香港土壤研究Ⅴ.稀土元素的地球化学特征

香港地区缺乏对土壤中稀土元素地球化学的系统研究.本研究采集了该地区46个代表性土壤剖面样品,利用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）分析了15种稀土元素的总量,并根据土壤剖面的发育情况分层表述.研究结果表明：香港土壤的稀土元素的总量低于全国的平均含量,在剖面分布上由表层往底层逐渐增加.地球化学特征方面,土壤中轻重稀土分馏明显,具有明显的轻稀土相对富集现象.Ce的富集现象在火成岩母质发育的土壤中较为突出,而Eu的亏缺现象在花岗岩母质发育的土壤中尤为显著.成土母岩、土壤矿质元素和基本性质以及地形和植被等都会显著影响香港土壤稀土元素的含量和地球化学特征.     

不同耕种年限红壤性水稻土理化性质的变化特征

以江西省余江县不同种植年限的红壤性水稻土为对象,研究了土壤有机质、pH、阳离子交换量(CEC)、游离氧化铁含量和氧化铁活化度随时间变化趋势;选择耕种7、22和80年的土壤剖面,研究了游离氧化铁和无定形氧化铁在剖面不同层次的分布。结果表明,耕层(0～20cm)土壤有机质含量随着水稻种植年限的增加而增加,淹水种稻导致土壤pH升高,但主要发生在种稻的前7年,7～80年间土壤pH变化不大。土壤CEC随着种植年限的增加而增加,在17年达到最大,然后随种稻时间的进一步增加而减小。土壤游离氧化铁含量随种稻时间呈下降趋势,但种稻后土壤氧化铁的活化度高于母土旱地红壤。对7年和80年水稻土,表层土壤游离氧化铁的含量低于底层土壤,说明铁在剖面中存在淋溶迁移。7年和22年水稻土表层土壤无定形氧化铁含量高于底层土壤,但对80年水稻土,土壤无定形氧化铁随采样深度的增加而增加。     

雷州半岛玄武岩母质土壤剖面稀土元素分布及其与常量元素、粒度的关系

对雷州半岛玄武岩母质土壤剖面稀土元素地球化学特征进行了研究,结果表明:土壤剖面中稀土元素的分布既受母岩的控制,又叠加了风化成壤作用的影响,∑REE和δEu对母岩有明显的继承性,风化成壤作用则导致REE在剖面上部富集以及土壤中Ce的显著正异常,并造成轻、重稀土之间发生一定的分馏(以轻稀土富集为主要特征),但轻稀土或重稀土内部未出现明显的分异;∑REE与Fe2O3含量呈极显著负相关,可能与风化成土过程中铁氧化物结晶程度提高,富含REE的无定形铁含量降低有关;∑REE与P2O5、MnO则呈极显著正相关,应当是由于剖面中含有较多的赋存REE的磷酸盐矿物和锰氧化物矿物所致;∑REE与黏粒组分(尤其是<1μm的组分)呈极显著正相关,表明风化成壤过程中黏土矿物含量增加所导致的对REE的吸附效应是造成该区REE富集的重要原因,其中黏粒对轻稀土元素的吸附更为明显。     

再生水盐分在亚热带不同土壤中的迁移特性及其差异

为了合理评价再生水灌溉盐分对土壤环境的影响,分析盐溶液淋溶亚热带土壤流出液盐分变化规律及其对土壤化学性质的影响差异,该文采用定水头入渗法,模拟不同浓度钠盐溶液淋溶黏性潮土、沙性潮土、红壤、紫色土、水稻土等5种亚热带地区土壤,并观测土壤流出液电导率（EC）和pH值的差异。试验结果表明：1）高浓度盐溶液对黏粒含量较高的红壤、紫色土、黏性潮土的穿透能力弱于黏粒含量较低的水稻土和沙性潮土。同等浓度水平处理达到相同的穿透程度,酸性土壤（红壤、紫色土、水稻土）能承受更多的低质水量。2）盐分在土壤中的迁移速度主要由土壤理化性质决定,土壤黏粒含量、交换性铝含量会显著减缓盐分在土壤中的迁移能力,而土壤粉粒含量、EC、pH值以及交换性钙、镁含量会促进盐分在土壤中的迁移。盐分更容易穿透碱性土壤（黏性潮土和沙性潮土）而流出,碱性土壤流出液相对EC最大变化速率比酸性土壤高36%。基于Boltzmann函数拟合表明,入渗水盐浓度及土壤理化性质对模型参数有显著影响（P<0.05）。3）土壤化学性质受入渗液盐分浓度的影响程度不仅与土壤本身的化学性质有关,也与土壤质地中的粉粒、黏粒含量有极显著的关系（P<0.01）。各浓度盐溶液对碱性土壤的pH值影响不明显,对酸性土壤的pH值影响较大,其流出液pH值减少1.6～2.6个单位,其中红壤的pH值变化最大,其次为紫色土。入渗液EC高于4.77 dS/m的处理对土壤流出液的稳定pH值影响增幅不明显。因此,利用低质水灌溉时要依据土壤理化性质合理限定水中盐浓度。     

粤西地区土壤-植物系统中稀土元素地球化学特征

在广东省西部不同地区采取土壤、植物样品，并对其中的稀土元素含量采用ICP-MS法测定，研究了稀土元素在土壤、植物叶中的地球化学特征。结果表明：土壤一植物系统的各环节间稀土元素的含量模式基本相似。不同母岩发育的土壤稀土分布有较大的差异，其中以花岗岩发育的土壤稀土含量最高。在土壤的各个剖面层中，心土层和底土层稀土含量高于表土层，轻重稀土发生分异，均有不同程度的Eu亏损，Ce表现为土壤各层位中的正异常。同一采样点的不同种属植物具有相似的稀土分配模式，在不同母岩发育土壤上生存的同一种属植物稀土分配模式不同，其稀土分布均受其所生存土壤的影响和制约，同时具有自身的生物地球化学特性。生物吸收系数表明植物对稀土元素的吸收能力的差异，稀土元素在由土壤向植物体运输迁移中发生了明显的分馏作用，重稀士相对贫乏。     

湖南张家界典型植烟土壤地球化学特征研究

为了研究张家界山地植烟区域土壤的成土环境及地球化学元素的丰缺状况和迁移富集规律,为烟区优质特色烟叶的生产和布局提供科学依据,本文采集23个长期耕种的典型植烟土壤剖面样品,测定分析了25种地球化学元素(氧化物)的含量,并对土壤的风化发育状况和元素(氧化物)的迁移富集特征进行了研究。结果表明,张家界烟区主要成土母质如石灰岩、板页岩、紫色砂页岩风化物均受到了较强的风化作用,化学风化指数(CIA)介于73.19～88.03之间,总体上土壤具有Ca、Na贫乏而Fe、Al相对富集的化学组成特征。其中紫色砂页岩风化物发育形成的紫色土的风化作用较强,土壤的淋溶作用较强;石灰岩风化物发育形成的土壤富铝化程度较低。黄壤、水稻土、紫色土中地球化学元素多数表现出一定的富集特征,大量有益营养元素的富集对于提高烟叶产量具有重要作用。土壤剖面淋溶层中元素(氧化物)P、B、Se、Mn、Zn、Cu、Ni、Y、Sc、La、Fe2O3、SiO2的含量均高于中国或世界土壤元素(氧化物)中值(均值),而N、S、Cl、Mo、Co、Sr、Br、I、CaO、MgO、K2O、Na2O、Al2O3的含量偏低,其中元素(氧化物)N、P、S、Mo、Se、Mn、Zn、Br、I、CaO、MgO在土壤剖面中的含量变化较大。通过对元素(氧化物)富集系数的聚类分析,将元素(氧化物)分为3类:呈较强富集特征的元素N、P、S、Se;呈较强迁移特征的元素(氧化物)Br、I、Mn、CaO;变化较稳定的其他元素。微量元素B、Zn、Cu和稀土元素Y、Sc、La含量较丰富且变化相对稳定,表明除了常量元素N、P、S以外,微量元素Se、B、Zn、Cu和稀土元素Y、Sc、La可能是影响张家界烟区烤烟品质的重要特征元素。     

植稻年限对土壤铁锰氧化物的影响

以浙江不同耕作年限水田和旱地为研究对象,探讨了植稻年限对土壤铁锰氧化物的影响,并揭示了水稻土发育过程中铁锰氧化物的剖面运移规律和诊断意义。结果表明:①土壤剖面中,全Fe、游离Fe及全Mn的变异随着种稻时间的延长而增大。种植达到一定年限时,全Fe、全Mn以及游离Fe在土壤剖面下层出现淀积。在各种铁锰氧化物中,对水稻土最具诊断意义的是游离Fe和全Fe。②无定形Fe以及络合态Fe、Mn与有机质呈显著正相关。植稻年限对它们的影响是通过对有机质的影响达到的。     

江西低丘红壤性水稻土的主要化学特性研究

三个红壤性水稻土的有机质和腐殖质的含量由淹育型水稻土→潴育型水稻土→潜育型水稻土依次逐渐增加,其C/N和H/P比值也顺次增大。它们的粘土矿物组成无明显差异。铁、锰物质在潴育型水稻土剖面中分异最明显,其次为淹育型水稻土;而无定形氧化铁在剖面中变幅最大却是潜育型水稻土;结晶态铁在土壤剖面中分异亦有一定规律,其中潴育型水稻土的指示性土层(W层)的晶胶率(结晶铁/无定形铁)远较其它土层为高,这种变化特性的差异,对区分不同水分作用的水稻土发育类型有一定的特殊意义;土壤络合态铁与土壤有机质含量有关。土壤氧化锰与土壤氧化铁相比虽然含量低,但对土壤氧化还原条件反应更加敏感,所以在土壤剖面中淋移趋势更加明显。     

聚合氨基酸对北方水稻土中氧化铁存在形态的影响

为了解不同类型水稻土中氧化铁含量特征,探明添加外源聚合氨基酸对水稻土中氧化铁形态变化的影响,本研究以中国北方不同类型水稻土(棕壤型、草甸土型和滨海盐渍型)为研究对象,设置添加占供试土壤干重0.05%的γ-聚谷氨酸和聚天冬氨酸处理,以不添加氨基酸作为对照。通过室内恒温厌氧培养30 d后,测定各水稻土全铁、游离氧化铁、无定形氧化铁和络合态铁含量及氧化铁的活化和络合程度。结果表明:供试的北方3种典型水稻土中,游离氧化铁含量为滨海盐渍型草甸土型≥棕壤型,络合态铁含量为棕壤型滨海盐渍型≥草甸土型,而无定形氧化铁含量为棕壤型滨海盐渍型草甸土型。两种外源聚合氨基酸对不同类型水稻土氧化铁形态转化能力影响存在差异,与不添加氨基酸的对照相比,添加γ-聚谷氨酸的棕壤型水稻土无定形氧化铁和络合态铁含量分别增加27.72%和32.25%,聚天冬氨酸对无定形氧化铁和络合态铁含量无显著促进作用;在草甸土型水稻土中,γ-聚谷氨酸和聚天冬氨酸均能显著增加无定形氧化铁含量,且与对照相比,络合态铁含量分别增加136.24%和12.00%;γ-聚谷氨酸能有效促进滨海盐渍型水稻土中无定形氧化铁和络合态铁的生成。总之,添加γ-聚谷氨酸和聚天冬氨酸对水稻土游离氧化铁的含量没有明显影响;而添加γ-聚谷氨酸能有效增加水稻土中无定形氧化铁和络合态铁含量,降低晶胶率,有利于提高土壤中有效铁含量,显著活化铁氧化物,抑制各类型水稻土中铁的结晶老化;而聚天冬氨酸对水稻土无定形氧化铁和络合态铁没有明显的激发效应。     

不同土壤和供肥模式对磷在肥际微域中的迁移和转化的影响

采用室内土柱实验研究了单施磷酸二氢铵(MAP)、磷酸二氢铵配施草酸(MAP+OA)和包膜磷酸二氢铵(包膜MAP)3种施肥模式下磷在潮土和水稻土肥际微域中的迁移和形态转化。结果表明,磷在土壤中的迁移距离较短,磷在潮土中的迁移距离较水稻土短,配施草酸处理可增加磷在土壤中的迁移距离,包膜MAP处理磷的迁移距离最短且释放量少。磷在施肥60 d内的迁移量较大,然后只发生少量迁移,迁移进入土壤的磷60.2%~80.3%被吸附固定,15.4%~42.9%仍以有效态存在,配施草酸处理可降低土壤对磷的固定作用,包膜MAP处理缓慢释放磷肥可能会增强土壤对磷的固定作用。     

土壤含水率与土壤碱度对土壤抗剪强度的影响

土壤含水率和土壤碱度是表征土壤物理化学性质的两个重要参数。通过室内三轴不固结不排水试验,研究了土壤含水率和土壤碱度对土壤抗剪强度的影响。试验处理采用5种土壤碱度(土壤可交换钠百分比ESP=0、5、10、20、40)和4种土壤质量含水率(0.05、0.10、0.20以及饱和含水率0.34)水平。试验结果显示,土壤黏聚力随着土壤含水率的增加基本上呈先增大后减小之趋势;当土壤含水率在0.10附近时黏聚力达到其最大值。土壤内摩擦角随着土壤含水率的增加而线性减小。土壤碱度对土壤黏聚力的影响机理较为复杂,其影响效果随土壤含水率的增加而减小;但土壤碱度对土壤内摩擦角的影响较小。土壤碱度对土壤抗剪强度的影响程度明显地小于土壤含水率对其的影响程度。     

自然侵蚀量和容许土壤流失量与水土流失治理标准

在总结分析国内有关自然侵蚀量、容许土壤流失量研究成果的基础上,探讨自然侵蚀量与容许土壤流失量的关系,讨论制订水土流失治理标准的思路。认为水土流失治理标准的确定有3个参考值：1）标准值,即一定条件下的容许土壤流失量,是水土流失治理至少要达到的目标,且随着对不同土地利用类型的功能需求与可实施的最佳水土保持措施、以及所在水土流失类型区的侵蚀危害与治理约束条件的不同而不同;2）理想值,即正常自然侵蚀状态下的土壤流失量;3）极端值,即土壤流失量为0,不发生水土流失。水土流失治理应是先控制到现时生态环境与社会经济条件下的容许土壤流失量范围内,逐步达到自然正常侵蚀量或制止水土流失的发生;还应引入环境伦理、环境美学及景观设计等理念,最终实现土地的可持续利用、区域生态系统的健康稳定及人与自然的和谐友好发展。     

Nonisothermal nature of soil profiles and soil hydrophysics

The results of studies of thermal water transfer and the functional analysis of nonisothermal soil water exchange (summarizing the current concepts of its physical nature, value, relations to soil properties, contribution to heat conductivity, and use for determining other hydrophysical properties of soils) are presented without going into detail of the mathematical analysis.     

Ecological standardization of soil and soil quality control

Theoretical bases are offered for the ecological soil standardization presuming the scientific substantiating of the allowable ecological state (quality) of the soil and the allowable anthropogenic impact on it. The modern experience of these bases’ application in regulatory-methodological, nature-control, and managerial practices is presented. The criteria are found for determining the levels of the allowable ecological quality of soil and the anthropogenic impact on it. The sources of the anthropogenic impact on the soil are characterized. A unified system of indices of soil quality and anthropogenic impacts and a mechanism for determining the range of the allowable values of these parameters have been developed taking into account the natural conditions and types of land use. Scientific-methodological approaches are proposed that support a certain balance between the allowable ecological status of the soil and the effects on it in connection with the mechanisms of the soil quality control in particular land plots.     

Effect of tillage treatments upon soil tests for soil acidity,soil phosphorus and soil potassium at three soil depths

Abstract

Soil samples were obtained at 0–3, 3–6, 6–9 and 0–9 inch depths from experimental plots receiving five tillage treatments. Each of two samplers composited approximately six one‐inch cores from each plot. Soil samples were analyzed for acidity, P and K using routine analysis procedures in the University of Illinois Soil Testing Laboratory.

Few significant differences were attributed to sampler and it was concluded that samplers using similar sampling techniques were obtaining soil samples from the same population.

No significant differences in soil acidity at different depths were observed. The different tillage methods did significantly affect soil P at the 0–3 inch depth, but had no significant effect on soil P at deeper depths. Different tillage methods also significantly affected soil K values at different depths.     

黑土区土壤侵蚀厚度对土地生产力的影响及其评价

为了研究黑土区土壤侵蚀厚度对土地生产力的影响,采用盆栽试验,人为剥离黑土表层0、5、10、15、20、25和30 cm土壤以模拟侵蚀厚度不同的耕层土壤,分析土壤侵蚀厚度对土壤理化性质、大豆生物性状和水分利用效率等指标的影响。并对TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)模型进行改进,用于评价侵蚀厚度不同的土壤的土地生产力。结果表明:土壤全N、碱解N、全P、速效P、有机质含量和土壤田间持水率均随侵蚀厚度的增加而递减,土壤容重随侵蚀厚度的增加而递增。土壤侵蚀厚度对大豆生长有显著影响,随着侵蚀厚度的增加,大豆减产率呈"S型"曲线递增,产量、耗水量呈"Z型"曲线递减,水分利用效率呈指数曲线关系递减。改进的TOPSIS模型对不同侵蚀厚度下土地生产力的评价结果较为理想,计算的土地生产力指数随土壤侵蚀厚度的变化呈"Z型"曲线,与大豆产量的变化趋势相同,且二者呈指数函数关系,决定系数达0.996,均方根误差为0.65。研究结果可为黑土区土壤侵蚀防治提供理论依据。     

Relationship between soil respiration and soil moisture

Microbial activity is affected by changes in the availability of soil moisture. We examined the relationship between microbial activity and water potential in a silt loam soil during four successive drying and rewetting cycles. Microbial activity was inferred from the rate of CO₂ accumulating in a sealed flask containing the soil sample and the CO₂ respired was measured using gas chromatography. Thermocouple hygrometry was used to monitor the water potential by burying a thermocouple in the soil sample in the flask. Initial treatment by drying on pressure plates brought samples of the test soil to six different water potentials in the range -0.005 to -1.5MPa. Water potential and soil respiration were simultaneously measured while these six soil samples slowly dried by evaporation and were remoistened four times. The results were consistent with a log-linear relationship between water potential and microbial activity as long as activity was not limited by substrate availability. This relationship appeared to hold for the range of water potentials from ?0.01 to ?8.5 MPa. Even at ?0.01 MPa (wet soil) a decrease in water potential from ?0.01 to ?0.02 MPa caused a 10% decrease in microbial activity. Rewetting the soil caused a large and rapid increase in the respiration rate. There was up to a 40-fold increase in microbial activity for a short period when the change in water potential following rewetting was greater than 5 MPa. Differences in microbial activity between the wetter and drier soil treatments following rewetting to the original water potentials are discussed in terms of the availability of energy substrate.     

Relationships between soil respiration and soil moisture

The interaction of soil microbes with their physical environment affects their abilities to respire, grow and divide. One of these environmental factors is the amount of moisture in the soil. The work we published almost 25 years ago showed that microbial respiration was linearly related to soil-water content and log-linearly related to water potential. The paper arose out of collaboration between two young researchers from different areas of soil science, physics and microbiology. The project was driven by not only our curiosity but also the freedom to operate without the constraints common to the current system of science management. The citation history shows three peaks, 1989, 1999 and from 2002 to the present day. Interestingly, the annual citation rate is as high as it has ever been. The initial peak is due to the application of the work to studies on microbial processes. The second peak is associated with the rise of simulation modelling and the third with the relevance of the findings to climate change research. In this article, our paper is re-evaluated in the light of subsequent studies that allow the principle of separation of variables to be tested. This re-evaluation lends further credence to the linear relationship proposed between soil respiration and water content. A scaled relationship for respiration and water content is presented. Lastly, further research is suggested and more recent work on the physics of gas transport discussed briefly.     

土壤熏蒸剂对土壤硝化、反硝化作用的影响

采用化学分析和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术,以大田威百亩、棉隆、溴甲烷、硫酰氟熏蒸100 d土壤为研究对象,探究土壤熏蒸对土壤硝化活性、反硝化活性及amoA基因型硝化型细菌、nirS基因型反硝化细菌群落结构影响。研究表明,威百亩、棉隆、硫酰氟熏蒸剂处理下,土壤硝化活性与对照无显著差异;而溴甲烷处理的硝化活性比对照降低13.19%,差异显著(P0.05);熏蒸剂之间土壤硝化活性无显著差异。4种熏蒸剂之间以及与对照之间土壤反硝化活性无显著差异。4种熏蒸剂中溴甲烷处理土样amoA型硝化细菌多样性指数、均匀度显著低于对照土样和其他3种熏蒸剂处理土样;而丰富度指数无显著差异。威百亩、棉隆和硫酰氟熏蒸土样之间及与对照之间amoA型硝化细菌3种生态指数无明显差异。4种熏蒸剂处理土壤nirS型反硝化细菌多样性指数、均匀度与对照无显著差异(P0.05);熏蒸剂之间存在显著差异(P0.05)。研究表明,溴甲烷对土壤硝化活性的抑制是通过抑制amoA型硝化细菌的多样性而实现,其他3种熏蒸剂对土壤硝化活性无显著影响。4种熏蒸剂对土壤反硝化活性无显著影响。