土壤养分空间估测方法研究综述

土壤养分是土壤提供的植物生长发育所必需的营养元素。由于受到自然因素和人为因素的共同作用,土壤养分具有高度的空间变异性。土壤的这种特性不仅表现在区域尺度上,而且也表现在田块尺度上。在研究方法上经历了从传统统计学到地统计学,再到神经网络、地理信息技术以及高精度曲面建模等新方法的不断改进过程。文章从地统计学方法引入到土壤养分空间变异研究中为出发点,论述了国内外基于地统计学的土壤养分空间变异的研究现状,主要包括利用地统计学方法来确定合理的土壤采样数目,土壤养分空间变异的定量化研究,土壤养分空间变异的尺度效应;然后简述了神经网络、地理信息技术、高精度曲面建模等技术在土壤养分空间变异研究中的研究现状和应用。最后对比分析了各种研究方法在应用中存在的缺陷,同时指明了今后应加强作物生长的不同时期土壤养分的空间变异性、土壤在四维空间尺度上的演变机理以及环境信息获取的不确定性等方面的研究。     

不同生物炭对酸性农田土壤性质和作物产量的动态影响

为研究不同原料生物炭对农田土壤酸度、交换性能、磷素养分以及作物产量的综合动态影响,试验设置空白（CK）、水稻秸秆生物炭（RSB）、玉米秸秆生物炭（MSB）、小麦秸秆生物炭（WSB）、稻壳生物炭（RHB）和竹炭（BCB）这6种处理,生物炭按质量分数0.1%施入农田进行长期定点试验,测定水稻、油菜和玉米这3季作物产量和作物收割后的土壤理化性质.结果表明,添加不同原料生物炭可有效提高土壤pH和交换性能,降低交换性酸含量,作用效果随时间下降.生物炭对盐基离子组成的影响为提高交换性K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺含量,降低Na⁺含量.生物炭能不同程度地增加土壤有机质（SOM）、速效磷、总磷和无机磷（Al-P和Fe-P）含量,作物产量较当季对照显著提高（P<0.05）,稻壳生物炭在改良酸性土壤理化性质和提高作物产量方面效果较好.     

高量秸秆还田配施芽孢杆菌对沙化土壤细菌群落及肥力的影响

探讨高量秸秆还田模式协同配施芽孢杆菌等功能菌群对沙化土壤的培肥潜能,解析土壤碳氮磷组分和菌群功能活性的变化特征,可为高效提升沙化土壤肥力提供依据.采用随机区组试验,设置秸秆不还田（CK）、高量还田梯度分别为6.00 kg ·m^-2（ST1）、12.00 kg ·m^-2（ST2）、24.00 kg ·m^-2（ST3）、6.00 kg ·m^-2+芽孢杆菌（SM1）、12.00 kg ·m^-2+芽孢杆菌（SM2）和24.00 kg ·m^-2+芽孢杆菌（SM3）这7个处理组.利用16S rRNA高通量测序技术分析细菌多样性和群落结构,土壤农化分析方法测定土壤化学性质.结果发现：①高量秸秆还田协同配施芽孢杆菌显著降低土壤细菌群落α多样性;②高量秸秆还田单一模式显著富集变形菌门,降低放线菌门的相对丰度,配施芽孢杆菌对细菌群落结构变异性的影响更显著,在属水平上表现为假单胞菌、罗河杆菌和芽孢杆菌等有益菌属的相对丰度显著增加;③基于FAPROTAX的功能预测发现：高量秸秆还田配施芽孢杆菌显著提高了土壤菌群对有机物质的分解潜力和氮组分转化潜力;④与对照相比较,高量秸秆还田配施芽孢杆菌显著提升了ω（SOM）、ω（TP）和ω（AP）,分别提高了31.20~32.75 g ·kg^-1、0.11~0.18 g ·kg^-1和29.69~35.09 mg ·kg^-1.因此,高量秸秆还田配施芽孢杆菌可显著提升沙化土壤有机质与磷组分含量、细菌功能活性与有益菌属丰度,对旱区沙化中低产田地力快速提升具有重要意义.     

全生物降解地膜原料颗粒对土壤性质、小麦生长和养分吸收转运的影响

全生物降解地膜是解决白色污染问题的有效途径之一,但其对土壤-植物系统的影响尚不清楚.为全生物降解地膜大面积应用的安全性评价提供依据,采用盆栽试验研究了全生物降解地膜原料颗粒种类（H、 S和X）和用量(2.5、 10和40 g·kg^-1)对土壤理化性质、生物学性质及植物生长和养分吸收转运的影响.结果表明,3种全生物降解地膜原料颗粒显著提高土壤pH,但对土壤有机质含量影响不显著,H地膜颗粒中高用量和S地膜颗粒低中用量时对土壤硝化作用及土壤氮的有效性有积极作用,而X地膜颗粒则表现为抑制作用;H地膜颗粒使土壤有效磷含量提高,S和X无显著影响;X地膜颗粒使土壤有效钾含量提高,S和H无显著影响. 3种全生物降解地膜颗粒对土壤酶活性的影响因地膜种类、用量和酶的类型的不同而异,随着地膜颗粒用量提高,3种土壤酶活性均呈现下降趋势.对小麦（Triticum aestivum L.）生长而言,除低中用量的S处理外,其余处理均抑制小麦的生长,其中X地膜颗粒对小麦根、茎叶和籽粒生物量抑制作用最大且随地膜颗粒用量提高小麦生物量抑制效果越明显.对小麦养分而言,在地膜颗粒低用量时促进氮吸收、高用...     

UV-B辐射对亚热带森林凋落叶氮、磷元素释放的影响

UV-B辐射对凋落物分解过程的影响已成为全球变化生态学研究中的前沿和热点问题之一.采用分解袋法对自然和UV-B辐射滤减两种环境下亚热带6种代表性树种(杉木、马尾松、木荷、香樟、青冈和甜槠)凋落叶氮、磷元素的释放动态进行了研究.结果表明,凋落叶氮元素的动态表现为直接富集、释放-富集和释放-富集-释放3种模式,磷元素的动态表现为直接释放、富集-释放-富集和无明显变化3种模式.与对照相比,UV-B辐射滤减显著延缓了甜槠凋落叶氮元素及青冈和甜槠凋落叶磷元素的释放(P<0.05),但促进了香樟凋落叶磷元素的释放(P<0.05),对其他树种凋落叶的氮或磷释放无显著影响.凋落叶的初始氮含量和C/N比值不能解释氮释放动态,C/P比值可以部分解释磷的释放.全球环境变化背景下UV-B辐射在湿润亚热带地区森林生态系统过程中的作用尚需进一步认识和理解.     

太湖重污染区麦季养分输入与流失规律研究

为了识别太湖流域重污染区典型麦季污染物流失规律,以田间单元为研究对象,研究了麦季不同施肥处理条件下营养元素的输入和流失与降雨的关系。结果表明,大气湿沉降和施肥输入氮素190.23 kg/hm2,磷素19.12 kg/hm2;优化施肥-秸秆还田处理条件下COD、总氮和总磷平均流失量均小于常规施肥处理,而小麦产量有一定增加,说明采用深施化肥可以降低营养元素的流失,而秸秆还田措施对小麦产量的增加有一定帮助;径流流失中氮的形态以硝态氮为主,硝氮、氨氮平均浓度分别占总氮浓度的85.8%和4.84%,所以重污染区农田径流污染应着重考虑硝态氮的处理。文章研究结果可为太湖流域重污染区农田径流流失的治理提供基础性支撑。     

保护性耕作对土壤养分及碳库管理指数的影响

2008-2010年在丹江口库区坡耕地进行了保护性耕作试验,观测了不同保护性耕作措施对坡耕地土壤养分和碳库管理指数的影响。结果表明:不同保护性耕作措施在改善土壤养分和碳库管理指数上存在差异",免耕+秸秆覆盖"(NTS)在土壤全量养分和速效养分的保持上均表现出了相对较好的效果。相对于传统的坡耕地种植模式,不同保护性耕作措施可以显著改善土壤碳库管理指数,促使土壤系统向着良性方向转变,其中改善措施以"免耕+秸秆覆盖"(NTS)最为明显,相对传统耕作(T)增加了32.73%,其次为横坡垄作(CSP),最后为免耕(NT)。     

不同有机物料对风化煤矸石污染释放及介质养分的影响

为评价常见不同有机物料添加对风化煤矸石污染物释放及介质养分的影响,分别在风化的富硫煤矸石介质中添加质量比为1%的腐殖酸、牛粪、沼渣、剩余污泥和空白煤矸石5个处理,稳定7 d后测定煤矸石浸出液的酸度、铁、锰、硫酸根等特征污染组分及氮、磷素等介质养分指标。结果表明:风化煤矸石浸出液具有较强的酸度(p H=2.4),较高的氧化还原电位(Eh=403 m V)、电导率(EC=3 653μS/cm),并含有较高浓度的铁、锰、硫酸根(总Fe=483 mg/L,Mn=4.58 mg/L,SO42-=3 005 mg/L)及多种重金属离子(Cu=1.33 mg/L,Zn=0.75 mg/L)。少量腐殖酸的存在,在一定程度上能降低风化煤矸石浸出液的p H、明显提高盐度,但对Eh、铁、锰、硫酸根及有害金属离子含量影响不明显,同时能有效提高煤矸石介质中有效磷的含量。少量沼渣、牛粪、剩余污泥的添加都能有效提高风化煤矸石的p H,降低盐度、Eh、总铁及硫酸根含量,特别是污泥、牛粪表现出相对较好的污染控制效果;同时,沼渣、牛粪、剩余污泥的添加均显著(p0.05)改善风化煤矸石介质中全氮、全磷含量,且能够极显著(p0.01)改善介质有效氮、有效磷等矿物养分的含量,但在一定程度上能促进Mn、Cu、Pb、Zn、F-多种有害离子的溶出,剩余污泥的添加能明显增加煤矸石浸出液中Zn的溶出,在施用中应注意防范。     

旅游干扰对泰山土壤养分影响

泰山高强度旅游会显著降低土壤有机质和显著增加土壤全氮,而低强度旅游不会显著改变土壤有机质、活性有机碳和全氮。建议(1)加强已有景观的维护,对基础服务设施加强垂直绿化,对遭到践踏破坏地区及时封闭保护。(2)建议选用当地原有的植物,合理安排草木、灌木、乔木比例,增加物种丰富度,合理安排生物的水平和垂直结构。     

嘉峪关草湖区域土壤养分分布及与地形的关系

湿地土壤养分含量是维护湿地生态系统功能的基础,地形地貌是土壤养分含量的主要影响因素之一。文章以嘉峪关草湖湿地为例,运用地统计学方法和GIS技术建立了不同地貌类型(沼泽、盐沼、盐沼与沙丘过渡带、沙丘、戈壁)土壤养分的变异函数理论模型,采用Moran I系数分析了土壤养分的空间自相关性,以Kriging插值法研究了不同地貌类型土壤养分的空间分布特征,并探讨了土壤养分和地形因子(海拔、坡度、坡向)的相关性。结果表明:(1)嘉峪关草湖湿地土壤养分分布均符合正态分布,变异系数由大到小依次为速效钾(75.33%)>有效磷(43.55%)>铵态氮(32.31%),均属于较强的空间变异性,空间自相关强度由大到小依次为速效钾(90.4%)>有效磷(89.3%)>铵态氮(76.3%),且速效钾的空间集聚性更强烈,有效磷次之,铵态氮最弱;(2)嘉峪关草湖湿地土壤养分总体呈现西部高,东部低的特点,铵态氮和速效钾含量总体表现为草本沼泽>内陆盐沼>内陆盐沼与沙丘过渡带>戈壁>沙丘,而有效磷含量总体表现为草本沼泽>内陆盐沼>内陆盐沼与沙丘过渡带>沙丘>戈壁;(3)土壤养分和坡度均呈现出负相关,海拔和土壤养分均呈现出正相关性,铵态氮和速效钾均与坡向呈正相关,而有效磷和坡向呈极显著负相关。综上所述,地形地貌为西北干旱半旱地区湿地土壤养分的重要影响因素,了解嘉峪关草湖湿地土壤养分的空间分布及其与地形地貌的关系,可为草湖湿地土壤养分的有效保持和资源的高效利用提供依据。