基于K-means聚类和图像分割的紫色土发生层边界识别

土壤学始于对土壤剖面及其形态特征的观察,剖面发生层的划分与发生层边界特征的描述是土壤调查的基础。实地划分发生层需要丰富的土壤学实践经验,存在主观和缺乏统一划分标准的问题。以紫色土剖面图像为研究对象,采用K-means聚类和图像分割技术,结合图像的颜色特征(CIELab色彩空间)和纹理特征(Entropy)识别紫色土剖面发生层边界,并与实地划分的结果进行比较。结果表明:(1)CIELab色彩空间的a、b通道和Entropy纹理特征,可以划分出供试剖面的主要发生层(A、B、C)和基岩(R);(2)聚类识别的发生层数量和发生层深度与实地识别的结果基本一致;除Z2剖面的C层和Z6剖面的Ap层聚类识别与实地识别的发生层下边界深度相差较大(分别为13cm和8cm)外,其余发生层下边界深度相差均在3 cm以内;(3)聚类识别的发生层边界形状更为不规则,明显度更为模糊。K-means聚类和图像分割技术实现了紫色土剖面发生层边界的客观识别,可为土壤剖面智能辨识系统的开发提供科学参考。

酸性紫色土盐基饱和度和pH值的关联分析及分类学意义

探讨酸性紫色土pH值和盐基饱和度(Base Saturation,BS)间的关联性,为酸性紫色土BS的估算及分类提供科学参考及建议.在重庆市采集24个典型酸性紫色土剖面的77个发生层土样,测定其机械组成、pH值、BS和有机质等理化性质,采用回归模型和BP神经网络两种模型,对pH值和BS数据进行拟合分析.回归模型的拟合结果表明,一元二次拟合方程的拟合效果优于一元线性方程拟合效果.BP神经网络模型中随着输入与BS相关数据类型的增加,拟合准确度更高.基于拟合模型,假设BS的取值为50%时,得到pH值的范围为5.11~5.21.采用一元二次拟合方程y=-0.02024x 2+0.34642x-0.74023(y为BS,x为pH值),能够较好实现酸性紫色土BS的估算,在开展紫色土系统分类高级单元划分时,建议优先采用BS<50%为“酸性”诊断标准,若需使用pH值为“酸性”检索条件,建议将原标准pH<5.5调整为pH<5.1.

镉对紫花苜蓿种子萌发与幼苗生长的影响研究

试验研究Cd胁迫对紫花苜蓿种子萌发与幼苗生长的影响结果表明，Cd^2＋浓度为0～10mg／kg时对种子发芽率的影响不显著，但对发芽势的影响较明显；当浓度达30mg／kg后对发芽的抑制作用表现非常明显，发芽势和发芽率均急剧下降。不同浓度Cd^2＋对芽和幼根的生长均有明显抑制作用，且对根抑制作用大于芽，同时对活力指数的影响也表现显著；随Cd^2＋浓度的增加，其抑制作用不断增强，活力指数也随之下降；当浓度达到50mg／kg后幼苗生长几乎完全被抑制。

耕作年限对水稻土有机碳分布和腐殖质结构特征的影响

分析比较了浙江慈溪耕作年限为50、100、500、700、1000、2000a的水稻土剖面和不同粒级复合体中有机碳的分布特征，并利用红外光谱技术，探讨了长期耕作对水稻土腐殖质结构和功能基团的影响。结果表明，耕作年限在50-2000a范围内，稻田耕作表层有机碳含量受耕作年限影响不大，随着耕作年限的增加，约30—60cm深度土层中有机碳含量有升高趋势。稻田土壤0-40cm土层和40-80cm土层有机碳储量变化幅度（△）随着耕作年限的增加逐渐下降，表明早期开垦的水稻土仍有很大的固碳潜力。100、500、1000a水稻土耕作表层中，〈2μm复合体的有机碳含量受耕作年限影响不大；随着耕作年限延长，〈2μm复合体有机碳分配系数不断增大，10-50μm复合体有机碳分配系数则呈下降趋势。100、500、700a水稻土胡敏酸的芳化度随耕作年限增加有所提高，500和700a水稻土胡敏酸的脂肪族-CH2-、-CH3基团含量要高于100a水稻土，胡敏酸的聚合程度基本上不受耕作年限影响。

垄作免耕对稻田土壤有机碳活性组分和δ^(13)C的影响

【目的】阐明垄作免耕对稻田土壤有机碳活性组分和δ13C的影响,为揭示垄作免耕下稻田土壤累积、转化的特殊性提供科学参考。【方法】依托稻田免耕长期定位试验,对比分析常规平作(中稻)、垄作免耕(中稻)、水旱轮作(中稻-油菜,稻油)和垄作免耕轮作(中稻-油菜,稻油)等4种耕作处理对不同深度(0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm和40—60 cm)土层中总有机碳、颗粒有机碳、易氧化有机碳和δ13C等指标的影响。【结果】垄作免耕轮作(稻油)中,20—40 cm土层的总有机碳含量显著高于其它处理,各深度土层中颗粒有机碳含量和分配比例均高于其它耕作处理,10—20 cm和20—40 cm土层的易氧化有机碳含量显著高于其它耕作处理(P<0.05)。水旱轮作(稻油)中,各土层的总有机碳含量、颗粒有机碳含量和易氧化有机碳含量均低于其它耕作处理。不同处理中,土壤碳库管理指数的最高值和最低值分别出现在垄作免耕轮作(稻油)的20—40 cm土层和水旱轮作(稻油)的40—60 cm土层,垄作免耕轮作(稻油)的10—20 cm和20—40 cm土层碳库管理指数显著高于其它处理(P<0.05)。相比其它处理,垄作免耕轮作(稻油)的土壤有机碳δ13C值在0—40 cm深度范围的各土层中差异不大,到40—60 cm土层才出现显著升高。【结论】相比其它耕作处理,长期(20年)垄作免耕轮作(稻油)稻田20—40 cm土层中增碳优势突出,该耕作处理有利于稻田中土壤颗粒有机碳的形成和累积,对20—40 cm土层中活性碳库的稳定和保护作用明显优于其它耕作处理;有大量活性高、降解程度低的有机碳在垄作免耕轮作(稻油)的20—40 cm土层中累积。

长期耕作水稻土的有机碳分布和稳定碳同位素特征

对浙江慈溪100，500，1000a水稻土的有机碳分布及其稳定性碳同位素特征进行了研究。结果表明，经百年耕种以后，水稻土耕作层有机碳含量受耕作年限影响很小。随着耕作年限的延长，水稻土剖面不同土层的有机碳含量变异性逐渐降低，下层土壤有机碳储量有逐渐增加的趋势；另外，随着耕作年限的增加，水稻土剖面下层的δ^13C值，有降低趋势，表明种植水稻带入土体的低δ^13C有机碳会随着耕作年限的增加，不断向下层迁移并固定起来。不同年限稻田耕作层土壤中，〈50μm粒级复合体的有机碳含量由高到低的顺序均为：〈2μm，2～10μm，10～50μm；不同粒级复合体有机碳δ^13C值随着粒级的增大而不断降低，新增的碳主要集中在粗粒中，而细粒中的碳为降解的老碳；对于某一粒级复合体来说，δ^13C值顺序均为：1000a〉500a〉100a；〈2μm复合体有机碳属于低活性碳库，耕种上百年后，基本达到饱和。

环境因子对豆科共生固氮影响的研究进展

环境因子的限制一直是豆科植物-根瘤菌共生固氮体系没有在农业生产中充分发挥作用的重要原因之一.目前,研究涉及的环境因子主要有水分、矿质营养元素、温度、重金属、钠盐、CO2 、土壤类型以及p H等.水分胁迫会导致豆科植物根瘤减少和固氮效率低下;矿质元素方面,除氮磷钾外,微量元素对固氮影响也很明显;不适的温度会对豆科植物的结瘤固氮产生一定的限制;重金属能从不同方面直接和间接地影响共生固氮,寻找适合作尾矿先锋植物的豆科植物是当前的一个研究热点.本文除详细阐述了这方面开展的研究以外,还浅析了这方面研究目前国内外存在的一些主要问题和发展趋势.

垄作免耕对稻田垄埂土壤有机碳累积和作物产量的影响

依托稻田免耕长期定位试验,研究了垄作免耕对稻田垄埂土壤有机碳累积和作物产量的影响。研究主要涉及常规平作(中稻-冬水田,简称中稻)、常规平作(中稻-油菜,简称稻油)、垄作免耕(中稻)和垄作免耕(稻油)等4个耕作处理。针对垄作对田面微地形的影响,将垄作小区中所有垄埂当成一个整体,统计其土壤有机碳的累积指标,再与平作处理中同体积或同质量的表土层(对比土层)作比较。结果表明,在对比土层和小区垄埂体积相同时,垄作免耕(稻油)的垄埂土壤有机碳密度要显著高于2个常规平作处理中对比土层和垄作免耕(中稻)的垄埂(p<0.05);在对比土层与小区垄埂质量相同时,各耕作处理的垄埂或对比土层中单位质量土壤的固碳量依次为:垄作免耕(稻油)>常规平作(中稻)>垄作免耕(中稻)>常规平作(稻油),且处理间差异显著(p<0.05)。这表明,针对垄埂和对比土层而言,垄作免耕(稻油)的土壤有机碳累积效应要优于垄作免耕(中稻)和常规平作处理。与传统的常规平作相比,垄作免耕的水稻增产效应明显,虽然其会导致油菜减产,但不影响水旱两季作物的经济总产出。总体而言,垄作免耕(稻油)是一种能兼顾环境和经济效益的稻田保护性耕作措施。

不同耕作年限水稻土土壤颗粒的体积分形特征研究

应用基于土壤颗粒体积分布确定土壤颗粒大小分布分形维数的方法,对浙江慈溪耕作年限分别为50、100、500、700、1000和2000年的水稻土土壤颗粒体积分形特征进行了研究。结果表明:同基于土壤颗粒质量分布的分形维数相比,基于土壤颗粒体积分布的分形维数计算不需要密度假设,更具有合理性。不同年限水稻土的土壤颗粒大小分布能被体积分形模型显著拟合(p<0.01)。土壤颗粒体积分形维数与黏粒的体积百分含量之间呈显著正相关(p<0.01),与粉粒和砂粒的体积百分含量之间呈显著负相关(p<0.01),其中与黏粒含量关系最为密切。耕作年限对水稻土土壤颗粒的体积分形维数和分形模型的拟合度均有一定影响。与50～500年水稻土相比,700～2000年水稻土剖面中土壤颗粒体积分形维数的变异性和均值较高,但其拟合决定系数则较低;耕作年限会对水稻土剖面中黏粒的含量和分布产生影响,进而影响到剖面土壤的颗粒体积分形特征;对于同一质地类型的土壤,耕作年限越长,分形维数越高。

不同区域水稻土的氮素分配及δ^15N特征

对分别位于吉林龙井、河南封丘、浙江慈溪和江西进贤4个不同区域的水稻土中氮素分配和稳定性氮同位素(δ15N)特征进行了研究。结果表明,随着样点位置的南移,相对于20-40 cm土层,水稻土表层(0-20 cm)中氮素的富集效果越来越明显。随着样点位置的南移,水稻土表层硝态氮含量与铵态氮含量的比值逐渐降低。不同区域水稻土表层中,氮素主要集中在<10μm复合体部分,<50μm复合体中氮素含量由高到低的顺序为:<2μm,2-10μm,10-50μm。不同粒级水稻土复合体中,2~10μm复合体中氮素含量和分配比例均最稳定。水热条件、耕作制度以及母土特征等会影响到水稻土表层中复合体氮素的分配特征。不同区域水稻土的剖面全氮δ15N特征不尽相同,反映了不同区域水稻土中进行的氮素转化和迁移过程之间存在差异。在0-20 cm土层中,除龙井水稻土以外,其它区域水稻土均出现明显的δ15N贫化现象。另外,不同区域的稻田表土全氮δ15N均低于旱地表土。

生物固氮的研究进展

生物固氮是一个全球性的战略课题,它对环境、粮食、人口等问题有着重要意义。目前这方面研究已从基因、酶、细胞和生态系水平上逐步展开。本文从固氮资源的发掘和利用、固氮的遗传工程以及固氮酶生物化学和化学模拟生物固氮三方面对国内外的研究进展进行了全面的阐述,并对生物固氮研究的前景进行了展望。

不同气候带水稻土有机碳δ^13C及胡敏酸结构特征变化

选取位于吉林龙井、河南封丘、浙江慈溪和江西进贤的4种水稻土剖面,分析比较了不同气候带水稻土剖面和各粒级复合体的有机碳及其δ13C值的分布特征,探讨了不同水稻土胡敏酸结构和功能基团构成的差异,旨在为深入研究水稻土有机碳动态变化和运转机理提供参考依据。结果表明:不同气候带水稻土剖面中,有机碳δ13C值均随着土层深度的增加逐渐升高;样点位置愈往北,水稻土表层有机碳δ13C值愈高。各样点水稻土表层有机碳主要集中在<10μm复合体部分,其有机碳分配系数均大于50%。水稻土不同粒级复合体δ13C值随着粒级的减小不断升高,高δ13C的老碳在细粒中富集;水稻土表层<10μm复合体中有机碳的降解程度为:封丘>慈溪>进贤>龙井。各样点水稻土胡敏酸结构大致相似,封丘和龙井的水稻土胡敏酸含有较多CO基团,氧化程度较高,另外,其胡敏酸的芳化度和聚合程度也高于慈溪和进贤的水稻土。

长期垄作免耕对稻田土壤有机碳剖面分布的影响

以稻田免耕长期定位试验为平台,研究长期垄作免耕对稻田土壤有机碳剖面分布的影响。结果表明,垄作免耕(中稻)、垄作免耕(稻油)、常规平作(中稻)和水旱轮作(稻油)4种耕作处理实施20年后,稻田0-60cm土体中各土层有机碳含量最高值和最低值分别出现在垄作免耕(稻油)和水旱轮作(稻油)中,且水旱轮作(稻油)中各土层有机碳含量均显著低于其他耕作处理;垄作免耕(稻油)中0-10cm和40-60cm土层有机碳含量与垄作免耕(中稻)、常规平作(中稻)之间差异不显著,但20-40cm土层有机碳含量则显著高于其他耕作处理(P<0.05),可见同传统耕作相比,长期垄作免耕(稻油)稻田的增碳优势主要体现在20-40cm土层。不同耕作处理连续实施20年后,稻田0-60cm土体有机碳密度的高低顺序为垄作免耕(稻油)>垄作免耕(中稻)>常规平作(中稻)>水旱轮作(稻油),且处理间差异显著(P<0.05)。垄作免耕15～20年期间,稻田0-10cm表层土壤有机碳储量基本稳定,但20-40cm土层有机碳储量仍有增加,其中垄作免耕(稻油)增加最为明显,表明20-40cm土层碳累积是长期垄作免耕下稻田发挥增碳功能的重要机制。

川东平行岭谷区典型县农田土壤碳库演变特征

选取川东平行岭谷区典型县域垫江县为研究区,依据第二次土壤普查数据(1980年)和2007年的测土配方施肥项目监测数据,考察了该区域农田耕层土壤碳库现状与演变特征.结果表明,垫江县境内,紫色土和水稻土是最重要的农田耕层碳库,其中红棕紫泥土、灰棕紫泥土、红棕紫色水稻土和灰棕紫色水稻土是面积分布最广、耕层碳储量最高的4个土属,其耕层碳储量之和占全县耕层有机碳总储量的68.34%;对于绝大部分土属来说,水耕稻作在促进其耕层土壤碳累积方面要明显优于旱作.1980-2007年期间,长期人为扰动对垫江县农田耕层有机碳累积的影响是正面的,全县农田耕层土壤一直发挥着"碳汇"效应;近30年来,全县农田耕层碳储量的增加主要得益于紫色土耕层碳储量的提高,而耕层土壤有机碳亏损则主要出现在灰棕紫色水稻土中,有效减少其耕层有机碳亏损是提高全县耕层碳储量的一个重要切入点.目前,垫江县农田耕层仍具有巨大的增碳潜力,主要存在于紫色土和水稻土中;就土属而言,灰棕紫泥土、红棕紫泥土、灰棕紫色水稻土、红棕紫色水稻土等4个土属的耕层增碳潜力较高,是垫江县农田管理调查与增碳策略实施的重点.

镉对紫花苜蓿生长和结瘤固氮的影响

[目的]研究镉(Cd)对紫花苜蓿(Medicago sativa)生长和结瘤固氮的影响。[方法]采用盆栽试验。[结果]在土壤中Cd添加量较低的处理中,Cd对紫花苜蓿地上部分生物量、株高和叶绿素含量影响不大;当土壤中Cd添加量达到10.0mg/kg时,Cd对地上部分生物量影响显著;当土壤中Cd添加量达到50.0mg/kg时,植株生长和叶绿素合成均受到明显抑制。紫花苜蓿体内Cd含量的分布次序为根部>地上部分,且不同部位Cd的含量与处理中Cd添加量呈极显著相关(P<0.01)。随着土壤中Cd添加量的增大,单位盆钵中紫花苜蓿根瘤鲜重不断下降。当土壤中Cd添加量达到5.0mg/kg时,紫花苜蓿的根瘤固氮酶活性受到严重抑制。[结论]紫花苜蓿及其共生固氮体系对Cd具有一定的耐性,但较高浓度的Cd不仅会导致紫花苜蓿地上部Cd含量超标,也会抑制其生长和固氮。

大学课堂教学中学生创新能力的培养

创新人才的培养对于一个国家综合国力的提高有着重要的战略意义。大学是培养创新人才的重要基地,学生创新能力的培养关乎大学教育中人才培养的成败。在我国大学教育中,课堂教学是培养学生创新能力的主要渠道。文中认为营造创新教育环境、引导学生进行探究性学习、培养学生的思维能力以及丰富课堂教学方法和手段等是大学课堂教学中实现学生创新能力培养的重要举措。

土壤质量生物学指标研究进展

本文对近年土壤微生物、土壤酶活性和土壤动物等土壤质量生物学指标研究成果进行了综合评述。土壤微生物是土壤有机组分和生态系统中最活跃的部分,被认为是最敏感的土壤质量生物学指标:微生物生物量代表参与调控土壤中能量和养分循环及有机物质转化所对应微生物的数量,但须结合多样性研究以弥补其无法反映土壤微生物组成和区系变化的缺陷;微生物群落组成和多样性动态反映土壤中生物类群的多变性和土壤质量在微生物数量和功能上的差异;土壤微生物活性体现在土壤微生物商、微生物呼吸和代谢商等方面,应考虑生物量大小与微生物种群活性间的相关关系以反映微生物种群内的差异。土壤酶活性具有极高时效性,在较短时间内就能反映出土壤质量的变化。土壤动物通常以种类的组成和数量,土壤动物区系的相对丰度、多样性或活性作为评价土壤生物质量的敏感指标。与土壤理化指标相比,土壤生物学指标更能对土壤质量的变化做出灵敏迅速的响应,因而被广泛地用于评价土壤质量。

长期不同施肥处理对水稻土有机碳分布变异及其矿化动态的影响

基于持续26a的太湖地区水稻土长期定位试验，研究了长期施肥对水稻土剖面有机碳分布、有机碳密度和变异幅度、及有机碳矿化动态的影响。结果表明：（1）长期施肥使水稻土表层有机碳含量显著升高，施有机肥和秸秆还田较单施化肥更能促进表层有机碳累积。施化肥处理10～30cm土层有机碳含量相对稳定，施有机肥处理20～40cm土层有机碳含量相对稳定；（2）0～25cm和0～50cm土层，施有机肥处理的有机碳密度均高于施化肥处理，有机肥＋氮＋磷处理（MNP）和化肥氮＋磷＋钾处理（CNPK）的有机碳密度均为最高，秸秆＋化肥氮处理（CRN）高于有机肥＋秸秆＋氮处理（MRN）。各施肥处理0～25cm和25～50cm土层有机碳变异幅度均高于对照CO。施有机肥处理的有机碳密度变异幅度均高于施化肥处理。化肥氮＋磷处理（CNP）和有机肥＋氮＋磷＋钾处理（MNPK）有机碳密度的变异性最大；（3）各处理土壤有机碳矿化速率在培养第2～4天均达到最大，第3周后达到稳定，有机肥处理的最大矿化速率均高于化肥处理，各处理平均矿化速率为CO，55．36～75．46ml kg^-1 d^-1，稳定矿化速率为CO，10～20ml kg^-1d^-1。在8周培养期内，施有机肥处理的累积矿化量始终大于施化肥处理，有机肥＋秸秆＋氮处理（MRN）的累积矿化量最大，各施肥处理土壤的矿化强度和稳定矿化率仍保持稳定。

太湖地区长期定位试验稻麦两季土壤酶活性与土壤肥力关系

采用主成分分析法研究了太湖地区水稻土25 a长期定位试验稻麦两季的土壤酶活性与土壤肥力之间的相互关系。结果表明,稻麦两季的脲酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、β-葡糖苷酶和芳基硫酸酯酶活性与肥力因子大都具有不同程度的显著线性相关关系。特别是酸性磷酸酶和β-葡糖苷酶,其稻麦两季的酶活性与pH、速效氮、速效磷和有机质之间均呈显著或极显著线性相关。结合土壤酶活性及肥力因子对稻麦两季14种处理进行分析,筛选出影响土壤肥力的主要因子群并进行了综合评价:土壤酶活性可作为反映土壤肥力的重要指标,且磷酸酶、芳基硫酸酯酶和β-葡糖苷酶活性作为综合评价指标优于脲酶。氮磷肥配施是最优的培肥模式;在施用其他肥料的基础上增施磷肥能够提高土壤肥力;不施肥或仅施有机肥均会导致土壤肥力的退化;秸秆还田可提高麦季土壤肥力水平,而对稻季的无明显影响。