有机物料对砂姜黑土的改良效应及其机制

通过田间定位试验、温室培育试验和一系列物理、化学性质的测定 ,探讨了三种有机物料对淮北低产土壤—砂姜黑土的改良效果及机理。结果表明 ,有机物料回归土壤能增加土壤孔隙度 ,降低容重 ,改善土壤通透性和保水保肥性能 ,提高土壤的缓冲性。同时提供多种有效养分 ,培肥土壤 ,并表现为增加作物产量。其机理不仅在于所提供的腐殖质能降低砂姜黑土中含量过高的蒙脱石矿物的剪切应力 ,抑制其胀缩性 ,而且还在于它们能提供形成有机无机复合团聚体所必须的活性有机胶体 ,以及其有机酸能溶解土中原有的CaCO3成为活性的Ca2 离子 ,后者是形成复合团聚体的桥梁 ,从而改善了土壤的结构性能等。     

从微形态特征看砂姜黑土土地资源的利用改良

文本对砂姜黑土进行了土壤微形态的观察描述 ,分析了这种土壤低产的原因 .根据田间试验 ,提出了砂姜黑土利用改良的措施 .     

东北黑土区土壤侵蚀对土壤持水性的影响

为探究不同侵蚀程度对土壤持水性的影响,采用压力膜法对表土分别被侵蚀剥离0,10,20,30,40,50,60,70cm,3次重复,共计48个试验小区的土壤田间持水量、凋萎湿度进行测定,计算其土壤有效水含量。结果表明:随土壤侵蚀程度增加凋萎湿度呈微弱上升趋势,田间持水量和土壤有效水含量逐渐降低。土壤侵蚀70cm时,田间持水量降低7%,有效水含量降低11%。随侵蚀程度增加,土壤有机质含量下降。土壤田间持水量、有效水含量与土壤有机质含量呈正相关,与容重呈负相关。     

砂姜黑土的水分特性及其与土壤易旱的关系

本文通过实验对砂姜黑土的水分特性及其与土壤易旱的关系进行了分析研究。结果表明:砂姜黑土持水性能较差,有效水分不仅含量较低,而且低吸力段所占比重较小;比水容量随吸力增大而急剧减少,在10—30kPa时即已减小到10^-7数量级(ml/g·Pa)。土壤导水性能弱,土壤吸力>30kPa后水分移动极其缓慢。说明土壤的供水容量和供水强度均较小,不利于对作物的及时供水。土壤毛管水上升速度缓慢,上升高度小,不利于作物对地下水的利用。土壤上部土层蒸发强度大,不利于保水;下部土层毛管性能微弱,水分运行缓慢,虽有利于保水,但不能及时补充根层所需的作物供水。这些特性综合反映了砂姜黑土的抗旱性较弱,是土壤易旱的主要原因。     

长期单施有机肥黑土大豆产量和土壤理化性质演变特征

本研究通过38年的黑土长期定位试验,分析了长期施用有机肥后大豆产量效应、土壤理化性质演变特征,并评价在大豆种植中有机肥替代化肥的可行性。结果表明:(1)长期单施有机肥未降低大豆产量。(2)常规有机肥和二倍有机肥处理土壤有机质平均含量较NPK处理分别增加5.7%和4.5%。单施有机肥土壤碱解氮和速效钾含量并未明显降低;土壤有效磷含量显著低于NPK处理,降低了土壤磷素环境风险。施用有机肥土壤pH变化较为稳定,可防止黑土酸化。(3)单施有机肥0~20 cm土壤容重降低5.9%~7.5%,土壤总孔隙度降低7.0%~8.9%。(4)黑土长期单施有机肥条件下,有机肥养分供应能力较强,并可维持土壤酸碱平衡,改善土壤结构状况。总之,大豆种植中有机肥替代化肥是可行的,但应考虑黑土不同生态区的有机肥资源和施用量。     

有机质对冻融黑土重金属Zn赋存形态的影响

冻融作用对不同有机质含量的土壤重金属Zn赋存形态转化产生显著影响,以24h为1个冻融周期,对150mg(Zn)·kg-1的黑土冻融8次,结果表明,随着有机质含量的增加,未经冻融土壤的交换态和铁锰氧化物结合态Zn含量逐渐降低,有机结合态Zn含量逐渐增加,残渣态Zn含量变化不显著。冻融作用可促进交换态和铁锰氧化物结合态Zn含量降低,促进有机结合态和残渣态Zn含量增加。随着土壤有机质含量的增加,冻融作用使重金属Zn生物有效态含量降低。通过有机质含量与各形态Zn含量拟合,在未冻融和冻融条件下,各形态Zn含量与有机质含量之间呈二次多项式的函数关系,相关系数r2在0.664和0.995之间。     

长期不同施肥条件下黑土的有机质含量变化特征

以吉林公主岭黑土有机肥化肥配施30年长期定位试验结果为材料,分析了长期不同施肥下黑土有机质的变化特征。结果表明,长期不施肥或单施化肥(M0区)土壤有机质含量呈下降趋势,30年下降幅度为2.1%～7.9%;施用常量有机肥(M2区)和高量有机肥(M4区)的土壤有机质含量呈增加趋势,30年M2区和M4区有机质累积增加幅度分别为42.2%～50.0%和81.5%～94.7%。M2区和M4区有机质增加幅度因施用有机肥中有机质含量的变化可分为两个阶段,1980～1992年增加幅度分别平均为2.4%和9.3%,12年后随着有机肥中有机质含量增加,后18年M2区和M4区有机质累积增加幅度分别平均为41.4%和71.5%。施用相同化肥条件下配施不同水平有机肥,各处理间土壤有机质含量差异达到显著水平;而在施用相同有机肥条件下配施不同化肥时,各处理间有机质含量差异不显著。由此可以得出,有机肥的数量和有机质含量是影响土壤有机质含量变化的主要因素,因此,选择合适的有机肥数量和有机质含量是提升土壤有机质的主要措施,在东北黑土上施用优质高量有机肥可迅速提高土壤有机质含量。     

基于深度神经网络与热红外成像高光谱数据的黑土土壤全磷含量预测研究

土壤磷素含量是评价土壤养分的重要指标之一。利用热红外发射率数据对土壤全磷含量进行反演的研究较少且多使用常规线性回归方法,本文利用东北海伦地区采集的热红外航空成像光谱仪TASI（Thermal Airborne Hyperspectral Imager）数据,通过机器学习方法探究黑土土壤发射率与全磷含量关系,选出最优模型对研究区土壤全磷含量进行预测研究。结果表明:在8 ~ 11.5 μm范围内,土壤热红外发射率值随着全磷含量的增加而增加;除原始光谱10.792 μm这一波段外,发射率值及其数学变换与全磷含量相关系数均在0.5以下,相关性较弱;在DNN（Deep Neural Networks）训练集和测试集中,从模型精度和PSO（Particle Swarm Optimiazation）算法优化时间来看,弹性传播训练算法（RP）表现最佳,决定系数R2分别为0.51、0.7,均方根误差RMSE分别为0.0443、0.0301;激活函数对本次构建的网络精度影响非常有限,激活函数为Tansig和ReLU的深度神经网络模型训练集精度基本与偏最小二乘及逐步回归模型一致,测试集精度有所提高但稳定性较为欠缺;研究区土壤全磷含量整体较高,水田和旱田含量均大于0.8 g kg?1,城镇及建筑群密集程度与土壤全磷含量呈负相关,与偏最小二乘模型对土壤全磷含量预测结果相比,神经网络模型对研究区土壤全磷含量小于0.6 g kg?1和0.6 ~ 0.8 g kg?1两区间做了更多划分,将更多人为活动密集区附近像元划分到该含量区间内,从而使得预测含量更加符合真实情况分布;总体来看,全磷含量最高值集中分布于研究区西部、西北及西南部,但在东部及其北部区域则呈无规律性分散分布,中部地区及其余地区含量值大多为0.8 ~ 1.0 g kg?1。综上,合适调参的深度神经网络模型在反演土壤元素类问题中的表现与偏最小二乘及逐步回归等方法相比更加具有发展的潜力,在样本数据量足够的前提下,深度神经网络能够得到充分训练从而使得预测结果更加精确、稳定。     

基于TM数据的黑土有机质含量空间格局反演研究

以吉林省黑土区为例,采集区域土壤样本,获取Landsat TM遥感影像,基于有机质含量(SOM)与土壤反射率的定量关系,筛选出与土壤有机质分布相关的波段TM1、TM5,建立区域土壤有机质遥感预测模型。结果表明,表层土壤有机质含量的对数值与TM1、TM5的灰度值(Digital Number,DN)呈显著负相关关系,满足二次多项式回归关系,基于TM1、TM5波段DN值的回归模型预测研究区表层土壤有机质含量,结果可靠。研究区表层土壤有机质含量15 g kg-1的区域主要分布在东部地区,含量在15~20 g kg-1的区域主要分布在中部地区,含量在20~25 g kg-1的土壤主要集中在西部地区。调查表明东部地区和中部地区主要是典型黑土,地形部位较高,排水条件较好;西部地区主要是草甸黑土,地势平坦,地下水位适中,水分条件充足,有机质含量较高。     

东北黑土区土壤凋萎湿度研究

以第二次全国土壤普查资料为基础,调查了东北黑土区黑土类中23个土种的典型剖面,测定了土壤凋萎湿度及相关理化性质,在分析黑土土种凋萎湿度特征及其与土壤理化性质关系的基础上,建立了分别利用土壤理化性质和最大吸湿水计算土壤凋萎湿度的两种方法。研究区23个土种的土壤凋萎湿度变化为9.45%~22.67%,平均为14.90%,随厚度略有增加,但变化不大。3个黑土亚类中,黑土的凋萎湿度最大,白浆化黑土最小。土壤凋萎湿度与机械组成,土壤容重和有机质含量有显著的相关性,可分别利用粘粒含量一个指标,粘粒含量与砂粒含量两个指标,粘粒含量、砂粒含量和容重3个指标计算估算土壤凋萎湿度,且选取变量越多估算效果越好。也可利用土壤最大吸湿水估算土壤凋萎湿度:PWP=1.4742×MH 0.6292。对这些估算方法的检验结果表明,利用土壤理化性质和利用最大吸湿水估算的土壤凋萎湿度与实测结果没有差异,建议方法是可行的。     

不同有机肥对黄泥田土壤培肥效果及土壤酶活性的影响

【目的】低产黄泥田在南方稻区广泛分布,其障碍因素是土壤熟化度低,施用有机肥料是改良黄泥田的重要措施。本文通过田间试验研究化肥和不同有机肥对低产黄泥田的培肥效果以及土壤碳、土壤氮、土壤磷转化的相关酶活性的变化规律,为低产黄泥田培肥改良提供理论依据和技术支撑。【方法】试验地位于湖北省京山县,种植模式为双季稻,田间试验中设6个处理, 分别为 （1）不施肥（CK）,（2）单施化肥（NPK）,（3）化肥＋绿肥（NPKG）,（4）化肥＋猪粪（NPKM）,（5）化肥＋秸秆（NPKS）,（6）化肥＋秸秆＋腐熟菌剂（NPKSD）,化肥用量相同,配施有机肥处理施用的有机碳量相当。水稻收获后取耕层土壤样品,测定不同处理土壤养分和土壤酶活性指标,了解土壤养分和土壤酶活性的变化特征;采用典型相关分析方法,分析土壤养分和土壤酶两组变量之间的相关关系,研究不同有机肥对低产黄泥田的培肥效果。【结果】有机肥能够提高土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量,明显提高早稻和晚稻的产量。有机肥对土壤酶活性有很大影响,配施有机肥不同程度地提高了-葡萄糖苷酶、 -葡萄糖苷酶、 -纤维二糖苷酶、 -木糖苷酶活性;过氧化物酶和脲酶没有明显差异;磷酸酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、酚氧化酶活性有所降低。土壤酶活性是评价施肥对土壤肥力影响的重要生物指标,土壤养分和土壤酶活性典型相关分析结果显示,二者显著相关,可以用于评估黄泥田土壤肥力变化的酶主要有-葡萄糖苷酶、 -木糖苷酶、 -葡萄糖苷酶、 -纤维二糖苷酶。典型变量排序结果表明,有机肥的培肥效果秸秆＞猪粪＞绿肥。【结论】低产黄泥田增施有机肥可以显著提高水稻产量和土壤速效养分含量,施用不同有机肥9种土壤酶活性响应不同,其中-葡萄糖苷酶、-木糖苷酶、-葡萄糖苷酶、-纤维二糖苷酶活性可以用于表征低产黄泥田的肥力变化,不同有机肥的培肥效果为秸秆＞猪粪＞绿肥。     

冻融作用对黑土重金属Zn形态转化的影响

通过对重金属Zn污染的黑土进行冻融频次和不同含水量的实验研究得到,随着冻融次数的增加,重金属Zn交换态含量,铁锰氧化物结合态含量和有机结合态含量均呈不同程度的降低趋势,残渣态含量明显增加,表明冻融作用可使土壤重金属Zn生物有效态含量降低。重金属Zn各赋存形态含量与土壤所经历的冻融次数之间呈二次多项式的函数关系,相关系数在0.948和0.988之间。随着土壤含水量的增加,冻融作用对重金属Zn交换态含量影响不大,铁锰氧化物结合态含量降低,有机结合态含量增加,而残渣态含量明显增加。     

长期施肥后简育湿润均腐土中磷素形态特征的研究

对黑土（简育湿润均腐土）长期定位施肥15年后土壤磷素形态进行分析研究。结果表明：土壤中积累的Al-P、Ca2-P量与施磷量成正相关；只施NK能促进植物对Ca8-P的吸收；闭蓄态磷（Oc-P）含量均较低。施磷肥能增加黑土Fe-P含量，却未能增加Ca10-P含量。黑土各形态无机磷的含量大小顺序为：Fe-P〉Ca10-P〉Al-P〉Cas-P〉Ca2-P〉Oc-P。施磷能增加土壤中有机磷（O-P）的含量，但不能增加土壤有机质含量。土壤有机质含量均有不同程度的下降。本试验黑土中施入N112．5kg hm^-2a^-1和P20kg hm^-2a^-1能保持土壤中无机磷（I-P）平衡。     

20年来我国潮土区与黑土区土壤有机质变化的对比研究

对潮土区和黑土区的土壤样品进行采集和分析,结合第二次土壤普查资料,研究潮土区和黑土区土壤有机质的时空变化特征。结果表明潮土区土壤有机质含量呈现提高的趋势,黑土区土壤有机质含量呈现降低的趋势。出现这种变化的结果都与耕作制度,尤其是施肥管理水平等人为因素有密切的关系。     

定位培肥对黑土农田生态系统中土壤微生物活性的影响

通过定位培肥试验对不同培肥方式下黑土生态系统中的土壤微生物活性进行了研究。研究结果表明,不同培肥处理均提高了土壤细菌、富营养菌和寡营养菌的数量,且农肥处理优于化肥处理,单施化肥处理土壤的富营养菌数量苗期最高,而农肥处理和农肥化肥等量处理为先升高后降低,至鼓粒期土壤中的富营养菌数量降至最低。施肥处理土壤微生物量的含量高于对照,农肥处理和农肥化肥等量处理的土壤中微生物量碳、氮含量高于单施化肥处理。不同培肥处理均提高了土壤脲酶的活性,施肥处理土壤脲酶的活性的变化范围为79.56～139.90mg/100g土,农肥低量和农肥高量处理土壤过氧化氢酶之间差异不显著,但显著高于对照,农肥处理土壤过氧化氢酶的含量始终是最高的,平均为0.41ml KMnO4/g干土,农肥化肥等量处理、化肥低量处理和化肥高量处理之间差异不显著,土壤过氧化氢酶含量平均为0.37ml KMnO4/g干土。因此,施用农肥是增加土壤微生物活性的有效途径,有利于提高退化土壤的质量。     

黑龙江省海伦市农田土壤重金属分布特征及污染评价

海伦市是以农业为主导产业的黑龙江省县级市,为了解该市土壤重金属时空分布特征及其污染现状,对农田耕层及亚耕层土壤中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg和As等重金属全量进行了分析,并采用单因子污染指数法和Nemerow综合污染指数法分别对土壤的重金属污染状况进行了评价。结果表明,该地区土壤重金属含量较低,总体表现为西南和西北含量较高、西部含量高于东部的空间分布特征。以松嫩平原土壤元素背景值为标准进行评价,已出现一定程度的污染。以GB15618-1995土壤环境质量标准二级标准进行评价,综合污染指数为0.504,所有样点土壤重金属均未达到污染水平。与耕层土壤相比,亚耕层土壤Hg和Cd含量显著下降,其他元素含量及分布特征则与耕层相似。从1980年到2008年,随着时间的变化,该区域土壤重金属含量增加趋势不明显,近期土壤出现重金属污染风险较小。     

长期不同施肥制度对农田黑土有机质和氮素的影响

以黑龙江省海伦黑土地区的农田长期（1985～2003年）定位试验土样为材料，对不同施肥处理土壤有机质含量、土壤全氮进行了系统研究。结果表明，长期无肥处理土壤有机质含量、全氮含量最低；长期施用氮肥、氮磷肥、有机肥处理土壤有机质含量、全氮含量居中；有机肥与化肥配合施用比无肥处理可显著提高有机质水平，增加土壤全氮含量。各处理C／N比值在9．91～13．10之间变动。     

冻融循环作用对黑土有效磷含量变化的影响

[目的]分析冻融循环作用和土壤含水率对土壤磷素的有效性产生的影响,为控制农业非点源污染、明确冻土区土壤的磷素循环过程和准确评估区域的磷素收支提供依据。[方法]以东北黑土为研究对象,研究冻融次数、土壤含水率和土壤有效磷背景值对黑土有效磷含量的影响。采用室内模拟冻融循环的方法,冻融循环次数为30次,冻融温差为-10~7℃,监测冻融条件下黑土有效磷含量的变化。[结果]随着冻融循环次数的增加,它对有效磷含量的影响逐渐下降,至20~30次循环中不具有显著性影响,有效磷背景值的影响在5~20和20~30次循环中占主导地位;在0~30次冻融循环中,有效磷含量的变化表现出双峰型曲线特征,相邻冻融循环次数有效磷含量的变化大多具有显著性差异,变化由剧烈到平缓;土壤含水率越高,有效磷含量变化越剧烈;土壤有效磷背景值越高,有效磷含量越稳定。[结论]冻融循环次数、土壤含水率、土壤有效磷背景值3个控制因子对有效磷含量的影响程度随冻融循环次数的增加而变化。     

多菌灵在酸化黑土中迁移性能的抑制

利用自行研制的原状土淋溶柱,研究了多菌灵在蔬菜地酸化黑土中的迁移规律,并通过调控土壤pH值和有机质含量,探讨了抑制多菌灵在黑土中迁移的技术措施。结果表明,添加消石灰,土壤值由5.1上升至6.2,多菌灵淋出量峰值较对照延迟出现,总淋出量较对照处理减少了31.3%;当土壤有机质含量由21.2 g/kg提升至30.7 g/kg时,多菌灵的总淋出量减少了23.7%;当同时添加消石灰和秸秆后,土壤中多菌灵的淋出峰值出现延迟,总淋出量较对照处理减少了46.0%,效果优于消石灰或秸秆单施处理,但混施处理的效果略低于二者单施处理之和。     

不同肥力黑土、棕壤微团聚体组成及其胶结物质的研究

本文通过对黑土、棕壤各级微团聚体组成及其胶结物质的研究表明,不同肥力水平的土壤各级微团聚体组成不同,随着肥力水平的提高,大于10μm微团聚体含量增加,增加幅度为2—5%;土壤团聚度增大,增大范围为2—8%。相关分析表明,土壤有机质含量,特别是松结合态有机质含量与大于10μm的微团聚体含量呈显著正相关,而紧结合态有机质含量及土壤中小于2μm的粘粒则与小于10μm的微团聚体含量呈正相关。去除各种胶结物质以后各级微团聚体的破坏率也证实了这一点。由此认为,各种胶结物质对不同粒级微团聚体的形成影响各异,小粒级微团聚体的形成主要受紧结合态有机质和粘粒的影响,大粒级微团聚体的形成则主要与松结合有机质以及多糖类物质有关。