广东省土壤镉含量影响因子解析与评估

影响镉(Cd)含量的因子众多,包括自然影响因子和人为影响因子,而治理Cd污染首先应查明Cd污染来源及其影响因子,这对因地制宜制定Cd污染治理措施及指导相关产业布局具有重要意义.广东省地理状况复杂、经济发达,Cd含量分布区域间差异较大.因此,本文基于Cubist构建土壤Cd含量与相关影响因子关系模型,解析影响广东省土壤Cd含量的主要因子.结果表明:土壤pH值与土壤类型是影响广东省Cd含量最主要的因素,土壤Cd含量与土壤pH值呈正相关关系;赤红壤、砖红壤及紫色土中Cd含量相对较低,潮土、红壤、黄壤、水稻土及石灰土中Cd含量相对较高.Cd含量高值主要出现在第四纪、泥盆纪和石炭纪地质构造运动形成的土壤中.此外,植被指数、土壤粉粒、平均气温、高程、距道路及距河流距离也是影响广东省土壤Cd含量的主要因素.其中,土壤Cd含量与土壤粉粒、高程呈正相关关系,与植被指数、距道路距离、距河流距离呈负相关关系.本文研究结果可为土壤Cd污染治理提供科学的参考依据.

广东省不同区域农田土壤酸化时空变化及其影响因素

基于广东省1980s、2010年以及2015年3期土壤数据,对全省不同区域农田耕作层土壤pH值的时空变异特征进行分析,并初步探讨了可能导致土壤pH变化的因素.结果表明:不同时期广东全省土壤pH值空间分布格局变化显著.全省农田土壤在1980s—2010年间,pH整体下降了0.3,呈酸化趋势,2010—2015年,土壤pH上升了0.09,但不均匀势态有所增强,酸碱分化趋势较明显.从各区域看,1980s—2010年,各区域土壤均呈现酸化趋势; 2010—2015年,珠三角地区农田土壤pH均值上升了0.27,而东、西两翼土壤pH均值分别下降了0.05、0.15,山区土壤pH变化不明显.分析表明:广东省各地区土壤酸化除受土壤自身及降水等自然因素影响外,酸雨、不合理施肥以及高产作物高复种的种植结构等人为因素也是导致土壤酸化的主要原因;工业化、城市化、矿山开发和测土配方施肥的推广导致局部地区土壤pH值有所上升.研究结果可为不同区域控制缓解土壤酸化、提高耕地质量提供理论指导.

华北平原县域耕地质量综合评价

基于采样、观测和统计数据,从耕地自然质量、经济质量和生态质量属性视角构建了耕地质量评价指标体系,运用隶属度函数、主成分分析、栅格采样和综合指数模型,对华北平原禹城市耕地质量进行了综合评价与分析.评价结果表明:2009年禹城市耕地自然质量、生态质量和经济质量分别以一、二、三等,二、三、四等和一、三、五等为主,且分别呈现耕地质量等级由中部、南部,中北、中南部和东部向周边区域降低的空间分异格局,区域耕地自然、生态和经济条件差异与耕地质量格局分异密切相关.

生态与常规种植对土壤养分、微生物及重金属的影响

为探讨生态种植模式对土壤环境的影响,以四川成都府南河上游地区安龙村生态农业和传统农业为研究对象,比较分析了生态种植与常规种植模式对土壤养分、微生物及重金属的影响。结果表明:除细菌含量外,生态种植的土壤中微生物碳含量及真菌、放线菌数量均高于常规种植,生态种植改善了土壤中微生物群落结构;生态种植土壤中重金属Cr、Pb、Hg和As含量均低于常规种植,Cd含量相差不大,生态种植带入的重金属较少;生态种植土壤中总氮、总磷、有效氮及有效钾的含量均高于常规种植,但总钾和有效磷的含量低于常规种植,这与两种种植方式下农业投入品不同密切相关。研究表明,生态种植能一定程度提升土壤养分,改善土壤微生物群落结构,并有效减少种植带入的重金属。

可变电荷土壤表面酸碱性质与模型研究进展

可变电荷土壤表面酸碱性质是指土壤与质子的结合能力,主要包括表面质子反应活性位点密度Ds、电荷零点pHpzc以及质子化、去质子平衡常数pKa。表面酸碱性质对于评估土壤酸碱缓冲能力、揭露酸化机制有重要意义,也是探究阳离子和阴离子在土壤固液间的分配,控制微量元素移动性和生物有效性的重要土壤性质之一。本文综述了通过表面络合模型获取表面酸碱性质参数的方法以及研究复杂土壤体系的两种方法。电荷零点pHpzc主要通过宏观滴定实验获得,但需要不断优化实验操作来减少无意义因素的影响。而表面质子反应活性位点密度Ds和质子化、去质子化平衡常数pKa,则通常分别通过Gran函数和直线外推法计算等方法得到。目前,土壤活性成分金属氧化物、黏土矿物及腐殖质表面酸碱性质已通过表面络合模型得到广泛研究,研究方法和相关数据已逐渐趋于完善。而随着表面络合模型的发展,土壤混合体系表面酸碱性质的研究也在不断加深。组分添加法通过各组分表面性质的加和来预测质子在土壤和溶液中分配和形态,目前已从矿物聚合模型扩展到矿物-有机物聚合模型,因为有机物和矿物组分之间的相互作用对于研究相当重要。而广义复合法假设土壤表面性质均一,依据实验吸附数据和表面积拟合获得表面酸碱性质,现在已发展为n-site/n-pKa,并建立了一种通过土壤化学性质预测表面酸碱性质广义回归方程。最后,文章探讨了表面络合模型相关研究应该解决的科学问题,以及土壤表面酸碱性质研究在未来的趋势。

基于地形因子的土壤有机碳最优估算模型

基于数字地面模型(Digital Terrain Model,DTM),同时考虑因子组合和分辨率构建土壤有机碳(SOC)最优估算模型。在7 100 km2范围内,选取了71个分辨率和22个地形因子中不多于5个因子的所有可能组合,构造了2 514 820个模型。采样点随机分为两组,6 362个训练样点构造数据挖掘模型,其他2 208个为验证样点。根据模型相关系数r值大小从中选取了不同个数因子组合以及相应分辨率的最优模型,并根据这些模型生成对应的土壤有机碳图。结果表明:单个地形因子模型和栅格大小之间的关系表现出多样化,并不是分辨率越高模型结果越好。单因子模型r值的大小并不能决定其在因子组合模型中的重要性。不同的因子及其组合有其特定的最适分辨率,最佳分辨率范围约为60~150 m。综合数据的存储空间和计算量、模型复杂度、预测精度以及空间表达能力,该地区最优模型由相对坡位、高程、归一化高程及多尺度山谷平坦指数等4个变量组成,对应分辨率为121.6 m。同时与多种克里格空间插值方法生成的土壤有机碳空间分布图进行了对比分析,发现无论几个变量的组合,其空间预测能力均较克里格空间插值方法更能表达SOC的空间变化,预测精度也较高。

不同灰分生物质炭对红壤理化特性与微生物特性的影响

为探讨不同灰分含量的生物质炭对酸性红壤特性和微生物特性的协同影响,采用盆栽试验,添加1%~10%土壤质量的高灰分稻壳炭(RHC)和低灰分油茶壳炭(COSC),以无添加为对照,50 d后测定土壤含水率、pH值和土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量,以及土壤微生物群落数量、微生物量碳含量和微生物活性。结果表明,添加1%~10%的RHC和COSC,土壤含水率由15.54%增加至17.47%~28.28%,pH值由5.40提高至7.05~7.75,其中,10%RHC处理土壤的含水率显著(p<0.05)提高81.98%,pH值显著提高43.52%。酸性红壤的营养元素随RHC添加量的增加而提高,10%RHC处理土壤的碱解氮、速效磷、速效钾含量分别显著增加84.83%、70.47%和595.57%,COSC添加对土壤碱解氮含量有负相关影响,使其降低14.65%~29.27%。微生物群落数量随RHC、COSC添加量的增加呈现先增大、后减小的趋势,5%RHC处理对细菌、真菌、放线菌数量影响显著,分别增长了1040.05%、715.00%和713.59%;5%COSC处理对土壤真菌数量影响显著,增长了1265.00%。土壤微生物生物量碳含量和微生物活性均随RHC和COSC添加量的增加呈先升高、后降低的趋势,5%COSC处理对微生物生物量碳含量影响显著,较对照组增长了11倍,5%RHC处理对微生物活性影响显著,较对照组增加了60.50%。因此,适量添加高灰分稻壳炭改良红壤,可协同改良土壤理化特性、增加微生物群落数量和微生物活性。本研究结果可为高灰分生物质炭改良酸性土壤提供科学依据。

土壤全硫提取和测定方法的改进

[目的]研究大批量测定土壤样品硫含量的简单、经济、有效的方法。[方法]对氧化法提取全硫和BaSO_4比浊法进行完善。[结果]将土壤消解液消解剩余至1~2 m L,适量消解提取液(校准曲线加入等量空白消解液),加入(1+2)甘油-乙醇稳定剂、冰醋酸缓冲剂,以硝酸钡作为沉淀剂,电磁搅拌1 min,静置20 min后,40 min内在波长440 nm处测定比浊液吸光度,得到精确的试验结果。[结论]该方法可应用于高硫土壤样品中全硫的测定。

广州市快速城市化区的水塘景观变化及其影响因素

城市水塘是珠江三角洲地区常见及分布广泛、且起着极其重要环境与生态作用的城市景观。近20年来广州市的城市水塘因城市快速发展、人类密集活动而大量缩小或消失。本研究以广州市天河区为研究区,解译、比对1995年和2013年两期遥感影像的水塘,用景观生态学方法探讨城市化过程下水塘变化及其影响因素。结果表明:(1)城市水塘数量和面积分别减少了41%和34%,较大面积水塘因数量减少和面积缩减转变为较小面积水塘;(2)五种景观指数的数值变化表明水塘呈小聚集、大离散变化趋势,其几何形状趋于简单及规整。水塘变化剧烈程度自南向北减缓,其变化与趋势和天河区城市化过程与方向一致;(3)消减水塘集中分布在海拔40m以下、距离最近道路1km以内、中、低城市建筑密度和人口密度小于8000人/km^2的区域。其消减比例随海拔升高而减小,随其到最近道路距离的增加而减小,随人口密度增大而增加。地形、路网和交通、城市建设、人口增长是天河区城市水体变化的影响因素。

大宝山污灌区水体与土壤重金属污染分析与评价

通过在大宝山矿区采集橫石河不同河段水样和河流沿岸土壤样品,测定水体和土壤的ph值、Cu、Zn、pb和aS等重金属含量,运用单因子指数和综合污染指数评价法研究矿区水质和土壤重金属的分布特征与污染现状。结果表明:(1)接受尾矿污水的横石河中游区域水体明显酸化,ph值为3.28。水体Zn和pb浓度分别为3.91和1.30 mg/l,其超标倍数分别为1.96和6.48。此外,水体Cu、Zn、pb和aS等重金属含量沿河流流向呈现降低趋势。(2)橫石河沿岸土壤的ph值范围为4.63~5.73,土壤均呈酸性。橫石河右岸非污灌区利用未受污染的横石河上游水源灌溉,农田土壤未出现重金属含量超标。橫石河左岸污灌区长期利用受污河水灌溉,稻田土壤呈现轻度至中度的重金属污染,其中Cu、Zn和aS平均浓度分别为224、256和48.6 mg/kg,最大超标倍数分别为5.61、1.58和2.47。受污河水灌溉是农业土壤重金属污染的重要来源。

新时代土壤化学前沿进展与展望

土壤化学是重要的土壤学基础分支学科。在回顾了土壤化学发展历程的基础上,梳理了土壤化学的四个前沿交叉方向,并展望了土壤化学与其他相关学科的交叉发展趋势,以期寻求新的学科增长点。土壤化学经历了从恒电荷到可变电荷土壤学说演变,我国在土壤电化学、根际土壤化学、土壤化学-物理-微生物界面反应等方向逐步领跑。新时代中国已经发展成为国际土壤化学的研究中心之一,尤其在土壤化学与微生物学、地球化学、矿物学、环境化学等交叉领域取得了突破性发展。同时,发展并运用同步辐射、微流控联用光谱能谱、高分辨显微镜、光谱电化学等实时、原位、高精度研究方法,推动土壤化学研究取得了长足的进步。新时代的土壤化学具有三个重要发展趋势,首先系统揭示地球表层系统中物质循环与能量交换的土壤化学机制,实现“0到1”的土壤化学原创性成果的突破;其次需要综合运用地球表层系统理论,从多界面、多要素、多过程的“三多”交互耦合;再次,需要加强与地球宜居性这一人类重大命题的交叉融合,为生态文明建设、土壤污染防治攻坚战、全球变化等国家重大需求提供理论支持。

华南地区草被过滤带对菜地径流、泥沙和磷阻控效果及影响因素

通过人工模拟降雨试验,定量研究了香根草草本植被过滤带对径流、泥沙、以及全磷和溶解性磷的拦截效果。结果表明:在不同的雨强(210,120 mm/h)和不同坡度下(2°,5°),香根草过滤带能够有效拦截径流、泥沙、磷,拦截率分别可达到12.18%～43.11%,16.00%～70.38%,27.53%～49.35%。与120 mm/h雨强相比,210 mm/h雨强下,2种坡度下香根草过滤带小区内,径流、泥沙流失量都呈现出减少趋势,并均达到显著水平(p<0.05)。在210 mm/h雨强下,与裸坡对照相比,不同坡度处理下香根草过滤带全磷、颗粒态磷流失量都呈现出减少趋势,且二者减少程度达到显著水平,不同坡度间的流失量,存在显著差异。在不同的宽度下,香根草表现出不同的拦截效率,当宽度达到2 m时,拦截效率显著,总体上随着宽度的增加而增加。利用最优尺度回归法,对不同处理间的水文条件、坡度、带宽等影响因素进行了分析,可以发现影响植被过滤带拦截效率的主要因素包括带宽、坡度、雨强,各因子对径流、泥沙、磷流失量贡献大小分别为雨强>带宽>坡度,这表明华南地区降雨是径流、泥沙、磷流失的主要控制因子,同时,带宽对径流、泥沙、全磷的流失量也可以起到一定的积极作用。

基于无人机多光谱数据的农田土壤水分遥感监测

为了提高农田精准管理效率,基于无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)实时获取和传输的遥感数据设计了一种快速监测农田土壤水分的方法:首先,利用UAV飞行采集农田的多光谱数据,在农田选取一个代表性的重点观测区域进行随机样点土壤水分探测;然后,利用垂直干旱指数(Perpendicular Drought Index,PDI),结合样点土壤水分数据快速构建农田土壤水分反演模型,进而获得大范围的农田土壤水分监测结果.并通过6个时相获取的UAV数据和样点土壤水分数据,进行方法实验和模型精度分析,结果表明利用该方法进行农田土壤水分监测的精度较高:6个时相土壤水分反演结果的决定系数R 2均在0.8以上,其中5个时相的均方根误差RMSE和系统误差SE值均小于0.1.这证明了基于UAV数据设计的农田土壤水分监测方法的有效性和可行性,可以为大范围农田土壤水分的快速监测提供方法参考.

基于水沙关系框架的黄土区不同水保措施减沙贡献分割方法

黄土高原水土保持治理已取得巨大成效,但常规的水文法和水保法均不能可靠地进行不同水土保持治理措施的减沙贡献分割。该研究首先分析了不同治理措施的减沙机制,认为在流域尺度上:1)由于坡面水下沟后继续冲刷,植被、梯田等坡面治理措施仅通过减少地表径流来减沙;2)淤地坝既通过减少地表径流来减沙,也通过降低地表径流含沙量来减沙;3)降雨对产沙的影响机制与坡面措施类似。基于此,该研究提出了一种新的针对黄土区的流域减沙贡献分割方案,给出了降雨、坡面措施以及淤地坝的减沙贡献计算公式。验证结果表明,这3个公式计算结果与实际观测结果均非常一致,其中淤地坝公式准确计算出了大理河、清涧河、延河流域的淤地坝拦沙量(R^2>0.9)。水文法被认为是一种较可靠的降雨变化和人类活动贡献分割方法,该研究提出的方法与水文法的计算的结果几乎一致。水保法计算结果为坡面减蚀率,因而会高估减沙贡献,而该研究方法考虑了减沙效应的空间尺度变异,计算结果为流域减沙率。该研究提出的方法具有较好的理论基础,对黄河流域减沙的归因分析以及未来治黄策略的制定具有重要意义。

亚热带典型小流域景观格局对耕地土壤酸化的影响

土壤pH是影响粮食产量的重要因素,土壤酸化是造成土壤退化的重要因素且成因较为复杂,景观格局是生态过程的重要影响因素,其对土壤酸化的影响机制尚不明确。本研究以广州市流溪河流域作为研究区域,以样点缓冲区作为研究单元,基于2010年的759个耕地表层土壤样点pH和1980s土壤pH分布,使用景观格局指数、地统计与相关性分析方法,分析流域耕地土壤酸化时空变化特征,定量探究景观格局对耕地土壤酸化的时空影响。研究结果表明:①2010年流域耕地以酸性土壤为主,土壤样点pH均值为5.79,86.03%的样点和97.3%的耕地土壤pH<6.5;不同耕地类型土壤pH均值:水浇地(6.03)>水田(5.68)>旱地(5.62);各类土壤的pH均值:河积土田(5.92)>水稻土(5.84)>赤红壤(5.66)>紫色土(5.55)>黄壤(5.40)>红壤(5.39)。②1980—2010年土壤酸化显著,31.23%的样点和24.76%的耕地土壤pH下降;水田和旱地土壤酸化显著,水浇地有pH上升的趋势;除河积土田外各类耕地土壤酸化显著,黄壤最显著,红壤次之。③流域自上游往下游,耕地土壤pH递增且分布变得更复杂,上游和中游东西两侧及下游东侧的pH较小,且在1980—2010年酸性土壤向外蔓延趋势显著;中游中部及下游西侧出现了pH升高的复杂组合。④除旱地、灌木林地、草地和未利用地之外的类型景观格局指数都与耕地土壤pH存有显著相关性,pH与水域和道路密度景观水平指数呈显著正相关,本研究选出各类景观的土壤酸化敏感性景观格局指数,发现自然林的破坏,水田、园地和水域的破碎化,不透水建设用地的零散分布有造成耕地土壤酸化风险,大片水域的流水更新与水田的集聚化可降低土壤酸化风险。本研究可为耕地土壤酸化防治与景观优化提供参考依据。

水稻土中五氯酚的降解转化动态及其对微生物群落的影响

采用室内培养实验,研究厌氧条件下水稻土中五氯酚（Pentachlorophenol,PCP）的还原转化与微生物群落组成变化。结果表明,室内培养实验条件下,PCP在水稻土样品中降解比较迅速,在反应17 d时,实验添加的PCP能够完全被还原转化。高通量测序结果显示PCP的添加明显改变了水稻土壤的微生物群落结构,其微生物多样性显著下降,在PCP降解完之后逐渐恢复。原始土壤以及添加PCP的土壤样品中其优势微生物主要分布在变形菌门（Proteobacteria）。PCP添加刺激了水稻土中伯克氏菌科（Burkholderiaceae）、丛毛单胞菌科（Comamonadaceae）、地杆菌科（Geobacteraceae）、红环菌科（Rhodocyclaceae）和假单胞菌科（Pseudomonadaceae）等脱氯相关的微生物菌群繁殖,成为PCP降解过程中的优势菌群,有利于PCP还原降解。本研究结果可为水稻土中有机氯农药污染物的微生物降解脱毒提供理论依据。

《全国土壤污染状况调查公报》探析

土壤污染数据的解读对于土壤污染的判断、土壤修复方法的选择、土壤管理的策略乃至土壤污染立法都有巨大的影响。2014年《全国土壤污染状况调查公报》公布之后,人们普遍对我国的土壤污染现状有了初步了解,但公众也惊讶于其污染程度,也有不少人对污染程度的划分、点位超标率的判断不甚了解。本文从镉的特性、标准和时间、空间、粮食超标率等角度做一些解读,旨在帮助人们对这些静态的调查结果产生动态的理解,客观看待土壤污染,高度重视粮食安全,同时期待目前在向全社会征求意见的《土壤污染防治法》能在污染源削减问题上得到加强,整个土壤污染防治工作,不仅需要注意土壤重金属量的减少或者固定,更应该重视土壤环境质量的概念,以土壤健康为目标,构建土壤污染的防治体系。

超高温好氧发酵技术:堆肥快速腐熟与污染控制机制

高温好氧发酵(堆肥化)技术是实现有机固体废物处理与资源化利用的重要手段。长期以来,发酵温度低、腐熟周期长、无害化不彻底等缺点严重制约传统堆肥工艺广泛应用。超高温堆肥(或称超高温好氧发酵)作为一种新颖的好氧发酵技术,已在工程实践中被证明能够克服传统高温堆肥的诸多缺点;该工艺利用外源添加的超高温好氧发酵菌剂,使堆体温度迅速上升至80℃以上,并能持续5~7 d,在促进堆肥快速腐熟和污染控制等方面展现出优越的技术性能。本文综述了超高温堆肥技术发展历程、核心技术特征以及在堆肥腐熟过程和二次污染控制机制等方面的最新研究进展,包括超高温堆肥快速腐殖化、氧化亚氮减排、抗生素抗性基因消减、微塑料降解、重金属钝化等多种污染物去除或控制机制等,以期为有机固体废物超高温堆肥处理与资源化利用工程实践提供科学依据。

青海湖流域芨芨草斑块对地表水分再分配过程的影响

[目的]研究芨芨草斑块对降雨再分配和地表径流过程的影响,为揭示植被斑块的形成与水分调控机理提供依据。[方法]以青海湖流域芨芨草斑块为例,通过对芨芨草斑块冠层降雨再分配和地表径流进行试验观测,计算水平方向芨芨草斑块水分补偿比例。[结果](1)芨芨草斑块穿透雨占降雨量比例为70.58%,穿透雨主要受降雨量、降雨强度和降雨历时的影响,芨芨草斑块冠层对降雨再分配过程的影响和多数干旱区灌木相似;(2)芨芨草斑块平均径流系数为0.45%±0.33%,明显低于基质区(2.08%±1.46%),且随着降雨量增加而呈增大趋势;(3)芨芨草斑块水分补偿比例为1.13%±1.34%,且随着降雨量和降雨强度增加而增大,最高可达到4.94%。[结论]在生态系统尺度,芨芨草斑块会受到来自基质区的径流补偿,这是斑块植被一种适应干旱的水分调控策略。

地理信息技术在智慧城市中的应用探讨

基于计算机的地理信息技术为智慧的城市建设提供了可靠的技术支撑。城市信息化有利于城市的规划与管理,而现阶段,数字城市正在建设中,数字城市为智慧城市的建设奠定了坚实的基础。文章介绍了三种地理信息技术和相应的数据特点,以及地理信息技术在智慧城市中的几个典型应用,并探讨了地理信息技术在未来智慧城市建设中的发展趋势。