华北地区有机种植和常规种植模式下土壤重金属含量及污染评价

为探讨有机种植与常规种植两种不同种植方式对土壤重金属含量和污染特性的影响,本文在华北5个地区选取典型的有机蔬菜和有机小麦种植基地及附近相似条件的常规种植地块,比较了土壤中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As共6种重金属含量的差异,并采用不同评价方法对不同种植方式下土壤中重金属的污染程度进行了评价。结果表明:与常规种植相比,有机种植减轻了土壤酸化和盐渍化,提高了土壤有机质含量和阳离子交换量,在一定程度上有利于降低土壤中重金属的生物有效性。与土壤背景值相比,所有调查地区的土壤重金属均有不同程度的增加和积累。与常规种植相比,有机种植模式能有效降低土壤中Cd、Cr含量,有机小麦种植地块因长期施用大量有机肥导致土壤中Cu、Zn、As大量富集;而常规温室菜田同时施用大量的有机肥、化肥及农药,土壤中Cu、Zn、As富集的风险比有机种植模式高;露天蔬菜有机种植地块土壤中Cu、Zn、As含量与常规地块差异不明显。综合污染指数评价结果显示,调查地区土壤均属于轻污染程度,主要贡献因子为Cd、Cu、Zn,有机种植降低了土壤中重金属的综合污染水平;地累积指数法评价结果表明,调查地区处于无污染到中等污染水平,最明显的污染元素是Cd,有机种植降低了土壤中重金属污染的程度和风险;潜在生态危害指数评价结果表明,所调查地块存在轻微潜在生态风险,其中产生较大生态危害的是Cd,表现出轻微生态危害程度。本研究表明,有机种植减轻了土壤中重金属综合污染水平和污染风险,并减轻了土壤重金属的潜在生态危害。     

碳酸钾添加比例对玉米秸秆生物炭表面特性的影响

在600 oC的热解温度下通过添加不同比例的碳酸钾制备活性生物炭。对比分析了碳酸钾活化生物炭（KBC）和普通生物炭（BC）的特性,包括生物炭红外光谱特征、表面官能团、比表面积和孔径分布及吸附动力学过程等。结果表明,经碳酸钾活化的生物炭比表面积大为提高,最高达到566 m2?g-1（KBC-2-600）,而普通生物炭（BC600）的比表面积仅为86.8 m2?g-1,KBC600系列的介孔孔容和微孔孔容均显著的高于BC600,介孔孔容平均扩大了16倍,微孔孔容平均扩大了4倍,同时提高了微孔率。经碳酸钾活化的生物炭表面官能团的数量和饱和度发生改变,在1 256 cm-1～3 414 cm-1处,官能团的总体含量均低于普通生物炭,酯类羰基消失,形成氢键的能力减弱,非饱和醚类增加,芳香性和非极性提高,此表面特征更有利于吸附非极性芳香类污染物。对萘吸附的动力学实验表明,BC600和KBC-4-600均适合拟二级动力学模型拟合,经碳酸钾活化后,生物炭的吸附性能提高,颗粒内扩散模型拟合结果表明,经碳酸钾活化后,生物炭内部孔隙复杂程度和数量均得到提高。碳酸钾活化的生物炭表面性质优良,作为高效吸附剂用于修复非极性芳香类污染有很大潜力。     

不同耕作措施下土壤孔隙的多重分形特征

首先利用数字图像处理技术提取了东北黑土区长期免耕(no tillage,NT)和翻耕(moldboardtillage,MT)制度下土壤切片中的孔隙信息,然后应用矩方法研究了两种耕作制度下土壤孔隙结构的多重分形特征。结果表明,免耕降低了表层(0~5 cm)大孔隙度(500μm),但是提高了10~15 cm和20~25 cm深度的孔隙度和大孔隙度。土壤孔隙结构在64~1 024像素尺度上具有多重分形特征。广义维(Dq)和多重分形谱(f(α))及相关参数能够反映切片中孔隙结构的特征。表层土壤孔隙多重分形谱明显右偏,随深度增加趋于对称。在同一深度下,免耕处理的Δα(α-10-α10)和ΔD(D-10-D10)均大于翻耕处理,免耕处理增加了孔隙结构的复杂程度,尤其是10~15 cm和20~25 cm深度下的孔隙结构。     

土壤综合改良措施对科尔沁风沙土保水保肥能力的影响

科尔沁沙地是我国东北部严重的荒漠化土地,也是京津风沙源地之一。为了探讨土壤改良剂组合(黏土、有机肥、腐植酸)对风沙土的改良效果,通过田间小区试验的方法,研究不同用量配比的有机改良材料对风沙土保水保肥性及玉米生长状况的影响。结果表明:土壤改良剂组合在施用黏土、有机肥、腐植酸分别为150 t·hm~(-2)、30 t·hm~(-2)和3.75 t·hm~(-2)时,可以显著提高风沙土的持水性、保肥性,促进玉米植株生长,提高产量,其增加幅度分别为:46.61%、197.59%、36.67%和70.08%。与对照相比,施用土壤改良剂可以显著提高玉米拔节期叶片SPAD值(叶绿素的相对含量),其增幅达69.32%~91.63%。因此,认为黏土、有机肥与腐植酸复合改良剂,有利于维持较高的土壤生产力,同时,对该地区沙土培肥具有重要作用。     

长期不同施肥方式对华北地区温室和农田土壤团聚体形成特征的影响

土壤的团聚状况是土壤重要的物理性质之一,团聚体数量是衡量和评价土壤肥力的重要指标。施用有机肥是提高土壤有机碳(SOC)含量、促进土壤团聚体形成和改善土壤结构的重要措施。本文以华北地区曲周长期定位试验站的温室土壤和农田土壤为研究对象,运用湿筛法,对比研究施用化肥(NP)、有机肥加少量化肥(NPM)、单施有机肥(OM)3种施肥方式对温室和农田两种利用方式土壤水稳性团聚体含量、分布和稳定性的影响,以提示施肥措施对不同土地利用方式土壤水稳性团聚体特征的影响。结果表明:在温室土壤和农田土壤中,OM处理较NP和NPM处理显著降低了土壤容重,增加了土壤有机质含量(P0.05),且在0~10 cm土层中效果最为明显。其中在温室土壤0~10 cm土层,单施有机肥处理(OM1)的土壤容重为1.17 g·cm~(-3),分别较施用化肥(NP1)和有机肥加少量化肥(NPM1)处理降低12.0%和8.6%,OM1的土壤有机质含量为54.81 g·kg~(-1),较NP1和NPM1增加104.8%和35.7%;在农田土壤0~10 cm土层,单施有机肥处理(OM2)的土壤容重为1.19 g·cm~(-3),较施用化肥(NP2)、有机肥加少量化肥(NPM2)分别降低8.5%和7.0%,OM2的土壤有机质为22.67 g·kg~(-1),较NP2、NPM2分别增加23.1%和15.0%。温室土壤和农田土壤中,0~10 cm、10~20 cm和20~40 cm层土壤团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均为OMNPMNP;OM处理下水稳性团聚体的分形维数(D)值最低,NP处理下最大。OM处理显著降低0~20 cm土层内水稳性团聚体的D值,表层0~10 cm土层效果最为明显,土壤结构明显得到改善;相比农田土壤,温室土壤稳定性指标变化最为明显,团聚体结构改善效果最好。土壤有机质含量与0.25 mm水稳性团聚体含量间呈极显著正相关关系(P0.001),说明土壤有机质含量越高,0.25 mm水稳性团聚体的含量就越高,土壤团聚体水稳性越强,土壤结构越稳定。因此有机施肥方式能在补充土壤有机碳库和有效养分含量的同时,显著增加土壤中大团聚体的含量及其水稳性,是提高华北平原农田土壤、尤其是温室土壤结构稳定性和实现土壤可持续发展的有效措施。     

土壤薄片中石英颗粒分布的分形特征

土壤中石英颗粒的粒度分布对揭示母质来源和模拟土壤结构等具有重要意义。本文根据石英的光学性质,利用数字图像处理技术提取土壤薄片中的石英颗粒信息,并应用分形维数来表征土壤薄片中石英颗粒的分布特征。采集免耕和翻耕处理下土壤样品并制作成土壤薄片,利用偏光显微镜和数字图像处理技术提取土壤薄片中石英颗粒,应用Sigma ScanPro5软件统计了石英颗粒的数量、大小和形状等信息,研究土壤薄片中石英颗粒的数量分形特征;并分析了其同石英颗粒数量、面积和平均半径等的关系。结果表明石英颗粒的数量分布具有明显的分形特征,分形维数在1.60～2.18之间,分形维数同薄片中石英颗粒的总面积和平均半径呈负相关。免耕处理下表层土壤石英颗粒的数量分形维数高于底层,而翻耕处理下则呈相反的趋势。免耕和翻耕措施下土壤薄片中石英颗粒的数量分形维数在0～5和10～15cm层次之间没有显著差异,但是在20～25cm层次,翻耕处理分形维数高于免耕处理,说明耕作措施会加速土壤矿物质的风化和破碎并改变石英颗粒在土壤剖面中的分布。     

鄂尔多斯沙地土壤生物结皮的理化性质

本文通过野外取样和室内分析相结合, 对鄂尔多斯沙地不同植物群落下的土壤生物结皮的理化性质进行了初步的研究。研究表明沙地固定的时间越久,其下的生物结皮越多,厚度也越大,结皮的厚度在0.3 ~ 1.5cm之间;在流动沙丘表面形成生物结皮后,结皮中的颗粒组成发生明显的变化,其中0.25 ~ 0.05mm级别的粗砂粒明显减少,而且随着结皮形成的厚度增加,其减少的幅度越大,最大减少的幅度可达30%;随着结皮厚度的增加,结皮的容重也明显增大,室内测定的毛管持水量明显增加,表现出强烈非孔隙吸水现象。但较厚的生物结皮也具有明显的阻水作用,也是导致老固定沙丘植物群落衰退的原因之一。结皮厚度越大,其有机质、全N、全P、速效N、速效P、速效K含量也越高,且以沙地柏下的各种养分含量最高,结皮中的最高有机质含量是流沙的13.5倍(未除去生物残体时),说明生物结皮具有显著的养分富积作用。随着有机含量的增加,其C/N和C/P比呈增加趋势,而pH有轻微的下降趋势。总之,通过对鄂尔多斯沙地生物结皮的初步分析,可以明显看出沙地生物结皮对土壤理化性质有明显的影响,对沙地的生态系统的影响需要进一步研究。     

土壤改良措施对科尔沁风沙土保水性及玉米生长的影响

通过田间小区试验的方法,研究了粘土施加量(0、150、300、600t hm-2)及施用方式(表施、底施)对风沙土保水性及玉米生长状况的影响。结果表明,与对照组相比,在施用方式一致时,粘土施加量在C3(600t hm-2)水平时可以明显提高沙土保水性及玉米的产量,并且施加量在C1(150t hm-2)水平时可以显著地提高玉米叶片的SPAD值以及促进叶枕株高的生长;在粘土施用量(<150t hm-2)较少时,底施的效果更好。     

不同改良措施下砂质土壤肥力的微形态评价——以内蒙古科尔沁沙地为例

本文以内蒙古通辽市科尔沁左翼后旗巴胡塔镇乌旦塔拉村为试验区,选取13个土壤微形态指标,利用Photoshop、土壤切片图像处理分析系统、Image-pro plus 6.0软件对土壤微形态图像进行处理,采用定性、定量相结合的方法对不同改良处理后的砂质土壤肥力进行评价,在此基础上建立了砂质土壤肥力评价的微形态指标最小数据集(MDS)。得出以下结论:与对照组单元1相比,其他各个单元的土壤结构体、粗骨颗粒等微形态特征变化不显著。单元10(黏土、有机肥、腐殖酸施加量分别为3.00×10~5、3.00×10~4、7.50×10~3 kg/hm~2)中土壤黏粒最多、基质比最大、有机物质频率最高;土壤孔隙状况以及毛管孔隙发育最好的单元分别是单元8和单元13(黏土、有机肥、腐殖酸施加量分别是单元8:1.50×105、3.00×10~4、1.125×10~4 kg/hm~2,单元13:7.50×10~4、3.00×10~4、3.75×103 kg/hm~2)。准则层指标土壤基质、土壤孔隙、有机物质、土壤结构体、粗骨颗粒的权重分别为0.336、0.253、0.203、0.124、0.084。砂质土壤肥力评价的最小数据集包括基质比、基质类型、基质颜色、毛管孔隙占比、孔隙类型、有机物质类型、粗骨颗粒平均粒径7个指标,MDS评价结果与原始评价结果呈显著的线性相关关系,因此实际评价砂质土壤肥力时,可以MDS的7个微形态指标代替原始的13个指标。     

不同配肥方案对黑土有机碳含量及碳库管理指数的影响

 【目的】研究减施化学氮肥而相应增施有机肥对土壤有机碳含量及碳库管理指数的影响,寻找最佳的有机无机配比施肥方案。【方法】以黑龙江双城黑土为研究对象,共设5个施肥处理,分别为单施化肥(T1)、施5/6(N)+1/6有机肥(T2)、施4/6(N)+ 2/6有机肥(T3)、施3/6(N)+3/6有机肥(T4)、施2/6(N)+ 4/6有机肥(T5)。选用经典测定方法对各处理进行有机碳、活性有机碳的测定,进而算出碳库管理指数。【结果】施2/6(N)+ 4/6有机肥与施3/6(N)+3/6有机肥土壤有机碳含量和活性有机碳含量分别比单施无机肥高15.7%、6.4%和8.2%、10.9%;施3/6(N)+ 3/6有机肥与施5/6(N)+1/6有机肥碳库管理指数(CPMI)最高,其平均值比施2/6(N)+ 4/6有机肥和单施无机肥处理均高13.0%;单施无机肥、施5/6(N)+1/6有机肥与施3/6(N)+ 3/6有机肥粮食产量平均值高于其它处理9.1%。【结论】有机肥无机肥的不同配比对土壤有机碳、活性有机碳、碳库管理指数及粮食产量均有显著影响,施3/6(N)+ 3/6有机肥的处理能显著提高土壤有机碳、活性有机碳、碳库管理指数及粮食产量,是双城有机无机配肥的最佳方式。