三江平原不同土地利用方式下土壤磷形态的变化

利用Hedley磷(P)分级方法,比较研究三江平原不同土地利用方式（天然湿地、旱田、水田、弃耕地、人工林地）下土壤P形态变化.结果表明,不同土地利用方式下土壤总磷（TP）含量表现为：湿地>林地>旱田>弃耕地>水田.农田土壤的无机磷（TP_i）占TP比重显著高于湿地,有机磷比重则为湿地高于农田,且水田土壤有机磷（TP_o）比重最小,弃耕地和林地之间差别很小.不同土地利用方式土壤活性无机磷含量差异较小,Resin-P含量约为32～36.3 mg·kg^-1,NaHCO₃-P_i含量为33.77～50.42 mg·kg^-1;农田土壤NaOH-P_i和C.HCl-P_i含量高于湿地土壤,特别是水田中NaOH-P_i达152.4 mg·kg^-1,湿地土壤中D.HCl-P_i含量高于农田达84.3 mg·kg^-1,弃耕地和林地介于二者之间,表明弃耕后土壤P的恢复有向天然湿地的状况发展的趋势.开垦使湿地所有形态有机磷含量和比重都大幅下降,其稳定态有机磷C.HCl-P_o下降幅度最大,其在旱田和水田土壤中含量分别仅为湿地中的25.96%和19.26%;弃耕地有机磷含量比重均有增加,但是速度十分缓慢,湿地开垦后土壤P的恢复需要很长时间.不同土地利用方式下土壤P形态存在显著的差异.     

三江平原不同土地利用方式下土壤锰含量研究

通过对比分析三江平原典型的小叶章湿地、玉米地、水稻田、人工杨树林和岛状林土壤中锰（Mn）含量,研究了不同土地利用方式下土壤Mn分布特征及影响因素.结果表明,三江平原土壤Mn含量范围为107.73～2 798.99 mg.kg-1,平均为403.24 mg.kg-1,处于较低的水平.不同利用方式下土壤中Mn含量差异显著（F=9.272,P〈0.001）,表现出岛状林〉人工杨树林〉玉米地〉小叶章湿地〉水稻田的规律;总体上由表层至底层,各层土壤Mn含量表现为玉米地〉小叶章湿地〉水稻田,岛状林〉人工杨树林的规律,表明湿地开发为旱田后,土壤Mn将聚集,而开发为水田后,土壤Mn则流失.相关性分析表明,土壤中Mn含量与pH呈显著的负相关系（r=-0.279,P〈0.05）,Mn与S含量（r=0.383,P〈0.01）和可溶性有机碳含量（r=0.244,P〈0.05）呈显著的正相关关系,而与土壤有机质（SOM）和有效硫（Sa）含量相关性并不显著.环境因子的改变,可能是通过改变Mn的赋存状态而影响到土壤Mn含量.     

湿地垦殖对土壤微生物量及土壤溶解有机碳、氮的影响

对三江平原天然沼泽湿地及湿地垦殖后的农田、弃耕还湿地、人工林地等不同土地利用方式下表层土壤(0～10cm)的活性碳、氮组分:微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、溶解有机碳(DOC)、溶解有机氮(DON)进行了研究.结果表明,天然小叶章沼泽湿地垦殖为农田后,表层土壤各活性碳、氮组分显著降低:MBC减少了63.8%～80.5%; MBN减少了56.3%～67.1%; DOC减少了43.1%～44.3%; DON减少了25.2%～56.1%.农田弃耕还湿和人工造林后表层土壤的活性碳、氮组分有明显恢复的趋势,各组分恢复到天然小叶章湿地土壤水平的36.1%～59.9%(MBC);46.7%～65.9%(MBN);67.0%～69.3%(DOC);81.2%～88.3%(DON),土地利用方式是影响土壤MBC、MBN、DOC、DON变化的重要因素;各土地利用方式表层土壤的DOC、DON、MBC、MBN呈显著的正相关关系,土地利用方式对表层土壤DOC的影响大于对DON的影响;各土地利用方式下土壤微生物可利用碳、氮的来源不同是影响DOC、DON与MBC、MBN相关性差别明显的主要原因.     

三江平原湿地不同土地利用方式下土壤有机碳储量研究

选取东北三江平原沼泽湿地5种土地利用方式,共16个土壤剖面,对土壤有机碳储量分布特征进行了研究.结果表明,不同土地利用方式下,土壤剖面有机碳含量与有机碳密度均呈自上而下降低的趋势,且随着深度的增加,垂直差异变小.开垦降低了土壤有机碳含量和有机碳密度,并改变了其在表层的分布结构特征.初步估算5种土地利用方式下土壤有机碳储量分别为:沼泽湿地1.58×104t/km2、退耕还湿地1.23×104t/km2、林地1.01×104t/km2、水田0.85×104t/km2、旱田0.99×104t/km2.开垦降低了湿地土壤有机碳储量,且对耕地的影响大于林地,而退耕还湿有利于土壤有机碳的固定及储量的增加.     

开垦利用对三江平原湿地土壤硫含量的影响

以三江平原典型类型湿地及不同开垦年限的耕地 (旱田 )为研究对象 ,对其土壤中总硫及各形态硫的含量变化进行分析 ,结果如下 :总硫、水溶性硫、吸附性硫、盐酸可溶性硫、盐酸挥发性硫及有机硫含量排序均为小叶章 (Calamagrostisangusti folia)草甸 <乌拉苔草 (Carexmeyeriana)沼泽 <毛果苔草 (Carexlasiocarpa)沼泽 ;湿地开垦为耕地后 ,除盐酸可溶性硫含量增加以外 ,其余硫组分的含量均有不同程度的降低 ;耕地土壤中总硫及有机硫含量随开垦年限的增加而下降 ,而无机硫各组分随开垦年限的增加变化量不大 .湿地开垦前土壤总硫量为 6 2 2 4mg kg ,湿地开垦 2 0年后 ,土壤总硫量降低为 16 8mg kg ,因此在人类活动的干预下湿地开垦后表现出由汇转化为源 ,由累积转化为分散的特征     

贵州普定喀斯特关键带土壤重金属形态特征及风险评价

采用BCR分步提取法对普定喀斯特关键带不同土地利用方式下土壤重金属(如Cd、 Cr、 Zn、 Fe、 Ni和Mn)的分布及其形态进行分析,评估了重金属的生物有效性以及生态环境潜在风险.结果表明,土壤重金属Fe、 Zn、 Cr和Ni主要以残渣态的形式存在,不易被生物所利用;而Cd和Mn的有效态含量较高,有较强的迁移性和生物有效性.普定土壤中丰富的有机质有利于重金属Cd、 Fe、 Cr和Ni的可氧化态转化,Ni、 Fe和Mn的可氧化态倾向于富集在土壤大团聚体内.风险评估指数法(RAC)和次生相与原生相分布比值法(RSP)评估结果显示,普定土壤表现出轻微生态危害,土壤中大部分重金属(除Cd)对生态环境有较低的风险,耕地和弃耕地中Cd对环境构成的风险更高,与施肥和喷洒农药等活动造成土壤中外源金属元素输入有关.     

不同土地利用下土壤呼吸温度敏感性差异及影响因素分析

通过野外观测和室内模拟试验,研究了三江平原不同土地利用方式下土壤呼吸温度敏感性及其影响因素．结果表明,指数模型能较好地表示不同土地利用方式下的土壤呼吸对温度变化的响应,但其在低温时拟合效果较好,高温时拟合效果较差．小叶章湿地Q10值最高（4．29）,垦殖15年农田的Q10值最低（1．45）．不同土地利用方式下Q10值从高到低的排列情况是：小叶章〉灌丛〉弃耕地〉垦殖9年农田〉垦殖15年农田．Q10值与土壤有机碳、水溶性有机碳、轻组有机碳和微生物量碳含量呈线性关系．因此,认为土壤有机碳的数量与结构是影响土壤呼吸温度敏感性的重要因素．不同土地利用方式下土壤Q10值与深度0．10cm处土壤的平均含水量呈线性关系．     

土地利用方式对土壤水溶性有机碳的影响

采集三江平原不同利用方式的土壤,测定土壤水溶性有机碳(DOC)含量,以及E₂₈₀值、E₂₅₀E₃₆₅和E₂₄₀/TOC比值,研究土地利用方式对土壤DOC的影响.结果表明,随着土地利用方式的变化,土壤DOC含量变化明显,土地开垦耕作是导致土壤DOC含量降低的主要原因.湿地土壤的开垦耕作,不仅导致土壤DOC数量的减少,而且DOC的质量也在下降.土壤DOC与土壤总有机碳含量呈正相关(R²=0.66),与游离态轻组有机碳的相关性更强(R²=0.84),与土壤重组有机碳呈明显的负相关(R²=0.52).     

三江平原不同土地利用方式下凋落物对土壤呼吸的贡献

运用Li-6400土壤呼吸配套系统研究了三江平原沼泽湿地不同土地利用方式下保留和去除凋落物的土壤呼吸特征,进而分析了不同土地利用方式下凋落物对土壤呼吸的贡献及其与凋落物输入量和环境因子(温度、降水等)之间的相互关系.结果表明,整个生长季4种土地利用方式下凋落物对土壤呼吸的平均贡献量在-0.21~0.64μmol/(m2.s)之间,贡献率表现为小叶章草甸湿地(14%)人工林地(12%)大豆田(8%)退耕还湿地(-5%).其中,退耕还湿后凋落物对土壤呼吸的贡献表现为负值,减少了土壤呼吸的排放,表明凋落物对土壤呼吸的贡献可能最终取决于凋落物分解与屏蔽作用之间的平衡.除大豆田外,不同土地利用方式下凋落物对土壤呼吸的贡献均与10 cm地温达到了极显著相关关系(p0.01).另外,降雨的影响与凋落物输入密切相关,表明凋落物除自身分解外,还可能参与到气候变化的生态效应中.     

三江平原沼泽湿地垦殖对蒸散量的影响

三江平原沼泽湿地大面积垦殖已对区域生态环境产生了明显影响.2005～2007年每年5～10月利用涡度相关系统对三江平原典型沼泽湿地、水稻和大豆田进行了观测,目的是阐明沼泽湿地垦殖为农田对地表水分蒸散的影响.结果表明,沼泽湿地垦殖前后潜热通量日变化均表现为单峰变化特征,但其最大值当湿地垦殖为水稻田后增加了14%～130%,当垦殖为大豆地后在2006年增加了3%～77%,而在2005年和2007年发生干旱时降低了25%～40%.植被叶面积指数差异是造成不同系统潜热通量日变化差异的主要原因.沼泽湿地垦殖为农田没有改变潜热通量的季节变化趋势,但是当垦殖为水稻田后潜热通量明显增加,5～10月水稻田日平均潜热通量较沼泽湿地增加了38%～53%,这主要是由于净辐射和叶面积指数增加所致.相比之下沼泽湿地垦殖为大豆地后潜热通量的变化与降水密切相关,土壤水分亏缺时降水量是控制大豆地水分蒸散的主要因子,这导致干旱的2005年和2007年大豆地日平均潜热通量较沼泽湿地减小了11%～17%,而在降水充沛的2006年大豆地蒸散量较沼泽湿地蒸散量增加了22%.生长季(6～9月)内水稻田总蒸散量较沼泽湿地增加了24%～51%,大豆地总蒸散量在2005年和2007年较沼泽湿地减少了19%～23%,而在2006年增加了19%.总之,三江平原沼泽湿地开垦种植水稻或大豆蒸散量发生明显变化.稻田潜热通量高于湿地;大豆田潜热通量在降水充沛的年份高于湿地,但在干旱年份则低于湿地.这与净辐射、叶面积指数和降水量等蒸散量主控因子的改变密切相关.     

垦殖对湿地土壤有机碳垂直分布及可溶性有机碳截留的影响

通过测定和计算兴凯湖地区沼泽湿地及由其垦殖而来的旱田和水田土壤剖面有机碳含量和密度及土壤剖面不同深度土壤溶液中可溶性有机碳含量,分析了垦殖对兴凯湖周边沼泽湿地土壤有机碳垂直分布及土壤剖面截留可溶性有机碳的影响.结果表明,垦殖显著影响湿地0～40 cm土壤有机碳含量,大豆田和水稻田0～10、10～20、20～30、30～40 cm土壤有机碳含量与湿地相比分别降低了79.07%和82.01%、79.01%和82.28%、79.86%和92.90%、37.49%和78.05%;40 cm以下土层土壤有机碳含量垦殖前后差异不显著.大豆田和水稻田有机碳密度相比沼泽湿地分别降低了25.50%和47.35%,但三者1 m深土壤中大部分的有机碳均是储存在0～50 cm土层中.垦殖前后土壤有机碳含量与深度之间的关系均可用指数函数来描述,垦殖改变了土壤有机碳含量但并未改变其随土壤深度的变化规律.垦殖为大豆田土壤剖面对可溶性有机碳的截留效果较湿地和水稻田更明显,沼泽湿地和水稻田对可溶性有机碳的截留效果大致相当.     

复合改良剂对Cd污染稻田早晚稻产地修复效果

选取湖南省长沙市北山镇某中重度Cd污染稻田,连续种植早晚两季水稻,研究复合改良剂(石灰石+硅藻土+硫酸铁)对稻田土壤重金属Cd的生物有效性和水稻各部位累积Cd的影响.结果表明,施用复合改良剂提高了早、晚稻土壤pH值、CEC值,降低了早稻土壤中有机质含量(OM值).Cd的TCLP提取态与交换态Cd含量分别降低了18.0%~33.0%、5.4%~57.9%,但对晚稻土壤中Cd的2种提取态含量与OM值影响不显著.施用复合改良剂显著降低早稻糙米、谷壳、茎叶、根系中的Cd含量,分别降低了29.6%~56.1%、52.1%~54.0%、18.1%~80.7%、24.4%~41.6%.早稻与晚稻之间对Cd的转运能力呈现明显差异,Cd在晚稻植株体内的转运过程更为通畅.晚稻除谷壳中的Cd含量在2 g·kg~(-1)的添加量下有所上升外,复合改良剂对水稻各部位Cd含量影响不显著(P0.05).糙米中Cd含量与土壤中TCLP可提取态含量和Cd的交换态含量存在显著正相关关系.复合改良剂有效地抑制了早稻植株对土壤中Cd的吸收,糙米中的Cd含量显著降低;晚稻期间复合改良剂随水分流失,不能持续地固化土壤中的Cd,建议在各季稻之间补加一次.     

Elevated CO2 facilitates C and N accumulation in a rice paddy ecosystem

Elevated CO₂ can stimulate wetland carbon (C) and nitrogen (N) exports through gaseous and dissolved pathways, however, the consequent influences on the C and N pools are still not fully known. Therefore, we set up a free-air CO₂ enrichment experiment in a paddy field in Eastern China. After five year fumigation, we studied C and N in the plant–water–soil system. The results showed: (1) elevated CO₂ stimulated rice aboveground biomass and N accumulations by 19.1% and 12.5%, respectively. (2) Elevated CO₂ significantly increased paddy soil TOC and TN contents by 12.5% and 15.5%, respectively in the 0–15 cm layer, and 22.7% and 26.0% in the 15–30 cm soil layer. (3) Averaged across the rice growing period, elevated CO₂ greatly increased TOC and TN contents in the surface water by 7.6% and 11.4%, respectively. (4) The TOC/TN ratio and natural δ¹⁵N value in the surface soil showed a decreasing trend under elevated CO₂. The above results indicate that elevated CO₂ can benefit C and N accumulation in paddy fields. Given the similarity between the paddies and natural wetlands, our results also suggest a great potential for long-term C and N accumulation in natural wetlands under future climate patterns.     

川南山区土壤与农作物重金属特征及成因

土壤及农作物中的重金属超标会影响人类生存环境和身体健康,为研究重金属在川南山区土壤与农作物中的富集特征及成因,以四川省南部山区的沐川县北部为研究区,采集了耕作土壤样品1699件,水稻籽实样品30件,玉米籽实样品31件,茶叶样品15件,对应农作物根系土壤样品76件,应用数理统计、主成分分析、相关分析等技术,研究土壤和农作物中重金属富集特征及成因、重金属在农作物与根系土的相关性.结果表明耕作土壤中重金属含量较高,其算术均值高于全国土壤背景值,且均存在超过风险筛选值采样点,其中Cd超标点数达770个;耕作土壤中重金属主要来源于地质背景,其次受土壤中的有机质及酸碱度和人类活动的影响.农作物中重金属均低于国家标准,农作物对重金属的富集系数总体表现为：茶叶 > 水稻 > 玉米.通过相关分析表明,土壤中重金属总体特征为含量高和活性低,未对3种农作物的质量安全造成影响,而土壤中CaO、Fe₂O₃和MgO对玉米和水稻籽实中重金属含量有一定影响.     

稻田转变为旱地下土壤有机碳含量及其组分的变化特征

采用土壤有机碳（SOC）物理分组与¹³C自然丰度相结合技术,研究了稻田长期（19 a）转换为旱地（玉米地）后土壤有机碳及其组分的响应特征,以及不同有机碳组分的周转和更新速率.结果表明,长期种植旱地作物后,农田土壤有机碳和总氮含量显著下降.相同历史背景下,稻田土壤总有机碳（TOC）和总氮（TN）的浓度分别比玉米田高76.7%和47.6%.水稻土包裹态颗粒有机质（oPOM）和矿物结合有机质（MOM）在土壤中的浓度均是玉米田的2倍,但游离态颗粒有机质（fPOM）差异不显著.稻田土壤oPOM和MOM自身碳的浓度均显著高于玉米地,fPOM则相反.特别是oPOM组分,稻田是玉米地的近6倍.表明水稻土团聚体保护碳的能力高于旱地.稻田转换为玉米地19 a后,各组分δ¹³C值显著升高.fPOM、oPOM和MOM中来自玉米新碳的比例分别达到了54.6%、 24.7%和19.0%,平均驻留时间（MRT）依次增大,分别达到24、 67和90 a.上述结果进一步证明了稻田土壤比旱地更具固碳潜力,其优势主要体现在土壤中oPOM和MOM组分碳的富积.     

超顺磁性纳米材料对镉污染稻田土壤微生物和酶的影响

以磁性纳米Fe₃O₄和羟基磷灰石等为原料,制备出超顺磁性纳米Fe₃O₄-磷酸盐功能化材料（MFH）,通过在镉污染稻田土壤中投加MFH,对土壤进行磁选修复.选择对Cd具有高、低富集两种水稻,在修复后土壤中进行盆栽试验,研究MFH磁选修复对土壤微生物和酶的影响,探究该材料应用于农田镉污染修复的可能性.结果表明,施用MFH修复镉污染土壤,对Cd污染土壤有较好的修复效果,土壤中总Cd和有效态Cd浓度有了明显降低,总镉去除率为38.9%,有效镉下降率为27.3%,并且两种水稻籽粒中Cd含量均显著降低.采用MFH磁选修复土壤镉后,在两种水稻拔节期、抽穗期和成熟期土壤微生物群落多样性、群落丰富度均有所降低;栽培Cd高富集的玉针香水稻品种的处理在拔节期和抽穗期稻田土壤优势细菌Firmicutes丰度显著增加.采用MFH磁选修复土壤镉后,在两种水稻拔节期、抽穗期和成熟期土壤脲酶活性、过氧化氢酶活性以及土壤过氧化物酶活性均得到了提高;栽种Cd高富集品种玉针香的土壤POD酶活性比栽种低富集品种湘晚籼13号的土壤POD酶活性要略高,而脲酶活性则相反.     

组配改良剂对稻田土壤中镉铅形态及糙米中镉铅累积的影响

通过田间实验,研究了镉(Cd)和铅(Pb)复合污染稻田土壤中施加组配改良剂(LS,石灰石+海泡石)对黄华占和丰优9号2种水稻种植土壤中p H、Cd和Pb形态转化以及水稻糙米中Cd和Pb累积量的影响.结果表明,施加LS,通过提高2种水稻土壤的p H值,可以有效地改变土壤中Cd和Pb的存在形态,使土壤Cd和Pb由酸可提取态不同程度地转化为铁锰氧化态和有机结合态.LS施加量为2.0~8.0 g·kg-1时,使黄华占水稻土壤中Cd和Pb的酸可提取态含量分别降低19.6%~23.8%、7.7%~14.3%,丰优9号水稻土壤中Cd和Pb的酸可提取态含量分别降低7.6%~31.1%、11.7%~24.8%,且降低效果为CdPb.LS还能显著降低2种水稻糙米中Cd和Pb含量,LS施加量为2.0~8.0 g·kg-1时,黄华占和丰优9号2种水稻糙米中Cd含量分别降低了56.5%~67.2%、29.0%~38.7%,Pb含量分别降低了9.8%~34.2%、6.8%~45.4%,同种水稻Cd和Pb含量降低效果为CdPb.研究表明,土壤中Cd和Pb酸可提取态含量能很好地反映土壤中Cd和Pb的生物有效性和迁移性.     

自养微生物同化碳在土壤腐殖质组分及团聚体中的分配

采用14C-CO₂(碳同位素)连续标记技术结合室内模拟培养试验,采用土壤有机质的物理、化学分组方法,研究了不同种植方式〔P-R(盘塘水稻土)、P-U(盘塘水旱轮作土)和U-C(盘塘坡旱土)〕下14C-SOC(自养微生物同化碳)在土壤腐殖质组分和团聚体中的分配特征. 结果表明:不同种植方式显著影响自养微生物的固碳能力,P-R的自养微生物固碳能力最强〔w(14C-SOC)为38.32 mg/kg〕,约为P-U和U-C的2倍;P-R和P-U中w(14C-DOC)、w(14C-MBC)显著大于U-C中. 14C-SOC不同程度地进入了土壤的3种腐殖质组分(胡敏素、胡敏酸、富啡酸)中,其中进入胡敏素中的14C-SOC占总量的67.7%. 14C-SOC亦进入了不同粒径的土壤团聚体中,其中主要进入了Ⅲ级(0.020 mm≤粒径<0.200 mm)和Ⅱ级(0.200 mm≤粒径<2.000 mm)粒径的大团聚体中,表现出了碳汇效应;不同种植方式的土壤中,以P-R土壤各粒径土壤团聚体中w(14C-SOC)最高. 相关分析表明,全土中的w(14C-SOC)与各粒径土壤团聚体中w(14C-SOC)和胡敏酸中w(14C-SOC)均呈显著正相关.      

典型锰矿区周边农田土壤-农作物重金属污染特征及生态风险评价

以湖南省某典型关停锰矿区为研究对象,采集了矿区周边（污染区）和远离矿区（对照区）的农作物及其对应的土壤样品,测定了Cr、 Mn、 Ni、 Cu、 Zn、 As、 Cd和Pb等8种重金属含量,利用ArcGIS空间插值和主成分分析法分析了土壤重金属的分布及主要来源,重点探讨了土壤及对应农作物间重金属迁移规律,采用单因子、综合污染指数法以及潜在生态风险指数法进行了生态风险评价.结果表明,污染区存在严重的Cd、 Zn、 As和Mn污染,其中旱田中的平均含量分别为6.22、 612.28、 37.72和1 506.2 mg·kg^-1,相较农用地风险筛选值,Cd、 Zn和As超标率分别为88.41%、 94.2%和84.06%, Mn的平均含量是湖南土壤背景值的3倍,水田污染相对较轻.由主成分分析可知农田土壤中Cd、 Zn和Mn的来源与锰矿开采有关,As可能来源于农业活动.污染区为重污染等级,Cd、 Mn和Zn是主要的污染因子,土壤中Cd存在极强的潜在生态风险,其余重金属具有轻微的潜在生态风险.研究区农作物主要存在Cr、 Pb和Cd超标且超标率在1.1%～37.3%,其中,玉...