水泥厂周边稻田土壤剖面磁学性质及其环境意义

为了研究工业粉尘对农田土壤磁学性质的影响,在水泥厂周边挖掘了2个稻田土壤剖面(L01、L02)和1个山林土壤剖面(L04),同时设置对照剖面(L03),采用环境磁学方法,分别对4个土壤剖面磁学参数、矿物成分和化学成分进行了分析。结果表明:水泥厂周边3个土壤剖面中主要矿物成分是石英、伊利石、针铁矿、蒙脱石、方解石等。稻田土壤剖面中存在亚铁磁性矿物和反铁磁性矿物,但亚铁磁性矿物含量较低,剖面L01和L02的χ(质量磁化率)、χ_(ARM)(非磁滞剩磁磁化率)、SIRM(饱和等温剩磁)平均值分别为12.05×10~(–8) m~3/kg、52.71×10~(–8) m~3/kg、9.74×10~(–4) Am~2/kg和9.40×10~(–8) m~3/kg、43.82×10~(–8) m~3/kg、7.67×10~(–4) Am~2/kg,这2个剖面中磁性矿物粒径较粗,超顺磁性颗粒含量较低,χ_(fd)(频率磁化率)平均值分别为3.41%和3.08%。剖面L04中亚铁磁性矿物含量较高,其χ、χ_(ARM)、SIRM平均值分别为53.85×10~(–8) m~3/kg、393.73×10~(–8) m~3/kg、26.90×10~(–4) Am~2/kg,该剖面中磁性矿物粒径细,超顺磁性颗粒含量高,χ_(fd)平均值高达14.20%。由于受到水泥粉尘的影响,水泥厂周边3个土壤剖面(L01、L02、L04)0～20 cm土壤磁学性质和ω_(CaO)(CaO质量分数)都发生了明显变化,磁性增强,磁性矿物粒径变粗,ω_(CaO)升高,3个土壤剖面中ω_(CaO)与磁学参数χ、χ_(ARM)、SIRM均存在正相关关系。因此,稻田土壤剖面的磁学参数χ、χ_(ARM)、SIRM和ω_(CaO)对水泥粉尘的影响具有较好的指示作用,两类参数的值越高,指示稻田土壤被水泥粉尘影响越严重。     

川西漂洗水稻土亚铁时空分布对土地利用/覆被变化的响应

铁是环境敏感元素。为弄清土地利用/覆被改变后川西漂洗水稻土亚铁时空分布特征,在四川省名山县第三、四、五级阶地典型位置选取水田、由水田改造的旱地和不同种植年限的茶园样地,于2009年5,7,9月和2010年1,3月,按10cm间距从表层向下采集土壤样品,测定土壤亚铁含量及相关的含水量、氧化还原电位、还原物质总量、pH、总有机碳含量、腐殖质组成和活性铁含量等指标,探讨亚铁剖面分布特征、季节动态及其影响因素。结果表明,土地利用方式的改变及植茶年限的延长,改变了土壤水分状况、氧化还原电位、还原物质总量、活性铁等,使川西漂洗水稻土亚铁含量发生变化,但不同阶地其变化特征有所不同,第三级阶地和四级阶地从水田(旱地)到1年(3年)茶园再到6年茶园,土壤亚铁总体呈先下降后上升趋势,而第五级阶地从水田到3年茶园再到7年茶园,土壤亚铁总体上先升后降;现代微域还原环境或地质时期还原环境使部分剖面亚铁分布特征不再遵循从表层向下逐渐降低的规律,而是在土体下部有极丰富的亚铁积累,最高达4 739mg/kg;表层土壤亚铁含量的季节动态特征并未显著改变,以9月或7月为主要积累时期。研究可为该区土壤/土地资源合理利用提供一定参考。     

稻田植茶后土壤团聚体水稳性变化特征及影响因素分析

采用野外调查与室内分析相结合的方法,研究名山地区稻田植茶后土壤团聚体水稳性变化特征及其影响因素。结果表明:稻田及植茶后的土壤水稳性团聚体含量在各粒径及土层间表现不同,稻田、茶园5年和10年土壤水稳性团聚体含量总体上随着粒径的减小呈先降低后上升的趋势,茶园15年水稳性团聚体含量则随着粒径的减小逐渐增加。从不同土层来看,在0—20,20—40cm土层中,随着稻田植茶年限的增加,土壤团聚体含量以2mm粒径团聚体为主转变为以0.25mm粒径团聚体为主,而在40—60cm土层中,总体上0.25mm粒径团聚体占据着主要地位;在0—20cm和20—40cm土层,稻田植茶后土壤团聚体水稳性逐年下降,由大到小依次为水稻田茶园5年茶园10年茶园15年,而在40—60cm土层,土壤团聚体水稳性由大到小依次为茶园5年茶园10年水稻田茶园15年,不同土层中团聚体的水稳性与0.25mm粒径团聚体含量呈正相关关系。稻田及稻田植茶后的土壤团聚体水稳性受土壤的理化性质影响,其中受0.25mm粒径团聚体含量、土壤容重、总孔隙度的影响较显著。就所测养分而言,稻田土壤团聚体的水稳性影响因素为有机质和游离氧化铁,茶园5年的影响因素为有机质和阳离子交换量(CEC),茶园10年的影响因素为有机质、CEC和有效磷含量,而茶园15年的影响因素主要是CEC含量。     

澧阳平原杉龙岗遗址埋藏古水稻土磁性矿物特性

为探明埋藏古水稻土磁性矿物特征,采用环境磁学方法研究了澧阳平原杉龙岗遗址埋藏古水稻土的磁性矿物含量、组成和粒度。结果表明,埋藏古水稻土的磁化率平均值为6.2×10~(–8) m~3/kg,饱和等温剩磁平均值为16 338×10~(–5)Am~2/kg,软剩磁平均值为773×10~(–5)Am~2/kg,退磁参数S300平均值为72%。埋藏古水稻土亚铁磁性和不完全反铁磁性矿物含量随土层深度增加不断降低,其含量均低于现代耕作水稻土层;埋藏古水稻土磁化率主要来源于亚铁磁性矿物和不完全反铁磁性矿物,且亚铁磁性矿物占相对主导地位;相对于现代耕作水稻土层,埋藏古水稻土层中磁性矿物以较粗的磁铁矿颗粒为主。     

水耕人为土时间序列铁氧化物与磁化率演变特征

以我国亚热带地区不同母质起源的水耕人为土时间序列为研究对象,分析不同形态铁氧化物和磁化率随成土时间的动态演变特征及其影响因素。结果表明,石灰性母质起源的水耕人为土0~120 cm土体中全铁(Fet)、游离铁(Fed)和游离度(Fed/Fet)随时间序列演变均逐渐增加,0~50 a内Fet、Fed和Fed/Fet增加速率分别为3.2 t hm~(-2) a~(-1)、1.2 t hm~(-2) a~(-1)和0.04%a~(-1),50~1 000 a内Fet、Fed和Fed/Fet增加速率分别为0.1 t hm~(-2) a~(-1)、0.15 t hm~(-2) a~(-1)和0.01%a~(-1);而酸性母质起源的水耕人为土0~120 cm土体中Fet、Fed和Fed/Fet随时间序列演变均逐渐下降,0~60 a内Fet、Fed和Fed/Fet下降速率分别为0.2 t hm~(-2) a~(-1)、0.5 t hm~(-2) a~(-1)和0.03%a~(-1),60~300 a内Fet、Fed和Fed/Fet下降速率分别为0.9 t hm~(-2) a~(-1)、1.2 t hm~(-2) a~(-1)和0.06%a~(-1)。土壤pH、Eh、以及外源铁输入与土体内铁淋失的相对强度是控制不同母质水耕人为土中铁氧化物转化速率与途径的主要因素。石灰性母质起源的水耕人为土中不同磁学指标随时间演变分为三个阶段:0~50 a内表现为质量磁化率(MS)、饱和等温剩磁(SIRM)和软剩磁(IRMs)的急剧降低;50~300 a内表现为MS、SIRM和IRMs的持续、缓慢降低以及硬剩磁(IRMh)的相对稳定发展;300~1 000 a内表现为MS、SIRM和IRMs的持续、缓慢降低以及IRMh的快速下降。酸性母质起源的水耕人为土0~20 cm和20~120 cm土壤中磁学指标演变呈现截然不同的两个阶段:0~60 a 0~20 cm内MS,SIRM和IRMs的急剧降低,IRMh具有明显增加;而20~120 cm内MS、SIRM和IRMs缓慢下降,IRMh明显降低。60~300 a 0~20 cm内不同磁学指标变化幅度均很小,而20~120 cm内IRMh相对比较稳定,MS、SIRM和IRMs在种稻150 a后快速下降。淹水还原条件下亚铁磁性矿物的破坏是不同母质水耕人为土演变过程中磁性衰减的主要机制。     

植茶年限对土壤有机无机复合性状的影响

对不同种植年限茶园土壤有机无机复合状况及结合态腐殖质组成变化特征进行了研究。结果表明,土壤有机碳含量、重组有机碳含量以及土壤有机无机复合量随着植茶年限的增加而增加,而复合度下降,这一结果与土壤有机质的来源及移动性的差异有关。自然土壤植茶后,茶园土壤各结合态腐殖质含量明显提高,且各结合态腐殖质的绝对含量为紧结态腐殖质松结态腐殖质稳结态腐殖质,松结态腐殖质和紧结态腐殖质构成了复合态有机质的主体。随着植茶年限的延长,松结态腐殖质的相对含量增加,紧结态腐殖质的相对含量则表现为减少,土壤腐殖质松/紧比值增加。土壤有机无机复合状况及腐殖质结合形态与土壤养分之间存在相关关系,是表征土壤肥力演变的重要指标。     

信阳茶区土壤养分的演变

为了解信阳茶区茶园土壤养分丰缺现状,为化肥减施提供理论依据,本研究监测了不同植茶年限(0、10、20、30、40年)0~20 cm土壤的养分及土壤交换性离子,分析其随植茶年限的变化特性。结果表明:茶园土壤有机质、碱解氮、有效钾与植茶年限呈显著正相关,有效磷与植茶年限呈显著负相关;茶园土壤有机质含量达36.15 g kg^-1,达理想状态;碱解氮、有效钾、有效磷含量都表现为富集;土壤有机质与碱解氮和有效钾呈显著正相关,与有效磷呈显著负相关;茶园氮肥以铵态氮(NH4^+-N)为主,氮肥形态可影响土壤pH及交换性Al^3+、Ca^2+、Mg^2+的变化,有机质直接影响交换性K^+的变化。信阳茶区茶园土壤养分达到并超过优质高产高效茶园土壤养分需求,其氮磷钾肥明显呈现施入过量后的积累现象。该研究结果可以为茶园土壤可持续利用及茶园减施化肥提供依据。     

太白山不同海拔植被带土壤矿物磁性变化规律研究

土壤矿物磁性对环境变化具有重要的指示意义。然而,有关中国中东部东亚季风区内土壤矿物磁性随海拔高度的变化规律的研究和讨论尚不多。我们获取了太白山不同海拔高度5个典型植被带下的表土及土壤剖面样品,测量了这些样品的磁化率(χ_(lf))、频率磁化率(χ_(fd))、非磁滞剩磁(ARM)、饱和等温剩磁(SIRM)、反向磁场等温剩磁(IRM_(-300m T)),探讨了不同植被带中土壤矿物磁性特征及其变化。结果显示:(1)不同植被带下,表土矿物磁性差异显著,χ_(lf)、ARM、SIRM之间表现出良好的相关性,随海拔升高呈降低趋势,而IRM_(-300m T)/SIRM随海拔升高而升高。(2)除栓皮栎林外,其他植被带处的土壤剖面χ_(lf)、χ_(fd)、ARM、SIRM随剖面深度加深而降低,IRM_(-300m T)/SIRM随深度加深而升高;此外,低海拔的栓皮栎林与锐齿栎林处土壤剖面磁性的各个指标远高于高海拔土壤剖面磁性指标。(3)表土总体磁性矿物浓度,较细磁畴的SSD颗粒及亚铁磁性矿物浓度与不同植被带所处温度呈现正相关关系,而与其土壤中的有机质含量呈负相关,但受降雨及坡度影响较小。     

植茶年限对土壤pH值、有机质与酚酸含量的影响

土壤pH值和有机质是土壤肥力的重要指标,土壤中的酚酸类物质也是一类重要的有机物质,与pH值和有机质关系复杂。本文以四川省名山区茶园土壤为对象,研究植茶年限对土壤pH值、有机质和酚酸含量的影响,并探讨它们之间的相互关系。结果显示:随着植茶年限的延长,各土层土壤的pH值均呈现不同程度的下降趋势,即植茶10年植茶7年植茶5年植茶3年水稻土,表层土壤酸化明显;随着植茶年限的延长,土壤有机质、总酚和水溶性酚含量均呈增加趋势。相关分析表明,0~10 cm土层土壤中,总酚与土壤pH值呈负相关;10~20和30~40 cm土层土壤中,水溶性酚与土壤pH值呈负相关;10~20 cm土层土壤中,总酚与土壤有机质呈正相关;在10~20、20~30和30~40 cm土层土壤中,水溶性酚与土壤有机质呈正相关。说明植茶土壤酚酸含量的增加是影响土壤pH值下降和有机质含量升高的重要因素。     

林地改为茶园对土壤净硝化速率及N2O排放的影响

以我国江南茶区(安徽、浙江)和华南茶区(福建)典型茶园土壤及各自相邻的林地土壤为研究对象,在25oC和60%田间持水量条件下,通过28 d的室内培养试验,研究了林地改为茶园后对土壤净硝化速率及N_2O排放规律的影响。结果表明:安徽地区林地改种茶园显著抑制了净硝化速率;与安徽地区的林地和茶园土壤相比,浙江和福建地区林地和茶园土壤净硝化速率很低(N,0.2 mg/(kg·d)),且林地改为茶园后对土壤净硝化速率没有显著影响。安徽地区植茶年限超过10 a的茶园土壤N_2O累积排放量均显著低于邻近的林地土壤,而植茶年限为10 a的茶园土壤与邻近的林地土壤差异不显著。浙江和福建茶园土壤N_2O累积排放量均高于各自对照的林地土壤。安徽地区土壤的N_2O累积排放量与p H呈显著的正相关关系,这表明林地改为茶园后,随着植茶年限的增加和氮肥的施用,p H降低抑制了净硝化速率,进而降低N_2O排放。     

四川盆地西部漂洗土壤区水体铁元素的分布特征

铁是水质监测的重要指标。为了弄清四川盆地西部漂洗土壤区不同水环境中铁的形态和含量、浅层潜水的季节动态及其形成原因,为该区土、水资源合理利用提供一定参考,于不同时期在四川省名山县漂洗土壤区采集潜水、池塘水、稻田和茶园沟渠地表水、土壤孔隙水及相应的土壤样品,分析了其铁的形态和含量及相应的理化性质。结果表明,从潜水和土壤孔隙水来看,潜水总铁和亚铁含量（分别为0.30、0.08mg·L^-1）均为最低,稻田孔隙水总铁和亚铁含量（分别为2.92、1.13mg·L^-1）均为最高,茶园孔隙水总铁和亚铁含量（3a生以下茶园分别为1.25、0.92mg·L^-1,6a生以上茶园分别为2.66、0.65mg·L^-1）居中;就稻田和茶园的土壤孔隙水与沟渠地表水比较而言,孔隙水总铁和亚铁含量总体上高于沟渠地表水相应的总铁和亚铁含量;潜水总铁和亚铁含量分别变动在0~0.86mg·L^-1和0~0.36mg·L^-1之间,其季节动态在不同区域间存在一定差异,与其所处地形部位及地表径流条件、离居民房屋和畜禽圈舍远近、土壤pH、有机质和铁元素的形态和含量、土地利用方式及作物种植年限、天气状况及水井自身氧化还原电位等条件有关。     

太湖地区种植结构及农田氮磷流失负荷变化

太湖地区是我国农业最发达区域,近年来随着经济利益的驱动,太湖地区稻田改为果园、菜地、茶园现象突出,该地区种植结构的变化趋势和分布特征以及种植结构改变前后的氮(N)、磷(P)肥投入量、径流流失负荷量尚缺乏研究。本研究基于农业统计年鉴和文献调研数据,通过2002—2017年太湖地区主要城市(常州、无锡、苏州、湖州)果菜茶和水稻种植面积、N和P养分投入量、农田N和P流失负荷研究分析,为该地区农业面源污染防治和治理提供科学依据。得出如下结论:2002—2017年太湖地区果菜茶种植面积显著增加,尤其是果园(增加2.852×104hm2)和茶园(增加1.892×104hm2),而稻田种植面积下降显著(下降1.985×105hm2);2002—2010年间种植结构变化速率远高于2010—2017年,且果菜茶种植面积增加主要集中在武进、南浔、宜兴、苏州市区、长兴等临湖地区。2002—2017年太湖地区N、P肥投入量分别降低25.26%和9.59%, N流失量显著下降34.66%, P流失量仅下降1.84%。现今太湖地区稻田、果园、菜园和茶园的N流失负荷分别为10 200t、670 t和10 100 t、250 t, P流失负荷估算量分别为290 t、400 t、3 000 t和50 t。随着种植结构的改变,太湖地区稻田种植体系已不是农田N、P流失的最大来源,果菜茶来源的N、P流失总和已排在第一位,成为了目前农田N、P流失的优先控制对象。建议下一阶段太湖地区农业面源污染防治应侧重于优化果菜茶与水稻种植结构,同时强化P污染防治技术研究,最终实现太湖地区种植业的清洁可持续发展。     

名山河流域不同土壤类型和土地利用方式下有机碳的分布特征

以名山河流域不同类型土壤为研究对象,研究了不同土地利用方式下土壤有机碳和团聚体中有机碳含量的分布特征。结果表明:(1)名山河流域3种类型的土壤有机碳含量在17.50~34.70g/kg之间,含量高低表现为水稻土黄壤紫色土,水稻土含量分别是黄壤和紫色土的1.32,1.39倍;从不同的土地利用方式看,水田土壤有机碳及活性有机碳含量显著高于旱地、茶园和果园,土壤活性有机碳与土壤有机碳呈极显著正相关(R2=0.884 6);(2)土壤有机碳含量在土壤剖面中表现出随着土层深度的增加而降低的趋势,表层土壤(0—20cm)有机碳含量由高到低依次为水稻土黄壤紫色土,下层土壤(20—40cm)有机碳含量为水稻土紫色土黄壤,土壤活性有机碳含量的分布具有相似规律;(3)在不同土地利用方式下,表层土壤(0—20cm)有机碳含量大小关系表现为水田旱地果园茶园,下层土壤(20—40cm)有机碳含量表现为水田果园茶园旱地,水田表层、下层土壤活性有机碳含量均极显著地高于旱地、果园、茶园,再次证明活性有机碳是表征有机碳特性的重要指标;(4)3种类型土壤的团聚体在不同的利用方式下的有机碳含量表现出随着土壤剖面加深而降低的趋势,土壤团聚体的单位有机碳含量随着粒径的减小呈现波浪形的变化趋势,各粒径团聚体中的有机碳含量与土壤有机碳含量呈正相关关系。综上可知,土壤类型的差异和土地利用方式的不同会对土壤有机碳及各粒径团聚体中有机碳的含量及分布特征产生一定的影响。     

平原区水田改林地后土壤黏土矿物及氧化铁的变化

近年来水田改为林地在我国南方地区非常普遍,为了解这种转变对土壤矿物(黏土矿物和氧化铁)演变的影响,在浙江省平原地区构建了4个水田改林地系列土壤,采用野外调查和室内分析相结合的方法,研究水田改林地后土壤剖面中氧化铁形态和黏土矿物类型的演变规律。结果表明,改林地后,土壤剖面中全铁含量变化不明显,耕作层和犁底层土壤游离氧化铁有轻微增加趋势。改林地15～20 a后,4个系列土壤耕作层活性铁和活化度降幅分别在18.0%～38.4%和24.7%～48.9%;耕作层土壤铁氧化物的晶胶比增幅在0.73倍～1.62倍;耕作层土壤亚铁含量明显下降,降幅最高达95.8%,变异系数达到143.9%;耕作层络合铁降幅在21.3%～36.2%,并与有机质呈极显著正相关(P0.01)。改林地后,犁底层土壤中绿泥石相对含量及其与高岭石的比值都呈降低趋势,其他黏土矿物相对含量变化规律不明显,土壤有机质显著下降,土壤明显酸化。土壤铁氧化物形态和数量的变化对土壤结构以及土壤重金属的迁移转化等产生重要影响。     

红壤稻田土壤有机质的积累过程特征分析

通过田间采样分析 ,研究了不同利用年限红壤稻田土壤有机质含量的变化及其过程和机理 ,确定达到平衡状态时红壤稻田土壤的有机碳含量水平。结果表明 ,在水耕条件下 ,土壤有机碳和全氮的积累过程可大致分为快速增长和趋于稳定阶段 ,水耕利用 30年 ,0～ 2 0cm土壤有机碳含量达到 2 0gkg- 1,全氮含量 1 6gkg- 1,随后 ,即使利用年限长达 80年 ,土壤有机碳和全氮含量变化趋于稳定 ,没有显著提高。 2 0天的培养期内 ,不同利用年限红壤稻田 0～ 1 0cm土层有机碳和有机氮的矿化率分别为 2 2 %～3 3%和 2 8%～ 6 7% ;总体来说 ,有机碳、氮的矿化率随红壤水稻土的熟化过程而升高。随着利用年限的增加 ,微生物生物量碳一直保持增加的趋势 ,而微生物生物量氮在利用 30年后其增加趋势明显趋缓 ;利用30年的红壤稻田 ,0～ 1 0cm土壤微生物生物量C、N为 332 8mgkg- 1和 2 3 85mgkg- 1,比利用 3年分别高1 1 1 %和 4 7%。与利用 3年的红壤稻田相比 ,利用 30年后细菌数量增加了 1 1倍 ( 0～ 1 0cm)和 3 8倍 ( 1 0～2 0cm) ,利用 80年后更显著地增加了 1 9倍 ( 0～ 1 0cm)和 1 2倍 ( 1 0～ 2 0cm) ;真菌的数量也呈上升的趋势 ,但在 30年利用后基本趋于稳定 ;此外 ,细菌的群落从荒草地的 4个种到 30～ 80年水田     

名山河流域不同类型土壤腐殖质的组成特征

以名山河流域不同类型土壤为研究对象,研究了3种土壤类型(黄壤、紫色土、水稻土)和4种土地利用方式(水田、旱地、果园、茶园)下腐殖质的组成特征。结果表明:名山河流域3种类型土壤腐殖质含碳量为9.74~21.66g/kg,表层土壤(0—20cm)大于下层土壤(20—40cm),含量由高到低依次为水稻土紫色土黄壤,水稻土与紫色土、黄壤腐殖质碳含量差异显著,腐殖质各组分碳含量间呈极显著正相关(P0.01);从土地利用方式看,水田腐殖质含碳量显著高于果园、茶园和旱地,且腐殖质碳含量与HA含量呈极显著正相关(P0.01);土壤的腐殖化程度表现为黄壤紫色土水稻土。不同利用方式下重组碳含量表现为水田果园茶园旱地,茶园表层土壤腐殖质松紧比最大(1.37),为水田下层土壤的2.14倍;3种类型土壤团聚体中HA含量为0.02~4.57g/kg,且随着粒径的减小呈现先降低后增加的趋势,除2~5,0.25mm粒径团聚体外,5,1~2,0.5~1,0.25~0.5mm粒径团聚体均与其HA含量呈正相关(P0.05)。土壤腐殖质组成受土壤类型及人为耕作管理活动的影响,4种土地利用方式下水田土壤肥力最高,HA含量受5mm粒径团聚体影响最大。