宁夏枸杞园土壤中新烟碱类农药残留特征及风险评估

【目的】摸清宁夏枸杞园土壤中新烟碱类农药吡虫啉和啶虫脒残留水平和风险状况,为宁夏枸杞产业健康发展提供科学依据。【方法】选择种植1,3,6,9,12,15和18年(弃耕2年)枸杞园,在距离枸杞植株主干3 cm、冠层正下方、冠层边缘和距冠层外缘50 cm 4个水平方向,及树冠正下方0~20,20~40,40~60,60~80和80~100 cm 5个垂直方向分别采集土样,采用高效液相色谱-串联质谱法测定分析土样中吡虫啉和啶虫脒的残留特征,运用风险商值法和美国环境保护署(USEPA)方法,评价宁夏枸杞园土壤中新烟碱类农药吡虫啉和啶虫脒残留引起的环境风险和对人体的暴露风险。【结果】①宁夏枸杞园表层土壤中吡虫啉和啶虫脒残留量分别为ND~162.66 ng/g(平均37.33 ng/g)和ND~101.50 ng/g(平均24.30 ng/g)。水平方向上在树冠正下方2种农药残留量和检出率都较低。0~100 cm土层内,随着土层深度的增加,吡虫啉和啶虫脒的残留量均急剧下降。②种植1~12年,随着种植年限的增加,枸杞园土壤中吡虫啉和啶虫脒的残留量都有逐渐增大趋势。种植15年的土壤新烟碱类农药在80~100 cm土层有明显富集现象。③种植3~15年的表层土壤中新烟碱类农药存在中等环境风险;种植3~12年在20~60 cm土层部分有中低风险,但60~100 cm土层均无潜在环境风险。④宁夏枸杞园土壤中吡虫啉和啶虫脒的暴露风险主要以土壤摄入和皮肤接触为主;儿童对土壤中吡虫啉和啶虫脒的潜在暴露风险远高于成人;目前宁夏枸杞园土壤中新烟碱类农药不会对当地居民的健康带来危害。【结论】宁夏枸杞园土壤中新烟碱类农药残留量较低,对土壤环境有中低风险,但对人体健康无危害。

贺兰山西坡不同植被类型土壤理化性质和酶活性特征

【目的】探讨贺兰山西坡不同植被类型土壤理化性质对土壤酶活性的影响,为干旱区森林生态系统土壤酶活性变化、养分循环模式和调节机制研究提供参考依据。【方法】以贺兰山西坡土壤为研究对象,按照海拔梯度依次选择荒漠草原(海拔1349 m)、灰榆Ulmus glaucescens林(1905 m)、蒙古扁桃Amygdalus mongolica灌丛(2134 m)、油松Pinus tabuliformis林(2150 m)、青海云杉Picea crassifolia-山杨Populus davidiana混交林(2160 m)、青海云杉林(2635 m)和亚高山草甸(2664 m)等7种典型植被类型。每个植被类型设置3个重复样地,通过野外调查取样与室内分析相结合的方法,对土壤理化性质(含水率、容重、pH、有机碳、铵态氮、全氮、全磷、有效磷)和酶活性(β-葡糖苷酶、纤维二糖水解酶、α-葡糖苷酶、β-木糖苷酶、蔗糖酶、淀粉酶)进行测定,利用方差分析和冗余分析探明不同植被类型土壤酶活性质量分数差异,并分析其影响要素。【结果】0~10和10~20 cm土层土壤含水率、有机碳质量分数随海拔上升整体呈现上升趋势;而土壤容重随海拔上升在0~10与10~20 cm土层整体呈现下降趋势;土壤全磷、全氮、铵态氮和有效磷质量分数以及pH在0~10和10~20 cm土层中随海拔上升无显著变化规律;在不同海拔植被带0~10 cm土层土壤各酶活性高于10~20 cm土层;土壤纤维二糖水解酶与β-葡糖苷酶随海拔升高在0~10 cm土层呈上升趋势,淀粉酶活性随海拔升高在0~10 cm土层呈先升高后降低再升高趋势,而α-葡糖苷酶、β-木糖苷酶和蔗糖酶活性在不同植被带不同土层之间均变化幅度较小且差异不显著;在0~10与10~20 cm土层,土壤有机碳、全磷、铵态氮、含水率是土壤酶活性的主要影响因素。【结论】海拔梯度变化引起贺兰山西坡土壤理化性质显著变化,进而调控森林土壤酶活性沿海拔及土层分布的变化,其中土壤有机碳、pH及含水率是土壤酶活性的主要影响因素,能较好地解释土壤酶活性的海拔梯度差异。

盐碱胁迫下湖南稷子苗期根系分泌物代谢组学

盐碱胁迫下植物根系分泌物包含丰富生化信息并具有重要生态作用。为了探讨耐盐碱牧草湖南稷子(Echinochloa frumentacea)在盐碱胁迫下根系分泌物组成,揭示其在盐碱胁迫下的生理及生态作用,以湖南稷子为试验对象,在人工气候室开展水培试验,并在苗期分别进行中性盐(NaCl+Na_(2)SO_(4)100 mmol/L)、碱性盐(NaCl+NaHCO_(3)100 mmol/L)和碱(Na_(2)CO_(3)+NaHCO_(3)50 mmol/L)处理。在处理3 d后,利用液质联用仪(LC⁃MS/MS)检测对照组和处理组根系分泌物的化合物成分。结果表明,盐碱胁迫下湖南稷子根系分泌物共有334种化合物。依据正交偏最小二乘法判别分析(OPLS、|DA),重要值(VIP)得分及t检验的P值,发现对照比SaSo100(碱性盐处理100 mmol/L),对照比Soda50(碱处理50 mmol/L)和对照比Salt100(中性盐处理100 mmol/L)分别有22、15和21个差异根系分泌物。其中碱性盐和碱处理下根系分泌物组成相近,包括脂质、酚酸,生物碱,苯酞类,氨基糖,萜类,醌类,氨基酸及其衍生物;中性盐处理下有脂质、酚酸,生物碱,苯酞类,萜类。京都基因与基因组百科全书注释及富集发现,盐碱胁迫下根系分泌物不仅含有三羧酸循环代谢产生的碳水化合物、核苷酸,氨基酸,脂肪酸,类脂和维生素等物质,而且与瓦博格效应、膜运输,信号传导以及遗传信息处理等途径有关。研究表明,湖南稷子通过根系分泌物渗出,调节自身代谢物浓度,加强或改变碳同化、呼吸作用、信号传导等提高对盐碱胁迫的适应性。

基于文献计量的土壤遗留效应研究现状与热点分析

土壤遗留效应是介导植物群落和土壤特性之间相互作用的重要机制,不仅影响着植物群落动态和物种共存,同时在土地利用和管理方面也发挥着重要作用。本文基于Web of Science数据库中检索到的2000~2022年发表的相关文献进行计量学分析,探讨此研究领域的研究现状以及热点问题。结果表明:土壤遗留效应的发文量总体呈现上升趋势,美国农业部是发文量最多的机构(646篇),以中国科学院为代表的国内科研机构对该领域的发展也做出了积极贡献;生态学、环境科学、土壤学和植物学是该领域的主要发文学科,这些学科的交叉合作对深入了解土壤遗留效应起着关键作用;在国际合作方面,该领域已显示出全球交流和联系日益密切的趋势,但考虑到地理位置等因素,未来各研究团队仍需保持密切合作,共同加强该领域高水平、高认可度研究成果的产出;目前,该领域的热点问题集中在土壤遗留效应对土壤微生物群落、农业土地管理和不同生态系统恢复的影响,以及气候因素在驱动遗留效应中的作用。未来的研究可以进一步探讨这些问题,并结合新兴技术手段,如遥感技术、GIS技术和模型模拟等,推动土壤遗留效应的定量评估和预测,为实现可持续土地管理和生态系统发展提供支撑。

基于文献计量分析近11年土壤有机碳的研究进展

为了解土壤有机碳的研究现状和热点动态,基于文献计量分析,在Web of Science核心数据库中以土壤有机碳为主题词进行检索,通过筛选将得到的891篇相关高被引论文作为研究数据,利用VOSviewer和Citespace软件对以土壤有机碳为主题词的文献进行定量分析。结果表明:1)高被引文献在2012-2022年间总体呈上下波动状态。2)环境科学、生态学和多学科科学等学科是土壤有机碳研究涉及的主要学科领域,多学科科学逐渐成为研究的主要趋势,在该领域占有重要地位。3)Yakov Kuzyakov和中国科学院是土壤有机碳研究相关领域的主要贡献作者和机构;中国科学院和Yong Sik Ok分别为该研究领域内与其他科研机构和作者之间合作最为密切的机构和作者。4)通过对关键词和突现词的分析得出,该领域的主要研究热点和发展趋势主要集中在土壤中CO_(2)含量的变化对大气中温室气体含量与气候变化之间的关系、农业土地利用中土壤有机碳封存与固定和热解温度对生物炭影响的相关研究。总体而言,在全球气候变暖的背景下,土壤有机碳的研究仍然是目前研究的热点主题,今后应更加注重不同环境、不同区域间的协同研究,从而进一步探明全球气候变化对土壤有机碳的影响。

基于无人机高光谱遥感和机器学习的土壤水盐信息反演

精准诊断盐碱农田水盐信息有助于保护耕地面积、长效提升土壤地力。本研究基于无人机高光谱数据提取田块尺度植被冠层光谱信息,利用标准正态变量(SNV)、多元散射校正(MSC)、一阶微分(FDR)和二阶微分(SDR)分别对原始光谱反射率(R)进行数学变换,通过最大相关系数绝对值(MACC)确定土壤含水量(SWC)、pH值和含盐量(SSC)的最优光谱变换形式,并采用竞争性自适应重加权采样法(CARS)对其进行特征波段提取,基于偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)和极端梯度提升(XGBoost)建立土壤水盐信息反演模型。结果表明:土壤含水量、pH值和含盐量分别以R、FDR和MSC为最佳光谱变换形式,所对应的MACC分别为0.730、0.472和0.654。CARS算法能有效剔除无关变量,从150个光谱波段中优选出16~17个特征波段。土壤含水量和pH值均以XGBoost模型表现最佳,模型验证决定系数(R_(p)~2)分别达0.927和0.743,相对分析误差(RPD)分别达3.93和2.45;土壤含盐量以RF模型为最优反演方法,R_(p)~2和RPD分别为0.427和1.64。本研究结果可为土壤水盐信息空天地一体化遥感监测提供参考方案,为盐碱地改良和保护性耕作提供科学依据。

基于分数阶微分技术的土壤水盐信息高光谱反演

准确高效获取土壤水盐信息是盐碱地改良和可持续利用的前提。本研究以地面野外高光谱反射率和实测土壤水盐含量为数据源,利用分数阶微分(FOD)技术对原始光谱反射率进行步长为0.25的处理,从光谱数据与土壤水盐信息相关性层面筛选FOD阶数,构建二维光谱指数,采用支持向量机回归(SVR)和地理加权回归(GWR)建立土壤水盐含量反演模型并进行验证。结果表明:FOD技术可以在一定程度上减弱高光谱噪声并挖掘潜在光谱信息,提高高光谱反射率与土壤含水量(SMC)、pH值和含盐量的相关性,相关系数最高分别提升0.98、1.35和0.33。与一维光谱相比,FOD结合二维光谱指数筛选的特征波段组合对SMC、pH值和含盐量的响应更敏感,分别以1.5、1.0和0.75阶为最优,其中,SMC最大相关系数绝对值的最佳组合波段为570、1000、1010、1020、1330和2140 nm;pH值为550、1000、1380和2180 nm;含盐量为600、990、1600和1710 nm。相较于原始光谱反射率,SMC、pH值和含盐量最优阶次估算模型验证决定系数(R_(p)^(2))最高分别提升1.87、0.94和0.56。所建模型中GWR精度整体优于SVR,其中GWR最优阶次估算模型R_(p)^(2)分别为0.866、0.904和0.647,相对分析误差为3.54、4.25和1.86。研究区土壤含水量和含盐量总体呈西部低、东部高的空间分布特征,西北部土壤碱化问题较为严重,东北部较轻。研究结果可为引黄灌区土壤水盐高光谱反演提供科学依据,为盐碱地精准农业实施和管理提供新的策略。

基于分数阶微分光谱指数的银川平原土壤含盐量反演

土壤盐渍化是制约我国干旱半干旱地区农业生产、粮食安全和可持续性发展的重要因素之一。为探寻更优的高光谱数据反演土壤含盐量的方式,本研究以银川平原为研究区,以高光谱反射率和实测土壤含盐量为数据源,对原始反射率进行分数阶微分变换,利用二维光谱指数筛选敏感参量,建立土壤含盐量的多元线性回归(MLR)和支持向量机(SVM)模型(样品n=133)。结果表明:微分变换可以有效增强高光谱信息对土壤含盐量的响应,整数阶以1阶微分效果最优,相关系数为0.486;分数阶以0.9阶效果最优,相关系数为0.461;通过分数阶微分与二维光谱指数筛选的特征波段组合与土壤含盐量的相关性较一维波段更高;SVM模型的精度优于MLR模型,两种模型皆以1.1阶精度最佳,其中SVM模型验证决定系数(Rp^(2))、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)分别为0.839、0.96和2.46;MLR模型Rp^(2)、RMSE和RPD分别为0.730、1.32和1.79;通过反距离权重法的SVM插值图可以较好地预测银川平原的土壤含盐量状况。研究结果可为提高土壤含盐量的高光谱反演精度提供科学支撑,为盐碱地的准确诊断和改良利用提供基础。

不同光谱类型对银川平原土壤含盐量反演精度的影响与校正

土壤盐渍化是导致土壤质量下降、耕地减产的重要因素之一。为准确快速评价银川平原土壤含盐量,本研究对野外高光谱数据和室内高光谱数据进行一阶微分(FDR)变换,逐步回归(SR)筛选特征波段,利用偏最小二乘回归(PLSR)与支持向量机(SVM)进行建模,明确适用于本地区土壤含盐量准确反演的光谱类型,并对较差光谱类型进行分段校正与全局校正,尝试提高土壤含盐量反演精度。结果表明:基于野外光谱的土壤含盐量反演模型精度比室内光谱平均高58.9%;对室内光谱进行分段校正、全局校正后反演精度均有提高,其中,PLSR以分段校正精度更高,建模决定系数(R_(c)^(2))、验证决定系数(R_(p)^(2))和相对分析误差(RPD)分别为0.790、0.633和1.64,而SVM以全局校正精度更高,R_(c)^(2)、R_(p)^(2)和RPD分别为0.927、0.947和3.87;SVM模型的反演精度高于PLSR,其中,野外光谱建模效果最佳,室内全局校正光谱与室内分段校正光谱次之,室内光谱最差。因此,野外高光谱可实现对银川平原土壤表层含盐量的定量反演,经校正的室内光谱对土壤含盐量反演精度显著提升,均可为粮食安全与生态环境高质量发展提供保障。

河西走廊中部戈壁地表甲虫群落动态变化及其影响因素

地表甲虫是戈壁主要的地表昆虫类群,但我们对其种属组成和活动节律的认识还很有限。2018–2020年1–12月我们利用陷阱法对河西走廊中部典型砾质戈壁地表甲虫种类及数量进行了连续观测,并测定了该区降水和温度。本文研究发现:(1)戈壁地表甲虫由步甲科、叶甲科、象甲科、粪金龟科和拟步甲科5科21种组成,阿小鳖甲(Microdera kraatzi alashanica)、戈壁琵甲(Blaps gobiensis)和波笨粪金龟(Lethrus potanini)是优势地表甲虫种;(2)戈壁地表甲虫活动节律存在明显年季变异,地表甲虫的活动期在3–10月,地表甲虫活动密度的最大值出现在4–7月,而物种丰富度的最大值均在5月出现;(3)降水增多的2019年地表甲虫的活动密度明显增加,且2019年地表甲虫物种丰富度和多样性指数显著高于2018年;(4)地表甲虫的取食类型和个体大小影响它们的活动节律,降水增多的年份提高了植食性的象甲科和部分拟步甲科的活动密度,而一些拟步甲科的活动密度对降水的响应存在一定的滞后性;(5)降水和温度变化强烈影响地表甲虫活动节律,地表甲虫的个体数和物种数与月降水量和月平均温度呈显著的二次曲线和指数关系,植食性和捕食性甲虫对降水及温度变化响应较腐食性甲虫敏感,大甲虫对降水变化的响应较中甲虫和小甲虫敏感。总之,降水及温度变化影响了戈壁地表甲虫的活动节律,而不同地表甲虫种对二者的响应因其生理生态特征不同而异,从而影响了地表甲虫群落动态变化规律。

荒漠区油蒿(Artemisia ordosica)灌丛冠层中节肢动物群落结构特征

为了揭示荒漠区油蒿(Artemisia ordosica)灌丛冠层中节肢动物群落结构分布特征,以榆阳、盐池和沙坡头为研究区,调查了油蒿灌丛冠层节肢动物群落组成及多样性分布特征,分析了油蒿灌丛冠层节肢动物个体数分布与灌丛枝叶可溶性糖、粗蛋白、粗脂肪、全N、全P和全K含量的相关关系。结果显示:(1)3个研究区油蒿灌丛冠层节肢动物优势类群均为寄蝇科;榆阳和盐池研究区冠层节肢动物共有优势类群为花蝇科,盐池和沙坡头研究区冠层节肢动物共有优势类群为食蚜蝇科;榆阳研究区冠层节肢动物优势类群还包括姬蜂科,盐池研究区冠层节肢动物优势类群还包括广肩小蜂科,沙坡头研究区冠层节肢动物优势类群还包括蚁科。(2)冠层节肢动物个体数和类群数均表现为榆阳研究区显著高于盐池和沙坡头研究区(P<0.05),而盐池和沙坡头研究区间无显著差异(P>0.05)。Shannon指数和优势度指数均表现为榆阳、盐池和沙坡头研究区间无显著差异(P>0.05)。(3)油蒿植物全N含量是冠层节肢动物个体数分布产生差异的主要因素。(4)油蒿灌丛冠层节肢动物群落组成、个体数和类群数分布均受降水分布的影响较大,而多样性指数受到的影响较小。