小流域土壤磷的积累特征及其环境效应——以黄土高原沟壑区王东沟小流域为例

了解土壤磷素积累特征对调控磷肥使用、降低农田磷素的环境风险和保障生态环境安全具有重要意义。以黄土高原沟壑区的典型小流域为对象,分析了18年来（1986~2004）综合治理条件下流域土壤全磷、有效磷（Olsen-P）含量的时空变化特征及其对土壤水溶性磷含量变化的影响。结果表明,截至到2004年,流域磷素积累由塬面逐步向塬坡和沟道扩展。2004年,农田土壤全磷（752 mg·kg^-1）和Olsen-P（20.2 mg·kg^-1）较1986年分别提高了45%和3.5倍,相当于每年全磷提高13 mg P·kg^-1,Oslen-P每年提高1.0 mg·kg^-1,流域50%的农田土壤Olsen-P含量超过15 mg kg^-1。与1993年大规模建立果园时相比,果园土壤全磷每年提高20～30 mg P·kg^-1,Olsen-P每年提高3～4 mg·kg^-1,2004年已有70%的果园土壤Olsen-P含量超过15 mg kg^-1。20～60cm土层的果园全磷和有效磷含量也逐渐提高。但林草地的全磷没有显著变化,Olsen-P依然低于5.0 mg kg^-1。1986年以来,无机磷肥的持续投入是流域土壤磷素积累的主导因素。流域土壤Olsen-P与全磷存在显著地（p<0.001）线性相关关系;水溶性磷与Olsen-P含量呈显著地（p<0.001）指数函数关系。土壤磷素大量积累已成为黄土高原的水土流失区当前十分迫切的农田环境问题。     

不同施肥处理对红壤丘陵区水稻土养分状况的影响

研究依托千烟洲生态站,利用1998年建立的红壤稻田长期定位施肥试验,研究不同施肥处理对水稻土土壤碳及养分的影响。结果表明:①施用有机肥有利于提高土壤碳、 氮、 磷含量,土壤总有机碳(SOC)含量达到16.8 g·kg^-1,全氮(TN)含量达到1.5 g·kg^-1,速效氮(AN)含量达到153.8 mg·kg^-1,速效磷(AP)含量达到43.3 mg·kg^-1,而土壤速效钾(AK)含量仅达到23.0 mg·kg^-1,低于施用化肥的各个处理;②施用氮、 磷、 钾肥减缓了红壤水稻土酸化趋势,显著增加土壤AP(12.3~47.1 mg·kg^-1)、 AK(22.3~54.5 mg·kg^-1)含量;③秸秆还田可以提高稻田红壤SOC(10.8 g·kg^-1)、 TN(1.1 g·kg^-1)含量。因此,建议在红壤稻田施入适量有机肥,提倡秸秆还田,提高土壤碳含量,同时配合施用钾肥,满足作物对养分的需求;化肥、 有机肥施用量需要考虑其对水体氮、 磷污染的潜在风险。     

土地利用方式对喀斯特山区土壤养分及有机碳活性组分的影响

通过对喀斯特山区5种土地利用方式(林地、 花椒林、 火龙果林、 退耕草丛和旱地)土壤养分和活性组分含量的比较研究,探讨了土壤质量对土地利用变化的响应。结果表明,林地土壤养分和活性组分含量最高,其中土壤有机碳、 微生物生物量碳、 氮、 磷、 易氧化有机碳和可溶性有机碳含量分别为44.80 g·kg^-1、 477.86 mg·kg^-1、 102.87 mg·kg^-1、 17.54 mg·kg^-1、 7.72 g·kg^-1和166.43 mg·kg^-1,土壤养分和活性组分含量总体按花椒林、 火龙果林、 退耕草丛和旱地依次下降。除旱地与经自然恢复15 a的退耕草丛土壤养分和活性组分含量较为接近,大多未达显著差异水平外,其他土地利用方式间土壤养分和活性组分均存在显著差异。冗余分析表明,土壤有机碳是影响活性组分变化的主要影响因子;花椒林对土壤养分和活性组分的累积效应仅次于林地,且明显高于火龙果林和旱地。研究阐明了喀斯特土壤的自然修复是一个非常缓慢的过程,需辅以必要的造林措施加速其恢复,花椒林可以作为喀斯特山区农业生产或生态恢复过程中优先考虑的植被类型。     

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。     

黄河口典型潮沟土壤碳氮分布特征规律

为探究黄河三角洲盐沼土壤碳氮含量在潮沟水系中的时空分布特征,选取黄河口一条典型的潮沟系统,采集一、二、三级潮沟表层土壤,探寻土壤有机碳、总氮与土壤容重、盐度、pH等理化因子的相关关系。结果表明：土壤有机碳和总氮在时空尺度上表现出极大的异质性特征。时间尺度上,土壤有机碳和总氮出现先上升后下降的趋势。空间尺度上,一级潮沟土壤有机碳和总氮平均值（2.9 g·kg^-1、0.36 g·kg^-1）大于二级（1.4 g·kg^-1、0.18 g·kg^-1）、三级（1.6 g·kg^-1、0.21 g·kg^-1）潮沟。相关分析表明,土壤有机碳和总氮与盐度呈显著正相关（P<0.01）,与容重呈显著负相关（P<0.01）。盐沼湿地土壤碳氮含量受土壤水盐条件的影响,而潮沟水系的树状结构对水盐条件的影响是导致土壤碳氮含量时空差异分布的重要因素。     

低山丘陵区土壤硒、镉空间分异对土地利用景观特征的响应

为明确低山丘陵区土地利用景观特征和景观格局对土壤硒(Se)、镉(Cd)含量空间分异的影响.以重庆市江津区为研究区,采集和测定了247件表层土壤样品,将研究区划分为3519个1 km×1 km网格单元,再基于30 m土地利用数据测算了每个网格单元土地利用景观特征指数和景观格局指数,并运用冗余分析(RDA)和双变量空间自相关(Moran’s I),定量探讨了景观格局对表土Se、Cd含量分异的影响.结果表明：(1)江津区表土Se(0.36 mg·kg^-1,算术均值,下同)、Cd(0.27 mg·kg^-1)含量高于渝西地区土壤背景值,但表土Cd含量略低于全国农用地风险筛选值.(2)林地表土Se含量(0.43 mg·kg^-1)显著高于耕地(0.34 mg·kg^-1),而水田(0.29 mg·kg^-1)、旱地(0.27 mg·kg^-1)土壤Cd含量高于林地(0.25 mg·kg^-1).(3)受成土母质影响,空间上林地景观聚集度与土壤Se含量呈负相...     

基于高光谱的土壤全氮含量估测

基于高光谱(350~2 500 nm)数据,研究了我国中、东部地区5种主要类型土壤全氮含量与高光谱反射率之间的定量关系,构建了基于偏最小二乘法(PLS)、BP神经网络(BPNN)和特征光谱指数的土壤全氮含量估算模型。结果表明,以500~900 nm、1 350~1 490 nm区域波段反射率经Norris滤波平滑后的一阶导数光谱为基础,构建的基于PLS和BPNN的土壤全氮含量估算模型精度较高,建模决定系数分别为0.81和0.98;独立观测资料检验结果显示,模型预测决定系数分别为0.81和0.93,均方根误差RMSE为0.219 g·kg^-1和0.149 g·kg^-1,相对分析误差RPD为2.28和3.36,说明PLS和BPNN模型对土壤全氮含量具有较高的预测精度。在光谱指数的分析中,基于近红外872 nm和1 482 nm 两个波段的差值光谱指数DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂)对土壤全氮含量最敏感,建模决定系数、预测决定系数、RMSE和RPD分别为0.66、0.53、0.31 g·kg^-1和1.60。比较而言,三种方法估算土壤氮含量的精度顺序为BPNN模型＞PLS＞DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂),基于PLS和BPNN两种方法建立的土壤全氮含量高光谱估测模型具有较高的精度,可以用来精确估算土壤全氮含量;基于两波段构建的DI(NDR₈₇₂,NDR₁₄₈₂)预测效果低于前两者,但也可以用来粗略估测土壤中的全氮含量。     

川中丘陵县域土壤氮素空间分布特征及其影响因素

根据四川仁寿县555个表层土壤样点数据,采用地统计学和回归分析方法,对该区土壤全氮和碱解氮的空间变异特征进行分析,并探讨了不同因素对其空间变异的影响程度.结果表明,研究区土壤全氮(TN)含量在0.34~2.57 g·kg-1之间,平均值为1.12 g·kg-1,处于中等水平;碱解氮(AN)含量在25.86~184.17 mg·kg-1范围内,平均值为74.35 mg·kg-1,处于较缺乏水平.土壤TN和AN的块金效应分别为0.608和0.790,TN具有中等空间相关性,受结构因素与随机因素共同影响,而AN则主要受随机因素影响.空间上,TN和碱解氮均表现出北高南低趋势.成土母质可独立解释6.3%和1.0%的TN和AN空间变异;土壤类型对研究区TN和AN的空间变异的独立解释能力分别在26.5%~36.1%和27.7%~28.7%之间;地形条件对TN、AN空间变异的独立解释能力分别为5.5%、6.1%;土地利用方式对TN、AN空间变异的独立解释能力分别为37.7%、40.0%.土地利用方式对氮素空间变异的独立解释能力最高,是引起研究区土壤氮素空间变异最主要的因素.     

互花米草入侵对胶州湾湿地土壤磷赋存形态的影响

为探讨互花米草入侵对滨海湿地土壤磷循环的影响,基于时空互易原则,选择胶州湾湿地互花米草区(SA区)和光滩区(MF区)为研究靶区,分析了互花米草入侵后湿地土壤中总磷(TP)、无机磷(IP)及其组分含量的差异性以及影响因素.结果表明,互花米草入侵后湿地土壤中TP(472.70 mg·kg^-1)和IP(239.00 mg·kg^-1)平均含量明显高于入侵前光滩区TP(386.19mg·kg^-1)和IP(212.68 mg·kg^-1)含量,增幅分别为22.40%和12.38%.研究区无机磷组分以钙磷(Ca-P)和铁磷(Fe-P)为主,分别占IP的45%～61%和31%～49%.互花米草入侵后,10～30 cm层土壤Ca-P含量显著降低(P <0.05),7月尤为明显;Fe-P含量显著增加(P <0.05),0～40 cm土壤层含量高于40～60 cm层(P <0.05),并且7月在10～40 cm土壤表现出明显富集现象.通过结构方程模型发现互花米草入侵后有机质(OM)对TP和Fe-P有显著正...     

广西土壤镉含量状况与风险评估研究进展

为阐述广西土壤镉含量现状及其潜在风险,论文通过搜集和分析近20 a来公开发表的关于广西区土壤镉含量的文献,共筛选出目标文献60篇,涉及广西30多个地区,样品7 090个,总结了广西区土壤镉含量分布状况与超标情况,以期为相关研究、环境决策和环境管理提供参考。结果表明：广西区土壤镉含量范围、算术均值、几何均值分别为0.040~244.1、12.23、1.884 mg·kg^-1,不同功能区的土壤镉含量分布存在较大差异,调查区域中背景土壤镉含量平均值为0.153 mg·kg^-1;非矿区农用土壤和城市土壤镉含量的几何均值分别为0.467、0.320 mg·kg^-1;工矿区土壤与矿区农用土壤镉含量的几何均值为7.147、6.643 mg·kg^-1,分别是背景土壤镉含量平均值的46.71、43.42倍,单项污染指数分别为7.15、6.64;农田土壤大部分维持在中等污染水平,南丹、环江、金城江、大新等县区土壤受矿区污染影响较大。基于搜集到的文献资料及未调查的区域,建议对南丹、金城江、刁江、大环江、阳朔等区域采取治理措施,对百色德保县、平果县、田东县、田阳县等铝矿主产区进行重点调查,以及矿区周边的农用土壤进行重点监测。     

陕北水蚀风蚀交错区生物结皮对土壤酶活性及养分含量的影响

论文以陕北水蚀风蚀交错区六道沟小流域的生物结皮为对象,研究分析了其对土壤酶活性和土壤养分特征的影响。结果表明:生物结皮对土壤酶活性和土壤养分的影响主要体现在结皮层。结皮层的土壤脲酶和过氧化氢酶活性分别为下层(0～2 cm)土壤的1.56和1.31倍,碱性磷酸酶活性提高幅度最大,为结皮下层的3.72倍;生物结皮能显著提高结皮层土壤有机质、全氮及速效氮含量(P0.05),研究中结皮层土壤有机质、全氮、速效氮含量分别为15.67 g.kg-1、0.65 g.kg-1和22.51 mg.kg-1,而其下0～2 cm层土壤则分别为5.54 g.kg-1、0.30 g.kg-1和14.6 mg.kg-1;生物结皮对土壤速效磷和速效钾的影响不明显(P0.05);生物结皮层土壤pH值为8.08,低于其下0～2 cm层土壤(pH值为8.32,P0.05)。总之,生物结皮的形成和发育可以改善表层土壤的生物化学性质,对该区植被的恢复与重建具有积极意义。     

基于遥感与随机森林算法的陕西省土壤有机质空间预测

遥感数据作为反映土壤组成结构及植被生长状况的数据源,借助辅助环境因子的土壤属性预测在数字土壤制图中日益受到重视。论文运用随机森林（Random Forest,RF）算法,基于AWIFS（分辨率56 m）和MODIS（分辨率250 m）遥感数据及501个实测样点数据对陕西省土壤有机质空间分布状况进行预测,并对预测精度进行估算。结果表明陕西省土壤有机质含量以南部的秦岭山地区和大巴山区为最高,土壤有机质含量大于25 g·kg^-1,黄土高原南部处于中等水平,大部分在16~25 g·kg^-1之间,关中平原和汉中低山丘陵区含量偏低,大部分在13~25 g·kg^-1,而黄土高原北部和风沙滩区含量大部分低于10 g·kg^-1。基于AWIFS影像的预测效果要优于MODIS影像,成像日期对有机质预测的影响不大。基于RF模型的土壤有机质预测精度在设定的不同抽样百分比条件下,独立验证数据集的平均误差大部分不超过3 g·kg^-1,预测值与实测值的相关系数在0.7以上。高程是影响土壤有机质预测的最重要因子,当影像的分辨率降低时,样点分布的地理经纬度和坡度对土壤有机质预测的影响上升,植被因子的影响程度下降。     

黄土高原不同生态系统水土保持服务功能评价

以土壤保持量为评估指标,应用修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原水土保持生态系统服务功能,分析了近20 a 来的黄土高原土壤保持量的空间分布及其动态变化,对于揭示全球气候变化背景下黄土高原林草植被建设的生态成效具有重要的科学价值和现实意义。结果表明：1990-2010 年黄土高原平均单位面积土壤保持量为305 t·hm^-2·a^-1,年均土壤保持总量为190×10⁸ t。1990-2000 年农田、草地和林地生态系统平均单位面积土壤保持量分别为249、285 和640 t·hm^-2·a^-1,2000-2010 年平均单位面积土壤保持量分别增加了14.6%、2.9%和7.4%。黄土高原草地和林地的土壤保持率分别为83%~88%和94%~97%。农田生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区较大,农灌区和河谷平原区偏低;草地和林地生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为沿东南向西北减少的变化趋势。与1990-2000 年不同,2000-2010 年农田、草地和林地生态系统土壤保持量的空间变化特征表现为较为明显的增长趋势,尤其是黄土丘陵沟壑区陕西榆林、延安地区和山西吕梁山区一带。     

近30 a贵州遵义县农田土壤有机碳动态及影响因素分析

论文选择贵州省遵义县为典型样区,使用1980 年代第二次土壤普查数据和2011 年实测数据,以耕地土壤图为基础,运用土壤类型法和通用有机碳密度度量法,测算样区近30 a农田土壤有机碳（SOC）储量和密度变化特征,借助逐步回归分析法,识别影响这一变化的潜在驱动因素,结果表明：①样区近30 a 农田总丢碳量2.94×10⁴ t,整体呈基本持平略带下降趋势;②样区近30 a农田单位面积碳变化量为-132.03 kg C·hm^-2,年均变化速率-4.40 kg C·hm^-2·a^-1,固碳、丢碳和相对平衡面积比为49.45: 32.96: 17.59;③不同土壤类型间不管是SOC储量还是土壤有机碳密度（SOCD）均差异显著,丢碳幅度最大的是山地黄棕壤,达77.34%,固碳幅度最大的是紫色土,是1980 年代的1.1 倍;④空间分布上,总体展现为以娄山山脉为界的西北丢碳东南固碳态势;⑤SOCD_1980s、机械组成（砂粒比、粘粒比、粉粒比）、全N密度、C/N 等指标是影响样区近30 a 间农田SOC变化的主要因素,且除SOCD_1980s外,剩余5 因素与SOCD年均变化速率间拥有正相关关系。研究有助于查明样区近30 a 农田SOC变化的本底和潜在影响因素,为未来农田SOC的管理提供数据基础。     

黄河三角洲典型地区耕地土壤养分空间预测

掌握土壤养分的分布特点是实现养分优化管理的重要基础。论文选择黄河三角洲典型地区山东省垦利县为研究区,通过田间采样与实验室化验分析获取了1 278个样本（0~20 cm）的土壤碱解氮、有效磷、速效钾数据。在经典统计分析的基础上,用地统计学方法分析了土壤养分的空间变异特征,并拟合了养分的变异函数模型。利用普通克里格法（OK）、反距离权重法（IDW）、泛克里格法（UK）、径向基函数法（RBF）和局部多项式法（LP）5种方法进行空间插值,并采用独立数据集验证对插值结果进行精度评价,进而分析了各养分空间分布规律。为深入探索各方法的适用性规律,基于AN数据设计了离散、随机、聚集3种空间分布模式的数据,利用各模型的自动优化进行试验,对比分析了不同插值方法在土壤养分空间预测中的自适应性。结果表明：1）研究区碱解氮、有效磷、速效钾均为中等强度的空间变异和中等程度的空间自相关,其变异函数模型分别为球状模型、指数模型和球状模型,决定系数依次为0.951、0.892和0.787;2）在空间分布上,土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与地形和土地利用类型等有关,西南部地势较高,以水浇地和旱田为主,东北部沿黄农田受黄河淡水影响,耕地质量较好,而中部地区地势低平,以水田为主,养分含量偏低;3）相对于块金系数/基台值,Moran’s I是更为稳健有效的衡量土壤养分空间自相关性的方法;4）论文认为,空间分布模式、样本量、空间自相关性和空间聚集程度（最近邻比）均影响插值精度。在离散模式下,各方法自适应性均较差;在随机模式下,IDW与RBF自适应性优于OK和LP;在聚集模式下,各方法自适应性与样本量和空间自相关性有关,直至样本足够多时,4种插值方法精度接近。论文探明了研究区主要土壤养分的最佳插值预测方法,分析了土壤养分的变异特征和空间分布规律,为黄河三角洲典型地区耕地土壤养分利用管理和农业可持续发展提供了理论依据。     

基于生态账户的农田生态补偿空间转移研究——以武汉城市圈48个县(市、区)为例

论文以区域农田生态服务价值为基础,以经济发展程度、区域农田生态赤字/盈余与区域提供的生态承载力比值为调节系数,建立农田生态补偿空间转移模型,基于农田生态账户的概念从县(市、区)级层面对武汉城市圈48个县(市、区)的农田生态补偿空间转移额度进行测算。结果显示:1武汉城市圈农田生态系统服务总价值为75.00×108元,涉及农田生态补偿空间转移额2.31×108元。2 48个县(市、区)中,24个为农田生态支付区,支付区中武昌区的支付量最大,达到5 967.92×104元,最小为14.94×104元(铁山区);24个受偿区中最大受偿额为238.91×104元(黄陂区),最小为5.14×104元(英山县)。3农田生态补偿空间转移量占地方当年财政收入的比例在0.07%~5.24%之间波动。论文提出的农田生态补偿空间转移模型简单、可行,也适用于其他更高或更低的尺度上有农田分布的地区进行农田生态补偿空间转移额度的核算。     

中国重要丛生竹硅储量研究

为了探明中国重要丛生竹的硅(Si)储量的大小及空间分布特征,在广东、福建、浙江、云南和四川等丛生竹的主产区选择了8 种重要丛生竹(青皮竹、粉单竹、麻竹、绿竹、黄竹、龙竹、缅甸竹和慈竹),通过测定不同丛生竹叶、枝、秆和现存凋落物中的硅含量和生物量,对我国重要丛生竹的硅储量进行了初步估算.结果表明:① 8 种丛生竹不同竹龄叶、枝、秆Si 含量大小依次表现为叶(12.47~62.71 g·kg^-1) >枝(7.66~29.26 g·kg^-1) >秆(1.12~11.77 g·kg^-1),且各器官中Si含量均低于凋落物(40.86 ~123.74 g·kg^-1);在不同竹种间,绿竹2、3 a 叶、枝Si 含量均显著高于其他竹种,粉单竹的1、2、3 a 秆中的Si 含量分别与1 a 麻竹、2 a 绿竹及3 a 缅甸竹存在显著差异;② 8 种丛生竹地上部分的总Si 储量为5 082.93 kg·hm^-2,其中,现存凋落物的贡献率可达51.18%,远大于叶、枝、秆.不同竹种Si 储量大小依次为:龙竹 >黄竹 >慈竹 >绿竹 >青皮竹 >缅甸竹 >粉单竹 >麻竹;③ 通过对竹种面积与地上部分总Si 储量计算可得,8 种重要丛生竹地上部分Si 总储量约为41.55×10⁴ t Si,目前全国丛生竹地上部分Si 总储量约为51.94×10⁴ t Si.论文对丛生竹生态系统硅储量的估算能为整个竹林系统以及亚热带森林生态系统硅储量的估测提供一定基础数据.