近35年红壤稻区土壤肥力时空演变特征—以进贤县为例

【目的】明确红壤稻区典型县域农业生产中土壤养分的变化特征以及当前土壤肥力水平,为红壤稻田土壤培肥改良提供依据。【方法】通过数据收集和野外采样分析得到江西省进贤县1982年、2008年和2017年3个时期稻田耕层土壤属性的数据,统一选取土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾作为土壤综合肥力评价指标,首先对3个时期各项肥力指标进行常规统计和差异性分析,采用主成分分析找出不同时期肥力差异的关键因子并确定权重,通过隶属度函数得到各项肥力指标的隶属度值,将各项肥力指标的权重和隶属度值加乘得到土壤综合肥力指数,最后结合土壤各项肥力指标和综合肥力指数的GIS空间分布图探究该区域稻田土壤肥力时空演变特征。【结果】1982—2017年进贤县稻田土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾均呈不同程度的上升趋势,土壤pH呈下降趋势。1982、2008和2017年3个时期进贤县土壤pH的平均值分别为5.9、5.1、4.8,年均下降0.03个单位;35年来土壤pH整体由西部向东南和西北下降速率逐渐减低,2017年99%的稻田土壤处于酸性水平（4.5—5.5）。35年间稻田土壤有机质含量的平均值由28.1 g·kg^-1上升至36.8 g·kg^-1,1982—2008年和2008—2017年土壤有机质年均增加速率分别为0.21和0.31 g·kg^-1,2017年土壤有机质含量在30—40 g·kg^-1之间的稻田占比达94%,1982—2017年土壤有机质整体由东北向西南上升速率逐渐降低。1982—2017年土壤有效磷含量的平均值由7.0 mg·kg^-1上升至32.1 mg·kg^-1,2017年进贤县以土壤有效磷含量在20—40 mg·kg^-1的稻田为主,占比75%。1982—2017年稻田土壤速效钾累积缓慢,1982—2008年和2008—2017年土壤速效钾年均增加速率分别0.58和0.53 mg·kg^-1,2017年进贤县稻田土壤速效钾含量平均值为73.2 mg·kg^-1。稻田土壤碱解氮在1982—2008年和2008—2017年两个阶段增长均呈先快后慢的趋势,前后两个阶段的年增长速率分别为1.24和0.29 mg·kg^-1,1982—2017年进贤县土壤碱解氮含量东南地区上升速率高,西北地区上升速率低。1982、2008和2017年进贤县稻田土壤综合肥力指数的平均值分别为0.43、0.50和0.55。3个时期稻田土壤肥力指标综合得分分别为：碱解氮有效磷>pH>速效钾>有机质（1982年）;pH>有效磷>速效钾>有机质>碱解氮（2008年）;速效钾>有效磷>pH>碱解氮>有机质（2017年）。【结论】经过35年的长期耕作,进贤县稻田土壤肥力得到改善。当前进贤县稻田土壤仍存在碱解氮过量、速效钾亏缺、土壤酸化严重等问题。土壤碱解氮、pH和速效钾分别为1982年、2008年和2017年3个时期造成进贤县稻田土壤肥力空间分布差异性的关键因素。     

不同耕作模式下水稻产量与器官多要素响应的比较研究

认识和理解水稻产量影响要素是实现水稻高产稳产的关键。选取冬水田、垄作免耕和常规水旱轮作3种处理,采用相关分析、主成分分析与主成分多元线性回归3种方法对水稻产量与成熟期根、茎、叶、籽粒碳同位素组成,根系特征以及养分的响应关系进行比较与综合分析。结果表明不同耕作模式下垄作免耕的水稻产量最高,根、茎、叶、籽粒的碳同位素组成与水稻产量有极显著的负相关关系(P0.01);主成分分析提取的6个主成分累计贡献率超过80%;主成分多元线性回归模型能够解释冬水田、垄作免耕和常规水旱轮作水稻产量67%、73%和97%的变异;与常规水旱轮作相比,冬水田和垄作免耕水稻产量与碳同位素组成及磷的关系更密切。该研究表明,垄作免耕具有较好的推广应用价值。     

镉污染土壤植物修复的EDTA调控机理

我们通过温室盆栽试验 ,在不同Cd处理的土壤中加入EDTA ,分析了印度芥菜根和地上部Cd的浓度 ,探讨EDTA进入土壤后对Cd吸收和运输的影响。结果表明 :加入EDTA ,水提取的Cd浓度增加了 40 0倍以上 ,NH4 NO3提取的Cd浓度增加了 40倍以上 ,在土壤Cd浓度较低时 ,EDTA对植物吸收Cd没有显著影响 ,当土壤添加Cd在 1 3 0mgkg- 1以上时 ,加入EDTA显著增加了地上部Cd的浓度。EDTA能增加印度芥菜地上部中Cd的浓度 ,不是由于土壤溶液中Cd浓度增加从而增加了印度芥菜根对Cd的吸收 ,可能是EDTA加入土壤后增加了这些元素在土壤溶液中的浓度 ,从而高浓度的Cd对植物根细胞产生毒害 ,增加了细胞膜的透性后 ,土壤溶液中的络合物得以进入根细胞并随蒸腾作用运输到地上部。     

重金属污染土壤的植物修复研究Ⅱ.金属富集植物Brassica juncea根际土壤中微生物数量的变化

本文在盆栽试验的基础上研究了在不同程度的外源重金单一及复合污染下富金属植物印度芥菜(Brassica juncea)根际土壤中微生物数量的变化.研究结果表明,根际中细菌的数量明显多于放线菌、真菌.细菌生长对重金属和植物生长最敏感,其次为放线菌.含高镉(200mg/kg)的金属复合污染处理对细菌、放线圈的生长有抑制作用;加铜(250mg/kg)对细菌有刺激效果.在低于重金属致死临界浓度时,植物根系的存在对细菌的数量的影响会大于重金属元素的影响.印度芥菜根际土壤中微生物数量的变化与微生物种类、重金属元素及组合和植物生长有关.     

分形理论在土壤肥力研究中的应用与前景

分形理论的提出对于定量描述复杂的、高度不规则的系统特征与机理提供了方法.本文从土壤腐殖质、土壤微生物、土壤团聚体等方面回顾了分形理论在土壤肥力研究中的主要结果:土壤腐殖质胶体在不同条件下形成不同分形特征的聚合物;同一种微生物可能形成具有不同分形特征的结构;土壤中的有机无机胶体在不同条件下凝聚成不同的团聚体,从而形成不同的土壤结构并对其肥力功能产生影响.我们认为分形理论在探索土壤的形成过程和肥力功能上将具有重要的应用前景:如团粒结构体的形成可能是由土壤胶体分形凝聚而成;土壤中的活性有机质有逐渐老化的现象,可能和腐殖质胶体由结构疏松的分形结构向普通团聚体过渡的过程有关;土壤微生物在不同微环境下具有不同的分形特征,可以推测在各种土壤过程(包括物理、化学以及生物化学过程)中它们的功能也可能是不一样的.此外,土壤结构的开放程度决定孔隙、水分以及空气的分布,从而决定了微生物的生存空间.所以土壤结构体对微生物空间分布的影响也是将来该领域值得研究的内容之一.     

稻田垄作免耕对土壤的中小团聚体孔隙分布的影响

稻田垄作免耕是一种保护性耕作措施,有利于保持土壤肥力.增加粮食产量.本研究利用长期田间定位试验,采用光学图像分析结合分形理论研究稻田垄作免耕和常规平作2种不同耕作制度下,土壤团聚体不同粒径的孔隙特征及分布.结果表明土壤在0.450～1.00 mm粒级团聚体的孔隙分形维教最大.垄作免耕为2.32,常规平作为2.20,小于0.45 mm的其它几个粒径团聚体孔隙分形维敷在1.2左右,＞0.45mm的团聚体与＜0.45 mm的团聚体差异显著,而小于0.45 mm其它几个粒径之间的孔隙分形分布特征无显著差异;耕层土壤的孔腺结构有相同的分布模式随团聚体粒径增加.土壤孔隙体积百分比减少.如均以0.053-0.200 mm粒级的孔隙体积最大,垄作免耕为6.34～15.4 cm3·100 g～.常规平作为3.59～16.3 cn3·100 g-1 ;＞1.mm粒级的孔隙体积最小,垄作免耕＜0.924 cm3·100 g-1,常规平作＜0.652 cm3·100 g-1.土壤团聚体在＜1mm粒径上的孔隙分布主要取决于团聚体本身结构特征的影响,而受耕作制度影响不显著.     

镉污染土壤的植物修复及其EDTA调控研究I. 镉对富集植物印度芥菜的毒性

本文通过温室盆栽试验研究了在10~190 mg/kg共10个浓度梯度的Cd处理下,印度芥菜生长对Cd的响应、Cd在根与地上部的积累以及在Cd胁迫和毒害条件下对Ca和Zn吸收的影响。结果表明,Cd对印度芥菜生长的毒害浓度在各个生育期各有不同:幼苗期与营养生长前期在70~110 mg/kg左右;营养生长后期在110 mg/kg以上;成熟期在150 mg/kg左右。植物吸收的镉随土壤镉处理浓度的增加而增加,本试验中印度芥菜根和叶积累镉最高浓度分别为300 和160 mg/kg。在Cd胁迫下,印度芥菜吸收的Ca和Zn增加;在Cd毒害条件下,印度芥菜吸收的Ca和Zn下降。认为高浓度的Cd对印度芥菜生长有抑制,但印度芥菜对镉也表现出很强的耐性,这种耐性可能与植物体内Cd和Ca、Zn之间的平衡有关。     

重金属污染土壤的植物修复研究Ⅰ.金属富集植物Brassica juncea对铜、锌、镉、铅污染的响应

用来修复污染土壤的理想植物应具有高的生物量并能忍耐和积累污染物。印度芥菜(Brassica juncea)能富集多种重金属且生物量较大。本文研究了Zn、Cd、Cu、Pb 4种重金属对印度芥菜生长的影响,特别是重金属对印度芥菜地上部生物量的影响。结果表明,在含Cu 250 mg/kg、Pb 500mg/kg或Zn 500mg/kg的污染土壤上,印度芥菜能够忍耐,正常生长。印度芥菜在含Cd 200 mg/kg的土壤上发生镉毒而出现失绿黄化症状,Cd与中等浓度的Zn、Cu、Pb共存时毒害更为严重。这种植物适合Cu、Zn、Pb中等污染土壤的修复。     

重金属污染土壤的微生物学评价

随着研究方法 改进，采用微生物学指标评价土壤重金属污染越来越受人们关注。比较敏感的指标有：对重金属敏感细菌与耐性细菌之比，脱氢酶活性与土壤有机碳之比，代谢商，微生物生物量碳与土壤有机碳之比，异养因氮菌的固氮作用。但微生物的生物是及其活性在受重属金影响的同时也受土壤性质及自然条件的影响，应当把微生物学性质的变化与重金属的形态、植物吸收联系起来评介污染土壤。     

镉污染土壤的植物修复及其EDTA调控研究II. EDTA对镉的形态及其生物毒性的影响

本文通过温室盆栽试验研究了10~200 mg/kg共20个浓度梯度的Cd处理下,EDTA加入土壤后对Cd的形态及其生物毒性的影响。在收获前一周加入EDTA,收获后测定植物根和地上部的生物量,以及H2O、NH4NO3和EDTA 3种提取剂提取的Cd浓度。结果表明,EDTA加入土壤一周后,土壤水溶态Cd增加了400倍以上,交换态Cd增加了40倍以上,印度芥菜根和地上部的生长都受到抑制。可能的原因是EDTA增加了土壤中镉的移动性,提高了Cd对植物的毒性。