黑土区保护性耕作土壤有机碳动态的模型模拟研究

【目的】保护性耕作是恢复和提高土壤肥力的重要措施,土壤有机碳在保持土壤肥力、维持作物生长与保护土壤环境方面具有非常重要的作用。然而,目前国内仍然缺少研究长期耕作的监测平台,因此采用模型的方法有助于研究长期保护性耕作下土壤有机碳的动态。【方法】依托东北黑土地保护性耕作长期定位试验地,选取免耕(NT)、秋翻(MP)、垄作(RT)3种处理下的土壤为研究对象,优化过程模型(RothC、AMG模型)与统计模型(MLPNN模型)的结构与参数,对比模拟长期保护性耕作下土壤有机碳储量的动态变化,评估不同模型对保护性耕作土壤有机碳动态模拟与预测的效果,并揭示东北黑土有机碳对保护性耕作的长期响应及其影响因素。【结果】优化有机碳在模型中各碳库的分配系数后,RothC与AMG模型模拟误差显著降低。保护性耕作实施的前11年(2001—2012),RothC与AMG过程模型对土壤有机碳的动态变化模拟效果没有显著差异,说明过程模型复杂的结构对持续时间相对较短的试验模拟效果没有显著影响,统计模型MLPNN的模拟结果与过程模型相似,验证了统计模型在田块与样地等小空间尺度内的应用效果。未来100年RothC与AMG模型预测的MP处理土壤有机碳变化趋势相同,但RothC模型预测结果得出,NT与RT处理土壤有机碳表现出先增长后达到平衡的趋势,但AMG模型模拟的结果却是有机碳一直处于增长趋势,这可能与土壤碳饱和效应与耕作处理的影响有关。RothC与AMG模型对碳投入都具有很高的灵敏度,但对气候因素与土壤因素变化的响应却存在差异。【结论】模型模拟长期保护性耕作土壤有机碳动态时需要因地制宜选择合适的预测模型。在预测保护性耕作土壤有机碳的短期变化时可以采用结构较为简单的AMG过程模型;在进行长期预测时,可以采用结构较为复杂的RothC模型。在特定条件下,统计模型MLPNN在田块与样地等小空间尺度上对土壤有机碳的模拟与过程模型具有相近的效果。

典型黑土带玉米农田土壤微生物群落地理分布及驱动因素

探究东北黑土带土壤微生物群落的地理分布格局及其驱动因子,对于有效和可持续地管理这一宝贵的土地资源具有重要的学术价值。本文以东北典型黑土带玉米农田的耕层土壤为研究对象,采集了来自黑龙江省、吉林省和辽宁省24个样点72个土壤样本。利用磷脂脂肪酸(Phospholipidfattyacid,PLFA)技术定量描述土壤微生物群落结构,运用随机森林和层次分割分析等机械学习算法深入解析环境因子对微生物地理分布的相对贡献。研究发现,典型黑土带玉米农田土壤总微生物和各微生物类群的生物量呈现随纬度自南向北增加的空间分布格局;土壤有机碳(SOC)和土壤全氮(TN)不仅是驱动微生物生物量纬度分布格局的主要因素,也是影响微生物群落组成最重要的因素。SOC和TN还与其他环境因子,特别是与土壤粘粒含量(CC)之间存在耦合关系,共同影响东北黑土带土壤微生物群落组成。

短期增温与秸秆还田量对东北黑土有机碳组分的协同影响

秸秆覆盖还田保护性耕作已成为提升黑土有机碳的有效措施之一。随着全球气候变暖,土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)矿化增加,秸秆覆盖还田是否可以弥补因矿化而损失的有机碳量,对应的合理还田量也成为亟待回答的问题。已有研究表明,与土壤总有机碳相比,有机碳组分可以更好地表征农田管理措施与气候变化协同对土壤有机碳周转及稳定性的影响,对预测气候变暖下东北黑土有机碳的固存有着重要意义。研究基于开顶式气室(Open Top Chamber,OTC)田间原位模拟实验,分析了增温与不同秸秆还田量下SOC及其组分的变化,包括土壤活性碳组分,即可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)、颗粒态有机碳(Particulate organic carbon,POC),以及土壤稳定性碳组分,即矿物结合碳(Mineral-associated organic carbon,MAOC)。结果表明,单一因素作用下,增温对SOC含量无显著影响,但显著降低了DOC和POC含量,并且显著增加了MBC和MAOC含量,其中POC组分变化量大于MAOC;秸秆还田量对SOC和MAOC含量影响不显著,秸秆覆盖还田后POC含量降低,但不同还田量之间无显著差异。增温后秸秆的添加对SOC含量无显著影响,增加了MBC含量,降低了DOC含量,增温后30%秸秆还田量对MAOC含量的促进效果最为显著,POC含量在增温后随着秸秆还田量的增加而增加;增温对不同秸秆还田量下SOC的解释度高达12.8%,同时也是各组分的主要影响因素,并且增温主要是通过影响秸秆还田土壤中POC组分,进而改变SOC含量,且POC变化量对SOC变化量解释度达39.9%。短期环境变化下SOC及其组分主要受增温的影响,其中POC作为对环境更敏感的组分,对SOC的变化影响更大。

东北黑土区保护性耕作的发展现状与成效研究

东北黑土区承担着国家粮食安全“稳压器”的重要责任。然而,由于长期超负荷开发利用导致黑土日益退化,黑土资源的永续利用受到严重制约。理论与实践证明,保护性耕作是保护黑土地、推动黑土耕地质量和耕作效益绿色增长的发展模式。综述了保护性耕作的基本内涵及其在东北黑土区的发展现状与技术概况,从保护性耕作在土壤保持、保墒效益、结构改善、固碳培肥和土壤生物多样性增加、节本增效等方面系统评估了东北黑土区实施保护性耕作后的生态与经济效益,提出黑土区实施保护性耕作存在的问题与未来发展方向,以促进黑土地保护与利用协调发展、推动保护性耕作高质量跨越式发展。

免耕对东北黑土水稳性团聚体中有机碳分配的短期效应

【目的】探讨免耕措施下黑土总有机碳和水稳性团聚体中有机碳分配的动态变化,以及免耕对团聚体结合碳和总有机碳之间相关关系的影响,为筛选出免耕对黑土结构和质量影响的评价指标提供科学依据。【方法】以在吉林省德惠市中层黑土上进行了5年田间定位试验的小区土壤为研究对象,对免耕(NT)、秋翻(MP)和垄作(RT)3种耕作处理下耕层(0～30cm)黑土有机碳和团聚体结合碳的动态变化及其相互关系进行分析。【结果】5年的NT处理并没有增加耕层有机碳(SOC)平均含量,但显著增加了表层(0～5cm)的SOC含量,增加量为2001年的9.9%。NT试验前后,黑土总有机碳和>1000μm级团聚体结合碳变化趋势一致,总有机碳除在表层(0～5cm)变化显著外,其它土层变化均不明显,但>1000μm级团聚体结合碳各层均有显著变化,说明>1000μm级团聚体结合碳对耕作方式的响应较总有机碳更为敏感。相关分析表明,NT处理下黑土总有机碳与>1000μm级团聚体结合碳之间存在显著的正相关关系。【结论】黑土>1000μm级团聚体可以用于评价免耕对黑土结构和肥力的短期影响。

东北黑土水稳性团聚体及其结合碳分布特征

以东北黑土区32对自然和耕作黑土为研究对象,对比研究了两种土壤水稳性团聚体及其结合碳的分布特征.结果表明:自然土壤0～30cm水稳性大团聚体(>0.25mm)质量分数及其结合碳均高于微团聚体;随着土层深度的增加,大团聚体及其结合碳逐渐降低,而微团聚体(<0.25mm)及其结合碳显著增加(P<0.01).耕作土壤团聚体分布特征与自然土壤相反,与自然土壤相比,耕作土壤大团聚体数量及其结合碳急剧降低,且>1mm的大团聚体降低幅度远大于其他粒级团聚体.自然土壤大团聚体质量分数与土壤有机碳(SOC)存在明显的正相关关系(P<0.01),尤其是>1mm大团聚体;耕作土壤>1mm大团聚体质量分数与土壤总SOC相关不显著;自然与耕作土壤总SOC与各级团聚体结合碳呈极显著正相关(P<0.01).与自然土壤相比,耕作土壤大团聚体结合碳明显降低,而微团聚体结合碳增加了37.1%,总SOC含量下降了29.5%,表明大团聚体在总SOC变化中起主要作用.水稳性大团聚体对管理措施响应迅速,可以作为评价农业管理措施转变对土壤肥力和土壤质量影响的指标.

耕作方式对耕层黑土有机碳库储量的短期影响

目的探索不同耕作方式对耕层黑土有机碳含量的影响。方法以2001年秋在吉林省德惠市中层黑土上进行了3年的田间定位试验小区土壤为研究对象,对免耕、垄作和秋翻3种耕作处理下耕层土壤有机碳的动态变化进行了分析,并采用等深度和等质量土壤碳库储量计算方法,比较了不同耕作处理对耕层土壤有机碳库储量的影响。结果不同耕作处理对黑土耕层有机碳的影响无显著性差异,而且免耕处理在短期内没有引起耕层土壤有机碳含量的明显增加,反而有所降低。与2001年试验开始时相比,3年免耕管理使表层0～5cm土壤有机碳含量仅增加了0.18%,而5～20cm土层有机碳含量则明显降低。利用等深度(0～30cm)和等质量(4040Mg)土壤碳库储量计算方法对比研究表明,将土壤容重考虑在内的等质量土壤有机碳库储量计算方法可以更准确的反映耕作对土壤有机碳库储量的影响。等质量方法计算表明,3年的免耕试验并没有使耕层土壤有机碳库储量发生明显变化。结论在质地粘重和排水不良的土壤上实行免耕,短期内土壤有机碳含量并没有增加。长期效果如何还有待观测。

土壤粗有机质的研究进展

土壤粗有机质是土壤中较为活跃的组分,其密度组分对土壤有机质总矿化量有着重要贡献,可以作为评价管理措施转变引起土壤有机质短期变化的敏感性指标。分别介绍了按照不同的物理分组方法划分的土壤有机质各物理组分的概念、土壤粗有机质及其分离方法,探讨了影响土壤粗有机质数量的主要因素(管理措施、土地利用方式、土壤质地和气候条件)和当前在研究土壤粗有机质过程中存在的问题:(1)各影响因素引起的土壤有机质变化的机制还不确定;(2)土壤粗有机质的分离方法还有待深入研究;(3)粗有机质对土壤有机氮矿化的贡献认识还存在分歧。指出探求更好的土壤粗有机质的分离方法和粗有机质对各影响因素的响应机制,揭示土壤粗有机质对土壤氮矿化的贡献是今后的主要研究方向。

护理干预对肺癌患者心理情绪的影响

目的探讨护理干预对肺癌患者情绪干预以及治疗效果的影响。方法于2011年1月至2013年5月期间对在我科住院的38例晚期肺癌患者进行护理干预,对比分析干预前后患者的情绪状况。结果干预后肺癌患者SAS评分和SDS评分明显低于干预前,两者比较差异均具有统计学意义(P<0.001);通过心理护理干预,患者一般状况良好,能保持乐观的态度正确对待疾病,积极配合治疗,提高了生活的质量。结论对肺癌患者进护理干预,能明显的改善患者的情绪。

PICC留置时间与副反应发生情况的分析及探讨

总结探讨了外周静脉置入中心静脉导管(PICC)留置时间及副反应的发生情况,包括导管堵塞的发生、静脉炎的发生、置管后穿刺口渗液和出血。认为PICC导管可以留置超过1年,但要密切观察是否有并发症发生、加强置管期间的护理并采取积极的预防措施。

浅析铁路工程项目档案管理工作中存在的问题及其对策

针对在铁路工程建设中产生的工程项目档案,围绕如何收集、整理、移交,介绍了目前工程项目档案工作的状况及存在问题,以及做好铁路工程项目档案工作的几项对策。

铁路竣工文件编制中存在的问题及对策

竣工文件在工程建设中具有重要作用 ,但竣工文件的编制质量存在诸多问题。结合工作实际 ,分析了影响铁路竣工文件编制质量的原因 。

浅谈如何加强铁路工程技术资料的管理与利用

结合铁路工程技术资料管理工作 ,浅谈技术资料、标准设计图、标准规范的管理 。

论竣工文件的质量控制

针对目前竣工文件存在的一些质量问题 ,提出解决竣工文件编制过程中的有关要求及控制竣工文件质量的各种有效措施。

北美保护性耕作及对中国的意义

由土壤侵蚀、荒漠化及盐碱化导致的耕地地力退化 ,严重威胁着中国的农业生产和生态环境 .为了阻止耕地地力的持续下降和生态环境进一步恶化 ,土壤管理方式必须由传统的耕作方式转向保护性耕作 .纵观 2 0世纪有关治理耕地水土流失的技术方法 ,没有哪一项技术可与由美国提出并加以完善的保护性耕作相比 .美洲的农业实践证明 ,保护性耕作可以控制土壤侵蚀 ,减少劳动量 ,节省时间和能源 ,改善土壤耕性 ,增加土壤有机质 ,改善水和大气质量 ,增加土壤生物多样性 .通过回顾保护性耕作的发展历史和应用现状 ,强调了该耕作技术在保持水土和改善土壤性状上的价值和采用保护性措施时应该注意的关键问题 ,如保护性耕作农机具、化学除草和转变观念等 ,同时总结了农民在采用保护性耕作时应该采取的具体步骤 .总之 ,面对中国耕地土壤水土流失严重和地力持续下降以及生态环境恶化的严酷现实 。

东北黑土区坡耕地表层土壤颗粒有机碳和团聚体结合碳的空间分布

以东北黑土区典型漫岗坡耕地为研究对象,测定不同侵蚀程度地形部位表层土壤不同粒级有机碳、水稳性团聚体及其结合碳含量,探讨土壤侵蚀和沉积作用对表层土壤有机碳(SOC)损失、迁移和累积的影响。研究结果表明:与侵蚀微弱的坡顶相比,严重侵蚀的坡肩部位表层土壤水稳性大团聚体、矿质结合碳(IOC)和团聚体结合碳含量分别减少23%、17.5%和8.7%,而土壤颗粒有机碳(POC)含量无明显差异。长期处于沉积状态的坡脚部位,表层土壤大团聚体、POC和大团聚体结合碳含量分别较坡顶低56.1%、47.9%和67%;而IOC和微团聚体结合碳分别较坡顶高10%和18.7%。研究结果反映了土壤侵蚀以及耕作倾向于破坏水稳性大团聚体,其内部包裹的轻质、细颗粒物质易被地表水流迁移流失,加上下层土壤的稀释作用,导致侵蚀部位SOC减少。轻质活性碳组分在迁移和累积过程中易被微生物利用分解,沉积区土壤以IOC和微团聚体碳为主,形成一个惰性碳汇。

用RothC-26.3模型模拟玉米连作下长期施肥对黑土有机碳的影响

用RothC (Version 2 6 .3)模型模拟研究东北地区黑土长期定位施肥试验中玉米连作下土壤有机碳 (SOC)含量的变化。从 2 4个施肥处理中选取了无肥 (对照 )、氮肥、氮肥配施厩肥、氮磷钾肥配施、厩肥 5个处理 ,对耕层土壤SOC的模拟值与实际测定值进行了比较。模型预测值与实测值之间吻合较好 ,说明RothC模型可以很好的用来模拟东北温带气候区现有耕作管理条件下黑土SOC的动态变化。结果表明 ,在当前常规耕作秸秆不还田条件下 ,整个试验期间不施肥 ,SOC含量持续下降 ;单施氮或施氮磷钾不能维持耕层 (2 0cm)SOC含量 ;厩肥配合施用化肥 ,则会增加SOC含量。保持这种管理方式不变 ,SOC将持续下降至新的平衡点。模拟结果表明 ,如果实施秸秆还田 ,到 2 0 2 2年时无肥、氮肥、氮磷钾肥、氮肥配施厩肥和氮磷钾配施厩肥等处理区的SOC较 2 0 0 2年将分别增加 2 6 %、4 0 %、4 5 %、38%和 4 6 %。RothC模型可用来评价不同管理方式下黑土SOC变化趋势 。

不同耕作方式下黑土的渗透特性和优先流特征

用染料示踪法和双环法相结合,对连续6年的免耕与秋翻中层黑土进行水分入渗与优先流对比研究.结果表明:在整个入渗过程中,免耕土壤的渗透率都大于秋翻土壤,达到稳渗时,免耕土壤的稳渗率是秋翻土壤的1.35倍,累积渗透量是秋翻土壤的1.44倍.从亚甲基蓝溶液的渗透深度来看,免耕土壤的渗透深度(43cm)明显大于秋翻土壤(27cm).与秋翻土壤相比,免耕土壤具有更好的孔隙发育和更多的生物孔隙,具有良好的优先流特征,这对水分入渗和水土保持有重要作用.