黄土高原旱地长期种植作物对土壤微量元素形态和有效性的影响

在长期定位试验的基础上,用连续浸提方法对土壤微量元素进行形态分级,研究了长期种植作物条件下黄土高原旱地土壤中微量元素的形态组成及其在不同土壤组分间的分配特征,探讨了种植系统对土壤微量元素有效性的影响。土壤中有效态微量元素含量的剖面分布除与土壤中微量元素的全量有关外,还与不同的种植系统有关。各种植系统有效锌和有效铜含量均低于休闲土壤,有效锌以小麦连作和苜蓿连作降低最多,有效铜以小麦连作和粮豆轮作降低最多。小麦连作系统40 cm以上土层土壤有效锰含量和休闲土壤接近,40~100cm土层低于休闲土壤,苜蓿连作和粮豆轮作整个剖面土壤有效锰含量均有所增加。各种植系统40cm以上土层土壤有效铁含量均高于休闲土壤,40~100cm土层土壤有效铁分布趋势相同,其含量均随土层深度的增加而增加,并且小麦连作低于休闲土壤,粮豆轮作高于休闲土壤,苜蓿连作与休闲相近,这些结果表明长期种植作物可以显著改善土壤锰素营养和铁素营养状况。苜蓿连作和小麦连作使锌和铁从矿物态向有机结合态转化,增加了土壤有效锌和有效铁的储备,粮豆轮作系统各形态锌低于休闲土壤,并且土壤中锌的总贮量有所减少;各种植系统土壤氧化物结合态铁在耕层增加,在古耕层降低,这也表明种植作物可以活化深层土壤难溶态铁。长期种植作物使耕层土壤各形态铜含量降低,粮豆轮作和小麦连作系统古耕层土壤各形态铜含量较休闲土壤有所增加。3种种植系统碳酸盐结合态、氧化物结合态和有机结合态锰含量均有不同程度的下降,且耕层土壤交换态、碳酸盐结合态和有机结合态锰高于古耕层,氧化物结合态和矿物态锰含量低于古耕层。     

根瘤菌对土壤铜、锌和镉形态分配的影响

以湖南郴州红壤和河北巩义褐土为供试土壤。制备Cu、Zn、Cd污染土壤。接种大豆根瘤菌(Rhi-zobium fredii)HN01,用连续提取法浸提土壤中不同形态的重金属．结果表明。褐土接种根瘤菌后固相结合态Zn总量降低10％。专性吸附态、氧化锰结合态和有机结合态Zn减少达9％～26％．红壤中结合态Zn的总量变化不显著,但专性吸附态和氧化锰结合态Zn含量显著减少。交换态Zn含量显著增加．褐土中接种根瘤菌抑制了Cu向土壤溶液的释放,固相结合态Cu总量增加18％,可交换态、专性吸附态、氧化锰结合态和有机结合态的Cu增加20％～54％．接种根瘤菌对土壤中Cd的溶解没有明显的抑制或促进作用,但改变了红壤中各形态Cd的含量高低顺序．Cd污染红壤中可交换态和有机结合态Cd含量分别增加22％和11％,专性吸附态和氧化锰结合态Cd分别减少14％和29％．根瘤菌对不同类型重金属及不同土壤中重金属形态影响的差异主要与土壤pH降低有关．     

紫色土外源锌、镉形态的生物有效性

通过对7种形态Zn,Cd与有效态Zn,Cd(DTPA提取）的相关分析及各形态Zn,Cd与植株Zn,Cd含量的通径分析,评价各形态Zn,Cd的生物有效性及对植株的相对贡献和途径。结果表明,交换态Zn,Cd与有效态Zn,Cd呈极显著正相关（r=0.954,0.953),交换态Zn,Cd与植株Zn,Cd含量的通径系数为1．267、1．168,交换态Zn,Cd有效性高,具有最大的生物活性,对植株Zn,Cd含量的贡献最大。其它形态如碳酸盐结合态锌、氧化锰结合态Zn、Cd通过交换态作用于植株的通径链系数（间接通径系数）分别为0．856、0．592、0．723,上述形态对植株Zn,Cd含量也有影响,具有一定的生物相对有效性,但通过交换态间接作用。交换态不仅自身具有最大的生物有效性,而且还作为其它形态Zn,Cd生物有效性的中介,为紫色土其它Zn,Cd库流向植株的主要通道。     

绿洲土Cd、Pb、Zn、Ni复合污染下重金属的形态特征和生物有效性

通过模拟基于干旱区绿洲土壤Cd-Pb-Zn-Ni复合污染下的油菜盆栽试验,采用Tessier五步连续浸提法探究了重金属复合污染对油菜生长的影响及其各形态的转化归趋和生物有效性.结果显示,随着Cd-Pb-Zn-Ni复合胁迫水平的升高,油菜的干重先增加后减小,根系的生长由促进作用转变为抑制作用;对照土壤中4种重金属元素均以残渣态为主要赋存形态,可交换态的含量均很小;随着外源重金属的添加,油菜种植土壤中4种重金属元素的各形态含量随之增加,Cd、Pb、Zn的可交换态和Ni的碳酸盐结合态对外界胁迫响应强度最大,Cd、Pb、Zn、Ni的活性增加,且Cd、Pb的主要赋存形态迅速转变为碳酸盐结合态和铁锰氧化态,Zn的主要赋存形态由残渣态和碳酸盐结合态过渡到碳酸盐结合态和铁锰氧化态,Ni的主要赋存形态为碳酸盐结合态;Cd、Zn在茎叶中的含量大于根系,Pb、Ni反之,油菜能将Cd、Zn更多的运输至茎叶,Pb、Ni则主要积累在根系;油菜茎叶吸收Cd和油菜各部位吸收Zn的主要贡献形态为可交换态,根吸收Cd的主要贡献形态由可交换态转变为有机结合态,根吸收Pb和油菜各部位吸收Ni的主要贡献形态为碳酸盐结合态.     

有机物料对滨海盐渍土重金属根际效应的影响 Ⅰ.土壤内源Zn形态分布

研究了排水条件下施用腐熟有机物料、种稻改良滨海盐渍土内源Zn形态分布。结果表明,单淹水使土中各形态Zn一定程度上向生物有效性较低的Zn形态转化,有效态Zn降低。土壤盐分量不同,明显影响无定形氧化铁结合态、紧结有机态以及硅酸盐矿物态Zn变化。种稻不施有机物料,根际交换态和硅酸盐矿物态Zn亏缺;碳酸盐结合态、氧化锰结合态和无定形氧化铁结合态Zn富集。根际Zn形态转化强度大于非根际,其有效态Zn量接近临界值并高于非根际。有机物料利于根际内外土壤中硅酸盐矿物态Zn的转化,低盐土壤根际更强烈。随有机物料用量增加,促使根际硅酸盐矿物态、碳酸盐结合态及氧化锰结合态Zn向交换态、紧结有机态和无定形氧化铁结合态Zn转化,低盐土壤较明显。     

稻麦轮作下水稻土重金属形态特征及其生物有效性

在成都平原稻麦轮作下86个土样中重金属全量和各形态含量分析的基础上,采集分析相应点位上种植的主要粮食作物小麦和水稻籽粒的重金属含量,通过描述性统计分析、相关性分析及线性回归方程的模拟,研究了土壤中重金属的形态分布特征及其生物有效性。统计分析结果表明：土壤中Cr、Cu、Pb、Zn各形态含量的分配顺序为：残渣态〉有机物结合态〉铁锰氧化物结合态〉碳酸盐结合态〉可交换态,而Cd各形态含量的分配顺序为：铁锰氧化物结合态〉残渣态〉碳酸盐结合态〉有机物结合态〉可交换态。若以活性态（非残渣态含量）而论,Cd的活性最高,Cr的活性最低。除Cr外,各元素全量与各活性形态之间的关系较为密切。土壤中全Cd含量与4种活性形态Cd含量间的相关性均达极显著水平;Cu、Zn全量分别与其铁锰氧化物和有机物结合态含量,Pb全量分别与其可交换态和铁锰氧化物含量间的相关系数达显著或极显著水平。用卫生部颁布的食品中重金属限量卫生标准评价稻麦籽粒重金属累积情况,其结果表明,小麦籽粒（旱作）中的Cd、Cr、Cu、Pb分别超标14.71%、8.70%、6.50%和17.40%,而水稻籽粒（水作）仅有Pb和Cd含量超标10.90%和8.70%。不同形态重金属对水稻和小麦籽粒中重金属累积的影响效应不同，从多元线性回归方程的回归系数来看：稻一麦籽粒中Cd含量受到土壤中各活性形态Cd含量的影响。除铁锰氧化态Cd和有机物结合态Cd含量分别对小麦和水稻籽粒中Cd的累积表现出负效应外，其余均为正效应。可交换态Cu含量对稻-麦籽粒Cu累积的效应最大，其次受碳酸盐结合态Cu含量的影响。稻一麦籽粒Pb含量的累积受土壤各活性态Pb含量影响效应的差异不甚明显。稻-麦籽粒Zn含量与土壤各活性态Zn含量间无显著线性关系。     

亚热带不同稻田土壤溶解性有机碳的剖面分布特征

通过选取亚热带5种不同母质发育的稻田土壤(黄泥田Ⅰ、黄泥田Ⅱ、麻砂泥、红黄泥、河沙泥),按土壤发生层次采集剖面样品,研究土壤溶解性有机碳(DOC)的剖面分布特征及其与土壤有机碳(SOC)的关系,并探讨DOC的剖面迁移规律及影响因素.结果表明:稻田土壤剖面DOC含量介于13.61 ～90.34 mg · kg-1,以耕作层(A/Aa和Ap)最高,平均达到69.40 mg·kg-1,耕作层以下相对较低.除河沙泥外,其余4种稻田土壤剖面DOC含量并未随土层深度的增加而逐渐降低,而是在渗育层(P)及以下的某些土层(如We/W2层、C层)出现DOC含量较上一层次升高的现象.这可能与稻田土壤剖面特殊的DOC淋溶和淀积、生物降解、矿物相吸附和氧化还原状况有关.DOC/SOC的比例介于0.21％～1.31％,以耕作层土壤最低,表下层土壤相对较高,反映稻田表下层土壤SOC的活性较耕作层明显增强,在人为干扰(如翻耕)下,表下层土壤SOC可能更容易损失.相关分析表明,DOC与SOC呈显著正相关,剖面SOC含量对DOC的剖面分布具有决定作用.从维持土壤质量和固碳减排的角度看,应针对不同类型稻田土壤采取不同的耕作和管理措施.     

泉州湾洛阳江河口沉积物中磷的形态分布

分析了泉州湾洛阳江河口沉积物中总磷及5种形态磷(可交换态磷(DP)、铁铝结合态磷(Fe/Al-P)、钙结合态磷(Ca-P)、有机磷(OP)和闭蓄态磷(Re-P))的含量,探讨了它们的垂向分布特征、相互关系及环境指示意义。结果表明:沉积物中的总磷(TP)以无机磷为主,占TP比例76%~89%;除可交换态磷外,沉积物中形态磷的垂向分布规律具有相似性,大体随深度增加而减小,且在表层有富集现象,反映了沉积物中总磷和各形态磷的分布受人类活动影响较明显;通过相关性分析,钙结合态磷是总磷和无机磷的主要控制因素,而总磷和其他形态磷(除了可交换态磷外)相互间均具有显著相关性,且有机质对各形态磷的分布均有一定影响;TP和各形态磷含量,以及(Fe/Al-P)/TP、Ca-P/TP、OP/TP都在同一层出现了显著变化,反映了水利设施和围垦工程对沉积环境和各形态磷迁移转化有较大影响。     

玉米秸秆还田对石灰性土壤Zn形态及其有效性的影响

采用尼龙网袋田间填埋的方法,研究了玉米秸秆还田对石灰性土壤Zn形态及其生物有效性的影响.结果表明：与施用Zn肥相比,秸秆还田对提高土壤全Zn含量贡献较小;施Zn肥和添加秸秆处理均显著增加土壤有效Zn(DTPA-Zn)含量,且施Zn肥处理增加的幅度更大;高锌秸秆还田后释放的Zn更易转化为土壤DTPA-Zn,转化率达49.0%,秸秆还田后土壤DTPA-Zn转化率呈先减小后增大的趋势,而施Zn肥处理的变化不大.土壤交换态Zn(Ex-Zn)、碳酸盐结合态Zn(Carb-Zn)、氧化锰结合态Zn(OxMn-Zn)、紧结有机态Zn(Sbo-Zn)和残渣态Zn(Min-Zn)含量在各处理中差异不大,施Zn肥处理的土壤松结有机态Zn(Wbo-Zn)含量显著大于对照和只添加秸秆处理.尽管玉米秸秆的含Zn量较低,但秸秆Zn释放后更易转化为DTPA-Zn,秸秆还田同时施用Zn肥是提高石灰性土壤供Zn能力的有效方法.     

石灰配施猪粪对Cd、Pb和Zn污染土壤中重金属形态和植物有效性的影响

通过盆栽试验,研究在镉、铅和锌污染土壤上,石灰和猪粪配施对土壤中不同形态镉、铅和锌含量及在蔬菜中累积的影响.结果表明:施入石灰(L)、石灰加低量猪粪(LP1)、石灰加高量猪粪(LP2)后,土壤中碳酸盐结合态Cd、Pb和Zn含量明显降低,土壤中铁、锰氧化物结合态和有机物结合态Cd、Pb和Zn含量明显增加;对大白菜吸收Pb、Cd和Zn均起到较好的抑制作用.单施石灰处理,石灰用量为5 g·kg-1土时,对大白菜吸收Pb、Cd和Zn的抑制效果最好;石灰配施猪粪处理,其中石灰5 g·kg-1土配施猪粪7.5 g·kg-1土以及石灰5 g·kg-1土配施猪粪15 g·kg-1土对大白菜吸收Pb、Cd和Zn的抑制效果最好.研究同时发现,低量猪粪配施石灰的效果强于高量猪粪配施石灰的效果.     

下辽河平原不同土地利用方式下土壤微节肢动物群落结构研究

2000年10月～2001年10月对下辽河平原地区撂荒、林地、旱田、水田4种不同土地利用方式的土壤微节肢动物进行了调查。应用个体数密度、类群丰富度、多样性指数和均匀度4个群落参数,研究了土壤微节肢动物的群落结构和季节变化。结果表明,撂荒中土壤微节肢动物的4个群落参数均为最高,旱田均为最低,季节变化影响土壤微节肢动物的群落结构,但土地利用方式不影响群落结构的季节变化型,下辽河平原地区不同土地利用方式共鉴定出土壤微节肢动物12个类群,撂荒、林地、旱田中弹尾目(Collembola)和蜱螨目(Acarina)为优势类群,双翅目(Diptera)、鞘翅目(Coleoptera)和膜翅目(Hymenoptera)为常见类群,水田中弹尾目、蜱螨目和双翅目为优势类群,鞘翅目为常见类群,各土地利用方式、各季节均在表层土壤出现的类群最多、密度最高,中层次之,底层最少。     

鄱阳湖流域不同土地覆被碳水利用效率时空变化及其与气候因子的相关性

鄱阳湖流域作为较突出的碳汇功能区,深入掌握不同土地覆被碳素利用率（CUE）和水分利用效率（WUE）的时空分异规律及其对气候因子的响应,对明确气候变化背景下该流域生态功能和碳水循环有重要意义。利用MODIS数据产品,结合流域土地利用和气象监测数据,辅以趋势分析和相关分析等方法研究了2000-2014年鄱阳湖流域不同土地利用类型CUE和WUE的时空变化特征,并探讨了其与降水、气温和日照时数的相关性。结果表明：1）鄱阳湖流域CUE和WUE多年平均值分别为0.458和0.682 gC/kgH₂O,不同土地利用类型的CUE大小依次为草地 > 水田 > 其他林地 > 旱地 > 疏林地 > 灌木林 > 有林地,WUE大小依次为有林地 > 灌木林 > 旱地 > 疏林地 > 水田 > 其他林地 > 草地;2）鄱阳湖流域CUE、WUE在研究时段内均呈微弱下降趋势,各土地利用类型CUE和WUE则表现出较大的年际波动,且年际变化趋势率具有高度的相似性,其中林地各类型下降趋势最大,其次是旱地和水田,草地最小;3）降水是影响鄱阳湖流域土地覆被碳水利用效率变化的关键因素,其他因子与CUE和WUE的相关性均不显著,不同覆被CUE和WUE对气温、降水和日照时数的响应程度存在较大差异。     

峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及生物量特征

采用样地调查与室内分析相结合的方法,研究了峡谷型喀斯特水田、旱地、草地、灌丛、人工林、次生林6种生态系统不同深度土壤微生物数量、微生物生物量特征及其分形关系。结果表明:峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及组成不同,微生物数量均以次生林最高,旱地最低,其组成数量均为细菌放线菌真菌,细菌是土壤微生物的主要类群,数量多达26.66×105—71.64×105cfu/g,占全部微生物比例为87.00%—95.50%,其次为放线菌数量,为1.45×105—3.78×105cfu/g,所占比例为4.21%—12.39%,真菌数量最小,为0.07×105—0.23×105cfu/g,所占比例仅为0.24%—0.61%,不足1%。不同生态系统土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)的含量不同,次生林MBC与MBN最高,人工林MBP最高,旱地MBC最低,草地MBN与MBP最低;各生态系统均为MBCMBNMBP。不同生态系统的MBC/SOC、MBN/TN、MBP/TP分别为0.44%—0.97%、2.13%—3.13%、1.46%—2.13%,差异不显著;MBC/MBN在3.06—6.54之间,其中次生林极显著高于其他生态系统,其他生态系统差异不显著。不同生态系统土壤微生物数量及生物量均随土层加深而减少,且具有良好分形关系,均达到了极显著水平(P0.01)。探讨土壤微生物活性为提高石灰土土壤肥力、促进喀斯特植被迅速恢复提供依据。     

黑河中游典型土地利用方式下土壤粒径分布及与有机碳的关系

土地利用方式是影响土壤粒径分布、土壤有机碳及其组成含量的重要因素。研究显示:黑河中游典型土地利用类型下,不同土壤粒径分布和土壤总有机碳(TOC)、活性有机碳(AOC)、非活性有机碳(NOC)的含量存在差异。剖面上TOC、AOC、NOC含量较高的旱地、水田、中覆盖度草地与含量较低的戈壁、裸土地、沙地、盐碱地相比,<1μm、1—5μm、5—10μm、10—50μm的粒径含量较高,而50—250μm、250—1000μm的含量较低,这种变化以50μm为分界,分析表明<50μm的粉粒和粘粒可起到固碳作用,而50—250μm、250—1000μm的砂粒起碳损失作用。统计结果表明,以50μm为分界,水田、戈壁、中覆盖度草地剖面上TOC、AOC、NOC与1—5μm、5—10μm、10—50μm呈正相关,与50—250μm、250—1000μm呈负相关。分析发现,粉粒和粘粒与土壤TOC、AOC、NOC的关系较显著,是影响和控制团聚体形成和稳定的重要因素。增加地表植被覆盖度、退化生态系统的植被恢复、农田耕种、防风固沙措施是提高土壤有机碳、粘粒和粉粒含量的方式,也为土壤团聚体的形成和稳定提供基础。     

基于高分遥感影像的滇西北村域景观格局演变——以大理市低丘缓坡山地开发区为例

人类的开发活动是造成土地覆盖和景观格局变化的主要原因.村域尺度上高强度的人类开发活动对土地覆盖及景观格局演变的影响规律研究尚不多见.本研究采用2009年的GeoEye-1数据和2014年的WorldView 3数据,利用ArcGIS和ENVI,基于面向对象和人机交互的方法解译影像,应用土地利用转移矩阵和景观指数定量研究大理市海东镇低丘缓坡山区改造过程中的土地覆盖变化和景观格局演变.结果表明: 2009年主要土地覆盖类型是林地、水田和旱地,占总面积的82.8%,2014年林地、推平未建地和水田占总面积的70.9%;研究期间,土地利用变化主要由林地、水田和旱地向推平未建地、建设用地转移,尤其是2014年推平未建地面积达531.57 hm²,其中,来自林地、旱地和水田的面积分别占42.8%、21.7%和14.2%.景观空间格局演变表现为斑块数量和密度增加,平均斑块面积变小;边缘指数和形状指数增加,斑块形状更加复杂;斑块破碎化,整体构成更加多样化.     

纳板河流域不同土地利用类型土壤质量评价

测定了西双版纳纳板河自然保护区及其周边8种土地利用类型(自然林、玉米地、茶园、水稻田、橡胶林、亚麻地、香蕉地和甘蔗地)的表层（0～20 cm）土壤理化性状,研究土地利用变化对土壤质量的影响,并采用土壤质量指数法对土壤质量进行综合评价.结果表明：自然林地转变为农业用地后,土壤有机质含量有不同程度的降低;土壤容重均有所升高,其中茶园、水稻田、香蕉地和橡胶林的土壤容重均显著高于自然林;施肥及开垦导致的矿物养分释放使土壤速效钾和速效磷维持在较高水平;不同土地利用类型对土壤pH的影响不显著.保护区几种主要土地利用类型的土壤质量指数大小顺序为：亚麻地(0.595)>自然林(0.532)>玉米地(0.516)>香蕉地(0.485)>茶园(0.480)>甘蔗地(0.463)>水稻田(0.416)>橡胶林(0.362).位于保护区较高海拔(1614±115 m)的生产示范区土壤质量指数显著高于较低海拔的缓冲区(海拔908±98 m)和交界区(海拔926±131 m).在8种土地利用类型中,分布在低海拔区橡胶林的土壤有机质、速效磷和速效钾含量较低、土壤容重较高,其土壤质量指数最低.增施有机肥及间作豆科植物是改良橡胶林土壤质量的途径.     

有机物料对滨海盐渍土重金属根际效应的影响Ⅰ.土壤内源Zn形态分布

研究了排水条件下施用腐熟有机物料、种稻改良滨海盐渍土内源Ｚｎ形态分布．结果表明,单淹水使土中各形态Ｚｎ一定程度上向生物有效性较低的Ｚｎ形态转化,有效态Ｚｎ降低．土壤盐分量不同,明显影响无定形氧化铁结合态、紧结有机态以及硅酸盐矿物态Ｚｎ变化．种稻不施有机物料,根际交换态和硅酸盐矿物态Ｚｎ亏缺;碳酸盐结合态、氧化锰结合态和无定形氧化铁结合态Ｚｎ富集．根际Ｚｎ形态转化强度大于非根际,其有效态Ｚｎ量接近临界值并高于非根际．有机物料利于根际内外土壤中硅酸盐矿物态Ｚｎ的转化,低盐土壤根际更强烈．随有机物料用量增加,促使根际硅酸盐矿物态、碳酸盐结合态及氧化锰结合态Ｚｎ向交换态、紧结有机态和无定形氧化铁结合态Ｚｎ转化,低盐土壤较明显．     

基于13C、15N和C/N识别南岳小流域沉积有机质的来源

农业流域有机质流失造成水体富营养化和土地退化,不仅威胁水质和粮食安全,而且会导致温室气体排放等潜在环境问题。本研究用¹³C、¹⁵N和C/N作为指纹标志物,分析了南岳小流域出口沉积有机质的来源及其在林地、稻田和菜地等典型土地利用类型土壤的空间分布特征,并结合贝叶斯稳定同位素混合模型定量估算了各土地利用类型的贡献率。结果表明: δ¹³C具有显著的空间差异,沉积物有机质(-22.6‰±0.53‰)和林地土壤(-23.13‰±1.71‰)的δ¹³C显著高于稻田土壤(-25.24‰±1.4‰)。各土地利用类型土壤的δ¹⁵N差异不显著,沉积物的均值最大,为(4.37±0.83)‰,林地最小,为(2.38±1.97)‰;林地土壤的C/N均值最大,为16.66±7.18,稻田土壤的C/N均值最小,为11.95±0.92。贝叶斯稳定同位素混合模型结果显示,林地、稻田和菜地对流域出口沉积有机质的贡献率分别为19.6%、15.7%和64.7%;稻田和菜地作为农业用地的总贡献率为80.4%。说明农业用地土壤是南岳小流域沉积有机质的主要来源,可以通过优化农田管理措施有效控制流域养分流失。