Decreasing of methanogenic activity in paddy fields via lowering ponding water temperature: A modeling investigation

Methane (CH₄) is a potent greenhouse gas and the huge CH₄ fluxes emitted from paddy fields can prejudice the eco-compatibility of rice cultivation. CH₄ production in submerged rice crops is known to be highly influenced by water temperature. Hence, lowering ponding water temperature (LPWT) could be an option to mitigate CH₄ emissions from paddy environments when it is possible either to irrigate with slightly colder water or to increase ponding water depth. However, paddy soil is a complex environment in which many processes are simultaneously influenced by temperature, leading to a difficult prediction of LPWT effects. For this reason, LPWT efficiency is here theoretically investigated with a one-dimensional process-based model that simulates the vertical and temporal dynamics of water temperature in soil and the fate of chemical compounds that influence CH₄ emissions. The model is validated with literature measured data of CH₄ emissions from a paddy field under time-variable temperature regime. Based on modeling results, LPWT appears promising since the simulated reduction of CH₄ emissions reaches about −12% and −49% for an LPWT equal to −5 °C during the ripening stage only (last 30 days of growing season, when rice is less sensitive to temperature variations) and −2 °C over the whole growing season, respectively. LPWT affects CH₄ emissions either directly (decreasing methanogenic activity), indirectly (decreasing activity of bacteria using alternative electron acceptors), or both. The encouraging results provide the theoretical ground for further laboratory and field studies aimed to investigate the LPWT feasibility in paddy environments.     

Limited effects of land use on soil dissolved organic matter chemistry as assessed by excitation–emission fluorescence spectroscopy and molecular weight fractionation

Dissolved organic matter (DOM) in soil solution represents a complex mixture of organic molecules and plays a central role in carbon and nitrogen cycling in plant–microbial–soil systems. We tested whether excitation–emission matrix (EEM) fluorescence spectroscopy can be used to characterize DOM and support previous findings that the majority of DOM is of high molecular weight (MW). EEM fluorescence spectroscopy was used in conjunction with MW fractionation to characterize DOM in soil solution from a grassland soil land management gradient in North Wales, UK. Data analysis suggested that three distinct fluorescence components could be separated and identified from the EEM data. These components were identified as being of humic‐like or fulvic‐like origin. Contrary to expectations, the majority of the fluorescence signal occurred in the small MW (<1 kDa) fraction, although differences between soils from the differently managed grasslands were more apparent in larger MW fractions. We conclude that following further characterization of the chemical composition of the fluorophores, EEM has potential as a sensitive technique for characterizing the small MW phenolic fraction of DOM in soils.     

草地土壤分离能力季节变化特征及其影响因素

土壤分离能力是土壤侵蚀机理模型的重要参数.受土壤性质、植被根系等因素影响,土壤分离能力呈现显著的季节变化.为研究草地土壤分离能力季节变化特征及其影响机制,以建植一年的柳枝稷、无芒雀麦草地及对照裸地为研究对象,以20 d为周期,测定土壤密度、黏结力和根系密度,并采集原状土样进行水槽实验(τ=6.5-23.4Pa),测量土壤分离能力,并运用相关分析、回归分析等方法,研究土壤性质及植被根系对土壤分离能力季节变化的影响.结果显示:柳枝稷和无芒雀麦草地具有类似的季节变化特征,而裸地与二者差异明显.4月中旬至6月下旬,草地土壤分离能力较大,此后土壤分离能力迅速下降;7月中旬直至10月上旬,草地土壤分离能力较低;10月下旬,土壤分离能力小幅回升;裸地土壤分离能力7、8月份较低,其余时间较高.裸地土壤分离能力试验期均值为柳枝稷草地的10.6倍,无芒雀麦草地的23.7倍.草地土壤分离能力的季节变化受根系密度和土壤黏结力的影响,随着根系密度与土壤黏结力增大,土壤分离能力呈指数形式降低,而土壤密度对土壤分离能力季节变化的影响并不显著.试验区内草地土壤分离能力可用水流剪切力、根系密度、根径和土壤黏结力等参数进行模拟(R2=0.636).研究结果可为土壤侵蚀机理模型的推广应用,以及小流域水土保持措施配置等工作提供科学依据.     

化肥减氮及有机肥配施对水稻产量及土壤养分含量的影响

本文旨在研究等磷、钾量条件下，化肥减氮及有机肥不同用量配施对水稻产量及土壤养分的影响，试验共设6个处理，分别为T1∶80%N+20%有机肥；T2∶80%N+40%有机肥；T3∶70%N+60%有机肥；T4∶70%N+80%有机肥；T5∶60%化肥+100%有机肥；CK：100%N+0，对水稻生育期株高、群体动态、产量、构产因子以及秋季土壤养分含量进行分析，结果表明：1化肥减氮20%时，不会对水稻造成明显减产，且当有机肥配施量为500kg·mu-2时，水稻籽粒产量最高，为775.19kg·mu-2，比CK增产17.20%；2有机肥的施用能提高水稻基本苗，对水稻穗长有显著提高效果，对空秕率影响较大，对枝梗数影响最小；3化肥减氮+有机肥配施可以提高土壤肥力，增加土壤有机质含量，提高土壤碱解氮、速效钾含量。     

土壤中根皮苷和根皮素对桃幼苗的影响

以一年生桃嫁接苗为试材,在盆栽条件下研究了苹果园土壤中特征酚酸类物质——根皮苷和根皮素对桃苗生物量、根系活力、根系保护性酶活性和MDA含量的影响。结果表明,根皮苷对桃幼苗的伤害显著,与对照相比,鲜质量、干质量分别降低了16.66%和21.58%,根系活力降低了33.04%,SOD、POD活性分别降低了40.80%和31.10%,MDA含量提高了116.34%。根皮素对桃苗的影响不大。高锰酸钾处理明显缓解了根皮苷对桃苗的伤害,苹果园土壤中的根皮苷含量降低了57.80%,提高了桃苗的生物量、根系活力和保护性酶活性,降低了MDA含量。综上,老龄苹果园土壤实测含量的根皮苷(0.343mg·kg~(-1))可降低桃苗的生物量,适量的高锰酸钾能缓解根皮苷的伤害作用。     

黄土坡面结皮对土壤水稳性团聚体的稳定性和可蚀性的影响

为了探析微地形下土壤受雨滴打击后产生的结皮类型及团聚体组成差异。通过人工模拟降雨,研究坡面不同位置的结皮土壤水稳性团聚体分布特征、稳定性以及土壤可蚀性的变化情况。结果表明：（1）土壤水稳性团聚体以大团聚体（粒径>0.25 mm）含量为指标,原状土、结构结皮、沉积结皮、过渡带结皮>0.25 mm粒级的水稳性团聚体分别占37.28%、43.58%、36.69%、40.34%;（2）以降雨历时5 min为例,原状土、结构结皮、沉积结皮、过渡带结皮的水稳性团聚体的破坏率分别为：51.49%、46.00%、62.76%、51.02%;（3）原状土、结构结皮、沉积结皮、过渡带结皮的水稳性团聚体的平均重量直径分别为：0.15、0.20、0.14、0.17 mm;（4）原状土、结构结皮、沉积结皮、过渡带结皮土壤可蚀性K值的大小分别为：0.223、0.200、0.229、0.205。微地形下产生结皮差异使得水稳性团聚体分布有所区别,因此土壤水稳性团聚体稳定性和可蚀性存在差异。     

林地水土保持功能持续提高的机制及对策

通过对不同林地水土保持功能分析得出,其发展过程可分为成长期、成熟期和减退期,并定义成熟期为可持续发展期。分析了影响水土保持功能持续提高的环境分配系数r和环境利用系数k,认为r是林地中光、水、肥分配的参数,k为光、水、肥利用的参数。林地水土保持功能的持续提高,应通过调整r和k,即调控林地的树种组成、林分层次和林分密度,形成合理的林分结构,保持成熟期的持续发展。并在此基础上提出了林地水土保持功能持续提高的相应对策。     

苹果种植区的土壤养分含量情况研究—以白水县为例

为了稳定和提高苹果产量，通过对2013 年渭南白水县500 个点农业土壤区进行分析，并对土壤pH、全氮、有机质、碱解氮、速效钾、有效磷、有效铁和有效锰、锌、铜进行有效的对比研究。利用Microsoft Excel 2010 软件进行数据整理统计。结果发现：白水县苹果生长的土壤酸碱度为中性偏碱，并且土壤中的全氮和有机质的含量丰富，速效钾较丰富；有效锌、有效磷含量适中；有效铜含量高，有效铁、碱解氮、有效锰含量低。     

新时代土壤化学前沿进展与展望

土壤化学是重要的土壤学基础分支学科。在回顾了土壤化学发展历程的基础上,梳理了土壤化学的四个前沿交叉方向,并展望了土壤化学与其他相关学科的交叉发展趋势,以期寻求新的学科增长点。土壤化学经历了从恒电荷到可变电荷土壤学说演变,我国在土壤电化学、根际土壤化学、土壤化学-物理-微生物界面反应等方向逐步领跑。新时代中国已经发展成为国际土壤化学的研究中心之一,尤其在土壤化学与微生物学、地球化学、矿物学、环境化学等交叉领域取得了突破性发展。同时,发展并运用同步辐射、微流控联用光谱能谱、高分辨显微镜、光谱电化学等实时、原位、高精度研究方法,推动土壤化学研究取得了长足的进步。新时代的土壤化学具有三个重要发展趋势,首先系统揭示地球表层系统中物质循环与能量交换的土壤化学机制,实现"0到1"的土壤化学原创性成果的突破;其次需要综合运用地球表层系统理论,从多界面、多要素、多过程的"三多"交互耦合;再次,需要加强与地球宜居性这一人类重大命题的交叉融合,为生态文明建设、土壤污染防治攻坚战、全球变化等国家重大需求提供理论支持。     

不同坡位条件对毛乌素沙地长柄扁桃林地土壤水分的影响

[目的]揭示半干旱区固定沙丘不同坡位条件下土壤水分空间变化规律,为固定沙丘土壤水分合理利用提供决策依据。[方法]在毛乌素沙漠东南缘陕西省神木市生态协会毛乌素治沙造林基地,以固定沙丘12 a龄人工长柄扁桃林地为研究对象,建立土壤水分定位观测小区,使用CNC503DR型中子仪对2018年7—10月0—300 cm土层土壤水分进行测定,并分析不同坡位条件下长柄扁桃林地生长季土壤水分时空变化特征。[结果](1)坡顶与坡上0—300 cm土壤剖面含水量随土层深度的增加呈先增加后减小,之后趋于稳定的变化趋势,而坡中(上、下)与坡底表现为类似S形的变化规律,土壤含水量表现为:坡底坡中(上)坡上≥坡顶坡中(下);(2)坡底土壤含水量表现出强变异性,其他4种坡位条件下为中等变异;(3)不同坡位条件下蒸散发表现为:坡底坡顶坡中(下)坡上坡中(上),坡上属强变异,而坡底则表现出中等变异且变异系数最小。[结论]不同坡位条件对固定沙丘土壤水分及蒸散耗水具有重要影响,坡底土壤含水量及蒸散发量均最大,且具有较强的不稳定性。