利用最小水分限制范围评价东北黑土区免耕和垄作的土壤水分稳定性

为明确耕作方式对黑土土壤水分稳定性的作用,提高黑土区雨养农业对气候变化的适应性,该研究基于黑土区长期免耕定位试验,利用最小水分限制范围(Least Limiting Water Range, LLWR)评价免耕(NT)和垄作(CT)管理下土壤含水率有效性及其变异特征。结果表明:1)在0～5、5～10、10～20和20～40 cm 4个土层中,NT处理显著降低了5～10 cm的LLWR,其他3个土层LLWR差异均不显著;2)在平水年(2014)、枯水年(2015)和丰水年(2016),NT管理下作物生育期内0～40 cm平均土壤含水率正常率分别为48%、72%和85%,年间变异系数为0.23;CT的土壤含水率正常率分别为56%、20%和51%,年间变异系数为0.38;3)在丰水年,NT与CT的平均有效储水量差值最小,NT比CT高8.95mm;在枯水年相差最大,NT的平均有效储水量比CT高13.99mm。因此,NT管理下土壤水分更稳定地分布在LLWR内,在极端降雨年份(枯水年和丰水年)优势尤其明显。     

黄河三角洲不同土地利用类型土壤微观结构特征

黄河三角洲不同土地利用类型盐碱土微观结构的研究,对认识该地区盐碱土的工程性质和对滨海盐碱地治理具有重要意义。该研究结合粒度分析(particle size distribution,PSD)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、压汞(mercury intrusion porosimetry,MIP)和扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)方法,对3种不同土地利用类型盐碱土的微观结构进行定量分析,旨在揭示其微观特性,为黄河三角洲盐碱地治理提供微观理论依据。结果表明:不同土地利用类型下的土壤黏粒含量表现大小依次为农田、滩地、草地,而土壤孔隙度大小依次为草地、滩地、农田;农田、草地与滩地盐碱土矿物成分中,石英、方解石和钠长石等原生矿物占绝对优势,仅含少量黏土矿物,且农田黏土矿物含量远大于草地与滩地;草地与滩地盐碱土孔隙特征类似,两者在0.1≤孔隙直径<10μm范围内小孔隙与微孔隙占有绝对优势,而农田盐碱土以孔隙直径在<2μm范围内的微孔隙与超微孔隙为主。农田盐碱土由致密片状、扁平状结构与微裂隙构成,骨架颗粒间由黏土矿物胶结;草地盐碱土由紧密镶嵌的块状颗粒和架空孔隙构成,骨架颗粒间无胶结;滩地盐碱土由紧密堆积的粒状颗粒和粒间孔隙构成,骨架颗粒间无胶结。研究成果可提高对黄河三角洲不同土地利用类型盐碱土微观结构的认识,为滨海盐碱地的治理、利用和开发提供了微观尺度上的依据。     

糠醛渣改良土壤增强苕子对盐碱土的适应性

科学合理的盐碱土改良措施对植物在盐碱土上适应性栽培具有重要的科学意义与应用价值。该研究旨在通过施用糠醛渣探讨盐碱土土壤特性及植物生长适应性栽培研究,为糠醛渣在盐碱土的合理使用提供科学依据。试验按土壤质量为基数确定糠醛渣的用量,试验由添加量0、5%、10%糠醛渣的盐碱土3个处理组成,温室条件下进行盆栽试验。结果表明,施用糠醛渣不仅降低盐碱土pH和含盐量,而且显著提升了土壤微生物多样性Sobs和Shannon指数,降低了simpson指数降低。主要表现在变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和绿弯菌门(Chloroflexi)成为优势菌门。施用糠醛渣增加了苕子叶片中叶绿素、可溶性糖含量和脯氨酸含量。显著增强了过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性。施用糠醛渣明显促进苕子生长发育,增加了苕子苗期生物量,5%糠醛渣用量处理改良盐碱土效果较优。研究表明糠醛渣通过改善盐碱土的其理化特性及生物多样性分布,促进苕子的生长发育,研究为糠醛渣在盐碱地土壤改良及植物适应性栽培的合理应用提供了科学依据与参考。     

热带地区时间序列土壤中伊利石类矿物的演化——P.Barré假设在热带地区土壤中也存在吗?

P.Barré等认为温带地区自然土壤中,由于植物根系将下层土壤中的钾和硅向上搬运,减缓了上层土壤中伊利石类矿物(混层伊利石/蒙皂石+伊利石)脱钾和脱硅过程,致使其长时间地存在较多的伊利石类矿物。本文旨在了解热带地区土壤中这一假设是否也存在,以海南琼北地区发育于由不同年代火山喷发形成的玄武岩所构成的时间序列土壤(1×104a,(9.0±2.0)×104a,(14.6±0.9)×104a,64×104a,(133±18)×104a,(181±8)×104a)为对象,利用X-射线衍射(XRD)技术分析了其黏土矿物的变化情况,结合土壤钾、硅、活性硅的分析结果,发现伊利石类矿物仅存在于(133±18)×104a以前的土壤中,表层土壤中钾和硅的含量高于下层的土壤,活性硅含量随成土年龄而降低。为此,我们认为:P.Barré假设在热带土壤形成发育过程中,在具有一定的生物复钾和复硅条件下,在成土初期也会存在,但最终会由于土壤强烈的脱钾和脱硅作用而逐步消失。     

四种入渗模型对斥水土壤入渗规律的适用性

土壤斥水性影响入渗,进而影响作物产量。国外学者进行了一定的研究,但在中国研究的还很少。该文基于实测资料探讨几种常规的入渗模型在斥水土壤中的适用性。采用室内土柱进行积水入渗试验,对比了不同积水高度和斥水度条件下的土壤入渗规律,并采用4种模型分析了土壤入渗率变化特征。结果表明,累积入渗量随入渗历时的变化可用幂函数描述,不斥水土壤累积入渗量明显大于斥水土壤;累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系;利用Green-Ampt模型、Philip模型、Kostiakov公式和指数公式对入渗率与入渗历时间的关系进行拟合,其中Kostiakov公式更接近于实测值,其他模型拟合效果因斥水程度等因素的不同而异。     

西北地区耕地土壤真菌DNA提取方法比较

由于西北土壤理化性质的复杂性和真菌特殊性,所以从土壤中提取真菌基因组DNA就相对细菌更困难。在2种常用的土壤微生物基因组DNA提取方法与在传统提取方法的基础上,结合了一种专门适用于真菌的提取方法进行了比较,并且利用真菌28SrDNA通用引物U1/U2进行扩增。三种提取方法比较结果表明:SDS法提取的DNA纯度最低,传统CTAB-SDS的DNA产量最低,实验室的提取方法既可以提高DNA产量又可以保证DNA的片段完整性,并且本实验室的提取方法扩增效果最好,可广泛应用于西北地区土壤真菌的分子生物学研究。     

养分缺乏下外源有机酸对暗棕壤磷有效性及落叶松幼苗吸收积累磷的影响

用不同比例A1和B层暗棕壤混合(A1∶B=1∶2)制造土壤养分缺乏条件,栽植落叶松幼苗,通过模拟我国东北林区代表性森林凋落物淋洗液中有机酸的种类和数量,系统研究养分缺乏下,不同浓度外源有机酸对暗棕壤磷有效性和落叶松幼苗吸收、运输磷素养分的影响及机理,以探讨利用有机酸提高养分缺乏下落叶松幼苗抗土壤贫瘠能力的可行性及机制。结果表明,A1层与B层混合土壤速效磷含量降低,落叶松幼苗根系和叶片磷累积量和磷吸收效率降低,但磷利用效率增加。外源有机酸处理后,混合土壤的速效磷含量有不同程度提高,3种有机酸的作用强弱表现为琥珀酸>柠檬酸>草酸,一般以浓度5.0mmol/L和处理20d时提高效果最显著。有机酸不同程度提高了根系和叶片的磷累积量和磷吸收效率,但降低了磷利用效率。有机酸对磷累积量和磷吸收效率的提高程度因处理时间、有机酸浓度和种类而异:对于根系,20d和30d的结果高于10d,叶片则为10d和20d的结果高于30d,说明处理前期磷被吸收后向叶片的转移量较多,而后期则更多地在根中积累;3种有机酸大多在浓度为10.0mmol/L时提高幅度最大;不同有机酸的促进程度为琥珀酸>柠檬酸>草酸。因此,外源有机酸能通过提高落叶松幼苗对养分缺乏土壤中磷的吸收能力,促进磷的积累,进而提高苗木对养分缺乏土壤的耐性和适应能力。     

安徽省典型城市周边土壤-蔬菜中PAHs的污染特征

研究了安徽省合肥、芜湖和亳州市周边蔬菜地土壤和蔬菜中PAHs的含量及其污染特征。结果表明：安徽省典型蔬菜地土壤中15种PAHs（除萘外）的残留总量在58.2～437.8μg·kg-1之间,三环和四环PAHs占PAHs残留总量的70%以上。胡萝卜、菠菜和茄子体内15种PAHs的含量在23.4～209.1μg·kg-1之间,均值为120.7μg·kg-1,三环和四环PAHs占蔬菜中PAHs富集总量的92.8%～94.4%。不同蔬菜体内8种可疑性致癌PAHs的含量在11.5～17.4μg·kg-1之间,分别占蔬菜中PAHs残留总量的9.80%～13.8%,其中BaP含量在1.69～2.03μg·kg-1之间,低于国家对食品中污染物（BaP）的限量标准（5μg·kg-1）。不同类型PAHs在蔬菜体内的富集系数在0.10～9.20之间,极差达10倍以上,低分子量PAHs在蔬菜体内的富集系数要大于高分子量PAHs。不同PAHs在蔬菜体内的富集系数表现为胡萝卜〉菠菜〉茄子,其中芴在蔬菜体内的富集系数最高。     

土壤颗粒分布体积分形维数与数量分形维数之间的关系

土壤的体积颗粒分布(PSD)可用于同时确定数量分形维数(DN)和体积分形维数(DV)。以往的试验和理论研究均未直接比较DV和DN的关系。为建立DV和DN的关系并分析其参数的敏感程度,在中国各地取了12种不同质地土壤,利用激光粒度仪进行了测定。提出了含3个参数Rupper(颗粒半径的上限),Ri(第i个半径)和Rlower(半径下限)的DV-DN理论关系,该关系可说明为什么DN可能大于3。在未调整的幂定律范围内(PLR),DV的幂定律半径为38.6～85.8μm,DN的幂定律半径为53.2～358μm,估算的DV值(2.18～2.69)比DN值(2.38～3.19)小。调整后的PLR比未调整的窄。在调整的PLRs范围内,估算的DV值变化范围为2.11～2.56,而DN变化范围为2.28～3.02。调整和未调整PLRs得出的DV和DN的差异说明,Rupper,Rlower,Ri和Rlower/Rupper均可能影响DV与DN关系,有必要进行参数的敏感性分析。进行敏感性分析可基于敏感系数(C)来鉴别DV-DN关系中各参数改变所引起的DV和DN相对变化,从而找出对该关系影响最大的参数。就不同情况下计算的C值而言,Rupper是影响DN值的最重要参数,小的Rupper值可能导致估算DN的准确度降低。PLR范围越大,DN的估算越准确。根据DV估算DN的相对误差的绝对值在12%范围内,说明得出的DV-DN理论关系是正确的。     

Hu Xin, Hong Baoning, Du Qiang, et al. Influence of water contents on shear strength of coal-bearing soil[J]. Rock and Soil Mechanics, 2009, 38(8): 2291－2294. (in Chinese with English abstract)[30]

土的抗剪强度是工程设计中重要的依据指标,同时也是土壤精准耕作,大型农业器具设计的一个基本参数。紫色水稻土长期处于淹水状态,为研究其抗剪强度的水敏感性特征,该文以重庆市合川区钱塘镇大柱村国土整治项目区内紫色水稻土为试样,采用调控含水率变化,通过三轴不固结不排水试验研究其抗剪强度的水敏感性特征,并为实际工程中处理紫色水稻土提出建议。结果表明：1）同一围压下,紫色水稻土的最大主应力差随着含水率的增加而减小;相同含水率下,随着围压的升高最大主应力差增加,但这种增加趋势随土壤含水率的增加而减小。2）当含水率处于界限含水率附近时,抗剪强度随含水率的增减变化较为缓慢;含水率大于某一值后紫色水稻土抗剪强度随含水率增加而减小。3）紫色水稻土的粘聚力随含水率的变化具有明显的峰值,呈先增大后减小的趋势。4）紫色水稻土内摩擦角与含水率之间具有明显的线性负相关性。该研究可为地区农业基础工程的设计到施工,以及工后更好地控制路基路堑的稳定性等提供参考。