优化施肥方式对黄土高原新增耕地土壤有机质含量和团聚体特性的影响

[目的] 研究优化施肥对黄土高原地区新增耕地土壤质量和作物产量的影响,为新增耕地土壤建立合理的优化施肥处理和区域新造土地的健康可持续发展提供理论依据。[方法] 通过盆栽种植试验,评估有机肥处理（OF）、有机肥配施化肥处理（NP）、常规施肥处理（CF）对新增耕地土壤团聚体数量、结构稳定性、有机质含量和玉米产量的改良效应。[结果] CF处理下新整治耕地土壤有机质含量最低为7.08 g/kg,土壤水稳性大团聚含量低,结构稳定性差。与CF处理相比,优化施肥方式下的OF和NP处理显著提高了新增耕地土壤有机质含量和玉米产量（p<0.05）,>0.25 mm粒级大团聚体含量和团聚体稳定性显著提升,其中OF处理对新整治耕地土壤团聚体数量和稳定性的改善效果最佳。在0—10 cm土层,OF和NP处理下土壤有机质含量分别为12.67,11.79 g/kg,比CF处理分别提高了46.2%和36.1%。OF处理下水稳性团聚体MWD,GMD,R_0.25值分别比CF处理高了62.5%,21.4%和148.3%,分形维数比CF处理降低了1.7%;NP处理下水稳性团聚体MWD,GMD,R_0.25值分别比CF处理高了18.8%,3.6%和40.9%,分形维数比CF处理降低了0.4%。在10—20 cm土层,OF和NP处理下土壤有机质含量、团聚体数量和结构稳定性也得到一定的提升。土壤有机质含量与团聚体平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）呈显著正相关关系（p<0.001）。[结论] 优化施肥是有利于提升新整治耕地土壤结构稳定性、保肥特性和土地生产力的有效措施。     

大型煤矸石山植被重建的土壤限制性因子分析

煤矸石是我国第一大固体废弃物,巨量煤矸石堆积压占了大量土地,并影响矿区及周边水土环境,煤矸石山的植被重建是解决上述问题的经济而有效的途径。国内外研究与实践表明,表层土壤特性是矸石山植被重建成功与否的决定性因素。由于表层物料组成以及所处地域等因素,目前对煤矸石山各限制性因子及其重要性看法有所不同,从而影响了措施设计及植被效果。本文以抚顺西露天煤矿等煤矸山为例,对大型煤矸石山植被恢复的诸多限制性因素进行了分析论述,认为表层风化物的主要限制性因子依次为质地、水分、养分、pH、盐分、表层温度、重金属等,这与以往研究有所不同,体现了该煤矸石山的区域特色。研究结果可为制定适宜的煤矸石山及其类似废弃物堆场的植被恢复措施提供依据。     

青海省木里江仓煤矿区高寒湿地腐殖质层的形成过程

[目的]对青海省木里江仓煤矿区高寒湿地腐殖质层形成过程进行分析,为当地矿区与渣山的植被恢复提供科学依据。[方法]应用沉积学、光释光(OSL)年代学以及土壤营养学对江仓和木里地区高寒湿地表层土壤剖面进行了较为全面的研究。[结果]①江仓剖面由冲积扇砾石层、黄土层、泥炭层和腐殖质层组成,腐殖质层形成年代为1.7±0.1 ka,木里高寒湿地剖面由基岩风化层和腐殖质层组成,腐殖质层形成年代为2.0±0.2 ka。②江仓和木里两剖面的腐殖质层中有机碳、全氮、碱解氮、全磷等含量较高。[结论]该地区高寒湿地腐殖质层的形成时间至少是2 000 a,形成过程十分缓慢,草原植被生长依赖于含量较高的土壤有机质。后续的渣山植被恢复工作需要因地制宜,通过提高土壤厚度、肥力等方法来缩短土壤形成的时间。     

淮南大通矿区复垦土壤微生物量碳氮的分布特征

通过野外调查和室内分析,研究了淮南大通煤矿复垦区表层(0—10cm)土壤理化性质及微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)的分布特征。结果表明,耕地(油菜地、小麦地、蔬菜大棚)土壤有机碳、氮、磷等含量均高于林地,而土壤pH值则相反。土壤SMBC含量依次为:蔬菜大棚油菜地小麦地林地对照样,蔬菜大棚显著高于其他农业用地方式。土壤SMBN则为:蔬菜大棚小麦地油菜地林地,林地土壤微生物量氮显著低于其他农业用地方式。林地土壤微生物商最高,表明在有机质积累的同时林地更有利于土壤微生物活动。土壤微生物量碳氮之间显著相关,进一步证实土壤微生物量碳、氮可以作为表征土壤肥力的敏感因子。     

风沙区煤矿复垦地土壤颗粒的组成与分形特征

[目的]研究风沙区煤矿复垦地土壤颗粒的组成与分形特征,为恢复和改善矿区土壤生态功能提供科学依据。[方法]结合分形理论对陕北风沙区大柳塔煤矿复垦地3种植被类型和未复垦的裸沙地土壤颗粒组成及其分形维数进行对比研究。[结果](1)研究区复垦地的土壤颗粒组成以细砂为主。乔木、灌木林地和裸沙地的土壤颗粒次集中于中砂,而草地的土壤颗粒次集中于极细砂。植被覆盖对土壤细粒物质含量的影响具有层次性,3种植被类型0—30cm土壤中黏、粉粒含量显著高于裸沙地。(2)土壤颗粒分形维数为1.306～2.490,均值依次为:草地(2.425)灌木林地(2.300)乔木林地(1.626)裸沙地(1.550),且不同植被类型的分形维数变化也具层次性。各深度上,草地与灌木林地的分形维数无显著差异,且皆显著高于乔木林与裸沙地。(3)分形维数与土壤颗粒组成密切相关,与黏、粉粒含量显著正相关,与粗砂含量显著负相关,但与土壤含水量和有机质则无显著相关性。[结论]大柳塔煤矿复垦地的土壤颗粒组成及分形维数差异较大,植被类型为草地或灌木对矿区土壤颗粒细化、改善环境有较好的促进作用。     

植被恢复对重金属污染土壤有机质及团聚体特征的影响

采用田间原位试验,研究了不同植被恢复3年对重金属污染土壤有机碳及团聚体结构和稳定性的影响,评价了不同植物修复效果的差异,为农田重金属污染土壤修复中,合理选择植被类型,以及建立评价标准提供理论依据。在某Cu,Cd重度污染农田建立田间小区,施加钝化材料石灰(对照除外)后种植海州香薷(ME),伴矿景天(MS)和巨菌草(MP)3种植物,3年的田间原位修复试验后,分析各处理下土壤有机质含,0.25 mm机械稳定性团聚体(DR_(0.25))和水稳定性(WR_(0.25))团聚体含量,团聚体平均质量直径(MWD),几何平均直径(GMD),团聚体稳定率(AR,%)和分形维数(D)等团聚体稳定性指标。结果表明,3年植被恢复后,3种植被处理均提高了土壤有机质含量,提高幅度为2.89%~5.39%,并提高了0.25mm机械稳定性团聚体(DR_(0.25))和水稳定性(WR_(0.25))团聚体含量,提高幅度分别为2.89%~5.39%,6.64%~10.40%和13.34%~17.48%。3种植物处理均可以显著提高土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),其中以巨菌草处理提高幅度最大。在团聚体稳定性方面,3种植物处理均可以提高团聚体的稳定率(AR,%),以海州香薷处理提高幅度最大;植物处理可以显著降低土壤机械稳定性团聚体的分形维数(D),但对水稳定性团聚体的分形维数没有明显的影响。综上所述,采用钝化加原位植物修复可以提高重金属重度污染农田的有机质含量和土壤团聚体的稳定性,改善土壤结构,可以在重金属重度污染土壤修复中推广应用。     

煤矸充填复垦土壤可溶性镉的分布特征与运移模拟

在现场调查研究煤矸石充填复垦地上覆土壤可溶性镉含量的基础上,应用田间小区试验,模拟土壤可溶性镉的迁移特征。结果表明,土壤可溶性镉在时间和空间维度上都具有明显的分布特征：可溶性镉浓度沿剖面深度逐渐递增,即离煤矸石层越近,浓度越高;随时间推移,土壤下部接近煤矸石处,可溶性镉浓度的富集现象存在。模型模拟结果显示,由于土壤毛管力作用,接近煤矸石层的土壤可溶性镉浓度每年可增加10%左右,但表层土壤（0~40cm）增加速度缓慢或反而有所下降。尽管如此,由于植物根系活动,煤矸石中镉析出具有一定的生态环境风险。     

煤矿区土壤有机碳含量的高光谱预测模型

可见—近红外光谱已被证明是一种快速、及时、有效的土壤有机碳含量预测工具。利用Field Spec4对济宁鲍店矿区的104个土壤样品进行光谱测量,采用Savitzky-Golay卷积平滑(SG)、多元散射校正(MSC)及数学变换等多种方式组合对光谱预处理,并运用偏最小二乘回归分析建立土壤有机碳含量预测模型,进而探讨煤矿区土壤有机碳含量的高精度预测方法。结果表明:(1)不同的光谱预处理方法对建模结果影响差异较大,建模结果以SG加MSC预处理再结合光谱反射率的一阶微分变换最优,建模R~2=0.86,RMSE=2.0g/kg,验证R~2=0.78,RMSE=1.81g/kg,RPD=2.69。(2)倒数和倒数的对数与土壤有机碳含量的相关性曲线接近重合,与反射率曲线成反比,但是建模效果远低于反射率;光谱反射率的一阶微分能明显提高500~600nm波段相关性。(3)光谱反射率随土壤有机碳的含量减少而增大,当有机碳含量较低时,其波谱的近红外波段反射率响应能力也随之降低,反射率直接建模难度加大。     

不同成土模式下黑土有机质热稳定性剖面分异特征

土壤有机质（soil organic matter，SOM）含量及其稳定性是评价土壤质量的重要指标，热重分析法在反映SOM含量与热稳定性方面显示出了较好的潜力而受到重视。探究不同成土模式下黑土SOM热稳定性在剖面尺度的分异规律及影响因素，可以为黑土资源保护与碳固定提供理论参考。本研究在东北典型黑土区采集了相对稳定地形条件下（平坦）自然发育的3个典型黑土剖面和非稳定地形条件下（有地表侵蚀和沉积）受侵蚀堆积过程影响的2个黑土剖面，采用热重分析法，基于不同温度区间的质量损失，分别以Exo1（200～350℃区间的质量损失）和Exo2（350～550℃区间质量损失）代表热易分解SOM和热稳定SOM，以微分热重曲线及热重参数指标（Exo1/Exo2和TG-T50）表征不同土壤剖面的SOM热稳定性分异特征，并结合傅里叶红外光谱讨论了SOM化学稳定性剖面分异特征。结果表明：稳定地形下自然发育的黑土，热易分解SOM（Exo1）含量相较于热稳定SOM（Exo2）含量随深度下降更快，Exo1/Exo2随深度减小，TG-T50随深度增加，脂肪族碳/芳香族碳减少，SOM稳定性随深度增加。非稳定地形条件下，黑土SOM热稳定性并未随深度表现出规律性下降趋势，存在深层SOM含量和Exo1/Exo2高于表层的现象，这主要是由于复杂的地表历史过程导致母质和SOM来源不同。本研究证实了热重分析法在反映SOM稳定性方面的适用性。黑土中SOM稳定性的剖面变化在很大程度上受成土模式的制约，而成土模式与地貌稳定性密切相关。侵蚀过程携带的大量热易分解SOM在坡面下部及流域沉积地形部位堆积，由于埋藏作用，这些热易分解SOM可以长期存在于深层土壤中。然而，非稳定地形区域一旦再遭侵蚀，这些埋藏的不稳定SOM很可能再次启动分解过程，同样可以导致大量埋藏的“老碳”被释放，成为黑土区碳排放的“热点”。     

海泡石对镉污染土壤团聚体稳定性和有机碳含量的影响

通过大田试验,研究了在镉污染菜地原位钝化修复过程中海泡石对土壤团聚体组成和稳定性以及有机碳含量影响。结果表明,与对照相比,施用海泡石后整体上减少了5~8mm和0.25mm级别团聚体的数量,而2~5,1~2,0.5~1,0.25~0.5mm级别团聚体数量则不同程度增加,且随着海泡石施用量增加,其数量呈显著增加(P0.05)。在0—15cm土层中,土壤团聚体的平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)随海泡石施加浓度增加呈现先增加后降低,而在15—20cm土层中则有所降低。施用低浓度海泡石(0.5%)时,土壤有机碳(SOC)含量有所减少,最大降低了21.1%,而当海泡石添加剂量达到1%(H_1)和1.5%(H_(1.5))后,土壤有机碳含量整体上有所提高,较对照相比,最大增幅分别达到2.9%和70.3%。与对照相比,施用海泡石后增加了大团聚体中土壤有机碳的贡献率。     

不同有机物投入对新垦耕地红壤肥力及蔬菜生长的影响

[目的]比较不同有机物对新垦山地土壤的培肥效果,为开展新垦耕地后续培肥管护提供科学依据。[方法]在新垦山地红壤地,以3种不同有机物投入为因素,以空白为对照,在一年三熟蔬菜种植模式下,经连续3年小区试验,比较其对新垦耕地红壤肥力及蔬菜生长的影响。[结果]在3种有机物中,商品有机肥无论是在土壤培肥方面还是在蔬菜作物生产方面,均能体现出最佳效果。[结论]商品有机肥可作为新垦红壤地区施用的外源有机物之一予以推荐。而食用菌废渣的效果次之,可作为替代物品,水稻秸秆效果较差。     

Characterization of the Soil Organic Matter in Agricultural Mine Spoils and Reclaimed Soils Treated with Organic Amendments

Recycling organic waste in agricultural soils is a valid solution. We performed short‐term experiments to investigate the fate of urban sludge and composts, in mine spoils, cultivated or uncultivated, and reclaimed soils located in Florence and Milan, Italy. The samples, either treated or untreated, were fractionated by density into light (<1.63 Mg m^?3) and heavy (>1.63 Mg m^?3) fractions. The fractions were analyzed for total carbon (C) and nitrogen (N) contents and for δ ¹³C and δ ¹⁵N isotopes, and they were characterized by ¹³C NMR spectroscopy. Treatment increased the heavy fraction. The addition of sludge in the Florence area acts in synergy with the cultivation, increasing the light fraction (LF). In the Milan area, the LF tends to be decomposed and apparently transformed into HF. The addition of amendments or cultivation enhances the decomposition with release of carbon dioxide. For future research, we suggest lengthening the time of the experiments to integrate climatic variations.     

Decomposition of Organic Matter with Previous Cadmium Adsorption in Soils

Decomposition of organic matter with previous Cd adsorption (thereafter referred to as OMACd) in soils and in water was studied in order to clarify the mechanism of Cd-induced inhibition of organic matter decomposition in soil. Two types of organic materials (sludge, rice straw) with or without previous Cd adsorption were mixed with a Gley soil or a Light-colored Andosol in a proportion of 1%. In the soils amended with the Cd-free organic materials, a CdCl₂ solution was added to the soils. The decomposition of the organic matter was examined by measuring the CO₂ evolution for 4 weeks at 28°C. Although the same amount of Cd was added to the soils, the decomposition of OMACd was inhibited to a greater extent than that in the soils to which a CdCl₂ solution had been added.

Furthermore the decomposition of sludge with previous Cd adsorption (thereafter referred to as SACd) in water after inoculation of soil microorganisms was investigated. Although the control sludge without Cd was markedly decomposed at 30°C during 4 weeks, SACd was not appreciably decomposed. These results suggest that OMACd cannot be readily decomposed by microorganisms.     

重庆市煤矿开采区土壤侵蚀特征及水土保持模式研究

煤矿开采区土壤侵蚀属典型的人为加速侵蚀类型,重庆煤矿开采区典型土壤侵蚀主要集中在矸石山和塌陷区两个侵蚀地貌单元。矸石山土壤侵蚀特征主要表现为在时间上随堆积年限的增加,土壤侵蚀程度减小;在空间上山体坡度减缓、稳定性增强。根据矸石山的立地条件和主要限制因子特点确定其治理难度,并按极难治理型、难治理型、易治理型三类建立植被恢复型水土保持模式。塌陷区土壤侵蚀特征主要表现为过程缓慢、破坏作用强及影响范围大等特点,根据塌陷区土地复垦后的利用类型可分为农业复垦区、林业复垦区、建设复垦区,分别建立煤矸石充填复垦型水土保持模式。植物吸附和铺设粘土层的方法可改善矿区土壤和水体的重金属污染,提高生态环境质量。     

Organic Matter and Mineralizable Nitrogen Relationships in Wetland Rice Soils

Abstract

Soil nitrogen (N) supply plays a dominant role in the N nutrition of wetland rice. Organic matter has been proposed as an index of soil N availability to wetland rice. This is based on the finding that mineralizable N produced under waterlogged conditions is related to soil organic carbon (C) and total N. The relationship between organic matter and mineralizable N is a prerequisite for determining the N requirement of wetland rice. However, no critical analysis of recent literature on organic matter–mineralizable N relationships has been made. This article evaluates current literature on the relationships of mineralizable N or ammonium N production with soil organic C in wetland rice soils. A number of studies with diverse wetland rice soils demonstrate a close relationship of N mineralized (ammonium‐N) under anaerobic conditions with organic C or total N. However, a few recent studies made on sites under long‐term intensive wetland rice cropping showed that strong positive relationships of mineralizable N with organic C or total N do not hold. Clearly, both quantity and quality of organic matter affect N mineralization in wetland rice soils. Future research is needed to clarify the role of quality of organic matter, especially its chemistry, as modified by the chemical environment of submerged soils, on the mineralization of organic N in wetland rice soils.     

神府煤田风沙区采煤塌陷对风蚀的影响

[目的]探究神府煤田风沙区采煤塌陷对风沙活动的影响,为矿区防治风蚀危害和植被恢复提供科学依据。[方法]以塌陷区扰动地表为研究对象,通过野外定位观测,研究塌陷1~2a沙丘典型位置及不同的地表破损率对风蚀/风积量影响。[结果]塌陷1a、塌陷2a和对照(非塌陷)沙丘不同典型位置的风蚀/风积深度分别达到-28.2,-45.6和-2.8cm,其整体的风蚀概率达60%以上,90%以上和10%以下。地表破损率越大,其地表风积过程越显著,且随着地表破损率的减小,风沙运动状态逐渐由风积填缝过程转化为风蚀过程,其风蚀/风积深度(Q)与地表破损率(V)呈多项式函数关系。[结论]采煤塌陷有效地促进了风沙运动,改变了局部的风蚀/风积深度,可能引起固定半固定沙丘重新活化。     

不同土地利用下湖北江汉平原湿地起源土壤有机碳组分的变化

调查采集长江荆江段湿地围垦农田土壤的表土样品,实验室分析总有机碳(SOC)、热水溶性有机碳(HWEC)、颗粒态有机碳(POC)、易氧化有机碳(LOC)及有机碳键合组分含量特征,比较分析不同土地利用方式下湿地起源土壤有机碳组分的变化。结果表明,棉田土壤总有机碳含量为(8.86±0.73)g/kg,桔园的为(9.07±0.01)g/kg,湿地的为(10.30±0.37)g/kg,稻田的为(15.57±1.92)g/kg。即棉田和桔园的总有机碳含量接近于湿地的,而稻田的较大幅度高于前面旱地和湿地的。同时,稻田的热水溶性有机碳含量显著高于棉田的(p<0.05);颗粒态有机碳含量显著高于桔园的(p<0.05);易氧化有机碳含量变化与总有机碳一致。但是,从不同组分比率来说,湿地、稻田、棉田间HWEC/SOC、POC/SOC和LOC/SOC均无显著差异(p>0.05),而桔园HWEC/SOC显著高于其他利用方式的(p<0.05),棉田POC/SOC显著高于桔园的(p<0.05),桔园LOC/SOC显著高于湿地的(p<0.05)。供试土壤中铁铝键合态有机碳含量均显著高于相应钙键合态有机碳(p<0.05),且后者在不同土地利用方式下变化微弱。从研究结果来看,同是湿地起源的土壤,化学键合组分的差异明显大于物理分离组分的差异,特别是稻田铁铝键合态有机碳和残渣态有机碳含量及其比例显著高于棉田、桔园和湿地的(p<0.05),这进一步说明稻田土壤存在的氧化铁化学结合稳定机制促进了氧化铁活性较高的稻田土壤有机碳稳定积累。     

不同复垦年限煤矸山重构土壤有机碳及其组分差异

土壤有机碳含量是土壤肥力状况的重要标志之一,其活性组分对田间管理措施反映敏感。因此,分析煤矸山复垦重构土壤有机碳含量及其组分差异对于揭示土壤碳库变化、指导复垦地田间管理措施的实施有重要意义。本研究以山西省霍州曹村煤矸山复垦后5a(R-5a)、7a(R-7a)和9a(R-9a)的果园为对象,通过与当地原地貌果园(CK)对比,分析了3种复垦样地土壤总有机碳(TOC)及其组分可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)的差异,以及与土壤环境因子间的关系。结果表明:①随复垦年限的增加,3种复垦样地土壤TOC、LFOC和HFOC含量均呈先增后减趋势,DOC含量呈增加趋势,MBC含量呈先减后增趋势;但与CK相比,3种复垦样地土壤TOC、DOC、MBC、LFOC和HFOC含量均明显偏低。②DOC/TOC和MBC/TOC在R-7a样地中最低,LFOC/TOC随复垦年限的增加呈增加趋势,HFOC/TOC呈减少趋势,表明土壤中更多的有机碳从稳定态转变为活性态。③土壤全氮、全磷、碱解氮、碳氮比、黏粒含量、pH和含水量均不同程度影响有机碳含量,其中全氮、全磷、黏粒含量和土壤pH为关键因子。     

Analysis and simulation of soil organic‐carbon stocks in grassland ecosystems in SW Germany

Grassland extensification is followed by a change of soil organic‐matter (SOM) contents. In order to give a better assessment of these developments on grassland sites in SW Germany, the CENTURY Soil Organic Matter Model was used on five long‐term experimental sites under three different management practices (“Mowing”, “Mulching” (mowing without removal of the phytomass), and “Natural succession”). On these sites, soil‐organic‐carbon (SOC) monitoring was continuously done for soil depths of 0–4 and 4–8 cm from 1975 to 2002. The contents of organic carbon (OC) were at steady state or showed a slight decrease for the mulched and succession plots. Carbon contents of the mowed plots were decreasing. Measured C contents were transferred into stocks and compared with the simulated OC stocks. Linear regressions between observed and simulated C stocks were calculated separately for mulched and succession plots. The regressions for OC yielded significant relationships (R² = 0.8) for both kinds of plots. However, the model did not reproduce the short‐term dynamics of C stocks. Whereas SOC stocks on mulched and succession plots are expected to stay stable for the next decades according to the simulation, they are expected to decrease for a couple of years before stabilization on mowed plots.     

安太堡露天煤矿复垦区不同人工林土壤呼吸特征

[目的]探讨复垦模式对土壤呼吸作用的影响,同时为矿区复垦土地质量评价、复垦模式的筛选提供数据支撑。[方法]采用动态密闭气室红外CO2分析法对露天煤矿复垦区5块永久性样地土壤呼吸作用及其相关组分的日变化及季节动态进行跟踪测定。[结果]各样地土壤呼吸作用均呈现出明显的季节变化规律,但日变化趋势却各不相同。土壤呼吸速率日变化在5,9,10月份变幅较为平缓,6,7,8月份变幅较大,且在7,8月份达到最大值。去根系后,土壤温度及水分与未处理之间没有显著差异,但土壤呼吸速率值明显下降,下降幅度为19%~46%。土壤总呼吸速率和去根系土壤呼吸速率均与土壤温度、土壤水分、双因子呈幂或指数函数关系。[结论]刺槐纯林模式更有利于土壤的熟化与肥力的提高。