东部湿润区典型小流域土地利用的土壤水效应

不同土地利用类型下土壤水变化机制对流域水文过程与生态环境有较大影响。基于我国东部湿润区野外综合观测土壤墒情数据,探讨了不同土地利用类型下土壤水的动态变化特征。结果表明：（1）总体上,杨梅林土壤含水量在32%~37%之间波动;农田土壤含水量在20%~30%波动。坡耕地土壤含水量稳定在27%~35%之间;竹林土层土壤含水量大致稳定在25%~32%之间。垂直剖面上,表层（10 cm、20 cm）土壤水分变化大,深层（60~80 cm）土壤水分变化较小。表层土壤水分时间变化特征的波动幅度较深层土壤大。（2）不同降雨强度下,竹林土壤水分对降雨的响应程度大于杨梅林、农田和坡耕地。降雨强度越大,土壤水分响应程度越大;降雨停止后,土壤水分消退起伏下降,深层土壤水分变化较表层稳定。（3）通过增墒系数和减墒系数对土壤水分变化进行量化,发现竹林的消退最明显,其余三种土地利用类型变化幅度相当。杨梅林、农田和竹林均是表层变化较深层大,坡耕地变化更为复杂。研究结果将为我国东部湿润地区产汇流机理及防洪减灾研究提供一定参考。     

铅和铬污染包气带及再释放规律的实验研究

利用有机玻璃柱模拟包气带,研究了Pb2+和Cr6+在污染包气带时的迁移转化规律,以及雨水淋洗受污染包气带中重金属再释放规律.结果表明:包气带受重金属污染过程中,铅和铬在粗砂包气带中的迁移速率分别为7.25cm/d和0.4cm/d,远大于其在细砂包气带中的迁移速率4.46cm/d和0.36cm/d,且Cr2O72-形式存在的六价铬在包气带中的迁移速率比的铅离子迁移速率大10倍以上;在模拟实验中,溶液在通过包气带区域时六价铬还原为三价铬的反应很弱,通过包气带的水样中三价铬未检出,并且包气带介质中三价铬含量(0.006mg/kg)几乎为零;雨水淋洗铬和铅污染的粗砂和细砂包气带模拟研究中铅淋洗溶出率为0.056%和0.112%,铬淋洗溶出率为62.33%和40.36%.因此,Cr2O72-在砂质包气带中的迁移性很强且容易从介质表面淋洗去除,而铅在介质中的迁移性较差且很难从介质中淋洗去除掉.     

厚层包气带土壤水氢氧同位素特征及其补给来源判别

采用环境同位素示踪技术研究了临潼斜口镇土壤水来源与运移机理。在研究区内选取四个土壤剖面分层采集不同土地利用类型的土壤水,测定其稳定同位素δD、δ¹⁸O的值,分析了包气带土壤水稳定同位素沿剖面的变化规律。结果表明：厚层包气带中土壤水在入渗的同时经历了明显的混合作用,在垂向上从上至下可以划分为三个层段;剖面内δD的补给水值处于-75‰~-60‰范围内,介于大气降水和地下水之间,反映了厚层包气带下部土壤水主要来源于地下水的补给,上部主要来源于大气降水与灌溉水的混合补给。     

覆膜与降雨类型对土壤水分及NO3--N淋失的影响

在丹江口库区青塘河五龙池小流域,以黄棕壤横垄种植玉米为例,设置覆膜与无覆膜两种处理,采用田间小区实验研究覆膜与降雨类型对0~30 cm土壤水分和NO-3-N淋失的影响.结果表明:两处理土壤含水量均随土层加深而增加,与无覆膜相比覆膜可降低0~10、10~20、20~30cm土层中的含水量.不同降雨类型对覆膜土壤含水量的影响有区别,小雨时3层土壤间差异显著,含水量随土层加深急剧增加;中雨时10~20cm比0~10 cm、20~30 cm比10~20 cm分别高50.80%、6.62%,0~10 cm土壤含水量显著低于10~20 cm和20~30 cm;暴雨时含水量随土层加深增幅变小;覆膜土壤土层越深土壤含水量受降雨的影响越小.覆膜可降低0~10、10~20 cm土层中的NO-3-N淋失量,分别降低40.74%、24.48%,但会增加20~30 cm的淋失;两处理土壤NO-3-N淋失量均随土层加深而增加.不同降雨类型对覆膜土壤NO-3-N淋失的影响也有区别,小雨时随土壤深度的增加淋失量增多;中雨时,0~10、20~30 cm NO-3-N淋失量分别为10~20 cm的1.75、8.41倍;暴雨时,0~10、20~30 cm分别比10~20 cm低18.97%和60.69%.土壤中NO-3-N淋失受土壤含水量的影响,且随土层加深含水量对NO-3-N淋失的影响减弱.     

毛乌素沙地地下水浅埋区田间水分动态

毛乌素沙地种植区地下水埋深较浅,地下水与土壤水分之间联系紧密,为揭示春玉米生长过程中水分运移关键过程,本文基于原位监测,利用Hydrus-1D建立模型研究毛乌素沙地的田间水分动态。结果发现:在包气带中,40 cm深以上土层水分受根系吸水和气象条件影响变化剧烈,50 cm深以下土层水分变化受地下水影响显著;在玉米整个生长期内,蒸发量占蒸散量的比例为31%,地下水对玉米生长的水分贡献总量为220.09 mm,占玉米耗水总量的37.9%;为了减少深层入渗,实现节水灌溉,在当前地下水埋深条件下,可将每次的灌溉量减少为原水量的72%;地下水位的下降会减少玉米对地下水的利用,并增大灌溉需求量,模拟发现,当平均地下水埋深下降至147 cm深时,玉米生长将不再利用地下水。研究成果可为毛乌素沙地的农田水分利用及生态环境保护提供重要的理论依据和参考信息。     

杉木幼林土壤垂直剖面CO2通量对土壤增温的响应

研究土壤垂直剖面CO_2通量的分布是了解生态系统碳循环的重要环节.本研究以亚热带杉木幼林为研究对象,于2014年5月至2015年5月,采用气井法结合Fick扩散法则和扩散系数模型计算15、30、60 cm各层土壤的CO_2通量,探讨增温对其影响.结果表明:杉木幼林土壤增温影响可至60 cm土层,增温显著降低了各层土壤含水量(p0.05).增温显著增加了杉木幼林土壤CO_2通量(p0.05),深层尤为显著;增温处理(W)后15、30、60 cm土层的土壤CO_2通量年均值分别为1.35、0.73和0.36μmol·m-2·s-1,比对照(CT)相应增加了36%、180%和192%,并且增温显著影响了土壤基础呼吸速率F10和土壤温度敏感性指数Q10(p0.05).土壤温度和含水量能够共同解释各层土壤CO_2通量季节变异的62%~87%,且增温处理后其R2增大.双因子模型拟合结果优于单因子模型.增温能够增加土壤呼吸,对全球大气CO_2浓度升高具有正反馈作用.     

华北平原典型区土壤氟的形态及其分布特征

为了研究华北平原典型区小麦-玉米农田土壤氟的形态及其分布特征,采用连续化学提取方法,测定了采自该地区的耕作层土壤样品(0～30 cm)和剖面土壤样品氟含量.结果表明,研究区耕作层土壤总氟含量为338.31～781.67 mg·kg-1,平均含量为430.46 mg·kg-1.耕作层土壤中不同形态氟含量以残余态最高,其平均含量为402.73 mg·kg-1;其次为水溶态,平均含量为14.39 mg·kg-1,处于氟污染较高水平,可能会对人体健康和生态环境产生重要影响;再次为有机态和铁锰结合态,其平均含量分别为8.90 mg·kg-1和4.10 mg·kg-1;可交换态含量最低,其平均含量为0.33 mg·kg-1.耕作层土壤中水溶态氟含量与土壤pH、CEC呈正相关,与土壤黏粒含量呈负相关;铁锰结合态氟含量与土壤pH、CEC、土壤砂粒含量呈正相关,与黏粒含量呈负相关.逐步回归分析结果表明,土壤pH值对土壤水溶态氟和铁锰结合态氟含量影响最显著,土壤CEC对土壤总氟和残余态氟含量影响最为显著.土壤剖面总氟含量受土壤岩性变化控制,在包气带中呈现峰谷交替的变化特征;土壤剖面水溶态氟含量受土壤岩性变化较小,受土壤pH影响较大,各土壤剖面水溶态氟含量与土壤pH呈显著正相关,主要在靠近地表0～100 cm处变化.本研究可为该区域土壤氟污染防治提供科学依据,也为土壤氟的迁移转化、土壤氟对生态和环境的影响研究奠定了理论基础.     

黄土丘陵区枣农复合系统土壤水分利用与竞争

探明黄土丘陵区农林复合系统植物土壤水分利用策略对评价其配置合理性与可持续性具有重要意义。论文以黄土丘陵区枣农（枣树+农作物）复合系统为对象,测定不同生育期植物木质部水和土壤水氧稳定同位素比率（δ¹⁸O）,利用IsoSource模型分析了复合系统中枣树与间作农作物（黄花菜和饲料油菜）土壤水分利用策略,判断两种复合系统作物间是否发生水分竞争。结果表明：枣树各时期对表层（0~20 cm）土壤水利用较少,在旱季主要使用中层（20~60 cm）和深层（60~200 cm）土壤水,雨季有显著降雨后主要利用中层土壤水。黄花菜、饲料油菜在旱季对低雨量有效降雨反应灵敏,但其仍主要利用中层土壤水,雨季显著降雨后两者对表层土壤水利用比例显著增加。总之枣树与黄花菜和饲料油菜土壤水分利用策略存在明显区别,但在较为干旱的5月和7月对中层和深层土壤水存在明显竞争。因此可在枣树株间修建深度为40 cm肥水坑,增加中层和深层土壤含水量,促进枣树根系向下生长,缓解水分竞争对枣树生长和产量造成的不利影响。     

长沙地区樟树林土壤水稳定同位素特征及其对土壤水分运动的指示

为研究长沙地区林地土壤水分运动规律,基于2017年3月-2018年2月长沙地区樟树林土壤水分及0~130 cm土壤水、地下水和降水中稳定同位素监测数据,分析了土壤水中稳定同位素特征及其与降水中稳定同位素的关系.结果表明:①土壤水分季节变化表现为丰水期（3-6月,土壤蓄水量大而稳定）、耗水期（7-10月,土壤水分以消耗为主）、补水期（11月-翌年2月,土壤水分以补给为主）3个阶段,土壤含水量由表层至深层呈增加趋势,稳定性增强,土壤含水量的垂向差异依次为耗水期 > 补水期 > 丰水期.②受到冠层截留和地表枯枝落叶吸持的影响,林地的有效降水为降水量（P）>3.3 mm,并且LMWL_{P > 3.3 mm}（降水量>3.3 mm时的当地大气水线）较LMWL的斜率和截距显著增加,与各深度SWL（土壤水线）更接近.③由表层至深层,土壤水稳定同位素受降水入渗、新旧水混合和蒸发的影响减小,0~40 cm土壤水中δ18O均表现为丰水期 > 补水期 > 耗水期,而40~130 cm土壤水中δ18O的季节变化不显著.④观测期间不同水体中lc-excess（δD与LMWL的差值）的平均值依次为降水（0） > 地下水（-2.80‰） > 土壤水（-5.00‰）,土壤水中lc-excess随深度的增加而增大.研究显示:土壤水下渗时新旧水混合是一个持续累积的过程,旧的土壤水逐渐被降水替代;受土壤结构、质地等性质的差异及不同降水事件的影响,土壤水分的补给在剖面上存在时滞.      

向海沼泽湿地土壤中硝态氮的水平运移规律

选择封闭性的付老文泡湿地和开放性的二百方子湿地作为两个典型区,以KNO₃为示踪剂,模拟研究了硝态氮在向海沼泽湿地中的水平运移过程.结果表明,沼泽湿地土壤中硝态氮的运移通量与运移距离显著负相关,并随运移距离的增加呈一阶衰减指数变化;而沼泽湿地土壤中硝态氮的运移通量与土壤水扩散率及土壤含水量都呈显著正相关关系,并随土壤水扩散率的增加呈指数增长.     

多溴联苯醚在河套农灌区土壤和水体中的分布特征

PBDEs作为一类全球性的新兴持久性有机污染物,因其具有疏水性,土壤和沉积物对其有很强的固着能力,被认为很难进入地下水中。文章在河套平原典型的黄河农灌区采集地下水、地表水以及表层土壤样品,利用GC-μECD和GC-MS方法测定发现,地下水和地表水中均检测到PBDEs,且主要为BDE209,其在地下水中含量高达5.3μg/L,而地表水中仅为0.03μg/L,揭示PBDEs存在污染地下水的可能性。对土壤中PBDEs的分析发现,其优势同系物为BDE47、100、183和99,主要富集在地面以下0~5 cm和10~15 cm处,该范围普遍发现农用地膜(PBDEs≤5μg/g)的残留物。此外,研究区主要农作物(玉米、番茄、瓜类、小麦和葵花)中,广泛利用地膜的玉米种植土壤中PBDEs的含量最高,达77.13 ng/g。研究显示,降雨淋滤以及灌溉水入渗作用下,地膜中PBDEs的释放可能是研究区土壤以及地下水中PBDEs不可忽略的重要污染源。     

垄作秸秆覆盖下西南地区蚕豆田土壤呼吸与有机碳特征

土壤呼吸是土壤有机碳库输出的主要途径,为探讨垄作和不同秸秆覆盖量对旱三熟蚕豆田土壤呼吸及有机碳特征的影响,测定了平作无覆盖(T)、垄作无覆盖(R)、垄作+半量覆盖(RS1)、垄作+全量覆盖(RS2)这4个处理下的西南紫色土丘陵区蚕豆/玉米/甘薯旱三熟体系中蚕豆田土壤呼吸及有机碳变化,分析了土壤温度和水分与土壤呼吸的关系.结果表明,蚕豆生长季节农田土壤呼吸随作物生长一致,呈先增加后减弱的变化趋势,全生育期平均土壤呼吸速率差异显著,表现为RS2RS1TR,分别为3.365、2.935、2.683、2.263 g·(m~2·d)~(-1).垄作显著降低了蚕豆农田土壤呼吸速率,而秸秆覆盖显著提高土壤呼吸速率,且随着覆盖量的增加而增加.土壤呼吸速率随土壤温度(5 cm和10 cm)呈指数型增长,10 cm处的回归模型明显好于5 cm.10 cm土层Q10值表现为RS2RS1RT,分别为1.751、1.665、1.616、1.35.垄作和秸秆覆盖下土壤温度、水分与土壤呼吸速率的混合指数模型可以解释土壤呼吸速率变异的68%(R)、79%(RS1)和76%(RS2).垄作和秸秆覆盖下0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤有机碳含量均得到不同程度的提高,且随着覆盖量的增加而增加,其中5~10 cm、10~20 cm土层表现为RS2RS1RT,差异达显著水平,且5~10 cm土层有机碳含量增幅最大;但垄作和秸秆覆盖仅显著提高了颗粒有机碳0~30 cm加权平均值,对颗粒有机碳占土壤有机碳比例的影响效应不显著.     

地膜覆盖对菜地土壤剖面温室气体的影响

为了解地膜覆盖对菜地剖面温室气体的影响,本研究利用扩散箱法测定了2014-2015年西南地区辣椒-萝卜轮作菜地10、20和30 cm土壤剖面的CH₄、CO₂和N₂O的浓度.结果表明,整个观测季覆膜（F）和不覆膜（NF）处理土壤剖面的CH₄浓度均随土壤深度增加而降低.与NF相比,覆膜极显著提高了辣椒季30 cm土层的CH₄浓度（p<0.01）,但极显著降低了萝卜季20 cm土层的CH₄浓度（p<0.01）,且对观测季其他土层的CH₄浓度无显著影响（p>0.05）;与CH₄相反,整个观测季覆膜和不覆膜处理土壤剖面的CO₂浓度均随土壤深度增加而增加.与NF相比,覆膜显著提高了辣椒季30 cm土层和萝卜季各土层的CO₂浓度（p<0.05）;与CO₂相似,整个观测季节覆膜和不覆膜处理土壤剖面的N₂O浓度均随土壤深度增加而增加.与NF相比,覆膜对辣椒季各土层的N₂O浓度影响不显著（p<0.05）,却显著增加了萝卜季各土层的N₂O浓度（p<0.05）.总之,在辣椒季,地膜覆盖有利于深层土壤（30 cm） CH₄和CO₂的积累,而对N₂O的影响却不显著.在萝卜季,地膜覆盖不利于中层土壤（20 cm） CH₄的积累,但有利于各土层CO₂和N₂O的积累.Pearson相关性分析结果表明,在辣椒季,各处理10 cm土层的CH₄浓度与土壤充水孔隙度（WFPS）呈显著正相关（p<0.05）,各处理10 cm土层的CO₂浓度与各环境因子相关性均不显著（p>0.05）.与CO₂类似,覆膜处理10 cm土层的N₂O浓度与各环境因子相关性不显著（p>0.05）,但不覆膜处理10 cm土层的N₂O浓度与WFPS呈显著正相关（p<0.05）.在萝卜季,各处理10 cm土层的CH₄浓度与各环境因子相关性不显著（p>0.05）,各处理10 cm土层的CO₂和N₂O浓度与地下10 cm温度和土壤氮素呈显著正相关（p<0.05）.WFPS是影响10 cm土层CH₄浓度的主要因素,土壤温度和土壤氮素是影响10 cm土层CO₂浓度的主要因素,WFPS、土壤温度和土壤氮素是影响10 cm土层N₂O浓度的主要因素.     

地膜覆盖和施氮对菜地CH4排放的影响

以位于西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内辣椒-萝卜轮作菜地为研究对象,采用静态暗箱/气相色谱法,进行为期2 a的田间原位观测,探讨地膜覆盖和不同施氮处理对菜地CH_4排放的影响.本实验设置8个处理,分别为对照常规(NN0)、对照覆膜(FN0),低N常规(NN1)、低N覆膜(FN1),中N常规(NN2)、中N覆膜(FN2),高N常规(NN3)、高N覆膜(FN3),研究地膜覆盖和施氮对菜地CH_4的排放特征和影响因素以及土壤碳氮组分的变化规律.结果表明,覆膜与常规两种种植方式对于菜地CH_4的排放没有明显差异. 2014年5月～2016年4月,覆膜种植下无氮、低氮、中氮和高氮菜地CH_4年均累积吸收量分别为28. 96、51. 90、43. 43和34. 41 mg·m~(-2),常规种植下CH_4年均累积吸收量分别为40. 76、63. 56、62. 77和21. 92 mg·m~(-2).不同施氮梯度对于菜地CH_4的排放没有显著影响.菜地CH4的吸收量与土壤温度呈显著正相关关系,与土壤含水率则呈现为显著负相关关系.地膜覆盖在辣椒季加速了土壤碳素的矿化,而在萝卜季则没有显著影响.     

耕作历史和种植制度对绿洲农田土壤有机碳及其组分的影响

耕作历史和种植方式是影响黑河绿洲农田土壤总有机碳及其组成的重要因素。研究结果显示,随着耕作时间的延长,土壤总有机碳(TOC)、活性有机碳(AOC)、惰性有机碳(NOC)的含量均呈增加趋势,但AOC、NOC的增幅存在差异,AOC因性质活泼,对农业活动等措施引起的变化较NOC有较快响应,因此,在耕作的初期(0~5 a),AOC的增幅高于NOC,而20 a的耕地NOC增幅大于AOC,之后达到AOC与NOC的增幅接近(>100 a)的动态发展趋势,表明总有机碳含量积累的过程是AOC与NOC增幅逐渐接近、NOC积累增速的过程。>100 a的耕地,因种植方式不同,剖面上TOC、AOC、NOC含量呈现出:油菜地>普通玉米地>制种玉米地>小麦地。分析发现,绿洲区近年来大面积种植制种玉米引起TOC、AOC、NOC发生改变,增加秸秆或牲畜粪便的归还量是提高土壤有机碳的有效途径。     

湘西北红壤丘陵区土壤水运移的稳定性同位素特征

稳定同位素技术为土壤水运移研究提供了新的研究手段.通过对红壤丘陵区降水和不同深度土壤水稳定性氢氧同位素的示踪,研究了2种不同植被类型(油茶林、玉米地)土壤水分运移过程.结果表明,该区大气降水稳定性同位素存在明显的降水量效应和季节效应.油茶林0~50 cm、玉米0~40 cm土壤水氢氧同位素值随深度增大而增大,但干旱时段降水后表现出相反的趋势;油茶林50 cm、玉米40 cm以下土壤水氢氧同位素值随深度增大而减少,蒸发影响微弱.油茶林入渗率受降水量影响明显,大雨后2~3 d入渗率约为50~100 mm/d,之后入渗率明显减慢,50 cm土层常成为阻隔层.玉米地由于通透性差,入渗率更低.红壤丘陵区土壤水氢氧同位素值变化主要是受前期降水形成的混合水样的影响,蒸发影响次之.油茶林蒸发强度小于玉米地,但蒸发深度较玉米地深.     

长期覆膜条件下农田土壤微生物群落的响应特征

地膜覆盖是农业生产中保障粮食增产增收的重要措施.为明确长期地膜覆盖对农田土壤微生物群落结构特征的影响,采集4个不同覆膜年限的农田土壤,利用高通量测序技术分析土壤细菌和真菌群落结构变化,探讨长期覆膜农田土壤中微生物群落的变化及其对微生物生态环境效应的影响.结果表明,长期覆膜对土壤细菌多样性无显著影响,但降低真菌多样性;长期覆膜使土壤细菌酸杆菌（Acidobacteriota）和真菌被孢霉菌（Mortierellomycetes）物种丰度降低,增加土壤放线菌（Actinobacteriota）物种丰度.长期覆膜可以使土壤富集细菌中的芽孢杆菌（Bacillus）和类诺卡氏菌（Nocardioidaceae）,及真菌中的肉座菌目（Hypocreales）和曲霉菌（Aspergillus）等有益微生物菌群.然而长期覆膜使土壤真菌共生网络变得简单而脆弱,其关键物种仅有子囊菌门中的粪壳菌目（Sordariales）中的未知菌属一种,因此对农田土壤生态环境带来潜在风险.本研究为深化了解长期覆膜对农田微生物生态环境效应的影响提供理论依据.     

绿化植物废弃物对Cu和Pb在土柱中分布的影响

文章在参考上海近年来平均降水量的基础上,通过室内模拟实验将污染土壤修复措施与其淋溶特性相结合,选取华东地区典型的灰潮土土壤进行了绿化植物废弃物对重金属Cu和Pb在土柱中分布影响的研究。初步结果显示,灰潮土覆盖绿化植物废弃物处理Cu和Pb的含量在0~5 cm层土壤中较对照处理高,且有覆盖量越大其Cu和Pb含量越高的趋势;而土壤与10 cm、20 cm厚绿化植物废弃物相混合的处理Cu和Pb含量在0~5 cm层Cu和Pb的含量较对照处理低,而分别在5~10 cm土层、10~20 cm土层中含量较高。     

丹江口库区覆膜耕作土壤氮素淋失随夏玉米生长期的变化

土壤氮素淋失是农业非点源污染的重要形式,也是水源地水质恶化的重要原因.以丹江口库区五龙池小流域为研究区,以农田黄棕壤种植夏玉米为例进行田间氮素淋失实验,通过与无覆膜耕作进行对比,研究覆膜耕作条件下土壤氮素淋失随玉米生长期的变化.结果表明,覆膜耕作土壤TN和NO_3~--N淋失量均明显低于无覆膜耕作,分别低25.68%和20.25%.夏玉米生长期内,覆膜土壤TN淋失量表现为苗期最高,拔节期和抽穗期显著降低,成熟期略微升高的变化趋势;覆膜土壤NO_3~--N淋失量表现为在苗期最高,拔节期显著降低,随后缓慢降低的变化过程;覆膜土壤NH_4~+-N淋失量表现为在苗期较低,拔节期升至峰值,抽穗期降至谷值,成熟期显著升高的变化特征.覆膜土壤TN和NO_3~--N淋失量分别与土壤中TN和NO_3~--N含量之间呈线性函数和指数函数关系;与土壤含水量和降雨量之间呈线性函数关系.上述结果表明,覆膜能降低土壤中氮素的淋失量,将对减少库区农业非点源污染具有明显的作用.