黄土丘陵区刺槐林土壤碳通量模拟研究

【目的】研究黄土丘陵区刺槐林不同土层土壤碳通量,以准确评估该区域土壤碳排放量。【方法】以坡耕地(对照)以及10,20,30和40年生的刺槐(Robinia pseudoacacia)林为研究对象,用气体井法测定CO2浓度,使用Fick扩散法(5种扩散系数模型)计算0~200cm土层土壤剖面碳通量,并用Li-8100腔室法对表层土壤碳通量进行实地监测,最后将黄土丘陵区刺槐林地不同深度土层土壤碳通量的估算结果与实测值进行对比分析。【结果】1)5种扩散系数模型对土壤剖面碳通量的模拟结果有较大差异,其中Penman模型计算结果与实测值差异最大,Moldrup模型计算值与实测值差异最小。2)5种扩散系数模型计算的土壤碳通量均大于实测值,但与实测值均具有显著相关性(P0.05)。3)在黄土丘陵区刺槐林地0~20,80~140,200cm土层估算土壤碳通量的最佳扩散系数模型分别为Moldrup-2000、Moldrup-1997和Millington模型。4)在黄绵土0,20,80,140,200cm土层,土壤CO2扩散系数分别为0.15,0.14,0.20,0.22和0.27,据此计算的各土层土壤碳通量分别为0.72,0.32,0.30,0.24和0.17μmol/(m2·s),可见随着土层深度的增加,土壤碳通量逐渐降低。【结论】黄土丘陵区不同刺槐林地各土层的环境因子有一定差异,所以估算不同深度土壤碳通量的最佳模型有所区别;研究确定的黄土区不同土层碳通量估算模型和气体扩散系数模型中的各种参数,对于准确评估区域土壤碳排放具有重要参考价值。     

土壤气态水扩散特征初探

在室内模拟试验的基础上，对旱地不同土层土壤气态水扩散特征进行了探讨，初步推断；①在小于最大吸湿量时，土壤中也存在非气态的水分运移，但气态的水分扩散一般是主要机制；②粘粒含量较高，比表面积较大的土壤中非气态水分扩散所占比例较大；③温度升高，扩散系数增大，④扩散也明显存在滞后现象；⑤对供试土样，在相对水气压约４０％的含水量下，气态水分扩散系数达最大值。     

水分和容重对土壤Cl-扩散的影响

用￣（３６）Ｃｌ标记扩散池法测定了不同含水量及不同容重下４种质地土壤Ｃｌ￣－的扩散系数。结果表明，Ｃｌ￣－扩散系数随土壤水分增加和容重增大而近乎线性增大，在有效水范围内，４种土壤增大的幅度为：黄绵土＞黑垆土＞土＞黄褐土；在容重１．１～１．６ｇ／ｃｍ￣３范围内，以１．３～１．４ｇ／ｃｍ￣３为界，质地较轻的黄绵土和黑垆土，在此之前Ｃｌ￣－扩散系数随容重增加较慢，在此之后增加较快；而质地粘重的土和黄褐土则相反。对Ｃｌ扩散而言，水分与容重、容重与温度之间没有交互作用。     

水分和容重对土壤Cl^—扩散的影响

用＾３６Ｃｌ标记扩散池法测定了不同含水量及不同容重下４种质地土壤Ｃｌ的扩散系数。结果表明，Ｃｌ＾－扩散系数随土壤水分增加和容重增大而近乎线性增大，在有效水范围内，４种土壤增大的幅度为：黄绵土〉黑垆土〉Ｌｏｕ土〉黄褐土；在容重１．１￣１．６ｇ／ｃｍ＾３范围内，以１．３￣１．４ｇ／ｃｍ＾３为界，质地较轻的黄绵土和黑垆土，在此之前Ｃｌ＾－扩散系数随容重增加较慢，在此之后增加较快；而质地粘重的Ｌｏｕ土和黄     

气传孢子散布梯度模型的研究

对 Fick 第二扩散定律和方程的引伸与修改,建立了气传孢子散布梯度模型。通过田间实测和模拟计算,表明该模型的理论推导合理,实测值与模拟值吻合。     

多组分非理想气体扩散系数的改进

现有方法对高压下多组分非理想气体的可压缩性和分子之间的交互作用考虑不足,不能准确反映各组分的扩散特征。针对该问题,基于PR状态方程对Fuller二元扩散系数以及热力学因子计算方法进行了校正,分析了气体压力、组成对热力学因子的影响,计算了三组分物系Fick扩散系数矩阵。结果表明:对于实际的多组分非理想气体,校正后的扩散系数计算精度显著提高;热力学因子表征了混合物实际状态偏离理想状态的程度,以及分子扩散方向与浓度梯度之间的关系,其值随着体系压力和气体组分的变化而变化,且与压缩因子变化趋势相同。多组分非理想气体扩散系数改进研究为探究多组分非理想气体在空气中的扩散奠定了理论基础。     

黑土中K~ 、Na~ 扩散系数的测定

本文研究了植物根系吸收土壤养分的重要过程之一扩散。并且根据一维扩散方程,测定了对土壤性质变化和肥力有直接影响的量—扩散系数。     

透析膜和凝胶膜生物有效态镉提取性能比较

在实验研究的基础上,对透析膜D10000、D15000和凝胶膜的物理性能、离子强度和pH对扩散系数的影响、两种膜材料对有机结合态重金属的解离性能、扩散边界层进行了对比研究。结果表明,透析膜在使用、储存、价格等方面较凝胶膜有一定的优势,而凝胶膜则更具有定制性。在低离子强度下(小于0.001 mol·L-1),透析膜和凝胶膜受离子强度的影响较大,随着离子强度的升高,两种膜的扩散系数受离子强度的影响较小;pH(5~9)对两种膜的扩散系数影响不大。有机结合态镉通过D10000、D15000、凝胶膜的时间分别为97.65、109.65、652.25 s,有机结合态重金属通过凝胶膜更易解离。在离子强度为0.1 mol·L-1的中性静止水体中,D10000、D15000和凝胶膜的扩散边界层厚度分别为0.039、0.052、0.052 cm,扩散边界层对透析膜的影响较对凝胶膜的影响大,并且在静止水体中不能忽略扩散边界层。     

贮藏过程中不同保润剂对烟丝保润效果及水分散失动力学的影响

【目的】探讨烟丝在干燥环境中贮藏时,不同保润剂对烟丝保润效果及水分散失动力学的影响。【方法】以传统烟草保润剂甘油和新型烟草保润剂乳酸钾为代表,将喷洒了保润剂的烟丝置于干燥环境中测试其水分含量的变化。通过对4种常见薄层干燥模型进行非线性拟合,确定烟丝干燥速率常数,并采用Fick第二定律扩散模型进行动力学分析,得到烟丝内部水分的有效扩散系数。【结果】甘油和乳酸钾都能够降低烟丝的干燥速率常数和水分有效扩散系数。当甘油添加量为2%时,烟丝的干燥速率常数和有效扩散系数分别从0.413 8,2.348 6×10-10 m2/s降至0.339 2,1.702 9×10-10 m2/s,而添加2%乳酸钾的烟丝干燥速率常数和有效扩散系数分别为0.255 9,1.593 8×10-10 m2/s。【结论】乳酸钾具有优于甘油的保润性能。保润剂能够有效降低烟丝的干燥速率常数和水分有效扩散系数,且干燥速率常数和水分有效扩散系数随其添加量的增加而降低。     

土壤气态水扩散特征初探

在室内模拟试验的基础上，对旱地不同土层土壤气态水扩散特征进行了探讨，初步推断：①在小于最大吸湿量时，土壤中也存在非气态的水分运移，但气态的水分扩散一般是主要机制；②粘粒含量较高、比表面积较大的土壤中非气态水分扩散所占比例较大；③温度升高，扩散系数增大，④扩散也明显存在滞后现象；⑤对供试土样，在相对水气压约４０％的含水量下，气态水分扩散系数达最大值。     

黑土长期定位试验原状土搬迁对土壤微生物性质的影响

通过测定黑土长期定位试验原状土整体搬迁前后四种处理(CK、NPK、M、MNPK)土壤可培养微生物数量、土壤微生物量含量及土壤酶活性变化,探讨搬迁的特定条件对土壤微生物性质的影响。结果表明,1搬迁前后5年各处理三大类微生物数量、微生物量碳、氮含量和四种土壤酶活性在0~20 cm土层中均高于20~40 cm土层;2每年在两个土层中MNPK处理的三大类微生物数量和微生物量碳、氮含量均最高,CK处理均最低,而每年在两个土层中土壤过氧化氢酶和转化酶活性CK和M处理均明显高于NPK和MNPK处理,而磷酸酶活性CK和M处理则低于NPK和MNPK处理,脲酶活性在4个处理中差异不大;3比较搬迁前后5年间各项微生物指标变化发现,各项指标年际间虽存在变化但程度不大,搬迁后2011年和2012年相对较高,同为小麦茬的搬迁前2010年和搬迁后2013年各项指标较为接近。研究说明,土壤深度和施肥对土壤各项生物指标影响较大,年际间变化也受到轮作方式的影响,搬迁对土壤微生物扰动影响远小于施肥和耕作方式等的影响。     

昆明近郊水稻土、菜园土、大棚土养分调查

2002年5月对昆明近郊水稻土、菜园土、大棚土136个土壤样品进行了测试分析,了解昆明近郊水稻土、菜园土、大棚土3种土壤肥力现状。结果表明:有机质、全N、全P、碱解N、速效P在耕作中不存在缺乏现象。全K3种土壤全层都缺乏。速效K在水稻土、菜园土的20～40cm、40～60cm土层中缺乏,其余土壤的土层不缺乏。     

白浆土的水分性质和水分动态

通过试验和调查研究,发现大部分白浆土的干燥度在1.00～1.27之间,各土层的水分性质差异显著。白浆土水分变化可分为冻结凝聚期,融冻返浆期,初夏干旱期,伏雨湿涝期和秋夏稳定期。研究表明,调节土壤水分是利用改良白浆土的首要问题。     

水田自然免耕土壤结构状况研究

本文研究了自然免耕土壤的水稳性团聚体、微团聚体和土壤结构的稳定性及其与水分的关系。结果表明:自然免耕促进了>25mm的水稳性团聚体形成,团聚水平、团聚度和结构系数增加,结构稳定性提高,土壤容重稳定。因此,浸润水分有利于土壤结构的形成和稳定。     

侵蚀土壤酶活性与土壤养分的关系

通过对泥河沟侵蚀试验小区表层(0～10 cm)土壤酶及土壤养分的测定,研究了侵蚀土壤和泥沙中酶活性与土壤养分的关系.结果表明,水土流失使土壤酶损失,造成了泥沙中除脲酶外其它酶活性均高于表土层,呈现出高肥力土壤高流失的现象;流失泥沙中各种酶活性,以及它们与流失养分间呈现出显著或极显著关系,这种关系表明土壤流失不仅造成了土壤养分的损失,也造成了各种酶活性的降低.     

湘东丘陵4种林地深层土壤颗粒有机碳及其组分的分配特征

选取湘东丘陵区4种典型母质发育的林地土壤(花岗岩红壤、板岩红壤、第四纪红土红壤、酸性紫色土),分层次采集土壤剖面样品,采用物理分组方法,研究深层土壤颗粒有机碳(POC)及其组分(粗颗粒有机碳CPOC、细颗粒有机碳FPOC)的数量分布和分配比例,探讨POC及其组分与土壤有机碳、质地的关系。结果表明,4种土壤剖面POC储量介于2.63-11.59 t/hm2,以花岗岩红壤最高,其次为板岩红壤,第四纪红土红壤和酸性紫色土相对最低。4种土壤POC占SOC的比例(POC/SOC)介于1.5%-13.9%,花岗岩红壤POC/SOC随剖面加深而升高,板岩红壤和第四纪红土红壤则降低,紫色土POC/SOC在40-60 cm土层达到最大值后迅速降低。在40 cm以下的深层土壤中,花岗岩红壤和紫色土保存有数量可观、比例更高的POC。第四纪红土红壤POC储量相对较少、POC/SOC也在表土层较高。花岗岩红壤POC中以CPOC为主,而紫色土以FPOC为主,板岩红壤和第四纪红土红壤中CPOC和FPOC比例接近。所选4种土壤POC组分中,FPOC数量更能代表SOC数量的变化。SOC储量和质地是影响不同母质土壤POC及其组分分配差异的重要因素,在林地开发利用中也应重视深层土壤(40 cm)中储藏的活性碳组分。     

Bacterial diversity and community composition changes in paddy soils that have different parent materials and fertility levels

Parent materials and the fertility levels of paddy soils are highly variable in subtropical China. Bacterial diversity and community composition play pivotal roles in soil ecosystem processes and functions. However, the effects of parent material and fertility on bacterial diversity and community composition in paddy soils are unclear. The key soil factors driving the changes in bacterial diversity, community composition, and the specific bacterial species in soils that are derived from different parent materials and have differing fertility levels are unknown. Soil samples were collected from paddy fields in two areas with different parent materials(quaternary red clay or tertiary sandstone) and two levels of fertility(high or low). The variations in bacterial diversity indices and communities were evaluated by 454 pyrosequencing which targeted the V4–V5 region of the 16 S r RNA gene. The effects of parent material and fertility on bacterial diversity and community composition were clarified by a two-way ANOVA and a two-way PERMANOVA. A principal coordinate analysis(PCo A), a redundancy analysis(RDA), and multivariate regression trees(MRT) were used to assess changes in the studied variables and identify the factors affecting bacterial community composition. Co-occurrence network analysis was performed to find correlations between bacterial genera and specific soil properties, and a statistical analysis of metagenomic profiles(STAMP) was used to determine bacterial genus abundance differences between the soil samples. The contributions made by parent material and soil fertility to changes in the bacterial diversity indices were comparable, but soil fertility accounted for a larger part of the shift in bacterial community composition than the parent material. Soil properties, especially soil texture, were strongly associated with bacterial diversity. The RDA showed that soil organic carbon(SOC) was the primary factor influencing bacterial community composition. A key threshold for SOC(25.5 g kg~(–1)) separated low fertility soils from high fertility soils. The network analysis implied that bacterial interactions tended towards cooperation and that copiotrophic bacteria became dominant when the soil environment improved. The STAMP revealed that copiotrophic bacteria, such as Massilia and Rhodanobacter, were more abundant in the high fertility soils, while oligotrophic bacteria, such as Anaerolinea, were dominant in low fertility soils. The results showed that soil texture played a role in bacterial diversity, but nutrients, especially SOC, shaped bacterial community composition in paddy soils with different parent materials and fertility levels.     

土壤质量管理：〈Ⅰ〉土壤功能和土壤质量

土壤质量管理是对土壤功能、土壤质量、土壤退化、土壤修复及其关系的研究和成果应用的科学实践活动.各种土壤的不同功能有其空间分异、历史演替和强弱序列;土壤质量及其评价建立在土壤功能之上.本文阐述了土壤功能、土壤质量及其评价指标和方法,并对今后的土壤评价研究提出了建议.     

土壤改良剂对酸性水稻土pH值、交换性钙镁及有效磷的影响

选取酸性水稻土进行土壤培养试验和水稻盆栽试验,分别施用生石灰(Q)、白云石粉(DP)、钙镁磷肥(CMP)以及土壤改良剂1号(M1)、2号(M2)、3号(M3)和4号(M4),分析其土壤pH值、交换性钙、交换性镁、有效磷含量的变化,探讨土壤改良剂对酸性水稻土理化性质的影响。结果表明,与不施改良剂(CK)比较,使用改良剂均显著提高了土壤pH(P0.05);Q、DP和M2处理交换性钙含量增加显著(P0.05),DP、M2、M3和M4处理交换性镁含量增加显著(P0.05);M1、M3和M4处理显著降低了有效磷含量(P0.05)。盆栽试验与土培试验相比较,施相同改良剂的土壤pH、交换性钙、镁、有效磷的变化幅度差异大,交换性钙含量除M3处理降低4.9%外,其余处理均升高,升高最多的有20.9%;交换性镁含量除DP处理升高14.9%外,其余均下降,M2处理降低最多,为9.2%;所有处理有效磷含量均升高,增加最多是M2处理,达114.6%。研究阐明了土壤改良剂在短期内能够影响土壤pH值、交换性钙、镁、有效磷含量的变化,但土培和盆栽两种方式造成的效果有差异。     

营养型土壤改良剂对酸性土壤的改良

营养型上壤改良剂施入3种不同理化性状和不同肥力水平的酸性土壤进行恒温培养，20和40d后，测定土壤的pH值以及交换性酸总量、H^ 、K^ 、Na^ 含量。试验结果表明，营养型土壤改良剂提高了土壤的pH值，降低了土壤中交换性H^ 和AP^ 含量。说明营养型土壤改良剂对酸性土壤具有明显的改良作用。