不同气候条件下潮土微生物群落的变化

针对气候变化的背景研究农田土壤微生物对气候变化的响应机制是调控农田土壤养分循环的理论基础。本研究基于设置在3个气候带(冷温带海伦、暖温带封丘和中亚热带鹰潭)的潮土移置试验,利用磷脂脂肪酸(PLFA)分析方法研究了移置第6年土壤微生物群落的变化特征。结果表明,在3种气候条件下潮土移置6年后土壤部分理化性质显著变化,土壤有机质含量表现为冷温带最高而中亚热带最低;在种植玉米的不同施肥处理中,土壤中微生物总PLFAs、革兰氏阳性细菌(G+)、革兰氏阴性细菌(G-)、细菌和放线菌PLFAs含量均表现为海伦封丘鹰潭,真菌/细菌比值在冷温带最低;PLFA图谱的主成分分析显示气候条件显著影响了土壤微生物的群落结构,海伦和封丘位于PC1正轴,而鹰潭位于负轴,受气候影响较大的特征PLFA包括18:1ω7c、16:1ω5c、16:0、18:0和18:2ω6,9c;逐步回归分析显示温度、降雨和土壤有机质是影响微生物群落的主要因子。总体上,气候条件的变化在短期内(6年)改变了土壤微生物的群落结构,可以影响农田生态系统的生物地球化学循环。     

生物通风法修复柴油污染土壤模拟实验研究

通过生物通风技术修复不同柴油浓度污染土壤的土柱模拟实验,研究了各土柱中土壤总石油烃(total petroleum hydrocarbon,TPH)的去除规律,并对影响柴油去除效果的因素进行了分析,结果表明:①经过3个月的生物通风后,初始柴油浓度为5(柱Ⅰ)、10(柱Ⅱ)、20(柱Ⅲ)、40(柱Ⅳ)g/kg的土柱柴油去除率为ⅡⅠⅣⅢ,柱Ⅱ的修复效果最佳,半衰期为60.05天,TPH最终去除率达65.3%;②挥发和生物降解作用影响土柱中柴油的去除,由于重力引起的向下迁移作用只对柴油在土柱中的空间分布产生影响,三者共同作用决定各土柱不同取样口柴油的去除规律;③在实验过程中,各土柱土壤pH变化不大,初始柴油浓度越高土柱水分损失率越小;有效磷和速效氮含量均有所降低,柱Ⅲ降低率最大,分别为58.27%和31.87%,柱Ⅰ最小;土柱上层土壤中的酶活性要低于下层,过氧化氢酶和脱氢酶活性均呈现出先升高后降低的趋势。实验结果为研究各土柱中柴油的生物降解规律提供了依据。     

黄土高原植被净初级生产力时空变化及其影响因素

为了探明黄土高原地区植被生产力变化的驱动机制,该文基于MODIS传感器获得的MOD17A3数据,分析了黄土高原2000-2010年间植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)的时空变化及其主要影响因素,并借助多元统计分析方法对引起NPP变化的自然和人为因素进行量化分析。结果表明:黄土高原植被总NPP从2000年的119 Tg(以C计)增加到2010年的144 Tg(以C计),年增速4.57 g/(m2·a)(P0.05)(以C计)。黄土高原约91%的区域NPP呈增加趋势,37%的区域增加趋势显著,主要分布在陕西、青海大部分地区、甘肃南部及宁南山区。整个黄土高原近11 a间NPP变化受自然和人为因素共同影响,其中退耕还林还草累计面积、帕尔默干旱指数(palmer drought severity index,PDSI)、耕地面积和人口数量是影响NPP变化的主要因素。退耕还林还草累计面积占四者总贡献率的43%,PDSI占40%,耕地面积和人口数量分别占13%和4%。对区域而言,由退耕还林还草工程引起的土地利用覆被变化是退耕区(陕北、甘肃东南部等)NPP增加的主要因素,而近年来干旱情况的缓解(PDSI呈上升趋势)则是青海、内蒙古等地NPP增加的主要因素。该研究对于黄土高原各区域生态资源管理,以及生态系统的建设具有一定的指导和借鉴意义。     

成都典型区轮作与土壤特征类型对有机碳密度影响力比较研究

研究分析轮作制度与土壤特征类型对农田土壤有机碳密度变异的主导作用程度,对提高农田土壤固碳潜力具有重要意义。基于2010年在新都区和郫县采集的土壤样点数据,利用方差分析和逐步回归分析方法研究分析土壤特征类型(土壤质地、土壤亚类、成土母质)和轮作制度对成都平原典型区农田土壤有机碳密度(SOCD)变异的影响,比较土壤特征类型与轮作制度对土壤有机碳密度变异的影响力。结果显示:土壤特征类型和轮作制度均对SOCD的变异具有显著影响,特别是土壤质地类型,其中黏粒含量与各土层的SOCD之间均存在极显著正相关性(P0.01);与轮作制度影响力比较,土壤特征类型对SOCD变异性影响起主导作用,能够分别解释SOCD在0~40、0~20和20~40 cm土层变异性的35.9%、43.0%和16.8%;而轮作制度对SOCD变异性影响表现在0~40和0~20 cm土层,SOCD逐步回归解释能力在土壤特征类型基础上仅增加2.2%和4.5%,轮作制度影响力不足以改变土壤特征类型对区域土壤有机碳密度变异的影响地位。研究和揭示区域农田土壤有机碳密度变异及其驱动力,更应注重土壤特征的影响力,轮作制度影响力可以被忽略。     

荒漠土壤有机质含量高光谱估算模型

为解决荒漠土壤有机质含量高光谱估算存在的困难,提高土壤有机质含量估算的精准性,该文对准噶尔盆地东部荒漠土壤进行采样、化验分析和光谱测量、处理,分析土壤光谱与有机质含量的相关性,确定敏感光谱波段,建立荒漠土壤有机质含量多种高光谱估算模型,旨在通过模型精度的比较,确定最优模型。结果表明：反射率、倒数对数光谱与荒漠土壤有机质含量相关性低,而经过一阶微分、二阶微分变换后,相关系数有所提高,部分波段的相关系数通过0.01显著水平的检验,可以用来荒漠土壤有机质含量的估算;一元线性回归建立的估算模型的精度低,不适用荒漠土壤有机质含量高光谱的估算。荒漠土壤有机质多元逐步回归模型的二阶微分、倒数对数二阶微分修正决定系数得到了较大提高,分别提高了0.22和0.31,均方根误差下降了0.66和0.80,建模精度高于一元线性回归模型。荒漠土壤有机质一阶微分、二阶微分光谱的最小偏二乘回归模型的决定系数比其多元逐步回归模型提高了0.07、0.04,一阶微分、二阶微分均方根误差都下降了0.11,二阶微分偏最小二乘法回归模型是该研究所建12个模型的最优估算模型。在多元逐步、偏最小二乘回归模型中,最优估算模型是二阶微分模型,因而用偏最小二乘法回归估算荒漠土壤有机质含量是个可行的方法。该研究的成果为荒漠土壤有机质高光谱遥感分析提供了支撑,实现荒漠土壤有机质监测的时效性、准确性,为区域生态环境的修复提供依据。     

基于光谱特征空间的农田植被区土壤湿度遥感监测

土壤湿度遥感动态监测在农业生产中具有重要作用。近年来,多种基于光谱特征空间的土壤水分监测指数被陆续提出,并得到广泛关注和应用,但当前多数监测指数未考虑混合像元的影响。该文针对垂直干旱指数(perpendicular drought index,PDI)在农田植被覆盖区监测精度降低问题,分析了植被覆盖下的PDI误差分布规律,引入垂直植被指数(perpendicular vegetation index,PVI)作为植被覆盖表征量,在PVI-PDI二维空间对PDI模型进行调整,提出了适于植被覆盖的植被调整垂直干旱指数(vegetation adjusted perpendicular drought index,VAPDI),并利用内蒙古明安镇研究区实测土壤湿度数据,对PDI与VAPDI进行了比较和验证。结果表明,在裸土、麦茬、土豆、豇豆4种植被覆盖类型中,PDI与土壤实测含水率的决定系数分别为0.630、0.504、0.571、0.543,VAPDI与土壤实测含水率的决定系数分别为0.599、0.523、0.602、0.585。VAPDI在植被区的误差略小于PDI,一定程度上克服了植被覆盖对监测精度的影响。通过PDI和VAPDI空间分布图的比较也说明,VAPDI对土壤湿度的差别有更好的区分能力,在中尺度土壤表层水分遥感反演方面具有一定的优势。该研究可为农田土壤湿度遥感监测方法选择及监测误差分析提供参考依据。     

旱地全膜覆土穴播和全沙覆盖平作对小麦田土壤水分和产量的调节机理

以春小麦品种‘陇春27’为试材,采用田间试验法,以裸地平作为对照,研究半干旱区旱地全膜覆土穴播和全沙覆盖平作对小麦田土壤水分和产量的调节作用。结果表明:与裸地平作(CK)相比,全膜覆土穴播(PM)和全沙覆盖平作(SM)小麦田0~40 cm土壤水分条件明显改善,尤其在干旱年份,能满足小麦前期生长,同时促进小麦出苗后对0~200 cm土壤水分的利用;种植第1年PM在60~80 cm土层耗水量最大,SM和CK在40~60 cm土层耗水量最大;种植第2年PM以120~180 cm土层耗水量最多,SM和CK则以60~80 cm土层耗水量最多。连续种植两年后,PM耗水深度从120 cm延伸到200 cm,SM耗水深度从120 cm延伸到140 cm,CK耗水深度无变化;小麦田休闲效率PM最大,SM次之,CK最小,但是各处理休闲效率随种植年限增加而降低。可见,PM和SM能改善小麦前期生长水分环境,促进出苗后耗水,并加快小麦对土壤深层水分的利用,因而与CK相比,PM产量增加48.77%~815.79%,SM产量增加49.41%~702.24%。但随种植年限增加,耗水深度加大,休闲效率降低,多年种植可能对土壤水分生态产生不利影响。     

长期施肥对红壤性水稻土团聚体稳定性及固碳特征的影响

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。本研究旨在探讨长期作物残留和投入有机物料对水稻土团聚体分布及稳定性的影响,分析不同粒级团聚体的固碳特征及其与团聚体形成的相关性,以及土壤和不同粒级团聚体对累积碳投入的响应。长期定位施肥试验始于1986年,设不施肥(CK)、单施化肥(CF)、秸秆化肥混施(RS)、低量粪肥配施化肥(M1)和高量粪肥配施化肥(M2)5个处理。2009年采集0~10 cm土壤样品,测定总土以及大团聚体(LM,2 mm)、较大团聚体(SM,0.25~2 mm)、微团聚体(MA,0.25~0.053 mm)和黏粉粒(SC,0.053 mm)的质量比例及其SOC浓度,并分析闭蓄于SM内部的颗粒有机物(POM)、微团聚体(MA-SM)和黏粉粒(SC-SM)的质量含量和SOC浓度。结果表明,与CK和CF比较,有机肥混施化肥处理(RS、M1和M2)均显著提高了LM和SM的质量比例和平均当量直径(MWD),降低了SC质量含量;两个粪肥配施化肥处理(M1和M2)的效果优于秸秆化肥混施(RS),但是M1和M2间差异不显著;单施化肥则降低了稳定性团聚体的比例。团聚体的SOC浓度没有随粒级增大而增加,各处理均为LM和SM结合的SOC浓度最高,其次为SC,最小为MA。与CK比较,有机肥混施化肥处理均显著提高了各粒级团聚体的SOC浓度。总土SOC的增加主要取决于SM的SOC含量,而MA-SM组分决定了SM固持SOC的能力。总土、LM和SM的SOC含量以及从SM分离出的POM、MA-SM和SC-SM的SOC含量均与累积碳投入量呈显著正相关,但总土分离出的MA和SC的SOC含量对累积碳投入量反应不敏感,表现出碳饱和迹象。因此,尽管长期大量施用有机物料促进了红壤性水稻土大团聚体的形成和团聚体稳定性,增加了其SOC的固持,但有机质可能不是该土壤水稳性团聚体形成的最主要黏结剂。     

县级测土配方施肥指标体系建立研究—以江苏省江都市水稻为例

以江苏省江都市水稻为例,基于地力差减法预测氮肥用量、 养分丰缺指标法预测磷钾肥用量,构建县域测土配方施肥指标体系,研究分析20052011年测土配方施肥田间试验示范。结果表明,当种植水稻预测目标产量为6825~9270 kg/hm2（平均为8145 kg/hm2）,氮肥推荐用量为146.42~57.4 kg/hm2（平均为207.5~ kg/hm2）。磷钾肥施用标准: 当有效磷含量高于21 mg/kg,不推荐施用磷肥;当有效磷含量在17~21 mg/kg时,推荐施磷（P2O5）量为40.5 kg/hm2;当有效磷含量在10~17 mg/kg时,推荐施磷（P2O5）量为 48 kg/hm2;当有效磷含量低于10 mg/kg 时,推荐施磷（P2O5）量为64.5 kg/hm2。当速效钾含量高于140 mg/kg,不推荐施用钾肥;当速效钾含量在115~140 mg/kg时,推荐施钾（K2O）量为 22.5 kg/hm2;当速效钾含量在60~115 mg/kg时,推荐施钾（K2O）量为40.5 kg/hm2;当速效钾含量低于60 mg/kg 时,推荐施钾（K2O）量为 82.5 kg/hm2。同时对施肥指标体系建立进行校验分析,结果表明基于试验建立施肥指标体系是可行的,从而为构建县域测土配方施肥指标体系提供了方法,达到因土施肥的目的。     

肥料重金属含量状况及施肥对土壤和作物重金属富集的影响

本文对肥料中重金属的含量状况以及施肥对土壤和农作物重金属累积影响的研究进展进行了系统分析和总结。过磷酸钙中锌（Zn）、 铜（Cu）、 镉（Cd）、 铅（Pb）含量高于氮肥、 钾肥和三元复合肥,有机-无机复混肥料中的Pb含量高于其他化肥。有机肥如畜禽粪便、 污泥及其堆肥中的重金属含量高于化肥,猪粪中的Cu、 Zn、 砷（As）、 Cd含量明显高于其他有机废弃物,鸡粪中铬（Cr）含量高;污泥和垃圾堆肥中Pb或汞（Hg）含量高。商品有机肥Zn、 Pb和镍（Ni）含量高于堆肥,Hg含量高于畜禽粪便。多数研究表明,氮磷钾配施与不施肥相比土壤Cd和Pb含量增加,施用有机肥比不施肥提高土壤Cu、 Zn、 Pb、 Cd含量。施用化肥对农作物重金属富集的影响不明确,而施用有机肥可提高作物可食部位Cu、 Zn、 Cd、 Pb 的含量,影响大小与有机肥种类、 用量、 土壤类型和pH以及作物种类等有很大关系。在今后的研究中应着重以下几个方面, 1）典型种植体系下土壤重金属的投入/产出平衡; 2）不同种植体系下长期不同施肥措施对土壤重金属含量、 有效性影响的动态趋势; 3）典型种植体系和施肥措施下土壤对重金属的最高承载年限; 4）现有施肥措施下肥料中重金属的最高限量标准。