保护性耕作对稻田土壤有机质的影响

研究使用常规犁耕-休闲(DTF),常规犁耕-小麦(DTW),保护耕作-休闲(CTF),保护耕作-小麦(CTW)4个处理,评价连续实验10a后保护性耕作对稻作区SOM的影响。结果表明:垄作、免耕和小麦种植的结合是稻作区一种较好的保护性耕作实践。它不仅显著增加SOM在土壤表层的聚集,而且它也通过改变SOM的组成和结构显著影响土壤胡敏酸的光谱和热解特性。相比其他处理,垄作免耕(稻麦)在0～10cm土层拥有最多的SOM含量,但随着土层厚度的增加,这一含量下降的也较为迅速。垄作免耕(稻麦)土壤胡敏酸在波长665nm处的光密度为0.122,465nm处为0.705,而常规平作(中稻)在这两个波长处却分别为0.062和0.321。垄作免耕土壤胡敏酸DTA曲线在360～365℃处放热峰的焓变值比常规平作低,1000～1050cm-1吸收峰常规平作也比垄作免耕强。垄作免耕土壤腐殖质的氧化稳定系数增高,表明长期垄作免耕土壤腐殖酸的缩合度增高,芳构化程度增强。通过保护性耕作和作物实践可以管理稻田土壤,维持充分的SOM积累,缓解土壤有机碳的丢失。     

水溶性有机物在水旱轮作土壤剖面中的分馏现象

水溶性有机物(DOM)是有机物质中最为活跃的组成部分,在陆地生态系统物质的迁移转化过程中起重要作用．通过田间试验和室内理化分析证明了DOM在土壤剖面迁移过程中存在明显的“分馏”现象,随着土层深度的增加,对照、施化肥和施污泥处理土壤DOM的浓度分别由145．8、117．7和114．8mg·kg^-1降到21．57、23．23和13．78mg·kg^-l;不施肥和施化肥处理的土壤DOM随着深度的增加,极性物质所占的比例分别由19．01％和18．47％增至34．97％与44．37％,呈上升趋势,而非极性组分所占比例相应降低;施污泥处理则出现相反的规律,极性组分由36．96％降到17．07％,非极性组分由63．04％增为82．93％．土壤DOM的生物降解率由上到下对照和施化肥处理分别由24．38％和24．00％增大到54．74％和53．81％,而施污泥处理的变化规律则相反,由53．19％降到30．75％．DOM的生物降解率与DOM中极性物质的含量呈正相关关系．紫外光谱进一步证实了这一结果．     

城市化对空气污染人群暴露贡献的定量方法研究

短期快速城市化引发一系列生态环境问题,尤其是近年来以细颗粒物(PM_(2.5))为代表的城市与区域空气污染问题。人群的污染暴露一方面是因为污染区范围的扩张,另外一方面则归因于城市化引发的人口迁移,目前的研究重点关注于前者的贡献,而忽略了后者的贡献。因此,建立了城市化对空气污染人群暴露贡献的定量方法,并选取我国PM_(2.5)污染最为严重的京津冀城市群开展了实证研究,通过利用2000、2005、2010、2015年PM_(2.5)浓度和人口栅格数据以及人口自然增长率数据,定量评估了城市化引发的人口迁移对空气污染人群暴露的贡献。研究结果显示:(1)京津冀地区受污染影响面积和人口变化显著,造成大量的人口暴露于PM_(2.5)污染。(2)城市化引发的人口迁移与自然增长贡献率方面:总体上,2000—2015年,京津冀城市群总的人口迁移贡献率为48%,北京市和天津市总的人口迁移贡献率分别为94%和88%,而河北省污染总的人口迁移贡献率为-32%。其中在污染保持区,北京市和天津市的人口迁移贡献率均接近100%,而河北省的迁移贡献率为-26%,尤其在2010—2015年,河北省衡水市的人口迁移贡献率达到-6613%;在污染新增区,北京市和天津市的人口迁移贡献率分别为86%和84%,而河北省污染的人口迁移贡献率为-757%。本研究建立了定量化的方法揭示了城市化在空气污染人群暴露中的定量贡献,为科学引导城市化发展提供了定量的手段,为合理规划京津冀城市群地区的人口流动与空气污染奠定了数据基础。     

Differential responses of freshwater wetland soils to sulphate pollution

Sulphate (SO₄ ^2-)reduction rates are generally low in freshwaterwetlands and are regulated by the scarceavailability of the ion. Increasedconcentrations of this electron acceptor due tosulphur (S) pollution of groundwater andsurface water may, however, lead to highSO₄ ^2- reduction rates now regulatedby the availability of appropriate electrondonors. Due to variations in this availability,the response to S pollution (e.g. from surfacewater or groundwater) is expected to differbetween soils. This hypothesis was tested inlaboratory mesocosm experiments by comparingtwo wetland soil types with distinctlydifferent humus profiles: a Hydromoder and aRhizomull type. In the first type, expected tohave a higher availability of degradable soilorganic matter (SOM), SO₄ ^2-availability appeared to be rate limiting forSO₄ ^2- reduction. In the Rhizomullsoils, in contrast, the electron acceptor didnot limit SO₄ ^2- reduction rates athigher concentrations. These differences inresponse could not, however, be attributed todifferences in the various SOM fractions or inSOM densities. Eutrophication and free sulphideaccumulation, two major biogeochemical problemscaused by SO₄ ^2- pollution, occurredin both types. The absolute extent ofphosphorus mobilisation was determined by theconcentration of this element in the soil (C/Pratio), while the level of sulphideaccumulation was governed by the concentrationof dissolved iron in the pore water. It wastherefore concluded that neither the humusprofile nor the concentrations of different SOMfractions in the soils are reliable indicatorsfor the sensitivity of wetland types to Spollution.     

豆科作物-小麦轮作方式下旱地小麦花后干物质及养分累积、转移与产量的关系

研究旱作条件下豆科绿肥轮作影响旱地小麦产量变化的作物营养生态机制,对优化旱地作物种植施肥制度,促进水分资源高效利用、土壤培肥、作物增产有重要意义。通过两年定位试验,分析了与不同豆科作物轮作引起的后茬小麦产量变化及其与干物质、氮磷钾养分累积、转移的关系。结果表明:与秋豆轮作的第一季,小麦籽粒产量无显著变化,但第二季小麦产量提高23.4%;与绿豆轮作,两季产量分别降低19.2%和4.4%;与大豆轮作,产量无显著变化。与秋豆轮作增加了小麦花后干物质及氮、磷养分累积,和对照相比分别增加了35.1%,128.8%和14.0%,而与大豆和绿豆轮作花后干物质累积分别降低26.7%和17.0%,花后氮累积分别降低44.2%和24.4%,花后磷累积与对照相比无显著差异。与此对应,秋豆-小麦轮作,其后茬小麦花后干物质及养分累积对产量形成的贡献显著增加,茎叶花前累积氮、磷向籽粒的转移对产量的贡献明显小于大豆-小麦和绿豆-小麦轮作处理。与氮、磷不同,小麦茎叶花前累积钾素向籽粒转移的同时,花后植株钾素没有累积,反而明显损失,其中与秋豆轮作的小麦花后植株钾素损失量较小,为3.8 kg/hm2,籽粒钾素占转移钾的81.0%;休闲或与大豆、绿豆轮作的小麦花后植株钾素损失较多,分别为10.9,12.6和5.5kg/hm2,籽粒钾素占转移钾的52.9%,52.9%和66.8%。与秋豆-小麦轮作处理小麦增产的主要原因是花后植株能累积更多干物质和氮、磷养分,减少了花前累积于茎叶的钾素在花后的损失。     

鄱阳湖流域长期施肥下双季稻田的土壤基础地力

为探讨鄱阳湖流域不同施肥措施的土壤基础地力变化规律,基于长期施肥定位试验(始于1981年),采集定位30年时的不施肥(CK)、施用氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾肥与有机肥配施(NPKM)土壤,于2012—2014年进行连续3年的施肥和不施肥试验,分析水稻产量和土壤基础地力贡献率的差异及关键影响因子.结果表明:不论施肥与否,3年的水稻产量均表现出NPKM处理显著高于NPK和CK处理,尤其是在不施肥条件下,NPKM处理的年产量分别比CK和NPK处理增加37.7%～143.9%和20.8%～66.7%.3年间,CK、NPK和NPKM处理的土壤基础地力贡献率分别为41.8%～53.1%、45.2%～62.6%和59.1%～88.1%,且NPKM处理的土壤基础地力贡献率均显著高于NPK和CK处理.进一步分析发现,土壤有机质和有机碳平衡量与土壤基础地力贡献率呈显著正相关.总之,在鄱阳湖流域的双季稻田,长期有机无机肥配施有利于该地区土壤基础地力的提升,且土壤有机质和有机碳平衡是土壤基础地力变化的关键因子.     

沙棘对中国亚湿润干旱区的杨树人工林养分分布及生物循环影响

通过将沙棘（ＨｉｐｐｏｐｈａｅｒｈａｍｎｏｉｄｅｓＬ．）与三种杨树品种（小黑杨（Ｐｏｐｕｌｕｓ‘Ｘｉａｏｈｅｉ’）昭林６号杨（Ｐ．‘Ｚａｏｌｉｎ０６’）和欧美杨６４号（Ｐ．ｅｕｒａｍｅｒｉｃａｎｅｃｖ．‘Ｎ３０１６’）的人工林分别按株混和行混两种方式进行混交实验,研究了固氮植物沙棘对亚湿润干旱区的杨树人工林养分分布和循环的影响,连续３ａ的观测研究得以下结果,沙棘叶片的氮,磷和钾的元素粪土了高于杨树     

Altered microbial community structure and organic matter composition under elevated CO2 and N fertilization in the duke forest

The dynamics and fate of terrestrial organic matter (OM) under elevated atmospheric CO₂ and nitrogen (N) fertilization are important aspects of long‐term carbon sequestration. Despite numerous studies, questions still remain as to whether the chemical composition of OM may alter with these environmental changes. In this study, we employed molecular‐level methods to investigate the composition and degradation of various OM components in the forest floor (O horizon) and mineral soil (0–15 cm) from the Duke forest free air CO₂ enrichment (FACE) experiment. We measured microbial responses to elevated CO₂ and N fertilization in the mineral soil using phospholipid fatty acid (PLFA) profiles. Increased fresh carbon inputs into the forest floor under elevated CO₂ were observed at the molecular‐level by two degradation parameters of plant‐derived steroids and cutin‐derived compounds. The ratios of fungal to bacterial PLFAs and Gram‐negative to Gram‐positive bacterial PLFAs decreased in the mineral soil with N fertilization, indicating an altered soil microbial community composition. Moreover, the acid to aldehyde ratios of lignin‐derived phenols increased with N fertilization, suggesting enhanced lignin degradation in the mineral soil. ¹H nuclear magnetic resonance (NMR) spectra of soil humic substances revealed an enrichment of leaf‐derived alkyl structures with both elevated CO₂ and N fertilization. We suggest that microbial decomposition of SOM constituents such as lignin and hydrolysable lipids was promoted under both elevated CO₂ and N fertilization, which led to the enrichment of plant‐derived recalcitrant structures (such as alkyl carbon) in the soil.     

干热处理对甜瓜种子活力和细菌性果斑病抑制能力的影响

以厚皮甜瓜品种‘哈密绿’种子为材料,在70℃、75℃和80℃温度下分别处理24h、48h和72h,研究不同干热处理对甜瓜种子活力萌发和生理生化指标变化及细菌性果斑病的防治效果。结果显示:(1)随着处理温度的升高和时间的延长,干热处理甜瓜种子发芽指标和成苗率显著下降,而70℃处理24h和48h对种子发芽指标(活力指数除外)和成苗率无显著影响。(2)与对照相比,干热处理种子胚芽中的SOD活性、可溶性糖和脯氨酸含量升高,在同一温度处理下,SOD活性和可溶性糖含量随着处理时间的延长基本呈增长趋势,脯氨酸含量则随着处理时间的延长呈下降趋势,POD和APX活性以及可溶性蛋白含量变化随着温度的升高和处理时间的延长呈下降趋势;与对照相比,胚芽中CAT活性在70℃处理下降低,而在75℃和80℃处理下升高,但其随着处理时间的延长呈下降趋势;胚芽中O-·2产生速率在70℃和75℃处理下与对照接近,而在80℃处理下随着处理时间的延长呈上升趋势,且均显著高于对照。(3)随着处理温度的升高和时间的延长,甜瓜接菌种子幼苗细菌性果斑病发病率较对照显著降低。研究表明,适宜干热处理温度和时间诱导甜瓜种子中抗氧化酶活性增强,渗透调节物质含量增加,超氧阴离子产生速率降低,种子活力和出苗率有效提高,‘哈密绿’种子有效、安全的干热处理组合为70℃、48h。     

水溶性有机质对土壤中镉吸附行为的影响

水溶性有机质 (DOM)是陆地生态系统和水生生态系统中的一种很活跃的组分 .本文以赤红壤、水稻土和褐土作为供试土壤 ,研究了来源于稻秆和底泥的DOM对土壤中Cd吸附行为的影响 .DOM对土壤中Cd的吸附行为具有明显的抑制作用 .这种抑制作用与土壤类型和DOM种类有关 .在 3种供试土壤中 ,无论添加稻秆DOM还是底泥DOM ,都会使Cd的最大吸附容量和吸附率明显降低 ,其下降幅度为17 3%～ 93 9%.在添加同一种DOM的前提下 ,DOM对Cd吸附的抑制作用均为 :赤红壤 >水稻土 >褐土 .如果不添加DOM ,则土壤对Cd的最大吸附容量主要取决于土壤固相的吸附特性 ,添加DOM后土壤对Cd的最大吸附容量则主要取决于液相中的DOM .由此推断 ,传统的看法 ,通过施用有机肥来固定土壤中的Cd并达到治理重金属污染土壤的观点值得商榷 .