黄土高原半干旱区土壤呼吸对土地利用变化的响应

明确土地利用方式变化条件下引起土壤呼吸差异性的因素,对预测黄土区退耕还草条件下土壤碳循环变化有重要意义。基于建立于1984 年的长期定位试验,于2011 年3 月至2012年12 月,利用Li-8100 系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测了退耕还草(苜蓿)处理和农田(冬小麦)土壤呼吸季节变化以及土壤表层(0~5 cm)温度和含水量,研究了土地利用变化下土壤呼吸变化特征及其与土壤温度、水分以及有机碳特性之间的关系。结果发现,退耕27 a 来(自1984年麦地转化为苜蓿地),土壤呼吸速率苜蓿地(3.55 μmol·m^-2·s^-1)达小麦地(1.36 μmol·m^-2·s^-1)的2.61 倍,累积呼吸量苜蓿地(981 g·m^-2)达小麦(357 g·m^-2)的2.75 倍。土壤呼吸温度敏感系数(Q₁₀)苜蓿地较小麦地2011 年提高24.5%,2012 年提高2.4%。苜蓿地SOC含量(10.5 g·kg^-1)较小麦地(6.5 g·kg^-1)提高61.5%,微生物量碳(204 mg·kg^-1)较小麦地(152 mg·kg^-1)提高34%,0~5 cm土壤水分含量同期高于小麦地,但二者土壤温度差异不显著。土壤水分、SOC、微生物量碳等是造成二者呼吸差异的因素。     

黄土高原坡耕地沟蚀土壤质量评价

黄土高原坡耕地沟蚀广泛而严重。科学评价沟蚀土壤质量是侵蚀环境下土壤保育和利用的重要基础。论文以沟间土壤为对照,分析了坡耕地沟蚀对土壤质量单因子的影响并建立了沟蚀土壤质量综合评价模型。利用加权和法对黄土高原坡耕地不同沟蚀深度下土壤质量进行综合评价。结果表明:①沟蚀对坡耕地不同土壤质量因子的影响有较大差异。沟蚀导致土壤硬化,pH值增加,而土壤团聚体和养分含量(除全磷)随着沟蚀深度增加表现出明显的层次性,近似呈"W"型变化规律。②沟蚀深度对土壤质量的影响可以用幂函数y=0.866 8 x ^-0.142(R²=0.877)较好地拟合。微度侵蚀(<5 cm)、中度侵蚀(5~30 cm)和重度侵蚀(30~50 cm)的土壤质量指数较沟间土壤分别降低了10.6%、27.9%和36.5%。沟蚀深度5 cm和30 cm是土壤质量显著下降的两个关键点。③反映沟蚀土壤质量的指标可以归为肥力因子、质地因子和结构因子三类。土壤有机质、水稳性团聚体、土壤比表面积和容重4项指标能够很好地反映土壤质量状况,可作为坡耕地沟蚀土壤质量的表征指标。     

黄土丘陵区微地形梯度下草地群落植物与土壤碳、氮、磷化学计量学特征

论文以黄土丘陵区安塞实验站微地形（阳坡坡上、中、下部,坡顶,阴坡坡上、中、下部）条件下的草地群落为研究对象,测定群落叶片及不同土层根系和土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）含量,试图揭示微地形（坡向和坡位）对植物叶片、根系和土壤生态化学计量特征的影响。结果表明：研究区草本群落叶片C、N、P含量和C/N、C/P、N/P化学计量比的平均值分别为433.47、24.84、1.61 g/kg和18.18、320.36、17.41,叶片N/P值表明黄土丘陵区植物生长更易受P限制;根系C、N、P含量及C/N、C/P、N/P计量比的平均值分别为380.05、9.07、0.31 g/kg和49.61、1 326.64、30.73。叶片及根系C、N、P含量在不同坡向都表现出阴坡大于阳坡的现象。植物与土壤作为生物地球化学循环的不同环节,两者之间必然存在联系。论文相关分析表明：0~20、20~50、50~80、80~100 cm 4个分层的土壤C、N、P含量与叶片及根系化学计量特征之间都有不同程度的相关关系,特别是表层土壤C、N、P含量与叶片及根系C、N、P含量相关性较好。     

退耕地养分和微生物量对土壤酶活性的影响

为了解侵蚀环境下植被恢复土壤酶活性对土壤养分和微生物量指标的响应规律,以典型侵蚀环境黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复1~50年撂荒地长期定位试验点为研究对象,采用典型逐步回归和非线性拟合来分析各指标间的耦合关系.结果表明,土壤酶活性除a淀粉酶外,均与土壤养分因子和微生物量指标有较高的相关性(P<0.05).在土壤酶活性和养分因子间,尿酶和纤维素酶主要受总氮影响,碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和多酚氧化酶主要受可利用氮影响,蔗糖酶和多酚氧化酶还受到有机质的影响;在土壤酶活性和微生物量指标间,尿酶主要受微生物量磷影响,碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和多酚氧化酶均受微生物量碳影响,纤维素酶则受微生物量氮影响,但多酚氧化酶与可利用氮、有机质和微生物量碳呈负相关;此外,它们之间均存在良好的对数关系(y=b+alnx, P<0.05).     

黄土丘陵区县域农田土壤近30年有机碳变化及影响因素研究：以甘肃庄浪县为例

通过采样分析,结合20世纪80年代全国第二次土壤普查土壤有机碳数据,对庄浪县农田耕层(0~20 cm)土壤近30年有机碳变化及影响因素进行研究.结果表明:①全国第二次土壤普查时土壤平均有机碳含量为6.80 g·kg-1,2011年为8.90g·kg-1.近30年有机碳含量增加了30.9%,表现为碳汇效应.有机碳含量增加的农田面积约占庄浪县耕地总面积的90%.②在现有管理措施和农田投入下,黄绵土有机碳的稳定水平约为11.0 g·kg-1.有机碳积累量呈现出离稳定值越远变化越大、离稳定值越近变化越小的规律.③近30年土壤有机碳含量变化受海拔高度、初始有机碳含量和土壤类型等因素的显著影响,其中海拔高度对有机碳变化的影响程度最大,初始有机碳含量、土壤类型、产量及有机肥用量对土壤有机碳变化的影响次之,坡向对有机碳变化的影响最小.     

模拟条件下侵蚀-沉积部位土壤CO2通量变化及其影响因素

了解土壤侵蚀与沉积对土壤CO_2通量的影响有助于正确评价侵蚀区域土壤和大气之间CO_2交换过程与机制.本试验于2014和2015年雨季(7~9月)在长武农田生态系统国家野外站进行,利用土壤碳通量测量系统LI-8100(LI-COR,Lincoln,NE,USA)和土壤温度及水分数据采集器(EM50,DECAGON,USA),测定侵蚀和沉积地貌下的土壤CO_2通量、土壤水分和温度,并采集径流泥沙.结果表明:1侵蚀区和沉积区土壤CO_2通量均值依次为1.05μmol·(m~2·s)~(-1)和1.38μmol·(m~2·s)~(-1),沉积区较侵蚀区增幅达31%(P0.05);沉积区土壤CO_2通量温度敏感性(8.14)是侵蚀区(2.34)3倍以上.2侵蚀区与沉积区土壤水分均值分别为0.21 m~3·m~(-3)和0.25 m~3·m~(-3),沉积区较侵蚀区提高19%(P0.05).尽管侵蚀区较沉积区土壤温度稍有提高(7%),但差异不显著.3泥沙中有机碳平均含量(7.26 g·kg~(-1))较试验之初(6.83 g·kg~(-1))提高6%.4土壤水分和土壤有机碳(SOC)在侵蚀区和沉积区的重新分布对土壤CO_2通量空间变异有重要影响.     

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。     

中国人为热变化及其对地表能量平衡的影响

利用人口统计、分布数据及能源消费统计资料,对中国1980~2015年人为热通量（Q_a）的时空变化进行了研究,并将其与地表净太阳辐射（R_n）进行了对比分析,以探讨人为热对不同尺度地表能量平衡的影响.结果表明,在研究时段内,全国平均Q_a呈显著升高趋势（0.11W/m²/10a,P<0.001）,从1980年的0.07W/m²上升到2015年的0.45W/m²,已经约相当于全球工业革命以来CO₂排放引起辐射强迫（1.68W/m²）的27%;其中Q_a高值区（≥ 1.00W/m²）已由1990年的点状分布变为2015年的面状分布,占到全国面积的10%;全国平均R_n的趋势率（0.18W/m²/10a）略大于Q_a,但未通过显著性检验（P=0.381）.对于参与计算的31个省会城市,2015年市区Q_a平均值在1~32W/m²之间,平均达17W/m²,相当于R_n平均值（147W/m²）的12%;在栅格尺度上（0.5min×0.5min）,除拉萨外,其余城市的Q_a像元最大值均超过了120W/m²,已经导致局地的热平衡发生了本质变化.研究认为,人为热释放因素不但需要在城市气候模拟研究中给予更多考虑,而且在全球和区域气候模拟与评价中以及制定气候变化应对策略时也有必要给予充分考虑,以促进全面认识并减缓气温升高.     

黄土丘陵区枣农复合系统土壤水分利用与竞争

探明黄土丘陵区农林复合系统植物土壤水分利用策略对评价其配置合理性与可持续性具有重要意义。论文以黄土丘陵区枣农（枣树+农作物）复合系统为对象,测定不同生育期植物木质部水和土壤水氧稳定同位素比率（δ¹⁸O）,利用IsoSource模型分析了复合系统中枣树与间作农作物（黄花菜和饲料油菜）土壤水分利用策略,判断两种复合系统作物间是否发生水分竞争。结果表明：枣树各时期对表层（0~20 cm）土壤水利用较少,在旱季主要使用中层（20~60 cm）和深层（60~200 cm）土壤水,雨季有显著降雨后主要利用中层土壤水。黄花菜、饲料油菜在旱季对低雨量有效降雨反应灵敏,但其仍主要利用中层土壤水,雨季显著降雨后两者对表层土壤水利用比例显著增加。总之枣树与黄花菜和饲料油菜土壤水分利用策略存在明显区别,但在较为干旱的5月和7月对中层和深层土壤水存在明显竞争。因此可在枣树株间修建深度为40 cm肥水坑,增加中层和深层土壤含水量,促进枣树根系向下生长,缓解水分竞争对枣树生长和产量造成的不利影响。     

改性木质素吸附剂和水热活化碳去除Cr(Ⅵ)的研究进展

工业化的迅速发展,导致水体中的重金属污染日益严重,不仅对自然环境的可持续发展提出了严峻考验,也严重威胁着人类的健康。治理铬[Cr(Ⅵ)]污染的众多方法中,吸附法因其环保、高效、可循环再生、无二次污染等优点,被认为是一种极具应用前景的方法。木质素碳和水热活化法获得的碳材料中均含有大量官能团,对去除废水中的Cr(Ⅵ)具有巨大潜力。本文综述了改性木质素基吸附剂和水热活化碳去除Cr(Ⅵ)的研究进展及存在的问题,展望了提高吸附剂吸附效率的方法和实现吸附剂工业化应用的途径。