水田开发渗透抑制的“破碎碾压工法”的基本原理及其应用——日本火山灰土壤水田开发实践和中国砂质土壤室内外研究成果简介

介绍日本早在６０年代初期火山灰土壤水田开发实践中由岩手大学的研究者们创造和发展的“破碎碾压工法”的基本原理及其应用，并对最近中国砂质土壤渗透抑制的室内外研究结果进行了简单介绍，目的是为漏水性土壤地区水田开发以及土壤防渗工程措施提供借鉴。     

水田土壤对铜离子吸附性能的试验研究

采用恒温振荡平衡法研究了乐山市某一水田土壤和未种植过的土壤对铜离子的吸附特性。结果表明:溶液的pH值越大,土壤对铜离子的吸附量越大;铜标准溶液的初始浓度越大,土壤对铜离子的吸附量越大;土壤含腐殖酸越多,对铜离子的吸附能力越强;水田土壤比未种植过的土壤对铜离子的吸附能力更强;用Freundlish方程来描述各种土壤对铜离子的吸附特性均得到了较好的相关性。     

广西高镉异常区水田土壤Cd含量特征及生态风险评价

本研究调查了广西高镉异常区水田土壤中重金属Cd的含量水平,评估其对环境的潜在生态风险.通过初步筛查和详细调查两部分,分批次采集高镉异常区土壤样品共912件,测定土壤Cd含量,并运用单因子污染指数法和潜在风险指数法对水田土壤Cd污染程度及潜在风险进行评价.结果表明:①初查中自然土壤、水田土壤和旱地土壤Cd几何均值分别为0. 915、0. 591和0. 593 mg·kg~(-1).②详查中土壤p H为4. 6～8. 7,介于酸性和弱碱性间.若以《土壤环境质量标准》(GB15618-2018)为标准,平果县、天等县、大新县、隆安县和柳城县水田土壤样点Cd超标严重,融水县水田土壤样点无污染;以土壤基线值为评价标准,田东县、柳城县和融水土壤样点中Cd均为无污染状态;田阳县、平果县、天等县、大新县、隆安县和融安县水田土壤Cd处于轻度-中度污染的比例分别为:4. 2%、3. 7%、14. 9%、2. 6%、7. 1%和1. 4%.③9个县市水田土壤中Cd呈现不同级别潜在生态风险.天等县、大新县和隆安县部分水田土壤样点Cd处于高等生态风险,比例为4. 3%、2. 6%、2. 4%;田阳县、平果县、融安县和柳城县水田土壤Cd表现为中-中高等潜在风险;田东县和融水县处于低潜在生态风险.总体上,研究区水田土壤中Cd整体偏高,长此以往可能会对水稻安全种植产生影响,最终对当地居民产生健康威胁,应引起重视.建议开展对研究区土壤镉生物有效性和水稻镉累积状况研究,以便科学合理地评估其生态风险和健康风险.     

湖南省典型地区水田土壤锑和砷元素纵向迁移行为分析

为探讨锑(Sb)和砷(As)在土壤中的纵向迁移行为及其差异,采集湖南省典型地区水田土壤20个剖面共100个样品,对水田土壤中Sb和As的含量、垂直分布特征及其纵向迁移行为差异进行研究,为湖南省水田土壤环境影响评价和污染防控以及进一步探寻Sb和As环境行为和来源提供科学依据.结果 表明:水田土壤Sb和As含量分别为1.6...     

吉林前郭水田土壤有机碳垂向分布规律和储量研究

以吉林省前郭水田区为研究对象,空间尺度代替时间尺度方法,采用开发时间4～55 a共7个不同年限的土壤实测数据,研究1 m水田剖面土壤有机碳含量(SOC)的垂向分布规律,探讨近20年来水田土壤碳源、汇,估算了前郭水田土壤有机碳库储量,并结合吉林西部第二次土壤普查数据,进行不同土地利用类型土壤SOC的差异特征对比分析.结果表明,水田SOC自上而下逐层递减,随着开发年限的增加总体呈增长趋势,表土层(0～30 cm)有机碳储量(1 820.79 t)占1 m深土壤总有机碳储量(3 885.05 t)的46.87%,不同土地利用类型的土壤有机碳密度(SOCD)差异很大,从大到小依次为水田、旱田、盐碱地,水田开发是一个SOC积累的碳汇过程,有利于实现有机碳由表土层向底土层的转移.     

不同秸秆翻埋还田对旱地和水田土壤微生物群落结构的影响

以水稻、小麦、玉米秸秆和油菜、蚕豆青秆为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)方法,并结合主成分分析方法,研究了不同秸秆翻埋还田对旱地和水田土壤微生物数量、菌群分布、群落结构特征等的影响.PLFA分析结果表明,旱地土壤PLFA总量变幅为8.35~25.15 nmol·g-1,大小顺序为油菜蚕豆玉米水稻小麦,5种秸秆翻埋还田均能提高土壤微生物PLFA总量,其中油菜、蚕豆处理分别是不加秸秆处理的2.18、2.08倍,差异显著;5种秸秆处理各菌群PLFA量均高于不加秸秆处理,其中真菌量均显著提高,微生物群落物种丰富度值也显著提高.水田土壤PLFA总量变幅为4.04~22.19nmol·g-1,大小顺序为水稻玉米小麦油菜蚕豆,其中油菜和蚕豆处理低于不加秸秆处理;除蚕豆外其余秸秆处理真菌PLFA量均显著高于不加秸秆处理,蚕豆处理细菌和PLFA总量均显著低于其他处理,各处理间放线菌、革兰氏阳性菌(G+)、革兰氏阴性菌(G-)无显著差异;水稻、小麦、玉米、油菜均能显著提高水田土壤微生物的物种丰富度指数和优势度指数.主成分分析结果表明蚕豆青秆对旱地土壤微生物群落结构影响最大,油菜青秆和小麦秸秆对水田土壤微生物群落结构影响最大.     

盐碱区不同开发年限水田温室气体排放规律及影响因素

以吉林省前郭盐碱水田区为研究对象,采用野外采样和小区试验相结合的方法,监测水稻生长期土壤温室气体(CH4和N2O)排放、土壤p H和土壤有机碳(SOC)变化,分析水田温室气体排放规律及其影响因素.结果表明,水田N2O排放季节变化特征明显并呈现3个峰值,肥料的施入提供了更多的反应底物,对水田N2O的排放量影响显著.在淹水条件下,N2O的主要来源于反硝化过程,而排水后,硝化作用则占据了主导地位.CH4排放呈现单峰,在水稻生长旺盛的分蘖期,稻田较深水层以还原环境为主,为产生CH4的微生物提供了适宜的条件,进而导致CH4排放呈高峰值;土壤p H对N2O和CH4排放的影响不明显,但土壤SOC含量与CH4的排放规律呈现显著正相关.     

冻融作用对水田土壤有机碳和土壤酶活性的影响

选取-5~5℃作为研究温度,以24 h(12 h冻结,12 h消融)为一个冻融循环,研究吉林西部大安灌区水田0~30 cm土壤有机碳以及土壤酶活性(脱氢酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶和脲酶)的剖面特征,分析了二者之间的相关性。结果表明:冻融过程中,土壤有机碳、脱氢酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶和脲酶均随土壤深度的增加而递减;0~10 cm土壤有机碳含量增加,10~20 cm和20~30 cm土壤有机碳含量降低,其变化趋势与含水率一致;过氧化氢酶变化较小,脱氢酶和脲酶总体增加,而多酚氧化酶活性降低;土壤有机碳与酶活性的相关性大小表现为:脲酶多酚氧化酶脱氢酶过氧化氢酶。冻融作用改变了土壤中水环境,抑制了土壤微生物呼吸和酶的分解作用,影响土壤有机碳的积累。     

水田植物营养素的流失与控制措施

从水田流走的植物营养素在农业面源污染负荷中占主要部分,关于它们流失方式的分析是寻求适当的控制措施减少污染负荷的前提.水田植物营养素的流失途径是降雨径流和灌溉回归水,其浓度与土壤类型、作物状态和施肥等因素有关,控制它的最佳途径是改进耕作制度.     

浙江省宁波市土壤有机质的时空变异特征

运用地统计学方法分析了2007年浙江省宁波市土壤w(有机质)的空间分布规律,并比较了1987与2007年城区的土壤w(有机质)的时间变化特征. 结果表明:壤土、砂土、黏土中的黏土质地w(有机质)最高;针叶林、阔叶林、草甸、灌丛、农作物、竹林植被覆盖类型中的针叶林w(有机质)最高;水田、旱田、林地、草场、未利用地土地利用方式中草场的w(有机质)最高;潮土、水稻土、红壤、黄壤、紫色土、滨海盐土、粗骨土土壤类型中的黄壤w(有机质)最高.经西北—东南向的变异函数分析得到研究区土壤w(有机质)空间分布呈现城区高、周围低的规律,空间自相关距离约500 m. 1987—2007年,水田采样点的土壤w(有机质)显著减小. 配对数据T检验的结果显示,北仑区的土壤w(有机质)显著变化,耕作方式由水田变为旱田是土壤w(有机质)减小的主要原因.      

广西都安县典型水田硒地球化学特征及影响因素

为发展富硒水稻种植和巩固脱贫成果,在广西都安县百旺镇开展水稻种植区地球化学调查,采集21件岩石和193件水稻根系土-籽实协同调查样品,利用统计学和相关分析方法研究水田土壤硒的分布特征和影响因素.结果表明,百旺镇水田土壤和水稻籽实富硒率分别为67.4%和64.8%,但富硒土壤和富硒水稻籽实样品中镉含量普遍较高;对比显示百旺镇南部种植区水稻籽实富硒率达到61.1%,重金属风险低,发展无污染富硒水稻种植优势明显.相关分析表明次生富集作用是研究区土壤富硒的主要原因,根系土pH和质地不同程度影响土壤硒含量;水稻籽实硒含量主要受根系土硒含量、有效硒含量、pH和Al₂O₃等影响.镉膳食暴露风险评估显示研究区水稻整体安全,但中部区域水稻膳食暴露风险较高.     

三江平原不同土地利用方式下土壤磷形态的变化

利用Hedley磷(P)分级方法,比较研究三江平原不同土地利用方式（天然湿地、旱田、水田、弃耕地、人工林地）下土壤P形态变化.结果表明,不同土地利用方式下土壤总磷（TP）含量表现为：湿地>林地>旱田>弃耕地>水田.农田土壤的无机磷（TP_i）占TP比重显著高于湿地,有机磷比重则为湿地高于农田,且水田土壤有机磷（TP_o）比重最小,弃耕地和林地之间差别很小.不同土地利用方式土壤活性无机磷含量差异较小,Resin-P含量约为32～36.3 mg·kg^-1,NaHCO₃-P_i含量为33.77～50.42 mg·kg^-1;农田土壤NaOH-P_i和C.HCl-P_i含量高于湿地土壤,特别是水田中NaOH-P_i达152.4 mg·kg^-1,湿地土壤中D.HCl-P_i含量高于农田达84.3 mg·kg^-1,弃耕地和林地介于二者之间,表明弃耕后土壤P的恢复有向天然湿地的状况发展的趋势.开垦使湿地所有形态有机磷含量和比重都大幅下降,其稳定态有机磷C.HCl-P_o下降幅度最大,其在旱田和水田土壤中含量分别仅为湿地中的25.96%和19.26%;弃耕地有机磷含量比重均有增加,但是速度十分缓慢,湿地开垦后土壤P的恢复需要很长时间.不同土地利用方式下土壤P形态存在显著的差异.     

垦殖对桂林会仙喀斯特湿地土壤养分与微生物活性的影响

选择桂林会仙喀斯特湿地不同垦殖方式的土壤为研究对象,通过研究原生沼泽湿地及其开垦21 a的水田和旱地0~40 cm不同深度的土壤理化性质、微生物数量、酶活性、微生物呼吸等变化趋势,以揭示垦殖对会仙喀斯特湿地土壤质量的影响.结果表明：①垦殖导致会仙喀斯特湿地土壤呈现偏酸性和养分含量降低的趋势,垦殖后土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、速效氮（AN）、全磷（TP）、速效磷（AP）、全钾（TK）和速效钾（AK）总体上趋于减小,并且表层土壤减小的趋势最为显著.②垦殖改变了土壤微生物数量分布的相对比例关系,水田土壤的细菌和放线菌数量最高,而土壤真菌数量则在旱地最高（P<0.001）.③垦殖降低了各土层蛋白酶、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性,在旱地的数值最低.④垦殖后土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）、基础呼吸（BR）、呼吸势（PR）和微生物熵（qMB）总体上均趋于减小,代谢熵（qCO₂）在湿地表现为先增大后减小的趋势,而在水田和旱地则一致表现为逐渐升高的趋势.各土层的MBC、MBN、BR、PR和qMB普遍呈现出湿地 > 水田 > 旱地的趋势.qCO₂在0~10 cm和10~20 cm土层表现为湿地 > 水田 > 旱地,而在20~30 cm和30~40 cm土层则表现为旱地 > 水田 > 湿地.综上,垦殖显著降低了土壤的微生物活性,土壤质量呈现下降趋势,对旱地土壤影响较为严重.在会仙喀斯特湿地生态恢复过程中,应减少垦殖旱地和水田的面积,退耕恢复湿地面积.     

不同利用方式对江西省农田土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响

根据江西省2013年采集的16582个农田耕层(0～20 cm)土壤样点数据,运用实地调查、经典统计学与地统计学等相结合方法,研究了江西省耕地土壤碳氮磷生态化学计量特征的空间变异性及不同农田利用方式对其的影响.研究结果表明:江西省耕地土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)平均含量分别为17.90、1.58和0.52 g·kg~(-1),土壤碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)和氮磷比(N∶P)平均值分别为11.72、38.29和3.38,土壤C∶N∶P比平均值为34.44∶3.03∶1,说明P是江西省耕地土壤主要的限制因素.此外,由于碳、氮、磷三者之间并不存在显著的两两相关性,表明江西省耕地土壤中不存在稳定的"Redfield ratio";半方差函数表明,江西省土壤碳、氮、磷生态化学计量特征具有中等程度的空间变异性,其空间变异特征主要受到随机性因素的影响;经ANOVA检验显示,不同农田利用方式对土壤碳氮磷生态化学计量特征影响显著(p0.05),土壤SOC和TN平均含量依次表现为:两季水田水旱轮作一季水田一季旱地两季旱地,土壤TP平均含量依次表现为:两季旱地两季水田一季水田一季旱地水旱轮作,土壤C∶N依次表现为:两季水田两季旱地一季水田水旱轮作一季旱地,土壤C∶P平均值依次表现为:水旱轮作两季水田一季水田一季旱地两季旱地,土壤N∶P平均值依次表现为:水旱轮作一季旱地两季水田一季水田两季旱地.总体而言,土壤碳、氮、磷生态化学计量比的变化特征是农田利用方式和环境因子综合作用的结果,土壤C∶N∶P比对土壤碳、氮、磷储量及养分的限制性具有重要的指示作用.     

福建省水田土壤有机碳积累对未来温度升高的响应

明确未来温度升高下我国农田土壤的碳“源-汇”效应是合理制定碳中和管理政策的基础.以我国典型亚热带地区——整个福建省84个县(市、区)水田土壤为研究对象,基于目前该区域最详细的1∶5万大比例尺土壤数据库和生物地球化学过程模型(DNDC),模拟了2017～2053年不同温度升高情景下全省水田土壤的有机碳动态变化.结果表明,在常规温度(对照)以及温度上升2、4和6℃这4种情景分析下,福建省水田土壤的固碳总量分别为11.56、9.44、7.08和4.91 Tg,年均固碳速率(以C计)分别为173、141、106和74 kg·(hm²·a)^-1,说明随着未来温度升高固碳速率在下降,但总体而言在6℃升温下全省水田土壤仍是“碳汇”.从不同土壤类型来看,潜育水稻土受气温升高的影响最大,不同处理下固碳速率降幅介于20%～69%之间,而盐渍水稻土受气温升高的影响最小,不同处理下固碳速率降幅介于14%～43%之间.从不同行政区来看,受气温升高影响最大的是位于武夷山脉附近的三明市,不同处理下固碳速率降幅介于27%～83%之间,而受气温升高影响最小的是沿海的泉州市和莆...     

浑蒲灌区土壤中多环芳烃的分布及生态响应

因污水灌溉、大气沉降和油井的直接输入可能导致浑蒲灌区土壤中的w(PAHs)升高. 沿灌渠走向选取了8个采样点和1个对照点,分析了不同深度的土壤中w(PAHs)和表层土壤中微生物PLFAs(磷脂脂肪酸)的组成. Spearman分析表明,除了芴和蒽,其他PAHs、2~6环PAHs和总PAHs的质量分数均与土壤深度呈显著负相关. 油井附近的旱田土壤中w(PAHs)较高〔Ⅰ-2U采样点为(645.77±204.21)μg/kg,Ⅰ-6U采样点为(660.39±208.83)μg/kg〕;浑蒲灌区土壤中的PAHs以低环数的菲〔(61.92±13.72) μg/kg〕、蒽〔(39.11±10.68) μg/kg〕和芴〔(31.12±8.14) μg/kg〕为主;由于淋洗作用,水田土壤中w(PAHs)明显低于旱田. 相比对照点,浑蒲灌区土壤中微生物量降低,但微生物多样性增加. 通过对PLFAs的主成分和聚类分析,受油井影响的水田(Ⅰ-1P、Ⅰ-5P采样点)与旱田(Ⅰ-2U和Ⅰ-6U采样点)聚在一起,与对照点距离较远,说明油井附近水田和旱田的微生物结构与对照点存在显著差异,二者同时受到了油田的影响,相应的生态功能也会受到同样的影响. 尽管水田土壤中w(PAHs)明显低于旱田,但其土壤微生物结构也明显受到了石油污染的影响,而且水田地下水健康风险增加,因此建议关注水田风险,并为水田和旱田制订不同的PAHs土壤基准值.      

水田土壤细菌群落对不同重金属污染水平的响应分析——以A县为例

重金属污染问题长期存在于土壤环境中,并对土壤细菌群落结构造成了较大影响,从而引起了广泛的研究.本文选取水田土壤为测试样本,通过高通量测序技术和土壤性质化验对样本进行处理,采用Spearman相关性分析等统计分析方法对不同重金属污染水平下的水田土壤细菌群落进行结构和多样性分析.结果显示,研究区内土壤样点的重金属污染水平可被划分为4个等级,其中,轻度重金属污染水平(LL)区域土壤细菌群落的多样性指数总体上显著低于其他区域,即轻度污染的环境将降低该区域的细菌群落多样性.Nitrospira和Candidatus_Solibacter等菌属在重度重金属污染水平(SL)区域中显示出较强的重金属耐受性.Proteobacteria、Firmicutes和Gemmatimonadetes等菌门在不同等级重金属污染水平区域中表现出一定的耐受性.此外,土壤含水量(SWC)、酸碱度(pH)、速效磷(AP)、有效钾(AK)、总氮(TN)、有机质(OM)、铜(Cu)、铅(Pb)、砷(As)和锌(Zn)等土壤环境因子与细菌群落结构存在显著相关性(p0.05).因此,应该尽快开发利用这些具有重金属耐性和生物修复功能的微生物,为粮食作物的健康生长提供适宜的土壤环境.     

江西省不同农田利用方式对土壤碳、氮和碳氮比的影响

基于江西省16582个农田耕层(0~20 cm)土壤样点数据,运用实地调查、数理统计与地统计学等分析方法,探讨了不同农田利用方式(水旱轮作、一季旱地、两季旱地、一季水田和两季水田)对土壤有机碳(SOC)、氮含量(TN)和碳氮比(C∶N)的影响.结果表明,江西省耕层土壤SOC、TN含量和C∶N比分别为5.22~34.56 g·kg~(-1)、0.26~3.06 g·kg~(-1)和2.98~52.67,均处于中等偏上水平.经半方差函数分析,江西省土壤SOC、TN和C∶N比的空间变异主要是由随机性因素引起的;方差分析显示,不同土地利用方式下耕地土壤中SOC、TN和C∶N比存在显著差异,土壤SOC和TN含量表现为两季水田水旱轮作一季水田一季旱地两季旱地,而土壤C∶N比则表现为两季水田两季旱地一季水田水旱轮作一季旱地,土壤C∶N比对估测区域土壤有机碳储量具有良好的指示作用,因此,从土壤C∶N比角度考虑,水田更有利于SOC的贮存,有利于增加土壤汇集碳氮的能力.Pearson相关性分析表明,5种利用方式下经度、纬度和海拔与土壤SOC、TN含量和C∶N比具有显著的相关关系.     

省级尺度土壤As迁移转化与水稻安全种植区划：以贵州省为例

为探究贵州省水田土壤和稻米As含量分布特征,及稻米食用健康风险并评估水稻安全种植性,采集水田土壤样品209个,水田土壤-水稻样品1 567组,测定其As含量和土壤基本理化性质,运用单因子污染指数法对样品污染程度进行评价.结果表明： ①贵州省水田土壤主要呈中性,其保肥能力和有机质含量均为中等以上水平,土壤较为肥沃.水田土壤ω（As）范围为0.042~91.75 mg·kg^-1,几何均值为10.03 mg·kg^-1,经独立样本T检验,水田土壤As累积效应低于自然土壤As（P<0.05）.与《农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618-2018）筛选值（0.2 mg·kg^-1）相比,土壤样品超标率15.37%.②稻米ω（As）范围为0.001~0.937 mg·kg^-1,几何平均值为0.108 mg·kg^-1,10.21%的稻米样品超过《食品中污染物限量（试行）》（GB 2762-2022）的限值,超标点位主要分布于黔南州的中北部和遵义南部县区等工矿业活动区周围.③经大米摄入的As对成人和儿童存在非致癌风险和致癌风险,且对儿童的影响大于成人.贵州省水田稻米安全种植区划未见严格管控区域,水稻可实现安全种植.     

水稻田土壤甲烷厌氧氧化在整个甲烷氧化中的贡献率

对黄松土水田土壤中>0.02mm的颗粒和<0.02mm的颗粒按不同比例组合成的土壤、不同绝对含水量的黄松土水田土壤、不同温育时段的水田土壤和长期定位不同施肥的水稻田土壤中的甲烷好氧氧化和厌氧氧化的速率的检测结果进行比较,结果相当一致,不仅证实了水稻田土壤甲烷厌氧氧化过程的存在,而且表明水田土壤中的甲烷厌氧氧化活性远较甲烷好氧氧化活性要低,如以两者的氧化活性作为对甲烷氧化的贡献来计,则甲烷厌氧氧化的贡献率一般都在整个甲烷氧化的10%以下.但在水田土壤被水淹没的情形下,由于土壤厌氧条件的形成和甲烷扩散受阻,甲烷厌氧氧化的速率明显超过好氧氧化的速率,甲烷厌氧氧化在整个甲烷氧化中的贡献率可到达30%以上.长期施肥对于水稻田土壤的甲烷好氧氧化活性和甲烷排放通量影响显著,而对甲烷的厌氧氧化活性有影响但未达到显著水平.长期施肥处理的土壤中甲烷好氧氧化活性在(9.072～41.088)×10^-6mol·(d·g)^-1之间,而甲烷厌氧氧化活性仅在(0.325～0.671)×10^-6mol·(d·g)^-1之间,仅及甲烷好氧氧化活性的1.31%～4.43%,占整个甲烷氧化的1.3%～4.14%.