川中丘陵区紫色土抗生素残留特征及其生态风险

抗生素在表层土壤中富集,将干扰植物、土壤动物以及微生物的生长发育,威胁生态系统安全。紫色土作为长江中上游重要的农业土壤资源,其抗蚀性弱和优先流发育的特点为环境残留抗生素迁移提供了动力条件。目前相关研究多针对目标抗生素的环境迁移行为,土壤残留抗生素的自然丰度、自然污染特征以及环境风险尚不明晰。本研究选择川中丘陵区6种典型土地利用类型(旱地、林地、果园、水田、化肥菜园和粪肥菜园)的紫色土土壤及灌溉水为研究对象,对5类11种抗生素进行残留量的测定,并利用风险商值法进行抗生素生态风险评估。结果表明:(1)土壤中检出金霉素、诺氟沙星、环丙沙星和恩诺沙星。其中,诺氟沙星、环丙沙星和恩诺沙星仅在粪肥菜园土壤中有检出,其残留量分别为5.95、3.36和6.52μg·kg^(-1);金霉素在粪肥菜园土壤中残留量最高,为43.00μg·kg^(-1)。(2)灌溉水中各类抗生素含量均低于仪器检出限。(3)研究区内土壤抗生素风险商值范围为0.08~0.43,处于中低生态风险水平,但抗生素残留量均小于国际土壤生物毒性触发值(100μg·kg^(-1)),处于相对安全的生态风险水平。(4)研究区内土壤抗生素来源可能与有机肥施用有关,通过调整施肥结构可能在一定程度上降低抗生素的环境生态风险。本研究可为川中丘陵紫色土区生态安全建设提供依据。

秸秆和生物炭对紫色土坡耕地产流产沙与氮素流失的影响

[目的]探究不同添加量的秸秆和生物炭对紫色土坡耕地的具体改良效果,从而为合理防治三峡库区水土流失提供理论参考。[方法]采用人工模拟降雨的方法,以裸坡为对照,研究了紫色土中添加水稻秸秆(施用量4,7,10 t/hm^(2))和生物炭(含量13,39,65 t/hm^(2))对紫色土坡耕地产流产沙与氮素流失的影响。[结果](1)高强度降雨条件下,紫色土混掺生物炭加快了坡面产流进程,而施加碎混秸秆能延长起始产流时间、削减产流速率;(2)紫色土添加生物炭后累积产沙量较对照增加了0.64%~66.29%,而施加碎混秸秆后减少了42.58%~70.27%,且施加碎混秸秆对坡面产沙的抑制效应远强于对坡面产流的控制作用;(3)地表径流中氮素流失过程以NO-3-N为主,且TN,NO-3-N和NH+4-N的流失量和养分流失模数整体表现为生物炭处理最大,碎混秸秆处理最小。[结论]紫色土坡耕地施加碎混秸秆能促渗阻流、有效控制水土及养分流失,而短期施加生物炭可能会产生负面影响。

微生物诱导碳酸钙沉积固化三峡库区黏性紫色土试验研究

三峡库区自然灾害频发,微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术是一种具有能耗低、无污染且可持续等优点的土体加固技术。黏性紫色土是三峡库区主要土壤类型,土壤孔隙较小,而MICP对其加固效果尚不明确。设置不同巴氏芽孢杆菌菌液浓度(OD_(600)为0、0.5、1.0、1.5)和胶结液浓度(0、0.5、1.0、1.5、2.0 mol/L)组合,对土壤试样进行MICP固化处理。开展不固结不排水三轴剪切试验,研究各试样的应力-应变关系、弹性模量和抗剪强度指标(黏聚力、内摩擦角),并利用扫描电镜测试分析其微观结构。结果表明:固定菌液浓度或胶结液浓度时,抗剪强度、弹性模量及黏聚力均随胶结液浓度或菌液浓度的增加呈先增后减的变化趋势,最适菌液与胶结液浓度组合为菌液OD_(600)=1.0和胶结液1.5 mol/L。平均内摩擦角随胶结液浓度的增加呈先增后减趋势,而胶结液浓度不变时,在菌液浓度OD_(600)=0.5或1.0时达到最高。固化后试样抗剪强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角最大分别提高62.59%、50.18%、119.50%和10.33%(226.00 kPa、6.44 MPa、48.30 kPa和26.70°)。通过扫描电镜观察发现MICP加固紫色土形成了大量球状碳酸钙晶体和片状碳酸钙晶体,分布于土壤颗粒表面和间隙中起胶结作用并增加土颗粒表面粗糙度,从而提升了土的黏聚力和内摩擦角。MICP可以有效提高紫色土的强度,在菌液浓度为OD_(600)=1.0和胶结液浓度1.5 mol/L组合时加固效果最优。

基于机器学习的紫色土坡面水沙预测模型研究

为了精准预测土壤侵蚀变化、科学合理地预防水土流失的发生,为紫土坡地水土流失防治提供参考,基于典型紫土径流小区43场降雨资料,降水量、历时和I30为特征指标,采用K-means聚类算法对降雨分类;使用随机森林(Randomforest,RF)算法评估各影响因子对径流深(H)、土壤流失量(S)的重要性,结合通径分析法进行重要因子筛选;将筛选所得关键因子作为模型输入变量,H、S为输出,使用BP神经网络构建预测模型。结果表明:(1)划分出3种雨型,B雨型(短历时、大雨强、小雨量)是主要降雨类型,A雨型(长历时、中雨强、大雨量)最剧烈。(2)各雨型下特征因子对H、S的重要程度明显不同。A雨型下T对S重要程度最高(31%),各因素对H的重要程度相对均匀;B雨型下各因素对S的影响差异小,F对H的重要程度最高(29%)。在C雨型下,Pr对H、S的重要程度最高(33%、36%)。(3)三种雨型下的H、S均受到Pr的显著影响,B、C雨型下的H、S分别同时受F和Vs、Ph的影响显著。(4)利用BP神经网络对H、S的预测精度均较高,Nash-Suttclife效率系数均高于0.95,且对H的预测模型精确度高于对S的预测模型。

川中丘陵区紫色土坡耕地植物篱措施对土壤抗蚀性的影响

川中丘陵区紫色土坡耕地水土流失严重,影响农作物增产增收。水土保持植物篱措施是提高土壤的抗侵蚀能力的有效生态手段。以往土壤抗蚀性的研究多集中于黄土高原,较少涉及植物篱作用下紫色土坡耕地抗蚀机理方面的研究。本文以新银合欢(Leucaena leucocephala)和香根草(Vetiveria zizanioides)为研究对象,基于试验站坡耕地小区定位观测的基础数据,结合土壤采样和实验分析,利用主成分分析法对种植不同植物篱的坡耕地土壤抗蚀性进行了综合评价。结果表明:(1)在分析11项指标后,2项主成分指标对解释土壤抗蚀性贡献率达到82.7%,其中水稳性团聚体被认定为关键指标。(2)植物篱显著提高了表层土的抗蚀性。与无植物篱的样区为对照,10°坡耕地上香根草和新银合欢植物篱小区的土壤抗蚀性综合指数(SERI)分别比对照区高2.048和0.853,15°坡耕地上香根草植物篱的SERI比对照区高1.321;且植物篱下侧的土壤抗蚀性高于植物篱上侧,在10°和15°香根草植物篱小区,植物篱下侧抗蚀性指数分别达到上侧的2.0倍、1.5倍,而10°新银合欢植物篱小区的下侧抗蚀性综合指数达到上侧的1.1倍。(3)相较于新银合欢植物篱小区,香根草植物篱小区土壤表现出了更高的抗蚀性,且两种植物篱小区下侧土壤抗蚀性均优于上侧,选择密植草本植物篱并重点防治植物篱上侧土壤可有效减少坡耕地水土流失。研究成果可为川中丘陵区水土流失治理及农业增产提供科学依据。

不同农作措施下紫色土坡耕地氮磷流失特征

为揭示不同农作措施下径流氮磷流失变化特征,基于2020年12场次的自然降雨产流事件,分析了顺坡无施肥(对照,CK)、顺坡混合施用有机肥和化肥(T1)、顺坡单施化肥(T2)、顺坡单施化肥增量(T3)、横坡单施化肥(T4)5种处理下径流量及径流中总氮(TN)、总磷(TP)质量浓度与流失量、氮磷比(TN/TP)的变化特征.结果表明:①各处理径流TN,TP最高质量浓度均发生在施肥后的前6次降雨,其中的4次降雨事件造成了超50%的总氮、总磷流失.②与单施化肥相比,有机肥化肥配施的径流TN,TP流失量没有显著差异,且径流TN,TP质量浓度与施肥后天数都呈极显著线性负相关(p<0.01).③和顺坡耕作相比,横坡垄作可以显著削减76.85%的径流量、75.12%的径流总氮流失量和87.97%的径流总磷流失量.④CK处理的TN/TP显著高于T2和T3(p<0.05),但与T1,T4差异无统计学意义(p>0.05),所有处理下全年超50%的TN/TP≥50,表现为磷限制.

不同前处理方法对紫色土粒度测试的影响

[目的]厘清不同前处理方法对土壤颗粒组成(PSD)测定结果的影响,对土壤水分运移、养分迁移、土壤侵蚀和泥沙搬运过程研究有重要意义。[方法]选择典型紫色土人工林地剖面土壤(0—110 cm)为研究对象,采用浸泡、振荡的物理方式,H_(2)O_(2),HCl处理的化学方式等9种前处理方式,然后用Mastersizer2000激光粒度仪进行颗粒分析。[结果](1)各物理前处理中值粒径较干测(对照)平均减小33.79μm,其中浸泡、振荡2 h、振荡10 h中值粒径依次减小,但其对黏粒的释放作用较弱,不同振荡时间之间黏粒含量无显著差异(p>0.05)。各化学处理中值粒径较对照平均减小32.72μm,其中H_(2)O_(2)处理总体比HCl处理分散作用更强,该处理下黏粒含量为所有处理中最大,平均>4%。(2)各物理前处理方式下,不同土层间颗粒含量总体无显著差异。对不同H_(2)O_(2)用量的敏感性中土层(30—70 cm)>下土层(70—110 cm)>上土层(0—30 cm),其中20—90 cm土层在足量H_(2)O_(2)处理下砂粒含量比10 ml H_(2)O_(2)处理平均增多9.5%,粉粒含量平均减少9.7%;对不同HCl处理的敏感性上,中土层>下土层,其中0—90 cm土层在10 ml HCl+洗酸处理下砂粒含量比10 ml HCl处理平均增多6.2%,粉粒含量平均减少5.4%,黏粒含量则无明显土层分异。(3)足量H_(2)O_(2)处理下砂粒和粉粒含量与剖面有机质含量呈显著线性相关(r>0.8),而HCl处理下剖面碳酸钙含量则与各级颗粒含量无显著相关性。[结论]物理和化学前处理方法之间PSD差异显著,且化学处理中试剂用量不同对PSD有显著影响,研究可为不同研究目的下紫色土颗粒组成分析提供参考。

紫色土区不同农林复合模式土壤入渗特征及影响因素

[目的]为探究紫色土区不同农林复合模式土壤入渗特征及其影响因素。[方法]通过野外调查和室内试验,分析紫色土区无作物(CK)、花生(HS)、花椒(HJ)、花生+花椒(HS+HJ)4种农林复合模式下土壤物理性质与入渗过程变化特征,评价了3种土壤入渗模型(Kostiakov、Horton、Philip)的适用性。[结果](1)HJ模式下土壤总孔隙度与CK、HS+HJ模式差异不显著,但显著高于HS模式(p<0.05);CK和HS模式的土壤抗剪强度差异不显著,但均显著高于HJ模式和HS+HJ模式(p<0.05);各模式下土壤容重、含水率、温度、斥水性、紧实度、土壤硬度差异均显著(p<0.05)。(2)4种模式土壤水分入渗过程差异较大,CK和HS下土壤水分入渗在20 min左右进入稳渗阶段,而HJ和HS+HJ模式下土壤入渗分别在70,80 min左右进入稳渗阶段。HS+HJ模式的土壤稳定入渗率分别比CK、HS、HJ模式高出162%,140%,82%(p<0.05)。(3)与Horton和Philip模型相比,Kostiakov模型拟合入渗过程的效果最佳(决定系数R^(2)=0.933~0.991);Horton模型拟合效果相对较差(R^(2)=0.849~0.979)。(4)相关性与多元线性回归分析发现,土壤总孔隙度与土壤抗剪强度是影响土壤入渗的关键因素。[结论]研究结果为紫色土区农林复合模式的优化选择提供科学依据。

崩塌堆积物对紫色土养分含量的影响

[目的]探讨将崩塌堆积物作为新型土壤改良材料的应用前景,分析经崩塌堆积物改良后土壤的养分变化情况,为当地崩塌堆积物利用和紫色土改良工作提供新思路。[方法]选择经崩塌堆积物改良后的紫色土为研究对象,利用加权灰色关联度分析对改良后的土壤进行质量评价分析。[结果]在相同的肥力灌溉水平下,相较于空白对照组(Y_(0)),添加崩塌堆积物能够明显的提升浅层土壤(0—20 cm)的养分含量。其中该层土壤全氮平均含量提升了3.26%~10.60%,全磷平均含量提升了10.61%~43.33%,有机质平均含量提升了9.14%~24.12%,碱解氮平均含量提升了5.76%~12.73%,有效磷平均含量提升了24.75%~46.22%,速效钾平均含量提升了16.21%~28.96%,土壤电导率(EC)提升了11.32%~27.41%,不同处理方案下对土壤pH值无明显影响;通过AHP-灰色关联分析评价模型对各处理组的土壤进行质量初步评价得出,在0—20 cm浅层土壤范围内,各处理组的灰色关联度大小排序为:Y_(2)(岩—土复配比例:20%)>Y_(3)(岩—土复配比例:30%)>Y_(4)(岩—土复配比例:40%)>Y_(1)(岩—土复配比例:10%)>Y_(0)(岩—土复配比例:0%)>Y_(5)(岩—土复配比例:50%);在20—40 cm深层土壤范围内,各处理组的灰色关联度大小排序为:Y_(5)>Y_(4)>Y_(3)>Y_(2)>Y_(1)>Y_(0)。[结论]将崩塌堆积物与土壤进行适当比例的复配处理,可以对紫色土养分含量产生一定的改善效果。

典型植物根系对紫色土化学属性和化学蚀变指数的影响

为探究植物根系形态对紫色土风化的影响,以云南元谋干热河谷区典型植被(锥连栎、华西小石积、牛筋草和裸地)覆盖条件下的紫色土为研究对象,研究了不同植被类型根系在不同土层的分布特征及其对各土层养分含量和化学蚀变指数(CAI)的影响。结果表明:裸地、乔木、灌木、草本覆盖下紫色土化学蚀变指数分别为73.98~78.87、78.53~84.68、77.89~82.18、77.91~81.04,且均表现为随土层深度增加而降低。各植被的根系均集中分布于0~20 cm土层,不同植物根系体积存在明显差异,乔木、草本和灌木覆盖下的根系体积与裸地相比分别增加145.17%、144.78%、74.98%,乔木、灌木和草本的根系表面积与裸地相比分别增加651.16%、610.79%、181.62%。土壤中养分含量随土层深度的增加而降低。随着土层深度的增加,有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量呈降低趋势,裸地和乔木覆盖下的pH呈增加趋势,而草本和灌木覆盖下的pH则呈相反趋势。相关性分析结果表明,土壤的CAI值与土壤有机质、碱解氮含量呈显著正相关(P<0.05),相关系数高达0.520、0.591;土壤p H、有效磷含量与土壤CAI值呈显著负相关(P<0.05),土壤CAI值与根系体积、根系表面积呈极显著正相关(P<0.01),相关系数高达0.693、0.621。综上,植物根系对于土壤的化学风化具有较明显的促进作用。

紫色土不同土地利用类型的土壤质量综合评价

评价紫色土不同土地利用类型的土壤质量,为紫色土的植被和地力恢复提供参考依据。以衡阳紫色土恢复区天然草地、人工草地、人工灌草地、人工灌丛地、坡耕地和人工林地0~20 cm土层土壤为对象,分析和比较不同土地利用类型下的土壤理化性质和生物学性质,并采用主成分分析(PCA)法评价其土壤质量。结果表明:人工草地、人工灌草地与坡耕地的全氮、碱解氮和有效磷含量显著高于其余土地利用类型(P<0.05),但其pH值、土壤容重和毛管孔隙度显著低于其余土地利用类型(P<0.05),速效钾含量在不同土地利用类型之间的差异不显著;人工草地、人工灌草地与坡耕地的磷脂脂肪酸总量、细菌含量、真菌含量、放线菌含量、脲酶活性、蔗糖酶活性、磷酸酶活性、蛋白酶活性、土壤微生物生物量碳和土壤微生物生物量氮的含量显著高于其余土地利用类型(P<0.05);除速效钾含量外,土壤各肥力因子之间存在密切的相关性;从PCA法的评价结果来看,人工草地、人工灌草地和坡耕地的土壤肥力综合指数较高,是有利于恢复区土壤质量恢复较好的土地利用类型。

长期施肥与耕作对紫色土坡耕地产流产沙的影响

[目的]为探究长期施肥与耕作对紫色土坡耕地产流产沙的影响。[方法]试验规定各小区均采用冬小麦-夏玉米轮作的紫色土坡耕地典型种植模式,在15°紫色土坡耕地设置5种处理:顺坡耕作无施肥(CK)、顺坡耕作有机肥与化肥配施(T1)、顺坡耕作单施化肥(T2)、顺坡耕作单施化肥增量(T3)、横坡垄作单施化肥(T4),每种处理重复3次。在2008—2020年,共监测107场侵蚀性降雨事件,分析了不同事件降雨量及施肥耕作处理下径流深、泥沙量、泥沙含量的变化特征。[结果]不同施肥耕作处理中,单位面积年产流深最大为100.37 mm,最小为4.56 mm。除T2与T3处理径流深差异不显著(p>0.05)外,其余处理间径流深差异显著(p<0.05),且均显著小于CK处理,均值大小依次为CK>T3>T2>T1>T4。除T1与T2处理泥沙量差异不显著(p>0.05)外,其余处理间泥沙量差异显著(p<0.05),且显著小于CK处理,均值大小依次为CK>T3>T2>T1>T4。T1、T2、T3的泥沙含量差异不显著(p>0.05),但均显著小于CK处理(p<0.05)且显著高于T4处理(p>0.05),均值大小依次为CK>T3>T1>T2>T4。各处理下的泥沙含量与降雨量均呈幂函数负相关(p<0.05)。[结论]顺坡耕作有机肥与化肥配施及横坡垄作对减少紫色土坡耕地地表径流、泥沙的产生贡献较大。

紫色土坡耕地耕层持水抗旱性能及生产力对侵蚀程度的响应

【目的】分析侵蚀条件下紫色土坡耕地耕层持水性能与产量响应特征,为调控坡耕地季节性干旱及水分利用效率、提升侵蚀条件下坡耕地玉米产量提供理论依据。【方法】采用铲土侵蚀模拟法,以未侵蚀地块为对照组(S_(-0)),对比分析5 cm(S_(-5))、10 cm(S_(-10))、15 cm(S_(-15))、20 cm(S_(-20))侵蚀程度和3种管理措施下(不施肥(CK)、施化肥(F)、生物炭+化肥(BF)),坡耕地耕层持水抗旱性能和玉米产量的年际变化特征及对侵蚀程度的响应。【结果】(1)坡耕地心土层土壤持水性能更强。在相同水平土壤水吸力下,耕作层土壤容积含水量降低幅度(13.9%—18.2%)较心土层更大(9.8%);随年际变化,土壤容积含水量在S_(-5)时增幅最大为耕作层(14.2%),而心土层表现为在S_(-15)最大(33.2%)。(2)坡耕地土壤总库容、兴利库容、最大有效库容及有效水分含量,随侵蚀加剧呈开口朝下的抛物线变化规律。随年际变化,各侵蚀程度下土壤最大有效库容最大增幅(44.7%)处于较强烈侵蚀程度(S_(-15)),而有效水分含量、最大储水量及单次接纳最大降雨量在微弱侵蚀程度下(S_(-0)至S_(-10))提升幅度最大。(3)坡耕地玉米产量随侵蚀加剧总体呈降低趋势,且与土壤最大有效库容、田间持水量有正相关关系;随年际变化,各侵蚀程度下坡耕地减产效果降低,且产量变化随侵蚀加剧呈一定滞后性,即侵蚀发生年产量无明显减产。(4)侵蚀条件下坡耕地土壤最大有效库容主要受土壤质地中黏粒含量、毛管孔隙度和有机质含量显著影响(P<0.01);而田间持水量与土层深度、有机质、粉粒及孔隙度呈极显著关系(P<0.01)。【结论】土壤持水抗旱性能的强弱主要受土壤结构优劣的影响。对坡耕地侵蚀耕层辅以深翻耕作和生物炭+化肥管理措施改善土壤结构,可有效调控坡耕地侵蚀性耕层持水抗旱性能,提升侵蚀条件下坡耕地作物产量。

磷肥不同施用量对紫色土坡面胶体态磷流失的影响

[目的]农田磷流失风险与磷肥用量密切相关,鉴于土壤胶体在土-水界面磷素迁移转化过程中的重要作用,探讨施用磷肥对紫色土坡面胶体态磷流失的影响及其与产流产沙之间的关系,为从土壤胶体视角认识磷素迁移机制提供科学依据。[方法]试验采用人工模拟降雨和室内分析相结合的方法,开展4个磷肥施用量0(P0)、20(P20)、40(P40)和100(P100)mg·kg-1下紫色土坡面产流产沙及胶体态磷流失特征研究。[结果]地表径流量受磷肥施用量影响较小,侵蚀产沙量受磷肥施用量影响较大,施磷后坡面初始产沙量显著降低了49.3%-68.7%,P100处理累积产沙量较其他施磷处理显著降低了26.5%-30.9%。地表径流是紫色土坡面水分散性总磷(WTP)和胶体态磷(CP)的主要流失途径,其流失比例分别占总流失量的57.5%-93.9%和62.3%-94.8%,且CP是地表径流WTP流失的主要形态,占WTP流失量的72.1%-80.7%。施磷显著增加了磷素流失风险,与P0处理相比,施磷后地表径流WTP、CP、DP(溶解态磷)累积流失负荷量分别提高了2.56-20.97倍、2.72-22.21倍、1.17-10.40倍,侵蚀泥沙WTP、CP、DP的累积流失负荷量分别提高了0.24-0.92倍、0.05-1.09倍、0.47-0.76倍。[结论]紫色土坡面胶体态磷流失的主要途径为地表径流,胶体态磷流失与产流过程密切相关,流失负荷量主要取决于磷肥施用量。水分散性总磷与胶体态磷呈极显著相关关系,胶体态磷是紫色土坡面磷素流失主要形态,可以通过调控地表径流,合理减施磷肥以减少坡面CP流失。

吸管法和激光法测定紫色土机械组成对比研究

吸管法是测定土壤机械组成的经典方法,激光法是测定土壤机械组成的简便方法.为探究两者在紫色土机械组成测定上的差异以及两者之间的联系,分别采用两种方法测定145个紫色土样品的机械组成,并建立线性方程、随机森林回归(Random Forest Regression,RFR)模型和支持向量回归(Support Vactor Regression,SVR)模型进行比较分析.结果表明:(1)相较于吸管法,激光法所测紫色土黏粒含量和粉粒含量均偏高,所测砂粒含量则偏低;(2)随着土壤砾石含量的增加,两种方法所测的相同粒级含量差值逐渐增大,且差值从大到小依次为:砂粒、粉粒、黏粒;(3)相比于pH>7.5的紫色土,两种方法所测的相同粒级含量差值明显大于pH≤7.5的紫色土,且差值从大到小依次为:砂粒、粉粒、黏粒.总体来看,紫色土的砾石含量是影响两种方法所测机械组成关联效果的一个关键因素,对于砾石含量≤5%的紫色土,两种方法的测定结果有很好的关联性,可采用激光法替代吸管法,但测定结果需要校正,建议选用拟合效果较好的RFR或SVR模型进行校正.

基于辅助变量的紫色土耕地土壤有机质空间预测

研究收集了川中丘陵区域紫色土耕地共135个土壤样本,基于GEE(GoogleEarthEngine)云平台调用高分辨率Sentinel-2A数据、SRTMGL1v3.0高程数据、Soil Grids土壤属性数据,并创新性地加入了纹理特征作为辅助变量,分别通过梯度提升决策树(GBDT)和随机森林(RF)构建两种预测模型反演研究区土壤有机质。结果表明:研究区内紫色土耕地土壤有机质含量偏低,养分级别为二~六级;GBDT算法构建的模型相比于RF算法预测精度更高,R2、r、RMSE分别为0.687、0.829、5.668 g/kg和0.514、0.717、6.765 g/kg;加入纹理特征的模型R2分别增加了6.80%和1.70%,为土壤有机质预测研究提供了新的思路。

地形部位与利用方式对紫色土性状的影响

为了解杭州市紫色土肥力质量的空间变异特征,为科学利用与改良土壤提供依据,在杭州市西部山区选择8组代表性紫色土丘陵坡地,按地形部位(坡底、坡麓、中坡、上坡、坡顶)和利用方式(林地和旱地)采集了表层土壤样品,比较分析了土壤肥力指标的变化特点。结果表明:由坡顶经上坡、中坡至坡麓、坡底,有效土层厚度逐渐增加,土体构型由A-C或A-R型逐渐向A-B-C型演化,土壤结构由单粒状-小块状结构向块状结构转变;土壤砾石和砂粒含量、pH和全钙含量逐渐下降,而土壤粘粒、有机碳、全钾、全磷、有效养分含量和CEC逐渐增加。研究区紫色土中的有机碳以矿物结合态为主,其次为颗粒有机碳,游离态有机碳数量较少;从坡顶至坡麓、坡底,游离态有机碳占有机碳的比例和矿物结合态有机碳占有机碳的比例逐渐增加,而颗粒有机碳占有机碳的比例逐渐下降。不同地形部位土壤含水量由坡顶经上坡、中坡至坡麓、坡底逐渐增加,不同坡位之间表层土壤含水量差值旱季大于雨季。林地开垦为旱地后,土壤酸度、全磷、有效磷含量及矿物结合态有机碳占有机碳的比例明显增加,但颗粒有机碳占有机碳的比例及土壤含水量有所下降。与林地比较,坡顶、上坡、中坡部位的旱地土壤具有较低的砾石和砂粒含量;坡麓和坡底的旱地土壤具有较高的砾石和砂粒含量;土壤粘粒含量与持水能力均是旱地土壤低于林地土壤。研究认为,紫色土的开发利用应考虑不同坡位土壤性状的差异性。

生物炭与化肥配施对紫色土坡耕地侵蚀性耕层土壤水分及入渗特性的影响

土壤水分及入渗是坡耕地降雨径流侵蚀的关键环节.采用铲土侵蚀模拟法,建立5种侵蚀程度的坡耕地原位试验,开展不施肥(CK)、单施化肥(F)、生物炭与化肥配施(BF)的对比试验,分析不同施肥措施与侵蚀程度下土壤水分及入渗性能变化.结果表明:①在不同施肥措施下,BF提高了土壤中粉粒占比,显著降低了土壤容质量,增大了毛管孔隙度,提高了土壤自然含水率;而随着侵蚀强度加剧,土壤容质量总体呈现上升趋势,总孔隙度则呈相反规律,自然含水率也随之下降.②坡耕地耕层土壤稳定入渗率从大到小依次为:CK,F,BF,对施肥措施响应显著,但土壤侵蚀强度对入渗特征作用不显著;Philip模型对施肥措施下坡耕地侵蚀性耕层土壤水分入渗过程模拟效果最佳,Horton模型能较好地反映低侵蚀强度下耕层入渗规律,而高侵蚀强度下则以Philip模型拟合效果更优.③冗余分析(RDA)结果显示,BF、土壤侵蚀厚度20 cm(S-20)、F、CK、土壤侵蚀厚度15 cm(S-15)是引起耕层土壤物理性能与入渗参数发生变化的主要因素(p<0.05);土壤孔隙度以及水分指标与砂粒、粉粒均呈正相关,与黏粒、容质量呈负相关;土壤容质量与黏粒、入渗特征存在正相关关系;同时,15 cm侵蚀厚度(S-15)是该研究区紫色土坡耕地侵蚀性耕层土壤的承受阈值.

低分子量有机酸浸提对紫色土金属阳离子释放和化学蚀变的影响

[目的]通过探究植物根系分泌物中的低分子量有机酸对紫色土壤金属阳离子释放的具体影响机制,解析植物根系在矿物风化和土壤形成中的作用。[方法]采用有机酸浸提试验,研究不同低分子量有机酸下紫色土结构崩解特征及风化过程中离子的释放规律,定量分析释放速率与时间的相互关系,并探讨不同有机酸对化学蚀变指数(CIA)的影响。[结果]有机酸处理能显著提高紫色土风化产物的CIA值,增幅为7.25%~15.42%,在相同浓度下,柠檬酸较草酸更能加速风化过程;电镜(SEM)扫描结果显示有机酸促进紫色土的结构破坏,Matlab软件分析进一步表明有机酸浸提处理促进土壤矿物表面孔隙的发育,降低土壤颗粒的均匀程度;不同浓度的低分子量有机酸(LMWOAs)浸提处理时土壤金属阳离子释放速率不同,且随着浸提时间的持续,释放速率逐渐降低。金属离子的释放速率随有机酸浓度的增加而增加,且离子释放总量整体呈现Fe^(3+)>Mg^(2+)>Mn^(2+)>K^(+)>Ca^(2+)>Na^(+)的规律,通过多元非线性回归建立溶液酸度变化条件下的金属阳离子释放速率的定量分析模型发现,金属阳离子的释放速率与时间之间存在显著的指数函数关系。[结论]低分子量有机酸浸提促进紫色土金属阳离子释放和风化,且柠檬酸较草酸显著。

菁香桃对紫色土的适应性及其栽培技术研究

为改善紫色土地区生态环境,合理开发利用紫色土,笔者对不同立地类型紫色土开展了菁香桃适应性栽培试验以及不同底肥、保水措施对紫色土立地菁香桃生长及产量的影响研究。结果表明:菁香桃在土层较厚的紫色砂岩土上生长最好,在土层较厚的紫色页岩土上生长较好,在土层厚度<50 cm的立地不宜种植;选择土层厚度﹥80 cm的紫色砂岩土,辅以“硫酸铵+有机肥”作为底肥,并采取滴灌保水技术处理,可使3年生菁香桃平均树高达2.4 m,平均地径达4.2 cm,平均冠幅达4.0 m,鲜果产量达9879 kg·hm^(-2),均分别比对照增加30%以上。试验结果表明菁香桃对紫色土立地具有较强的适应性,且搭配底肥施放及保水措施能较好地生长,可取得较好的经济、社会、生态效益,在紫色土地区具有一定的推广应用前景。本研究为湖南省紫色土生态修复及菁香桃种植推广提供了参考依据。