衡阳紫色土丘陵坡地不同恢复阶段土壤渗透性研究与评价

以典型的衡阳紫色土丘陵坡地植被不同恢复阶段为研究对象,采用空间代替时间序列方法,选用立地条件基本相似的草坡恢复阶段(Ⅰ)、灌草恢复阶段(Ⅱ)、灌丛恢复阶段(Ⅲ)与乔灌恢复阶段(Ⅳ),通过Spearman秩相关分析法与灰色关联度分析方法,对各植被恢复阶段土壤水分入渗特进行研究分析.结果表明:(1)不同植被恢复阶段土壤饱和导电率与土壤容重呈极显著负相关(p＜0.01),与非毛管孔隙度呈现出极显著正相关(p＜0.05),与粒径在2～0.25 mm的含量呈显著正相关(p＜0.05);(2)选取各植被恢复阶段的初渗速率、稳渗速率、平均渗透率和渗透总量4项参数进行灰色关联分析,各植被恢复阶段土壤水分入渗特性灰色关联度依次为乔灌恢复阶段(Ⅳ)(0.730 03)＞灌丛恢复阶段(Ⅲ)(0.686 02)＞灌草恢复阶段(Ⅱ)(0.596 09)＞草坡恢复阶段(Ⅰ)(0.56009)＞裸露地(CK) (0.414 03),乔灌恢复阶段(Ⅳ)在所研究的区域内具有较好的水分入渗性能;(3)Horton水分入渗模型拟合的相关系数R2值≥0.774,对所研究的区域的土壤水分入渗过程具有较好的适用性.图1,表6,参23.     

长期定位施肥下紫色土土壤微形态特征

通过对紫色土长期定位施肥下不同施肥处理0～20 cm耕层土壤微形态特征的研究,试图说明施肥对紫色土微形态的影响.用单偏光显微镜对不同处理的土壤微形态进行了观察与分析.结果表明:长期不施肥料的CK处理,土壤耕层结构致密,很少有孔隙发育,土壤微结构为结构较差的碎屑聚积状-沙粒聚积状;长期单施化学肥料,土壤颗粒未形成结构体,少孔隙,土壤微结构主要为斑晶胶凝状-细沙粒聚积状结构,土壤结构比CK处理优;长期施用有机肥或有机无机肥料配施的处理,土壤粗颗粒数量显著增加,结构疏松,孔隙量大,动、植物残体丰富,有铁锰结核和腐殖质的形成和微团聚体的发育,土壤微结构类型以MNPK处理最好,为胶凝紧实状-多孔状结构.有机无机肥料配施能显著改良紫色土的结构,培肥土壤,实现土壤可持续发展.     

生物滞留设施对城市地表径流低浓度磷吸附基质研究

城市地表径流是淡水水体磷的重要来源之一.国际上生物滞留设施被广泛应用于城市地表径流污染的控制,其中基质组成是影响生物滞留设施除磷效果的主要因素.本研究探讨了紫色土与河砂混合作为生物滞留设施基质吸附去除城市地表径流低浓度磷的可行性.结果表明:山地城市重庆不透水地表(包括居住区道路、商业区道路、停车场以及交通干道)径流TP浓度变化范围为0.04~7.00 mg·L-1,均值为(0.75±1.08)mg·L-1;TDP浓度变化范围为0.02~0.46 mg·L-1,均值为(0.15±0.10)mg·L-1.根据重庆降雨特征与不透水地表径流磷污染特征,生物滞留设施规模为10%不透水面积,预期服务时间10a,基质对城市地表径流P的预期吸附量需达到7.5 mg·kg-1.中、酸性紫色土草酸浸提态Fe、Al含量影响P吸附能力,紫色土P吸附能力与草酸浸提态Fe和Al含量与磷含量之比(OR)呈显著正相关,20%紫色土与80%河砂混合基质可以满足重庆生物滞留设施基质对城市地表径流P的预期吸附量要求.20%紫色土与80%河砂混合基质(厚度60 cm)对P浓度0.30mg·L-1的进水长期模拟运行,出水P浓度均低于0.05 mg·L-1.利用紫色土和河砂混合基质吸附去除水文过程与水质变化情况下的城市地表径流低浓度P是可行的.     

紫色土坡耕地裂隙潜流的产流机理与胶体颗粒迁移

土壤胶体是坡耕地农化物质迁移的主要载体.借助18O（氧同位素）示踪技术,探索了2014年8月29日和9月10日两场降雨下大型紫色土坡耕地（1 500 m2）裂隙潜流产流的水源来源及过程特征,并耦合了胶体颗粒释放与迁移机理的研究.结果表明,裂隙潜流及胶体迁移的水文过程线均总体呈快速上升和长拖尾的特征.随裂隙潜流产流开始,雨水对潜流的贡献逐渐增大,并在流量快速上升段支配裂隙潜流产流,而潜流流量峰值前及退水阶段,土壤前期可动水是潜流的主要产流来源.两场降雨下裂隙潜流中胶体颗粒浓度介于0.60~6.85 mg/L之间,平均值分别为1.58和2.31 mg/L,水浴超声后胶体颗粒浓度平均值分别为原样的2.15和1.81倍.胶体颗粒迁移速率比产流速率快（>30 min）,表明胶体辅助坡地农化物质迁移的潜力较大.对于长历时小降雨事件,潜流中胶体的迁移动态受潜流水化学因素〔如ρ（DOC）、ρ（Mg2+）和EC（电导率）〕支配,而强降雨事件下,潜流中胶体颗粒浓度还与潜流流量呈极显著负相关（R2 > 0.5）.此外,坡地内部产流方式（横向及垂向）对裂隙潜流中胶体颗粒的迁移通量有重要影响.研究显示,裂隙潜流产流过程线结合土水势、18O及水化学指标的动态变化,能够全面揭示裂隙潜流产流的阶段特征以及胶体颗粒释放与迁移的机理,对于进一步研究胶体对磷、有机农药等憎水性农化物的辅助运移特征有重要意义.      

3种低分子量有机酸对紫色土吸附菲的影响

采用静态吸附实验,研究了3种低分子量有机酸(柠檬酸、苹果酸和草酸)对紫色土吸附菲的影响.结果表明紫色土吸附菲的动力学过程符合二级动力学模型,3种低分子量有机酸(LMWOAs)均能显著降低紫色土吸附菲的速率常数;线性吸附模型很好地描述了紫色土对菲的吸附热力学过程是以分配作用为主.当加入的3种LMWOAs浓度低于5 mmol·L~(-1)时,促进紫色土吸附菲;当LMWOAs浓度≥10 mmol·L~(-1)时,抑制紫色土吸附菲,抑制作用随LMWOAs浓度的增加而加强.当LMWOAs浓度为20 mmol·L~(-1)时,其抑制作用能力表现为柠檬酸草酸苹果酸,这与3种LMWOAs的分子结构和酸性强弱有关.与对照相比,随着LMWOAs浓度的增加,紫色土溶出的溶解性有机质(DOM)含量呈现先降低后升高的趋势,紫色土对菲的吸附量与土壤溶出的DOM含量呈负相关.     

保护性耕作下蚕豆生育期土壤有机碳、氮含量变化与分布特征

为研究西南紫色土丘陵区坡耕地长期保护性耕作下旱作蚕豆不同生育时期农田土壤有机碳、氮相关组分分布特征,进而优化保护性耕作措施、改善土壤肥力。试验采用传统耕作、垄作、传统耕作+秸秆半量覆盖、垄作+秸秆半量覆盖、传统耕作+秸秆全量覆盖、垄作+秸秆全量覆盖6个处理。结果表明:在不同处理下,土壤总有机碳(TOC)、总氮(TN)、活性有机碳(AOC)、颗粒有机碳(POC)、水溶性氮(DN)的含量分布均表现出0～1010～20 cm土层,且随时间变化整体波动均不大。蚕豆生育期内,无秸秆覆盖条件下,垄作较平作提高了土壤总有机碳、土壤全氮、活性有机碳和颗粒有机碳的含量,但在秸秆覆盖条件下,垄作却降低了土壤总有机碳和颗粒有机碳的含量,且随着秸秆覆盖量的增加土壤颗粒有机碳和活性有机碳含量下降。同时,无论平作或垄作,秸秆覆盖较无秸秆覆盖均有利于土壤总有机碳、土壤全氮、活性有机碳和颗粒有机碳含量的提升。相关性分析表明,TOC与TN、DN、AOC之间呈显著正相关,TN与POC、DN、AOC之间呈显著正相关,POC仅表现出与DOC显著正相关,DOC与DN呈极显著正相关,DN则与AOC为极显著正相关关系。总之,单一垄作措施或秸秆覆盖能更有利于改善土壤碳、氮状况,且土壤有机碳、氮不同组分之间存在一定的耦合关系。     

抗生素在紫色土地表径流和地下渗流中的迁移

以川中丘陵区典型石灰性紫色土为对象,在生态养鸡果园管理模式下,探究不同种类粪源抗生素在连续自然降雨事件下随土壤水文过程的迁移浓度、通量及其对降雨的动态响应规律。结果表明,在蓄满产流机制下,连续强降雨导致地表径流和地下渗流中的抗生素浓度急剧增加。降雨过程中,抗生素浓度对降雨强度有明显响应,浓度峰与雨强峰一一对应,地下渗流的响应峰存在15~30min滞后。磺胺类抗生素在地表径流和地下渗流中的平均浓度分别高达1.22,4.07μg/L。在优先流作用下,吸附性较强的喹诺酮类和四环素类抗生素即使在降雨初期也能在地下渗流中被检出。地下渗流也是研究区紫色土中抗生素迁移的重要路径,其迁移总通量比地表径流高2个数量级。此外,鸡粪处理下抗生素迁移浓度和通量显著高于对照,表明粪源基质对污染物具有辅助运移作用。pH值和胶体浓度是主要影响因素,在降雨过程中的变化可引起抗生素形态及其与胶体结合作用改变。相关分析表明,胶体浓度与抗生素都呈正相关,pH值与磺胺类、四环素类抗生素和泰乐菌素呈显著正相关,而与氟苯尼考和喹诺酮类抗生素负相关。     

紫色土旱坡地氮流失通量对减肥配施秸秆的响应

紫色土旱坡地被认为是三峡库区泥沙和面源污染的主要来源地,加强对紫色土旱坡地壤中流和地表径流中氮流失特征的研究,对防控三峡库区的面源污染有重要的现实意义.依托中科院成都山地所忠县石宝寨试验站的紫色土旱坡地定位径流小区,设置不施肥（CK）、常规施肥（T₁）、优化施肥（T₂）和减肥配施秸秆（T₃）这4种不同的处理,通过监测在油菜-玉米轮作制度下紫色土旱坡地壤中流和地表径流的流失通量、各次径流不同氮形态的流失浓度和流失通量,研究紫色土旱坡地氮流失通量对减肥配施秸秆的响应.结果表明,壤中流径流量占总径流量的比例达到60.14%~88.56%,壤中流氮流失通量占全氮流失通量的72.88%~92.35%.铵态氮主要通过地表径流的方式流失,硝态氮主要通过壤中流的方式流失且是氮流失的主要形态.不同处理的铵态氮和硝态氮流失通量均呈现出T₁ > T₂ > T₃ > CK,T₃处理的氮流失通量为20.07 kg·（hm²·a）^-1,较T₁和T₂分别下降了43.59%和39.55%.减肥配施秸秆显著降低了紫色土旱坡地铵态氮、硝态氮和全氮的流失通量,对紫色土旱坡地雨季径流中氮流失有显著的消减效应.     

长期施肥和耕作下紫色土坡耕地土壤C、N、P和K化学计量特征

阐明长期施肥和耕作对坡耕地土壤C、N、P和K含量及其化学计量比的影响,将有助于深刻理解土壤C和养分元素循环过程及其相互作用机制,对施肥管理及农业面源污染防治具有重要意义.在紫色土坡耕地(坡度为15°)建立15个小区(长8 m×宽4 m),设置5个处理(每个处理3次重复):顺坡无施肥处理(对照,CK)、顺坡复合施用有机肥和化肥处理(T1)、顺坡单施化肥处理(T2)、顺坡单施化肥增量处理(T3)和横坡单施化肥处理(T4),比较各处理0～10 cm及10～20 cm土层的C、N、P和K含量及其化学计量变化特征.结果表明,各处理土壤C、N和P差异显著(P 0. 05),均表现为T1 T3 T4 T2CK,施肥处理下K含量差异不显著(P 0. 05),但均显著高于对照处理(P 0. 05),表现为T4 T3 T2 T1 CK.各处理土壤的C∶N在10～20 cm土层中差异显著(P 0. 05),表现为T4 T3 T1 CK T2;而C∶P则在0～10 cm土层差异显著(P 0. 05),表现为T1 T3 CK T4 T2;各处理土壤的C∶K、N∶P、N∶K和P∶K在不同土层中均差异显著(P 0. 05),其中C∶K、N∶K和P∶K表现为T1 T3 T4 T2 CK,N∶P表现为T1 CK T4 T3 T2.土壤的C、N、P和K含量及其化学计量比均随土层加深而递减.试验区土壤C、N和P含量属中等变异,变异系数(CV)分别为37. 50%、38. 91%和25. 35%,K含量属弱变异,CV为5. 03%.化学计量比中,C∶N和C∶P属弱变异,CV分别为7. 52%和14. 38%,C∶K、N∶P、N∶K和P∶K属中等变异,CV分别为35. 62%、17. 01%、37. 24%和44. 78%.土壤C、N、P和K含量及化学计量比之间存在显著正相关(P 0. 05).试验区土壤N∶P平均值为2. 09,低于中国土壤平均水平(9. 3).研究表明紫色土坡耕地土壤N为养分限制因子,而复合施用有机肥和化肥可有效缓解紫色土坡耕地N缺乏的状况.     

氨基酸厂废水对土壤—植物系统影响的研究

莴苣盆栽试验表明,氨基酸厂废水在适宜浓度下,可以提高蔬菜的鲜嫩度和维生素C、可溶性糖的含量,并使全氯和硝酸盐的含量限定在卫生标准之内;同时又不会使土壤原有性质产生破坏。废水在紫色土上的最适浓度为1:80(废水与清水体积比,下同),但它在作物生长前期表现为毒害作用与低浓度促进作用并存,且以毒害作用为主,直到后期才表现出营养肥效作用。