四川盆地丘陵区紫色土退化研究——Ⅱ.紫色土退化的微形态特征

采用比较研究法和辅以定点追踪观测,研究了四川盆地丘陵区几种主要紫色土退化的微形态特征。根据土壤退化的某些微形态诊断特征,将紫色土退化问题归纳为土壤物理性退化、土壤构造性退化和土壤营养性退化等类;在此基础上,评价了本区几种主要紫色土的退化状况,并提出应重点治理典型紫色土的退化和紫色土普遍存在的构造性退化问题。     

紫色土丘陵区畜禽养殖场土壤中抗生素抗性基因分布特征

鉴于紫色土高垦殖丘陵区土壤中抗生素抗性基因的潜在生态环境风险,本研究采用高通量荧光定量PCR技术,分析了抗生素抗性基因在不同类型畜禽养殖场(养猪场、养鸡场和养牛场)土壤中的丰度和多样性.结果表明,3种养殖场土壤中共检出79种抗生素抗性基因和5种可移动基因元件,其中多重耐药类基因是养殖场土壤中丰度最高的耐药基因.不同养殖场土壤中抗生素抗性基因的丰度和多样性均表现为养鸡场和养猪场样品高于养牛场土壤,且3种养殖场土壤样品中的抗性基因表现出不同的类别分布特征.养殖场土壤中较高的可移动基因元件丰度,及其与抗生素抗性基因丰度显著的相关性(P0. 05)说明,可移动基因元件可能促进了抗生素抗性基因在养殖场土壤中的迁移和扩散.     

两性修饰磁化炭对紫色土吸附菲的增强作用

为了验证两性修饰磁化炭材料对紫色土吸附菲的增强作用,采用共沉淀负载Fe_3O_4法和湿法有机负载分别制备了磁化炭(MC)和不同十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰比例的两性修饰磁化炭(BS+MC),将其以1%的质量比加入到紫色土(PS)中,分别形成PS_(MC)和PS_(BS+MC)混合样品,批处理法研究各混合样品对菲的等温吸附和热力学特征,并对比了不同温度、离子强度和pH值对菲吸附的影响。结果表明:(1) MC和BS-MC材料的添加均增强了PS对菲的吸附能力,菲吸附量呈现PS_(200BS+MC)> PS_(150BS+MC)> PS_(100BS+MC)> PS_C> PS_(MC)> PS_(50BS+MC)> PS_(25BS+MC)> PS的趋势,PS_(BS+MC)对菲的吸附量随着添加材料上BS-12修饰比例的增加而增加。(2)菲在各供试土样上的吸附均表现为增温负效应(物理吸附),溶液pH值变化仅对PS_(150BS+MC)和PS_(200BS+MC)吸附菲有显著影响。离子强度增大不利于各供试土样对菲的吸附。(3) Henry模型适用于描述菲在供试土样上的等温吸附,且该过程呈现自发的、焓减和熵增的特征。从PS_C到PS_(MC)再到PS_(BS+MC),吸附过程呈现自发性、放热量和混乱度均增大的特征。     

生物炭对紫色土中氟苯尼考吸附与迁移的影响

氟苯尼考作为我国常用的兽用抗生素在土壤中被广泛检出,在有机质含量低(约<2%)、吸附性能差的紫色土中具有高迁移性,而具有多孔结构的生物炭对其具有较强的阻控能力. 本文采用批量平衡吸附试验与填装土柱淋溶试验,探究生物炭对氟苯尼考在紫色土中吸附与迁移的影响. 结果表明:Freundlich等温吸附模型可较好地刻画氟苯尼考在供试土壤上的吸附行为,其中,紫色土对氟苯尼考的吸附过程更接近于线性吸附(1/n=0.99±0.07),而生物炭施用使得紫色土对氟苯尼考的吸附容量常数(K_f)提高了9.69倍,且非线性增强;两点化学非平衡模型可较好地刻画供试土柱中Br?示踪剂与氟苯尼考的穿透曲线(R2≥0.964,RMSE≤0.09),生物炭施用分别提高了水动力弥散系数、瞬时吸附常数、瞬时吸附交换所占分数及一阶动力学速率系数,但因水土接触时间受限,瞬时吸附常数(K_d-c)远小于分配系数(K_d)和吸附容量常数(K_f);生物炭的施用使得紫色土中氟苯尼考的残留率增加了38%. 研究显示,紫色土中施用生物炭虽然促进了水分运动,但仍可通过提高吸附能力阻控氟苯尼考的迁移.      

化肥和有机肥配施生物炭对紫色土壤养分及磷赋存形态的影响

研究紫色土壤养分含量与不同形态磷含量对生物炭配施化肥和有机肥的响应,探明不同施肥处理对紫色土壤养分和磷形态的影响,以期为生物炭在紫色土区的合理农用提供科学依据.采用盆栽试验方法,设置对照(CK)、传统施肥(F)、化肥+20 t·hm-2稻壳生物炭(FP)、化肥+10 t·hm-2稻壳生物炭+10 t·hm-2玉米生物炭(FPM)、有机肥+20 t·hm-2稻壳生物炭(PP)和新鲜有机肥+20 t-hm-2稻壳生物炭(NPP)这6个处理,通过测定土壤养分含量的变化和不同形态磷之间的转化,阐明化肥和有机肥配施生物炭对紫色土壤养分及磷赋存形态的影响.结果表明:①生物炭施用可提高土壤pH值,其中PP和NPP处理的效果最好,其根际土壤pH较F处理分别提高了 1.78和1.87个单位.②配施生物炭(FP、FPM、PP和NPP)处理较F处理能显著提高土壤有机质、全氮、全磷和有效磷含量,表现出明显的根际效应,而显著降低速效钾的含量.③与F处理相比,PP和NPP处理能够显著增加植株根部生物量、植株全磷和全钾含量,而显著降低植株全氮含量.④土壤中最主要的磷赋存形态是中度活性磷,其占比为46.64％～57.46％.施用生物炭能够促进土壤难溶态磷向有效磷转化,提高活性磷和中度活性磷的比例,且表现出明显的根际效应.⑤施用生物炭有利于土壤有机磷的矿化,促进NaHCO3-P.向NaHCO3-Pi转化,其中PP处理的矿化作用最明显.配施生物炭可以改善土壤磷营养状况,促进土壤难溶态磷向有效态磷转化,其中PP处理的效果最优.因此,生物炭配施腐熟猪粪是紫色土区最有效的养分管理方式.     

改性酒糟生物炭对紫色土养分及酶活性的影响

为探寻酒糟生物炭和不同改性酒糟生物炭对土壤性质的影响,采用盆栽试验研究不同土壤改良剂(CK:不施改良剂、 JZ:酒糟生物炭、 TiO₂/JZ:酒糟生物炭负载纳米二氧化钛、 Fe/TiO₂/JZ:铁改性酒糟生物炭负载二氧化钛)和不同改良剂施用量(1%、 3%、 5%)在水旱轮作下不同处理土壤养分和酶活性的差异特征.结果表明：(1)改性酒糟生物炭显著提高了土壤pH和CEC(P<0.05).Fe-TiO₂/JZ在5%添加量下水稻季土壤pH达7.95,较CK处理增加了2.3个单位;CEC达12.06cmol·kg^-1,增加了21.38%;小白菜季土壤pH达5.99,较CK处理增加了1.5个单位;Fe-TiO₂/JZ在3%添加量下CEC达到8.91cmol·kg^-1,增加了13.11%.(2)同时显著提高了土壤全氮和有效磷含量(P<0.05).在5%添加量下JZ、 TiO₂/JZ和Fe-TiO₂/JZ土壤全氮于...     

紫色土丘陵区农用地土壤水分动态变化规律研究

依据定位观测数据，对紫色土丘陵区农用地土壤水分的动态变化规律进行了初步研究。结果表明，该区农用地土壤水分的季节变化主要受降水、蒸发和土地利用状况的影响，呈现出明显的三峰三谷型；垂直梯度变化由于受降雨入渗分布与土壤水分向上蒸发的综合作用，基本表现为增长型。并利用标准差和变异系数对土壤水分的垂直梯度变化进行了具体描述和层次划分。最后，通过分析该地区典型农作物及其不同栽培方式对农用地土壤水分的影响，认为优化农作物栽培方式是提高紫色土丘陵区农用地土壤水分利用效率和减少水土流失的有效途径。     

紫色土丘陵区坡地柑橘园土壤碳氮的空间分布特征

20世纪90年代以来,西南紫色土丘陵区大量坡耕地转变为果园,提高了农民的经济收益,但这一土地利用变化对土壤碳(C)、氮(N)空间分布特征的影响仍然缺乏研究.为探究紫色土丘陵区坡耕地转变为果园后土壤C、 N的空间分布特征,选取四川盆地中部紫色土丘陵区代表性柑橘园为研究对象,分析了由坡耕地转变为柑橘园后,土壤C、 N空间分布特征及其主要影响因素.结果表明,坡面位置(坡位)对土壤总氮(TN)、硝态氮(NO₃^--N)和可溶性有机碳(DOC)含量均有显著影响(P <0.05),而对土壤总有机碳(SOC)和铵态氮(NH₄⁺-N)的含量没有显著影响(P> 0.05).在0～30 cm土层,土壤NO₃^--N含量沿坡面的变化趋势为：上坡位<中坡位<下坡位,而TN和DOC含量沿坡面的变化趋势为：上坡位>中坡位>下坡位.各坡位土壤C、 N含量随深度(0～30 cm)增加呈现整体降低趋势,其中土层深度对土壤TN、 SOC、 NO₃     

不同施肥条件下紫色土旱坡地可溶性有机碳流失特征

明确紫色土旱坡地可溶性有机碳在不同施肥条件下的流失特征,得出最佳的养分管理方式,对提升三峡库区的耕地质量、维持土壤碳平衡和减轻土壤碳流失造成的环境污染具有重要意义.在中国科学院三峡库区水土保持与环境研究试验站内设置标准化径流小区,研究紫色土旱坡地在不同施肥处理［不施肥（CK）、常规施肥（常规）、优化施肥（优化）、85%优化施肥配施生物炭（生物炭）和85%优化施肥配施秸秆（秸秆）］条件下的产流产沙情况和土壤有机碳的流失特征.结果表明：①壤中流径流量占径流总量（径流包括地表径流和壤中流）的52.84%~92.23%,壤中流可溶性有机碳（DOC）流失通量占DOC总流失通量的43.64%~87.35%,壤中流是雨季径流的主要方式和土壤DOC流失的主要途径.②秸秆处理的地表径流量、产沙量、地表径流DOC流失通量和泥沙有机碳流失通量较优化处理分别降低了30.39%、39.41%、28.71%和23.97%,壤中流径流量和壤中流DOC流失通量较优化处理略有升高.生物炭处理的产流产沙量、地表径流DOC流失通量、壤中流DOC流失通量和泥沙有机碳流失通量均显著高于优化处理.③ DOC流失通量占土壤有机碳总流失通量的99.31%~99.94%,DOC是紫色土旱坡地土壤有机碳流失的主要形式,各处理的DOC流失通量呈现：生物炭 > 优化 > 秸秆 > 常规 > CK.④生物炭和秸秆处理的SOC含量较优化处理分别提高了95.79%和32.16%.85%优化施肥配施秸秆能显著减少紫色土旱坡地的地表径流量、泥沙流失量和土壤有机碳流失通量,同时提高土壤有机碳含量,是紫色土旱坡地的最佳养分管理方式.     

氮肥施用对紫色土-玉米根系系统N2O排放的影响

通过不同施氮水平与不同氮肥品种2个田间试验,结合静态箱-气相色谱法研究了川中丘陵区2005年5～9月石灰性紫色土-玉米根系系统的N2O排放变化.结果表明:1)施用氮肥显著地增加了N2O排放,在3个施氮水平下(0、150和250 kg·hm-2),N2O排放总量分别为0.88、2.19和2.52 kg·hm-2;施氮量越高,N2O排放量也越高.当施氮量超过一定水平后,施肥量高低对N2O排放总量的影响并不显著.由氮肥施用引起的N2O排放量占施氮量的0.87%(150 kg·hm-2)和0.66%(250 kg·hm-2).2)氮肥品种显著影响N2O排放,尿素(酰胺态氮肥)和硫酸铵(铵态氮肥)处理的N2O排放量分别为2.09和1.80 kg·hm-2,显著高于硝酸钾(硝态氮肥)处理(1.27 kg·hm-2),三者排放量分别占施氮量的0·80%、0.60%和0.27%.3)降雨是玉米生长季N2O排放的主要影响因子,而无机氮则是影响N2O排放的主要限制因子.