基于土壤化学性质与神经网络的羊草碳氮磷含量预测

生态化学计量学是研究植物-土壤相互作用与从元素计量的角度分析生物地球化学元素区域循环规律的新思路,是当前生态化学计量学的研究热点和前沿。该文以羊草碳、氮、磷的含量为研究对象,选用能够模拟输入与输出层非线性关系的径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络,在土壤相关化学性质与羊草碳、氮、磷含量之间建立模型,构建最优的羊草碳、氮、磷含量的预测模型。研究结果显示,采用土壤营养元素及相关化学性质作为输入层,羊草碳、氮、磷含量作为输出层,利用Matlab软件建立RBF神经网络模型,模拟预测羊草碳氮磷平均质量分数分别为411.46,18.25和1.11 mg/g,皆低于全球陆生植物叶片碳氮磷的平均含量;羊草C/N值、C/P值和N/P平均值分别为24.70、429.24和17.92,皆高于全球陆生植物叶片C/N值、C/P值、N/P值;羊草N/P为17.92,其生长主要受P元素的限制。预测结果与实际情况比较符合,这说明RBF人工神经网络模型用于模拟预测羊草碳、氮、磷含量与土壤化学性质之间的关系是可行的,可以较准确地估测羊草碳氮磷含量,平均相对误差分别为1.39%,4.69%和7.65%。

草地退化演替阶段羊草叶片碳氮磷化学计量学研究

C、N、P是生物地球化学循环中的重要元素,在生态系统中占有重要地位,植物体内特别是叶片C、N、P的生态化学计量学特征一直是生态学研究的一个热点。通过测定吉林省姜家甸草地不同退化演替阶段羊草叶片中C、N、P含量,研究了草地退化演替阶段羊草叶片生态化学计量特征。结果表明:C含量轻度退化草地最高,极严重退化草地最低;N含量极严重退化草地最高,未退化草地最低;P含量极严重退化草地最高,中度退化草地最低;C/N未退化草地最高,极严重退化草地最低;C/P中度退化草地最高,极严重退化草地最低;N/P重度退化草地最高,未退化草地最低。未退化草地羊草受N和P共同限制,退化草地主要受P限制。生态化学计量学特征对草地不同退化演替阶段具有指示意义。

吉林西部退化草地中羊草的生长率和异速生长关系的研究

利用吉林西部草地不同退化演替阶段中,羊草不同器官(根茎叶)生物量和各器官中C、N、P元素的数据,采用简化主轴回归方法验证生长率假说,并对异速生长关系进行。结果表明,随着草地退化演替的进行,在N、P元素限制下,吉林西部退化草地上生长的羊草不符合生长率假说。羊草茎中N、P呈显著的异速生长关系;羊草叶片中C、P以及N、P呈显著的异速生长关系,其余器官中C、N、P之间没有显著的相关关系。吉林西部退化草地中羊草的生长不符合3/4法则。

基于生态化学计量学的土壤-植物系统在退化草地群落演替中的养分响应

以吉林省西部退化草地为研究对象,基于生态化学计量学理论,分析吉林省西部退化草地群落演替各个阶段,土壤和优势物种(羊草)根、茎、叶中C、N、P元素含量及其比值的生态化学计量特征,以及随着演替的进行,C、N、P元素含量及其比值的变化特征。结果表明:吉林西部退化草地中土壤和根C、N、P元素含量低于我国元素含量均值,其中,P元素属于极贫乏水平。随着草地演替程度的加深,羊草根、茎、叶中N、P元素含量呈先降低后升高的变化趋势。土壤C∶N、C∶P和N∶P远低于我国土壤均值,并且C∶P>C∶N>N∶P。从草地系统中土、根、茎、叶元素比值来看,C∶P与N∶P在土壤中最低,根系中最高。从N:P来看,羊草在A1(羊草群落)阶段受到N元素的限制,在A2(羊草+虎尾草群落)、A3(虎尾草+羊草+碱茅群落)和A4(碱茅+虎尾草+碱蓬+羊草群落)阶段受到P元素的限制,在演替程度最大的A5(碱蓬+碱茅+虎尾草+羊草群落)阶段受到N、P两种元素的限制。

吉林省中部土壤重金属元素环境风险评价

采用Hakanson潜在危害指数法对吉林省中部地区71个土壤样点Cr、Ni、Cu、Zn、As、Hg、Cd、Pb 8种重金属元素进行农业土壤生态环境风险评价,旨在为重金属污染预警与防治提供依据。结果表明:吉林省中部地区重金属元素潜在生态风险整体较低,土壤环境较为清洁,其中84.51%的样点处于低度生态风险等级,14.08%的样点处于中度生态风险等级,1.41%的样点处于重度生态风险等级。扶余—榆树工作区样点多处于低度生态风险等级;研究区中度生态风险等级的样点基本集中在公主岭—梨树工作区,该区发达的交通线路和大量的化肥施用可能是导致其生态风险等级较高的原因之一;重度生态风险等级样点出现在长春市内的一工厂附近,数据显示该点存在一定程度的Cd污染。公主岭—梨树区与长春市工业区附近农田土壤的重金属污染防治应引起重视。

应用黄花草木樨斯列金1号防治退化土壤研究

土地退化是一个世界性的环境问题,中国是世界上土地退化最严重的国家之一,松嫩平原是一个正处于退化发展过程中的典型地区。目前,松嫩平原大约有22%的土地发生了不同程度的退化,也称荒漠化。至今还没有大面积治理退化土地的有效方法。通过对种植黄花草木樨样地的监测,根据土壤物理化学性质的变化分析了防治退化土壤的效果。结果表明,在种植黄花草木樨后,土壤中的有机质、水解性氮、全氮含量都明显增加。土壤脱盐率较高,土壤中盐分含量、pH值和碱化度明显降低。土壤中硒和钼含量普遍减少。黄花草木樨还可有效地改善土壤的通透性能,土壤容重变小,孔隙度增大。土壤的含水量及田间持水量提高,保水持水能力增强。种植黄花草木樨斯列金1号可提高土壤肥力,改善土壤物理性状,防止或减缓水土流失,而且还可提供丰富的优质牧草,其种籽有重要的经济开发价值。

吉林省西部土壤硒含量、形态分布及影响因素

通过对吉林省西部洮南市、通榆县和乾安县3个地区的50个表层土壤样品进行调查研究,探讨其土壤硒含量、形态分布及其影响因素,从而为吉林省西部土壤硒改良提供科学依据。研究结果表明:洮南市、通榆县和乾安县土壤硒含量平均值分别为0.130,0.118,0.104 mg/kg。研究区的土壤62%属于缺硒土壤,余下的38%属于少硒土壤。洮南市以残渣态硒(32.77%)、强有机结合态硒(20.17%)和离子交换态硒(16.81%)为主;通榆县以强有机结合态(23.21%)、残渣态(22.32%)和腐植酸结合态硒(22.32%)为主;乾安县以强有机结合态(26.53%)、离子交换态(18.37%)和碳酸盐态硒(16.33%)为主。残渣态和强有机结合态是吉林西部土壤硒的主要形态。土壤铁锰结合态硒与土壤p H呈显著正相关,土壤强有机结合态硒与土壤p H呈显著负相关。残渣态硒、强有机结合态硒与土壤有机质含量、土壤腐殖质含量和土壤阳离子交换量呈显著正相关。土壤水溶态硒与土壤阳离子交换量也呈显著正相关。水溶态硒、离子交换态硒、碳酸盐态硒和强有机结合态硒受到土壤相关组分(Fe、Mn、As、F、Ca O、Si O2)的影响较大,而腐植酸结合态硒、铁锰结合态硒和残渣态硒与土壤相关组分关系不大。