黄土高原植被恢复过程中土壤表面电化学性质演变特征

土壤胶体表面所带电荷是土壤具有一系列物理、化学性质的根本原因。表面电荷数量、比表面积、表面电荷密度、表面电场强度以及表面电位是土壤胶体颗粒重要性质,影响土壤中物理、化学、生物化学过程。运用带电颗粒表面性质联合分析法,测定黄土高原子午岭地区不同植被类型下土壤表面电荷性质,研究自然植被恢复过程对土壤表面电荷性质的影响。结果表明:随着植被的演替,子午岭林区土壤表面电荷数量、比表面积、表面电荷密度均随植被的恢复增加,变化范围分别为10.88～19.85 cmol·kg~(–1)、40.67～61.71 m~2·g~(–1)和0.22～0.31 c·m~(–2),平均值分别为16.18 cmol·kg~(–1)、54.88 m2·g~(–1)和0.28 c·m~(–2),土壤表面电场强度达108 V·m~(–1)数量级;土壤黏粒、有机碳含量是影响表面电荷性质的主要因素,解释率分别为62.5%和27.9%;土壤基本性质对表面电荷性质的影响由强到弱依次为:黏粒、有机碳、砂粒、全氮、C/N、粉粒、碳酸钙、pH。研究结果对于进一步认识黄土高原土壤颗粒表面性质,加深理解土壤中发生的一系列物理化学过程具有重要意义。     

炭肥比和膨润土粘结剂对炭基肥颗粒理化及缓释特性的影响

为探究炭肥比和膨润土粘结剂对生物炭基肥理化及缓释特性的影响,以生物炭为基底,分别制备了炭肥比1:4,膨润土粘结剂质量分数为20%、15%、10%、5%和粘结剂质量分数10%,炭肥比为1:6、1:5、1:4、1:3的柱状尿素和氯化钾生物炭基肥颗粒,分析了生物炭基肥颗粒的理化及缓释特性。结果表明,在炭肥比为1:4条件下,膨润土粘结剂质量分数越高,生物炭基肥微观结构越紧密,力学和缓释特性越好,质量分数为20%时,氯化钾和尿素生物炭基肥平均抗压强度分别为286.78和281.27 N,前3天养分淋出率分别为45.53%和36.87%。在膨润土粘结剂质量分数为10%条件下,炭肥比越高,生物炭基肥缓释性能越好,炭肥比为1:3时,氯化钾和尿素生物炭基肥前3天养分淋出率分别为42.06%和40.32%。同时,氯化钾生物炭基肥表面孔隙先增后减,炭肥比为1:6和1:3的平均抗压强度分别为271.25和282.42 N。尿素生物炭基肥内部结构中孔隙变多,炭肥比为1:6时,平均抗压强度为最大值267.84 N。综合考虑,满足中等肥料浓度要求时,膨润土粘结剂质量分数为20%、炭肥比为1:4或膨润土粘结剂质量分数为10%、炭肥比为1:3的生物炭基肥成型配方较优。     

生物炭对不同酸化水平稻田土壤性质和重金属Cu、Cd有效性影响

针对南方稻田土壤酸化严重,导致养分流失有毒重金属活化,严重影响稻米质量安全的重大现实问题。以水稻秸秆和谷壳等农业废弃物为原料制备生物炭(分别记为RSC和RHC),研究不同原料生物炭对酸化土壤改良及其对重金属有效性的影响。设置3个生物炭用量(0,20,50 g/kg,分别记为CK、C1、C2),4种土壤酸化水平(pH 4.01,4.25,4.33,4.58,分别记为L1、L2、L3、L4),生物炭与重金属污染土壤共同培养60天后测定土壤pH、全氮、有机质、有效磷、速效钾和有效态Cu、Cd含量。结果表明:RSC对酸化土壤pH的改良效果明显优于RHC,且施炭量越高提高幅度越大,RSC的C2处理使4种酸度水平的土壤pH分别提高了0.68,0.97,1.29,1.71个单位。2种生物炭均能提高土壤的全氮、有效磷、速效钾和有机质含量,其中各施炭处理有机质显著提高,尤以速效钾的增幅最为显著,RSC对4种养分的提高均优于RHC。RHC对土壤有效态Cu含量无显著影响;RSC的C2较C1处理更能降低土壤中有效态Cu含量,使4种酸度水平的土壤分别降低了13.62%,6.57%,4.36%,7.88%。RHC处理的L3、L4土壤中有效态Cd含量显著降低,最大分别降低了13.79%,19.23%。RSC使4种酸度土壤有效态Cd含量最大分别降低了20.00%,25.81%,20.69%,19.23%。相关分析表明,土壤pH与有效态重金属含量呈显著负相关关系。水稻秸秆炭用于改良酸化土壤、降低重金属Cu和Cd有效性的效果更佳,且降低污染土壤中Cd的有效性较Cu好;生物炭对酸化程度越低的土壤pH和有效磷含量的提高以及有效态Cd含量的降低效果较好,而有效态Cu含量的降低效果则在酸化程度越高的土壤中表现更佳;土壤pH是生物炭调控重金属Cu、Cd有效性的主要影响因素。     

猪粪施用量对红壤旱地理化性质及酶活性的影响

为研究猪粪的合理施用及其对红壤旱地地力提升的效应,利用在第四纪红壤旱地中连续3年分别施用0、7.5、15、30、45 t·hm~(-2)猪粪的小区定位试验,比较不同处理下菠菜和玉米地上部生物量、土壤相关理化性质、碳氮磷循环相关酶活性的差异。结果表明:菠菜和玉米地上部生物量、土壤有机质、土壤全量和速效态氮磷钾含量均随猪粪施用量的增加呈线性增加。当猪粪施用量达45 t·hm~(-2)时菠菜、玉米平均地上部生物量分别达到11.48、20.84 t·hm~(-2),土壤有机质和全氮、全磷含量分别达14.6、1.07、0.73 g·kg~(-1),土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量分别达85.47、106.9、411.7 mg·kg~(-1),但与猪粪施用量为15和30t·hm~(-2)时土壤养分含量的差异不显著,而土壤中与碳氮磷循环相关的6种酶活性则与猪粪施用量呈线性相关,且在施用量为30或45t·hm~(-2)时出现显著差异;6种酶活性与土壤有机质、养分含量间均具有显著或极显著正相关关系。研究结果显示,第四纪红壤旱地在本试验猪粪施用量范围内,土壤有机质和养分含量、酶活性等指标均随施用量的增加而相应提高,作物地上部生物量亦呈线性增加,但同时须注意土壤速效态养分含量过高可能带来的氮磷流失加剧等问题。     

植物根系对土壤团聚体形成作用机制研究回顾

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,土壤水力侵蚀的微观描述即为土壤团聚体的破裂过程。研究表明:植物根系可以改变土壤的力学以及水文特征,促进土壤团聚体的形成和稳定。因此,对近20年国内外的相关研究成果进行较为系统的回顾,从根系对土壤团聚体的物理、生物、电化学作用3个研究视角,分析了植物根系对土壤团聚体形成的作用机制,提出了现有研究中存在的问题及研究趋势,这对深入认识植物根系对土壤团聚体的影响及其作用机制、发展根-土相互作用的土壤侵蚀过程模型具有重要的意义。     

施肥对灌漠土作物产量、土壤肥力与重金属含量的影响

有机物还田是提升土壤肥力的主要措施,但也存在造成土壤金属污染的潜在风险。为查明不同有机物还田对土壤质量及作物产量的影响,本文通过长期定位试验,研究了无肥对照、常规施化肥(氮磷配施)以及70%常规化肥与牛粪、沼渣、污泥、鸡粪、菌渣和猪粪配施对土壤理化性状、有机碳和氮的固存率、氮磷钾活化系数、作物产量及重金属含量的影响。结果表明:牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪与70%化肥配施虽作物产量与常规施化肥相似,但6种有机物处理土壤有机质、全氮和碱解氮含量都较常规施化肥处理显著增加,污泥、鸡粪和猪粪处理土壤全磷与速效磷含量较常规施化肥处理显著增加,而且牛粪、沼渣、鸡粪和猪粪处理的速效钾、土壤磷活化系数和土壤钾活化系数较常规施化肥处理也显著提升。牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪处理土壤有机碳固存率为36.42%～71.61%,较常规施化肥处理都显著提高;而其氮固存率为6.47%～49.44%,仅有菌渣处理与常规施化肥处理差异不显著,而其他处理较常规施化肥处理显著增加。长期施鸡粪和菌渣处理的土壤铜含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为4.17mg·kg~(-1)和14.2mg·kg~(-1);而污泥、鸡粪和菌渣处理的土壤锌含量较常规施化肥处理显著增加,增加量分别为13.53 mg·kg~(-1)、22.60 mg·kg~(-1)和49.73mg·kg~(-1)。综上,等有机质(4 500kg×hm~(-2))的牛粪、沼渣、污泥、菌渣、鸡粪和猪粪可替代30%氮磷肥,作物产量不受影响;不同有机物培肥土壤效果为污泥、鸡粪和猪粪优于牛粪和沼渣,而沼渣的培肥效果略差。为保证土壤环境质量稳定不恶化,种植小麦时有机物铜和锌的年携入量应分别低于53.01g×hm~(-2)和221.30 g×hm~(-2),而种植玉米时应分别低于153.40 g×hm~(-2)和347.04 g×hm~(-2)。     

基于地理探测器的农业文化遗产地人均纯收入差异驱动力研究——以赤峰市阿鲁科尔沁旗为例

农业文化遗产的保护与发展是当前多个学科领域的学者广泛关注的热点话题。欲实现农业文化遗产地的可持续发展,结合产业、地域环境等因素协调其所在地的经济收入是重要环节之一。本文以中国重要农业文化遗产地——赤峰市阿鲁科尔沁旗为例,基于空间分析方法——地理探测器,结合产业发展、资源配置和地形特征等可能产生人均纯收入差异的空间因子,对我国农业文化遗产地人均纯收入差异驱动力进行分析和阐释,旨在为农业文化遗产地资源调控及经济建设政策制定提供科学依据。研究结果表明,研究区第一产业类型和二三产业发展程度是造成当地人均纯收入差异的关键驱动力;交通便利程度、水资源供给能力、高程和国家级自然保护区的设立也在一定程度上拉开了当地人均纯收入差距;并且这4个因子与前2个产业因子对人均纯收入空间分布的影响存在显著差异。进而得出以畜牧业为主的农业生产方式(q=0.30)以及二三产业从业人数比例较小(q=0.37)是限制阿鲁科尔沁草原游牧系统所在地巴彦温都尔苏木收入水平的主要因素,交通不便(q=0.11)及海拔较高(q=0.15)等地域环境特征也在一定程度上拉开了巴彦温都尔苏木与周边区域的人均纯收入差距。基于此,本研究认为当地的下一步发展应重视以下3个方面:1)在保护农业文化遗产的同时适当发展传统畜牧业转型;2)将农业文化遗产打造为特色品牌进而推动特色农产品和特色旅游的发展;3)加强基础设施建设,为产业发展做足准备。     

红壤侵蚀区不同地层背景马尾松林土壤理化特性及细菌多样性

[目的] 揭示土壤理化特性与细菌丰度之间的内在关系,为红壤侵蚀区马尾松林水土流失分区精准治理提供参考。[方法] 以福建省长汀县红壤侵蚀区马尾松林为研究对象,选择侏罗系中统漳平组中段(J₂Z²)、侏罗系中统漳平组下段(J₂Z¹)、侏罗纪燕山期早期侵入岩(γ₅^{2(3) c})、第四系全新统(Q_h)4种地层背景,分析测定不同地层背景马尾松林土壤理化特性和细菌群落组成及多样性。[结果] 不同地层背景马尾松林土壤理化指标整体表现为：J₂Z¹＞J₂Z²＞Q_h＞γ₅^{2(3) c};土壤养分含量各地层背景各有丰缺,J₂Z¹地层背景土壤有机质含量大于其他地层,Q_h地层背景氮含量大于其他地层,而γ₅^{2(3) c}地层背景磷和钾含量较高;4种地层背景土壤细菌差异操作分类单元(OTU)数目表现为：Q_h＞J₂Z²＞J₂Z¹＞γ₅^{2(3) c},分别占总OTU数目的21.62%,18.29%,16.79%,12.08%;细菌群落多样性表现为：J₂Z²＞Q_h＞γ₅^{2(3) c}＞J₂Z¹;J₂Z¹地层和Q_h地层土壤细菌多样性与土壤含水率和土壤pH值正相关,J₂Z²地层与土壤容重以及全磷含量正相关,γ₅^{2(3) c}地层与土壤钾含量和速效氮含量正相关。[结论] 红壤侵蚀区不同地层背景马尾松林土壤理化特性存在一定差异,在植被恢复过程中应考虑地层背景因素进行分区治理,细菌对不同地层背景土壤性质具有一定指示作用。     

基于空间模拟退火算法的最优土壤采样尺度选择研究

以研究区0.5 km×0.5 km(尺度a)网格的7050个样点为基础,分别得到1 km×1 km网格的1757个样点(尺度b),2 km×2 km网格的444个样点(尺度c),4 km×4 km网格的110个样点(尺度d),以土壤有机质(SOM)为目标属性,运用模拟退火算法对4种采样尺度的土壤样点进行优化选择,确定区...     

楠杆自然保护区不同植被类型土壤物理特性及涵养水源功能分析

为了研究楠杆自然保护区不同植被类型的土壤物理性质与涵养水源功能,选择了保护区6种典型的植被类型（落叶阔叶林、针阔混交林、针叶林、灌木林、竹林和草坡）下的土壤物理性质、土壤蓄水能力和土壤渗透能力等进行了研究,运用综合评价法对不同植被类型进行了综合评价。结果表明:6种不同植被类型的土壤密度为0.97 1.55 g/cm³,土壤总孔隙度为35.73%～69.25%,最大持水量为357.32~692.45 g/kg。不同植被类型的土壤物理性质、土壤蓄水能力和渗透能力有明显差异。综合评价分析表明:在不同植被类型中,落叶阔叶林（∑P_i²=0.468）土壤水源涵养功能最好,其次是竹林（∑P_i²=0.784）、针阔混交林（∑P_i²=0.914）、针叶林（∑P_i²=0.984）、灌木林（∑P_i²=1.005）,没有植被覆盖的草坡（∑P_i²=1.431）上的土壤水源涵养功能综合能力相对较差。