三江平原白浆土障碍消减与产能提升关键技术专栏

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三江平原白浆土障碍消减与产能提升关键技术专栏

白浆土是组成东北黑土地的七个土壤类型之一，面积527.2万hm2，占东北三省土壤面积的6.9%，也是东北主要的耕作土壤，耕地面积166.7万hm2，占东北三省耕地面积的7.6%，在东北粮食生产中是不可替代的耕地资源。白浆土具有与黑土相同的优良表层，其障碍特性主要是在表层下面分布一层对作物生长具有障碍性的土层，即“白浆层”。白浆层出现在土壤剖面15~50 cm，该层土壤具有“酸、硬、瘦”的特征，影响了作物根系生长和养分、水分供应。以提升耕地产能、实现粮食增产和农民增收为目标，针对白浆土的障碍土层改良和障碍因素消减的科学和技术问题，《应用生态学报》组织出版了“三江平原区白浆土障碍消减与产能提升关键技术”专栏，以推动相关基础理论研究、关键技术和装备的研发应用，实现白浆土改良培肥与粮食产能的协同提升。

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1. 白浆土障碍消减技术研究进展

刘鑫, 王秋菊, 刘峰, 孟庆英, 谷英楠, 邹佳何, 李婧阳, 辛蕊

应用生态学报 2025, 36 (12): 3647-3658. DOI: 10.13287/j.1001-9332.202512.012

摘要（201）

PDF（pc）（1375KB）（9）

白浆土是东北黑土区一种典型的低产障碍土壤,其表层黑土薄,土体养分含量低,紧实致密的白浆层阻碍了作物根系下扎及水分入渗,土壤通透性差,表层土壤易受旱涝灾害影响,严重制约了粮食产量的提高。消除白浆层障碍、提升作物产量成为白浆土障碍消减的主要目标。本文系统总结了白浆土障碍消减的研究进展,从化学改良、生物改良和机械改良3个方面探讨了现有改良技术的优势与不足,重点分析了各改良技术对白浆土硬度、容重、土壤孔隙结构和团聚体等物理性质,以及有机质含量、养分构成、pH值等化学性质的作用机制和改良效果。针对白浆土障碍消减研究中存在的问题,提出未来研究需聚焦于改土机械的创新优化、政策支持帮扶、现代化改土技术的推广应用,以及气候变化下消障技术应对和后效可持续性评估等4个方向,以期为白浆土改良提供参考。

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2. 土壤改良剂对白浆土白浆层土壤物理结构及微生物群落的调控效应

王玲莉, 石元亮, 石淏心, 张蕾, 武志杰, 宋玉超, 田立彬, 姜宇

应用生态学报 2025, 36 (12): 3659-3667. DOI: 10.13287/j.1001-9332.202512.018

摘要（239）

PDF（pc）（5252KB）（22）

白浆土是中国东北地区典型的低产障碍性土壤,因障碍土层白浆层土壤结构致密、水气传输受阻,严重制约作物生长和产量形成。本研究以白浆层土壤为对象,设置微区试验,以不施改良剂(CK)为对照,探究复合改良剂(改性膨润土+改性腐殖酸+氧化钙,GL)、改性膨润土(PR)和改性腐殖酸(HA)3种改良剂处理对白浆层土壤物理结构及微生物多样性的调控效应。结果表明: 与CK相比,改良剂处理白浆层土壤容重显著降低3.6%~5.4%,孔隙度提高4.7%~7.0%,团聚体稳定性增加。其中,GL处理通过松散土壤颗粒增强了孔隙的连通性;PR处理短期内可改善土壤的通气性,但团聚体结构的稳定性不足;HA处理通过胶体填充作用提升团聚体稳定性,但对孔隙连通性的改善效果有限。不同改良剂处理改变了白浆层土壤微生物群落组成。GL处理显著提高了细菌多样性,丰富度指数提高12.9%,以变形菌门、拟杆菌门、放线菌门为优势细菌群落;PR处理细菌丰富度提高了17.4%,以放线菌门、变形菌门、子囊菌门为主要优势群体;HA处理显著提高了真菌物种丰富度,真菌Chao1指数较CK提高41.0%,以子囊菌门、担子菌门和被孢霉门为优势真菌群落。相关性分析表明,孔隙度与真菌丰度呈正相关(r=0.62),容重与放线菌门丰度呈正相关(r=0.58)。综上,GL处理具有较好的物理-生物协同效应,更适用于疏松化白浆层土壤,提高土壤透气性;PR处理在短期内可改善白浆层土壤的通气性和微生物活性,但对团聚体结构稳定性的促进作用有限,长期应用可能导致土壤结构松散化;HA处理适合保水需求高且需增强团聚体稳定性的土壤。

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3. 混层技术对白浆土水分分布和储量的影响

薛明, 粟宝莹, 宋一欣, 卢奕丽, 王洪志, 王秋菊

应用生态学报 2025, 36 (12): 3668-3674. DOI: 10.13287/j.1001-9332.202512.014

摘要（155）

PDF（pc）（2258KB）（4）

白浆土(剖面分层结构:黑土层、白浆层和淀积层)具有低透水性且紧实的白浆层,是黑龙江省典型低产障碍性土壤。混层技术可通过打破白浆层改善玉米根区土壤水分条件。本研究设置表土混层(白浆层和淀积层混合)和心土混层(黑土层和白浆层混合)技术改良白浆土,通过定位监测玉米农田全生育时期土壤含水量的动态特征,探讨两种改良技术对玉米农田土壤水分分布和储量的影响。结果表明: 未改良对照的白浆层容重比黑土层高23.9%,且其土壤饱和导水率(0.0013 cm·h^-1)极低,导致在玉米苗期降雨较少时白浆层阻滞下层水分上移,使黑土层和白浆层较干,而拔节后降雨频繁时期白浆层的低渗透性导致上层土壤水分滞留。改良白浆土后,表土混层和心土混层处理下0～60 cm土层平均饱和导水率分别为12.29和14.09 cm·h^-1,是对照的4.9～5.7倍;相较于对照,两种混层技术在玉米苗期白浆层土壤含水量提高了约93.2%,降雨频繁的拔节中期(7月15—19日)0～30 cm土层土壤平均含水量分别降低10.3%和8.3%,促进了土壤水分入渗;玉米生长季根系层(0～60 cm)储水量均提高5.5%。表明混层技术改善了玉米生长季内白浆土剖面土壤水分分布不均的状况,其中,以心土混层技术效果较好。

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4. 石灰配施生物炭对白浆土理化特性及玉米产量的影响

宋玉超, 肖富容, 王瑞琢, 宫平, 王玲莉, 魏占波, 田立彬, 张丽莉

应用生态学报 2025, 36 (12): 3675-3681. DOI: 10.13287/j.1001-9332.202512.013

摘要（233）

PDF（pc）（1370KB）（35）

白浆土的白浆层存在硬化、酸化等障碍问题,是制约白浆土地区粮食作物产量的关键限制因素。本研究通过田间微区试验,设置石灰(900 kg·hm^-2,C)、石灰分别与4.5(B1)和9 t·hm^-2生物炭(B2)组合作为改良剂,以不加改良剂为对照(CK),探究不同改良剂对白浆土土壤理化性质和玉米生长特性及产量的影响。结果表明: 施用石灰可显著提高白浆层土壤pH值,3个处理较CK增加0.26～0.69个单位;C处理土壤容重较CK增加7.6%,添加生物炭能有效缓解石灰引发的土壤容重增高风险,B1和B2处理土壤容重较C处理分别降低4.6%和3.9%。与CK相比,施用石灰使白浆层土壤全钙含量提高4.7%～22.7%,但同时会降低白浆层土壤有机质含量,C处理有机质含量较CK降低17.6%,而施用生物炭能减轻有机质含量降低风险,较C处理提高15.0%～15.3%。各改良剂处理使玉米株高有增加趋势,但并未对叶片叶绿素含量产生显著影响。C处理玉米籽粒产量较CK提高9%,但差异不显著;而B1和B2处理玉米籽粒产量分别较CK显著提高19.3%和18.0%,B1与B2间差异不显著。Mantel检验分析表明,玉米籽粒产量主要受白浆层土壤pH值的调控。综上,将4.5和9 t·hm^-2生物炭与900 kg·hm^-2石灰配施可有效缓解白浆层酸化,显著提升玉米产量,其中,以4.5 t·hm^-2生物炭与900 kg·hm^-2石灰配施配方最具应用价值。

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5. 土层混拌和玉米秸秆添加对白浆土的改良效应

孟庆英, 王秋菊, 邹佳何, 李婧阳, 刘鑫, 罗一飞, 冯浩原, 蔡丽君

应用生态学报 2025, 36 (12): 3682-3688. DOI: 10.13287/j.1001-9332.202512.015

摘要（182）

PDF（pc）（1524KB）（14）

白浆层与淀积层混拌可打破白浆土不良的土体构型,而施用秸秆是提高白浆层土壤养分的有效途径。本研究采用室内培养试验,分析白浆层混拌不同比例淀积层土壤(1∶0、2∶1、1∶1和1∶2)并添加1%玉米秸秆后土壤液限、塑性指数、机械组成、水稳性团聚体分布及土壤有机碳含量的变化,探究土层混拌与秸秆添加对白浆土的改良效果,并设置大豆大田试验进行产量验证。结果表明: 随淀积层土壤占比增加,土壤的液限值升高,塑性指数由16.0%分别升高到23.0%、27.0%和31.0%,白浆土的耕作适宜性增强;土壤黏粒含量增加、大于0.25 mm团聚体百分比(R_>0.25)和平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GWD)等团聚体稳定性指标提高,其中,MWD和GWD增幅分别为42.9%、44.9%、46.9%和27.7%、27.7%、29.8%。在同一混拌比例下,秸秆添加后土壤R_>0.25增加,团聚体稳定性增强,土层混拌和秸秆添加及两者互作对土壤R_>0.25、MWD和GMD均存在显著影响;土层混拌比为1∶1同时添加秸秆处理的R_>0.25最高,达66.6%。土层混拌降低了土壤有机碳含量,秸秆添加显著增加了土壤总有机碳和团聚体各粒级有机碳含量。表明土层混拌与秸秆添加后土壤黏粒和有机碳含量提高协同促进了土壤团聚体结构的形成与稳定,进而改良白浆土土壤结构,提高土壤肥力。大田试验证明,应用机械可实现白浆层与淀积层近似1∶1混拌,与常规深松对照相比,大田混层作业同时秸秆全量还田后大豆产量提高7.2%,该模式在白浆土耕地改良中具有显著的推广价值。

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6. 玉米秸秆还田对白浆土水溶性有机碳及荧光特性的影响

匡恩俊, 王秋菊, 邹佳何, 李婧阳, 田立彬, 姜宇, 刘峰

应用生态学报 2025, 36 (12): 3689-3698. DOI: 10.13287/j.1001-9332.202512.020

摘要（186）

PDF（pc）（2444KB）（13）

白浆土是我国典型低产土壤,土壤有机质含量低,探索玉米秸秆还田对白浆土水溶性有机碳(WSOC)含量的影响,对提升白浆土碳水平及稳定土壤地力具有重要意义。本研究分别向2种白浆土亚类(岗地白浆土和草甸白浆土)土壤10、20和30 cm土层添加玉米秸秆(土壤重量的1%),以不加秸秆为对照,分析添加40、100和290 d后土壤WSOC含量及其荧光特性的变化。结果表明: 玉米秸秆添加到不同深度土壤中均增加了WSOC含量,且随着秸秆添加时间的延长呈增加趋势;添加290 d后,岗地白浆土和草甸白浆土10、20、30 cm深度土壤WSOC含量分别比对照增加了6.4%、15.7%、131.7%和8.6%、25.1%、54.0%。添加玉米秸秆降低了土壤水溶性有机碳/土壤有机碳(WSOC/SOC)比例,SOC库的稳定性增强;荧光指数(1.15～1.79)和自生源指数(0.91～2.63)平均较对照增加5.8%和2.7%,腐殖化指数(0.25～0.62)平均较对照降低15.0%,表明土壤WSOC受外源和内源物质的综合影响,添加秸秆后白浆土腐殖化程度降低。所有土壤WSOC荧光图谱解析出4个组分,属于3种物质,分别为溶解性微生物产物、类腐殖酸和类蛋白质物质;添加秸秆后岗地白浆土类腐殖酸减少,溶解性微生物产物和类蛋白质增加;草甸白浆土类腐殖酸在10和30 cm深度增加、20 cm深度减少,溶解性微生物产物在10和20 cm深度增加、30 cm深度减少,类蛋白质与溶解性微生物产物相反。秸秆还田有利于增加白浆土WSOC含量,促进WSOC溶液中低分子量荧光组分的形成,使结构趋于简单化,提升土壤供肥能力。

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7. 不同改土措施对白浆土耕作特性的影响

陈爱慧, 张海滨, 王秋菊, 于晓波, 谭增鑫, 周魏岩, 任洪忱, 闫景凤

应用生态学报 2025, 36 (12): 3699-3708. DOI: 10.13287/j.1001-9332.202512.019

摘要（179）

PDF（pc）（2353KB）（25）

针对低产白浆土因物理结构障碍导致的耕作特性较差,不利于机械耕作作业的问题,本研究通过室内模拟试验,以无掺混为对照,设置耕层混拌(TLM,白浆层土按10%～50%掺入表土中)、心土混层(SM,淀积层土按10%～50%掺入白浆层土中)及心土培肥(SF,有机肥、秸秆、生物炭添加梯度2%～10%)3类处理,分析不同改土措施对白浆土可塑性(采用液限、塑限、塑性指数指示)、胀缩性(采用缩限指示)及适宜耕作期(采用收缩指数指示)的差异化调控机制。结果表明: 与对照相比,TLM提升了土壤均质化程度,但显著增强了土壤可塑性,缩短土壤适宜耕作期,导致耕作特性劣化。SM通过提高黏粒含量和优化黏沙比提升了白浆土耕作性能,使适宜耕作期显著延长。SF依托有机质、比表面积、最大吸湿水和有机碳的协同增效,对白浆土耕作特性的改良效果显著优于TLM和SM处理,其中,有机肥通过提升土壤持水能力(塑限增幅为37.5%～58.1%)优化土壤适耕性;秸秆对土壤膨缩性的调控效果最显著(缩限降幅最高达41.1%),秸秆添加量为6%时效果最佳;生物炭则通加多级孔隙结构优化土壤适耕性,在添加量为10%时,液限和塑限分别提升了7.3%、14.9%,塑性指数下降了7.6%,收缩指数增加了12.6%,表明3种培肥物料均可不同程度改良低产白浆土耕作特性。本研究可为白浆土障碍修复与可持续耕作体系构建提供理论支撑。

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8. 不同有机物料深混对白浆土土壤胞外酶活性及化学计量特征的影响

高瑞敏, 严君, 韩晓增, 陈旭, 邹文秀, 陆欣春, 贺娟妮

应用生态学报 2025, 36 (12): 3709-3717. DOI: 10.13287/j.1001-9332.202512.011

摘要（183）

PDF（pc）（2041KB）（17）

有机物料深混是改良土壤的有效措施。本研究以典型白浆土为对象,设置常规耕作(CT)、深翻(DT)、秸秆深混还田(DS)、有机肥深混还田(DM)及秸秆-有机肥深混还田(DSM)5个处理,通过2年田间定位试验,探究深混不同有机物料还田对白浆土微生物生物量、胞外酶活性及其化学计量比的影响。结果表明: 有机物料深混(DS、DM和DSM)各处理均显著提高了0～15和15～35 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物生物量磷(MBP),其中,DSM处理增幅最大,在0～15 cm土层较CT分别提高72.8%、61.6%和147.7%,在15～35 cm土层较CT分别提高78.7％、136.7％和248.4％。胞外酶活性均随土层加深显著降低,添加有机物料处理显著提升了各土层土壤酶活性,其中,DSM处理增幅最大,在0～15 cm土层碳(β-1,4葡萄糖苷酶)、氮(β-1,4-N-乙酰葡萄糖苷酶+亮氨酸氨基肽酶)和磷获取酶(酸性磷酸酶)活性较CT处理分别提高了11.6%、65.3%和50.4%,在15～35 cm土层分别提高了68.9%、37.4%和31.1%。酶向量模型表明,白浆土各土层微生物群落普遍受到碳磷双重制约,有机物料深混可显著改善这一养分限制状态。相关性分析与随机森林模型结果显示,土壤胞外酶活性受到MBC、MBN、MBP的调控。有机物料深混还田可提升白浆土土壤微生物和酶活性,促进养分循环,其中,秸秆配合有机肥深混还田效果最佳。

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9. 白浆土肥沃耕层构建效应. Ⅱ. 有机物料深混还田对白浆土耕层和亚耕层土壤养分及pH值的影响

严君, 韩晓增, 陈旭, 邹文秀, 陆欣春, 姜宇, 苏粤, 杨舒纯

应用生态学报 2025, 36 (8): 2399-2406. DOI: 10.13287/j.1001-9332.202508.017

摘要（308）

PDF（pc）（2117KB）（26）

白浆土的白浆层肥力低、养分有效性差,有机物料还田是提高土壤肥力的有效管理措施。本研究以白浆土为对象,设置深翻35 cm无有机物料(T₃₅)、秸秆深混35 cm(T₃₅+S)、有机肥深混35 cm(T₃₅+M)、秸秆配施有机肥深混35 cm(T₃₅+M+S)处理,以传统耕作15 cm无有机物料为对照(CK),分析不同有机物料还田对耕层(0～15 cm)和亚耕层(15～35 cm)土壤氮、磷、钾养分含量及pH值的影响。结果表明:与CK相比,深翻处理(T₃₅)耕层土壤全氮含量下降,而亚耕层土壤全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量显著增加。有机物料深混还田各处理均能改变耕层和亚耕层土壤全量和速效养分含量。与CK相比,T₃₅+S处理显著增加了耕层和亚耕层土壤全氮、全钾、全磷、碱解氮、有效磷和速效钾含量,且与T₃₅处理相比,其耕层和亚耕层土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量均增加;T₃₅+M和T₃₅+M+S处理耕层和亚耕层土壤全量和速效养分含量均显著高于其他处理,且以T₃₅+M+S处理最高,与CK相比,两处理耕层土壤全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别显著增加 34.8%和36.4%、20.5%和29.0%、112.3%和118.0%、39.5%和49.5%,亚耕层土壤分别显著增加68.6%和72.3%、39.4%和46.3%、124.9%和131.2%、50.4%和64.9%。T₃₅、T₃₅+S、T₃₅+M和T₃₅+M+S处理亚耕层土壤全氮、碱解氮、有效磷和速效钾丰富度指数(亚耕层土壤养分含量/耕层土壤养分含量)较CK分别增加5.3%～12.4%、4.8%～5.5%、11.4%～14.4%和18.0%～20.7%,表明有机物料深混还田缓解了深翻造成的耕层土壤全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量的下降,提高了亚耕层(白浆层)养分含量。4个处理0～35 cm土层pH值分别增加0.01、0.09、0.17、0.14。综上,有机物料深混还田均能提升白浆土耕层和亚耕层土壤肥力,以有机肥或有机肥配合秸秆深混还田效果最好。

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10. 白浆土肥沃耕层构建效应Ⅰ.不同有机物料深混对白浆土有机质在表层土壤中再分布的影响

高瑞敏, 严君, 韩晓增, 陈旭, 邹文秀, 陆欣春, 朴永杰, 蒋锐

应用生态学报 2024, 35 (6): 1590-1598. DOI: 10.13287/j.1001-9332.202406.016

摘要（441）

PDF（pc）（1117KB）（58）

土壤有机质是表征土壤质量的重要指标,白浆土作为具有典型障碍层的土壤,其低有机质含量易对作物生长发育产生不良影响,明确不同有机物料深混对白浆土表层土壤有机质再分布的影响,可为东北农田白浆土构建适宜的耕层提供理论和技术参考。本研究在黑龙江省双鸭山市白浆土上进行了为期2年的定位试验,设置5种处理:深翻35 cm(T₃₅)、秸秆深混35 cm(T₃₅+S)、有机肥深混35 cm(T₃₅+M)、秸秆搭配有机肥深混35 cm(T₃₅+S+M),以农民常规措施(浅翻15 cm,CK)为对照。结果表明: 有机物料深混35 cm还田处理(T₃₅+S、T₃₅+M和T₃₅+S+M)可显著提升玉米产量,其中以T₃₅+S+M处理对玉米产量的提升效果最显著,2年平均增产2934.76 kg·hm^-2。与CK相比,T₃₅处理耕层(0～15 cm)土壤有机质含量降低8.4%,而亚耕层(15～35 cm)土壤有机质含量增加7.6%,亚耕层土壤有机质丰富度指数增加17.5%。在深翻基础上有机物料还田可显著提升全耕层(0～35 cm)土壤有机质含量,全耕层土壤有机质转化率为16.3%～31.0%。与T₃₅处理相比,T₃₅+S处理耕层和亚耕层土壤有机质含量无显著增加,T₃₅+M和T₃₅+S+M处理耕层土壤有机质含量分别显著增加4.6%和6.9%,亚耕层土壤有机质含量分别显著增加11.2%和15.4%,亚耕层土壤有机质丰富度指数分别增加2.5%和5.1%。相关性分析表明,全耕层土壤有机质含量与玉米产量呈显著正相关,贡献率达17.5%。综上,有机肥或有机肥配合秸秆深混还田是培肥白浆土的有效措施,且主要是通过提升全耕层(0～35 cm)与亚耕层(15～35 cm)土壤有机质含量实现。

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