黄土高原沟壑区沟头植被根系垂直分布及其对土壤抗侵蚀性的影响

【目的】探明沟头植被根系垂直分布及其对土壤抗侵蚀性的影响,为沟蚀防治中植被措施优化配置提供理论依据。【方法】以不同植被覆盖(杂草(农地)、冰草、铁杆蒿、苜蓿)沟头为研究对象,通过原状土冲刷试验明确沟头土壤抗冲性特征。采用扫描分析法、ZJ型应变控制式直剪仪等分析和测定根系特征及根-土复合体力学、理化性质。【结果】(1)各植被沟头根系在土壤中分布特征差异明显,根系特征指标(根重密度、根长密度、根表面积密度、根体积密度)总体上呈现冰草地最大,其次为苜蓿地、铁杆蒿地,农地最小;垂直深度上,农地沟头土壤中根系各指标均随土层加深而减小,冰草、铁杆蒿和苜蓿地沟头土壤中根系各指标整体上则表现为先减小后增大的变化趋势。各植被根系以<0.5 mm径级根系为主。(2)各植被沟头土壤容重变异性较小,在1.17^(-1).37 g·cm^(-3)之间变化。>0.25 mm水稳性团聚体含量呈现出农地和冰草地大于铁杆蒿地和苜蓿地。(3)各植被沟头土壤黏聚力平均值苜蓿地为12.75 kPa、冰草地9.05 kPa、铁杆蒿地8.60 kPa、农地7.25 kPa;在垂直深度上,农地、冰草地和苜蓿地呈现出随着土层的加深呈先减小后增大的变化,铁杆蒿地则呈现随着土层深度加深逐渐减小的变化。(4)沟头0^(-1)00 cm土层土壤抗冲系数为苜蓿地(39.31 L·g^(-1))>冰草地(25.49 L·g^(-1))>农地(22.39 L·g^(-1))>铁杆蒿地(14.75 L·g^(-1));在垂直深度上,表层(0-20 cm)土壤抗冲系数表现为较大值,在34.91-53.30 L·g^(-1)之间变化。【结论】不同形态根系对土壤抗侵蚀性能作用不一,在沟头防护过程中植被选择应将直根系植物与须根系植物相结合。

黄土高原不同退耕年限刺槐林地土壤侵蚀阻力

为了明确黄土高原植被恢复后不断蓄积的枯落物对土壤分离过程的影响,论文选取10、15、20、30、40a退耕年限刺槐林样地及对照样地,采集180个土壤样品用于土壤分离试验,在6组侵蚀动力条件下进行变坡水槽冲刷试验,结果表明:随着退耕年限的增大,刺槐林土壤结构趋于稳定且疏松多孔,40年刺槐林地与对照样地相比:容重降低12.9%、总孔隙度增加10.1%、毛管孔隙度增加62.4%,土壤有机质含量增加97.9%、水稳性团聚体增加112.3%。土壤分离能力均值随着林龄呈指数函数递减(R^2=0.82、P<0.05)。在退耕0~40年范围内,在0~15 a内土壤分离能力下降迅速,对照、10 a刺槐林地、15年刺槐林地之间的土壤分离能力差异显著(P<0.05),退耕15 a以后土壤分离能力趋于稳定。40 a林龄刺槐林细沟可蚀性比对照的细沟可蚀性降低86.3%,临界剪切力提高10.1%。土壤临界剪切力变化范围在4.15~4.78 Pa之间。细沟可蚀性的变化趋势与土壤分离能力变化趋势相似,相比临界剪切力的变化,细沟可蚀性的变化更能反映土壤分离能力的变化情况。

不同类型重构土壤水分运移特征

为探究不同类型重构土壤对水分再分布过程和土壤持水量的影响,该研究以砒砂岩、砂黄土和粗砂土为试验材料进行室内土柱试验,设置5种不同类型重构土壤(砒-粗、砂-粗、砒-砂-粗、砂-砒-粗、混-粗),测定各处理在入渗过程、排水过程以及蒸发过程中土壤水分的动态变化;同时利用Hydrus-1D模型对不同类型重构土壤的入渗和蒸发过程进行模拟分析。结果表明,有砒砂岩层存在的重构土体对入渗过程有明显阻滞作用,且砒砂岩层越厚、位置越靠上阻滞效果越明显,土柱达到稳渗时稳渗率越低;蒸发过程中,砒-砂-粗处理累积蒸发量为52 mm,显著高于其他重构土壤(P<0.05),而砂-砒-粗处理土柱累积蒸发量最小(32.1 mm),蒸发结束时相对蒸发速率低至0.07;在蒸发过程中,上细下粗型层状重构土壤水分损失来自表层土壤和下层粗砂土。利用优化后的土壤水力参数和Hydrus-1D模型可以较好地模拟重构土壤水分运动过程。较低的均方根误差和高的决定系数证明模型能准确模拟各类型土柱的累积排水量、累积蒸发量和蒸发过程剖面含水量的动态变化。混-粗土柱的持水能力高于其他土柱,说明该重构类型可作为晋陕蒙地区土壤复垦的重构方案。

土壤水分及磷水平对草甘膦农药降解动力学的影响

近年来,草甘膦及其降解产物氨甲基膦酸(AMPA)在土壤中的持久性及其环境风险日益受到关注。然而,草甘膦与磷酸盐结构相似且带电荷,可能与磷酸盐在土壤颗粒表面产生吸附竞争,进而影响其在土壤中的环境行为及土壤磷的生物有效性。本研究通过室内控制试验,对不同磷酸二氢钾施用水平(0,50 mg·kg^(-1),100 mg·kg^(-1))及水分条件下(20%田间持水量(20FC),60%田间持水量(60FC))黄土中草甘膦农药降解动力学、土壤速效磷及土壤酶活性变化特征进行研究。结果表明:(1)不同磷酸二氢钾施用及水分条件下,草甘膦农药在喷施初期降解速率较快,后期逐渐减缓;不同磷酸二氢钾施用水平对草甘膦降解影响不显著,但不同水分梯度对其影响差异显著。其降解产物AMPA的含量随着草甘膦农药的降解而增加,不同磷酸二氢钾施用水平处理AMPA的含量差异不显著,但不同水分条件下其峰值及变化特征差异显著,即:20FC条件下至喷施后第14天达到峰值,而60FC条件下在喷施后第7天就达到峰值。通过拟合发现,草甘膦残留数量特征符合污染物一级动力学衰减模型,其半衰期分别为69.3~77.0 d(20FC)和10.5~12.8 d(60FC)。(2)草甘膦农药喷施后,土壤中速效磷含量随草甘膦农药的降解呈现先减小后增大的变化特征,土壤水分对其影响差异显著。此外,草甘膦农药喷施后,磷酸酶活性受到明显抑制,N-乙酰胺基-β-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、亮氨酸酶活性波动较大。不同磷酸二氢钾施用水平对以上四种土壤酶活性的影响差异不显著,但不同水分梯度对其影响较大。由此表明:黄土中磷水平对草甘膦农药降解特征的影响不显著,但土壤水分状况显著影响草甘膦农药的衰减速率及其降解产物的残留水平;同时,草甘膦农药喷施,对黄土中速效磷及磷酸酶活性的影响较大,可能对土壤P循环及植物利用产生影响。因此,后续研究还应考虑草甘膦与土壤磷组分及相关酶活性的互馈效应,特别是在干旱条件下草甘膦及其降解产物的持久性与土壤健康的关系研究,以期为黄土区草甘膦农药的安全喷施提供科学依据。

陕西关中农田土壤中塑料碎片和微塑料残留及其累积特征研究

农膜覆盖技术的应用及推广促进了干旱半干旱地区农业的发展,然而农膜残留及其碎片造成的土壤污染问题,已成为绿色农业发展及生态安全面临的重要挑战。本研究以陕西关中平原为研究区域,通过野外调研采集不同作物种植农田耕层土壤(0~30 cm),利用检视法、密度分离法及显微镜扫描鉴定等技术,研究长期农膜覆盖蔬菜地(蔡家坡,以下简称蔬菜地)与大棚(苗圃)种植区(杨凌,以下简称大棚区)土壤中塑料残片和微塑料残留及累积丰度特征。结果表明:研究区域土壤中均检出塑料残片,塑料残片颜色主要有红色、黑色、白色、蓝色等,其中蔬菜地以白色农膜残片为主,而大棚区主要以黑色培养钵碎片为主;不同土层中,塑料残片随着土层深度的增加而显著减少(P<0.05),且残片个数随着残片面积的增大而减小,其中蔬菜地37.8%为0.25~2 cm^(2)的小残片,其次为2~10 cm^(2)、10~25 cm^(2)的残片,最低为>25 cm^(2)的大残片;大棚区67.5%为0.25~2 cm^(2)的残片,其次为2~10 cm^(2)、10~25 cm^(2)的残片,几乎未检测到>25 cm^(2)的大残片塑料。同时,残片含量随土层深度增加而显著减小(P<0.05),0~10 cm土壤中蔬菜地残片含量平均为26.2μg∙g^(−1),大棚区平均为34.9μg∙g^(−1);而20~30 cm土层中残片含量最低,蔬菜地仅为2.48μg∙g^(−1),大棚区平均为4.79μg∙g^(−1)。然而,蔬菜地微塑料检出率较低,为23.9%,且最大检测量为表层0~10 cm,为1.8×103个∙kg^(−1);而在大棚区微塑料检出率为39.5%,最大检测量为表层0~10 cm,为500个∙kg^(−1)。由此看出,长期施用农膜及塑料大棚导致土壤中塑料残留量显著增大,且不同土层中塑料残片及微塑料累积量变化差异较大,可能对土壤性质及作物生长造成危害,导致土壤肥力和作物产量下降等不良后果。后续应进一步对塑料残留碎片化过程及微塑料在土体内迁移和累积风险进行研究,以期为全面评估该区域农田土壤塑料污染提供依据。

CO_(2)浓度升高及增温下谷子土壤酶活性及其温度敏感性

研究作物重要生长阶段土壤酶活性及其温度敏感性对CO_(2)浓度升高及增温的响应,对于评价气候变化对作物生产的影响以及评估土壤生态系统的功能稳定性具有重要意义。利用人工气候室模拟不同水分(充分供水和轻度干旱)、CO_(2)浓度升高(由400μmol·mol^(-1)升高至700μmol·mol^(-1))和增温(由22℃升高至26℃)条件,以3个因素交互作用下盆栽谷子(Setaria italica)土壤为研究对象,分析了谷子灌浆期土壤中β-葡糖苷酶(βG)、β-N-乙酰葡糖苷酶(NAG)、纤维素酶(CBH)和β-木糖苷酶(βX)活性的温度敏感性。结果表明,对照(CK)在充分供水条件下土壤βG、NAG、CBH和βX的酶活性随着培养温度增加呈先升高后降低的趋势,在25℃时酶活性最高。在最适温度下(25℃),与CK相比,CO_(2)浓度升高使谷子灌浆期土壤βG酶活性显著降低,而对土壤NAG、CBH、βX酶活性的抑制作用较小;CO_(2)浓度升高和增温的交互作用在不同水分条件下表现不同,具体表现为轻度干旱条件下酶活性受到抑制,而充分供水时无显著差异。此外,CO_(2)浓度和温度显著影响谷子灌浆期土壤酶活性的温度敏感性(Q_(10))CO_(2)浓度升高使土壤胞外酶活性的Q_(10)显著增大,而增温使Q_(10)相对减小。在充分供水条件下,增温抵消了CO_(2)浓度升高对酶活性Q_(10)的影响,二者的交互作用对Q_(10)无显著影响。然而,在轻度干旱条件下,CO_(2)浓度升高和增温对Q_(10)影响显著,即CO_(2)浓度、温度及水分三者对Q_(10)的交互作用显著。同时,CO_(2)浓度与水分对Q_(10)有显著的交互作用,但与仅CO_(2)浓度升高以及3个因素交互作用的影响无明显差异。冗余分析显示,除CO_(2)浓度和温度外,Q_(10)还受到微生物量、土壤养分等环境因子的影响。本研究表明CO_(2)浓度、温度和水分以及三者之间的交互作用对土壤酶活性及其温度敏感性的影响复杂,特别是CO_(2)浓度升高抑制了土壤酶的温度敏感性,减弱了土壤碳氮循环相关酶的代谢功能及其稳定性,进而影响土壤生态系统的功能稳定性。

137Cs示踪技术背景值研究进展与建议

利用环境核素137Cs示踪技术研究土壤侵蚀被越来越多的科研人员所采用,而背景值的确定是利用该技术研究土壤侵蚀的前提和根本,直接关系到侵蚀速率计算的准确与否。本文从137Cs背景值采样点的选取方式,137Cs全球空间分布预报模型以及影响137Cs沉降因素等方面进行了总结性综述,对137Cs背景值研究应注意的问题和今后研究重点提出了建议。

拉萨河流域中下游洪积扇土壤养分评价

【目的】洪积扇是拉萨河流域珍贵的土地资源,目前西藏对洪积扇土地资源的管理还相当粗放,过度放牧、不合理开垦等人为活动已导致部分土地资源土壤肥力低下。本研究根据实地调查所得的土壤养分数据,对拉萨河流域中下游洪积扇的土壤养分状况进行综合评价,为其进行合理开发利用奠定基础。【方法】选取该区域20个典型洪积扇,分别于2019年和2020年7—8月采集土壤样本,测定土壤有机质(OM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)和速效钾(AK)7个指标。基于主成分分析确定各养分指标的权重,以全国第二次土壤养分普查养分分级标准为依据,应用物元模型进行土壤养分综合评价。【结果】洪积扇土壤OM、TN、TP、TK、AN、AP和AK的含量分别为2.65~314.57 g/kg、0.14~17.55 g/kg、0.04~2.06 g/kg、7.71~25.57 g/kg、7.70~358.56 mg/kg、0.12~342.50 mg/kg和17~1350 mg/kg。在321个样点中,土壤TN和TP含量在Ⅳ级以下的样点分别仅占9.97%和15.89%,而土壤AN和AP含量在Ⅳ级以下的样点分别占46.42%和48.60%,土壤AN和AP含量缺乏;61.99%的样点土壤养分综合评价等级在Ⅳ级以上,土壤养分含量充足。洪积扇草地、灌丛和农田中Ⅳ级以上的样点分别占63.84%、55.77%和60%。土壤TN、OM和AN是影响土壤养分综合水平最主要的指标。土壤养分综合评价结果显示,20个洪积扇中有1个洪积扇为Ⅰ级,土壤养分含量极丰富;分别有9个洪积扇为Ⅲ和Ⅳ级,土壤养分含量较丰富或适中;仅有1个洪积扇为Ⅵ级,土壤养分含量极贫乏。Ⅲ、Ⅳ和Ⅵ级洪积扇海拔和年平均降雨量逐级显著降低(P<0.05),年平均气温逐级显著升高(P<0.05)。【结论】拉萨河流域中下游洪积扇总体呈现出海拔越低,土壤养分水平越低的分布特征。20个洪积扇中,相对于土壤全氮和全磷,土壤有效氮和有效磷含量贫乏或极贫乏的样点数增加了36.45%和32.71%,并且在不同植被类型下均存在这种现象。

纸坊沟流域水体氢氧同位素特征及其水量交换研究

以安塞县纸坊沟小流域为研究对象,通过对2016年6月—2017年5月降水、地下水和沟头、上游、中游、下游的地表径流氢氧同位素特征分析,研究黄土高原丘陵区小流域地下水补给与排泄的时空特征,为该区域地下水资源的合理利用提供依据。研究结果表明:降水氢氧同位素变异系数较高,具有明显的雨量效应、温度效应与季节效应。地表径流和地下水对温度的响应较好。6—11月降水补给地表径流过程中,因蒸发损失约为37%,补给地下水过程的损失为54%。流域不同部位的降水和地表径流对地下水的补给相似,地下水排泄比例从沟头到下游逐渐减小。地下水的补给与排泄也具有明显的季节特征,6月—翌年5月,降水和地表径流对地下水的补给排序分别为:夏季>秋季>冬季和冬季>秋季>夏季,春季无明显的补给现象。地下水对径流的排泄比例冬季最高,夏季最低。降水和径流对地下水的年补给为26.89%和73.11%。地下水中约有88%的水源于夏半年(6—9月)降水的补给,12%的水源于冬半年(10月—翌年5月)。

施氮量对半湿润区小麦-玉米轮作系统土壤氮的影响

为探讨不同施氮量对黄土高原半湿润地区冬小麦-夏玉米轮作系统土壤氮动态变化的影响,2016-2018年采用田间试验,研究了不同氮肥用量下冬小麦-夏玉米轮作系统作物不同生育时期0~200 cm土层土壤氮的动态变化。结果表明,不同氮肥处理间0~60 cm土层土壤全氮储量差异显著,两年试验后较试验前,施氮0 kg·hm^(-2)(N0)、100 kg·hm^(-2)(N100)、200 kg·hm^(-2)(N200)、300 kg·hm^(-2)(N300)和400 kg·hm^(-2)(N400)处理的土壤全氮增量分别为-180、-245、288、627和709 kg·hm^(-2)。不同氮肥处理间0~200 cm土层土壤硝态氮含量及其储量差异显著,土壤铵态氮含量无显著性差异。两年试验后较试验前,N0和N100处理0~200 cm土层土壤硝态氮储量明显降低,N200处理变化不显著,3者均无明显硝态氮下移,而N300和N400处理0~200 cm土层土壤硝态氮储量显著增加,向深层土壤(100~200 cm)下移明显。每季作物施氮200 kg·hm^(-2)可以减少深层土壤硝酸盐累积量。

极端降水条件下土壤中O_(2)浓度对CO_(2)和N_(2)O浓度变化的调控作用

在干旱和半干旱区,降水是农田土壤温室气体排放的重要驱动因素,但极端降水条件下温室气体(CO_(2)、N_(2)O)浓度、排放特征及其与土壤O_(2)动态变化的关系尚不清楚。针对3种土壤管理措施(不施肥、施氮肥、秸秆还田),模拟极端降水(单次100 mm)条件下,高频率监测3种管理措施土壤O_(2)、CO_(2)和N_(2)O浓度及其地表CO_(2)、N_(2)O通量。与对照(单次10 mm)相比,极端降水条件下不施肥、施氮肥、秸秆还田3种处理N_(2)O累积排放量分别增加310%、440%和190%;CO_(2)累积排放量分别增加27%、1%和−11%;地表CO_(2)、N_(2)O通量与土壤CO_(2)、N_(2)O浓度动态变化基本一致,并存在显著正相关关系(P<0.05)。极端降水后土壤中O_(2)浓度呈现先降低后升高的趋势,而CO_(2)、N_(2)O浓度变化则呈相反趋势;土壤中CO_(2)、N_(2)O浓度与O_(2)浓度均呈显著负相关关系(P<0.05);但随着O_(2)浓度的降低,CO_(2)呈生长曲线型增长,而N_(2)O呈指数型增长。极端降水条件下土壤中O_(2)、CO_(2)和N_(2)O浓度变化达到峰值的时间较早。极端降水在促进土壤O_(2)浓度消耗的同时,也促进了土壤温室气体的产生与排放。本研究结果为明确雨养区农田土壤温室气体的排放机制提供了理论支撑。

黄土区工程堆积体石砾对流速及产沙影响试验研究

由于堆积松散、颗粒粗、组成物质复杂、坡度大等特点，生产建设项目工程堆积体侵蚀过程与农地、撂荒地相比有较大区别，是典型的人为加速侵蚀。在各类生产建设项目工程堆积体野外调查基础上，室内概化堆积体代表性下垫面，通过人工模拟降雨试验研究堆积体中石砾对流速及产沙影响。结果表明：（1）不同石砾含量下垫面流速在产流3min内迅速递增，随后趋于相对稳定。坡度小于25。时，含石砾坡面流速小于纯土体，此时石砾存在增加径流弯曲度，阻碍径流流动，平均稳定流速与雨强及石砾含量呈幂函数关系；而坡度大于25。时流速与雨强及石砾含量呈二元线性关系。（2）产沙率在产流前12min呈波动性递减，随后趋于相对稳定，初期产沙率是稳定期的1．7-3．1倍。雨强1．5mm／min较1．0ram／min的平均产沙率增加82．7％-117．3％。坡度对堆积体产沙影响存在一个阈值，在25。左右时产沙率最大，可达其他坡度下的1.3～1．7倍。在初期及稳定期的产沙率均表现为纯土体大于含石砾坡面，可增加0．6％～28．7％，各场次降雨下产沙峰值主要集中在产流开始后的前3min内。（3）在侵蚀初期、稳定期及整个侵蚀过程的平均产沙率均与流速呈显著相关。随雨强增大1．5倍，次降雨侵蚀量可增加74．0％～95．9％，且总体表现为纯土体侵蚀量大于含石砾坡面，产流前12min侵蚀量可占次降雨侵蚀量的38．3％～50．7％，因此，在进行堆积体水土流失防治中，尤其要注重初期的措施配置，以减免堆积体严重侵蚀。

农膜残留对大豆光生理特征及生物量累积的影响

农膜覆盖技术的应用及推广极大地提高了干旱半干旱地区的农业产量,促进了当地农业发展及社会经济效益。然而,由于农膜碎片化程度高、回收难度大、降解周期长,使得残留在土壤中的农膜日益增多,严重威胁着作物生长、土壤健康以及农业可持续发展。尽管农膜残留对土壤质量影响的研究较多,但对于其种类(可降解或不可降解)及残留累积量对作物光生理特征的研究还相对较少。本试验以大豆为研究对象,对比普通聚乙烯(PE)和生物降解(BP)两种农膜(残片大小为0.5~2 cm),研究不同农膜残留累积量(土壤重量的0、0.1%、0.5%、1.0%)下大豆花期及初荚期叶片光合作用光、CO_(2)响应曲线特征及花期、收获期的植株生物量,探讨塑料类型及残留量对大豆光生理特征及生物量累积的影响。结果表明:PE残留导致大豆叶片光补偿点在花期降低23.96%,而初荚期升高51.38%,说明PE残留导致大豆叶片弱光利用能力在花期提升,但在初荚期被抑制。在初荚期,BP残留使光补偿点降低54.82%,且光饱合点升高58.12%,从而提高了叶片强光适应能力,增大了叶片光能利用范围。同时,PE和BP添加使暗呼吸速率分别增长30.56%和22.28%,从而导致干物质消耗增加。土壤中PE、BP残留量的增加,最大光合力分别降低36.49%和23.56%,表明大豆叶片CO_(2)利用能力减弱;CO_(2)补偿点分别降低67.96%和38.91%,从而提高了叶片低浓度CO_(2)的利用能力,并降低光呼吸速率,从而减少了干物质的消耗。此外,不同农膜及残留量处理下,仅在花期0.1%与0.5%残留量的BP处理中,地下生物量随农膜残留量的增加显著降低,其他各处理间地上及地下生物量无明显变化。光响应及CO_(2)响应曲线各拟合参数与生物量的Pearson相关性分析结果表明,收获期PE处理下,地上生物量与光补偿点呈显著负相关,而光呼吸速率、CO_(2)补偿点、初始羧化效率与生物量(地上+地下)的积累有较强相关性。因此,PE农膜残留量增加提高了大豆花期叶片对于弱光的利用能力而减弱初荚期对弱光的利用能力,BP农膜残留量增加则会增强初荚期叶片对弱光的利用,也对大豆叶片适应强光的能力有所提升。

红壤不同粒径团聚体对草甘膦农药降解动力学的影响

草甘膦农药的大量喷施,使其在环境特别是土壤中的残留-累积风险日益突出,从团聚体粒径角度研究红壤不同粒径团聚体中草甘膦的降解动力学及其相互作用特征仍鲜有报道。基于此,本研究通过干筛筛分、室内控制培养、液质联用定量分析相结合等探究草甘膦降解残留,并进一步分析团聚体理化性质与草甘膦降解的关系。结果表明:1)不同粒径团聚体中,草甘膦残留量随降解时间不断减小,且粒径之间降解动力学差异不显著。降解半衰期为15.8~20.6 d,粒径最小的团聚体(<0.25 mm)中草甘膦的降解半衰期最长,为20.6 d。草甘膦在土壤中的主要降解产物氨甲基磷酸(AMPA)的含量随着降解时间的增加而增加,且在第5d达到峰值,而后不断减小;不同粒径团聚体间AMPA含量差异显著(P<0.05)。2)相关分析及主成分分析发现,草甘膦残留量与红壤团聚体中速效磷含量呈显著正相关(P<0.05),而其降解产物AMPA含量与团聚体中酸性磷酸酶活性及N-乙酰氨基-β-葡萄糖苷酶活性呈显著正相关(P<0.05)。团聚体粒径与草甘膦残留量间没有显著相关性,但与AMPA含量显著正相关(P<0.05)。此外,草甘膦降解过程中,团聚体中有机质含量及β-葡萄糖苷酶、N-乙酰氨基-β-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶活性与团聚体粒径为显著负相关关系(P<0.05)。由此表明:红壤不同粒径团聚体影响草甘膦降解速率,粒径最小的团聚体(<0.25 mm)中草甘膦农药的降解速率最慢,但试验结束时,各粒径红壤团聚体中的草甘膦和AMPA含量均较高,可能会影响土壤健康及生态环境安全;此外,草甘膦降解与土壤磷素密切相关,后续研究需探讨磷亏缺或丰盈条件下,草甘膦农药的土壤环境特征,为后续农田草甘膦环境风险评估提供依据。

南方山区典型小流域桉树人工林种植对水土流失的影响

南方山区人工林的不合理开发导致严重的水土流失。典型人工林小流域土壤侵蚀时空变化研究对于人工林种植和山区生态环境可持续发展具有重要意义。本研究利用地理信息系统结合修正通用土壤流失方程,分析了粤西山区大顶山小流域土壤侵蚀的时空变化及关键驱动机制。结果表明:大顶山小流域侵蚀模数为1948.1 t·km^(-2)·a^(-1),属于轻度侵蚀,但空间变异十分剧烈,变异系数为5.12,最大值可达191127 t·km^(-2)·a^(-1)。微度侵蚀(<500 t·km^(-2)·a^(-1))面积占流域总面积的80.6%,中度及以上侵蚀(>2500 t·km^(-2)·a^(-1))主要分布在植被覆盖度小于30%的桉树人工林幼林区,贡献了流域总侵蚀量的75.7%。2014—2019年间,大顶山小流域平均侵蚀年际变化不大,但土壤侵蚀空间分布变化较大,植被覆盖度、坡度和降雨是关键影响因素。桉树人工林种植导致自然植被破坏是引发造林区土壤侵蚀的首要原因。幼林区土壤侵蚀随坡度增加而显著增加,且极端降雨会使其加剧。随着桉树人工林林龄增长,土壤侵蚀又逐渐减少。该区土壤侵蚀关键部位为坡度大于25°的桉树人工林幼林区,土壤侵蚀治理关键期为造林后2~3年之内。本研究建议大于25°的陡坡区域应采用合理造林整地措施,同时避免破坏坡度大于35°区域的自然植被,并提高道路建设标准和加强林区管理,以应对极端降雨的挑战。

CO_(2)浓度倍增、增温和轻度干旱对冬小麦根系生长和氮素吸收的影响

【目的】根系是作物氮素吸收的主要器官,研究CO_(2)浓度倍增和增温对根系生长和氮素吸收的影响,为应对气候变化提供科学的养分管理策略。【方法】以冬小麦(Triticum aestivum L.)为材料,在人工气候室内进行盆栽试验。设置对照(大气CO_(2)浓度400μmol/mol+正常环境温度,CK)、CO_(2)浓度倍增(CO_(2)浓度800μmol/mol+正常环境温度,ECO_(2))、增温4℃(CO_(2)浓度400μmol/mol+增温4℃,ETem)和CO_(2)浓度倍增+增温4℃(CO_(2)浓度800μmol/mol+增温4℃,ECO_(2)+ETem)4种气候情景,每种气候情景设置充分供水(80%田间持水量)和轻度干旱(60%田间持水量)两个水分条件。调查了冬小麦根系生长(根生物量、根冠比、总根长、根总表面积和根总体积)和氮素吸收的情况,分析冬小麦氮素吸收与根系生长的关系。【结果】1)CO_(2)浓度倍增对冬小麦各生育期根系生长均无显著影响,而增温4℃和轻度干旱显著抑制了开花和灌浆期的根系生长。2)CO_(2)浓度倍增、增温、轻度干旱共同作用均显著抑制了冬小麦根系生长,其中增温和轻度干旱对根系生长具有协同抑制作用。3)CO_(2)浓度倍增显著降低了冬小麦灌浆期根氮含量,而对地上部氮含量无显著影响;增温4℃显著增加了冬小麦各生育期根氮含量和地上部氮含量;轻度干旱增加了根氮含量和地上部氮含量,且仅对地上部氮含量有显著影响;CO_(2)浓度倍增与增温交互作用仅对根氮含量增加有显著促进作用;增温与轻度干旱交互作用对根氮含量和地上部氮含量增加均有显著促进作用;CO_(2)浓度倍增与轻度干旱交互作用,以及CO_(2)浓度倍增、增温和轻度干旱三者交互作用对根氮含量和地上部氮含量增加均无显著影响。4)根氮积累量及地上部氮积累量均与根系形态指标对CO_(2)浓度倍增、增温、轻度干旱及其交互作用的响应具有相同变化特征,且根氮积累量和地上部氮积累量与各生育期根系形态指标有显著正相关关系。【结论】在本试验条件下增温和轻度干旱对冬小麦根系生长具有较强的抑制作用,且二者对根系生长具有协同抑制作用;CO_(2)浓度倍增对冬小麦各生育期根部和地上部氮素吸收的影响总体不显著,而增温和轻度干旱对根部和地上部氮含量增加均有一定的促进作用,对根部和地上部氮积累量增加均有抑制作用,增温是影响氮素吸收的主导因子。

毛乌素沙地沙漠化逆转过程土壤颗粒固碳效应

为揭示毛乌素沙地沙漠化逆转过程中土壤颗粒的固碳效应,选择陕北榆林治沙区从流沙地、半固定沙地到林龄为20~55年生的灌木和20~50年生的乔木固沙林地,采用物理分组法分析了土壤砂粒、粉粒、黏粒结合碳的演变特征和累积速率.结果表明:对比流沙地,土壤总有机碳及各颗粒碳含量在两种固沙林地均呈显著增加趋势,并以表层0~5 cm土壤碳含量增幅最高.从流沙地到55年生灌木和50年生乔木固沙林地,0~5 cm土层砂粒碳密度增速均为0.05 Mg·hm^(-2)·a^(-1),粉粒碳密度增速分别为0.05和0.08 Mg·hm^(-2)·a^(-1),而黏粒碳密度增速分别为0.02和0.03 Mg·hm^(-2)·a^(-1).0~20 cm土层,两种林地各颗粒碳密度增速平均为0~5cm土层的2.1倍.按此增速到50~55年生的固沙林地时,两种林地0~20 cm土层的砂粒碳、粉粒碳和黏粒碳密度分别比流沙地平均提高6.7、18.1、4.4倍,并且颗粒碳对总有机碳的累积贡献率平均为粉粒碳(39.7%)≈砂粒碳(34.6%)>黏粒碳(25.6%).综上,毛乌素沙地沙漠化逆转过程土壤颗粒均表现出显著的固碳效应,且以砂粒和粉粒为主要固碳组分.

毛乌素沙地固沙林发育过程中土壤有机碳库稳定性特征

为揭示固沙林发育过程中土壤固碳效应与有机碳库稳定性特征,基于时空替代法,采集陕北毛乌素沙地治沙区从半固定沙地到林龄分别为22、32、53年乔木和灌木林地表层土壤,分析了土壤总有机碳、氧化活性碳和惰性有机碳含量,以及矿化碳排放、分解比例的变异特征.结果表明:相比半固定沙地,22~53年灌木和乔木林土壤总有机碳增幅来自惰性碳,分别为3.5~6.2和3.2~7.7 g·kg^-1,来自氧化活性碳的分别为2.8~3.4和1.3~2.8 g·kg^-1,并且灌木和乔木林土壤氧化活性碳所占比例未发生显著变化,分别维持在37.0%和26.8%,但土样经恒温培养60 d后,该比例分别下降至25.7%和17.4%.培养结束时,2种林地22~53年土壤有机碳矿化率无显著差异;所有固沙林样地矿化碳的损失有76.9%~98.7%来自于氧化活性碳,仅1.3%~23.5%来自于惰性碳.与最高碳分解速率相比,土壤碳累积释放量与β-葡萄糖苷酶、脱氢酶活性的相关性更强,但酶活性在32~53年林地无显著差异.综上,随着固沙林林龄增加,土壤有机碳趋向少排多存碳的稳定性特征,乔木固沙林固碳效果优于灌木固沙林.

1997-2015年中国种植业碳排放时空特征及与农业发展的关系

基于我国1997~2015年种植业生产过程中农用物资(化肥、农药、农用塑料、灌溉和农业机械)投入所引起的碳排放,揭示我国种植业自1997~2015年碳排放时空分布规律的特征,并分析种植业碳排放与农业经济增长之间的关系。结果表明:2015年我国种植业碳排放总量为9671万t,较1997年增加了51%,而种植业碳排放增速呈现出明显的"下降-上升-下降"的变化特征;不同碳排放源中,化肥使用是中国种植业碳排放的主要来源,占排放总量的56%;碳排放增速具有显著的地域性,西部和东北地区碳排放增速高于东部、中部地区;自1997~2015年中国单位GDP碳排放比逐渐降低,并且地区之间差异减小;目前中国种植业碳排放与农业GDP符合EKC曲线:在东部、中部和东北地区种植业碳排放与农业GDP处于脱钩状态,而西部地区种植业碳排放与农业GDP仍处于耦合状态。我国种植业碳排放基本进入低碳发展的模式,但地区之间碳排放差异较大。

聚乙烯微塑料浓度对黑土团聚体特征及其稳定性的影响

【目的】微塑料会与土壤颗粒及团聚体相互作用而影响土壤的稳定性,探究微塑料浓度对黑土团聚体特征及其稳定性的影响,以期为农田土壤(微)塑料污染及土壤健康评价提供数据基础。【方法】通过大豆盆栽实验,研究自然条件下不同微塑料浓度(0%、0.1%、0.5%、1%、2%、5%)对黑土团聚体组成、团聚体稳定性(大团聚体含量R> 0.25)、土壤团聚体特征指标(平均质量直径MWD、几何均重直径GMD、分形维数FD)的影响。【结果】不同微塑料浓度处理中,<0.25 mm的机械稳定性团聚体含量比例最小,且> 2 mm和<0.25 mm的团聚体含量比例随着微塑料浓度的增加而增加;> 2 mm的水稳性团聚体含量比例最小,<0.25 mm的水稳性团聚体含量比例随着微塑料浓度的增加而增加;但在1%浓度时,机械稳定性和水稳性团聚体含量比例均与其他浓度的趋势相反;无植物种植的团聚体变化与种植物的相似。土壤大团聚体(R> 0.25)的含量比例随着微塑料浓度的增加而显著减小,当微塑料浓度为1%时,其含量比例略低于对照试验(CK)。不同采样期,大豆成熟期的土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的MWD、GMD均比花期的小,而花期的团聚体分形维数比成熟期高,表明随着大豆生长及微塑料的作用,土壤团聚体稳定性降低。通过相关性分析表明,MWD与GMD呈极显著正相关关系,且二者均与FD值呈极显著负相关,即土壤团聚体MWD和GMD总体显著增大,FD值则显著减小,从而表征土壤颗粒团聚性下降。此外,当土壤中微塑料浓度为1%时,土壤团聚体分形维数最小,即土壤团聚作用增强。【结论】土壤中微塑料累积浓度越高,对土壤团聚体产生的破坏作用越强,导致土壤颗粒间聚合能力减弱,土壤中微塑料浓度为1%是否可作为影响黑土团聚体稳定性变化的阈值还有待后续研究,以期为全面评估微塑料对土壤质量的影响提供依据。