Variation in glomalin in soil profiles and its association with climatic conditions,shelterbelt characteristics,and soil properties in poplar shelterbelts of Northeast China

Glomalin-related soil protein(GRSP)sequesters large amounts of carbon and plays important roles in maintaining terrestrial soil ecosystem functions and ecological restoration;however,little is known about GRSP variation in 1-m soil profiles and its association with stand characteristics,soil properties,and climatic conditions,hindering GRSP-related degraded soil improvement and GRSP evaluation.In this study,we sampled soils from 1-m profiles from poplar(Populus spp.)shelterbelts in Northeast China.GRSP contents were 1.8–2.0 times higher in the upper 40 cm soil layers than at 40–100 cm.GRSP-related soil organic carbon(SOC)sequestration in deeper soil layers was*1.2 times higher than in surface layers.The amounts of GRSP-related nutrients were similar throughout the soil profile.A redundancy analysis showed that in both surface and deeper layers,soil properties(pH,electrical conductivity,water,SOC,and soil nutrients)explained the majority of the GRSP variation(59.5–84.2%);the second-most-important factor in GRSP regulation was climatic conditions(temperature,precipitation,and altitude),while specific shelterbelt characteristics had negligible effects(<5%).Soil depth and climate indirectly affected GRSP features via soil properties,as manifested by structural equation model analysis.Our findings demonstrate that GRSP is important for carbon storage in deep soils,regardless of shelterbelt characteristics.Future glomalin assessments should consider these vertical patterns and possible regulating mechanisms that are related to soil properties and climatic changes.     

中国水土流失问题的初探

长期以来,水土流失直接威胁着人们赖以生存的环境,在所有的生态破坏中,水土流失称之为“环境破坏第一杀手”。针对我国山地丘陵面积大、地质条件复杂、人为破坏加速、水土流失严重的实际情况,通过丰富的历史资料和整治经验及野外工作所积累的大量数据分析,以生态恢复学为指导,总结了水土流失的基本特点,研究了水土流失治理与经济可持续发展的关系,探讨了水土流失给生态安全造成的巨大危害,展望了水土保持的预期目标,根据中国的实际情况,提出了综合治理的基本思路。     

黄山风景区步道土壤理化性质变化特征分析

步道作为旅游景区重要的基础设施之一,是旅游活动冲击的主要对象,尤其以步道两侧土壤环境受影响最为显著。在黄山风景区内选择7条主要步道,设置14条调查样带,每条样带按照距游道远近依次选取5个连续样方,每个样方的面积设置为1 m×1m。在野外调查和实验室分析的基础上,采用多重比较等方法并建立土壤影响指数模型来探讨旅游活动对黄山风景区土壤环境的影响程度和规律。结果显示:旅游活动对土壤的硬度、pH值、有机质、全磷、全钾等因子的变化有显著的影响,其受影响范围主要集中在距步道4m内;由于游客访问比例不同,不同步道受影响的程度有明显差异,其中以玉屏景区和北海景区受影响较为严重,天海景区和西海景区次之,上山道和下山道受影响最小。     

长期试验土壤理化性质和微生物量的研究进展

通过分析、总结长期试验的研究进展,研究长期试验的特点、意义和研究内容,综述了长期试验对土壤理化性质、土壤微生物量的影响,有助于该学科研究的纵深发展与广泛利用.目前,长期试验通常采取2种方法,分别是“长期”和“定位”,其具有时间的长期性和气候的重复性等特点,能够克服各种生态因素差异对试验带来的影响和制约;其与土壤理化性状和微生物特性等关系密切,对研究农业生产有着重要的科学价值,为不同措施对土壤性质的影响提供研究场所.     

Soil bacterial characteristics between surface and subsurface soils along a precipitation gradient in the Alxa Desert,China

Bacteria in desert soil have unique phylogeny and important ecological functions, and theirresponses to changes in precipitation need further attention. However, relevant studies have mainlyfocused on the surface soil, and studies on the responses of bacteria at different soil depths to variationsin precipitation are rare. Thus, we used 16S rDNA high-throughput sequencing to investigate the changesin soil bacterial distribution along a mean annual precipitation gradient (50–150 mm) in the Alxa Desert,China, and compared the variation characteristics in the surface soil layer (0–10 cm) and subsurface soillayer (10–20 cm). Results showed that soil bacterial communities significantly changed along theprecipitation gradient in both soil layers. However, the subsurface soil layer could support bacterialcommunities with higher diversity and closer internal relationships but more internal competition than thesurface soil layer. Additionally, compared with the surface soil layer, variations in diversity andco-occurrence patterns in the subsurface soil layer were more in line with the changes in the mean annualprecipitation, while bacterial community structure was less variable in the subsurface soil layer. Comparedwith the mean annual precipitation, soil moisture had little influence on the structure and diversity of soilbacterial community but had a high correlation with intercommunity connectivity. Therefore, soilmoisture might play a complex role in mediating environmental conditions and soil bacterial communitycharacteristics. Due to the different responses of surface and subsurface soil bacteria to the changes inprecipitation, it is necessary to distinguish different soil layers when predicting the trends in desert soilbacterial conditions associated with precipitation, and prediction of subsurface soil bacteria may be moreaccurate.     

基于FEM-SPH耦合的卷辊式耕层残膜回收部件结构优化与试验

针对棉田耕作层内残膜力学性能差及膜土分离困难,残膜拾净率低和回收的残膜含土量高等问题,该研究对卷辊式残膜回收部件进行优化。在分析起膜捡膜工作过程和建立卷辊弹齿与膜土团聚体之间动力学关系的基础上,采用有限元法(finite element method,FEM)和光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)耦合算法,建立卷辊弹齿-膜土团聚体接触计算模型,探究卷辊弹齿与膜土团聚体之间相互作用机理,分析卷辊弹齿接触膜土团聚体后残膜受力程度和土壤扰动程度的变化规律。以卷辊回转半径、弹齿直径、弹齿顶端折弯角为试验因素,以残膜平均峰值应力及土壤最大应变为指标开展仿真试验,分析各因素对指标的影响规律并对卷辊弹齿结构参数进行优化,获得卷辊弹齿最优结构参数为：卷辊回转半径100 mm、弹齿直径5 mm、弹齿顶端折弯角42°,此时残膜平均峰值应力为0.1201 MPa,土壤最大应变为3.7584。为了验证优化后卷辊弹齿的捡拾作业性能,以拾净率和含土率为试验指标进行田间试验,结果表明：机具拾净率为80.34%,含土率为37.13%,与初代研制的样机相比拾净率提升了8.74个百分点,含土率下降了12.18个百分点,机具作业性能明显提升且试验指标达到设计要求。本文建立的有限元模型可为残膜回收机关键部件的结构优化提供参考。     

双针热脉冲测定冻土热特性的数值模拟方法

使用双针热脉冲(dual probe heat pulse, DPHP)测定冻土热特性时施加热脉冲后会导致加热探针周围的冰融化,使用目前常用的仅考虑热传导（忽略融化相变、冰水两相分界面）的解析解处理DPHP温度数据,会导致在-5 ℃至0 ℃温度范围内无法准确测量热导率 (λ) 和比热 (C_v)。为了能够准确测定冻土的 λ 和 C_v,有必要考虑DPHP加热过程中引起的冰融化的相变潜热。该研究基于COMSOL仿真软件模拟了考虑相变潜热、相变区间以及移动冰水界面的DPHP测量过程,采用随温度非线性变化的真实冻土热特性进行模拟,并与真实冻土的DPHP测量数据对比。结果表明：1）COMSOL仿真在不考虑相变条件下与无限线性热源模型结果完全吻合（R² = 0.9989）;2）当土壤初始温度低于-5 ℃时,考虑相变发生的COMSOL仿真能够准确模拟试验结果,表现出较高的相关性（R² > 0.93）,在-2 ～ 0 ℃的土壤初始温度范围内,无限线性热源模型的结果与试验测量显著偏离（R² < 0.0013）;3）在不同土壤初始温度下,相变温度为-1.5 ～ -0.5 ℃的仿真结果与试验数据具有较高的相关性（R² > 0.7）。本研究结果检验了有限元仿真用于真实冻土DPHP研究的可行性,可为准确预测冻土热特性的研究提供方法。     

长期深耕秸秆还田配施生物炭对砂姜黑土团聚体及小麦-玉米产量的影响

为探究耕作方式、秸秆还田和生物炭添加结合对土壤团聚体粒径分布、团聚体养分特征、养分库储量及小麦-玉米周年产量的影响,本研究采用3因素2水平试验设计,分别为耕作方式：常规旋耕（CT）,深翻耕作（DT）;秸秆处理：秸秆还田（S）、秸秆不还田（NS）;生物炭：生物炭添加（B）、无生物炭添加（NB）,共8个处理。结果表明：无生物炭添加时,旋耕秸秆还田显著提高了0~15 cm土层团聚体稳定性及土壤养分库储量,而深耕秸秆还田显著改善了>15~30 cm土层土壤团粒组成,提升土壤肥力,促进作物增产。相关性分析表明,砂姜黑土中作物产量的提升更依赖于深层（>15~30 cm）土壤物理结构的改善和土壤肥力的提升。配施生物炭后如DT-S-B（深耕秸秆还田配施生物炭）较CT-NS-NB（旋耕秸秆不还田无生物炭）处理尤其使>15~30 cm土层团聚体稳定性显著增强,>2 mm粒级团聚体比例、重量平均直径和几何平均直径值分别增加165.88%、62.37%和119.81%,显著提高>2 mm粒级团聚体有机碳、全氮和全磷含量,提高了>2 mm粒级团聚体有机碳和养分固持能力,降低了<2 mm粒级团聚体有机碳和养分固持能力,使>15~30 cm土层土壤有机碳库储量、全氮、全磷和全钾库储量分别显著提升37.41%、38.99%、41.26%和9.84%,促使2年作物周年产量平均增加22.96%,但在深耕秸秆还田的基础上配施生物炭在短期内增产效果不显著。综上,深耕秸秆还田配施生物炭能够显著改善黄淮海南部砂姜黑土深层土壤团聚体粒径分布和稳定性,提升了土壤肥力和作物周年产量,保障了农田高效绿色可持续生产。     

有机肥配施荧光假单胞菌肥对玉米产量与复垦土壤磷素有效性的影响

复垦土壤贫瘠,磷素含量极低,严重影响作物的生长发育。研究化肥、有机肥配施荧光假单胞菌对玉米产量和复垦土壤磷素形态以及酶活性的影响,为加速培肥矿区复垦土壤提供技术支持和理论依据。该研究在山西省晋中市采煤塌陷区进行了2a的定位培肥试验,共设置7个处理：不施肥（CK）、单施化肥（CF）、化肥配施荧光假单胞菌（CFB）、单施有机肥（M）、有机肥配施荧光假单胞菌（MB）、化肥配施有机肥（MCF）、化肥有机肥配施荧光假单胞菌（MCFB）。采集各处理土壤样品测定相关指标,并通过相关性分析和结构方程模型来探究各形态磷与有效磷以及土壤磷酸酶之间的关系。结果表明：1）在整个试验周期（2021—2022年）,与CK相比,不同施肥处理均能显著提高玉米产量以及各形态磷素。其中,以MB处理下的玉米产量、有效磷、磷活化系数、不稳定态磷以及部分不稳定态磷含量最高,与CK处理相比,玉米产量显著提高2.4倍,有效磷含量、磷活化系数值、不稳定态磷含量、部分不稳定态磷含量分别显著提高4.5倍、4.67倍、0.98倍、1.16倍。2）与CK处理相比,化肥、有机肥配施荧光假单胞菌能够显著提高土壤微生物量磷以及酸性和碱性磷酸酶活性,配施荧光假单胞菌后,微生物量磷水平和碱性磷酸酶活性均以MB较M处理提升效果最佳,分别显著提高27.08%和9.56%。3）结合相关性分析以及结构方程模型,随着荧光假单胞菌和化肥有机肥的施入,在提高不稳定态磷素含量的同时也提高有效磷的供应能力,促进磷素在农田生态系统中的循环转化,产生积极的正向影响。化肥、有机肥配施荧光假单胞菌能够一定程度上影响复垦土壤玉米产量及产量性状、各形态磷素及有效性和微生物活性,对复垦土壤脆弱的农田生态系统产生积极影响。     

膜孔灌肥液自由入渗硝态氮运移特性试验研究

以KNO3为入渗溶液,模拟研究了硝态氮在膜孔灌肥液自由入渗条件下的运移过程.结果表明,在湿润蜂运移的范围内,沿着膜孔水平方向和垂直方向,硝态氮前锋运移速率受土壤含水量的影响较大,并随着土壤含水量的增加而增加;硝态氮前锋运移速率与运移距离有很好的相关性,并随着运移距离的增加呈幂函数衰减变化.硝态氮前锋浓度随着运移距离的增加而升高,其变化趋势呈指数曲线关系,且在湿润锋(土壤干湿交界)面上达到最大值;硝态氮前锋浓度随土壤含水量的增加呈幂函数递减,两者的相关系数也达到了极显著水平.