岩溶石漠化地区不同利用方式对土壤肥力和重金属质量分数的影响

  目的  探讨不同土地利用方式下土壤肥力和重金属污染的特征及土壤养分与土壤重金属之间的关系。  方法  以云南省西畴县三光石漠化综合治理示范区的撂荒地、灌草地、人工林地、自然林地、玉米Zea mays地、核桃Juglans regia林地和猕猴桃Actinidia chinensis地为研究对象,测定土壤养分和重金属质量分数并进行相关性分析。  结果  自然恢复方式下土壤有机质、全氮、全磷质量分数显著高于其他土地利用方式(P＜0.05),灌草地土壤[土壤肥力综合指数(I_FI)为0.915]和撂荒地土壤(I_FI=0.913)较为肥沃,猕猴桃地土壤(I_FI =0.485)和核桃林地土壤(I_FI =0.501)较为贫瘠;不同土地利用方式下,灌草地重金属污染风险最低[生态风险指数(I_R)为66.91],猕猴桃地重金属污染风险最高(I_R=169.16)。相关性分析发现:土壤养分质量分数对重金属质量分数的影响因土地利用方式的不同而不同,且在灌草地、人工林地和自然林地中较为显著(P＜0.05),在撂荒地和作物种植地中并不显著(P＞0.05)。  结论  自然属性较强的地区土壤肥力水平高,且重金属污染风险低,说明人为干扰是影响石漠化地区进行植被恢复的重要因素。为了能够更好地提高土壤质量,应适当减少人为活动的干扰。图3表8参29     

滇东南典型岩溶湿地沉积物不同形态磷分布特征

以滇东南普者黑岩溶湿地为研究对象,设置典型样地,采用典型样带布点方式,探索稻田湿地、草甸湿地和湖滨湿地区域中沉积物总磷(TP)和各形态磷(磷酸二钙,Ca₂-P;磷酸八钙,Ca₈-P;磷酸十钙,Ca₁₀-P;铝磷,Al-P;闭蓄态磷,O-P)含量分布特征,并分析各形态磷间的相关性。结果表明,稻田湿地、草甸湿地、湖滨湿地区域中沉积物总磷含量变化幅度较大,依次为稻田湿地>湖滨湿地>草甸湿地。沉积物各形态磷组分中,以Ca-P为主,且Ca-P中的Ca₁₀-P所占比例最高,对沉积物TP贡献最大。Ca₂-P、Ca₈-P、O-P、Ca₁₀-P的空间分布特征与TP一致。湖滨湿地区沉积物各形态磷含量垂直方向总体均以表层(0—5 cm)最高,并依次向下层递减。沉积物中各形态磷与TP含量均呈正相关,其中,Ca₂-P、Al-P与TP显著相关,对沉积物TP的影响较大。     

湿地生境下土壤砷形态转化与微环境因子的关系

通过持续淹水种植典型挺水植物香蒲(Typha angustifolia L.)的模拟湿地生境盆栽试验,探究外源砷(As)污染土壤在不同时间内微环境因子[溶解氧含量(DO)、氧化还原电位(E_h)、电导率(EC)和pH值]的变化规律及砷形态转化的过程和影响因素,并评估对应的环境风险。结果表明,土壤微环境因子对不同处理时间的响应存在差异,随着试验时间延长土壤DO值、E_h值均表现出先降低后升高的趋势;土壤酸碱度趋于中性,且不同处理间没有显著差异;土壤电导率逐渐上升。随着淹水时间的延长,非专性吸附态As(F1)及残渣态As(F5)含量均不断减少,晶型铁铝氧化物结合态As(F4)不断增加,由生物有效态向非生物有效态转化,基本趋于稳定。土壤微环境因子对土壤As结合态的影响是多方向的,同一微环境因子对不同结合态具有不同相关性,且存在较大差异,E_h、DO及pH均对土壤中As的转化具有重要贡献。随着试验时间加长,土壤中As的环境风险表现出先大幅降低后小幅增加的趋势,中后期总体处于中低环境风险状态。     

基于高光谱技术剑湖湿地茭草磷含量估算模型研究

以云南剑湖湿地典型植被优势种茭草为研究对象,利用ASD Filed Spec 3光谱仪采集茭草反射光谱,并测定其磷含量,通过高光谱数据建立茭草磷含量估算模型。结果表明:茭草的反射光谱曲线与健康绿色植被的反射光谱曲线趋势一致,通过一阶导数变换可以更清楚地分析原始光谱的细节特征,作为植被光谱特有的"三边"参数,可以定量分析茭草光谱特征。分别利用光谱反射率、反射率一阶微分值和"三边"参数与磷含量作相关性分析,相关性最高的变量分别为平滑光谱1 085 nm波段、光谱一阶微分1 259 nm波段、红边面积,相关系数分别为0.528、0.619、0.526;基于Land-sat 8 OLI波谱重采样的低维光谱数据,近红外波段对茭草磷含量较为敏感,相关系数为0.519;通过主成分分析提取的变量平滑光谱提取第1成分和反射率一阶微分提取第1成分与磷含量的相关性最高,相关系数分别为0.547和0.494。在建立的估算模型中,多元逐步回归模型估算效果较优,其次为主成分回归模型和单变量回归模型;茭草磷含量最佳估算模型为基于反射率一阶微分建立的多元逐步回归模型,R2为0.76、RMSE为13.69、P为91.08%、MAE为10.75。     

典型岩溶小流域不同土地利用类型土壤钙分布及形态特征

以滇东南普者黑小流域典型岩溶区不同土地利用类型为研究对象,测定裸地、林地、旱地、水田及湿地5种土地利用类型中土壤的全钙含量、各形态钙含量、全磷含量、有机质含量、土壤酸碱度(p H)及土壤的粒径组成(黏粒、粉粒和砂粒),采用冗余分析(RDA)的方法,分析5种土地利用类型钙的分布与土壤理化指标的之间的相互关系。结果表明:在5种土地利用类型中,裸地和旱地的钙含量处于较低水平,林地、水田及湿地钙含量处于较高水平;全钙及4种钙形态含量的空间分布趋势一致,均表现为林地水田湿地旱地裸地;5种土地利用类型下各形态钙含量大小排序表现为酸可提取态钙可还原态钙可氧化态钙残渣态钙;总体来看,钙含量均受土地利用类型的变化而变化,钙含量均因土壤深度而表现出差异显著,并且以表层富集明显;流域内土壤属于砂质土,多呈中性或微酸性,有机质含量丰富,磷素水平较高;冗余分析表明酸碱度是影响不同土地利用类型钙含量分布的最主要土壤理化指标。     

普者黑流域土地利用及“源-汇”景观的氮磷输出响应研究

以滇东南典型岩溶流域普者黑为研究对象,在将流域划分为26个子流域的基础上,以2018年3个水期各子流域的水质数据为依据,结合子流域内土地利用结构和景观格局特征,采用相关性分析、冗余分析和回归分析,探讨流域氮、磷输出与景观特征指数的定量关系。结果表明:丰水期氮、磷输出要高于枯水期和平水期,全流域从外围到中部呈"汇"景观逐渐减小,"源"景观逐渐增大趋势,耕地是流域氮、磷输出的主要"源"景观,水域具有改善水质的"汇"景观功能;耕地、水域面积比例和斑块密度、香农多样性指数与水质之间相互关系显著,说明农业活动是影响普者黑流域氮、磷输出的主要原因,景观的破碎化促使了这一生态过程的发展;3个水期景观空间负荷对比指数(LWLI)与TP、PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N均呈正相关,枯水期和丰水期时LWLI与所有水质指标均集中于同一象限,LWLI与丰水期TP的回归系数最大,R~2为0.856,表明LWLI对水质指标的解释能力远大于传统景观指数,对水质评价及预测有重要意义。     

不同砷污染程度下香蒲生长与砷富集特征

为探究典型湿地挺水植物香蒲(Typha angustifolia L.)在砷(As)污染下的生长状况,以及香蒲中As的累积与迁移特征,设置As₀、As₅₀、As₁₅₀、As₆₀₀ 4个梯度As污染生境,对应底泥中As含量分别为0、50、150、600 mg·kg^-1,探析As胁迫下生命周期内(生长期、成熟期、萎黄期)香蒲的生长发育、As累积特征及其对土壤中As的提取效果。结果表明:在4种程度As胁迫下香蒲均能完成生命周期,结出种子柱头。生长期,As₅₀处理香蒲根系耐性指数最高,达到132.38%;As₁₅₀处理香蒲生物量为19.12 g,较As₀处理高出34.08%;As₆₀₀处理生物量积累为12.35 g,较As₀处理减少13.39%,此时香蒲根系耐性指数最小,为65.23%。成熟期,As₅₀处理香蒲生物量累积最大,达到72.23 g,较As₀处理高出28.70%,此时香蒲根系耐性指数最高,为149.25%;As₆₀₀处理生物量积累最低,香蒲根系耐性指数最小。萎黄期,As₅₀处理香蒲生物量累积最高,达到79.23 g,较As₀处理高出23.94%,此时香蒲根系耐性指数最高,达到119.28%;As₆₀₀处理下生物量积累最低,较As₀处理下降13.47%。在香蒲生长的3个阶段,底泥As含量为0 ~50 mg·kg^-1时香蒲叶片谷胱甘肽活性最高;As₅₀和As₁₅₀处理的PSⅡ光合反应系统最大光合潜力(F_v/F_m)均高于As₀处理,而As₆₀₀处理下香蒲F_v/F_m最低,此时叶片超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量最高;香蒲地下部对As的生物富集系数大于地上部,植株间转运系数为0.09~1.10,香蒲对底泥中As的固定率大于去除率,提取量和单位面积迁移量与底泥中As含量呈极显著正相关。说明香蒲可以耐高浓度As胁迫并正常生长,对As污染湿地底泥有良好的修复效果,可以将香蒲作为As污染湿地植物建群种,香蒲生长达到萎黄期之前增加对香蒲的收获和更换次数可以获得更好的修复效果。     

Phoslock应用于滇池富营养化水体污染净化的研究

Phoslock是一种改性土壤产品,它能有效净化水体中的可溶性磷酸盐,从而达到有效控制水体富营养化的目的。开展Phoslock应用于滇池富营养化水体污染净化的现场示范试验,并对其净化效果进行研究。结果表明,Phoslock对滇池水体中可溶性磷酸盐的去除效果好,能有效控制水体富营养化。Phoslock不仅能快速降低水体中可溶性磷酸盐浓度,也能在相对长的一段时期内保持其处于较低水平。经Phoslock处理后的滇池富营养化水体,透明度较高,且水体中可溶性磷酸盐和总磷浓度都处于较低水平,且对生活污水、农业面源污染等外源污染物的抗污染负荷能力较强,可见,Phoslock是一种对自然水体安全、对水生生物无害的新型污水除磷试剂。     

岩溶石漠化区人工植被类型对土壤团聚体生态化学计量特征的影响

围绕人工植被类型对土壤理化性质的影响,采集了4种人工植被类型(云南松+银木荷人工混交林、柏木+银木荷人工混交林、干香柏人工纯林、云南松人工纯林)恢复18 a的石漠化区土壤,探究不同植被类型土壤团聚体分布特征、碳氮磷质量分数及其生态化学计量特征,为科学构建岩溶石漠区生态恢复措施提供理论依据.结果显示:各人工植被类型土壤团聚体质量百分比从高到低为0.25～2.00 mm(41.69％)、>2.00 mm(33.91％)、<0.25 mm(24.40％).4种人工植被类型土壤团聚体有机碳、全氮、全磷平均质量分数分别为16.32、1.16、0.30 g·kg-1,土壤碳、氮、磷质量分数由大到小均为干香柏人工纯林、柏木+银木荷人工混交林、云南松+银木荷人工混交林、云南松人工纯林.团聚体粒径、林型以及粒径与林型的交互作用均对土壤碳氮磷质量分数有显著影响,但对土壤(C):w(N)无显著影响,粒径、林型对土壤w(C):w(P)、w(N):w(P)有显著影响.各粒径土壤团聚体碳氮磷质量分数主要集中于0.25～2.00 mm粒径,各粒径土壤团聚体碳、氮、磷比值差异不显著.相关性分析表明,土壤有机碳、全氮和全磷质量分数具有极显著正相关关系(P<0.01).w(C):w(P)与有机碳、全氮质量分数呈显著正相关关系(P<0.05),w(N):w(P)与有机碳、全氮质量分数呈极显著正相关关系(P<0.01),说明氮素是该地区主要的限制营养元素.本研究表明团聚体粒径、林型均会影响土壤碳氮磷质量分数及其化学计量比,且干香柏人工纯林土壤碳氮磷质量分数显著高于其它人工植被类型,是该岩溶石漠化区较为适宜的人工林类型.     

岩溶地区典型蕨类植物卷柏根系分泌有机酸特征

岩溶地区土壤中Ca²⁺浓度普遍较高,探明植物对高钙环境的适生机制是实现岩溶地区植被恢复的重要基础。以岩溶地区先锋植物卷柏(Selaginella tamariscina)为研究对象,以添加Ca(NO₃)₂的方式,设置0、5、30、70、100、200、300 mmol·L^-1的Ca²⁺浓度梯度,采用砂培方式模拟岩溶地区的钙环境,利用气相色谱—质谱联用仪按照相似度达90%分析检测有机酸组成,分析高钙环境对植物根系分泌物的影响。研究结果表明:Ca²⁺浓度变化过程中,植物根系分泌有机酸中稳定存在的成分为棕榈酸、油酸、硬脂酸;在缺乏Ca²⁺的情况下,植物会分泌肉豆蔻酸、正十五烷酸等低浓度有机酸,并提高3种稳定有机酸的质量分数;在高钙环境下,根系分泌有机酸的种类会减少,3种稳定有机酸的质量分数也下降,但当Ca²⁺浓度达到100 mmol·L^-1后3种稳定有机酸的质量分数变化幅度趋于稳定;在高钙环境下,岩溶地区的先锋植物卷柏根系分泌有机酸质量分数相对降低,但能保持在一个稳定范围内,是根系分泌有机酸对高钙环境的适应机制。