喀斯特地区风化与成土过程特征:黄壤和石灰土剖面Sr同位素地球化学研究

西南喀斯特山地土壤(主要有黄壤和石灰土)的母质来源和形成过程至今存在较多争议.本研究选择黔中地区喀斯特典型的黄壤和石灰土土壤剖面作为研究对象.以Sr同位素为主要研究手段探讨了喀斯特地区风化成土过程特征.不同土壤母质来源及不同类型土壤的相互成因关系.研究发现:石灰土与砂岩黄壤具有明显不同的Zr/Nb和Th/Nb比值:石灰...     

桂林毛村岩溶区三种亚类石灰土有机碳矿化研究

应用土壤培养法,比较分析了桂林毛村典型岩溶区黑色石灰土、棕色石灰土、红色石灰土三种亚类石灰土在25℃和70%田间饱和含水量条件下培养90d有机碳矿化速率的差异。结果显示:各亚类土壤有机碳矿化速率和累积释放CO2-C量总体上都随土层加深而递减。0～20cm至20～40cm层递减幅度最大。各亚类石灰土有机碳矿化速率和累计释放量的大小顺序为:黑色石灰土>棕色石灰土>红色石灰土,黑色石灰土的矿化速率远远大于棕色石灰土和红色石灰土,其中0～20cm土层差异最大。土壤有机碳矿化速率和有机碳含量呈正相关。黑色石灰土土壤有机碳矿化释放的CO2-C分配比例最高,达到3.33%,其次是红色石灰土,比例为2.92%,旱地棕色石灰土矿化比例最低,为1.90%,说明桂林毛村典型岩溶区黑色石灰土和红色石灰土有机碳稳定性较弱,旱地棕色石灰土具有较强的固定有机碳能力。     

喀斯特地区黄壤和石灰土剖面化学组成变化与风化成土过程

对西南喀斯特地区典型黄壤和石灰土剖面土壤主量和微量元素组成变化特征进行了研究,提供了有关岩石风化和土壤形成过程的信息。所研究的土壤相对于上地壳普遍富集P和Mn,而亏损Na、K、Ca、Mg元素。与黄壤相比,石灰土具有较高含量的K、Rb和较低含量的Sr元素,同时具有较高Th/Ta,Rb/Sr比值和CIA的特征,指示两类土壤成土母质的差别和石灰土较强的风化程度。不同地区同种类型土壤以及同一地区不同类型土壤的化学组成具有显著差别,反映了不同区域和不同类型土壤在成土母质、风化成土过程和程度上的差异。     

茂兰喀斯特地区常见蕨类植物根际土氮、磷、钾营养元素含量特征

为探讨喀斯特地区植物根际土壤的养分含量特征及植物的适生机制,本文以茂兰喀斯特地区的专性钙生植物种、厌钙植物种和广布种三类对石灰土环境适生能力不同的蕨类植物为研究对象,采用剥落分离法收集根际和非根际土壤,分别对其氮、磷、钾元素进行测定分析。结果表明:(1)研究区土壤全氮含量无论是根际土还是非根际土均较高,根际土为专性钙生植物种广布种厌钙植物种,非根际土为石灰土酸性土,不同种(类)植物根际土壤间差异显著(p0.05)。全磷和有机磷含量均是石灰土显著高于酸性土(p0.05);石灰土非根际土全P含量处于较高水平,有效P偏低,酸性土非根际土有效P处于极低水平;不同种(类)植物根际土各形态磷素含量变异特征与非根际土各形态磷素含量变异特征基本一致。全钾含量无论根际还是非根际均是酸性土稍高于石灰土,而速效钾含量却是石灰土显著高于酸性土(p0.05);各植物种根际土壤速效K含量多处于中等偏低水平,而在不同类植物根际土壤中,除厌钙植物种处于较低水平外均达到较高水平,在石灰土非根际土壤和酸性土非根际土壤中也达到高到极高水平;各类土壤全钾含量均处于较低水平。(2)专性钙生植物种根际土壤较厌钙植物种根际土壤对土壤全N、全P、全K、有机P、有效P和速效K的根际效应均要强,其中,专性钙生植物种根际土壤中的全N、全P、有机P和有效P含量均高于非根际土壤。专性钙生植物种和广布种对土壤P、K具有较强的活化能力,厌钙植物种的活化能力相对较弱,但对其需求、吸收的程度较高。(3)根际及非根际土壤各元素含量及变异特征主要受土壤类型、质地、水热条件、生物活动等因素的影响。厌钙植物种对土壤P、K活化能力较弱而需求较高可能是其在石灰土上生长受限的原因之一。     

表征全吸力范围的土壤水分特征曲线模型评估及其转换函数构建

基于非饱和土壤水力性质数据库（UNSODA）中选取的从砂土到黏土共256个土壤样本,系统性地评价了表征全吸力范围的土壤水分特征曲线模型（LIAO模型）的适用性,并构建和验证了预测LIAO模型参数的土壤转换函数（PTFs）。结果表明：（1）与传统的van Genuchten模型（仅适用于描述毛管水运动）相比,LIAO模型对不同质地土壤水分特征曲线的预测精度更高,均方根误差（RMSE）降低了约45%;（2）LIAO模型参数与土壤基本性质（如砂粒、粉粒、黏粒、有机质含量和容重）之间存在不同程度的相关性,其中参数θ_s与容重的相关性（r=-0.783,P<0.01）最强,而其余参数与粉粒的相关程度最高;（3）基于逐步回归方法构建的PTFs能够解释LIAO模型参数总变异的31%~65%,其中对θ_s的预测精度最高,经双交叉验证表明PTFs稳定性较好。研究成果可为区域（尤其是干旱和半干旱地区）土壤水文模型提供参数支持。     

喀斯特地区土壤有机质的稳定碳同位素地球化学特征

以喀斯特地区二种主要的土壤类型石灰土和黄壤为例,对三种植被类型下土壤及土壤不同粒径组分中有机质的稳定碳同位素组成(δ13C值)进行了分析,结果显示:石灰土剖面中土壤有机碳含量均大于1.0%,最大值为表层土的7.1%,而三个黄壤剖面中土壤有机碳含量在0.3%～4.6%之间;石灰土剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围仅为-24.1‰～-23.0‰,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较小;而黄壤剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围较大,在-24.5‰～-21.1‰之间,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较大。对比研究表明,不同土壤类型中有机质的深度分布特征具有显著差异,土壤有机质的稳定碳同位素地球化学具有明显的区域性特征。     

中国西南乌江流域石灰土中微量金属的富集

为了解石灰土中微量金属的富集特征、机理及供给能力,本文以乌江流域9条石灰岩风化剖面为对象,运用R型聚类分析和质量平衡计算方法,研究了石灰岩风化过程中V、Co、Ni和Zn的富集问题,并获得了以下认识:(1)本区石灰土中V、Co、Ni和Zn的富集程度与其它地区的石灰土相当(甚至更高),高于上陆壳(UCC)、中国土壤(CS)和世界土壤(WS);(2)V、Co和Zn在石灰土中的富集主要与铁氧化物/氢氧化物等的吸附或共沉淀产生的淀积富集有关,而Ni的富集则主要与铝硅酸盐黏土矿物吸附和其它更易溶元素强烈迁出引起的弱残留富集有关。     

桂林毛村3种石灰土Cd形态分配特征及影响因素分析

为了了解岩溶区土壤中重金属Cd形态分配特征,在桂林毛村人类活动稀少区采集了黑色、棕色、红色3种石灰土。通过原子光谱仪测试了Cd全量,运用改进的Tessier分析法测定了3种石灰土中Cd的有效态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态及残渣态等5种形态,并对其影响因素进行了分析。结果表明:3种石灰土中Cd全量大小依次为黑色石灰土棕色石灰土红色石灰土。形态测试结果表明,黑色石灰土和棕色石灰土中Cd形态以铁锰氧化态和残渣态为主,占土壤Cd全量的63%以上,且5种形态含量大小顺序均为铁锰氧化态残渣态可交换态碳酸盐结合态有机结合态;红色石灰土Cd形态以残渣态为主,占土壤Cd全量的76%,形态分配特征为残渣态铁锰氧化态态可交换态碳酸盐结合态有机结合态。相关关系表明,土壤中Si O_2、TFe2O_3、Al2O_3与Cd的5种形态成负相关关系,Ca O、有机碳、Mn、CEC、pH与Cd的5种形态成正相关关系。研究结果可为岩溶区土壤重金属Cd污染修复与治理提供基础数据。     

贵州喀斯特地区典型土壤碳酸盐垂直分布特征及其同位素组成研究

以贵州为中心的西南喀斯特地区的石漠化是我国实施西部大开发战略中所面临的根本性地域环境问题之一,喀斯特地区石漠化是一种与脆弱生态背景和人类活动相关联的土地退化过程,而土壤退化是土地退化的核心部分.本研究采集了贵州喀斯特地区的砂岩黄壤剖面和石灰土剖面的土壤样品,测定了剖面样品的土壤有机碳含量、土壤碳酸盐含量和土壤碳酸盐δ1...     

黔中喀斯特石漠化区不同土壤类型对常见植物叶片δ13C值的影响

通过测定黔中喀斯特区清镇市王家寨小流域内常见种叶片δ13C值,探讨土壤类型和石漠化等级对喀斯特植物水分利用效率的影响.结果表明,小流域内不同土壤类型植物叶片的δ13C值总体差异不显著(P>0.05),黄壤区植物叶片δ13C值分布区间较黑色石灰土区窄,变异系数较小,整体较黑色石灰土区偏负.小流域内黑色石灰土区植物群落δ13C均值随石漠化进行趋正,黄壤区随石漠化呈现出先趋正后趋负的变化格局.方差分析结果显示黄壤区各石漠化植物群落δ13C值间不存在显著差异(P>0.05),黑色石灰土区各石漠化植物群落δ13C值间均存在显著(P<0.05)或极显著差异(P<0.01).相关分析结果显示黄壤区植物叶片δ13C值的主要影响因子为土厚和坡度,黑色石灰土区为土壤含水量.研究区土壤对植被δ13C值的影响是通过调节土壤水分实现的.     

贵州喀斯特区域土壤有机质的分布与演化特征

中国西南喀斯特区域是全球最大的喀斯特生态区域之一,该区生态环境脆弱,水土流失严重,石漠化趋势严峻。土壤有机质是极为重要的保持土壤结构与质量的物质,深刻认识喀斯特区域土壤有机质的特征与演化是防治和改善我国西南喀斯特区域石漠化现状的迫切需求。本文以贵州省为例,总结归纳前人的研究成果,阐述了该区土壤有机质的分布规律与演化特征,探讨了影响该区土壤有机质分布的因素,以期提出更好的石漠化防治策略。中国西南喀斯特区域土壤受该区多山地形的限制,具有水平地带性以及垂直地带性特征,同时受到喀斯特地质地貌的控制,发育各种非地带性土壤,本区土壤类型多、成因复杂;土壤有机质的分布、演化特征与土壤类型密切相关,具有明显的区域特点。贵州省分布广泛的主要土壤有黄壤、石灰土、红壤、紫色土、黄棕壤、棕壤以及水稻土等。其中,棕壤有机质含量最高,原因可能是棕壤存在区域海拔高,气温低,抑制微生物活动,土壤有机质分解过程比较缓慢;石灰土有机质含量高,原因可能是土壤中钙的含量较高,有机质的保存可能受益于腐殖酸钙及碳酸盐沉淀的包裹保护;而黄壤和红壤等酸性土壤有机质主要是与R_2O_3结合,有机质的活性高于石灰土;黄棕壤有机质含量介于棕壤和黄壤之间;紫色土由于土壤质地的原因,有机质含量最低。     

电脑散热风扇灰尘中多溴二苯醚的污染特征和环境健康风险评价

不同模型对土壤污染物空间分布预测精度具有重要影响,针对现有方法不能较好模拟土壤污染物较强的空间变异特征以及缺乏对影响污染物空间分布的关键环境因子识别,本研究基于随机森林（RF）模型,通过融合多源环境要素,开展了某冶炼厂周边农田土壤砷含量空间分布预测研究,并与反距离加权（IDW）和逐步线性回归模型（STEPREG）相比较.结果表明,研究区农田土壤砷污染范围较广,污染严重区域主要分布在研究区南部,3种模型模拟的砷污染空间分布虽总体趋势相似,但局部区域差异明显,IDW和STEPREG模型不能很好地反映研究区土壤污染的强空间变异特征,RF模型模拟结果较好的表达局部高污染区域的细部变化.不同环境要素对农田土壤砷含量空间分布影响的重要性不同,研究区环境变量和地形变量是影响土壤砷含量空间分布的关键环境因子.交叉验证结果表明,RF模型相对IDW和STEPREG模型具有最小的均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）、平均误差（ME）和最大的R²,RF模型的RMSE、MAE、ME较IDW模型分别降低了10.8%、5.5%和88.1%,较STEPREG模型分别降低了17.8%、18.4%和94.7%,表明采用RF模型对研究区农田土壤砷含量预测精度最高,取得了最优的预测效果.本研究结果能够为土壤重金属污染空间分布制图提供方法学参考.     

基于冗余分析的典型喀斯特山区土壤-石漠化关系研究

通过对贵州西南部典型喀斯特山区植被调查与土壤样品分析,运用冗余分析（RDA）的手段研究土壤-石漠化关系.结果表明,喀斯特石漠化过程中,除土壤全磷、全钾和交换性钙由于受成土母质的影响变化规律不明显外,土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳、易氧化有机碳、可溶性有机碳、基础呼吸及土壤速效养分含量均呈明显下降趋势;RDA分析结果表明,不同石漠化类型与土壤因子相关性差异明显,总体表现为：未石漠化〉潜在石漠化〉轻度石漠化〉中度石漠化〉重度石漠化,且利用土壤有机碳、全氮、碱解氮和容重作为石漠化过程中土壤指示因子,可解释74.4%的土壤-石漠化信息;另外,相关性分析结果表明,土壤养分因子在很大程度上受地上植被的影响,为此综合考虑地表植被的生态功能和土壤质量水平,认为花椒是喀斯特石漠化山区生态恢复较好的植被选择.     

基于随机森林与地统计预测城市土壤PAHs分布

收集南京城区采样点位置信息和环境变量等数据,应用地统计和随机森林方法,以及两种方法相结合分别预测土壤多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）含量,并比较不同方法预测精度.结果表明：随机森林与地统计方法结合能大幅度提高城市土壤污染物制图精度,整合克里金与随机森林预测残差模型拟合优度R²相比克里金插值法提高74.8%.PAHs空间制图结果能够较好拟合污染物的变化范围,识别污染高值区与低值区的空间分布.随机森林输出特征重要性发现影响南京城区土壤PAHs分布的主控因子为土壤碳和土壤粒度以及工厂密度.本研究可为城市污染物高分辨率和高精度制图以及污染防控治理提供参考.     

黄土区植被恢复对土壤物理性质的影响

以黄土区延河流域为研究区域,研究了近40a来植被恢复对土壤容重、孔隙度和饱和导水率等13个土壤物理性质指标的影响.结果表明：随着植被恢复年限增加,土壤容重降低,而土壤孔隙度、>0.25mm团聚体含量、持水性和入渗性能等增大.但在40a内对土壤质地无显著影响.植被恢复对土壤物理性质的影响随恢复年限的增加而增强,随着土层深度的增加而减弱.土壤的容重、>0.25mm团聚体含量和饱和导水率可作为植被恢复生态效应评价的主要物理指标.由于水分等条件的限制,该区柠条林和草地对土壤物理性质的改善优于刺槐林,建议该区植被恢复应以营造次生灌木林和草地为主.     

空间插值模型对土壤Cd污染评价结果的影响

分析和比较了不同插值模型(反距离加权、局部多项式、普通克里格和径向基函数)对土壤Cd空间插值、污染面积估算和污染区空间分布的影响,结果表明,插值方法对极大值都存在不同程度的平滑,交叉验证的Cd极大值插值的相对误差高于45.1%.不同插值模型估算的污染区域面积在0～2.12%之间.根据样点超标率估算的污染面积比插值模型估算的面积高1.53%～3.65%.污染评价结果不确定性较大的区域主要是在局部极大值区域和高值向低值的过渡区域.因此,土壤重金属的空间插值精度对污染评价结果有很大影响,开展土壤重金属污染调查时应注意在浓度过渡区域加大采样密度.     

Infiltration characteristics of non-aqueous phase liquids in undisturbed loessal soil cores

The widespread contamination of soils and aquifers by non-aqueous phase liquids (NAPL), such as crude oil, poses serious environmental and health hazards globally. Understanding the infiltration characteristics of NAPL in soil is crucial in mitigating or remediating soil contamination. The infiltration characteristics of crude and diesel oils into undisturbed loessal soil cores, collected in polymethyl methacrylate cylindrical columns, were investigated under a constant fluid head (3 cm) of either crude oil or diesel oil. The infiltration rate of both crude and diesel oils decreased exponentially as wetting depth increased with time. Soil core size and bulk density both had significant effects on NAPL infiltration through the undisturbed soil cores; a smaller core size or a greater bulk density could reduce oil penetration to depth. Compacting soil in areas susceptible to oil spills may be an effective stratage to reduce contamination. The infiltration of NAPL into soil cores was spatially anisotropic and heterogeneous, thus recording the data at four points on the soil core is a good stratage to improve the accuracy of experimental results. Our results revealed that crude and diesel oils, rather than their components, have a practical value for remediation of contaminated loessal soils.     

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。