华北太行山前平原农田土壤水分动态与氮素的淋溶损失

通过采集土壤溶液并分析其硝态氮（NO3^--N）含量，结合水量平衡方法，研究了华北太行山前平原小麦-玉米轮作农田在当前农民普遍采用的农业管理措施下土壤NO3^--N迁移、累积特征，计算了深层土壤水分渗漏与NO3^--N淋溶损失量。结果表明，土壤水分渗漏、NO3^--N的分布及其淋溶损失存在着明显的时空变异性，土壤水分的深层渗漏和NO3^--N的淋溶损失发生在玉米生长期间施肥灌水或降雨之后。在1998／1999和1999／2000两个作物轮作年中，土壤水分的深层渗漏损失分别为33～48mm（平均39mm）和90～92mm（平均90.7mm），分别占降水＋灌溉总量的10％和19％；淋溶到根区之下的NO3^--N量（包括来自土壤和肥料的N）分别为N12kg hm^-2（范围N6～17kg hm^-2）和N61 kg hm^-2（范围N30～84kg hm^-2），分别占施入肥料量的1．4％～4．1％和7．3％～20．3％。在玉米生长期间有较大潜力可调控灌溉与肥料用量，以提高水肥利用效率。

高温高压间歇灭菌对中国典型土壤性质的影响

以中国8种典型土壤（砂质潮土、壤质潮土、黄泥土、乌栅土、红壤、红黏土、赤红壤和砖红壤）为代表,首先比较土壤高温高压间歇灭菌前后细菌、真菌、放线菌的数量,以评估灭菌效果,其次评价灭菌前后主要土壤性质的变化,包括土壤有机质（OM）、比表面积（SSA）、pH、阳离子交换量（CEC）、游离铁铝氧化物（Fed、Ald）、电荷零点（ZPC）。结果表明,该方法可以达到理想的灭菌效果,对部分理化性质则会造成一定的影响。除砂质潮土和红壤高温高压灭菌后OM含量显著增加外,其他6种土壤的OM含量受该灭菌方法的影响不大;酸性和有机质含量高的土壤,pH受高温高压灭菌影响较大,而碱性和有机质含量低的土壤则影响不大;所有供试土壤的SSA均显著降低,而CEC和Fed,Ald没有显著变化;4种可变电荷土壤中,红黏土、赤红壤和砖红壤的电荷零点（ZPC）没有变化,而红壤的ZPC则显著降低,且未出现于本研究测定的pH范围内（pH2.5-8）。由于土壤是一个复杂的多物质体系,受高温高压灭菌导致其性质变化还有待进一步的研究。

基于GIS的黄淮海平原典型潮土区土壤重金属积累研究

以黄淮海平原典型潮土区——河南省封丘县为例,基于GIS数据统计分析方法和地统计学空间插值方法,其目的是为了:(1)明确土壤重金属Cr、Hg、As、Cu、Zn的当前含量水平及其历史变化趋势;(2)通过与潮土自然背景值(背景值)、国家土壤环境质量标准一级标准(一级标准)和绿色食品产地环境质量标准(绿色标准)的比较,阐明各重金属元素符合不同标准的土壤面积及其空间分布;(3)在上述研究基础上采用内梅罗综合指数法定量评价基于一级标准的土壤重金属综合环境质量及其县域分布。结果表明,5种重金属含量平均值除Hg与背景值相当外,其余均略高于背景值而远低于一级标准,除As外,土壤Cr、Hg、Cu、Zn含量均有随年限增加的趋势;占全县土壤总面积98%以上的Cr、As、Zn含量,100%的Hg含量,91%以上的Cu含量符合一级标准,超过99%以上的土壤符合绿色标准;基于一级标准的内梅罗综合指数进一步表明封丘地区土壤综合环境质量良好,仅有不足3%的土壤受到轻度污染。表明就重金属污染角度,当前状况下的封丘土壤适宜种植各类农作物,但个别超过绿色标准的地点应引起重视并及时采取防治措施。

不同深度土壤水分对黄淮海封丘地区小麦的贡献

作物水源是土壤—植物—大气连续体(Soil Plant Atmosphere Continuum,SPAC)中水分循环及节水农业的重要研究方面。传统方法很难确定不同水源对作物的贡献。本研究通过封丘地区冬小麦田间试验和稳定性氢氧同位素技术,建立了线性混合模型和δD-δ18O曲线的耦合模型,并采用该耦合模型计算了各水源对各生育期冬小麦的贡献。结果表明:各水源对冬小麦的贡献随着生育期的变化而变化。分蘖、返青和拔节期冬小麦的主要水源为表层土壤水,且对各层土壤水分的利用随着深度的增加而减少;在孕穗期,冬小麦对80 cm处土壤水利用最多;开花期80和180 cm处土壤水是冬小麦的重要水源;乳熟期40和80 cm土壤水分分别贡献了47.5%和39.5%。地下水在孕穗期和开花期对冬小麦的贡献较大,分别为9.0%和16.4%。

不同施肥水平及玉米种植对土壤微生物生物量碳氮的影响

以裸地（不种植作物）和玉米种植的田间小区试验为平台，研究不同施肥水平及玉米种植对土壤微生物生物量碳氦的影响。结果表明，当不施肥时，土壤微生物生物量碳氮含量裸地平均值分别为175．98mg/kg和26．04mg／kg，种植玉米小区的平均值分别为161.65mg/kg和22.70mg／kg，土壤微生物生物量碳氮低于裸地；而施肥时，裸地的土壤微生物生物量碳氦平均值的变化范围分别为182．27—206．27mg／kg和27．41～31．22mg／kg，种植玉米小区的变化范围分别为194．70～235．58mg／kg和35．76—44．66mg／kg，土壤微生物生物量碳氮高于裸地，可见土壤碳氮的平衡对于土壤微生物生物量碳氮极为重要。裸地和玉米种植小区土壤微生物生物量碳氮均随着施肥量的增加呈现出先增加后降低的趋势，其施氮水平拐点分别为70kg／hm2和150kg／hm2，表明施肥水平对土壤微生物生物量碳氮具有显著影响。另外，玉米各生育期间土壤微生物生物量碳氯也存在着显著差异，其中，土壤微生物生物量碳氮含量在拔节期处于最低。变动范围分别为154．46—229．09mg／kg和18．84—31．44mg／kg；抽雄期处于最高，变动范围分别为171．71～242．48mg／kg和30．01～50．54mg／kg。

激发式秸秆深还对土壤养分和冬小麦产量的影响

针对目前黄淮海平原潮土区普遍实施的覆盖式秸秆还田所存在的主要问题,本研究提出了基于氮肥激发的秸秆深埋还田技术,并通过连续4年(2011—2014)的大田定位试验进行检验。系统比较了秸秆移除、秸秆覆盖还田、激发式秸秆深还(秸秆与无机氮肥或有机氮肥配施进行深埋,并于行间种植作物)的3种秸秆还田方式对土壤养分和冬小麦产量的影响。结果表明:激发式秸秆深还在各项土壤养分指标和冬小麦产量方面均有显著优势,该处理能够显著增加土壤有机质、微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤全氮和土壤硝态氮含量,并显著提升冬小麦产量。其中无机氮肥激发秸秆深还处理能显著增加土壤硝态氮含量和冬小麦有效穗数,从而显著提升冬小麦产量。而有机氮肥激发的秸秆深还处理主要通过提升土壤有机质,增加冬小麦千粒重来增加产量。所有处理中16%无机氮肥激发的秸秆深还冬小麦产量最高。

土壤对病毒的吸附行为及其在环境净化中的作用

病毒在土壤上的吸附行为在很大程度上决定着其对饮用水的污染威胁。通过一次平衡法实验,比较研究噬菌体MS2和X174在6种不同性质土壤上的吸附行为的差别,同时阐述土壤中本身存在的微生物对土壤吸附行为的影响。总体趋势为土壤对X174的吸附能力高于对MS2的吸附能力;红黏土对病毒的吸附能力最强,而沙质潮土最弱;土壤中本身存在的微生物对土壤吸附病毒的影响依不同类型的土壤和病毒而异,除了红黏土外,灭菌土壤显著增加其对MS2的吸附;但对X174来说,灭菌后显著降低其在红黏土上的吸附,其他5种土壤的灭菌处理对X174的吸附行为没有显著影响。说明红黏土或与红黏土类似性质的材料在净化被病毒污染的水域时可能是一比较理想的病毒吸附剂;而在沙质潮土地区,病毒通过被土壤吸附而达到过滤净化的可能性则比较小。土壤中可能存在某一种或一类特殊微生物,它们可能可以控制病毒在土壤中的吸附行为,因而进一步研究其机理十分必要。

无机氮和葡萄糖添加对土壤微生物生物量和活性的影响

以黄淮海平原潮土为研究对象,通过室内恒温恒湿培养方法,比较研究了土壤中纤维素是否存在时,外源无机氮和葡萄糖添加对土壤微生物生物量及其活性的影响变化。实验设8个处理,包括不加任何物质的对照(CK)、添加无机氮(N)、葡萄糖(G)、纤维素(C)处理及葡萄糖和无机氮同时添加(G+N)处理,以及在纤维素存在基础上添加无机氮(C+N)、葡萄糖(C+G)、葡萄糖和无机氮同时添加(C+G+N)处理。在33天培养时间内,分别在不同的时间间隔内测定了土壤CO2累积释放量、微生物生物量碳(Cmic)、及脱氢酶(DHD)、β-葡萄糖苷酶(GLU)、过氧化氢酶(CAT)、碱性磷酸酶(APH)活性。结果表明,所有测定的微生物性质在CK与C处理间均没有显著性差异。与CK和C处理相比,其他所有处理的土壤CO2累积释放量均显著增加,其中C+G+N处理达最大值;G、G+N、C+G、C+G+N处理的土壤Cmic含量及DHD和APH活性显著提升,尤其在培养的前14天,而N和C+N处理则与CK处理相似,表示添加葡萄糖可显著增加上述处理生物活性水平,而添加无机氮则不能。添加无机氮和葡萄糖对GLU和CAT的影响不明显,大部分情况下它们在处理间没有表现出显著性差异。相关性分析表明,CO2释放速率始终与APH活性成显著正相关,但与Cmic和其他酶活性之间的相关关系则随着培养时间的不同而发生变化,这可能与不同培养时间的微生物组成或微生物利用底物的模式发生改变有关。聚类分析结果进一步表明,8个处理的土壤微生物活性水平可明显分成3组,其中活性水平最高的组只包含C+G+N处理,该结果提示在难分解纤维素存在时,无机氮和易利用有机碳的同时添加对提升土壤微生物活性的重要性。

黄河三角洲不同生境土壤理化特性及细菌群落结构特征

以黄河三角洲翅碱蓬(重度盐渍土S1)、柽柳(中度盐渍土S2)、荻(轻度盐渍土S3)和苦楝(非盐渍土S4)四种不同生境土壤为研究对象,探究从近海到内陆土壤环境和细菌群落结构的变化以及二者之间的耦合关系,并识别各生态系统微生物网络中的关键物种及其功能。结果表明:从近海到内陆随生态系统的变化,电导率(EC)是土壤性质变化最大的参数,依次降低;随盐碱程度降低,土壤硝态氮(NO_(3)^(-)-N)和微生物生物量碳(MBC)含量明显升高,土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量逐渐增加,但全钾(TK)、速效钾(AK)和有效磷(AP)含量则有降低趋势。四种生境土壤的细菌群落均以变形菌(Proteobacteria)、浮霉菌(Planctomycetes)和放线菌(Actinobacteria)为主,S1样品的细菌群落组成与其他三种土壤样品明显不同,存在更多的特异优势属(Woeseia等),而S2~S4样品则有更多的共性优势属(类诺卡氏菌属Nocardioides等)。四种土壤样品均有独特的关键物种,包括S1样品中具有解磷功能的弧菌属(Vibrio)和铁还原功能的Geothermobacter,S2样品中具有促进硝化过程的Candidatus_Entotheonella和化能异养微生物Amaricoccus,S3样品中的甲基营养型嗜盐菌Methyloceanibacter和抑病菌Luteolibacter,S4样品中具有生物固氮功能的无色杆菌属(Achromobacter)和促进有机物分解的出芽菌属(Gemmata)。对微生物群落结构变化解释率最高的土壤性质包括MBC(62.5%)、EC(11.7%)和AP(6.5%)。四种生境样品的大多数关键物种与EC和NO_(3)^(-)-N呈显著负相关,而与AK呈显著正相关。以上结果表明,微生物生物量对生态系统的变化有很高的敏感性,盐渍化并不一定引起土壤质量的全面退化,但对细菌群落结构和生态系统中的关键物种都有明显影响;在考虑生态系统功能时应关注微生物网络中的关键物种。

融合多源数字信息的流域水系提取方法研究

由于DEM数据不包括河流、湖泊(水库)及流域边界和堤坝等信息,因此常规仅依靠DEM提取水系的方法不能反映平坦区域及受人类影响强烈区域水系的真实特征。该文建立了融合DEM、河流、湖泊水库、流域边界和堤坝等多源数字信息的流域水系提取方法,对多源信息进行栅格化,采用所提出的高程-距离函数对DEM进行校正,使得提取的数字水系与实际水系精确拟合。将该方法应用于山区太湖西苕溪流域老石坎水库及其上游集水区和平原丘陵分布区的淮河史灌河蒋家集站、梅山、鲇鱼山水库区间流域,提取的河网结构与地图信息拟合较好。

稳定同位素在作物水分关系研究中的应用

作物水分研究是节水农业的重要内容。本文回顾了C、O、H稳定同位素在作物水分研究中的应用及进展,阐明了C稳定同位素技术在作物水分利用率研究中的应用,还介绍了O稳定同位素在作物CO_2同化过程中和H稳定同位素在作物水源利用方面的研究。以期为我国农业水资源的持续充分利用研究提供参考。

噬菌体MS2和φX174的双层琼脂平板和液体培养基扩增方法的建立

噬菌体MS2和φX174曾广泛作为指示病毒,用来研究病毒在土柱和田间实验条件下的迁移行为。本文详细介绍了实验室小规模双层琼脂平板扩增和大规模高复数感染法制备纯噬菌体溶液的条件和方法步骤。宿主细菌E.coli(ATCC 15597)的最佳培养时间为90～120min,而E.coli(ATCC 13706)的最佳培养时间为120～150min,在上述时间段内,它们的生长分别进入对数期。小规模双层琼脂平板扩增方法耗时、耗力,但用高复数感染扩增方法可获取一次大量(约500ml)的高浓度纯噬菌体MS2和φX174溶液,它们的含量分别可达1011pfu/ml和108pfu/ml。

免耕对小麦-玉米轮作下玉米季土壤微生物生物量碳、氮的影响

以夏玉米和冬小麦两季作物作为整体来研究保护性耕作对玉米季各生育期土壤微生物生物量碳(SMB-C)和微生物生物量氮(SMB-N)的影响。设置5种耕作处理,分别为小麦、玉米每年均翻耕(CTWT),玉米免耕+小麦每年翻耕(CNTWT),玉米免耕+小麦每2年翻耕(CNTW2T),玉米免耕+小麦每4年翻耕(CNTW4T),小麦、玉米每年均免耕(CNTWNT),所有处理在作物收获后移出地上部分全部秸秆。研究结果表明:在玉米生育期内,各处理土壤SMB-C、SMB-N随作物的生育期表现出先上升,在玉米抽雄期达到最大,然后开始下降,在乳熟期出现低谷,随后缓慢回升的趋势。而在整个生育期内各处理土壤SMB-C、SMB-N表现为CNTWNT>CTWT>CNTW2T>CNTWT。由于SMB-C、SMB-N可作为评价土壤质量的生物学指标,因此可以认为,玉米-小麦轮作保护性耕作体系下,免耕较传统耕作可以提高耕地土壤质量,增加土壤肥力。

不同水分条件下粗砂土剖面中目标物的GPR图像特征及其解译

通过粗砂土人工土槽试验,研究了不同水分处理下土壤剖面中目标物探地雷达波形态特征的变化及其解译。结果表明,采用500MHz中心频率天线采集GPR数据,可以获取不同水分条件下粗砂土1m土体内介电性质异常的目标物较高分辨率的形态特征和位置信息数据;土壤含水量的增加会导致土壤中目标物界面反射信号强度减弱、双程走时增加以及目标物GPR图像形态特征的变化;在土壤性质、水分条件较均一的情况下,利用GPR数据通过时间-深度转换可以准确地确定目标物的埋藏深度。

长期施肥对典型壤质潮土中汞的影响

利用典型壤质潮土上的田间试验，分析长期不同施肥处理条件下土壤中汞（Hg）含量的变化，探讨了Hg在该类型农田生态系统中的来源、去向及累积趋势。结果表明，经过长期不同施肥处理，Hg在表层土壤（0～20cm）中的含量呈现先增加后减少的趋势，不同处理间则表现为NPK=NP=PKOM＋NPK（有机肥及无机肥各占一半1〉OM（有机肥）〉NK—CK（对照，不施肥）。Hg在土层中以向下迁移为主，0～40cm土层中Hg的含量变化明显，但底层土壤（40～60em）中的含量变化较小。Hg在次表层土壤（20～40cm）中的持续累积是表层土壤中Hg的重要去向，也致使Hg的生态风险更为隐蔽。Hg在壤质潮土中的含量，主要受到磷肥、有机肥、及灌溉水的影响，受到氮肥和钾肥的影响相对较小。其中，磷肥的施用是目前造成Hg在壤质潮土中累积的主要原因。

长期保护性耕作对纤维素降解基因cbh Ⅰ多样性的影响

研究了免耕秸秆覆盖（CntWntS）、耕作秸秆覆盖（CntWtS）、免耕秸秆不覆盖（CntWnt）和耕作秸秆不覆盖（CntWt）四种保护性耕作措施对黄淮海平原典型潮土中纤维素降解菌多样性的影响。采用PCRRFLP技术分别对纤维素降解菌cbh I基因进行多样性分析。结果表明,CntWntS与CntWnt相比,纤维素降解菌的数量增加了148%,而CntWtS与CntWt相比,纤维素降解菌的数量也增加了130%。纤维素降解菌cbh I基因分型在四个处理小区比较丰富,共有44个OTUs,其中CntWntS、CntWtS、CntWnt、CntWt处理中分别有35、34、30、30个OTUs。多样性指数分析显示,Shannon-Wiener指数的数值范围为3.09~3.36。系统发育分析表明,文库中的纤维素降解菌分别属于Basidiomycota（担子菌门）和Ascomycota（子囊菌门）,同时发现土壤中存在大量的未培养纤维素降解菌。因此,免耕和秸秆覆盖等保护性耕作能够明显提高土壤中纤维素降解菌数量和cbh I基因多样性。

不同品种夏玉米光谱特征差异及其与农学参量相关性研究

研究测定了不同品种夏玉米在六个典型生育期地上部分全氮、叶绿素含量、干生物量、叶面积指数(LAI)以及冠层光谱反射率,利用不同方法比较了不同品种玉米光谱特征的差异,系统分析了单波段反射率、可见光和近红外波段组合而成的8种常见植被指数与相应时期不同农学参量的相关性。结果表明:不同品种夏玉整个生育期不同品种冠层在可见光范围内反射率差异一直没有达到显著水平,苗期和拔节期在近红外区域反射率也无显著差异,从孕穗期到乳熟期在近红外区域反射率差异增大,普遍呈显著性差异。采用F检验法可以准确地反映不同品种在不同波段反射率的差异。常见光谱植被指数从拔节期到孕穗期绝大部分都可以准确反映不同品种夏玉米的农学参量,以GRVI最佳,它不仅可以区分不同品种夏玉米在中后期的长势,又可以准确拟合这段时期作物的农学参量。

不同生育期冬小麦光谱特征对叶绿素和氮素的响应研究

研究测定了不同施氮水平条件下冬小麦冠层在七个典型生育期叶片叶绿素、地上部分全氮含量以及冠层光谱,分析了单波段反射率、可见光和近红外波段组合而成的归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)与相应时期叶片叶绿素和地上部分全氮含量的相关性。结果表明,施氮量增加,两个农学参量、冠层近红外波段反射率都随之增加,但当施氮量增加到300kg hm-(2一次性施入)时,上述各项指标均降低;整个生长期中孕穗期在近红外区域反射率最高,与可见光波段反射率相差最大;除分蘖期外,其它时期单波段510nm～1100nm反射率、NDVI、RVI与叶绿素和全氮含量显著相关,植被指数的相关性较单波段高,且从分蘖期到乳熟期,相关性逐渐增强;整体来讲,可见光中560nm、660nm和近红外760nm、1100nm和1200nm组合的NDVI在各生育期与两个农学指标的相关性较好,选择NDVI(560,760)可以准确拟合叶片叶绿素和地上部分全氮含量。