区域土壤有机碳空间分布特征与尺度效应

结合当前土壤属性空间分布特征及其尺度效应研究进展和不足,综合采用变异函数理论、空间自相关理论、多重分形理论等方法从土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)空间变异性、相关性和结构性等不同层面深入揭示不同尺度下SOC空间分布特征及其尺度效应。研究结果表明:除了15 km尺度外,基于变异函数分析的其他尺度块基比均小于50%,结构性因素占主导,结构性因素主要包括土壤亚类、土地质地、土地类型等,随机部分带来的空间变异性随着尺度的增加呈现减少趋势;不同尺度下的莫兰指数随着分离距离的增加由完全正值逐渐变小,过渡到正负交替出现的格局,最后完全变为负值,标准化统计量均大于1.96,每个尺度均具有良好的空间结构;不论是瑞利谱图,还是多重分形谱,随着尺度的增加,图谱越来越接近,研究区不同尺度下的SOC在空间上的分布是典型的分维数体;无论何种尺度,基于多重分形克里格法的实测值与预测值特异值空间吻合程度较高,特异值覆盖比率均在85%以上。联合了变异函数、空间自相关、多重分形和多重分形克里格等方法能够从空间变异性、空间相关性、空间结构性等更加深入全面地揭示研究区SOC空间分布特征。研究成果可为相对平坦农业区域土壤有机碳空间分布特征研究提供方法支撑。     

矿业废弃复垦地主导作物重金属健康风险评价

针对矿业废弃复垦地土壤重金属含量明显上升以及由此引起的粮食安全问题,以西南地区某硫磺矿废弃复垦地为研究对象,利用"点对点"采集土壤和玉米样品40个,建立研究区玉米重金属健康风险评价模型,基于该模型,联合地理加权回归(Geographic Weighted Regression,GWR)、综合污染指数法等方法,进行了复垦区域主导作物重金属健康风险评价及其相关性分析。结果表明:玉米籽粒中重金属均值均未超过国家食品卫生标准(GB 2762—2012)限值,仅部分点位出现超标现象,其中Cr、Ni、Cd的超标率分别为2.5%、5.0%和10.0%;从食用当地主导作物引起的健康风险结果来看,该地区种植的玉米对成人健康不会产生风险,但对儿童健康产生风险的可能性大,需引起重视;玉米籽粒中Cr的个人平均年健康风险最大,已超过USEPA推荐的最大可接受风险(1.0×10-4a-1),故应对此加强防范管理,而其他元素均处于安全水平。相关性分析表明,Ni、As元素在玉米籽粒与土壤中对应显著正相关(P0.05),Cd呈现极显著正相关(P0.01);GWR模型有效揭示了土壤对玉米的影响是一种空间非平稳关系。该模型可为当地作物中重金属污染差别化治理和防控提供科学依据。     

不同利用方式的农用地土壤中抗生素分布特征与驱动力分析

抗生素作为一种新型污染物对环境、生物及生态产生持久性危害,文中通过对华北旱作区某县域四环素类抗生素(Tetracyclines,TCs)残留含量分析,运用传统统计学、环境生态学及GIS相结合的方法研究其在农用地土壤中的分布特征及影响因素。结果表明:TCs在研究区内土壤中普遍存在(检出率为50.40%),金霉素是其主要组成部分。不同利用方式农用地中TCs含量的差异使研究区TCs的分布具有较大的空间差异性;加之养殖活动中排泄物消纳及地形、河流等自然因素的作用,使得TCs含量高值区主要分布在平原地带居民区周边以及河流沿岸。有机肥的施用是造成不同利用方式农用地中TCs分布存在显著性差异的主要驱动因素;其次,果园中土壤性质对TCs分布差异的解释度较高,菜田土壤中TCs分布受土壤性质和排泄物消纳的作用较多,农田土壤中的TCs分布的主要影响因子依次为排泄物消纳、土壤性质和自然因素。     

北京平原区土壤Cr空间分布及影响因素研究

以北京市平原区农田土壤为研究对象,针对不同功能区、不同种植模式及不同母质类型等因素,基于经典统计学、经验贝叶斯克里格插值法,从点与区域两个方面对不同土壤深度（0~25、25~50 cm）重金属Cr含量的水平和垂直分布及影响因素作了系统分析。结果表明：从整体看,不同土壤深度重金属Cr含量存在一定差异,不同区域比较以海淀和丰台平均含量为最高;空间分布上,不同土壤深度（0~25、25~50 cm） Cr含量水平分布格局基本一致,其分布以城区为中心向外逐渐降低。从单因子评价看,处于警戒线以内的区域面积仅占研究区总体的19.16%（0~25 cm）和14.81%（25~50 cm）,存在明显富集现象。不同功能区重金属Cr含量在不同土壤深度中排序均为都市生活区 > 农业保障区 > 水源保护区,且对不同土壤深度Cr含量存在显著性影响;种植模式及母质类型对不同土壤深度Cr含量无显著影响,且组间无显著性差异。该研究成果可为农田土壤重金属污染进一步治理和管护提供科学依据。     

耕作方式和土壤类型对皖北旱作农田土壤紧实度的影响

为探明旱作区耕地质量变化,了解旱作区耕作管理方式对农田质量的影响,以皖北旱作区农田土壤为研究对象,研究分析了0—40cm不同深度土壤紧实度梯度变化,揭示耕作方式、土壤类型、土壤容重和土壤含水量对土壤紧实度变化的影响。结果表明:从总体上来看,在0—40cm土层深度下,土壤紧实度随深度的增加呈先增加后稳定的规律,20cm以后土壤紧实度逐渐稳定;全区平均耕层深度为14.14cm,平均耕层紧实度为573.63kPa。从耕作方式来看,旋耕在30cm之前各层土壤紧实度均大于翻耕地区,旋耕平均耕层深度为12.5cm,翻耕平均耕层深度为16.8cm,是旋耕的1.34倍。从土壤类型来看,不同土壤类型之间土壤紧实度的差异也很明显,潮土各土层平均紧实度均大于砂姜黑土,且随着深度的增加差距逐渐增大。从影响因素来看,土壤紧实度变化与土壤容重变化在水平和垂直方向上呈正相关;土壤紧实度变化与土壤含水量变化关系复杂,总体来看二者水平方向呈正相关,垂直方向呈现负相关。研究成果将为后续探究土壤结构变化过程及规律,旱作区耕层及犁底层变化迁移过程提供依据,对改善皖北旱作区农田质量状况提供数据理论支撑。     

北京平原区土壤Cr空间分布及影响因素研究

以北京市平原区农田土壤为研究对象,针对不同功能区、不同种植模式及不同母质类型等因素,基于经典统计学、经验贝叶斯克里格插值法,从点与区域两个方面对不同土壤深度(0~25、25~50 cm)重金属Cr含量的水平和垂直分布及影响因素作了系统分析。结果表明:从整体看,不同土壤深度重金属Cr含量存在一定差异,不同区域比较以海淀和丰台平均含量为最高;空间分布上,不同土壤深度(0~25、25~50 cm)Cr含量水平分布格局基本一致,其分布以城区为中心向外逐渐降低。从单因子评价看,处于警戒线以内的区域面积仅占研究区总体的19.16%(0~25 cm)和14.81%(25~50 cm),存在明显富集现象。不同功能区重金属Cr含量在不同土壤深度中排序均为都市生活区农业保障区水源保护区,且对不同土壤深度Cr含量存在显著性影响;种植模式及母质类型对不同土壤深度Cr含量无显著影响,且组间无显著性差异。该研究成果可为农田土壤重金属污染进一步治理和管护提供科学依据。     

海南岛农业台风灾害风险评估与可持续发展对策

海南岛是中国台风频发地区之一，开展海南岛农业台风灾害风险评估研究，可为海南岛优化农业种植布局和加强农业防灾减灾提供技术支撑。该研究基于自然灾害系统理论和方法，结合海南岛气象、自然地理与社会经济等要素，综合考虑致灾因子危险性、孕灾环境暴露性、承灾体脆弱性，研究构建了海南岛农业台风灾害风险评估方法与指标体系，并基于2001－2020年历年海南岛台风发生数据进行了海南岛农业台风灾害风险评估，在此基础上提出了农业台风灾害防灾减灾与可持续发展对策。结果表明，海南岛农业台风灾害风险指数处于0.40～0.80之间，平均0.61，整体上呈现出北部及沿海地区的灾害风险高于中部山区的趋势；致灾因子危险性、孕灾环境暴露性在全岛北部和沿海地区指数较高，承灾体脆弱性在琼海、陵水和三亚等市县指数较高。同时提出了3种农业台风防灾减灾与可持续发展对策，包括调整农业种植布局、提升风险监测预警能力和加强农业政策保险投入等。海南岛各市县农业台风灾害风险的差异以及相应的对策，可支撑相关部门为不同灾害风险程度区域建立防灾方法提供指导依据。