土壤养分空间估测方法研究综述

土壤养分是土壤提供的植物生长发育所必需的营养元素。由于受到自然因素和人为因素的共同作用,土壤养分具有高度的空间变异性。土壤的这种特性不仅表现在区域尺度上,而且也表现在田块尺度上。在研究方法上经历了从传统统计学到地统计学,再到神经网络、地理信息技术以及高精度曲面建模等新方法的不断改进过程。文章从地统计学方法引入到土壤养分空间变异研究中为出发点,论述了国内外基于地统计学的土壤养分空间变异的研究现状,主要包括利用地统计学方法来确定合理的土壤采样数目,土壤养分空间变异的定量化研究,土壤养分空间变异的尺度效应;然后简述了神经网络、地理信息技术、高精度曲面建模等技术在土壤养分空间变异研究中的研究现状和应用。最后对比分析了各种研究方法在应用中存在的缺陷,同时指明了今后应加强作物生长的不同时期土壤养分的空间变异性、土壤在四维空间尺度上的演变机理以及环境信息获取的不确定性等方面的研究。     

土壤养分空间估测方法研究综述

土壤养分是土壤提供的植物生长发育所必需的营养元素。由于受到自然因素和人为因素的共同作用,土壤养分具有高度的空间变异性。土壤的这种特性不仅表现在区域尺度上,而且也表现在田块尺度上。在研究方法上经历了从传统统计学到地统计学,再到神经网络、地理信息技术以及高精度曲面建模等新方法的不断改进过程。文章从地统计学方法引入到土壤养分空间变异研究中为出发点,论述了国内外基于地统计学的土壤养分空间变异的研究现状,主要包括利用地统计学方法来确定合理的土壤采样数目,土壤养分空间变异的定量化研究,土壤养分空间变异的尺度效应;然后简述了神经网络、地理信息技术、高精度曲面建模等技术在土壤养分空间变异研究中的研究现状和应用。最后对比分析了各种研究方法在应用中存在的缺陷,同时指明了今后应加强作物生长的不同时期土壤养分的空间变异性、土壤在四维空间尺度上的演变机理以及环境信息获取的不确定性等方面的研究。     

菜田养分资源综合管理与可持续发展

过量施肥通常导致集约化菜田土壤质量劣化、养分利用效率低及环境风险增加。合理的养分资源管理需要考虑蔬菜的养分吸收规律、土壤养分的迁移和转化及环境养分供应的特点。由于土壤氮素具有较强的移动性,氮素养分资源管理可通过根层氮素实时监控来实现;而磷和钾养分水平在土壤中相对比较稳定,可采取衡量监控技术决定养分的需要量。菜田有机肥的投入总量及其氮磷养分的释放特点也是养分资源管理中的重要内容。有机肥施用于新菜田应考虑“以氮定量”的原则,而施用于土壤有效磷过量累积的老菜田,应采取“以磷定量”原则,来控制有机肥中的磷素投入;根据不同有机肥的氮磷释放特点的差异,可搭配施用不同比例和类型有机肥,以满足作物主要生育期的养分需求,减少环境污染的风险。     

威海市区黑松沿海防护林土壤养分和微生物的研究

对威海市区9个样地两种林型的黑松沿海防护林的土壤养分和土壤微生物进行测定和分析,结果表明:9个样地的有机质、铵态N、速效K、速效P质量分数具有较为明显的层次性,表层养分质量分数最高,向下逐渐降低,但含水量层次性不明显.海边的海滨沙土比较贫瘠,9个样地的有机质、铵态N、速效K、速效P及含水最平均值都偏低,分别为0.76 g/kg、5.20 mg/kg、11.74 mg/kg、7.53 mg/kg和3.19%,平均pH值为5.76,为偏酸性土壤.5种微生物在土壤中密度从多到少的顺序依次为细菌>真菌>放线菌>固氮菌>纤维素分解菌,细菌在土壤微生物中占绝对优势,占微生物总数的99.9%.黑松麻栎混交林土壤养分质量分数和土壤微生物数量都高于黑松纯林,表明混交林下土壤更有利于微生物的繁殖和生长.土壤有机质和水分质屠分数与细菌、真菌和放线菌数量呈显著正相关.     

氮磷添加对土壤微生物生长、周转及碳利用效率的影响研究进展

土壤微生物是土壤有机质和养分循环转化的动力,其生长、周转和碳利用效率（CUE）表征了微生物数量的变化、对土壤碳库的更新速度以及微生物本身的新陈代谢强度和生命活性的强弱.氮、磷沉降是全球变化的重要趋势,研究土壤微生物对氮磷添加模拟氮沉降的响应,成为近年土壤生态学的研究热点,但CUE的研究方法、氮磷添加对土壤微生物生物量和生理代谢活性的影响还没有统一结论,其作用机理还停留在理论假设阶段,尚待有力论证.本文比较5种测量土壤CUE的原理和各自的优缺点,厘清生长、周转和CUE三者之间的联系和区别,分析影响土壤微生物CUE的生物因素和非生物因素.从土壤微生物生理代谢和群落结构、土壤理化性质以及地上植物3个角度论述土壤微生物响应氮磷添加的过程和机制.氮添加对土壤微生物的生长和代谢的不利影响在大多数生态系统得到了验证,而磷添加对微生物的影响因生态系统的不同而差异较大,因为磷对微生物的作用强烈依赖于碳的有效性.未来,土壤微生物对氮磷添加响应的研究应该聚焦在估计方法的精准探索、氮磷（多养分元素）互作的影响、地上地下耦合、生物因素与非生物因素相互作用机制,以及整合长时间与大空间尺度.（图3表1参70）     

红壤侵蚀区不同植被恢复阶段土壤酶活性和微生物多样性变化

以长汀红壤侵蚀区为例,研究不同植被恢复年限土壤养分、酶活性、细菌和真菌群落丰度的变化,并分析它们之间的相关关系,为定量评价红壤区生态恢复效果提供理论依据.以未治理裸地(CK)和治理年限为6年(R6)、10年(R10)、34年(R34)、80年(R80)5种土壤为研究对象,测定其土壤养分含量、pH、酶活性,运用高通量测序...     

黄土丘陵区不同土地利用类型下土壤酶活性和养分特征

研究了土地利用类型对土壤酶活性和土壤养分的影响.首先通过最小显著性差异(LSD)评价各样地之间和同一样地土壤剖面四个不同层次的土壤酶活性和养分的差异,其次分析四种土壤酶(转化酶、碱性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶)活性和土壤养分之间相关性;最后以农地为对照,应用土壤恢复指数研究不同土地利用类型对土壤的改良效果.研究结果表明,同农地相比,不同土地利用类型的表层(0～5 cm)土壤四种酶活性、全氮、有机质和碱解氮含量均有所提高,且在同一土地利用类型下表层土壤酶活性和养分均显著大于下部各土层.相关性分析表明,土壤四种酶活性与有机质、全氮、碱解氮呈极显著正相关关系.同农地相比,其余土地利用类型表层土壤质量显著提高,而以杨树、侧柏、油松、仁用杏和刺槐5种人工林地的土壤质量提高最为明显,同龄树种中,杨树对土壤的恢复效果大于刺槐和油松.     

长期定位施肥田土壤酶活性的动态变化特征

为探讨长期施肥条件下玉米生育期内土壤酶活性的动态变化及其与土壤肥力的关系,该文对北京褐潮土定位试验田第12年的土壤酶以及土壤养分因子进行了测定和分析.结果表明.土壤过氧化氢酶、磷酸酶在玉米拔节期出现活性高峰.土壤脲酶在玉米拔节期及成熟期出现两个活性高峰,土壤蔗糖酶在整个玉米生育期内活性变化幅度较小.长期施肥能明显提高土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性,其中有机肥与化肥配施对于增加土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性尤为显著.长期施肥降低土壤中过氧化氢酶活性.并且以NPK配施有机肥处理的土壤过氧化氢酶活性降低幅度最大.土壤酶之问及其与土壤养分因子之间具有明显相关性,其中蔗糖酶、脲酶及磷酸酶与土壤养分各因子均呈显著或极显著正相关,除碱解氮外,过氧化氢酶与其余各养分因子呈显著或极显著负相关.     

荒漠化土壤养分变化的影响因素研究进展

土壤养分的变化与荒漠化植被演替有密切的关系，当草地生态系统演变为以灌丛为主的生态系统时，土壤养分的空间变异性增强，形成以灌丛为核心的“肥岛”；风蚀是造成荒漠化土壤养分迁移的重要动力，而降尘对荒漠化表层土壤养分具有富集作用；如果降尘作用大于风蚀作用，土壤养分将增加，如亚马逊盆地通过降尘每年获得的磷为1-4kg／hm^2。水蚀也是荒漠化地区土壤养分损失的主要途径，灌丛生境每年径流的损失量比草地生境的径流损失量大得多，而且草地生境发生荒漠化时其灌丛的入侵可能与土壤氮素的损失有关。在荒漠化地区，火烧可导致凋落物中43％的全氮在燃烧中逸失，火烧后土壤的侵蚀模数增加，频繁的火烧会导致灌丛草原的“肥岛”消失。对荒漠化地区自然土壤的农业开垦一般导致土壤有机质质量分数的下降，风蚀作用加强而往往导致土壤退化；但经过恢复植被和土壤改良，表层土壤养分可明显提高。目前专门针对荒漠化土壤养分循环的模型尚未报道；但荒漠化地区主要集中于干旱、半干旱地区的草原、荒漠草原地区，针对草地生态系统中土壤C、N、P、S等养分循环已经有不少模型，如EIPC模型、SPUR模型、CENTRUY模型等；它们也可以用来揭示荒漠化土壤的养分循环以及与荒漠化之间的关系；把这些模型进一步与GIS相结合，研究区域尺度上土壤养分的变化与荒漠化的关系更有现实价值。文章从多方面概括了风蚀、水蚀、火烧、植被演替、农业措施对荒漠化土壤养分的影响，以及目前荒漠化土壤养分的空间变异和荒漠化土壤养分循环的定量化研究现状。     

不同制图比例尺土壤数据库对旱地磷储量估算的影响

陆地生态系统中的磷元素在土壤肥力保持和生态环境保护方面起着重要的作用,但以往国家或区域尺度磷储量估算并没有考虑不同尺度土壤数据库所造成的差异。文章以江苏北部29个县（市）390多万hm2旱地为例,分析了17 000多个图斑和963个剖面组成、能详尽反映土壤属性空间异质性的1∶50 000数据库与目前国内同类研究使用最多的1∶1 000 000和1∶4 000 000土壤数据库对磷储量估算的影响。结果表明,不同制图尺度土壤数据库估算的全磷密度和储量差异很大,1∶50 000土壤数据库下的全磷密度和储量分别为1.34 kg.m-3和10.52 Tg,而1∶1 000 000和1∶4 000 0002个土壤数据库下磷密度和储量分别为0.79 kg.m-3和6.02 Tg、0.77 kg.m-3和6.26 Tg,远小于1∶50 000土壤数据库的全磷密度和储量。从不同土壤类型看,褐土受制图比例尺影响最大,1∶1 000 000和1∶4 000 000土壤数据库下与1∶50 000土壤数据库全磷密度和储量相对偏差分别在80%~90%和7%~130%之间,面积最大的潮土在1∶1 000 000和1∶4 000 000土壤数据库下与1∶50 000全磷密度和储量相对偏差也分别达到38%~39%和21%~23%。从各个县（市）来看,1∶1 000 000和1∶4 000 000土壤数据库下与1∶50 000土壤数据全磷密度和储量相对偏差大多超过40%。这也说明使用不同制图尺度土壤数据库将对旱地磷储量和磷密度的估算结果造成很大的影响。因此,在今后的国家和区域尺度全磷密度和储量估算研究中使用更详细的土壤数据库是非常必要的。     

天然有机质疏水性定量方法及吸附预测模型

天然有机质是有机污染物在土壤和水环境中的重要赋存相，显著影响有机污染物的传输、归趋和生物有效性.有机污染物的有机碳-水分配系数是污染物迁移积累模型的核心参数.如何准确、快速地评估有机污染物在天然有机质上的吸附行为是环境科学研究的一个重要科学问题.该方向的研究内容主要包括有机污染物和天然有机质性质定量描述、有机污染物-天然有机质作用机制解析和吸附预测模型构建三个环节.学界在有机污染物-天然有机质作用机制解析方向取得了丰硕的成果，在天然有机质性质定量描述和吸附预测模型构建方向仍有广阔的发展空间.本文系统评估了现有的天然有机质疏水性定量方法和天然有机质吸附预测模型.通过对方法和模型优缺点和适用范围的系统分析，揭示了现有研究的不足，展望了未来研究的主要方向.     

苏南稻田土壤持续生产力与种植制度关系研究

研究了苏南稻田不同种植制度与土壤持续生产力的关系。维持土壤持续生产力的实质是维持土壤肥力，多熟种植制度养分产出增加，加大了土壤养分的消耗，但有机物质生产增加，有利于有机物质归还和土壤有机质平衡。在多熟种植制度中间套插种绿肥等豆科养地作物和油菜、蔬菜等培肥作物，结合秸秆还田和轮作，将能维持稻田多熟制的土壤持续生产力。     

汶川地震对森林土壤养分动态的影响

地震导致地表植被严重破坏,土壤物理性质和养分循环发生明显变化,这对震后植被恢复有重要影响.选取两处受汶川地震影响的森林植被区,分别设置4个处理,即地震迹地、地震迹地枯木旁、邻近未受损森林、邻近未受损林窗,对比研究表层土壤(0-20 cm)物理因子、有机质、速效养分以及微生物等.结果显示两处研究地点有大致一样的趋势:地震迹地与地震迹地枯木旁温差与p H值浮动变化显著大于未受损森林与林窗,土壤含水量明显低于未受损森林和林窗;震后造成土壤有机质含量显著降低,损失高达50%,速效养分损失高达80%;速效养分(铵态氮和硝态氮)与微生物生物量碳氮含量由高到低顺序为邻近未受损森林、邻近未受损林窗、地震迹地枯木旁、地震迹地;震后枯木在地震迹地形成养分热点,其速效养分及微生物生物量碳、氮高于地震迹地,在生长季节较为显著,其速效养分硝态氮含量最高是地震迹地的5.88倍.本研究表明汶川地震导致受损森林系统表层土壤有机质等的极大流失,同时震后迹地土壤有效养分、微生物生物量显著降低,地震迹地枯木旁形成土壤"肥力岛",震后生态系统恢复将经历养分富集和植被演替过程.     

杂交水稻高产稳产施肥技术研究——Ⅰ.施肥量研究

本文研究了高产杂交水稻的施肥量,通过回归分析建立的土壤养分自然供给量与土壤速效养分含量之间的双曲线方程和水稻产量与养分吸收量之间的幂函数方程,阐明了土壤养分自然供给量随土壤养分含量的变化而变化的规律和水稻产量与养分吸收量之间的关系。同时,介绍了根据土壤养分含量测定值和由这两个方程演算而得的值,运用公式计算水稻计划产量的施肥量的方法,为高产水稻的计量施肥提供了参考依据。     

紫茎泽兰与不同植物群落土壤养分及酶活性差异

为了研究紫茎泽兰(Ageratina adenophora Sprengel)与不同植物群落土壤养分及酶活性间的差异,解析不同植物群落抵御紫茎泽兰入侵的生态机制,选取紫茎泽兰不同入侵程度(重度入侵群落、轻度入侵群落、未入侵群落)和不同功能型植物群落样地(禾本科植物群落、双子叶植物群落),测定其植物群落土壤养分和酶活性变化,并对土壤酶活性与土壤养分进行相关性分析。结果表明,紫茎泽兰入侵显著增加了土壤中全氮含量,降低了全磷、全钾含量,土壤中有效养分硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量显著增加,重度入侵群落的土壤硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量显著大于未入侵群落的,是双子叶植物群落的2.29、2.28、8.13、4.01倍,禾本科植物群落的7.73、3.22、6.91、5.12倍。紫茎泽兰入侵显著提高了入侵区植物群落土壤中脲酶、磷酸酶和蛋白酶活性,重度入侵群落土壤脲酶活性是禾本科群落的3.49倍,磷酸酶活性是双子叶群落的1.65倍,蛋白酶活性是双子叶群落的2.31倍。土壤养分含量与酶活性密切相关,土壤脲酶活性与土壤全氮、硝态氮、铵态氮、全钾和速效钾显著正相关,与全磷显著负相关;土壤磷酸酶、蛋白酶活性与土壤全氮、硝态氮、铵态氮、速效钾和有效磷显著正相关,与全磷含量显著负相关。与不同植物群落相比,紫茎泽兰能更好改变土壤养分的供求平衡,这种改变可使紫茎泽兰在入侵过程中处于优势地位,植物群落间土壤酶活性差异可能是驱动土壤养分变化的重要因子。外来入侵植物紫茎泽兰通过影响土壤酶活性来改变入侵生境土壤养分的供求平衡可能是其成功入侵的生态机制之一。     

喀斯特地区不同土地利用方式下土壤团聚体中养分和酶活性的研究——以花江为例

为探究土壤团聚体中土壤养分及酶活性的分布特征,以喀斯特地区不同土地利用方式下的灌木林地、皇竹草地、狼尾草地、花椒林地及荒草地土壤为研究对象,研究团聚体中各粒级土壤养分及酶活性的含量,分析了土壤养分与团聚体酶活性之间的相关关系.结果表明:5种不同土地利用方式下土壤养分含量在0.25 mm粒级均最高,脲酶及蔗糖酶活性表现为灌木林地皇竹草地狼尾草地花椒林地荒草地,碱性磷酸酶表现为花椒林地灌木林地皇竹草地狼尾草地荒草地;酶活性随着土壤粒级的减小逐渐增大.将团聚体的含量、养分及酶活性结合考虑,发现2—1 mm粒级团聚体中的养分含量和酶活性对土壤的贡献率最大,土壤团聚体脲酶、蔗糖酶及碱性磷酸酶均与土壤养分呈显著或极显著正相关.说明酶活性可作为土壤肥力的指标之一,且充分显示了土壤性质在不同土地利用方式下及不同粒级中的多样性.     

川西次生灌丛和不同类型人工林对土壤养分的影响

为评价不同树种造林对土壤养分循环的影响,以落叶阔叶灌丛为对照,比较研究川西亚高山造林恢复28年后4种人工林(连香树Cercidiphyllum japonicum、油松Pinus tabulaeformis、落叶松Larix kaempferi和华山松Pinus armandii)土壤有机质(SOM)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)及全氮(TN)、全磷(TP)、土壤铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)的含量,结合林地凋落物贮量及细根生物量等参数,试图揭示不同人工林土壤养分差异化的影响因素.结果显示:人工造林影响土壤的养分循环,与落叶灌丛林地相比,除连香树样地TP密度及2015年10-20 cm的SOM、TN密度外,落叶人工林土壤养分基本呈下降趋势.除华山松样地的可溶性有机质(DOC、DON)外,油松及华山松人工林土壤地力的退化趋势更甚于落叶人工林样地,其土壤有机质含量、TN、TP密度、可溶性有机质及速效养分均呈不同程度的下降.不同人工林间土壤养分的差异性与不同树种的凋落物、细根、土壤容重及涵水能力差异化有关.综上所述,人工林林分结构单一导致小气候恶化、凋落物分解缓慢是造成土壤养分循环功能下降的重要原因;选择有利于养分循环的阔叶树种营造针阔混交林以改善林分结构和土壤环境条件,可促进土壤养分的循环.     

太原市污灌区农田土壤中多环芳烃污染特征及生态风险评价

通过对污灌区农田土壤多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)的分布特征、污染程度及来源进行解析,深入了解污水灌溉引发的土壤污染问题,实现污水灌溉农田土壤的污染预警和科学合理利用.在太原污灌农田共采集110个土壤样品,使用气相色谱-质谱仪(Gas Chromatography...     

不同退化程度喀斯特生态系统根际土壤的养分分布特征

以贵州中部喀斯特地区由乔木林、灌木林和灌草丛等不同退化程度生态系统中的优势物种根际土壤为研究对象,测定其C、N、P全量及有效态质量分数,分析各优势物种根际土壤的养分变化。结果表明：3个生态系统中不同优势物种根际各类土壤养分质量分数变化较大,其中,土壤C、N、P养分为乔木林中园果化香根际土壤质量分数最高,白枥根际养分质量分数最低。可溶性有机碳质量分数为乔木林中最低,其平均水平不超过10 mg·kg-1。土壤磷素的供给能力为乔木林的园果化香和刺秋相对较强,其中园果化香中达到1.5%。而且优势树种间根际土壤有效态养分质量分数的差异明显高于全量养分,说明喀斯特地区根际土壤养分差异性主要受植被因素的影响,土壤有效态养分较全量养分对植被群落演替的响应更为灵敏,而且根际土壤养分质量分数和形态的变化与土壤有机碳质量分数有显著的正相关关系,这进一步说明喀斯特地区植被类型的变化对土壤养分的循环利用具有重要的影响作用。     

养分(磷)吸收机理模型的应用研究──Ⅲ.定量评价适应机制对玉米与大豆幼苗P吸收的作用

采用Claassen的养分吸收机理模型定量评价了不同土壤条件下,机理模型中未考虑的其它适应机制对玉米与大豆幼苗P吸收的作用。结果表明：同样土壤养分胁迫条件下,供试玉米与大豆幼苗的其它适应机制对P吸收的贡献率分别为1/4与1/5;土壤养分胁迫、土壤水分胁迫、土壤供N形态、土壤性质及土壤供Ca水平或pH值对这一P吸收适应机制的作用程度均有一定的影响,土壤水分胁迫能明显加强这一适应机制对玉米幼苗P吸收的作用;粘质棕红壤上养分胁迫与水分胁迫同时作用时,这一适应机制对玉米幼苗P吸收的贡献率可达69％。