物肥 深耕改土等 但耗時長 見效慢 6 近年來應用耕層重構材料因其可以實現(xiàn)原位改良耕層 同時促進土壤快 速熟化以縮短優(yōu)質耕層重新構建時間而受到廣泛關注 以往的耕層重建材料主要針對礦區(qū) 丘陵等立地條件差 基礎養(yǎng)分貧瘠的新墾土壤 3 常用的材料主要是天然有機物料及礦物材料 土 壤 學 報 Acta Pedologica Sinica 這些材料有利于提高土壤有機質含量 但是對土壤結構及微生態(tài)環(huán)境改善效果不明顯 并不 適用于耕層擾動或缺失的土壤 因此 亟需尋找能協(xié)同改善土壤物理 化學 生物學性質的 新型耕層重建材料 泥炭由于質地疏松 有機碳含量豐富在土壤培肥領域受到廣泛關注 如以木本泥炭 腐 熟秸稈復配的耕層重構材料 對土壤肥力提升 結構改善成效顯著 7 但木本泥炭資源緊缺 同時泥炭添加至土壤中容易引發(fā)激發(fā)效應 加劇 CO2 排放 也有研究表明泥炭腐殖質組分胡 敏素遠低于水稻土和黑土 這種差異勢必阻礙耕層的培肥效果 8 亟需尋找合適的替代原料 生物炭作為另一種富碳材料 有利于改善土壤質量 在實現(xiàn)農業(yè)廢棄物資源化利用的同時還 能增強土壤負激發(fā)效應 被視為增強固碳封存的重要環(huán)境策略 9 因此本研究應用生物炭部分 替代泥炭創(chuàng)制一種新型復合耕層重建 材料 旨在短期內耦合兩類材料優(yōu)點 協(xié)同實現(xiàn)優(yōu)質耕 層構建 農業(yè)廢棄物資源化利用以及固碳減排效益提升的目標 綜上 本研究選取資源分布相對廣泛兼具高有機碳含量的草本泥炭 苔蘚泥炭 搭配生 物炭材料 創(chuàng)制一種兼具固碳增匯功能的新型耕層重構材料 探究將優(yōu)質耕層形成的冗長培 育過程簡化為一次性工程作業(yè)的實際可行性 同時 選取傳統(tǒng)土壤質量評價指標體系中常見 理化指標 建立針對耕層重構材料的綜合質量評價體系 進一步完成優(yōu)質材料的篩選工作 為 非糧化 土壤耕層快速構建提供理論依據 1 材料與方法 1 1 供試材料與土壤 長效有機類材料 草本泥炭 Herbal peat H 購自敦化吉祥泥炭開發(fā)有限公司 苔蘚泥 炭 Moss peat M 購自俄羅斯遠東泥炭有限公司 稻殼生物炭 Rice husk biochar R 和木屑 生物炭 Sawdust biochar S 購自浙江長三角聚農科技開發(fā)有限公司 活性有機類材料 蔬菜 玉米殼 Vegetable corn husk C 購自杭州市三墩街道農貿市場 微生物菌劑 枯草芽孢桿菌 有效活菌數含量 1 000億 g 1 Bacillus B 購自強興生物科技工廠 供試材料基 本理化性質 見表 1 結構見圖 1 試驗所需土壤采自浙江省杭州市蕭山良江苗木基地 供試土壤為苗木移除后的殘余土壤 耕作層被破壞 剝離的土壤 土壤質地為壤質黏土 0 002 mm黏粒占 28 23 0 02 0 002 mm粉粒占 33 27 0 02 mm砂粒占 38 51 化學性質 pH 為 4 57 電導率 EC為 1 06 S cm 1 土壤有機碳 SOC為 6 75 g kg 1 全氮 TN為 0 4 g kg 1 全磷 TP為 0 15g kg 1 堿 解氮 AN為 17 49mg kg 1 有效磷 AP為 9 22 mg kg 1 速效鉀 AK為 87 71mg kg 1 表 1供試材料的基本理化性質 Table 1 Basic physical and chemical properties of the raw materials 原料類型 Material type 全氮 TN g kg 1 全磷 TP g kg 1 全鉀 TK g kg 1 總腐殖酸 HS pH 電導率 EC mS cm 1 灰分 Ash C H N 草本泥炭 Herbal peat 13 03 0 99 4 98 38 34 5 26 17 66 20 63 36 92 4 95 2 13 苔蘚泥炭 Moss peat 7 62 0 20 3 00 44 80 6 35 11 98 4 19 41 64 5 91 1 15 稻殼生物炭 Rice husk biochar 3 10 1 37 12 99 9 29 94 30 19 42 52 71 2 43 0 82 木屑生物炭 Sawdust biochar 1 76 0 35 4 25 7 50 10 22 2 54 74 16 4 17 0 47 土 壤 學 報 Acta Pedologica Sinica 原料類型 Material type 有機碳 SOC g kg 1 水溶性碳 Water soluble carbon 酸溶性碳 Acid soluble carbon DOC g kg 1 DOC SOC LabileI C g kg 1 LabileII C g kg 1 有機碳活性 指數 LI Recalcitrant C g kg 1 有機碳難降 解指數 RI 草本泥炭 Herbal peat 325 29 0 80 0 25 49 36 21 10 21 66 254 83 78 34 苔蘚泥炭 Moss peat 375 04 0 64 0 17 53 23 19 93 19 51 301 87 80 49 稻殼生物炭 Rice husk biochar 450 11 1 01 0 22 3 95 3 47 1 65 442 69 98 35 木屑生物炭 Sawdust biochar 515 77 0 70 0 14 5 51 4 36 1 91 505 90 98 09 草本泥炭 H 2000 苔蘚泥炭 M 2000 稻殼生物炭 R 400 木屑生物炭 S 400 圖 1 供試材料的掃描電鏡圖 Fig 1 Scanning electron microscope image of the test material 1 2 新型耕層重構材料的創(chuàng)制 為探究耕層重構材料中生物炭對泥炭的替代效應 將 2種泥炭與 2種生物炭按質量比 1 1 2 1 3 1進行混合 再按質量比 10 1比例與蔬菜玉米殼 C 混合 在此基礎上將所選枯草芽 孢桿菌菌劑溶于 1 000倍水中 噴施到上述有機類材料中 同時控制水分保持在 60 左右 攪 拌均勻 配置形成 12 種以天然有機材料為核心的新型耕層重構材料 具體 1 草本泥炭 H 稻殼生物炭 R 型 H R 10C1 2H R 10C1 3H R 10C1 2 草本泥炭 H 木屑生物炭 S 型 H S 10C1 2H S 10C1 3H S 10C1 3 苔蘚泥炭 M 稻殼生物炭 R 型 M R 10C1 2M R 10C1 3M R 10C1 4 苔蘚泥炭 M 木屑生物炭 S 型 M S 10C1 2M S 10C1 3M S 10C1 土 壤 學 報 Acta Pedologica Sinica 1 3 新型耕層重構材料的篩選 1 3 1 建立評價指標體系 評價材料質量的理化指標眾多 應用全部 指標進行質量評價將增加 工作難度 因此 有必要構建一個最小數據集 Minimum Data Set MDS 用有限的指標快速 準確地評價材料質量 聚類分析和主成分分析法是建立 MDS過程中應用最廣泛的數理統(tǒng)計方 法 前者在無先驗知識的前提下按數據親疏程度自動分類 后者在數據信息損失較小的前提 下進行降維劃分 兩種方法均能夠克服傳統(tǒng)指標篩選的主觀性 客觀準確地篩選土壤屬 性的 變異性 10 具體方法如下 基于 R型歐氏距離的聚類分析 Cluster Analysis CA 對全部質量評價指標 進行分類 若同組內指標之間存在顯著相關性 則根據土壤質量評估經驗 選擇更具代表性 的指標進入 MDS 若相關性低且冗余時 使用主成分分析 Principal Component Analysis PCA 對指標進行重新分類 選擇特征值 1 的主成分 將每個主成分中旋轉因子載荷絕對值 0 5 的 指標劃分為同組 若某指標同時在多個主成分上載荷絕對值 0 5 則將該指標劃分至與其他指 標相關性較低的那 一組 選擇每組中 Norm值最高的指標直接進入 MDS 再保留與最高 Norm 值相差 10 范圍內的指標進行相關性分析 若相關性較高則舍棄 若相關性較低則選入 MDS Norm值作為某指標在主成分組成的多維空間的矢量常模長度 值越大則表明該信息對主成分 的綜合荷載越高 解釋綜合信息能力越強 Norm值計算公式如下 11 Nik 1 式中 Nik為第 i個變量在特征值 1的前 k個主成分上的綜合荷載 Uik為第 i個變量在第 k個 主成分上的荷載 k為第 k個主成分的特征值 1 3 2 建立材料質量評價體系 材料質量指數 Material Quality Index MQI 能夠通過指標定量 的方法對耕層材料進行綜合評價 MQI的范圍為 0 1 值越大則表明質量越好 計算公式如 下 12 MQI 1 式中 n為參評指標的數量 Fi為第 i個指標的隸屬度 Wi為第 i個因子的權重 其中 Fi 隸屬度由指標所屬的隸屬度函數確定 13 劃分為兩種函數 1 遞增型函數 對土壤質量起到促進作用的指標 2 遞減型函數 對土壤有限制作用的指標 在本研究中 選擇容重和灰分 其余指標均為遞增型函數 隸屬度計算 遞增型 F Xi Xi Xmin Xmax Xmin 遞減型 F Xi 1 Xi Xmin Xmax Xmin 式中 Xi為指標實測值 Xmin 為指 標測定最小值 Xmax為指標測定最大值 Wi因子權重為各指標公因子方差與總公因子方差之 比 1 3 3 最小數據集的可靠性驗證 本研究通過計算全體數據集 Total Data Set TDS 指標和最小 數據集兩種指標體系下不同配方耕層重構材 料的質量指數 再通過 MQI TDS與 MQI MDS兩 者相關分析 以及樣品間聚類分析驗證最小數據集指標體系對材料綜合質量評價的可靠性 從而建立耕層重構材料的質量評價體系 1 4 耕層土壤重構的有效性驗證 經篩選 選擇 MQI較高的 3種優(yōu)質耕層重構材料 M R 10C1 2M R 10C1 3M R 10C1 以 4 w w 添加量混入耕層剝離型 非糧化 土壤 同時以未添加材料的土壤作為 CK開展盆栽 驗證試驗 2 5 kg 盆 1 各處理重復三次 共計培養(yǎng) 56 d 培養(yǎng)期間水份控制在 60 培養(yǎng)結 束后通過測定土壤物理結構 有機質及活性養(yǎng)分含量及固碳指標來驗證耕層重構材料及其評 價體系的有效性 土 壤 學 報 Acta Pedologica Sinica 在此基礎上 本研究以 3M R 10C1材料為例 探究此類材料對耕層剝離型 非糧化 土壤 復耕的現(xiàn)實可行性 為了在構建優(yōu)質耕層的同時最大程度提高經濟效益 對作物種植體系下 對材料添加量進行調整 以提高 1 5 土壤有機質為目標 設置 2 添加量進行復耕試驗 具體 如下 以 2 w w 添加量混入耕層剝離型 非糧化 土壤 同時以未添加材料的土壤作為 CK 開展糧食作物小麥盆栽種植試驗 3 kg 盆 1 各處理重復三 次 每盆 6株小麥 常規(guī)水分管理 培養(yǎng)結束后測定土壤養(yǎng)分 固碳指標及小麥生長指標 1 5 指標測定 基礎理化指標具體操作參考 土壤農化分析 14 供試原料 C H N含量采用元素分析 儀測定 采用 SU8010冷場發(fā)射掃面電子顯微鏡進行微觀結構觀察 pH采用浸提電位法 材料 水 1 15 測定 電導率 EC 采用浸提電導法 材料 水 1 15 測定 可溶性有機碳 DOC 采用水浸提 TOC分析法測定 活性碳組分 LabileI C LabileII C 和難降解碳組分 Recalcitrant C 采用 2 5 mol L 1 H2SO4和 13 mol L 1 H2SO4兩步酸水解法 15 測定 微生物生物量碳 MBC 采 用氯仿熏蒸 K2SO4浸提法測定 微生物呼吸速率 MR 采用室內培養(yǎng) 氣相色譜法測定 微生物 代謝熵計算方法 qCO2 h 1 MR MBC 1 6 數據處理 試驗數據在 Microsoft Excel2010中計算處理后通過 SPSS 23 0進行指標標準化 聚類分析 主成分分析 相關分析 數據差異均采用單因素方差分析 并進行 LSD 多重比較 不同字母 代表不同處理間性質具有顯著性差異 P 0 05 圖表在 Origin18 0進行制作 2 結 果 2 1 耕層重構材料物理指標統(tǒng)計 不同類型的耕層重構材料均具備容重低 孔隙豐富的特點 表 2 本試驗所創(chuàng)制的材料容 重 Bulk density BD 介于 0 1 298 0 1 488 g cm 3之間 毛管孔隙度 Capillary porosity CP 介于 47 02 67 82 之間 以苔蘚泥炭配置的 M S 10C1容重顯著低于其他材料 為 0 1 298 g cm 3 M R類及 M S類材料的毛管孔隙度均顯著高于草本泥炭構成的 H R類 H S類 即苔蘚泥 炭類材料在結構上具有更優(yōu)質的通氣透水特性 有利于土壤耕層結構的塑造 此外 不同材 料的 pH 為 5 26 6 54 電導率為 2 51 3 99 mS cm 1 均處于適宜范圍 符合耕層重構材料基 本要求 表 2不同耕層重構材料的物理性質 Table 2 Physical properties of different plough layer reconstruction materials 處理 Treatment 容重 BD g cm 3 pH EC mS cm 1 灰分 Ash 毛管孔隙度 CP H R 10C1 0 1488a 6 41b 3 99a 17 87bc 62 58d 2H R 10C1 0 1426b 5 89e 3 03b 17 10cd 54 25f 3H R 10C1 0 1334cd 5 72f 2 93b 16 38d 54 83f H S 10C1 0 1327cd 5 66f 3 10ab 13 56e 47 02h 2H S 10C1 0 1344cd 5 39g 3 00b 17 75bc 50 51g 3H S 10C1 0 1333cd 5 26h 3 22ab 18 96ab 48 42h M R 10C1 0 1466a 6 54a 2 78b 19 97a 67 82a 2M R 10C1 0 1420b 6 39bc 2 72b 16 84cd 65 65b 3M R 10C1 0 1347c 6 28cd 2 64b 14 76e 64 83bc M S 10C1 0 1298f 6 30bc 3 06b 8 21h 59 55e 土 壤 學 報 Acta Pedologica Sinica 2M S 10C1 0 1309e 6 26d 2 62b 10 41g 60 45e 3M S 10C1 0 1323de 6 20d 2 51b 11 70f 63 54cd 注 同列不同字母表示不同處理間差異顯著 下同 Note Different letters in the same column indicate significant differences between different treatments The same as below 2 2 耕層重構材料化學指標統(tǒng)計 2 2 1 碳組分含量 耕層重構材料有機碳含量均處于較高水平 M S 10C1最高為 408 9 g kg 1 2H R 10C1最低為 319 3 g kg 1 以苔蘚泥炭配置的材料有機碳平均含量高于草本泥炭類 以 稻殼生物炭配置材料有機碳難降解指數為 80 12 88 78 高于木屑生物炭類 穩(wěn)定性更高 輸入土壤時有利于提高 SOC固存 16 不同材料均表現(xiàn)出 LabileIC含量高于 LabileIIC含量 圖 2 圖 2不同耕層重構材料碳組分含量和有機碳難降解指數 Fig 2 Carbon component content and recalcitrance index of different plough layer reconstruction materials 2 2 2 養(yǎng)分含量 耕層重構材料有機質含量為 550 46 704 93 g kg 1 DOC含量為 1 25 4 49 g kg 1 總腐殖酸含量為 22 17 45 2 全氮含量為 5 05 12 64 g kg 1 全磷含量為 0 23 1 42 g kg 1 全鉀含量為 3 48 8 99 g kg 1 圖 3 草本泥炭類有機質 DOC含量顯著低于苔蘚泥炭 類 但全氮 全磷含量相對較高 其中 3H R 10C1和 3H S 10C1的全氮含量分別為 12 64 12 38 g kg 1 H R 10C1全磷含量為 1 42 g kg 1 在苔蘚泥炭配置的兩類材料中 M R類全量養(yǎng)分含 量總體高于 M S類材料 有利于養(yǎng)分儲存 同時其 DOC含量介于 4 15 4 49 g kg 1之間 有 利于活性養(yǎng)分的釋放 土 壤 學 報 Acta Pedologica Sinica 圖 3不同耕層重構材料養(yǎng)分含量 Fig 3 Nutrient content of different plough layer reconstruction materials 2 3 最小數據集的構建 2 3 1 聚類分析構建指標分類體系 基于 R型聚類將 14項理化指標劃分為 4類 1 TK 容重 TP 灰分 EC 代表養(yǎng)分及物理性質 2 TN HS 代表養(yǎng)分 3 LabileI C LabileII C DOC pH 毛管孔隙度 代表碳組分及物理性質 4 SOC Recalcitrant C 代表有機碳組分 通過對同組內 相關性分析初步篩選進入 MDS的指標 首先對 14項指標進行正態(tài)分布檢 驗 DOC 容重 EC不符合正態(tài)分布 選擇 Spearman系數進行相關分析 第一類中 EC與其 余指標均無顯著相關性 直接選入 MDS TK與容重高度相關 r 0 982 容重衡量結構特性 TK主要受礦物種類影響 二者無明顯實際關聯(lián) 為避免造成誤差同時選入 MDS TK與 TP 灰分均高度相關 r 0 800 r 0 761 灰分可表征材料中礦質養(yǎng)分 可用全量養(yǎng)分進行衡量 此時選擇相關性之和更高的 TK作為養(yǎng)分含量代表 第二類 TN HS無顯著相關性 同時選入 MDS 第三類 SOC與 Recalcitrant C顯著相關 r 0 853 SOC更能衡量土壤肥力特性 將 SOC 選入 MDS 第四類中 LabileI C LabileII C顯著相關 r 0 853 考慮到 LabileI C組分更能體 現(xiàn)活性碳組分 選擇 LabileI C進入 MDS 毛管孔隙度分別與 DOC pH顯著相關 r 0 790 r 0 860 通氣透水情況能直接影響水溶態(tài)養(yǎng)分 但無法直觀反映酸堿度 故選擇毛管孔隙度 pH進入 MDS 2 3 2 主成分分析篩選冗余指標 由于聚類結果的第 一類和第三類備選指標中存在數據冗余 故采用主成分分析進一步篩選代表性指標最終進入 MDS 分別對第一類 第三類指標進行 KMO與 Bartlett s檢驗 結果表明 KMO值分別為 0 624 0 5 Sig 0 000 KMO 0 559 0 5 Sig 0 001 均可以進行主成分分析 表 3 第一類指標劃分 1個主成分 累計貢獻率為 71 993 選擇 Norm值最高指標 TK 1 743 90 土 壤 學 報 Acta Pedologica Sinica 范圍以內指標進一步篩選 容重 TP 灰分符合條件 再次進行相關分析表明 TK 與容重 r 0 941 TP r 0 764 灰分 r 0 783 高度相關 故僅選擇 Norm值最高的 TK進入 MDS 第 三類指標提取到 2個主成分 累積貢獻率為 92 19 DOC 毛管孔隙度在主成分 1載荷值較 高 pH Labi