不同分层土壤对锌的吸附解吸特性

为探究重金属锌在不同分层土壤中的吸附解吸特性,了解锌在分层土壤中的迁移规律,试验通过批量平衡试验,分析了锌在4个分层土壤(耕作层、犁底层、心土层、母质层)中的吸附解吸行为。结果表明:各分层土壤对锌的吸附动力学过程包括快速吸附、慢速吸附、吸附平衡3个阶段,准二级动力学方程对吸附过程的拟合效果优于准一级动力学方程,Langmuir方程能更好的拟合4种分层黑土对锌的等温吸附过程,4种土壤分层对锌的吸附能力由大到小的顺序为耕作层、犁底层、心土层、母质层,是因为随着土壤深度的增加,土壤有机质质量分数逐渐减小,4种分层土壤对锌的吸附能力逐渐降低。吸附热力学试验表明,随着温度的升高,各分层土壤对锌的吸附量均逐渐增大,ΔG<0(ΔG为吉布斯自由能的变化),ΔH>0(ΔH是标准焓变),ΔS>0(ΔS是标准熵变)说明了4个分层土壤对锌的吸附过程为自发、吸热、无序的过程。Zn的解吸量与吸附量呈正比,最大解吸量随着剖面深度的增加而减小,且均存在滞后效应。N、P质量浓度的增加,可以提高土壤固定Zn的能力,减小Zn对土壤农作物、地下水的重金属危害。     

巨菌草根际土壤微生物群落代谢功能多样性分析

【目的】研究福州平潭巨菌草根际土壤与非根际土壤微生物对不同碳源利用,明确巨菌草对根际土壤微生物功能多样性的影响,为巨菌草生态治理提供理论依据。【方法】在福州平潭基地采集巨菌草(Pennisetum giganteum)根际土和非根际土壤样品,采用Biolog-ECO 技术研究巨菌草根际土与非根际土壤微生物对不同碳源利用特性,揭示不同碳源利用的不同及影响差异的主要因素。【结果】与对照相比,巨菌草根际土壤微生物的代谢活性高于非根际土壤;多样性分析结果表明,与非根际土壤相比,巨菌草根际土壤样品的Simpson指数、Shannon指数、Brillouin多样性指数略高,差异不显著;主成分分析结果表明,对主成分一和主成分二贡献大的碳源种类分别为22 种和6种,糖类是巨菌草根际土壤微生物利用的主要碳源类型。【结论】与非根际土壤相比,巨菌草根际土壤微生物群落在碳源利用及代谢功能多样性高于非根际土壤。     

Bio-amelioration of alkali soils through agroforestry systems in central Indo-Gangetic plains of India

A long-term field study was initiated during 1995 at Central Soil Salinity Research Institute, Regional Research Station, Lucknow(26°47′58′′ N and 80°46′24′′ E) to analyze the effect of agroforestry systems on amelioration of alkali soils. Three agroforestry systems(pastoral, silvipastoral and silvicultural) were compared with the control where no agroforestry system was introduced. Tree-based silvicultural and silvipastoral systems were characterized by tree species Prosopis juliflora and Acacia nilotica along with grass species Leptochloa fusca, Panicum maximum, Trifolium alexandrium and Chloris gayana. Growth of ten-year-old Prosopis juliflora and Acacia nilotica planted in combination with grasses was significantly higher over the silviculture system with the same species. Tree biomass yields of P. juliflora(77.20 t?ha-1) and A. nilotica(63.20 t?ha-1) planted under silvipastoral system were significantly higher than the sole plantation of(64.50 t?ha-1 and 52.75 t?ha-1). Fodder yield under the pastoral system was significantly higher than the silvipastoral system during initial years but it was at par with that of silvipastoral systems after eight years of plantation. The microbial biomass carbon in the soils of silvipastoral systems was significantly higher than in soils under sole plantation of trees and control systems. The Prosopis-based silvipastoral system proved more effective in reducing soil pH, displacing Na+ from the exchange complex, increasing organic carbon and available N, P and K. Improvement in soil physical properties such as bulk density, porosity, soil moisture and infiltration rate was higher in the Prosopis-based silvipastoral system than in the silviculture system or control. On the basis of biomass production and improvement in soil health due to tree + grass systems, silvipastoral agroforestry system could be adopted for sustainable reclamation of highly alkali soils.     

Bottom soil quality in Tilapia ponds of different age in Thailand

Bottom soil samples were collected from 35 ponds in the vicinity of Samutprakarn, Thailand. Ponds ranged in age from 3 to 39 years and had been used continuously for production of tilapia. Liming materials had been applied in large amounts, and bottom soils of all ponds had pH above 7, low exchange acidity, and free carbonate. Pond soils often contained between 1% and 2% total sulphur, suggesting that they were potential acid–sulphate soils. However, acidity from sulphide oxidation was not expressed because carbonate in the soil neutralized it. Concentrations of total carbon seldom exceeded 4% and the average for organic carbon was 1.90%. The correlations between pond age and both total carbon and organic carbon concentration were weak (r=0.34 and 0.36 respectively). Concentrations of nitrogen in bottom soils did not differ with pond age and ranged from 0.1% to 0.3% with an average of 0.19%. The average ratio of concentrations of carbon and nitrogen was 11. Acid‐extractable phosphorus concentrations averaged 217 mg kg^?1, but the phosphorus adsorption capacity averaged 768 mg kg^?1 suggesting that soils still have considerable reserve capacity to adsorb phosphorus. Ponds can be used annually for semi‐intensive production of tilapia, and presumably other species, for many years without serious deterioration of bottom soil quality.     

基于基因表达式编程的作物水分生产函数构建

作物水分生产函数的确定是农业水资源优化配置的关键。该研究采用农业水文生态系统模型（Agro-Hydrological & Chemical and Crop systems simulator, AHC）与基因表达式编程（Gene Expression Programming, GEP）相结合的方法构建作物水分生产函数。以河套灌区3种主要作物（葵花、玉米、小麦）为研究对象,采用AHC模型模拟作物产量等,构建基于GEP算法的作物水分生产函数,探讨考虑盐分胁迫的作物水分生产函数构建的思路与方法。结果表明：1）作物模拟产量与地下水埋深、地下水矿化度和灌水量等因素有关。2）构建作物水分生产函数的最优输入因子组合为地下水埋深、灌溉量、蒸散发、地下水矿化度、土壤根层盐分对作物胁迫因子、土壤根层含水率。3）应用作物水分生产函数估算不同灌溉定额条件下作物产量（预测产量）,并与AHC模型计算的产量（模拟产量）进行比较,玉米、葵花、小麦预测产量与模拟产量具有很好一致性,其决定系数分别是0.96、0.93、0.96,平均相对误差均小于5%,满足计算精度要求。因此,该研究所构建的作物水分生产函数可以较准确地估算盐分胁迫下作物产量,为农业节水与灌溉水高效利用提供科学参考。     

土壤硝态氮含量原位检测系统设计

针对现阶段土壤硝态氮测量成本较高、无法长期原位测量等问题,该研究提出了一种使用钛烧结滤芯收集土壤溶液,通过近红外光谱法检测土壤溶液中的硝酸根浓度进而得到土壤中硝态氮含量的方法,并设计了相应的检测装置。通过试验对比陶土头与钛烧结滤芯在不同土壤条件下的土壤溶液收集效果,选用钛烧结滤芯作为土壤溶液采集器收集土壤溶液,以近红外LED作为测量光源,采集人工配置土壤溶液的光谱数据,利用BP神经网络进行预训练建立硝态氮含量预测模型。建立的硝态氮含量预测模型其训练集皮尔逊相关系数、测试集皮尔逊相关系数、预测均方根误差分别达到0.997、0.995、3.43。实地测量土壤溶液并与硝酸根离子电极以及土壤养分速测仪进行对比,最大相对偏差为5.9%,可满足实际测量准确性要求。该套检测设备在深度为10～40 cm、含水率为15%以上的土壤中有较好的土壤溶液采集效果;检测装置的长期测量标准差为0.006,动态响应时间为1.4 s,具有良好的特性。试验结果表明,使用溶液吸光度数据建立的硝态氮预测模型具有较好的预测效果,可以应用于土壤溶液硝态氮原位监测,为长期自动测量土壤硝态氮及水肥一体化系统的搭建提供了一种可行的方案。     

改进WHCNS模型模拟耕作方式对作物生长和水分利用效率的影响

耕作改变了土壤物理特性,进而影响了作物生长和水分利用,定量研究不同耕作方式下的农田土壤水分动态与作物生长过程是制定合理耕作制度的基础。该研究在土壤水热碳氮模拟模型（Soil Water Heat Carbon Nitrogen Simulator,WHCNS）的基础上耦合了EPIC模型的土壤耕作模块,构建了适用于不同耕作方式的土壤水热碳氮过程模拟模型。利用华北平原南部河南商丘试验站2015-2017年实测的不同耕作方式下（深耕、免耕和轮耕）的土体储水量、叶面积指数、地上部干物质质量和产量数据对改进后的WHCNS模型进行了校验和模拟效果评价,并模拟分析了不同耕作方式对冬小麦和夏玉米农田蒸散量、作物产量和水分利用效率的影响。结果表明,所有处理的土体储水量、叶面积指数和地上部干物质质量模拟值与实测值的相对均方根误差均小于30%,一致性指数均大于等于0.90,纳什系数均大于等于0.58,决定系数均大于等于0.90,作物产量模拟值与实测值的决定系数达到0.99。两季冬小麦,与深耕和免耕相比,轮耕的蒸散量分别降低了8.8%～10.8%和13.8%～21.0%,水分利用效率分别提高了6.7%～9.4%和15.7%～24.9%。两季夏玉米,与深耕和轮耕相比,免耕的蒸散量分别降低了12.5%～12.9%和20.7%～22.2%,水分利用效率分别提高了13.4%～15.2%和29.1%～31.3%。耕作方式对产量的影响并不明显。总体而言,改进后的WHCNS模型可以较好地模拟华北平原不同耕作方式下土壤水分与作物生长的动态过程。     

水化氯铝酸钙与传统钝化剂降低土壤镉生态及健康风险的对比研究

针对红壤、棕壤、褐土、黑土4种中国典型的Cd污染土壤,应用Ca(OH)2、Ca(H2PO4)2以及层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxides,LDHs）、水化氯铝酸钙（CaAl-Cl LDH）开展钝化修复,并从土壤Cd的生态风险和健康风险角度进行修复效果对比研究。分析钝化剂对土壤pH值、土壤Cd的赋存形态以及土壤Cd直接经口摄入的生物可给性的影响,并对修复机理进行深入探究。结果表明,在Ca(OH)2、Ca(H2PO4)2和CaAl-Cl LDH各自相对最优施用量下,3种钝化剂均可显著降低土壤Cd的活性系数（P<0.05）,平均降幅分别为16.1%、56.9%和29.2%,可降低土壤Cd的作物吸收量及Cd对周边生态环境的风险。此外,施用CaAl-Cl LDH能显著且更为有效地降低土壤Cd的生物可给性（P<0.05）及Cd对人体的健康风险,在胃和小肠阶段的平均降幅为19.2%和33.0%,其中胃阶段分别达到施用Ca(OH)2和Ca(H2PO4)2的3.11和1.99倍,小肠阶段为5.99和2.72倍。该研究为Cd污染土壤钝化修复剂的开发、改进和选择提供了科学依据和参考。     

饱和状态下黄绵土坡面细沟侵蚀可蚀性和临界剪切应力特征

土壤可蚀性参数和临界剪切应力是评价土壤易侵蚀程度和抗水流剪切变形能力的重要指标,目前在黄绵土坡面细沟侵蚀过程中,土壤饱和条件下可蚀性参数和临界剪切应力的变化尚不明确。该研究采用室内土槽模拟冲刷试验确定不同坡度（5°、10°、15°、20°）和流量（2、4、8 L/min）下饱和黄绵土坡面的最大细沟剥蚀率,基于数值法、修正数值法和解析法计算土壤可蚀性参数和临界剪切应力。结果表明,3种方法所得最大细沟剥蚀率均随坡度和流量增加而增大,其中修正数值法和解析法计算的最大细沟剥蚀率更接近。土壤可蚀性参数分别是0.485、0.283和0.268 s/m,土壤临界剪切应力分别为1.225、1.244和1.381 N/m2。修正数值法可提高数值法近似计算的精度,使近似计算结果更接近解析法计算获得的理论值。饱和较未饱和黄绵土的土壤可蚀性参数略有减小（16.83%）,而临界剪切应力减小了66.97%,表明土壤饱和对黄绵土土壤可蚀性参数影响很小,但大幅度削弱了土壤临界剪切应力,使得黄绵土坡面饱和后土壤侵蚀更为强烈。此外,饱和黄绵土边坡的临界剪切应力比饱和紫色土坡面大6.38%,而细沟可蚀性参数大2.35倍,表明土壤饱和对2种土壤临界剪切应力影响程度相似,但黄绵土较紫色土对土壤侵蚀的敏感性更高。研究结果可为饱和状态下不同土壤坡面细沟侵蚀模型参数的优化提供参考。     

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(英文)

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。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5.0 mmol/L和处理20 d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,20和30 d的结果高于10 d,叶片则10和20 d的结果高于30 d,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10.0 mmol/L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。