不同开垦年限黑土温室气体排放规律研究

以东北黑土区荒地土壤(H)、开垦2 a(L)、30 a(S)和100 a(Y)土壤为对象,在25℃和60%WHC水分条件下,通过7 d的室内培养试验,研究了不同开垦年限黑土温室气体N2O、CO2和CH4的排放规律.结果表明,黑土开垦后理化性质发生了显著改变,进而影响了温室气体的排放.N2O排放量随开垦年限的增加而增加,开垦30 a和100 a土壤的N2O排放量显著高于荒地土壤.净硝化量和N2O排放量与土壤水溶性有机氮和粉粒含量呈显著正相关关系,与土壤pH和砂粒含量呈显著负相关关系.CO2排放量随开垦年限的增加而逐渐降低,开垦30 a和100 a土壤与荒地土壤差异显著.土壤有机碳和水溶性有机碳含量与CO2累积排放量呈显著正相关关系.好氧条件下,荒地土壤和开垦土壤在培养前4 d表现为对CH4的微量排放,然后表现为对CH4的微量吸收,开垦土壤的CH4排放量随开垦年限的增加而增加.不同开垦年限黑土可能因土壤pH、有机碳、水溶性有机碳含量以及土壤机械组成的差异而产生CO2和CH4排放的差异.     

东北地区污染黑土中重金属与有机质的关联作用

通过对东北地区污染农田黑土剖面的取样调查,对重金属Cd,Pb,Cu,Zn在农田黑土中不同采样点的全量、有效态和有机质结合态的分布特征及其与有机质的关系进行了研究,并分析了土壤有机质对重金属有机质结合态的影响.结果表明,Pb以有机质结合态存在的量较大,能与有机质形成较多的络合物,而Zn的有机质结合态占全量的比例相对较小,Cd和Cu有机质结合态占全量的比例处于Pb和Zn之间.由于外源污染的影响,土壤有机质含量与重金属有机质结合态相关性并不显著.由于土壤样品的不同解离功能团结合重金属的能力不同,采样区的重金属有机质结合态未表现出明显的分布规律.      

重金属镉在黑土和棕壤中的解吸行为比较

采用一次平衡法对Cd²⁺在黑土和棕壤2种土壤类型中的解吸行为进行了比较研究.结果表明,Cd²⁺在2种土壤中的解吸行为均有明显的滞后性.相对于棕壤,Cd²⁺在黑土中的解吸有更长的滞后阶段.Cd²⁺在2种土壤中的解吸过程是一个快速反应的过程,当解吸平衡时间在30min左右时,吸附态Cd²⁺的解吸量能达到总解吸量的90%以上.Cd²⁺在2种土壤中的解吸效率都比较低,相对于总吸附量而言,Cd²⁺在黑土和棕壤的解吸百分比分别低于9.0%和15.1%.解吸速率随着初始浓度的增加而升高,但随着解吸量和解吸时间增加而下降,土壤性质对解吸速率的下降并没有明显的影响.Freundlich方程是描述Cd²⁺在这2种土壤中等温解吸的最佳方程,而Elovich方程是描述其在这2种土壤中解吸动力学变化的最佳方程.     

松嫩高平原黑土区耕地利用系统安全影响因子作用机理研究——以黑龙江省巴彦县为例

耕地利用系统安全是保护耕地健康和保障粮食安全的基础。论文以巴彦县为例,采用遗传算法对神经网络模型进行改进,识别耕地利用系统安全的敏感性影响因子,并应用通径分析法,确定单一因子和复合因子对系统安全作用机理。结果表明：①单一因子的作用中土壤类型对耕地利用系统安全的作用强度最大,高程最弱。不同因子对耕地利用系统安全的正负相关关系不同,对系统安全分别起促进和抑制作用;耕地利用系统的其他影响因子对系统安全的共同作用也很大,是不可忽视的重要因子;②各因子存在复杂的制约关系,单一因子和复合因子共同作用是系统安全主要的作用机理,且单一因子和复合因子对系统安全影响的显性特征不同;自然生态因子对系统安全的单一作用、人文因子对系统安全的复合作用机制显著。     

长期施用有机和无机肥对黑土nirS型反硝化菌种群结构和丰度的影响

利用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,Q-PCR)技术,结合反硝化潜势(DEA)和土壤理化性质的测定,探索了长期施用有机和无机肥对公主岭黑土nirS型反硝化细菌的群落结构和丰度的影响.试验设不施肥(CK)、单施有机肥(OM)、单施无机肥(NPK)以及有机肥和无机肥混施(MNPK)等4个处理.结果表明,长期施用有机肥显著增加了土壤的DEA,其中OM、NPK和MNPK处理分别为CK处理的5.92、1.81和6.03倍,而NPK和CK间无差异.有机肥处理增加了黑土nirS型反硝化细菌的丰度,OM、NPK和MNPK处理中nirS基因的拷贝数分别为CK的2.73、1.30和3.98倍;NPK处理对nirS基因的拷贝数影响不显著.T-RFLP图谱显示施用有机肥改变了nirS反硝化细菌的群落结构;相比于非有机肥处理,有机肥处理中增加了一类79 bp的片段类型,显著降低了84 bp的片段类型,并完全抑制了一类99 bp的片段类型,而有机肥处理间和非有机肥处理间的nirS群落结构分别相似.系统发育分析表明:黑土中nirS型反硝化菌主要由α、β和γ-变形菌纲及一些尚未培养的微生物组成,79 bp的片段类型与γ-变形菌纲的假单胞菌科(Pseudomonadaceae)和β-变形菌纲的伯克氏菌目(Burkholderiales)相似,84 bp片段类型与Burkholderiales和红环菌目(Rhodocyclales)相似.相关性分析表明,pH、全磷(TP)、全氮(TN)、总有机碳(TOC)、硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)依次与nirS型反硝化细菌的种群丰度(r为0.724～0.922,P<0.05)和DEA(r为0.453～0.938,P<0.01)显著相关,DEA与nirS型反硝化细菌的种群丰度显著线性正相关(r=0.85,P<0.01);冗余度分析表明,除含水量外,TN、TP、pH、TOC、NH4+-N和NO3--N(r为0.440～0.862,P<0.01)依次与nirS型反硝化细菌群落结构的变化显著相关,DEA的变化和nirS型反硝化细菌群落结构的变化亦显著相关(r=0.863,P<0.01).本研究表明相比于无机肥处理,公主岭黑土中nirS型反硝化菌的群落结构与丰度对有机肥处理有更显著的响应,且其群落结构的改变与种群丰度的增加与DEA的提高显著相关.     

黑土农田中四环素类抗生素含量特征及其风险

为了解长期施用畜禽粪肥农田土壤中抗生素残留情况,研究了吉林省黑土区大型养猪场周边长期施用猪粪土壤中3种四环素类抗生素(TCs)的含量特征及其生态风险.结果表明,ΣTCs的平均值为1.31mg/kg,在不同类型土壤中的平均含量为:典型黑土>白浆土>黑钙土.土霉素(OTC)、四环素(TC)和CTC(金霉素)平均含量分别为:0.69mg/kg、0.48mg/kg和0.14mg/kg,检出率为42.86%～71.43%;OTC、TC和CTC在不同类型土壤中表现出不同的分布特征,主要受土壤性质、抗生素性质、畜禽粪便施用量以及施肥年限等多重因素的交互影响;OTC、TC和CTC的风险商分别为3.06、0.85和0.60,OTC处于高生态风险水平.3种TCs不同程度的超过生态毒害效应的触发值,生态毒害风险较高.长期的猪粪还田引起了土壤中四环素类抗生素的累积,并产生了较高的生态风险.     

吉林黑土中Cd、Pb、As的空间分布及潜在生态风险

研究了吉林省黑土区耕层土壤(0～20cm)中Cd、Pb、As含量的分布特征及其潜在生态风险.结果表明,煤矿区周围、公路旁和城郊为农田黑土Cd、Pb、As的高含量分布区,煤矿区周围土壤Cd、Pb、As均具有明显的累积效应,公路旁和城郊的土壤外源Pb进入量较大.采用Muller地累积指数法和Hakanson潜在生态危害指数法得出的潜在生态风险评价结果表明,煤矿区土壤Cd具有很高的潜在生态风险,As具有一般风险;各采样区的Pb含量均呈现一般风险.总体而言,煤矿区土壤具有一般潜在风险,而公路旁和城郊土壤均具有低潜在生态风险.关键词:黑土;Cd;Pb;As;潜在生态风险;吉林省     

农户黑土地保护性耕作行为决策：价值感知抑或政策驱动?

在黑土耕地质量退化问题日益严重的现实背景下,利用吉林省黑土区680户农户调查数据,分析价值感知和政策工具对农户黑土地保护性耕作行为的影响,并分析其作用机理及内在逻辑。研究表明：价值感知对农户黑土地保护性耕作行为决策具有显著影响,而政策工具对农户黑土地保护性耕作行为决策的驱动作用有限,但政策工具通过其调节作用能够增强利益感知对农户黑土地保护性耕作行为的促进作用,同时弱化风险感知对农户黑土地保护性耕作行为的抑制作用,显著增加了价值感知对农户黑土地保护性耕作行为决策的正向影响。因此在推进农户黑土地保护性耕作行为的过程中,充分发挥农户价值感知的内在激励作用,强化政策工具的外在驱动力,把握政策工具对价值感知的调节作用对推进农户参与黑土地保护性耕作行为具有重要意义。     

东北典型黑土区耕地轮作休耕的空间重构

轮作休耕是保障黑土区耕地资源可持续利用的重要手段。科学合理确定粮食作物轮作休耕的耕地利用规模及空间分布,对实现黑土区耕地修养生息、提升地力和平衡粮食供求结构具有重要意义。以东北典型黑土区——克山县、拜泉县和依安县为研究区,运用作物种植空间适宜性评价模型、多目标优化（MOP）模型和智能体土地布局优化配置（AgentLA）模型,基于地块尺度构建耕地轮作和休耕布局,适度调整轮作休耕规模及分布。结果发现：（1）研究区主要作物种植适宜性高值和低值区存在明显空间差异。玉米和大豆种植适宜性高值区交汇于依安县北部和克山县西部,是玉米—大豆轮作优势区域。主要作物种植适宜性低值区交汇于依安县南部和拜泉县西南部,是休耕的重点区域。（2）基于种植结构优化的轮作规模实现了大豆种植比例增加和玉米种植比例减少,缓解了目前玉米阶段性供大于求、大豆供给不足的现实矛盾。通过设定多种粮食供求情景确定休耕规模有利于灵活应对粮食市场变动。（3）兼顾耕地空间适宜性和集聚性的轮作休耕布局有利于充分利用耕地资源禀赋比较优势、发展规模化经营,对提高耕地利用效率具有重要作用。研究通过科学重构黑土区耕地轮作和休耕空间布局,实现了耕地空间适宜性、空间集聚性、种植结构合理性和粮食供求稳定性的同步提升,为实现黑土区耕地资源合理可持续利用和粮食安全提供政策参考。     

黑土丘陵区小流域土壤有机质空间变异及分布格局

土壤有机质的空间变异和分布格局是土壤科学领域研究的热点.在经典统计学和地统计学的基础上,结合"3S"技术,对黑土丘陵区海沟河小流域土壤表层(0~20 cm)中有机质的空间变异、分布特征及影响因子进行深入探讨.结果表明,海沟河小流域土壤有机质含量在黑土区处于较低水平,变异程度为中等变异,且存在空间自相关性;土壤有机质的空间变异受人类活动、耕作措施等随机因素影响很小,受结构性要素影响较大,空间上各向异性显著;土壤有机质含量从东向西逐步减小,以高程为协变量的协同克里格插值能够提高空间插值精度.土壤有机质空间分布受地形地貌等自然因素以及受其制约的土地利用的影响较大,受交通道路、居民点等要素的影响较小;采样点周边环境会增加有机质的空间变异和分布的不确定性.以流域为单元,进行SOM的空间变异、分布及影响因子研究具有重要意义和科学价值.