黄土丘陵区退耕地生物结皮对土壤理化性状的影响

以黄土丘陵区易形成生物结皮的阴坡自然撂荒地为研究对象,运用时空互代法,通过野外调查结合室内分析,研究了不同年限(1～13a)撂荒地上生物结皮的形成对0～20cm剖面土壤含水量、容重、地表粘结力、水分渗透性、有机质含量以及土壤全量和速效养分含量等基本理化性状的影响。结果表明,生物结皮的形成可显著影响0～20cm土层土壤的理化性状,表现为:①退耕后,由于生物结皮的形成,退耕地较农地土壤渗透性显著降低,0～20cm土层土壤含水量随退耕年限的延长经历了一个先增后减的变化过程,导致了10a以上退耕地土壤含水量的降低;②生物结皮可显著提高退耕地土壤表面粘结力,10a以上退耕地保留结皮土壤的粘结力是初始退耕地和/或除掉结皮层土壤粘结力的6倍以上,退耕地表面粘结力的增强与退耕后土壤自然沉实以及容重增加关系不大;③生物结皮的形成导致了退耕地土壤渗透性的降低,保留结皮的土壤,其稳定渗透系数(K10)随退耕年限延长而降低,除掉结皮,K 10随退耕年限延长而增加;④生物结皮的形成,使土壤有机质、全氮含量剖面分布呈表聚现象,随退耕年限的延长,表聚现象更趋明显,土壤全磷亦有弱表聚现象。生物结皮层的形成,还可提高结皮层土壤速效养分含量。     

不同冻结温度黑土渐次解冻过程有机碳矿化特征及影响因素

将粒径<2mm的黑土填充土柱后,湿润至田间持水量(41%),分别在-10℃、-15℃和-20℃冷冻12h,于10℃解冻.为捕捉土壤水盐养分在土柱由外而内冻结过程中的再分布特征,在土柱渐次解冻过程中从外到内逐层剥离成六层(T1～T6),并进行指标测定.结果表明:1)土柱最外层T1的含水率最高达48.9%～61.9%,而内核T6最干燥仅为29.3%～35%,其中-20℃冻结土柱在解冻后外层的水分富集程度最显著.电导率(EC)则表现为外层T1和内层T6偏高(53.9～66.4μS/cm和55.0～64.0μS/cm),而中间层T3偏低(53～56.5μS/cm),且-10℃冻结后各渐次解冻土层间的EC差异最显著.2)可溶性有机碳(DOC)由外层T1向内层T6逐渐降低,而微生物生物量碳(SMBC)则由外层向内层呈现增多趋势,且冻结温度越低,DOC和SMBC在各解冻土层间的差异越明显.3)CO₂释放速率表现为外层T1和内层T6较高(34～40.7μg/g和33.5～63μg/g),而中间层T4较低(23.7～25.0μg/g),且-10℃冻结后各渐次解冻土层释放的CO...     

不同原料制备的生物炭形貌结构及表面特性研究

选取槐树皮、锯末、苹果枝、玉米秸秆、杂木五种原料采用干蒸裂解工艺制备生物炭通过扫描电子显微镜(SEM)观察生物炭的形貌结构利用氮气吸附BET容量法,测定生物炭的比表面积和孔体积,获得吸附脱附等温线,根据吸附等温线计算BJH孔径分布并将5种生物炭的形貌结构和表面特性对比分析,以期为生物炭深入研究提供科学依据。结果表明;5种生物炭均表现为多孔结构,孔结构大小和形状各异;不同原料对生物炭的比表面积有影响,杂木生物炭的比表面积最大(17.807 m~2/g),苹果枝生物炭最小(1.674 m~2/g)。随着玉米秸秆、锯末、槐树皮、杂木生物炭的孔体积和孔径的减小,其比表面积依次增大;槐树皮、锯末、玉米秸秆生物炭的氮气吸附脱附等温线为Ⅲ型,属于结块形成,苹果枝、杂木生物炭为Ⅳ型;5种生物炭均在2~65 nm范围内孔径分布较宽,呈中孔和大孔。     

黄土高塬沟壑区不同坡位和植被下的土壤硝态氮特征研究

地形和植被会改变水分在土壤中的运移,进而影响土壤中硝态氮(NO_3~--N)的分布,并可能导致对水体污染的差异.在黄土高塬沟壑区黑河流域选取3个样点,采集刺槐林和草地在不同坡位(上、中和下坡位)的6 m深土样,分析了坡位和植被对NO_3~--N迁移的影响,并初步评估了其对地表水及地下水污染的潜在风险.不同坡位及植被条件下,土壤中硝态氮均没有出现累积,在表层土壤达到最大值后逐渐减小.2种植被下NO_3~--N达到稳定时的深度约为200 cm,稳定浓度均为下坡位上坡位中坡位,但在同一坡位的稳定浓度均有草地高于刺槐林的特点,说明坡位及植被覆盖类型均会影响NO_3~--N在土壤中的分布.整个流域地表水NO-3含量枯水期及汛期分别为(6.90±2.10)mg·L~(-1)和(5.84±2.86)mg·L~(-1),而坡地表层土壤(0~20 cm)中可移动态NO_3~-为(29.55±6.59)mg·L~(-1),明显大于地表水中的浓度,很有可能随径流流失造成地表水氮素污染.地下水枯水期和汛期的NO_3~-含量分别为(24.61±23.72)mg·L~(-1)和(15.70±10.78)mg·L~(-1),而坡地深层土壤(200 cm)中NO-3为(0.78±0.16)mg·L~(-1),由于浓度较低,对地下水造成污染的可能性较小.     

融冰期与非融冰期水库CO2逸出昼夜变化及CO2分压影响因素研究

以位于黄土高原北洛河流域的南沟水库为研究对象，采用Li-850静态箱法，于融冰期（3月）、非融冰期（5月）对水体CO₂分压（p（CO₂））和水-气界面CO₂逸出（F（CO₂））分别进行了5 d 40次昼夜监测，同时测定了各种水体理化指标，着重对比了水体p（CO₂）在两个时期间的差异和两时期内的昼夜变化特征，系统分析了水体p（CO₂）的影响因素.结果表明：融冰期p（CO₂）（（324.8±59.4）Pa）比非融冰期（（124.9±14.1）Pa）高出近3倍，差异性显著（p<0.05），但两个时期内昼夜p（CO₂）值并无显著性差异（p>0.05）；水体p（CO₂）与水温、pH、叶绿素（Chla）、溶解氧（DO）呈显著负相关，与溶解无机碳（DIC）、溶解有机碳（DOC）呈显著正相关，水体p（CO₂）受流域碳酸盐体系和水温影响最大，相关系数分别达0.92和-0.91，光合呼吸作用的影响其次；研究区小水库F（CO₂）范围为101~1589 g·m^-2·a^-1，是大气持续碳"源"，其平均排放量与个别温带、亚热带小型水库接近，但低于热带水库.     

黄土丘陵区典型植被枯落物坡面分布及混入土壤对土壤性状的影响

黄土丘陵区植被的恢复可能影响枯落物分布特征,进而对土壤性状产生影响。论文选取刺槐（Robinia pseudoacacia）人工林、柠条（Caragana intermedia）人工林、铁杆蒿（Artemisia gmelini）群落和白羊草（Bothriochloa ischaemum）群落4种典型植被样地,研究其枯落物坡面（坡长40~80 m）分布特征及自然条件混入土壤中对土壤理化性状的影响。结果表明：1）4种典型植被样地地表枯落物蓄积量（143.89~833.04 g/m²）、盖度（0.36~0.63）和厚度（0.77~2.03 cm）均表现为刺槐人工林>柠条人工林>铁杆蒿群落>白羊草群落;土壤中枯落物混入量（178.80~657.21 g/m²）和混入深度（1.33~2.29 cm）均表现为刺槐人工林>铁杆蒿群落>柠条人工林>白羊草群落;土壤中枯落物混入量占枯落物总蓄积量的比例（45.91%~74.02%）表现为铁杆蒿群落>柠条人工林>白羊草群落>刺槐人工林。2）4种典型植被样地地表枯落物蓄积量和土壤中枯落物混入量均为坡下高于坡上,受径流冲刷和泥沙分离—输移—沉积过程的影响,枯落物地表蓄积量和土壤混入量在坡中波动较大;随枯落物地表盖度的增加,地表枯落物蓄积量呈指数函数增加（P<0.01）,且随地表枯落物蓄积量的增加,土壤中枯落物混入量呈对数函数增加（P<0.01）。3）土壤容重、粘结力和水稳性团聚体几何平均直径（WAS-GMD）随土壤中枯落物混入量的增大而线性降低（P<0.01）,土壤有机碳和全氮含量在铁杆蒿群落和白羊草群落中均随土壤中枯落物混入量的增大而线性增加（P<0.05）。该研究将为评价黄土高原退耕还林还（草）工程生态成效、修正土壤侵蚀预报模型提供重要依据。     

延河流域不同立地条件下植物-枯落物-土壤生态化学计量学特征

通过对黄土高原延河流域不同立地条件的植物、枯落物和土壤进行调查、取样和分析,选取不同立地条件下的共有植物达乌里胡枝子,研究了不同立地条件下共有植物-枯落物-土壤的碳、氮、磷化学计量特征,以期探索不同立地条件中的元素迁移和转化。结果表明：1）土壤碳氮比的平均值为10.88,土壤碳磷比和氮磷比的平均值分别为23.14和2.13。2）土壤碳氮比表现为阳坡>阴坡、沟坡>峁坡,氮磷比无显著差异;共有植物碳氮比表现为阳坡>阴坡,峁坡>沟坡,碳磷比和氮磷比为阴坡>阳坡,峁坡>沟坡;枯落物碳氮比表现为阳坡>阴坡,峁坡>沟坡;氮磷比和碳磷比在不同立地条件中均表现为阴坡>阳坡,沟坡>峁坡。3）通过对不同立地条件下植物-枯落物-土壤化学计量特征的探讨,得知沟坡条件下土壤有机碳累积速率相对高于峁坡,阳坡土壤有机碳固定大于阴坡,各立地条件中土壤全磷含量相对一致;在植物生长后期以及枯落物分解过程中,阳坡和峁坡表现为氮素迁移转化相对强烈,阴坡和沟坡则有利于磷的迁移和转化。     

黄土高原水蚀风蚀交错区植被间土壤水分竞争

通过对黄土高原水蚀风蚀交错区4 种相邻植被条带（撂荒地、柠条地、苜蓿地、农地）0~4m土壤剖面含水量和地上生物特征的测定分析,研究不同植被之间的水分竞争关系。结果表明：水平方向上,撂荒地和农地土壤含水量随着靠近柠条地和苜蓿地呈下降趋势,且柠条对临近撂荒地土壤水分影响的水平距离至少有6 m。而深根性植物柠条和苜蓿相邻处测点的土壤含水量在所有测点中最低。此外,通过对地上生物特征分析,临近农地的苜蓿和临近撂荒地的柠条有较高的生物指标,证明这两种深根系植物吸收利用了相邻地块的土壤水分。因此,柠条和苜蓿对土壤水分竞争激烈,不宜搭配种植,而深根-浅根植物搭配扩大了深根系植物根系吸水空间,有利于其生长。     

黄土高原不同地貌区土壤有机碳空间变异与合理取样数研究

论文运用经典统计学和地统计学相结合的方法,以黄土高原典型地貌丘陵沟壑区(庄浪县)与平原区(武功县)为例,探讨了土壤有机碳空间变异特征及县域尺度土壤有机碳的合理采样数。研究表明,丘陵沟壑区有机碳的变异系数较小,变化范围在0.176 到0.200 之间,平原区较沟壑区大,变化范围在0.24 到0.26 之间,基于经典统计学,在5%的精度要求和95%的置信区间,沟壑区的合理样本数为64 个,平原区为110 个。丘陵沟壑区与平原区两区域都呈现出强烈的空间相关性且变程较小,分别为2 250、900 m,庄浪县土壤有机碳含量高值区斑块较破碎,东部较西部多、北部比南部多;武功县土壤有机碳含量西南与中部地区含量较高,高值区比庄浪县相对集中。根据土壤有机碳的空间相关性和克里格插值的独立验证得出庄浪县与武功县的合理采样数分别为903、1 838 个,合理样本数的确定对合理评价黄土高原地区碳储量的预测精度有重要意义。     

土壤氨化过程中微生物作用研究进展

土壤氮素矿化产生的无机氮是植物的主要氮素来源,土壤氨化过程是氮素矿化的第一步,微生物在其中发挥着巨大作用.本文从氨化过程的微生物作用机理,可利用碳氮比、蛋白酶和微生物群落结构等影响因素以及微生物研究方法3个方面来讨论微生物对氨化过程的重要贡献.研究发现高分子可溶性有机氮的解聚作用很可能是氨化过程的限速步骤,土壤微生物生物量氮有可能是微生物易利用氮的直接且主要来源,同时土壤可利用碳氮比对氨态氮的产生具有重要影响.最后介绍了分子生物学新方法尤其是高通量测序技术在土壤微生物作用研究中的应用,并就目前未解决问题和今后研究方向提出展望.