微塑料对土壤团聚体稳定性及有机碳矿化的影响

【目的】研究微塑料对农田土壤团聚体稳定性和有机碳矿化的影响,为农膜高残留农地土壤结构的稳定性和农业生态风险评价提供理论依据。【方法】在陕西省延安市安塞县采集低有机质水平的农田土壤(CK),通过添加有机肥后得到高有机质水平土壤(S),在以上2种有机质水平土壤中分别添加不同含量(0.06,0.64,1.92,3.20,6.40 g/kg)、粒径分别为25μm和1 mm的聚乙烯微塑料(PE-MPs),以不添加微塑料的CK和S作为对照,制成土壤团聚体后进行室内培养,测定水稳性团聚体含量、平均重量直径、微生物量碳含量及有机碳矿化速率,并构建结构方程模型量化微塑料粒径、含量及土壤有机质水平对土壤团聚体稳定性的影响。【结果】①与对照组CK相比,在低有机质水平的土壤中添加0.06 g/kg粒径25μm PE-MPs后1~5个月,水稳性团聚体含量明显增加,增幅最大可达24.98%;添加粒径1 mm PE-MPs,培养1个月后土壤水稳性团聚体含量增加,培养3~5个月后土壤水稳性团聚体含量降低。与对照组S相比,在高有机质水平土壤中添加粒径25μm PE-MPs培养1~5个月后,水稳性团聚体含量总体无显著变化;添加粒径1 mm PE-MPs培养1~5个月后,水稳性团聚体含量总体有所提高。②添加25μm PE-MPs,可使高、低有机质水平土壤团聚体的有机碳矿化速率最大分别提高15.84%和38.64%,添加1 mm PE-MPs会导致团聚体土壤有机碳矿化速率降低,最大降幅达33.17%。③构建的结构方程模型显示,微塑料粒径、含量及土壤有机质水平会通过影响有机碳矿化速率和土壤微生物碳含量,进而间接影响粒径≥0.25 mm水稳性团聚体含量(WR 0.25),以上三者对WR 0.25的总效应系数分别为0.065,-0.055和0.310。【结论】PE-MPs会降低低有机质贫瘠土壤的团聚体稳定性,增加土壤结构退化的风险;但可增强高有机质水平土壤的团聚体稳定性。

基于密度浮选和油提取的土壤微塑料分离方法研究

为系统分析土壤微塑料分离方法的特点,筛选满足不同使用需求的分离方式,研究了基于密度浮选和油提取的12种处理(S1∼S12)对7种类型(PP;PE;PS;ABS;PC;PVC;PET)、3种粒级(2∼5mm;1∼2mm;0.5∼1mm)微塑料的提取率及所需成本,并进行综合分析.结果表明:密度浮选法(S2∼S4)提取率为89.93%∼96.35%,受浮选液密度影响显著;油提取法(S5∼S10)提取率为78.57%∼93.33%,受提取油类型的影响显著(P<0.05),而油用量的影响不显著(P>0.05).油提取法随微塑料密度增加,其提取率逐渐下降,且对微塑料粒径有特异性选择,当粒径在1∼2mm时提取率最高,达到90%以上,粒径>2mm时提取率显著下降.密度浮选法和油提取法相结合能增加微塑料的提取率,同时减小不同粒径之间的差异,使提取效果更稳定.综合考虑提取率和成本,选出经济型(S5)、均衡型(S2)、高能型(S3)三种提取方式以满足不同使用需求.

黄土高原坝地层状土壤剖面孔隙分布特征

以明确自然界中广泛存在的层状结构土壤孔隙分布特征为目的。选黄土高原典型坝地土壤剖面为研究对象,利用CT扫描技术分析耕作层、犁底层、心土层土壤三维结构,探讨层状土孔隙参数随土层结构变化及界面层孔隙特征。结果表明:(1)瘦长型孔隙(孔隙形状系数≤0.2)是各土层土壤孔隙的主要形态。各土层的孔隙参数具有明显差异。耕作层的总孔隙度最高,大孔隙(≥1 mm)分布较多;犁底层孔隙总数量最高,含有较多孤立的小孔隙(≥0.1~0.5 mm)和微小孔隙(≥0.06~0.1 mm),但连通性最差;心土层孔隙参数多数介于耕作层与犁底层之间。(2)坝地剖面层状土壤具有一定厚度的界面层,各孔隙参数均在土层界面位置存在突变点,具有明显分界现象。孔隙特征参数均呈过渡位置渐变、界面位置突变的规律。在界面层,犁底层土壤总孔隙度和连通性与耕作层相比,分别显著下降41.6%,69.8%;心土层在界面层的土壤总孔隙度和连通性与犁底层相比,分别显著增高30.4%,52.3%。(3)孔隙孔径大小与孔隙形态密切相关,大孔隙形态多呈瘦长型,而微小孔隙形状则多呈规则型。(4)土层越深,连通性与总孔隙度、孔隙总数量、孔径分布及孔隙形状的相关性越强。界面层出现改变相邻土层的土壤孔隙质量。人为作用改变耕作层和犁底层的土壤孔隙特征,主要表现在对耕作层翻耕扰动,使得犁底层被动承压,心土层由于受到干扰较小,土壤整体呈现自然状态。研究结果可丰富非均质土壤结构的认识,为从微观层面理解层状土壤孔隙特征及其对土壤水气热传输的可能影响提供科学依据。

圆盘入渗仪法测定不同利用方式土壤渗透性试验研究

介绍了一种田间定量测定土壤渗透性的新方法——圆盘入渗仪法。应用该法和双环法对黄土丘陵区土壤不同利用方式 (果园、农地、灌木、草地、林地 )下的土壤渗透性进行了对比研究 ,并对比分析了该方法的优缺点。结果表明 :在该试验条件下 ,不同利用方式下土壤的孔性及渗透性有明显差别。土壤有效孔径以灌木地最大 ,为农地的 5 .7倍 ,果园的 3.5倍 ;其次为林地和草地 ,为农地的 4倍多 ,果园的 2 .5倍多。果园的最初入渗率最大 ,是林地的3倍 ,草地的 5倍。稳定入渗率大小顺序为 :果园 >农地 >灌木 >草地 >林地。灌木地的导水率是农地的 1.5倍 ,是林地的 3倍多 ;草地和果园的土壤导水率是农地的 1.2倍 ,是林地的 2 .8倍。两种方法测定的入渗率结果具有显著的线性相关性。说明圆盘入渗仪法适合于黄土丘陵区各种利用类型土壤的入渗测定。

放牧对陕北黄土丘陵区刺槐林群落特征的影响

放牧是影响植物群落结构与功能的重要活动。本研究分析了6个放牧强度(G0—G5,以羊粪球密度计)对黄土丘陵区刺槐(Robinia pseudoacacia)林群落特征的影响。结果表明:适度放牧(羊粪球密度不高于13.3 ind·m^(-2))对黄土丘陵区刺槐树高和胸径无显著影响,但会降低刺槐枝下高和林下枯落物量。G1强度刺槐枝下高为3.39 m,是G5样地的近2倍。放牧对刺槐林下植物群落的影响有季节差异。适度放牧对秋季林下植物群落总盖度和群落地上生物量无显著影响,但降低植物密度;放牧降低了春季林下植物群落总盖度和群落地上生物量,但增加了植物密度。放牧强度从G1增大到G4,林下植物群落Patrick指数由7.00增至10.42,增幅为48.86%;Shannon-Wiener指数由1.31增至1.80,增幅为37.40%。在黄土丘陵区的近熟刺槐林下实施夏季秋季适度放牧(羊粪球密度不高于13.3 ind·m^(-2)),不会造成刺槐林群落退化,但不提倡冬季春季放牧。研究结果可为陕北黄土丘陵区刺槐林适度利用和可持续管理提供科学依据。

黄土丘陵区土壤有机碳固存对退耕还林草的时空响应

研究了黄土丘陵区土壤有机碳固存对退耕还林草的时空响应特征,分析了退耕还林草对土壤有机碳的近期影响和长期效应。结果表明,1)从黄土丘陵区退耕还林草的土壤固碳效应整体而言,相对于坡耕地,退耕还林和退耕撂荒具有显著的土壤碳增汇效应,而退耕还草、退耕还果没有明显土壤碳增汇效应。以天然草地土壤有机碳密度为目标,撂荒地表层土壤有机碳增汇潜力可达8.3 t/hm2。2)以10a为界,退耕还林草的近期土壤碳增汇效应不明显,而10a后土壤碳增汇效应逐渐明显,退耕还林、还灌、撂荒和坡耕地的固碳效应差异显著。3)在评估黄土丘陵区退耕还林草的土壤固碳效应时应当注重长期固碳效应。4)退耕还林草的土壤固碳效应主要受还林草方式及年限的影响,二者分别可解释55.6%和24.1%的有机碳变异性;地形因子可解释8.5%的有机碳变异性。在评估该区退耕还林的土壤固碳效应时应当充分考虑退耕年限和地形因子的影响。5)人工刺槐林地、人工柠条林地以及撂荒地深层土壤(100—200 cm)有机碳密度占2 m土体有机碳密度的35%—40%,而且随着植被恢复深层土壤有机碳密度显著增加。6)在估算黄土丘陵区退耕还林土壤固碳效应时应该考虑深层碳累积。如果按1 m土层的土壤有机碳密度计算,会严重低估退耕还林草的土壤固碳量。

黄土丘陵区不同放牧强度农户生计可持续性及其耦合协调性

[目的]研究不同放牧强度下农户生计要素结构、可持续性及其耦合协调关系,为优化农户生计策略,增加农户经济收入以及实现乡村振兴提供科学依据。[方法]以黄土丘陵区典型区为例,基于可持续生计框架,从多种生计要素出发,构建评价指标体系,并结合农户调查数据和数理模型,对不同放牧强度农户生计可持续性及其耦合协调发展进行综合研究。[结果]①放牧强度增强了农户生计资本可持续性,但对生计环境、生计策略与生计结果可持续性的作用存在显著差异。②中度放牧强度下农户生计可持续性最高,生计资本、生计环境、生计策略与生计结果可持续性较不放牧农户分别增加了37.86%,3.83%,9.92%和30.45%。③从耦合协调度来看,整体呈现出:中度放牧农户>轻度放牧农户>重度放牧农户>不放牧农户的特征,而农户生计耦合度高于协调度,说明黄土丘陵区放牧农户生计系统间作用强度大,且系统内部尚未形成良好的耦合协同发展态势,未来仍需进一步加强农户生计转型升级,提高其生计可持续性。[结论]适度放牧可增加黄土丘陵区农户生计资本,优化农户生计策略,提高农户生计可持续性,有利于农户经济增收。

黄土丘陵区土壤质量评价指标研究

针对黄土丘陵区侵蚀土壤最主要的功能———生产力和抗侵蚀能力,运用敏感性分析、主成分分析和判别分析法,对10种土地利用类型、208个样点的32项土壤属性指标进行了筛选.结果表明,在黄土丘陵区,土壤速效磷含量、抗冲性、渗透系数、活性有机碳、有机质、脲酶作为土壤质量评价的高度敏感指标,是土壤质量恢复与调控的主要目标.土壤生物指标属于高度敏感和中度敏感指标.黄土丘陵区侵蚀土壤的29项理化及生物属性指标可以被归纳为5个土壤质量因子:有机质因子、质地因子、磷因子、孔隙因子和微结构因子.5个因子中,孔隙因子在不同土地利用方式之间差异不显著,其余4个质量因子在不同土地利用方式之间差异极显著.黄土丘陵区侵蚀土壤质量评价指标为有机质、渗透系数、抗冲性、CEC、蔗糖酶、团聚体平均重量直径、速效磷、微团聚体平均重量直径.其中,有机质、渗透系数、抗冲性是表征黄土丘陵区侵蚀土壤质量的关键指标.

黄土丘陵区侵蚀土壤质量评价

通过建立侵蚀土壤质量单因素评价模型和综合评价模型,选出了黄土丘陵区适宜的侵蚀土壤质量评价方法,定量评价了该区土地利用方式对土壤质量的影响。结果表明,采用加权综合法对土壤质量进行综合评价能够较好地反映土壤质量的实际情况,敏感地反映土地利用方式变化对土壤质量的影响。应用因子分析法所筛选的8项土壤质量简化评价指标能够很好地反映29项综合评价指标的信息,评价结果具有较高的代表性。拟定了黄土丘陵区侵蚀土壤质量分级标准,将研究区土壤质量分为5级。黄土丘陵区10种土地利用类型间土壤质量差异显著,以天然乔木林地土壤质量最佳,属1级;其次是天然灌木林地和大棚菜地,土壤质量属2级;天然草地土壤质量属于3级,人工乔灌林地土壤质量接近3级;人工草地、撂荒地、农地和果园土壤质量属于4级。

黄土丘陵区小流域土壤特性时空动态变化研究

以安塞大南沟为例首次在流域范围内对几项土壤表面特性进行连续定位测定,初步研究了其时空动态变化规律。结果表明,大南沟流域内土壤随机糙度、抗剪力和团粒稳定性具有一定的空间变化规律,不同土地利用方式间有显著差异。不同地貌类型农耕地土壤随机糙度、抗剪力无明显差异,而团粒稳定性则差异显著。年内各测定周期间土壤随机糙度、抗剪力和团粒稳定性随时间变异不显著。

施钾水平对烟叶含钾量的影响

通过盆栽试验 ,采用定位叶片的方法 ,进行不同钾肥用量试验 ,研究了增施钾肥对石灰性土壤上烤烟吸钾和土壤供钾的影响及提高石灰性土壤上烤烟含钾量的可能途径。结果表明 ,增施钾肥可以显著提高烟叶含钾量 ;而当施钾量达一定水平时 ,只有大幅度增加钾肥施用量 ,烟叶含钾量才显著增加 ,但对烟叶产量影响不大。施钾对烟叶含钾量的提高作用在生育后期最为显著。

黄土丘陵区刺槐人工林土壤养分特征及演变

为了探明黄土丘陵沟壑区人工林土壤养分状况及其演变规律,应用时空互代的方法,以刺槐林为代表,对该区不同利用年限的人工林土壤养分特征及其时空变化等进行了系统研究。结果表明,黄土丘陵区人工林土壤肥力处于低水平;人工林表层土壤养分中有机质和速效磷的空间变异性较大;坡度、坡向、坡位等环境因子对土壤养分有一定的影响。随利用年限的增加,人工林土壤全氮,有机质、碱解氮、速效钾含量及土壤养分指数均增加,与利用年限有极显著的相关性,其变化趋势符合y=axb模型。全氮,有机质和碱解氮随利用年限的增加量不显著,而速效钾每经过10年就有显著增加,全磷和速效磷含量则保持相对衡定的水平。黄土丘陵区人工林地土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾及养分指数年增长率分别约为0.20g kg、0.01g kg、0.69mg kg、2.27mg kg和0.04。该区人工林地土壤有机质、全氮、碱解氮及养分指数约需50年、速效钾约需30年可达到中上等养分水平。

黄土丘陵区人工林地土壤肥力评价

就黄土丘陵区人工林地土壤肥力状况进行了综合评价。结果表明,全氮、碱解氮和有机质是黄土丘陵区人工林土壤主要的肥力指标,其含量能更好地反映土壤肥力状况。利用年限小于10年的土壤肥力处于很低的水平,利用年限在10～20年间的土壤肥力处于较低水平,利用年限在20年以上的土壤肥力接近中等水平。黄土丘陵区人工林土壤养分中除全磷和速效钾外,其它养分含量均偏低,该区人工林土壤肥力总体水平偏低。

供钾方式对烟叶含钾量的影响

通过大田试验 ,研究了不同供钾方式对烟叶含钾量的影响及提高石灰性土壤上烤烟含钾量的可能途径。结果表明 ,施钾能显著提高烟叶产量 ,其中以粉肥结合喷优丰处理效果最好。在干旱条件下 ,增施钾肥可以显著提高烟叶含钾量 ,尤其能较大幅度提高中上部烟叶含钾量。粉肥对提高烟叶含钾量的效果稍优于粒肥。采用喷施“优丰 98- 2”进行根外补钾 ,可显著提高烟叶含钾量。在石灰性土壤上 ,干旱是提高烟叶含钾量的障碍因子。仅凭土壤施钾来提高烟叶含钾量 ,效果不稳定 ,受气候影响较大。土施结合喷施叶肥 ,是提高该区烤烟烟叶含钾量的有效途径。

引江济汉工程规划设计研究

引江济汉作为南水北调中线汉江中下游治理工程的重要组成部分,从长江上荆江河段附近引水至汉江兴隆河段。工程的主要任务是向汉江兴隆以下河段(含东荆河)补充因南水北调中线调水而减少的水量,恢复和改善该河段的生态、灌溉、供水和航运用水条件。简要介绍了引江济汉的工程规模、线路选择及其它规划设计关键技术问题的主要研究成果。

引江济汉工程规划设计关键技术研究

引江济汉作为南水北调中线汉江中下游治理工程的重要组成部分,是从长江上荆江河段附近引水至汉江兴隆河段。工程的主要任务是向汉江兴隆以下河段(含东荆河)补充因南水北调中线调水而减少的水量,恢复和改善该河段的生态、灌溉、供水和航运用水条件。本文简要介绍了引江济汉的工程规模、线路选择及其它规划设计难点问题及其主要研究成果。

黄土丘陵区撂荒地土壤抗冲性及相关理化性质

为了评价农地撂荒对土壤抗侵蚀性的影响,该文以黄土丘陵区自然撂荒地为研究对象,应用时空互代法,通过原状土冲刷试验对不同撂荒阶段(0～43a)的坡地土壤抗冲性进行了研究。结果表明:与对照(阶段Ⅰ)相比,随着撂荒年限的增加,表层(0～15cm)和中层(>15～30cm)土壤容重显著降低,而下层(>30～50cm)土壤容重变化较小(约下降0.5%)。土壤团聚体和抗剪强度(黏聚力C和内摩察角φ)在3个土层中均呈显著增加趋势,而土壤崩解速率在3个土层中均呈下降趋势,与表层相比,中层和下层土壤崩解速率减小幅度更大(约4.2和1.8倍)。土壤抗冲性随着撂荒年限的增大在表层呈先增加后稳定的趋势,在中层呈稳定增加而下层无显著变化,与对照相比,中层和下层土壤抗冲系数分别平均增大76.9%和30.7%。土壤团聚体和根系密度在3个土层中均是影响土壤抗冲性的关键因子。研究结果从土壤抗侵蚀性的角度为退耕还林工程的生态功能评价提供理论依据。

黄土丘陵区冻融对土壤抗冲性及相关物理性质的影响

在股状水流侵蚀比较发育的黄土丘陵区,土壤可蚀性主要依赖于土壤抗冲能力。为了揭示季节性冻融对土壤抗冲性的影响,该文借助模拟冲刷试验,设置了裸地对照(CK)、黑麦草传统密度(LD)和加倍密度(HD)3种处理,测定并分析了冻融前后土壤物理性质及其抗冲性。结果表明,与冻融前相比,表层土壤容重、团聚体含量和根系密度在3个处理中均未发生显著变化(P<0.05),土壤黏聚力略有下降,而崩解速率在处理CK、LD和HD中分别增加了20.6%、18.8%和7.3%。冻融作用延后了3个处理的主要产沙时间,降低了土壤抗冲能力,增加了冲刷中途泥沙流失速率。与未冻融相比,冻融作用增加了处理CK和LD泥沙流失量为19.41%和6.70%,但对处理HD影响较小(P<0.05)。冻融和根系共同作用在LD和HD处理上分别减少土壤流失量为3.72%和49.39%。该研究期望对完善土壤侵蚀机理提供一定的参考价值。

黄土丘陵区小流域植被建设的土壤水文效应

以纸坊沟流域为研究对象,研究了植被恢复后不同植被对土壤水分的影响情况,得出如下结论:①草地土壤水分含量大于灌木林地,灌木林地土壤水分含量大于乔木林地;②选用乡土树种油松造林对土壤的干化程度较轻,选用刺槐造林时要考虑立地条件和造林密度,林草隔带种植可以减轻土壤干化程度;③灌木林下阴坡土壤干层并不比阳坡干层程度轻。土壤干化程度和植被种类直接相关。此外,受种植密度及人为干扰影响;④和以前人们的认识不同,天然草本植被也会形成土壤干层,其中白羊草和长芒草形成有利于自身群落稳定的干层,但茭蒿形成的干层则对自身稳定不利,在植被建设上应引起足够重视。

用显微CT研究不同植被恢复模式的土壤团聚体微结构特征

为了更好了解不同植被恢复模式对土壤团聚体微结构的影响,该研究采用显微CT技术扫描3～5 mm土壤团聚体,获取了3.25μm分辨率的二维图像,并应用数字图像处理软件对团聚体孔隙结构进行三维重建,定量研究了黄土丘陵区不同植被恢复模式下（自然草地、人工灌木和坡耕地）土壤团聚体微结构特征。结果表明,两种植被恢复模式均显著提高了土壤有机碳含量和团聚体水稳性（P〈0.05）,降低了土壤容重。与坡耕地处理相比,自然草地土壤团聚体总孔隙度、大孔隙度（〉100μm）、瘦长型孔隙度分别增加了20%、23%和24%,而分形维数和连通性指数欧拉特征值分别降低了2%和75%,且各指标二者间差异均显著（P〈0.05）。人工灌木土壤团聚体的上述各项孔隙参数均优于自然草地（较坡耕地分别增加了70%、88%和43%以及降低了4%和92%）,且除欧拉特征值外,差异均显著（P〈0.05）。分形维数和连通性对土壤结构变化的响应相当敏感,可作为该地区植被恢复过程中土壤质量评价的指标,研究结果可为黄土高原土壤质量评价提供科学参考。