古日乃湖盆沉积物发育土壤盐分与碳酸钙积累机制

干旱区湖泊是维持生态脆弱区环境平衡的重要载体,随着环境变化和人类对水土资源的不合理利用,我国干旱区湖泊日渐萎缩、干涸直至消失。湖泊干涸过程中,地下水位持续下降,风积物不断加积,土壤演化过程随之发生变化,但关于湖泊沉积物发育土壤演化特征的研究十分匮乏。本研究结合土壤发生学和地球化学方法分析了古日乃湖盆沉积物发育土壤的盐分与碳酸钙积累特征与机制。结果表明:盐分积累是古日乃湖盆土壤形成的主要特征,盐化土壤表层水溶性盐含量、Na^(+)浓度和钠吸附比分别为13.15~650.50 g·kg^(-1)、186.9~12114.7 mmol·L^(-1)、22.3~890.5(mmol·L^(-1))^(1/2),土壤具有高含盐量、高Na^(+)浓度与高钠吸附比,表现出强度盐化特征。古日乃湖盆干涸,土壤积盐过程由现代盐化向残积盐化演化,盐分类型由氯化物型、氯化物-硫酸盐型向硫酸盐-氯化物型、硫酸盐型转变。借助于与Ca地球化学行为相似的Sr同位素组成分析,表明土壤碳酸钙以次生碳酸钙为主,其占比超过碳酸钙总量的80%;土壤碳酸钙主要来源于母质和地下水,地下水持续供给Ca^(2+)是碳酸钙强度积累形成钙磐的基础。古日乃湖盆土壤盐分与碳酸钙积累特征可为评估环境变化背景下土壤的形成与演变,并为预测我国内陆河尾闾湖地区土壤与生态环境变化提供科学依据。

水耕人为土有机碳和全氮对水分状况和耕作时间的响应

以我国南方地区数十年至千年尺度的水耕人为土时间序列为研究对象,分析水耕人为土有机碳(SOC)和全氮(TN)对水分状况和耕种时间的响应,阐明不同水分类型水耕人为土的固碳趋势。结果表明,水耕人为土SOC的演变特征和固碳能力受水分状况和起源土壤SOC含量的影响很大。进贤序列(地表水型)在种稻初期SOC的增加主要集中在耕作层,到一定阶段后下层也明显增加。慈溪序列(良水型)SOC只在耕作层累积,种稻50 a内基本达到饱和。中山序列(地下水-良水型)SOC在种稻30 a内达到饱和,之后随地下水位的下降而略有下降。相比之下,宝应序列(地下水-良水型)SOC在种稻5 a内相对稳定,之后在15 a内地下水位明显下降,SOC显著降低。不同水分类型水耕人为土耕作层碳氮比(C/N)随耕种年限的增加均表现出明显的趋同性,高度熟化的水耕人为土耕作层可能存在相近的碳氮耦合平衡。地表水型水耕人为土在300 a内可一直作为相对稳定的农田有机碳汇,但固碳速率偏低。进贤、中山和宝应序列水耕人为土TN的演变特征和其SOC的演变特征基本一致。慈溪序列土壤含有较多的无机氮,TN的演变特征和其SOC的演变特征差异很大。要注意评估无机氮含量高的水耕人为土在长期耕种过程中土壤氮富集或亏损对环境的影响。

华西雨屏区植被恢复对紫色土酸化的影响

退耕还林是控制水土流失、恢复森林植被和改善生态环境的重要举措。植被恢复进程中会发生土壤酸化,进而影响植物生长,厘清不同还林树种对土壤酸化的影响程度及作用机制有助于更好地评估退耕还林工程的整体生态效益。以华西雨屏区紫色土坡耕地(玉米)为对照,分析了退耕20a后柳杉纯林、柳杉-光皮桦混交林、慈竹林和茶园土壤pH的变化及其垂直分异。结果表明:玉米地、慈竹林、茶园、混交林和柳杉纯林0—50 cm土壤pH平均值分别为5.66、5.55、5.12、5.03和5.00,相较于玉米地,柳杉纯林、混交林和茶园土壤pH值显著下降(P<0.01),土壤酸化严重。相较于玉米地土壤pH值的均匀分布,植被恢复不同类型人工林pH值随土壤深度的增加而增加,10—50 cm土壤pH值(4.89—5.90)显著高于0—10 cm土壤pH值(4.72—5.21)(P<0.01),表层土壤酸化最明显。土壤pH值与土壤有机质含量呈极显著负相关,而与风化指数Na/K比值呈显著正相关,有机质含量和Na/K比值共同解释了土壤pH值变化的53.9%,表明植被恢复引起的土壤有机质积累与长石类矿物风化是驱动紫色土酸化的重要过程。通过对紫色土人工林酸化特征及其过程的揭示,可为华西雨屏区森林生态系统恢复及其管理提供科学依据。

土地利用方式改变对紫色水稻土不同形态钾演变特征的影响

近年来紫色水稻土区农业种植结构发生很大变化,深刻影响了土壤钾素的赋存形态和动态平衡。厘清土地利用方式改变对紫色水稻土不同形态钾演变特征的影响,对紫色水稻土区钾肥管理和环境保护具有重要意义。运用时间序列方法,分析了紫色水稻土在撂荒、旱作和改为鱼塘后土壤不同形态钾的动态变化特征和影响因素。结果表明紫色水稻土利用方式改变后,土壤水溶性钾与土壤水分状况密切相关。撂荒和旱作均会降低土壤水溶性钾含量,改为鱼塘后能提升土壤水溶性钾含量。3种土地利用方式均能提升土壤交换性钾和非交换性钾含量,提升幅度和提升速率为旱作>撂荒>养鱼。紫色水稻土改为鱼塘5 a后或撂荒12 a后土壤不同形态钾之间可以达到大致的平衡,而旱作20 a后土壤不同形态钾之间仍未达到大致的平衡。紫色水稻土利用方式改变后土壤黏粒含量和黏粒矿物的动态变化与土壤中的钾平衡有关。土地利用方式改变导致的土壤有机质(SOM)损失可能会影响土壤钾的赋存形态和动态平衡,进而引起土壤黏粒的富集和黏粒矿物的变化,今后要加强这方面的研究。

南方丘陵区不同母质水耕人为土发育速率的比较

如何度量水耕人为土的发育程度和发育速率是土壤发生学的一个难题。选择南方丘陵区3种常见母质(紫色砂页岩类坡积物PS、第四纪红黏土RC和红砂岩类坡积物RS)发育的水耕人为土时间序列作为研究对象,尝试利用属性距离和土壤发育指数来表征水耕人为土的发育程度,揭示母质对水耕人为土发育速率的影响。结果表明,水耕人为土剖面形态特征经定量后和属性距离一样能够表征水耕人为土发育的时间趋势,在指示水耕人为土的发育程度和估算发育速率上有重要意义。有机碳(SOC)、pH、黏粒含量和磁化率(MS)在计算发生层距离(HD)中贡献很大,而土壤颜色和湿结持性在计算发生层指数(HI)中起着重要作用。RC母质的土壤,土层较厚,颜色红,黏粒含量较高,保肥和保水状况好,土粒的黏结性和可塑性较好,SOC容易累积,发育速率最快。PS母质的土壤,土层较厚,细颗粒(黏粒+细粉粒,<0.01mm)含量高,保肥和保水状况好,土粒有一定的黏结性和可塑性,SOC容易累积,发育速率次之。RS母质的土壤,黏粒和细颗粒含量均很低,土层薄,保肥和保水状况以及黏结性和可塑性差,SOC很难累积,发育速率最慢。母质对水耕人为土发育过程的影响可以通过影响其发育速率表现出来。研究同时显示,水耕人为土平均发育速率远较自然土壤快,并在人为培育下快速定向发育。但随着种稻年限的增加,水耕人为土的发育速率普遍下降,水耕人为土发育速率和成土年龄的关系大致符合对数关系。这种定量方法可以提高对水耕人为土形成过程的理解并能实现不同地区水耕人为发育速率的定量比较,有较好的使用前景。但此方法仍处于试验探讨阶段,有待更多的研究来验证和改进。

曹妃甸围海工程海域海水污染物分布特征与污染源识别

分析了曹妃甸围海工程海域海水及沉积物中15种污染物的污染状况,运用因子分析法解析了污染物的来源.结果表明,石油类和重金属污染物属二类海水水质标准,无机氮和磷酸盐超标,海水轻度富营养化.曹妃甸海域海水污染物的第一个物源因子(FC1)(浊度、悬浮物、COD、无机氮和磷酸盐)对6月和9月污染物贡献分别为36.2%和35.7%,第二个物源因子(FC2)(Hg、Cu和Pb)对6月和9月污染物贡献分别为20.0%和17.5%,第三个物源因子(FC3)(As和Cd)对6月和9月污染物贡献分别为9.1%和20%.远岸海区表现为高FC2物源,低FC1和FC3来源,港口海区表现为高FC3物源,河口海区表现为高FC1和FC2物源,具有明显的近岸人为污染影响;陆源排污是此海域污染物的最主要来源.可为当地环境保护决策和监管责任落实提供依据.