陕北某化工企业周围污灌区土壤-作物系统重金属积累特征及评价

对陕西北部某化工企业污灌区土壤-作物系统的重金属积累状况及空间分布进行了深入研究.结果表明,污水排放导致了周围农田土壤中Cd和Cu的聚集,其中Cd的积累量超过国家土壤环境二级标准;土壤Cu、Zn和Pb的单因子污染指数均小于1,Cd的单因子污染指数为1.21,属轻度污染,4种重金属综合污染指数为0.74,属警戒线等级.在剖面上,所有重金属元素均表现出明显的表聚现象,主要聚集在土壤表层0~10 cm范围内,在空间分布上,污水排放企业污灌区土壤和作物重金属Cu、Zn和Cd的强烈聚集区出现在企业排污口附近100 m范围内,而Pb集中在200 m范围内,并随着距企业距离的增加重金属含量呈降低趋势.在企业污水灌溉的影响下,玉米籽粒中Cu、Pb和Cd的平均含量分别为4.74、0.129和0.036 mg·kg-1,明显高于对照区,其中Pb达到5.7%的超标率.玉米籽粒中重金属单因子污染指数均小于1,大小为PbCuZnCd,综合污染指数为0.53,属安全清洁等级;4种重金属元素中,除Cd在作物中与土壤中有效态和全量之间均呈现极显著的正相关关系外,其余元素作物中和土壤中含量相关性均未达到显著水平.因此,该化工企业周围,尽管由于污灌引起重金属在土壤中的累积,但由于在农作物中的积累有限,暂时未对人体健康造成威胁,但由于交通及烟尘引起的Pb的超标应引起重视.     

1985—2015年陕西黄土台塬表层土壤有机碳空间分布

中尺度范围土壤有机碳的长期动态变化状态对大气温室气体的浓度、当地环境的生态效应至关重要。论文研究了陕西黄土台塬近30 a表层（0~20 cm）土壤有机碳密度的空间分布特征,并探讨了气候、地形、土壤类型、土地利用与土壤有机碳密度和储量的关系。结果表明：1）近30 a黄土台塬土壤有机碳密度和储量呈增加趋势,且增加幅度愈来愈明显,其中,1985—2000年有机碳密度和储量的增量分别为0.20 kg/m²和1.46×10⁶ t,2000—2015年分别为0.75 kg/m²和10.87×10⁶ t。2）1985—2015年有机碳密度随气温和降水量的增加而增加,随高程和坡度的增加呈现先增加后减少的趋势,在高程679~779 m、坡度10°~20°范围达到最大值。3）大多数土壤类型有机碳密度和储量随时间延长呈增长趋势,其中,黑垆土有机碳密度增加最大（1.59 kg/m²）,黄绵土储量增量最多（5.64×10⁶ t）;不同土地利用类型有机碳密度和储量随时间延长也呈增加趋势,林草地有机碳密度增加量明显大于耕地。4）研究区表层土壤有机碳密度与气温、土壤类型、土地利用类型在P<0.001水平上相关性显著,与降水在P<0.05水平上显著相关。     

黄土台塬土地利用方式对土壤水稳性团聚体稳定性影响

论文以黄土台塬不同土地利用方式为对象,采用几何平均直径（GMD）、平均重量直径（MWD）、分形维数（D）、破坏率（PAD）、峰凸系数（C_E）和偏倚系数（C_S）对其土壤>0.25 mm团聚体进行分析,探讨土地利用方式转变对土壤团聚体水稳性的影响及其最佳评价指标的选择。结果表明：不同利用方式土壤团聚体含量、GMD及MWD均表现为耕地<乔灌混交林地<乔木林地<天然草地<灌木林地;林和草的种植有利于促进土壤较大粒径团聚体的形成,其土壤1~5 mm粒级团聚体占>0.25 mm团聚体总量比重显著（53.90%~80.20%）,结构非均匀性明显（灌木林地和天然草地土壤尤为突出）;而耕地土壤0.25~1 mm粒级团聚体占>0.25 mm团聚体总量比重较大（约81%）,结构呈均匀性;林地和草地土壤剖面由上而下团聚体优势粒径逐渐变小,结构差异逐渐减弱,该趋势灌木林地和天然草地较为缓慢,而耕地在整个剖面上均呈优势粒径较小,结构均一;GMD和C_S可较好地衡量整个剖面土壤团聚体水稳性,而PAD可更好地描述0~20 cm深度。     

基于优化参数的陕西省气温、降水栅格化方法分析

基于统计、地统计基本原理,运用传统插值法、地统计插值法、多元回归法和模拟气象站点法4 大类11 种方法,对陕西省2003-2012 年平均气温、降水量数据进行栅格化。结果表明:① 多元回归法和模拟气象站点法均能大幅提高气温数据的估测准确度,且多元回归法对气温的表示更加精细,其中以“回归+残差IDW(Inverse Distance Weighting)”法精度最高,MAE、RMSE、R²分别为0.498、0.775 和0.954 8;② OK(Ordinary Kriging)法对降水数据的估测准确度最高,MAE、RMSE、R²为46.934、69.251 和0.947 8;③ 气温、降水栅格化方法具有明显的区域性,不存在绝对普适的最优方法,应根据数据类型、地域特征对原始数据进行探索性分析,从而获得区域最适合的栅格化方法;④ 陕西2003-2012 年多年平均气温为10.925 ℃,标准差2.221 ℃,气温随纬度、海拔的增加而降低,具有鲜明的纬度和垂直地带性;平均降水量为664.446 mm,标准差213.226 mm,降水呈现由南向北逐渐递减的趋势,纬度地带性较强。     

不同植被类型下土壤胡敏酸降解特性

为了解不同植被类型下土壤HA(胡敏酸)降解菌的种类、分布状况及其中C的降解程度,选取退耕还林典型地带,于农田、油松、刺槐、沙棘、混交林0~10cm土样中分别提取HA,利用HA作为唯一C、N源筛选HA降解微生物. 结果表明:相比农田土壤HA,各林地土壤HA中w(C)增加,w(N)有所减少;共分离获得5株HA降解菌,根据16s rRNA序列鉴定,分别为Bacillus licheniformis、Rhizobium nepotum、Microbacterium resistens、Stenotrophomonas maltophilia、Streptomyces azureus,相似度分别为99.65%、99.78%、98.71%、99.23%、99.78%. 农田、刺槐、油松及混交林的降解菌优势种为Bacillus licheniformis,沙棘优势种为Streptomyces azureus,刺槐无Rhizobium nepotum分布,沙棘和混交林无Stenotrophomonas maltophilia分布;降解菌数量为沙棘>刺槐>农田>油松>混交林,混交林仅为沙棘的58.87%;混交林、油松、沙棘、刺槐降解菌的RC(呼吸量碳)分别较农田高出25.35%、11.28%、10.36%、7.11%,混交林与农田差异显著(P<0.05). 沙棘、刺槐、农田、油松降解菌MBC(微生物生物量碳)分别较混交林高出131.91%、68.48%、64.98%、54.47%,刺槐、农田、油松三者与沙棘及混交林差异显著(P<0.05). 沙棘土壤HA的TDR(总降解率)明显高于农田和混交林(P<0.05). 相关性分析表明,降解菌数量与MBC呈极显著正相关,与RC呈极显著负相关(P<0.01). 结果表明,植被类型影响了土壤HA降解菌的群落组成及其降解特性.      

黄土高原沟壑区小流域土壤养分空间变异特征及其影响因素

了解表层土壤有机质与全量养分的空间变异规律及其影响因素,能够为黄土高原生态脆弱带的土壤养分管理提供参考。基于王东沟的93个野外采样点,综合多种地统计学方法,分析了土壤养分的空间变异特征及其影响因素。结果表明:研究区表层土壤养分含量处于中等水平,空间变异大小依次为全磷>全氮>有机质>全钾,均由结构性因素主导;有机质、全氮较全磷、全钾变异尺度小、空间自相关性弱、空间复杂程度高。有机质、全氮的分布格局为南高北低,主要影响因素包括海拔、坡度、曲率和土地利用;全磷呈现相反的北高南低分布,海拔、坡度、土地利用、土壤机械组成和人类活动对其影响较大;全钾则为内部高四周低,分布较破碎,坡向和土壤机械组成作用较强。据此建立了9个环境因子与土壤养分之间的回归预测模型,以期为研究区土壤资源的可持续利用提供数据支持。     

黄土台塬不同土地利用方式下土壤呼吸季节性变化及影响因素

为探讨土壤呼吸对植被类型及不同季节环境因素的响应机制,以黄土高原渭北台塬马莲滩林场为研究区,于2015年5月—2016年4月,采用静态箱-气象色谱法逐月测定不同土地利用方式下的土壤呼吸速率(R_s),分析其干、湿季差异及与土壤温度(T)、土壤含水量(W)之间的关系.结果表明:①不同土地利用方式下土壤呼吸速率的季节性变化趋势相一致,最大值出现在6—8月,最小值出现在12月—翌年2月,土壤呼吸速率年均值表现为天然草地>灌木林地>乔木林地>乔灌混交林地>耕地>果园.②不同土地利用方式下土壤呼吸速率与土壤温度均呈正相关,与土壤含水量的关系在湿季(5—10月)呈正相关,在干季(11月—翌年4月)呈负相关,土壤呼吸速率的单因素模型中以指数函数(R_s=aebx)的拟合效果更优.③与单因素模型相比,土壤温度、土壤含水量的双因素模型(R_s=aTbWc和R_s=aebTWc)能更好地解释除耕地外的其他5种土地利用方式下土壤呼吸速率的变化特征,对土壤呼吸速率的解释率在60.0%～82.3%之间,其中R_s=aTbWc对耕地、灌木林地、果园土壤呼吸速率与土壤温度、土壤含水量间关系的拟合效果较好,天然草地、乔木林地、乔灌混交林地则采用R_s=aebTWc的拟合效果较好.研究显示,研究区不同土地利用方式下土壤呼吸速率存在明显的季节性差异,耕地退耕还林后土壤有机碳及活性有机碳含量增加,温度敏感性(Q₁₀)降低,土壤呼吸速率增大,评价退耕还林效益时应综合考虑区域地理气候特点,进一步量化碳的输入/输出过程.      

黄土台塬不同土地利用土壤有机碳与颗粒有机碳

为了探讨土地利用方式对土壤有机碳固定的影响,论文以乔木、灌木、草地和农田等不同植被类型,纯林和混交两种栽培模式的黄土台塬为研究对象,进行了土壤有机碳(SOC)和颗粒有机碳(POC)分析。结果表明:不同土地利用方式土壤SOC和POC在0~100 cm土体中均存在差异,尤以0~40 cm深度突出,其中灌木林地和天然草地在整个剖面上可积累更多的SOC和POC;不同土地利用方式土壤细颗粒有机碳(FPOC)含量、分配比例及其在剖面上的分布变化均小于粗颗粒有机碳(CPOC),在0~100 cm土体中,CPOC敏感性指标分别为SOC、FPOC和POC总量的2.66~13.56、3.75~5.99和2.58~4.17倍;不同土地利用方式土壤SOC与POC极显著相关,耕地SOC与POC相关性相对较小,乔灌混交林地和乔木林地最大。因此,CPOC和FPOC均可作为衡量土地利用方式转变对于土壤影响的评价指标之一。     

黄土台塬不同土地利用方式下土壤有机碳分解特性

为了探讨土地利用方式对土壤有机碳分解的影响,以黄土台塬的乔木林地、灌木林地、天然草地和耕地等不同植被类型土壤为研究对象,对土壤有机碳矿化分解特征进行分析。结果表明,不同土地利用方式下土壤有机碳含量、有机碳密度、土壤可矿化碳含量和有机碳矿化速率均表现为天然草地和灌木林地较高,耕地最低;而土壤有机碳矿化率和呼吸速率表现为耕地和乔灌混交林地较高,灌木林地和天然草地较低。在土壤孵化的1 575 h内,不同土地利用方式下土壤矿化过程均可划分为4个阶段:0.5~5 h(第1阶段)、5~111 h(第2阶段)、111~399 h(第3阶段)和399~1 575 h(第4阶段);前399 h是可矿化碳排放的主要时段,前111 h是土壤可矿化碳排放速率最大且排放速率下降速度最快的主要时段;总体上,土壤可矿化碳累积排放量随培养时间的延长呈增加趋势,可矿化碳累积排放速率则逐渐降低。土壤有机碳矿化速率随土层深度的增加而递减。土壤有机碳矿化分解速率与有机碳总量有关,土壤呼吸与有机碳总量、矿化碳总量相关性不显著(P>0.05)。