科研人員應用X射線CT掃描技術研究土壤結構和生物活動的相互作用

植物根系和蚯蚓等生物活動對土壤結構的形成和演變具有極其重要的作用，而土壤結構也可以顯著影響根系生長和蚯蚓等土壤動物活動。圍繞土壤結構和生物活動的相互作用，中國科學院南京土壤研究所研究員彭新華課題組應用X射線CT技術開展了一系列研究工作。

Bottinelli等（2017,Biol Fertil Soils, 53, 951–955）研究了兩種生態類型的蚯蚓，內棲類（D. Sinica）和深棲類（Amynthas）分別對紅壤和砂姜黑土土壤結構的影響，發現這兩種不同生態類型的蚯蚓活動形成的洞穴在數量、角度和連通性等三維特徵上存在顯著差異。Amynthas蚯蚓洞的直徑比Sinica的大，連接性好，並且分布更加垂直（圖1）。Amynthas產生的連接土壤表面與底部的蚯蚓洞顯著高於Sinica的蚯蚓洞，導致前者的飽和導水率也顯著高於後者。該研究說明不同生態類型的蚯蚓對土壤結構及其水分運動的貢獻差異顯著。

張中彬等（2018,Plant Soil, 428, 453–467）為了排除耕作的影響，研究了不同施肥和土地利用方式對犁底層（20-30 cm）土壤生物性孔隙的影響。提出了區分生物性和非生物性孔隙的方法，發現生物性孔隙在土壤大孔隙中佔比超過50%；與種植玉米的旱地相比，水田土壤的生物性孔隙多垂直分布，平均體積和孔徑較小，分支較少，這主要是玉米和水稻根系特徵的差異導致的（圖2）；施用有機肥增加旱地大孔徑的生物性孔隙，增加了水田生物性孔隙的彎曲度，這可能是由於施用有機肥增加了蚯蚓等動物的活動。該研究表明儘管犁底層土壤較為緊實，但生物活動仍然可以影響土壤孔隙結構的形成與演變。利用方式和施用有機肥能夠顯著改變下層土壤生物性孔隙結構，這為通過合理的輪作和施肥措施改良犁底層土壤的壓實狀況提供了新思路。

房煥等（2018,Plant Soil, 430, 233-243）研究了水稻土物理結構和水分管理對水稻苗期根系特徵的影響。結果表明容重相同的情況下，孔隙結構對水稻根系的生長有非常顯著的影響，大孔隙的增加可以顯著促進根系的長度和數量；與長期淹水相比，雖然乾濕交替的穿透阻力增大4倍，但由於其產生了裂隙，大孔隙增多，促進了根系的生長，說明孔隙結構在根系生長的過程中發揮了更重要的作用。此研究對於改善水稻田物理結構和田間管理具有十分重要的啟示意義。

這些研究是該課題組從土壤結構的定量化往土壤結構與功能的發展，提升了人們對土壤結構與生物活動相互作用的科學認識，對田間管理具有一定的實際指導意義。

來源：中國科學院南京土壤研究所

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