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土壤学报 2018年第02期杂志 文档列表

土壤学报杂志综述与评论

中国农田土壤重金属污染防治挑战与对策261-272

摘要：我国农田土壤重金属污染格局多样,区域污染风险突出。发达国家对污染土壤的修复经验对我国具有借鉴意义。我国农田土壤重金属污染防治面临土壤重金属空间异质性强、土壤类型及农作物品种对重金属累积差异大、土壤酸化严重、土壤元素失衡、不科学的发展方式、土壤重金属累积趋势难以逆转、土壤—农作物重金属累积线性关系不显著,修复技术不完善、修复措施长期风险调控机制缺失等主要挑战。根据我国农田土壤污染防治现状及课题组工作基础,我们提出以预防为主、保护优先和风险管控为基本思路,建立土壤污染防治体系,通过＂土壤环境质量调查、土壤污染源头管控、分类管理和土壤环境质量基准推导＂等4个步骤推进农田土壤重金属污染防治工作。

气候变化对土壤有机碳库分子结构特征与稳定性影响研究进展273-282

摘要：气候变化与土壤碳库之间的相互作用及耦合机制一直是学术界研究的热点与难点。虽然目前在群落—生态系统、区域—全球等不同尺度上开展了大量研究,然而在分子尺度上探究气候因子波动对土壤有机碳库化学结构特征影响机制方面却鲜有研究。本文综述了近年来气候因子变化及其导致的环境、生态因子变化与土壤有机碳库分子结构特征的关系。气温升高不仅将改变土壤中源自植物部分的有机碳来源特征,同时也会将加速土壤木质素等碳组分分解,排水或者旱化引起有机质分解加速,土壤中C=O键增加。植被演替、土壤动物及微生物等与气候变化密的切相关的生态因子则会影响输入土壤植被残体性质,加速糖类、脂类及木质素分解、并改变有机碳结构的生物分子标志物;土壤中有机碳稳定性与分子结构特征密切相关,土壤中具有高的苯环结构（芳香族化合物）及O-烷基碳通常表明土壤碳库具有更高的稳定性,而之前认为较为稳定的木质素等结构在气候变暖背景下可能并不稳定。未来研究中应着重关注与土壤有机碳分子标志物的识别与生态意义判读、生物对土壤有机碳分子结构转换过程的调控作用及机制、大尺度环境/生态过程与碳库分子结构转变的耦合机制及新的土壤有机碳分子结构辨识技术及判读等方面的研究。

土壤学报杂志研究论文

中国典型地区轮作休耕模式与发展策略283-292

摘要：当前,全国各地正在按照党中央的战略部署,积极探索实行耕地轮作休耕制度试点。探索科学合理的轮作休耕模式与方法,对于我国农业的未来发展具有重要意义。2017年3—6月,中国科学院南京土壤研究所赵其国院士率领中国科学院学部咨询项目＂探索实行耕地轮作休耕制度试点问题咨询研究＂组的各位成员,深入江苏省、湖南省、河北省的典型地区进行耕地轮作休耕考察和调研。通过深入田间地头实地察看,与干部、群众座谈交流,获取了大量的第一手资料,同时结合已有的文献资料,经过归纳总结提炼,总结分析了我国连作障碍区（江苏省）、重金属污染区（湖南省）和地下水漏斗区（河北省）的三个典型地区的轮作休耕模式与技术措施。在连作障碍区主要采取轮作和休耕措施（冬耕晒垡模式、冬种绿肥模式、种植豆类模式和增肥培肥模式）;在重金属污染区进行的轮作休耕模式主要有改种作物和品种、改良土壤、科学灌溉、控制吸收和＂VIP＋n＂创新污染治理模式;在地下水漏斗区主要采取季节性休耕和周年休耕的模式。三大典型区域在实施相应的轮作休耕模式后,其经济社会生态效益得到了相应显著提高。同时对我国典型地区的轮作休耕模式与方法提出了＂四项原则＂、＂四个统一＂和采取＂八大措施＂的建议。在不同地区实施轮作休耕应因地制宜,分类实施推进耕地轮作休耕发展对策,为我国科学推行轮作休耕制度试点工作提供现实参考。

基于数据库驱动技术的土壤图注记自动配置系统的设计与实现293-303

摘要：土壤注记是土壤图制图表达的重要内容,对于理解土壤的发生、分布具有重要意义。在基于全国第二次土壤普查资料进行大比例尺土壤图分幅制图过程中,若对拥有海量土壤空间信息的多分幅大比例尺土壤图实现注记表达,不可能再依赖于传统的制图方式生成注记。为了实现注记上图的自动化和以交互方式解决多个步骤判断问题,构建了土壤图注记自动配置系统。该系统采用图廓边界注记压盖检测与处理技术,解决了注记压盖图廓边界的问题;采用图层、分级码、要素对象的三级控制方法,实现了注记在图层级别上进行整个图层以及背景层注记的设置,在分级码级别上结合统计结果,实现了注记的条件判别与阈值过滤,在要素级别上实现了特殊要素注记的生成。基于数据库驱动技术并以人机交互的方式进行土壤图注记的自动化配置,实现了批量土壤图分幅注记的快速生成,不仅具有较强的灵活性,可适用于不同比例尺土壤图及其他类型地图的注记表达,而且大大提高了数据生产的效率和自动化处理程度。该研究为今后不同比例尺土壤图制图实现注记的自动化配置提供参考。

基于可见-近红外反射光谱的土壤碳酸钙含量与反演效果关系研究304-312

摘要：土壤可见-近红外反射光谱中包含了大量的土壤属性信息,研究人员根据土壤属性信息在光谱上的特征,对土壤属性进行定量反演。是否属性值越高,反演精度越高？目前对于属性含量与反演效果的定量关系尚不清楚。采集了我国西北地区黑河流域69个代表性干旱土剖面（292个发生层土样）,以气量法测定其碳酸钙含量,使用Cary 5000分光光度计测定其可见-近红外光谱反射率,以样本量和离散度（变异系数）作为数据集划分标准,分别建立了11个相同样本量子集（A）和5个相近离散度子集（B）,应用偏最小二乘回归（PLSR）算法对各子集进行土壤碳酸钙含量反演,以此探究碳酸钙含量与反演效果的定量关系。结果表明,碳酸钙可增加可见-近红外波段的光谱反射率,但利用可见近红外光谱反演土壤碳酸钙含量,其反演效果与碳酸钙含量关系不显著。

干旱区典型绿洲土壤有机质的反演及影响因素研究313-324

摘要：为了大面积、高精度地反演土壤有机质含量,为农业可持续发展提供数据支撑。以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,采用波段平均法将实测高光谱窄波段拟合为Landsat 8 OLI遥感影像的宽波段,建立土壤有机质含量的估算模型,并将最优估算模型应用到经过波段校正的Landsat 8OLI遥感影像中。结果表明：（1）反射率进行倒数、对数、平方、一阶微分等数学变换后与有机质含量的相关性显著提高;（2）土壤有机质的高光谱估算模型拟合度较高,最优估算模型的决定系数R^2为0.852,采用比值法对多光谱波段反射率进行校正,校正后的遥感影像反演结果得到了较大提高,检验样本的决定系数R2从0.711提升至0.849。从反演结果来看,将高光谱估算模型应用到经过订正的多光谱影像,土壤有机质反演模型的精度得到了大幅度提高,运用此方法可以实现高精度的土壤有机质区域化反演。（3）有机质的分布受土地利用类型、土壤颗粒组成、土壤质地的影响,其中土壤质地对有机质的空间分布影响最为显著。

黄绵土钾含量高光谱估算模型研究325-337

摘要：为了研究可见/近红外光谱法估算渭北旱塬区黄绵土钾含量的可行性,以陕西省乾县试验田采集的120个土壤样品为研究对象,在室内进行土壤全钾、速效钾含量及反射光谱数据测量的基础上,应用多元线性回归（MLR）和偏最小二乘回归（PLSR）方法建立土壤钾含量的估算模型,并用独立样本进行验证。结果表明,以土壤光谱反射率一阶微分（DSSR）为自变量建立的多元线性回归模型（MLR）能进行土壤全钾含量准确估算。以波段深度一阶微分（DBD）为自变量建立的PLSR模型,验证集的决定系数（R2pre）大于0.90,预测均方根误差（RMSEpre）等于0.054,预测相对分析误差（RPDpre）等于3.310,是估算土壤全钾含量的最优模型;而以DSSR为自变量建立的PLSR模型,RPDpre值为1.619和1.572,是估算土壤速效钾含量的最优模型。本研究表明可见/近红外光谱结合多元线性回归和偏最小二乘回归方法能对渭北旱塬区黄绵土全钾含量进行快速、准确估算,但对速效钾含量仅能进行粗略估算。

近30年湟水流域土壤全氮时空变异及影响因素338-350

摘要：基于湟水流域1985年第二次土壤普查的45个剖面数据和2015年土壤调查的61个剖面数据,采用统计和地统计学法,分析了流域0～15 cm和15～30 cm土层近30年全氮（TN）的时空变异及影响因素。结果表明：从1985年至2015年,0～15 cm和15～30 cm层TN均值分别由1.33 g kg^-1和1.15 g kg^-1升高至2.25 g kg^-1和2.08 g kg^-1,增幅为69.20%和80.87%;近30年来,湟水流域0～15 cm和15～30 cm土层全氮呈现增加趋势,其中西部、北部、中部以增加为主,东南部以递减为主;空间相关性由强变为中等,1985年TN含量在东西和南北两个方向均呈现先减后增的趋势,2015年则整体呈从东南向西北增加的趋势;气候因子、海拔、土壤质地、土壤类型等自然因素和土地利用、施肥、种植结构以及农业机械化等人为因素共同导致了TN时空分异,人类对土壤养分干预作用表现出增强的趋势。考虑到TN含量存在较大的时空变异,建议建立湟水流域土壤TN含量长期监测点,并对农业氮肥的施用实行分区管理,以保障整个农业流域的可持续发展。

青藏高原深层土壤热扩散率的时空分布特征351-359

摘要：青藏高原是地气相互作用相对活跃的地区,深入了解青藏高原土壤热扩散率的变化,才能正确计算地表能量平衡进而准确认识青藏高原对全球和区域气候变化的影响。根据青藏高原1980—2001年39个观测站点实测的0.8 m和3.2 m土壤温度资料,利用热传导对流法结合最小二乘法拟合求得各站点的土壤热扩散率,并分析了土壤热扩散率的时空变化规律。结果表明,1980—2001年期间青藏高原土壤热扩散率在20世纪90年代以前波动较大,20世纪90年代以后波动较小。青藏高原东部地区的深层土壤热扩散率从春季至夏季增大,夏季至秋季减小,秋季至冬季减小;夏季最大值出现在青、川、甘三省的交界处,土壤热扩散率的值为8×10^-6 m^2s^-1,冬季最大值为5.1×10^-7 m^2s^-1;而除东部以外的青藏高原其他地区的土壤热扩散率,春季至夏季减小,夏季至秋季增加,秋季至冬季减小,该区域土壤热扩散率的变化范围为1.2×10^-7 m^2s^-1～9.2×10^-7 m^2s^-1。土壤热扩散率的多年平均最大值出现在青海省和甘肃省西南部以及四川西部的青藏高原东部地区,土壤热扩散率的极值为6.4×10^-6 m^2s^-1。最小值出现在祁连山地区,土壤热扩散率为1.2×10^-7 m^2s^-1,中部地区为相对高值区。

基于土壤导气率的燥红土孔隙结构及弯曲连通性研究360-368

摘要：土壤气体传输高度依赖土壤孔隙结构,导气率的获取简单、快速、高效,且对土壤结构破坏小,利用PL-300土壤空气传导性测量系统分别对不同含水率、不同容重条件下的原状土与扰动土进行导气率测量,展开针对土壤孔隙结构与弯曲连通性的讨论。结果表明：（1）原状土样本孔隙弯曲连通性随气相饱和度增加而增加的程度较扰动土样本显著,两者相对导气率与饱和度的关系曲线变化走势差异不大,表明即便饱和度一样的条件下,孔隙弯曲连通程度仍然不同;（2）原状土导气率依赖于大孔隙的存在,扰动土导气率不仅依赖于孔隙连通的程度,还取决于孔隙弯曲程度。基于土壤导气率对土壤孔隙结构及弯曲连通性的讨论,在建立气体传输模型时应考虑孔隙尺寸分布对导气率的影响,就原状土与扰动土不同的弯曲连通系数加以区分与讨论,为进一步揭示土壤气体传输的内在机制提供参考。

干湿循环下气—液界面张力对黏土收缩开裂的影响369-379

摘要：气—液界面张力（表面张力）作为主要的外部环境因素之一,其变化势必会对土壤收缩开裂和土水特性有重要影响。开展了一系列不同温度条件下的干湿循环试验,脱湿温度设定为25℃和60℃两种,对3组不同表面张力的初始饱和试样进行干湿循环试验。在脱湿过程中,对试样的含水率变化及表面裂隙的演化过程进行定时测量拍照,利用数字图像处理技术对试样裂隙图像进行定量分析,最终得到表面收缩开裂裂隙度δ。结果表明：随着干湿循环次数的增加,试样的最终δ有所增加,但增长幅度不大;温度越高,试样初次出现裂隙的时间越快,当温度从25℃增加至60℃时,试样出现初始裂隙时对应的临界含水率从38%增至41%,试样的最终δ增长20%～40%;在同一温度环境下,土样的裂隙发育程度随着表面张力的降低而变慢,最终δ随着表面张力的降低而减小,无论何种温度环境,表面张力大小和裂隙度大小顺序一致,均为纯水试样〉酒精溶液试样〉肥皂水试样;含水率相同时,表面张力越大,对应试样的δ越大。

黄河中下游湿地土壤铁还原氧化过程的温度敏感性380-389

摘要：土壤中铁的还原氧化过程因与重金属的生物有效性、有机污染的降解及含碳温室气体排放等环境问题关系密切而备受关注。温度可能通过影响铁还原菌或者Fe（II）氧化菌的活性、底物的生物可用性等而影响铁的还原过程。以黄河中下游地区新乡市原阳大米产区的湿地土壤为样品,利用厌氧泥浆控温培养试验方法研究了黄河中下游湿地中土壤铁还原氧化过程的温度敏感性。结果表明：黄河中下游湿地土壤铁的还原容量在16～31℃范围内不受温度影响,但在16～40℃之间升高温度可显著增加铁还原过程的最大速率、速率常数,亦可缩短最大速率出现的时间。铁还原的温度敏感系数介于1.18～3.05之间,且随温度上升而升高。光照可降低铁还原的温度敏感性,平均降幅39.0%。光照时土壤中Fe（II）氧化对温度不敏感。光照条件和铁氧化物的种类和数量可能是影响土壤有机碳矿化的因素之一。研究结果对于深入理解土壤铁的生物地球化学循环及其与土壤呼吸的关系具有重要意义。

黄河三角洲不同盐渍化土壤中氨基糖的积累特征390-398

摘要：以黄河三角洲垦殖区的轻度和中度盐渍土为研究对象,研究垦殖过程中两种盐渍土氨基糖（氨基葡萄糖、氨基半乳糖、胞壁酸及氨基糖总量）的积累特征,并利用氨基葡萄糖和胞壁酸的比值探讨了真菌和细菌残留物在不同盐渍土有机质积累过程中的相对贡献。结果表明：盐渍化程度对氨基糖总量和单个氨基糖的积累均有显著影响。轻度盐渍土氨基糖含量显著高于中度盐渍土,而不同种类氨基糖含量对盐渍土的响应因微生物来源不同而有所差异。氨基葡萄糖主要来源于真菌,轻度盐渍土中的含量显著高于中度盐渍土。氨基半乳糖的来源并不明确,但与氨基葡萄糖的累积特征相似。胞壁酸唯一来源于细菌,轻度盐渍土中的含量则显著低于中度盐渍土。氨基葡萄糖和胞壁酸的比值在轻度盐渍土中显著高于中度盐渍土,表明与轻度盐渍土相比,细菌残留物对中度盐渍土有机质积累的相对贡献显著增大,也暗示随着盐渍程度加大,细菌逐渐转为优势群体。

针铁矿和针铁矿—胡敏酸复合体对Se（Ⅳ）吸附机制399-410

摘要：研究了针铁矿和针铁矿—胡敏酸复合体对Se（Ⅳ）的吸附机制。结果表明：针铁矿和复合体对Se（Ⅳ）的最大吸附容量分别为0.202 mmol g-1和0.159 mmol g-1。针铁矿的等温吸附数据适合用Langmuir模型拟合,而Freundlich模型更适合描述复合体的等温吸附过程。针铁矿的等电点（IEP）在7.0附近,复合体的IEP〈3.0;当p H=4.0时,它们的表面电位分别为46.6 m V和-40.5 m V。X—射线光电子能谱（XPS）分析显示,针铁矿和复合体表面Fe2p3/2的电子结合能（B.E.）分别为711.4e V和711.5 e V,复合体表面C1s的B.E.值为284.8 e V。初始p H=4.0时,样品与Se（Ⅳ）相互作用后的主要变化体现在：（1）针铁矿和复合体的悬浮液p H分别升高至4.4和4.2,表面电位分别降低了39.08 m V和升高了1.8 m V;（2）针铁矿表面Fe（Ⅲ）的B.E.值降低了0.4 e V,但吸附态Se（Ⅳ）的B.E.值无明显变化;（3）复合体表面Fe（Ⅲ）的B.E.值降低了0.3 e V,表面C-O中C的B.E.值由285.7 e V升高至286.5e V,吸附态Se（Ⅳ）的B.E.值升高了0.6 e V。针铁矿和复合体吸附Se（Ⅳ）的主要机制包括表面配合反应（复合体表面铁羟基与HSe O3-之间存在双齿配位）、静电引力、氢键等作用。此外,复合体表面吸附态Se（Ⅳ）同时与针铁矿和胡敏酸发生了作用,形成了针铁矿—Se（Ⅳ）—胡敏酸三元体。

不同离子强度下SiO2胶体对磺胺嘧啶土壤吸附迁移行为的影响411-421

摘要：通过室内批实验和土柱出流实验,以二氧化硅胶体作为外源胶体,定量分析了改变离子强度时胶体对磺胺嘧啶（Sulfadiazine,SDZ）在土壤中吸附、迁移行为的影响。批实验结果表明,离子强度为0.001、0.003 mol L^-1时胶体的加入能够抑制SDZ的吸附,而0.005、0.010 mol L^-1时胶体的加入对SDZ吸附的影响与SDZ初始浓度有关。Freundlich模型能较好地拟合SDZ在土壤中的吸附情况,R2在0.958～0.997范围内。土柱实验结果表明,不加胶体时,高离子强度会促进SDZ在土壤中的迁移,SDZ在土柱中出流早,相对浓度峰值高且持续时间长;加胶体时,高离子强度下胶体出流量小,抑制SDZ在土壤中的迁移,SDZ的相对浓度峰值降低且更难洗脱,而低离子强度时胶体全部或部分出流,促进SDZ的迁移,SDZ出流早且相对浓度峰值高。总之,吸附迁移实验表明,低离子强度时,胶体的加入促进了SDZ的迁移抑制SDZ的吸附,高离子强度时则相反。该结果有助于全面理解土壤中磺胺类抗生素的运移,指导磺胺类抗生素的风险评估及防治。

三氯生与镉单一及复合污染对土壤呼吸和酶活性的影响422-431

摘要：为了解典型药品和个人护理品（PPCPs）——三氯生与镉复合污染的生态效应,采用室内培养实验和联合毒性预测模型,首次评价了三氯生与镉单一及复合污染对土壤呼吸及参与土壤碳氮循环的相关酶活性的生态毒性。结果表明：三氯生与镉单一及复合污染对土壤呼吸呈现激活—抑制—激活的生态效应;刺激了蛋白酶活性,激活率先降低后升高,56 d时达到最大。整个实验期间均抑制了蔗糖酶活性,镉（10.0 mg kg-1）单一污染培养14 d抑制率达到最大值（81%）,三氯生单一胁迫呈现负的剂量效应关系,两者复合污染无显著的剂量效应关系。联合效应评价模型预测表明,相比三氯生或镉单一污染,两者的复合胁迫对土壤呼吸呈现随时间变化的拮抗—协同—加和效应,对土壤蛋白酶呈现协同—加和—协同的联合效应,而对土壤蔗糖酶活性则主要为协同效应。

四川省凉山州紫茎泽兰的重金属含量及其肥用安全性评价432-442

摘要：在中国西南地区,紫茎泽兰（Eupatorium adenophorum）大规模侵入农田、森林和草场,造成了巨大的经济损失和严重的生态灾难,是我国危害最严重的入侵植物,防除与资源化利用相结合是控制其蔓延的重要途径之一。经过生物堆肥腐熟后,紫茎泽兰的繁殖器官死亡,抑制植物、动物和微生物生长繁殖的有毒化感物质降解,重金属含量成为紫茎泽兰能否作为有机肥的关键性问题。选择四川省凉山州典型矿区、农林和交通用地,采集42个紫茎泽兰群落的土壤、植株、邻近植物和就地腐熟生产的紫茎泽兰有机肥,测定重金属含量,并对其肥用安全性进行评价。结果表明,土壤和紫茎泽兰重金属含量的变幅较大,土壤全砷（As）、二乙基三胺五乙酸（DTPA）/盐酸提取态铅（Pb）和镉（Cd）、碳酸氢钠提取态As与紫茎泽兰的重金属含量均呈显著正相关,相关系数依次为0.528、0.337 6、0.761 2和0.313 7（n=38～42,p〈0.05）。在紫茎泽兰体内,茎的重金属含量最低,根系含量最高的重金属是铬（Cr）和As,叶片含量最高的则为Pb、Cd和汞（Hg）。与12种邻近植物相比,紫茎泽兰的重金属含量和富集系数低于它们中的绝大多数,其平均值和最大值也显著低于或相似于邻近植物。说明在自然条件下,紫茎泽兰吸收重金属类似普通植物,无特别的偏嗜性,不支持紫茎泽兰富集重金属的观点。紫茎泽兰有机肥各重金属含量均显著低于《有机肥国家标准》（NY525-2012）。因此,在紫茎泽兰泛滥成灾的四川省凉山州,就地腐熟紫茎泽兰做肥用不具有重金属安全风险,且无不同区域之间的重金属迁移,产生土壤污染的风险极小,值得推广应用。

长期施肥对红壤旱地团聚体特性及不同组分钾素分配的影响443-454

摘要：基于祁阳红壤旱地长期施肥定位试验,选取CK（不施肥）、NP（氮磷肥配施）、N P K（氮磷钾肥配施）、N P K M（氮磷钾肥和猪粪配施）和N P K S（氮磷钾肥和秸秆半量还田）处理,于试验26年（2016年）玉米收获后采集不同施肥处理原状土壤（全土）,分析土壤团聚体组分中全钾、非交换性钾和交换性钾含量变化,并进一步探讨土壤团聚体组分钾对全土钾的贡献率及其与作物吸钾量的相关关系。结果表明：（1）在所有处理中,NPKM处理下〉2 mm、1～2 mm和0.5～1 m m的团聚体组分比例最高,但0.0 5 3～0.2 5 m m和〈0.0 5 3 m m的团聚体组分比例则显著低于其他处理,而NPKS处理下〉2 mm、1～2 mm和0.5～1 mm的团聚体组分比例则无显著增加。（2）与NPK处理相比,NPKM处理各团聚体组分中非交换性钾和交换性含量分别增加24.37%～49.04%和82.02%～176.3%,且NPKM处理下较大的团聚体组分（〉0.5 mm）中全钾、交换性钾和非交换性钾对全土全钾、交换性钾和非交换性钾的贡献率显著增加（增幅分别为6.25%～31.97%、5.72%～43.16%和6.33%～41.98%）,而在较小粒级团聚体组分（〈0.25 mm）中则呈下降趋势（降幅分别为14.37%～21.44%、17.04%～33.66%和34.40%～43.84%）。（3）NPKS处理各团聚体组分的非交换性钾和交换性钾含量以及各团聚体组分钾对全土钾的贡献率均与NPK处理无显著差异。（4）线性回归分析表明,当〉0.25 mm团聚体组分钾对全土钾的贡献率增加1%时,作物吸钾量相应增加9.92～11.89 kg hm-2。长期化肥配施猪粪可显著改善红壤旱地的团聚体组分,进而提高团聚体组分钾对全土钾的贡献能力,促进作物对钾素的吸收。