土壤磷酸盐氧同位素分析方法和应用研究进展

在一定温度下磷酸盐和周边水体氧的同位素分馏仅受生物活动控制,因此磷酸盐氧同位素成为生态系统中磷源和磷循环研究的良好示踪剂。介绍了磷酸盐氧同位素研究应用的理论基础和近几年来针对土壤富含有机质,氧元素来源多样的特点发展起来的土壤磷酸盐氧同位素的分析和纯化方法,综述了磷酸盐氧同位素在土壤磷源示踪和磷循环应用研究中的初步进展,并提出目前研究存在的局限和对未来工作的展望。     

模拟条件下土壤硝化作用及硝化微生物对不同水分梯度的响应

以江苏滨海县一植稻土壤为研究对象,在微宇宙培养条件下设置了不同水分处理(最大持水量的30%、60%、90%和淹水2 cm深),研究了硝化作用及硝化微生物对水分变化的响应特征。结果表明:淹水处理显著降低了土壤的氧化还原电位(Eh),但所有处理土壤Eh变化范围为330~500 m V,土壤整体处于氧化态。在每7天向土壤加入10 mg kg-1NH+4-N的连续培养过程中,各个水分处理均观察到明显的NH+4-N降低和NO-3-N累积的现象,60%WHC处理下土壤硝态氮累积最显著和迅速,90%WHC处理次之,随培养时间延长,30%WHC和淹水处理也观察到明显的硝化作用。淹水处理中氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的数量显著高于非淹水处理,且淹水处理中AOB在DGGE图谱上的条带更加清晰明亮,而氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)的群落组成和数量在不同水分处理间无明显变化。表明该土壤中AOB对水分条件变化响应灵敏,是该土壤的硝化作用、尤其是淹水条件下硝化作用发生的主要原因。     

添加尿素和无机盐土对秸秆厌氧消化的影响

向厌氧消化体系加入外源添加剂是一种有效且简单的用于提高产气效率的方法。为了解决秸秆厌氧消化原料转化率低、易酸化、厌氧消化时间长等问题,该文选取尿素和无机盐土作为秸秆厌氧消化的添加剂,研究比较不同添加量对玉米秸秆厌氧消化过程产气特性、发酵环境、微生物活性以及物能转化效率的影响。结果表明,对于出现酸化问题且甲烷菌活性较低的厌氧消化系统,添加尿素和无机盐土有利于缓解酸化并促进微生物生长繁殖,三磷酸腺苷（ATP）峰值时的微生物数量可增加2.76×1011-5.31×1011个/L。添加一定量的尿素和无机盐土可使产气高峰提前,添加10%的无机盐土处理组与纯秸秆处理相比,产气高峰可提前4d;但酸化也会削弱尿素和无机盐土对产甲烷过程的促进作用,添加量越大,削弱效果越显著。研究结果可为秸秆厌氧消化的工程应用提供参考。     

羧甲基纤维素钠对土壤团粒结构及水分运动特性的影响

土壤改良剂的应用研究对改善土壤环境,促进作物生长有着重要意义。该文通过向土壤中添加不同质量的羧甲基纤维素钠(sodium carboxyl methyl cellulose,简称CMC),研究了不同含量的CMC对土壤团粒结构及水分运动的影响。结果表明:随着CMC含量的增大,土壤水稳性团聚体含量增大,土壤分形维数减小,土壤黏粒和粉粒比例减少,砂粒比例增多,黏粒和粉粒均与土壤分形维数呈正相关关系,砂粒与分形维数呈负相关关系,黏粒含量对土壤分形维数影响最为显著,土壤中0.1 mm的颗粒含量减少,而≥0.1 mm的颗粒含量均有不同程度的增加;随CMC含量的增大,土壤的入渗能力减弱,稳定入渗率显著减小,Philip公式中吸渗率减小,Kostiakov公式中的经验系数减小,经验指数增大;随着CMC含量的增大,土壤的持水能力增强,van Genuchten公式中土壤滞留含水率、饱和含水率及与进气值相关的系数均有所增大,形状系数逐渐减小。该研究对可为CMC的田间土壤改良应用提供理论依据。     

滨海盐碱地不同造林树种林地土壤盐碱化特征

采用野外取样与室内分析测试相结合的方法,对不同林地土壤的全盐量、阴阳离子组成、总碱度、p H、电导率、碱化度等指标进行了系统研究。结果表明:对照空地与各林地土壤中均无CO32-存在,造林可明显改变土壤中Na+、Cl-、SO42-、HCO3-等可溶性盐离子的含量,降低土壤全盐含量,造林地土壤阴离子由SO42-+Cl-为主演变为SO42-+HCO3-为主。土壤p H、碱化度和总碱度的变化趋势一致,不同造林地土壤碱化程度以紫穗槐林地最大,柽柳林地次之。土壤全盐含量(y)和电导率(x)间呈极显著线性正相关,故可用电导率计算含盐量进行研究区域的盐渍化程度分级。研究结果可为阐明滨海盐碱地的盐碱化过程、指导土壤改良提供参考。     

协助自然修复微量元素污染酸性土壤研究：8年田间试验

There are many remediation techniques for organic contaminated soils,but relatively few of them are applicable to trace elementcontaminated soils.A field experiment was carried out to investigate assisted natural remediation（ANR） of an acid soil contaminated by As,Cd,Cu,Zn and Pb using one inorganic amendment,sugar beet lime（SL）,and two organic amendments,biosolid compost（BC）and leonardeite（LE）.The experiment was arranged in a completely randomized block design with four treatments in three replicates:1) a non-amended control（NA）;2) SL amended at 30 Mg ha^-1 year^-1;3) BC amended at 30 Mg ha^-1 year^-1 and 4) LE amended at 20 Mg ha^-1 year^-1 plus SL amended at 10 Mg ha^-1 year^-1（LESL）.The amended plots received two doses of each amendment（DO2）:one in October 2002 and another in October 2003.The plots were then divided in half into two subpolts and one subplot received another two doses of the same amendments（DO4） in October 2005 and October 2006.In 2011,the pH values of the amended soils were greater than that of the NA soil,with the SL-amended soil showing the highest pH.Total organic carbon（TOC） was also greater in the amended soil,and greater with DO4 than with DO2.Amendments reduced the concentrations of 0.01 mol L^-1 CaCl₂-extractable Cd,Cu and Zn,especially in the SL-amended soil.Plant cover of colonizing vegetation was enhanced by amendments,but was independent of amendment doses.Changes in soil properties from 2003 to 2011 showed that the first amendment application of DO2 caused a high differentiation between all the amendment treatments and the NA treatment.After the second application of DO2,soil pH and TOC continued increasing slowly.Further two applications of amendments（DO4） caused differences only in the organic treatments.Plant cover increased over time in all the treatments including NA.It could be concluded that the slow and steady natural remediation of this soil could be enhanced by amendment application（ANR）.     

不同类型耕地紫色土中3,5,6-三氯-2-吡啶醇迁移试验与模拟

3,5,6-三氯-2-吡啶醇(TCP)的化学结构稳定、水溶性高、运移能力强,对水体具有潜在的污染风险。在有机质含量低、大孔隙度高、导水性好的紫色土地区,风险更加显著。为研究TCP在紫色中的迁移规律,该研究依据紫色土的典型耕作类型,在中国科学院盐亭国家紫色土农业生态试验站采集3组土样(小麦-玉米轮作的坡地、水稻-油菜轮作的水旱农田和萝卜-白菜套种的菜地),通过批量平衡法研究紫色土对TCP的吸附特征,并采用稳定流场饱和均质土柱的易混合置换试验研究TCP的动态迁移过程,最后对其迁移动态进行模拟。结果表明:紫色土对TCP的吸附特征呈线性,在坡地、水旱农田和菜地中的吸附系数分别为1.94、1.22和1.02 L/kg,且黏土含量和矿物组成是主要影响因子;TCP的出流平衡浓度分别为初始浓度的77%(坡地)、84%(水旱农田)和92%(菜地),相应的平衡时刻分别为2.88PV、4PV和6.5PV,表明TCP对环境的污染风险较高;用非平衡两点对流弥散模型模拟TCP在3种耕作条件下迁移,表明TCP以瞬时吸附为主,其水动力弥散系数和分形系数在坡地、水旱农田和菜地中依次减小,但一阶动力学常数依次增大。研究结果为探索TCP在紫色土壤中的迁移机制和预测防止TCP对环境的污染提供了参考依据。     

基于GIS的东北黑土区土壤侵蚀模数计算

为了监测及评估我国东北黑土区土壤侵蚀现状,在地理信息系统技术的支持下,应用CSLE模型,结合0.5 m分辨率的World View遥感影像,定量估算黑龙江省克山县古城小流域的土壤侵蚀量。结果表明:1)研究区的土壤侵蚀强度为轻度侵蚀,侵蚀区主要集中在该区的西北、东北和中南部地区;2)当坡度<20°时,土壤侵蚀程度较低,当坡度>20°时,土壤侵蚀较严重,此外坡度还能通过影响耕作措施的方式对土壤侵蚀强度产生间接作用,而水土保持措施因子和生物措施因子同样对土壤侵蚀区的分布范围及强度影响较大。研究结果对我国东北地区防治水土流失、减少河流泥沙、改善和恢复黑土肥力具有重要意义。     

不同覆盖方式对中度盐渍土壤的改良增产效应研究

地膜与秸秆覆盖是干旱半干旱地区防治土壤次生盐渍化,提高土壤水分利用效率的重要措施。为探索不同地面覆盖方式在盐渍土壤的应用效应及机理,在内蒙古河套灌区中度含盐土壤进行田间试验,试验共设7个处理:玉米粉碎秸秆覆盖量9 000 kg·hm-2(F0.9)、玉米粉碎秸秆覆盖量6 000 kg·hm-2(F0.6)、玉米整秆覆盖(YZ)、葵花整秆覆盖(KZ)、新地膜覆盖(DM)、地膜二次使用免耕(MG)、未覆盖(CK),研究不同地面覆盖方式对中度盐渍化向日葵农田的土壤水盐运动、向日葵产量和种植经济效益等影响,分析不同覆盖措施的改良增产效应。结果表明:在0~5 cm土层,处理F0.9、YZ、DM的含盐量收获后较播前降低,土壤表层脱盐,而MG、F0.6、KZ、CK土壤表层积盐。0~20 cm土层,土壤含盐量收获后与播前相比,处理F0.9、DM土壤耕层脱盐,而F0.6、YZ、MG、KZ、CK在土壤耕层积盐。各覆盖处理主要影响0~20 cm的土壤含盐量,随着土壤深度的增加,覆盖层因素对土壤含盐量的影响趋于一致。耕层土壤含盐量相比较,F0.9的含盐量最低,抑盐效果最好,DM与F0.6抑盐效果相近,不同秸秆覆盖处理间,F0.9、F0.6强于YZ、KZ,地膜覆盖之间,DM强于MG。在0~5 cm土层及0~20 cm土层,DM的生育期平均土壤含水率高于秸秆覆盖处理,粉碎秸秆覆盖(F0.9、F0.6)的生育期平均土壤含水率高于整秆秸秆覆盖(YZ、KZ)。处理DM、F0.9较CK显著提高了向日葵生育期内0~100 cm土壤储水量均值,F0.9、DM处理显著降低了0~100 cm土壤储水量变异系数,在生育期内保持了较稳定的土壤墒情。各覆盖处理均较CK显著增产,各处理产量效应是:DMF0.9YZF0.6MGKZCK。覆盖措施通过改善农田小环境提高了作物水分利用效率,DM、F0.9、YZ处理的作物水分利用效率显著高于其他处理。处理DM、MG、YZ、F0.9、F0.6的产投比显著高于CK,增收效果明显,DM和MG的纯收入及产投比显著高于秸秆覆盖处理。对于中度盐渍化耕地,新地膜覆盖DM是最有效的覆盖方式,秸秆覆盖处理中,F0.9为最优覆盖方式,与其他覆盖处理相比较,KZ处理的保墒、抑盐、增产等效果较差,因此向日葵秸秆不适合用作地面覆盖材料。结果可为覆盖技术在内蒙古河套灌区农业生产中的应用提供理论与技术支持。     

一种基于NIR-RED光谱特征空间的干旱监测新方法

土壤水分作为干旱监测的重要指标,一直是干旱遥感监测研究的重要内容。本研究利用MODIS数据的EVI、红波段反射率、近红外波段反射率数据构建了基于Nir-Red反特率光谱特征空间的EPDI模型进行土壤水分的反演。利用野外同步测量数据对PDI、MPDI、EPDI三种干旱指数模型获取的拉萨河流域土壤水分进行了验证和对比分析,研究结果表明EPDI能够更准确地反演土壤水分,其样本点的相对误差仅为0.1040,线性相关系数为0.9181,反演精度相比PDI、MPDI(0.1646、0.1472)分别提高了36.83%和29.35%,为利用遥感影像数据进行大尺度的干旱动态监测提供了新途径。并且相比MPDI,EPDI模型参数更容易获取,模型构建受人为因素影响小,从而为模型的大范围推广提供了可能,具有很好的应用意义。