回归模型法推导油菜田土壤Cd限值的不确定性

为研究土壤-作物迁移模型推导农田土壤环境基准的不确定性,以油菜为例,通过贵州省4种典型微酸性土壤——红壤、黄壤、石灰土和黄棕壤进行Cd盐添加的盆栽试验,除全量Cd外,选择5种有效态提取剂,分别与油菜籽w(Cd)建立土壤-作物迁移模型. 参照GB 13078—2001《饲料卫生标准》w(Cd)限值(0.5 mg/kg),采用模型预测中位值和95%预测上限进行土壤Cd限值推导并分析模型的不确定性. 结果表明:全量和各提取态Cd质量分数与油菜籽w(Cd)均能建立极显著的一元(R2为0.907~0.946)或多元(考虑pH)回归模型(R2为0.875~0.962). 5.550(以多元模型中位值推导的农田安全种植油菜的Cd限值)随pH的升高从0.93 mg/kg增至1.45 mg/kg,HNO₃提取态、HCl提取态、DTPA提取态的Cd的质量分数也分别从0.81、0.97、0.73 mg/kg升至1.39、1.79、1.66 mg/kg. 基于CaCl₂提取态Cd的一元模型对pH不敏感,SEQS₅₀不受其影响. 对所有模型而言,SEQS₅₀是SEQS₉₅(基于模型95%的预测上限推导的限值)的1.1倍左右. 其中,CaCl₂提取态Cd的SEQS₅₀和SEQS₉₅分别为0.052和0.049 mg/kg,小于福建省CaCl₂提取态Cd标准限值(0.15 mg/kg). 为降低不确定性,需要选择合适的提取剂,使用全量Cd,HNO₃、HCl或DTPA 3种提取态Cd建模时须兼顾pH的影响. 研究显示,SEQS₉₅能够降低土壤Cd限值达标而作物Cd含量超标的可能性.      

气候变化对土壤微生物多样性及其功能的影响

以同时模拟未来大气CO₂浓度和温度升高的田间开放式气候变化平台为依托,研究CO₂浓度升高（CE）、升温（WA）以及两者同时升高（CW）对麦田土壤基础呼吸和微生物丰度、群落结构的影响.结果表明：CE对土壤基础呼吸没有影响,但是WA显著提高了土壤基础呼吸,在抽穗和成熟期分别增加了51.6%和38.5%.在分蘖期,土壤细菌和真菌丰度没有显著变化;而在抽穗和成熟期,CW和WA处理显著降低了真菌丰度,降低幅度分别达到32.1%~50.2%和32.0%~37.4%.通过对T-RFLP数据分析发现,CE、CW和WA处理对麦田土壤真菌和细菌群落结构没有显著影响,但是在一定程度上改变了古菌群落结构.与对照相比,CE处理真菌多样性提高了7.1%~8.2%,CW和WA处理真菌多样性分别降低了5.3%~13.5%和22.1%~33.6%;在分蘖和抽穗期,CE、CW和WA处理土壤细菌多样性比对照显著提高.     

亚热带茶园土壤酸度特征研究——以福建省武夷山市为例

调查测试福建省武夷山市60个茶园6个土类120个土层的土壤酸度指标,分析茶园土壤酸度特征,结果表明:福建省武夷山市茶园0~20cm土层土壤平均pH值为4.52,其中pH < 4.5的重度酸化土壤占总调查样本的55.00%;20~40cm土层土壤平均pH值为4.52,pH < 4.5占53.33%;茶园红壤、紫色土、粗骨土0~20cm、20~40cm土层土壤平均pH值均低于4.5,茶园土壤酸化严重.总体上茶园土壤中交换性Al³⁺的数量和相对比例随交换性酸总量增加而增大,交换性H⁺的相对比例则呈相反的变化特征,交换性Al³⁺占交换性酸的比例为76.67%~98.40%;茶园土壤pH值与交换性酸、H⁺和Al³⁺均呈极显著的负相关关系,相关系数分别为-0.61、-0.46和-0.59.茶园土壤酸碱缓冲性能随着土壤pH值的降低呈现下降趋势;总体上茶园土壤pH值与盐基饱和度呈极显著正相关关系, 土壤pH值与盐基饱和度的正相关主要受到交换性Ca²⁺、Mg²⁺饱和度的制约.但不同土壤类型表现不一,体现了茶园土壤酸度的复杂性、多样性.     

互花米草入侵对长江口湿地土壤碳动态的影响

为了评价互花米草入侵对长江河口湿地土壤碳动态的影响,利用配对的试验设计在长江口崇明东滩湿地的高潮滩和低潮滩各设置1条入侵种互花米草与土著种的配对样线.结果表明,与土著植物相比,互花米草入侵显著增加了长江口湿地的植物碳库、土壤微生物碳、土壤总碳库和有机碳库,而对占土壤总碳库60%以上的无机碳库无显著影响,意味着互花米草入侵导致的土壤总碳库改变主要是通过增加土壤有机碳库来实现的.高潮滩互花米草和芦苇群落的年均土壤呼吸强度分别为（210.02±4.90）,（157.79±6.39）mg/（m²·h）;低潮滩互花米草和海三棱藨草群落年均土壤CO₂排放速率分别为（157.41±5.27）,（110.90±5.16）mg/（m²·h）,表明互花米草入侵显著增加长江口湿地的土壤呼吸.上述结果意味着互花米草入侵同时增加土壤碳输入和碳输出,但入侵也显著增加了土壤碳库表明入侵增加的土壤碳输入显著高于增加的土壤碳输出.本研究表明互花米草入侵可能会增强了长江河口湿地的土壤碳汇强度和固碳能力.但仍然需要长期系统的监测研究,以便全面定量评估互花米草入侵我国滨海湿地的综合生态影响.     

响应土壤阴离子类型的盐碱土古细菌群落多样性研究

为初步解析我国黑龙江苏打盐碱地（HA）、新疆荒漠盐碱地（XD）、山西平原盐碱地（SY）、江苏滨海盐碱地（JD）和天津滨海盐碱地（TB）5个地区的土壤古细菌群落结构多样性,以及其响应土壤不同阴离子类型的分布特征,采用基于Illumin-Hiseq平台的高通量测序技术获得489~604个古细菌可操纵分类单元（OTU）.OTU多样性分析结果表明XD的古细菌群落物种丰富度最高,SY和HA分别具有最高和最低的古细菌群落多样性和均匀度;OTU的物种注释结果表明HA以奇古菌门（Thaumarchaeota）为优势菌门,其他土壤均以广古菌（Euryarchaeota）为优势;综合5个样品古细菌群落结构、优势古细菌属和土壤阴离子进行的典范对应分析（CCA）结果显示,XD古细菌群落结构和Haloterrigena属（XD中最优势,相对丰度20.2%）明显的响应土壤SO₄^2-浓度;HA古细菌群落结构和Nitrososphaera属（HA中最优势,62.3%）明显的响应土壤HCO₃^-/CO₃^2-浓度和pH;JD、SY和TB古细菌群落结构、Halorubrum属（JD和TB中最优势,24.4%和15.6%）,和Natronomonas属（SY和JD中第二优势,8.1%和9.2%）明显的响应土壤Cl^-浓度.研究结果说明我国不同地域分布的盐碱土受其土壤阴离子类型及其浓度的影响,呈现不同的古细菌群落结构和分布特征.研究结果为我国不同类型盐碱土古细菌资源的挖掘提供依据,也为揭示我国不同类型盐碱土古细菌群落的生态功能提供参考.     

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。     

土地利用方式下土壤有机碳特征及影响因素——以后寨河喀斯特小流域为例

为研究喀斯特小流域土壤有机碳空间分布与土地利用之间的关系,基于网格法在后寨河流域挖掘了2 755个土壤剖面,并采集了22 057个土壤样品。分析了后寨河流域不同土地利用方式下土壤有机碳密度特征。结果表明：后寨河流域土壤有机碳密度主要受人为干扰、土壤厚度与岩石裸露率的制约。不同利用方式土壤有机碳密度（0~100 cm）总体上呈现以下规律：水田>旱地>经果林地>园地>草地>弃耕地>坡耕地>乔灌木林地>乔木林地>荒地>灌木林地>灌草地。后寨河流域100 cm土壤有机碳平均碳密度为8.70 kg/m²,低于中国土壤有机碳平均密度10.83 kg/m²,总有机碳储量为5.39×10⁸ kg。科学合理地进行土地利用方式调整与管理,可以增大喀斯特小流域土壤有机碳储量。     

黄土高原草地土壤水分和物种多样性沿降水梯度的分布格局

研究土壤水分、生物多样性的空间变异性是认识陆地生态系统对降水变化的响应特征及适应机制的有效途径。论文利用黄土高原自东南向西北的天然降水梯度,采用样带研究方法对47个草地0~3 m土壤水分和物种多样性进行测定,系统分析了草地土壤水分和植物物种多样性在降水梯度上（250~550 mm）的空间分异及二者之间的权衡关系。结果表明：降水自东南向西北递减是控制黄土高原草地0~3 m土壤水分和物种多样性空间异质性的关键因素。随降雨减少,土壤水分呈线性递减趋势,其中浅层土壤水分（0~1 m）与年降水量相关系数最大。物种丰富度指数和物种多样性指数随降水减少呈显著的线性递减趋势,物种均匀度指数在降水梯度上没有明显变化。370 mm年均降水量是物种多样性和土壤水分权衡关系的转折点,转折点以上二者存在协同关系,即土壤水分和物种多样性沿降水梯度以相同速率变化。370 mm年均降水量以下,物种多样性和土壤水分的权衡增大,意味着维持物种多样性以消耗土壤水分为代价。     

甘肃亚高山云杉人工林土壤特性及水源涵养功能对林分密度的响应特征

定量分析不同密度云杉（Picea asperata）人工林的土壤特性及水源涵养功能,为人工林可持续经营提供理论依据。以28块7种不同密度梯度的云杉人工幼龄林为研究对象,采用样地调查及取样分析方法,测定土壤理化性质、枯落物持水量以及林地贮水性能等。结果表明：1）林分密度对云杉人工林的土壤容重、孔隙度、有机质含量、土壤持水量、枯落物蓄积量和持水量都具有显著影响,随着林分密度的增加,土壤孔隙度、土壤养分、枯落物蓄积量、枯落物持水量、土壤持水量表现为先增加后减小,而土壤容重则表现为先减小后增加。密度为1 550 株/hm²时林分土壤容重最小（1.09 g/cm³）,总孔隙度较大（58.99%）,有机质含量最高（9.12%）,枯落物总蓄积量最多（44.41 t/hm²）,最大持水量较高（166.67 t/hm²）,是密度为3 000 株/hm²林分的4.49倍,土壤持水性能较好（3 898.93 t/hm²）。2）根据林地总贮水量评价的涵养水源功能依次为林分密度1 550 株/hm²（4 068.36 t/hm²）>密度1 750 株/hm²（3 945.32 t/hm²）>密度1 350株/hm²（3 698.39 t/hm²）>密度1 060 株/hm²（3 484.10 t/hm²）>密度2 300 株/hm²（3 157.60 t/hm²）>密度850 株/hm²（2 915.03 t/hm²）>密度3 000 株/hm²（2 820.81 t/hm²）。3）在该研究的林分密度范围内,密度为1 550 株/hm²时林分的土壤特性及水源涵养功能最佳。     

土壤胡敏素对铜离子的吸附作用及其机理研究

以暗棕壤为供试土壤,研究了不同溶液pH值、离子强度、接触时间、反应温度和初始铜离子(Cu~(2+))浓度条件下,胡敏素对Cu~(2+)的吸附作用;利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能量色散谱(EDS)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS),对胡敏素/胡敏素-Cu~(2+)复合物的表面形貌、元素分布和官能团组成进行了分析;应用延展X-射线吸收精细结构谱(EXAFS),对吸附态Cu~(2+)的局域配位结构进行了表征.结果表明:胡敏素对Cu~(2+)的吸附量随pH值、接触时间、反应温度和Cu~(2+)浓度的增加而增加,但随离子强度的增加而下降;吸附动力学符合准二级动力学方程,而吸附等温线用Langmuir方程的拟合效果较好;吸附过程需要能量,是自发、吸热和自由度增加的缔合反应;吸附Cu~(2+)之后,胡敏素表面产生了团聚现象,表面羧基、羟基、吡啶氮和N—O基团参与了Cu~(2+)的吸附作用,同时吸附态Cu~(2+)是以内层配位形式与胡敏素表面的O/N和C原子结合.