灌草立体配置对退化草地土壤水分和养分的影响

【目的】比较灌草立体配置模式下3种不同生境的土壤水分、养分和植物根系相关参数的差异，探究灌草立体配置30年对退化草地土壤水分和养分以及植物根系的影响，为黄土高原水土保持和生态恢复提供理论依据。【方法】以位于黄土高原云雾山国家草原自然保护区种植30年的人工柠条和野山桃搭配灌丛带样地为研究对象，采集灌丛带内部、灌丛带边缘和灌丛带外部不同土层的土样和植物根系，比较3种位置下土壤水分、养分含量和植物根系特征的差异，并分析了根长与土壤水分和养分含量的相关性。【结果】在0～80 cm土层，灌丛带内部的土壤含水量明显高于灌丛带边缘和灌丛带外部。在0～80 cm土层，随着土层深度增加，灌丛带3个位置土壤全氮、碱解氮和有机碳含量均呈下降趋势，而全磷含量变化不明显；在同一土层，灌丛带内部的全氮、碱解氮和有机碳含量均明显高于灌丛带边缘和灌丛带外部。在灌丛带内部、灌丛带边缘和灌丛带外部3个位置，植物根系生物量呈减小的趋势。从垂直分布来看，灌丛带内部、灌丛带边缘和灌丛带外部0～15 cm土层的植物根系生物量分别占0～40 cm土层植物根系生物量的90.86%，90.79%，92.91%，说明植物根系生物量主要集中分布于0～15 cm土层。3个取样位置中，灌丛带内部植物根长、根表面积和根体积均最大。相关性分析表明，灌丛带植物根长与0～20 cm土层的土壤含水量，0～40 cm土层土壤有机碳和全氮、0～80 cm土层碱解氮均呈显著或极显著正相关。【结论】在黄土高原退化草地上进行灌草立体配置可以促进植物根系生长，提高土壤水分和养分含量，有利于退化草地的恢复。     

土壤外源钴对大麦根伸长的毒害及其预测模型

选取我国11种不同性质的农田土壤，通过外源添加重金属钴（Co），研究其对大麦（Hordeum vulgare L.）根伸长的毒性阈值及土壤性质对Co毒性的影响。结果发现，Co对大麦根伸长10%抑制效应（EC₁₀）在11种土壤中的变化范围为37.1~3 914 mg·kg^-1土（105.5倍），50%抑制效应（EC₅₀）的变化范围为166.1~6 030 mg·kg^-1土（36.3倍）。建立土壤性质与毒性阈值的回归方程，结果表明土壤pH是影响土壤Co毒性阈值最重要的因子，作为单因子时分别可以解释77.6%、72%的EC₁₀和EC₅₀的变异（P≤0.001）。当在EC₁₀预测模型中引入土壤pH和土壤黏粒（Clay）双因子时，可以解释83.9%的EC₁₀的变异（P<0.001），EC₅₀预测模型中引入土壤pH和总碳（TC）双因子时，可以解释86.1%的EC₅₀的变异（P<0.001）。将我国土壤中得到的Co毒性阈值预测模型和欧洲北美10种土壤的预测模型进行比较验证，结果发现基于我国土壤得到的预测模型可以较为准确地预测欧洲北美土壤中Co的大麦根伸长毒性阈值，但基于欧洲北美土壤的预测模型不能准确预测我国土壤中Co的毒性阈值。研究表明，我国土壤性质对Co毒性有显著的影响，基于土壤性质建立的预测模型可为土壤中Co生态风险评价提供参考依据。     

紫花苜蓿土壤浸提液对蜀葵的化感作用

为探究紫花苜蓿对蜀葵种子萌发和生长的化感作用，采取了紫花苜蓿根际及距离根际20、40、60 cm处表层5~10 cm的土壤，采用高效液相色谱法（HPLC）检测土壤浸提液（分别表示为R、D20、D40、D60）中5种有机酸类化感物质的含量。采用生物检测方法分析测定了土壤浸提液对蜀葵种子萌发的影响，并通过盆栽试验测定了紫花苜蓿与蜀葵间作条件下蜀葵叶绿素、丙二醛（MDA）、可溶性蛋白及生物量等生理生态学指标。结果表明： 5种有机酸在紫花苜蓿根际的含量最高，随着与根际距离的增加有机酸含量逐渐减少；R处理下，蜀葵发芽率和发芽指数比对照（蒸馏水）分别降低6.23%和31.32%，根长和苗长则与对照相比分别显著减少了56.11%和48.94%。盆栽实验结果表明，紫花苜蓿和蜀葵间作对蜀葵地上和地下生物量均产生明显抑制作用，与单种时相比分别减少8.01%和23.99%；间作使蜀葵叶绿素含量降低、MDA和可溶性蛋白含量升高。研究表明，紫花苜蓿对蜀葵有明显的化感作用，种植时不宜过密，应至少保持间距60 cm。     

基于体外模拟法评价蔬菜中Cd的健康风险与污染土壤修复效果

为探明北方地区常见蔬菜中Cd的健康风险，以北京地区Cd污染的大棚菜地土壤为对象，利用盆栽实验测定了韭菜和小油菜对Cd的吸收、转运特征及2种修复剂（沸石+蚯蚓粪，凹凸棒+蚯蚓粪）对Cd污染土壤的修复效果，基于体外模拟法和人体健康风险评价方法对污染土壤修复前、后的2种蔬菜中Cd的有效性及人体健康风险进行评价。结果表明，污染土壤上的2种蔬菜中Cd含量均超过《食品安全国家标准食品中污染物限量》，但2种蔬菜对Cd的吸收具有显著差异，小油菜中Cd的含量为韭菜的2.04倍；体外模拟法测定结果表明，韭菜和小油菜中Cd在模拟人体胃液中的有效浓度分别为0.027、0.039 mg·kg^-1，韭菜中的Cd对人体具有更高的生物有效性；基于人体健康风险评价方法对2种蔬菜中Cd进行健康风险评价，结果表明，污染土壤上种植的2种蔬菜中Cd对人体具有较高的致癌风险，其中，对0~6岁儿童的致癌风险大于成人（>18岁）的风险；添加修复剂可使韭菜和小油菜中Cd含量最大分别降低65.2%和72.3%；2种修复剂处理的韭菜与小油菜中Cd的生物有效性和致癌风险值显著下降，其中凹凸棒+蚯蚓粪处理土壤的2种蔬菜中Cd的致癌风险值接近安全水平。     

丹江口水源涵养区退耕还草土壤线虫群落变化特征

为评估丹江口水源涵养区退耕还草的土壤生态效应，2017年9月，选取3块同一土壤类型、退耕3年的紫花苜蓿（Medicago sativa）草地作为退耕还草的代表样地，以相邻未退耕的玉米（Zea Mays）田为对照，比较分析退耕还草土壤线虫群落的变化特征。结果表明：退耕还草样地0~10 cm土层含水量显著提高15.86%（P<0.05），pH值显著降低5.06%（P<0.05）；10~20 cm土层pH值显著降低4.57%（P<0.05），有效磷含量显著降低26.83%（P<0.05）。退耕种植紫花苜蓿草地共鉴定出土壤线虫18 307条，49个属，未退耕玉米田共鉴定出土壤线虫10 706条，45个属，退耕还草后土壤线虫c-p类群由短世代型向长世代型转移，土壤环境受到扰动降低，土壤线虫群落的多样性和稳定性增加，结构指数（SI）和富集指数（EI）表明退耕还草提高了土壤健康程度，同时降低了土壤所受的干扰程度。土壤线虫数量与土壤pH值、含水量、全氮和硝态氮含量呈极显著相关（P<0.01）；食细菌线虫和食真菌线虫相对丰度与土壤有效磷含量呈极显著相关（P<0.01），植物寄生性线虫和捕/杂食线虫相对丰度与有机碳和铵态氮含量呈极显著相关（P<0.01），与全氮含量呈显著相关（P<0.05）。研究表明，退耕还草改变了土壤pH值及全氮、有效磷养分含量，改变了土壤线虫群落结构和多样性，提升了土壤健康水平。     

保护性耕作对土壤团聚体、微生物及线虫群落的影响研究进展

保护性耕作具有良好的生态效益，有利于农业生态系统的可持续发展。本文对比分析了国内外有关常规耕作和保护性耕作措施对土壤团聚体、土壤有机碳、土壤微生物及土壤线虫影响的研究进展。结果表明：保护性耕作减少土壤大团聚体的破坏，降低团聚体周转速率，提高土壤结构的稳定性；保护性耕作提高表层土壤总有机碳及活性有机碳含量；保护性耕作可以提高耕层微生物生物量，尤其对真菌生物量影响显著；保护性耕作不同程度地提高了团聚体中微生物量和微生物多样性，但并未改变微生物在团聚体中的分布模式；保护性耕作可提高土壤线虫多度，提高原状土壤和土壤各粒级团聚体中线虫群落的成熟度指数和结构指数，但并未改变线虫总数、营养类群、功能团及生态指数在团聚体中的分布模式。针对目前国内外研究现状，展望了保护性耕作今后的研究重点，以期为因地制宜选取保护性耕作措施提供理论支持，推进我国农业可持续发展。     

秸秆生物炭配施沼液对土壤有机质和全氮含量的影响

为增加沼液中养分在土壤中的滞留量,提高沼液利用效率,本文采用室内土柱试验,研究了不同生物炭混掺量(CK、0.5%、1.0%、2.0%)、生物炭混掺厚度(0、5、10、15、20 cm)和土壤容重(1.30、1.35 g·m^-3)对土壤有机质和全氮含量的影响。结果表明:土壤容重相同时,土柱入渗液渗出速率随生物炭混掺量和混掺厚度的增加而增大;土壤容重不同时,1.35 g·cm^-3土壤土柱入渗液渗出速率小于1.30 g·cm^-3土壤,土壤有机质和全氮含量均呈1.30 g·cm^-3土壤容重小于1.35 g·cm^-3土壤容重;土柱内有机质和全氮含量随生物炭混掺量增大而逐渐增加,生物炭混掺量为2.0%时对土壤有机质和全氮含量影响最大;土柱内有机质含量随生物炭混掺厚度增大而逐渐增加,生物炭混掺厚度为20 cm时对土壤有机质含量影响最大,而全氮含量在土壤容重为1.30 g·cm^-3、混掺厚度10 cm时影响最显著,土壤容重为1.35 g·cm^-3、混掺厚度15 cm时效果较为显著。研究表明生物炭配施沼液时土壤有机质和全氮含量受生物炭混掺厚度、混掺量和土壤容重综合作用的影响。     

再生铝企业周边农田土壤与农作物重金属含量特征分析

为探究再生铝企业群周边农田土壤及作物的污染状况,通过现场采样及室内测试,对企业周边土壤及农作物中7种重金属元素的含量进行分析,应用空间插值法对土壤重金属的空间分布特征进行研究。结果表明,研究区域土壤中Cd含量相对较高,含量范围为0.11~1.86 mg·kg^-1,其平均值超过了我国土壤污染风险筛选值标准,Cu、Cr、Zn、Pb、Cd、Ni和As 7种元素的平均值分别达到河北省背景值的1.9、1.1、1.4、1.5、4.1、0.91倍和0.39倍,Cd元素存在强生态风险。从空间分布特征来看,土壤中Cd、Pb、Cu、Zn 4种元素均表现出以企业为中心向四周逐渐递减的分布趋势,且高值分布范围相对其他金属较广。小麦籽粒中Cu、Zn、Cd、Cr和Pb 5种元素存在不同程度的超标现象,最严重的为元素Pb,其含量范围为0.02~1.06 mg·kg^-1,与食品安全国家标准相比,最大超标倍数达到5.3倍,其高值样品分布在研究区北部。玉米籽粒也发现Cr、Zn、Ni超标的现象,Cr超标较其他重金属严重,其含量范围为0.16~1.32 mg·kg^-1。研究表明,再生铝企业活动对周边农田土壤和农作物造成多种重金属污染威胁,需要引起重视。     

红叶甜菜-花生和油葵-花生轮作修复土壤Cd的能力

利用生物量高的经济作物进行轮作，可在加快修复土壤Cd污染进程的同时获得一定的经济效益。本研究在长沙市望城区群力村Cd轻度污染的土壤进行冬季种植红叶甜菜、夏季复种植花生和春末种植油葵、夏季复种植花生的轮作模式试验，探究重金属修复潜力。结果表明：花生、油葵、红叶甜菜各部位Cd富集系数除花生果实外均大于1，对Cd均有较强的富集能力。油葵-花生、红叶甜菜-花生轮作模式种植一季可提取土壤Cd总量分别为40.80 g·hm^-2和53.34 g·hm^-2。红叶甜菜-花生轮作将土壤Cd含量由0.316 mg·kg^-1降至0.286 mg·kg^-1，油葵-花生轮作一季将土壤Cd含量由0.316 mg·kg^-1降至0.283 mg·kg^-1。研究表明，红叶甜菜-花生、油葵-花生轮作模式均对土壤重金属Cd有较好的修复潜力。     

土壤重金属钝化效果评估——基于大田试验的研究

采用野外大田试验,研究了钙镁磷肥(Calcium-magnesia phosphate fertilizer)、麦饭石(Medical stone)、氧化铁吸附剂(Ferric oxide adsorbent)、氧化铝复合材料(Alumina composite)、植物型有机肥(Plant-based organic fertilizer)、牛粪(Cow dung)、骨炭(Bone char)对某地重金属污染农田的钝化修复效果,并利用动态加权评估方法评估了这几种钝化材料的综合适用性。试验结果表明:几种材料对土壤pH影响均较小,钙镁磷肥、麦饭石微量提高了土壤pH,与对照组相比分别增加0.68和0.74个单位;施加植物型有机肥、牛粪和骨炭提高了土壤有机质含量,与对照组相比分别增加了3.19、2.64 g·kg~(-1)和1.17 g·kg~(-1)(10.04%、8.31%和3.68%)。几种材料在0.6%的投加量下,除植物型有机肥外均有较好钝化效果,土壤有效态镉降低18%以上,且显著减少糙米中镉蓄积量(0.062～0.087mg·kg~(-1)),低于国家食品安全标准限值。为综合评估几种材料的效果及适用性,以土壤重金属有效态含量、糙米镉含量、修复成本和产量为指标构建动态加权函数综合评估模型,评估结果表明,钙镁磷肥的综合修复效果最好,其次为骨炭和植物型有机肥。