水耕人为土磁性矿物的生成转化机制研究回顾与展望

随着环境问题的日益突出,人为活动对土壤的影响越来越深刻,需加强对"人为作用"的研究以便解释现代土壤磁性的过程和变化。水耕人为土在发育过程中人为作用的方式多种多样,明确其磁性矿物的生成和转化机制及其影响因素有利于理解人为活动对现代土壤磁性的作用。但目前水耕人为土磁学研究还比较零散,缺乏系统性,已有研究结果有待深入梳理。本文对已有的相关研究报道,包括水耕人为土磁性参数的演变特征、磁性矿物的生成转化机制以及对成土因素的响应等进行综合评述。最后,对当前研究的不足和存在问题进行总结,并对研究方向进行了展望,以期有助于环境磁学的发展。     

古日乃湖盆沉积物发育土壤盐分与碳酸钙积累机制

干旱区湖泊是维持生态脆弱区环境平衡的重要载体,随着环境变化和人类对水土资源的不合理利用,我国干旱区湖泊日渐萎缩、干涸直至消失。湖泊干涸过程中,地下水位持续下降,风积物不断加积,土壤演化过程随之发生变化,但关于湖泊沉积物发育土壤演化特征的研究十分匮乏。本研究结合土壤发生学和地球化学方法分析了古日乃湖盆沉积物发育土壤的盐分与碳酸钙积累特征与机制。结果表明：盐分积累是古日乃湖盆土壤形成的主要特征,盐化土壤表层水溶性盐含量、Na~+浓度和钠吸附比分别为13.15～650.50 g·kg^-1、186.9～12 114.7 mmol·L^-1、22.3～890.5(mmol·L^-1)^1/2,土壤具有高含盐量、高Na~+浓度与高钠吸附比,表现出强度盐化特征。古日乃湖盆干涸,土壤积盐过程由现代盐化向残积盐化演化,盐分类型由氯化物型、氯化物-硫酸盐型向硫酸盐-氯化物型、硫酸盐型转变。借助于与Ca地球化学行为相似的Sr同位素组成分析,表明土壤碳酸钙以次生碳酸钙为主,其占比超过碳酸钙总量的80%;土壤碳酸钙主要来源于母质和...     

土地利用方式改变对紫色水稻土不同形态钾演变特征的影响

近年来紫色水稻土区农业种植结构发生很大变化,深刻影响了土壤钾素的赋存形态和动态平衡。厘清土地利用方式改变对紫色水稻土不同形态钾演变特征的影响,对紫色水稻土区钾肥管理和环境保护具有重要意义。运用时间序列方法,分析了紫色水稻土在撂荒、旱作和改为鱼塘后土壤不同形态钾的动态变化特征和影响因素。结果表明紫色水稻土利用方式改变后,土壤水溶性钾与土壤水分状况密切相关。撂荒和旱作均会降低土壤水溶性钾含量,改为鱼塘后能提升土壤水溶性钾含量。3种土地利用方式均能提升土壤交换性钾和非交换性钾含量,提升幅度和提升速率为旱作>撂荒>养鱼。紫色水稻土改为鱼塘5 a后或撂荒12 a后土壤不同形态钾之间可以达到大致的平衡,而旱作20 a后土壤不同形态钾之间仍未达到大致的平衡。紫色水稻土利用方式改变后土壤黏粒含量和黏粒矿物的动态变化与土壤中的钾平衡有关。土地利用方式改变导致的土壤有机质（SOM）损失可能会影响土壤钾的赋存形态和动态平衡,进而引起土壤黏粒的富集和黏粒矿物的变化,今后要加强这方面的研究。     

母质对南方丘陵区水耕人为土理化性质演变的影响

基于时间序列系统分析了我国南方丘陵区三种母质起源的水耕人为土理化性质的演变,结果表明:成土母质可以决定黏粒与土壤有机碳(SOC)对人为水耕成土过程的敏感性,明显影响其演变特征。游离铁(Fed)对人为水耕的成土过程非常敏感,其迁移与转化主要受人为水耕成土过程影响,受成土母质影响很小;硅酸盐铁(Fet-Fed)对人为水耕的成土过程不敏感,但全铁(Fet)含量的分布主要受Fed的影响。黏粒的淋失会对土壤中元素的迁移与分布产生重要影响,造成SiO2相对富集和Al2O3相对亏损,在利用由Al和Si两种元素计算所得到的一些指标指示丘陵区水耕人为土的发育程度时一定要慎重;而TiO2在水耕人为土发育过程中相对稳定,可以作为稳定元素来指示水耕人为土演变过程中其他元素的迁移率。     

水耕人为土时间序列铁氧化物与磁化率演变特征

以我国亚热带地区不同母质起源的水耕人为土时间序列为研究对象,分析不同形态铁氧化物和磁化率随成土时间的动态演变特征及其影响因素。结果表明,石灰性母质起源的水耕人为土0~120 cm土体中全铁(Fet)、游离铁(Fed)和游离度(Fed/Fet)随时间序列演变均逐渐增加,0~50 a内Fet、Fed和Fed/Fet增加速率分别为3.2 t hm~(-2) a~(-1)、1.2 t hm~(-2) a~(-1)和0.04%a~(-1),50~1 000 a内Fet、Fed和Fed/Fet增加速率分别为0.1 t hm~(-2) a~(-1)、0.15 t hm~(-2) a~(-1)和0.01%a~(-1);而酸性母质起源的水耕人为土0~120 cm土体中Fet、Fed和Fed/Fet随时间序列演变均逐渐下降,0~60 a内Fet、Fed和Fed/Fet下降速率分别为0.2 t hm~(-2) a~(-1)、0.5 t hm~(-2) a~(-1)和0.03%a~(-1),60~300 a内Fet、Fed和Fed/Fet下降速率分别为0.9 t hm~(-2) a~(-1)、1.2 t hm~(-2) a~(-1)和0.06%a~(-1)。土壤pH、Eh、以及外源铁输入与土体内铁淋失的相对强度是控制不同母质水耕人为土中铁氧化物转化速率与途径的主要因素。石灰性母质起源的水耕人为土中不同磁学指标随时间演变分为三个阶段:0~50 a内表现为质量磁化率(MS)、饱和等温剩磁(SIRM)和软剩磁(IRMs)的急剧降低;50~300 a内表现为MS、SIRM和IRMs的持续、缓慢降低以及硬剩磁(IRMh)的相对稳定发展;300~1 000 a内表现为MS、SIRM和IRMs的持续、缓慢降低以及IRMh的快速下降。酸性母质起源的水耕人为土0~20 cm和20~120 cm土壤中磁学指标演变呈现截然不同的两个阶段:0~60 a 0~20 cm内MS,SIRM和IRMs的急剧降低,IRMh具有明显增加;而20~120 cm内MS、SIRM和IRMs缓慢下降,IRMh明显降低。60~300 a 0~20 cm内不同磁学指标变化幅度均很小,而20~120 cm内IRMh相对比较稳定,MS、SIRM和IRMs在种稻150 a后快速下降。淹水还原条件下亚铁磁性矿物的破坏是不同母质水耕人为土演变过程中磁性衰减的主要机制。     

土壤退化时间序列的构建及其在我国土壤退化研究中的意义

我国土壤退化发生广、发展快,后果严重,很多问题亟待解决,加大其研究力度势在必行。显而易见,人们对土壤特性与土壤退化过程了解得越详细,对土壤退化的评估与防治也会越好。因此迫切需要建立大量土壤退化时间序列来明确土壤退化过程中时间因素的作用并帮助人们正确理解和认识土壤退化与人为作用之间的关系。为了得到可靠的结果,土壤退化时间序列的建立需包括起始土壤相似性判定与退化土壤绝对或相对年龄的验证两个重要过程。本文详细论述了土壤退化时间序列的构建过程及应注意的问题,并探讨了土壤时间序列在我国土壤退化研究中的意义,旨在为土壤退化时间序列的正确建立与应用提供较为详尽的参考。     

不同巨桉人工林土壤分形特征及抗蚀性分析

为探讨耕地退耕成人工巨桉林后对土壤团粒结构及土壤抗蚀性能产生的影响,在野外调查与室内分析的基础上,选择4.5年生巨桉纯林、巨桉+果树、巨桉+粮食作物土壤作为研究对象,农耕地作为对照,研究了不同巨桉人工林下水稳性团聚体分形维数的变化特征,分析了分形维数与土壤养分状况、土壤结构稳定性以及土壤抗蚀性能的关系。结果表明,4种模式土壤分形维数介于2.142~2.296;在0~15 cm土层分形维数表现为耕地林果林粮纯林,纯林和农耕地之间差异显著,其他3种模式之间差异不显著;在15~30 cm土层分形维数表现为耕地纯林林粮林果,4种模式之间差异不显著。分形维数与土壤有机质含量、大团聚体含量呈显著和极显著负相关;与土壤平均重量直径、水稳性指数有负相关趋势;与土壤体积质量、微团聚体含量呈极显著正相关。说明土壤分形维数越小,土壤有机质、大团聚体含量越高,土壤平均重量直径、水稳性指数越大,土壤体积质量、微团聚体含量越低,土壤结构越稳定,抗蚀力越强。因此,团聚体的分形维数值能反映土壤性质的变化,通过对土壤分形维数特征的研究可以定量揭示不同巨桉模式下土壤抗侵蚀的能力。     

紫色土基本理化性质与土壤侵蚀特征研究

通过对研究区域11个受不同侵蚀程度的采样点进行剖面采样,采样的深度根据土壤侵蚀程度而定,对土壤样本进行土壤基本理化性质与磁化率测量分析。结果表明:坡顶和坡中土壤基本理化性质随侵蚀强度演变特征存在一定差异,坡中土壤理化性质的变化要较坡顶更为复杂,相比坡顶,坡中受侵蚀程度较严重。不同侵蚀强度土壤与未侵蚀土壤相比较,随着土壤侵蚀强度的增加,只有坡顶土壤中SOM的含量和坡中土壤中TK的含量达到了统计意义上的显著性差异;而土壤中其他的养分含量均未达到显著性差异。另外,只有坡顶草丛植被土壤磁化率含量较高,侵蚀程度较小;坡中,不同植被土壤磁化率含量变化较复杂,因此本研究区不能借助MS来反演紫色土的植被分布与侵蚀强度关系。     

中国主要土壤类型的土壤容重传递函数研究

由于我国大多数土壤数据库缺失或部分缺失土壤容重数据,利用土壤其他属性来预测土壤容重具有重要意义。我国土壤类型多样,已有的土壤容重传递函数在不同土壤类型中的适用性也值得进一步探讨。本文基于我国现有的土壤数据库,对已有的两种土壤容重传递函数在不同土壤类型(土纲)中的预测精度与适用性进行评估,最后通过SPSS进行回归分析建立我国主要土壤类型最适宜的容重传递函数。研究结果表明,已有的两种土壤容重传递函数应用于部分土壤类型时预测精度不高,但基于土壤系统分类的数据分组后建立的容重传递函数能够明显提高预测精度。新建的容重传递函数对有机土、铁铝土、潜育土、均腐土、富铁土、淋溶土、雏形土、新成土和变性土土壤容重的预测精度较高,但人为土、盐成土和干旱土土壤容重传递函数的预测精度整体偏低,在应用时需要慎重。在利用土壤容重传递函数时一定要注意研究区及适用范围。     

水耕人为土有机碳和全氮对水分状况和耕作时间的响应

以我国南方地区数十年至千年尺度的水耕人为土时间序列为研究对象,分析水耕人为土有机碳(SOC)和全氮(TN)对水分状况和耕种时间的响应,阐明不同水分类型水耕人为土的固碳趋势。结果表明,水耕人为土SOC的演变特征和固碳能力受水分状况和起源土壤SOC含量的影响很大。进贤序列(地表水型)在种稻初期SOC的增加主要集中在耕作层,到一定阶段后下层也明显增加。慈溪序列(良水型)SOC只在耕作层累积,种稻50a内基本达到饱和。中山序列(地下水-良水型)SOC在种稻30a内达到饱和,之后随地下水位的下降而略有下降。相比之下,宝应序列(地下水-良水型)SOC在种稻5 a内相对稳定,之后在15a内地下水位明显下降,SOC显著降低。不同水分类型水耕人为土耕作层碳氮比(C/N)随耕种年限的增加均表现出明显的趋同性,高度熟化的水耕人为土耕作层可能存在相近的碳氮耦合平衡。地表水型水耕人为土在300 a内可一直作为相对稳定的农田有机碳汇,但固碳速率偏低。进贤、中山和宝应序列水耕人为土TN的演变特征和其SOC的演变特征基本一致。慈溪序列土壤含有较多的无机氮,TN的演变特征和其SOC的演变特征差异很大。要注意评估无机氮含量高的水耕人为土在长期耕种过程中土壤氮富集或亏损对环境的影响。