基于GIS技术的佳木斯地区农田开垦对表层土壤有机碳储量的影响

基于GIS技术,利用1980年和2010年佳木斯表层(0—30cm)土壤有机碳数据,研究不同农田开垦方式对表层土壤有机碳储量和空间分布的影响。结果表明:30年来佳木斯地区表层土壤有机碳储量呈现减少趋势,从1980年土壤有机碳库350.68Tg C减少到2010年的299.58Tg C,主要减少分布在东北地区和南部地区。30年来耕地面积增加了6 790.44km2,农田开垦(沼泽湿地、林地、草地)是影响土壤有机碳储量和时空变化的主要原因,而沼泽湿地的开垦导致储量变化最大,沼泽湿地开垦土壤有机碳年变化率为107.21tC/(km2·a)。农田开垦成旱田要比水田对土壤有机碳损失影响大,农田开垦是造成有机碳储量下降的原因。     

中国农田土壤有机碳变化:I驱动因素分析

农业不仅是温室气体的主要排放源之一,同时也可能是温室气体的吸收汇.探明中国农田土壤碳库变化趋势以及农田土壤碳库的源、汇功能对农业减缓和应对气候变暖具有重要意义.本文研究根据中国第一次和第二次土壤普查数据,以及大量文献资料中长期定位点试验数据整理分析,对20世纪60年代以来中国农田土壤碳库时空演变格局,以及农田土壤有机碳变化的驱动因素进行了探讨.研究表明,1960～2000年期间中国农田土壤有机碳含量的增减与气候变化的相关性较弱,其间农田用地类型和管理措施的改变是影响农田土壤碳库源、汇功能的主要驱动因素.1960～1980年期间,农田耕层土壤有机碳含量从23 g·kg-1下降到15 g·kg-1;而1980～2000年期间,由于中国农田保护性耕作等措施的实施,农田耕层有机碳含量从15 g·kg-1增长到21 g·kg-1.中国农田耕层土壤有机碳含量的年均变化速率与初始含碳量呈负相关.尽管20世纪80年代后期,中国农田土壤有机碳源转为碳汇,但不可忽视的是自60年代以来中国已有60%农田耕层土壤有机碳含量出现下降趋势.     

免耕与秸秆还田对中国农田土壤有机碳贮量变化的影响

农田碳汇管理措施的增汇效应是全球变化研究内容的重要命题之一.本文基于土地动态模拟系统(DLS)模拟了2012与2020年全国栅格尺度的农田分布,同时利用基于遥感反演的1988、2000年农田分布数据,应用CENTURY模型模拟了实施免耕、秸秆还田措施下中国1988～2020年农田土壤有机碳贮量的时空变化特征,分析了1988～2000年、2000～2012年与2012～2020年3个时段中国农田土壤有机碳贮量变化情况,揭示了九大农业生态区农田土壤有机碳贮量变化的时空分异特征.在不实施农田碳汇管理措施的情况下,1988～2000年全国大部分地区的农田土壤有机碳呈增长态势;而2000～2012年的全国农田土壤有机碳贮量出现一定幅度的下降.2012～2020年间,虽然全国范围内的土壤有机碳贮量表现为下降趋势,但下降幅度较2000～2012年间显著减少.研究结果表明,实施秸秆还田与免耕措施能够有效促进农田土壤有机碳贮量的增加,同时这两种管理措施的增汇效应具有显著的空间分异特征,黄淮海区、长江中下游区、华南区和西南区的增汇效果相对明显.上述研究结论为制订和实施农田增汇措施、减缓气候变化影响并保障农业发展的相关政策提供决策参考信息.     

基于物候与极端气候信息的耕地土壤有机碳空间分布预测研究

土壤有机碳（Soil Organic Carbon,SOC）作为陆地生态系统中最大的碳库，在农田土壤质量和作物产量方面发挥着重要作用。准确预测耕地SOC的空间分布对于制定农业管理措施至关重要。在数字土壤制图（Digital Soil Mapping,DSM）框架下，选择有效的环境协变量是提高SOC空间预测精度的重要方法。以往遥感指数和气候变量通常使用某个时段或时点的（平均）值作为输入变量，而很少有研究将时间特性和事件用于土壤有机碳预测。因此，引入物候变量、极端气候变量弥补部分损失的地物信息和气候特征，探讨其对研究区耕地SOC空间变异的响应特性及预测SOC空间分布的可行性。以江西省上高县为研究区域，采用随机森林模型，选取遥感数据、DEM衍生变量、物候参数、气候特征因子等作为环境协变量引入模型中，并用普通克里格（Ordinary Kriging,OK）对模型结果进行残差修正，最后对比不同类型变量组合下模型的预测效果及预测精度。结果表明，时序变量、物候变量及极端气候变量能够改善模型的预测性能，并且残差作为误差项还能进一步提升模型的精度。结合时序变量、物候变量、极端气候变量、地形变量和残差的组合拥有最高的预测精度，相较于地形变量、遥感变量和气候变量的组合，将R^2、MAE和RMSE提升了90.00%、58.95%和57.14%。变量贡献率分析显示，SU、a3和TXx是影响研究区耕地SOC分布的重要变量。因此，物候变量和极端气候变量具有较好的应用前景，未来还需验证极端气候变量作为环境变量在不同土地利用、大尺度研究区下预测土壤属性的有效性。     

模拟酸雨对福州平原水稻田土壤碳库及碳库管理指数的影响

为阐明酸雨对水稻田土壤有机碳组分含量以及土壤碳库的影响,以福州平原水稻田为研究对象,在不同生长期早稻和晚稻中,设置对照(CK)、模拟pH 2.5、pH 3.5、pH 4.5酸雨处理,对酸雨影响下福州平原水稻田土壤有机碳组分含量进行了测定与分析。结果表明:酸雨处理对土壤总有机碳(SOC)存在不同程度的影响,在早稻整个生长期,酸雨对土壤SOC含量的影响不显著(P0.05),晚稻返青期和成熟期中,返青期依次高于CK处理24.70%,10.47%,9.97%,成熟期依次高于CK处理6.33%,8.75%,9.46%,酸雨显著提高土壤SOC含量(P0.05)。早稻成熟期,对照组溶解性有机碳(DOC)含量显著高于pH 3.5酸雨处理组;整个晚稻生长期,酸雨对土壤DOC含量的综合影响不显著(P0.05)。早晚稻酸雨的施加使土壤易氧化态碳(EOC)含量低于对照组(P0.05);早晚稻土壤微生物量碳(MBC)含量表现出明显的随时间变化的规律,早稻对照组土壤MBC含量低于酸雨处理(P0.05),晚稻则相反。早稻土壤SOC与TN、TP、电导和含水量存在极显著正相关关系(P0.01),晚稻土壤SOC与TP存在极显著正相关关系(P0.01)。将早晚稻的对照作参考土壤,早稻返青期以及晚稻拔节期和成熟期酸雨处理下碳库活度(A)及碳库活度指数(AI)低于对照处理,其他生长期差异性不大,且在一定范围内稻田土壤有机碳库维持一定的活跃度。早稻返青期、晚稻拔节期和成熟期酸雨处理下碳库指数(CPI)和碳库管理指数(CPMI)显著低于对照组(P0.05)。酸雨处理降低了土壤碳库管理指数将不利于水稻生长。     

区域绿洲农田土壤有机碳分布及其影响因子研究

以干旱区典型绿洲农田区——玛纳斯县中部农田为研究区,以土壤有机碳为研究对象,结合野外土壤调查及实验室分析数据研究了土壤有机碳的垂直分布特征,并分析土壤质地、地形、土地利用、作物类型等不同因子对农田土壤有机碳的影响。结果表明:玛纳斯县中部农田土壤有机碳是自然环境综合因素的结果,土壤有机碳含量随着土壤深度的增加不断减小;不同土壤质地土壤有机碳含量的特征为:粘壤土粉壤土沙壤土;不同地形因子中坡向与农田0~30、30~60 cm层的土壤有机碳含量呈显著正相关,海拔与农田60~100 cm层的土壤有机碳含量呈显著正相关;不同土地利用方式下土壤有机碳含量有较大差异,果园的土壤有机碳含量最高,荒地的土壤有机碳含量最低;不同作物类型土壤有机碳含量特征为:玉米地酒葡萄地棉花地,且差异显著。     

降雨对干旱半干旱区湿地和农田土壤CO_2短期释放的影响

本研究以巴音布鲁克湿地和农田灰漠土原状土为研究对象,进行原位模拟降雨试验,利用LI-8100土壤碳通量自动测量系统测定土壤的CO_2排放,研究了不同降雨量对土壤CO_2排放的影响。结果表明:降雨导致湿地土壤CO_2释放速率显著增加(P0.01),而农田土壤无显著差异。在其含水量无明显差异下,湿地不同降雨处理组的CO_2排放量均大于农田组,湿地土壤CO_2日累积排放量降水10 mm组降水20 mm组对照组,土壤有机碳高的湿地土壤随降雨量增加,土壤短期碳损失高,而对低有机碳土壤(西北干旱区贫瘠土壤)短期碳损失影响不显著。降雨后农田土壤降水10 mm组CO_2排放与地表温度和5 cm地温相关性极显著(P0.01),其他各处理均未呈现显著相关。说明在干旱半干旱区降雨量对土壤CO_2排放速率有着重要的影响。     

黑土农田土壤有机碳演变研究进展

在我国, 由于国家粮食安全的需要, 关注黑土、研究黑土的人越来越多, 尤其是黑土可持续利用及其与环境的关系已成为当今研究的热点问题。黑土研究领域中最活跃的部分是黑土农田土壤有机质(碳)的研究。基于此, 本文依据有关文献资料, 简述了我国黑土的分布、黑土开垦历史、农田土壤有机碳的演变及其在农业上的贡献, 系统分析了国内外农田土壤碳研究的方法及其进展, 指出了开展我国黑土农田土壤碳演变及其预测研究的现实意义及其潜在价值, 建议未来应侧重黑土农田土壤有机碳的变化与调控方面的研究, 即在黑土农田土壤有机碳的定向培育技术、指标体系和量化表征评估方法、预测模型等方面有所突破, 最终形成黑土农田土壤有机碳保护和利用的理论和方法。     

人为作用对土壤有机碳空间分布规律的影响

为了研究人为长期培肥及生产活动对农田土壤有机碳库空间变异性的影响,在关中农田开展了0~100 cm土体范围内的土壤有机碳含量、有机碳密度及碳库活度等研究。结果表明:土壤有机碳含量变化在7.00~23.39 g kg-1,土壤有机碳含量呈明显分布与变异特征,变异性大且变异程度均属中等水平。有机碳、活性有机碳含量在0~100 cm范围内从上到下逐渐递减,而不是"T"型分布,碳库活度从呈递增趋势;土壤有机碳水平上是以村庄为中心向外辐射递减,尤其在0~20 cm土层规律性更加明显;0~100 cm土壤有机碳密度的水平分布呈随距村庄距离的增加先增加后减少的分布规律。由此得出,关中农田土壤有机碳库的空间变异明显地印记着长期人为作用土壤的历史痕迹,也是关中地区农业文明发展史的有效佐证之一。     

施肥对中国农田土壤固碳影响效应研究

本研究采用Meta分析方法研究施肥对中国农田0-20 cm表层土的土壤有机碳（SOC）固定效果及影响因素。结果表明，与不施肥相比，施肥处理总体上年均土壤固碳速率（NAC）为0.23 g/(kg·a)；同时，单施化肥(CF)、有机肥化肥混施(COF)和单施有机肥(OF)均能显著提高农田有机碳含量，其中，COF组固碳速率最高，为0.36 g/(kg·a)，CF组的最低，仅为0.08 g/(kg·a)。研究还得出，较低的初始SOC（<11 g/kg）和年均温度（<9℃），均更有利于土壤固碳；而在较高的初始土壤总氮（≥0.60 g/kg）和作物轮作条件下，施用有机肥比单施化肥有更高的固碳速率。     

河北省农田土壤中的镍

分析测定了河北省农田主要类型耕层土壤中的Ni含量及土壤中Ni含量的剖面变化,结果表明,河北省农田土壤中Ni的平均含量为26.48mg/kg,含量范围为8.62～94.77mg/kg,土壤中Ni含量水平在20～30mg/kg范围内分布频率最高。土壤中Ni的含量总体变化趋势是由北向南、由西向东呈逐渐增加趋势。主要类型土壤中Ni的平均含量水平高低为棕壤土>潮土>褐土>栗钙土;4种类型土壤中Ni含量的剖面变化表现为下层略高于表层,但含量差异不显著。农田土壤中Ni含量的变化与土壤pH值、全盐量及有机质的含量变化相关性不显著。     

城郊农田生态环境质量预警体系研究及应用——以郑州市为例

在深刻剖析土壤污染物来源、深入理解土壤污染复杂性的基础上，根据研究地区的特殊性（城市郊区），构建了包括评价模型、预测模型、预警模型的农田生态环境质量预警体系，通过社会环境系统对土壤污染胁迫强度的变化间接反映土壤环境质量变化趋势，并运用此预警体系对郑州市郊区农田进行了动态预警实证研究，获得重要结果：（1）郑州市郊区农田生态环境质量经历了“迅速恶化-达到相对最差-趋于好转”的发展过程，这说明了社会环境系统对土壤环境胁迫强度经历了“增大-最大-趋缓”的变化过程；（2）郑州市郊区农田生态环境总体上不容乐观，必须全面掌握和控制土壤污染的影响因素，减少外部环境对农田土壤环境的胁迫作用，做好土壤污染的预警与防治工作。     

猪粪与农田土壤中重金属累积污染的相关分析

为调查猪粪和农田土壤中Cu、Zn、As、Hg、Cr、Cd、Pb、Ni 8种重金属元素的累积和相关关系,文章抽取了30篇已发表文献中关于8种重金属的浓度数据进行分析。原始分析包括上海周边、浙江、江苏、福建、山东、陕西、山西、青海、北京、河南、吉林、湘江下游、河北保定、广东东莞、新疆乌鲁木齐和石河子等地,共包括超过2 000个猪粪样品和1 700个土壤样品,取其中的均值共550个进行分析。分析发现:猪粪中Cu超标最严重,Zn次之;土壤中Cu、Zn累积不多,但是多来自猪粪;土壤中Cd超标最为严重,其次为Cr,且主要污染源不是来自猪粪。     

夏玉米生长盛期农田土壤CO2排放的研究

对华北平原典型农田夏玉米生长盛期土壤排放CO_2的试验结果表明,秸秆覆盖增加土壤C的排放,比未覆盖秸秆约增加10％。土壤CO_2排放通量的日变化为单峰型,峰值出现在12:00～16:00,变化区间为109～170μg/m~2·s(秸秆覆盖)和97～128μg/m~2·s(未覆盖)。土壤CO_2排放与温度(5cm地温)有显著相关关系,但与土壤湿度关系较复杂。夏玉米生长盛期土壤CO_2排放通量高于初期和后期,8月2日土壤CO_2排放通量为9月15日的1.42倍(秸秆覆盖)和1.32倍(未覆盖),土壤CO_2排放的日进程为6:00～18:00排放量占全天总排放量的63.5％(秸秆覆盖)和57.9％(未覆盖)。     

宁夏农田土壤耕层养分含量的时空变化特征

根据土壤普查资料和实际采样测定结果,探讨了宁夏山区和灌区农田土壤耕层有机质和氮磷钾养分含量的时空变化特征。结果表明,在1970年、1985年和2000年3个时段内,土壤有机质、有效磷和碱解氮含量呈显著或较显著增长态势,土壤速效钾含量近15年在灌区明显下降,土壤氮磷钾全量养分在30年间没有明显变化。从两个地区比较来看,除土壤全磷量外,土壤有机质和其它养分含量都是灌区显著高于山区,而变异系数除土壤全钾外都是山区显著大于灌区。     

农药污染土壤的生物强化修复技术研究进展

生物强化作为一种新型、高效的生物修复技术在污染环境治理中具有独特优势。针对目前土壤农药污染现状,本文介绍了土壤微生物修复方法中的生物强化技术的概念及内涵,探讨了在污染土壤环境中影响生物强化修复效率的生物及非生物因素,重点阐述了生物强化技术在4大类农药(有机氯类、有机磷类、拟除虫菊酯类杀虫剂和三嗪类除草剂)污染土壤修复中的研究进展及应用实例,并提出生物强化技术面临的问题和未来研究方向。     

宁夏不同地区农田土壤磷素养分的空间变异特征

在宁夏灌区和旱区30块农田分别采集了0~120 cm深土壤剖面样品,测定了土壤全磷和速效磷含量,分析了土壤磷素养分含量的空间变异性。结果表明,在0~120 cm深土壤剖面中的全磷和速效磷含量,灌区土壤显著高于旱区土壤,在剖面点之间和土壤层次之间存在极显著差异,而且在土层间还存在着正相关。其变异系数总体上是旱区土壤大于灌区土壤,速效磷大于全磷。从地区来看,旱区土壤全磷和速效磷含量的变异系数随剖面深度的增加而增大,灌区土壤全磷量的变异系数在剖面层次之间差别不大,而速效磷的变异系数随剖面深度的增加而呈降低趋势。在0~120 cm深土壤剖面中,土壤全磷和速效磷的累积量灌区较旱区分别高出26.8%和65.0%,在土类间也存在较大差异。     

南京有机污染风险区农田土壤多环芳烃污染状况研究

采集南京地区不同有机污染风险区农田表层土壤,用超快速液相色谱仪检测样品中15种EPA优控的多环芳烃(PAHs)含量。结果表明,被检农田土壤多环芳烃总量分布于306.0~1251.3μg kg~(-1)之间,均值682.0μg kg~(-1),四环以上高环多环芳烃占较大比例(80%)。根据欧洲土壤质量标准,所检土壤样本已达污染水平。不同风险污染区农田土壤PAHs的含量由高至低为:钢铁工业区、有机垃圾处理区、化工工业区及炼油工业区。钢铁工业区附近主要的污染物为荧蒽、芘、屈和苯并[a]蒽,分别占到污染物总量的16%、13%、10%和10%。采用荧蒽/(荧蒽+芘)与茚并[1,2,3-cd]芘/(茚并[1,2,3-cd]芘+苯并[g,h,i]苝)比值对各地污染物来源进行分析,结果发现调查区域的PAHs污染物以燃烧源为主,生物质燃料为主要污染物,部分地区同时有石油燃烧污染。     

利用农田表层(0～20cm)有机碳估算1m土体有机碳的可靠性

<正>土壤有机碳(SOC)是近年来全球变化研究的热点之一,表层(0~20cm)和1m土体的SOC是评估农田SOC的两个重要指标[1]。很多研究利用第二次土壤普查资料来估算农田SOC[2-6],一些研究已表明近20年来我国耕作土壤,尤其是表层(一般为0~20cm)的SOC基本呈增加的趋势[5-8],这与秸秆还田、有机肥与化肥合理施用以及少(免)耕技术推广有关[9-10]。但由于农田SOC,至少是表层SOC,是     

地球化学工程技术修复农田土壤重金属污染研究进展

随着我国农田土壤重金属污染的加剧,传统的物理、化学和生物修复方法不能完全满足农田土壤修复的要求,亟待寻找高效稳定、成本低廉且无二次污染的农田土壤修复技术。地球化学工程技术即是遵循这一理念的修复技术之一。本文就地球化学工程技术在农田土壤修复中的应用现状与阶段性成果进行了回顾,着重概述了地球化学材料固定与钝化,地球化学工程阻隔,地球化学转化、吸收与浓集以及地球化学自然降解与衰减等4类技术在土壤修复中的研究进展和实践成果。并在此基础上讨论了应用地球化学工程技术进行农田土壤修复的优势和不足,展望了地球化学工程技术修复农田土壤的应用前景和发展趋势,提出注重多种修复技术的联合使用、开发功能化纳米材料与磁性纳米复合材料进行修复及加快土壤修复理论成果转化的研究方向。