基于可见-近红外光谱技术的广东典型地区耕地土壤养分含量预测模型评估

【目的】可见-近红外光谱(Visible-near infrared spectroscopy,VNIRS)可以利用少量土壤样品建立预测模型,从而无损快速地预测土壤养分含量。然而,至今鲜见广东省土壤养分的VNIRS预测模型的报道。本研究旨在通过传统化学分析方法和VNIRS技术对广东典型地区的耕地土壤进行分析,构建土壤全量及速效养分含量的VNIRS预测模型,并评估利用光谱分析土壤全量和速效养分含量的可行性,为广东省土壤养分的快速检测及质量评估提供科学参考。【方法】本研究采集了粤东(梅州)、粤西(湛江)、粤北(韶关)、粤西北(肇庆)和珠三角(惠州和珠海) 5个地区共514份耕地土壤样品,测量样品有机质、全氮、可溶性有机碳、碱解氮和速效磷含量,同时利用VNIRS在400~2 490 nm波长范围内探明其全光谱特征,筛选定标样品,结合偏最小二乘法和主成分分析,建立预测模型,并在此基础上进行反向验证,评估模型的可行性。【结果】各地区土壤有机质、全氮、可溶性有机碳、碱解氮和速效磷含量及光谱特征均存在显著差异。有机质和全氮的定标预测模型效果较好,其中,粤西北地区的有机质定标相关系数达到0.831 1,珠三角地区的全氮定标相关系数达到0.789 8;可溶性有机碳、碱解氮和速效磷的预测模型效果在地区间差异较大,粤西北和珠三角地区碱解氮和速效磷的定标效果远优于其他地区。反向验证结果表明,有机质和全氮的预测值与实测值具有较好的相关性,决定系数(R2)最高分别达到0.69和0.65;粤西北和珠三角地区碱解氮的反向验证结果也较好,R2达到0.63和0.62;而可溶性有机碳和速效磷的反向验证结果总体较差。【结论】VNIRS技术能够区分省域内不同地区的土壤来源,可以作为未来土壤分类和土壤质量调查的重要评价指标。VNIRS技术能够较好地直接预测耕地土壤有机质和全氮含量,对可溶性有机碳、碱解氮、速效磷含量的预测存在明显元素差别和地区差异,今后需进一步筛选光谱范围或采用更优方式构建模型。

不同作物种植对光伏坡地土壤团聚体稳定性与有机碳的影响

为探讨种植不同作物对坡地土壤团聚体分布及其有机碳含量变化特征的影响,在光伏农业坡地项目区内采集玉米、大豆、南瓜片区以及未种植区土壤样品(各处理分别记作YM、DD、NG、CK),测定不同片区的土壤机械稳定性团聚体和水稳定性团聚体的分布特征及其不同粒径(d>2 mm、0.25 mm≤d≤2 mm、d<0.25 mm)团聚体的有机碳含量,计算土壤团聚体破坏率,同时对土壤团聚体分布比例及其有机碳含量进行相关性分析。结果表明:与CK相比,种植活动使土壤的机械稳定性和水稳定性大团聚体分布比例显著降低,其破坏率显著升高(P<0.05);而不同作物之间,土壤的团聚体破坏率表现为玉米>大豆>南瓜(P<0.05),YM、DD较NG处理显著提高了44.2%和23.1%。与CK相比,种植区土壤有机碳及水稳定大团聚体有机碳的含量显著降低(P<0.05);不同作物处理之间,NG处理的有机碳含量分别显著高于YM和DD处理19.3%和15.4%,且其不同粒级团聚体有机碳含量也显著高于YM和DD处理(P<0.05)。相关性分析结果显示,水稳定性大团聚体分布比例与土壤有机碳含量呈显著正相关(P<0.05),与团聚体破坏率呈显著负相关,而微团聚体情况则相反(P<0.05)。研究表明,光伏农业坡地项目区种植作物造成土壤团聚体破坏及有机碳流失,但不同作物品种对其影响不同,其中南瓜种植对土壤扰动和有机碳流失的影响最小,是光伏农业坡地项目区的优选作物。另外,为了缓解项目区土壤团聚体破坏及有机碳流失,应补充土壤有机质,采取保护性耕作措施。

生物炭施用对土壤中蚯蚓的影响

生物炭广泛用于固废处理、土壤固碳和改良修复等领域,但有研究显示土壤施用生物炭会对蚯蚓造成危害。蚯蚓作为陆地生态系统中生物量最大的土壤动物,对土壤生态系统意义重大。通过调查国内外相关文献,从蚯蚓的生态特征、不同原料来源和热解温度制备的生物炭特征及其对土壤的作用和生物炭对蚯蚓的影响等方面对现今的研究成果进行综述,得出以下结论:不同原料来源和热解温度制备的生物炭对蚯蚓产生的影响不同,高热解温度和施用量可能对蚯蚓产生更强的毒害。生物炭对蚯蚓的影响分为直接影响和间接影响。直接影响方面,蚯蚓在土壤中直接取食生物炭可能会造成物理损伤;间接影响方面,生物炭的施用压缩了蚯蚓的生存空间,减少其可食用的微生物来源,提高土壤pH,改变土壤污染物组成,会对蚯蚓产生不利影响。未来应加强不同生态类型蚓种和田间定位等方面的研究。