大豆根系分泌物对黑土水稳性团聚体的影响

土壤结构与土壤养分对作物的生长发育有同等重要的作用，土壤团聚体是土壤结构的基础，对协调土壤的水肥气热和可持续利用起重要作用，植物根系活动是土壤团聚体的形成与稳定的关键因素之一，大豆是一种共生固氮的豆科肥田作物，研究大豆根系尤其是根系分泌物对黑土水稳性团聚体的形成及其稳定性的影响机制，具有重要的科学意义和生产价值。本项目采用长期定位试验、盆栽试验、模拟方法和13C标记技术，研究大豆根系对黑土水稳性团聚体的影响、大豆根系分泌物与黑土水稳性团聚体相互作用关系以及大豆根系分泌物中有机碳在黑土水稳性团聚体及其各粒级中的分布。阐明大豆根系与黑土水稳定性团聚体消长的量化关系，揭示大豆根系分泌的主要有机酸对黑土水稳性团聚体的影响机制以及大豆根系沉积碳在团聚体中的分配规律，阐明大豆根系分泌物作用下的黑土水稳性团聚体的形成和稳定机制，为利用生物改良土壤结构及优化轮作模式提供科学依据。

土壤结构与土壤养分对作物的生长发育有同等重要的作用，土壤团聚体是土壤结构的基础，对土壤的水肥气热有协调作用，植物根系活动是影响土壤团聚体形成与稳定的关键因素之一。大豆是一种共生固氮的豆科肥田作物，研究大豆根系活动对黑土水稳性团聚体的形成及其稳定性的影响机制，具有重要的科学意义和生产价值。本项目利用两组20年的田间定位试验和温室及实验室模拟，系统研究了大豆根系分泌物对黑土水稳性团聚体的影响。研究结果表明：在作物根系周围直径约3 mm的区域，土壤大于2 mm的水稳性团聚体（大团聚体），受作物根系影响较大，他们的质量分数排序如下：CM（玉米连作） > CS（大豆连作）> RS（大豆-玉米-小麦轮作）> CW（小麦连作），与20年前供试样地开始时的土壤（BS）相比，连作玉米根际大于2 mm的土壤水稳性大团聚体提高了44.6%，大豆保持平衡，轮作处理略微减少，小麦减少了33.1%。在根系周围的中型水稳性团聚体（2-0.25 mm）的质量分数排序如下：CS > RS > CM > CW，和20年前相比，连作大豆和连作玉米根际的中型水稳性团聚体提高了5.6%，轮作保持了平衡，小麦减少了8.4%。土壤水稳性团聚体的平均重量直径（MWD）排列如下，CM > CS = RS > CW。耕层土壤水稳性团聚体除了受作物根际影响外，还取决于根系密度。这两个因素对耕层土壤水稳性团聚体的影响表现为：大豆根系活动对土壤大团聚体影响较大，以轮作土壤大团聚体为百分之百，大豆根系提高了耕层土壤水稳性大团聚体7.0%，玉米根系降低了耕层土壤水稳性大团聚体9.8%，小麦降低了7.9%。可见长期种植大豆对黑土水稳性团聚体有良好的作用，大水稳性团聚体是保证良好的土壤物理属性的基础。模拟实验证明了大豆根系在生长发育过程中的连续分泌物质对土壤团聚体的作用，45天的试验结果表明，以不添加根系分泌物的土壤为对照，连续添加大豆根系分泌物提高了大团聚体64%，提高了中型团聚体25%。在0.25-0.053 mm级别的团聚体粒径中，比对照减少了58%，在<0.053 mm 级别的团聚体粒径中，比对照减少了19%。本项目取得的成果：①解析了大豆根系活动对黑土水稳定性团聚体消长的量化关系；②揭示大豆根系分泌物对黑土水稳性团聚体的影响机制；③阐释大豆根系—水稳性团聚体—有机碳的相互作用。本项目按照被批准的申请书要求，全部完成任务。