承载力的研究在生态学中有着较长的历史,当前在生态文明建设和国家空间规划的背景下又成为研究的热点。国土空间规划中的"双评价""、三线一单"编制和生态红线划定均要求对承载力进行评价。承载力的概念和研究方法多样,当前还未有统一的范式或指标体系。本文针对开发强度大、生态环境问题突出的环渤海地区,尝试以指标体系法为基础,从综合考虑社会-经济-生态因素且重点考虑各子系统间关联系的角度,对此区域综合承载力现状进行了评价。从支持力和压力两方面建立分层多级综合评价指标体系,以地级市为单元对研究区2012～2016年综合承载力进行量化评估并加以分析;再以当前技术水平为条件,设定综合承载力理想状态,探索各市提升综合承载力的途径,并运用系统动力学理论和方法,应用Vensim软件对未来10年环渤海地区综合承载力进行了预测。研究结果表明:环渤海区域13个地级市和天津市,近5年区域综合承载力均有所提升,但地区间差异较大,且距理想状态均有一定差距。天津市综合承载力初始水平较高且增速较快,区域综合承载力值达到0.60,最接近理想状态值的0.713;河北省各市水平最低,且增长速度均较缓慢,其区域综合承载力值最高的也仅为0.40;山东省各市综合承载力整体呈缓慢上升趋势,区域综合承载力值略高于河北,达到0.50;辽宁省各市综合承载力水平参差不齐,综合承载力指数在0.35-0.50之间,个别城市甚至出现回落现象,而制约综合承载力提高的主要因素是环境压力和经济发展水平。对环渤海地区未来10年综合承载力预测结果表明,该地区综合承载力缓慢提升;加大科技投入与加强对自然生态系统的保护是提升环渤海区域未来综合承载力的重要手段。本研究结果可为区域综合承载力研究提供案例和方法上的参考,也可为环渤海地区的综合承载力提升和生态文明建设提供支持。

土壤生态肥力不仅能反映土壤为植物生长提供水、肥、气、热的能力,还可反映土壤健康状况和可持续利用的能力,故能够用于煤矸山复垦地土壤质量评价。以山西省长治市潞安矿区植被复垦后8年的煤矸山为研究对象,比较了复垦为林地和复垦为草地的0～10 cm和10～20 cm土层土壤生态肥力的差异,并分析其原因。结果表明:(1)复垦林地土壤碱解氮和有效磷含量,微生物量碳和氮含量,碱性磷酸酶活性,微生物群落PLFA总浓度和细菌、真菌、放线菌和革兰氏阳性菌群落PLFA浓度均明显高于复垦草地,而土壤微生物丰富度指数、Shannon-Weiner指数低于复垦草地。(2)土壤生态肥力评价结果表明,复垦林地土壤生态肥力水平优于复垦草地,这主要缘于复垦林地中较强的根系作用和较多的根系分泌物形成了有利于营养物质迁移转化以及微生物和酶生长的土壤微环境。本研究可为煤矸山复垦植被的选择和复垦地后期管理提供科学依据。

土壤信息系统的构建与应用有助于加强土壤数据的信息化管理,提高土壤信息的共享性。目前土壤信息系统主要为单一专题系统,在多专题分析或与其他系统进行数据交互的实际应用中存在较多阻碍。针对这一问题,本文收集整理新疆农田土壤信息数据并建库,设计开发出基于WebGIS技术的新疆绿洲农田土壤信息集成与共享系统,系统集成了耕地地力评价、土壤改良利用分区、作物适宜性评价及测土配方施肥等四个专题功能并使之相互衔接,实现了土壤信息的在线查询与高效共享。运行结果表明,该系统降低了数据冗余,提高了数据利用效率,具有较高的稳定性和实用性,对促进新疆农业的信息化、规模化及可持续发展具有重要意义。

土壤可蚀性（K）反映土壤对侵蚀的敏感程度。本研究旨在查明东北地区坡耕地主要土种K特征。共采集了70个土种的土样,利用土壤理化性质分析和USLE诺谟图获取了它们的K_n,分析了东北地区耕地土壤主要土种的可蚀性。结果表明:（1）K_n最小值为0.011,最大值为0.070,平均值为0.031,标准差为0.012。无论是沿纬度方向,还是经度方向,K_n没有持续递增或递减的趋势。（2）各土种之间K_n差异明显,极值比达到6.4;同一土类各土种之间K_n也存在一定差异;多数土类的K_n极值比超过了1.5;因此,土壤侵蚀预报应尽量使用土种的K_n。（3）随着侵蚀程度加重,吉林省黑土的K_n没有明显的变化趋势。（4）近6%土种的砾石盖度超过1.5%;如果不考虑砾石因素,它们的K_n平均被高估37%。对于侵蚀严重、砾石较多的山区土壤,应考虑砾石对K_n的影响。

土壤水分含量是农田进行定额灌溉的基本参数,南疆地处干旱区,土壤水资源稀缺,实现田间定额灌溉更利于充分利用土壤水分。EM38-MK2快速和高效获取土壤水分含量数据,适时监测土壤水分含量,可成为农田精准灌溉的重要途径。用EM38-MK2测定轻度、中度和重度3个不同程度盐渍化区域土壤0～0.75 m和0～1.5 m的表观电导率,结合同步采集的0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm土壤剖面剖面及室内测定含水量数据,对比三个不同盐渍化程度表观电导率反演土壤含水率模型精度,比较分区模型和全区模型的反演精度,分析土壤盐分含量对反演土壤含水率精度的影响。结果表明,用EM38-MK2对土壤含水率反演效果在轻度盐渍化表现最好,中度盐渍化次之,重度盐渍化较差。不同深度土层的分区模型精度均高于全区模型精度,分区模型R2为0.73～0.88,RMSE低于全区模型,全区模型各层的RPD均低于1.5,不具备预测能力。土壤盐分含量对土壤水分的反演有影响,并且随土壤盐分含量的增加,反演精度下降。

为了比较湿筛-沉降法和激光粒度仪法测定玄武质火山碎屑物发育土壤的颗粒组成的结果,对供试土壤进行了比重值测定,并采用实测比重值和常用比重值(2.65)分别进行了湿筛-沉降法的土壤颗粒组成测定,同时又对样品进行了激光粒度仪法测定。结果表明:玄武质火山碎屑物发育土壤的比重值较土壤的常用比重值有一定的差异,进而导致了两种比重值条件下湿筛-沉降法测定的土壤颗粒组成的差异,但相差不大。激光粒度仪法测定的土壤颗粒组成与湿筛-沉降法比较,黏粒含量偏低,粉粒含量偏高,绝大多数砂粒含量偏高。导致这种差异的原因之一是两种方法的测定原理不同,分别测定的是同一颗粒的不同特征;其次是测定的粒径范围不同,湿筛-沉降法测定<2 mm的全部土粒,但激光粒度仪法对小于某粒径(MS3000激光粒度仪的测量范围是0.01～3500μm)的土粒不做测量;此外,还受黏土矿物的层状构造及土壤分散方法的影响。由于不同生产厂家、不同型号的激光粒度仪,其测量范围不同,对土壤颗粒组成的测定结果会产生一定的影响。所以,建议在应用激光粒度仪测定土壤颗粒组成时,标示仪器的生产厂家和型号。

以林地、疏林荒草地、荒草地、耕地、埋藏古红土等不同利用方式下的第四纪古红土剖面为研究对象,通过剖面内扣除黏粒的粒度组成、Ti/Zr比值和野外剖面形态观察等方法分析,判定了古红土母质均一性,接着利用湿筛法筛分了供试古红土水稳性团聚体,比较分析了各利用方式下古红土与未经人为利用的埋藏古红土的不同粒级团聚体组成,探讨了不同土地利用方式下的古红土不同粒级团聚体组成变化。研究结果表明:(1)供试古红土的成土母质是均一的,埋藏于地下的古红土由于未被人为利用,受人为干扰小,因压实等影响结构性不良,主要以<0.25 mm微团聚体为主;(2)古红土被利用后土壤团聚体<0.5 mm的减少、> 0.5 mm的增加,利用方式不同,古红土的团聚体(粒级)变化不同(土层深度);(3)团聚体林地以> 5 mm为主,疏林荒草地、荒草地和耕地以> 5 mm、5～2 mm和2～1 mm为主;(4)古红土被开发利用后,土壤团聚体的稳定性增加,且林地的稳定性强于耕地,是古红土分布地区一种较合理的利用方式。

土壤界限含水量作为重要的土壤力学指标,直接影响着坡耕地土壤抗冲性和土壤侵蚀过程。土壤机械组成与界限含水量特征值存在因果关系;研究两者间关系,有助于阐明坡耕地土壤侵蚀机理。以黔中3种主要岩性区坡耕地为研究对象,用野外调查及室内试验的方法,探讨了土壤机械组成对界限含水量的影响。结果表明:3种母岩区坡耕地土壤塑限为石灰岩区(30.49%)>紫色砂岩区(24.12%)、砂页岩区(20.50%),土壤液限为石灰岩区(56.30%)>紫色砂岩区(43.09%)>砂页岩区(32.80%),塑性指数为石灰岩区(26.03%)>紫色砂岩区(18.97%)>砂页岩区(12.29%)。石灰岩区坡耕地土壤粗砂含量、粉粒含量与液限、塑性指数呈负相关,黏粒含量与液限、塑性指数呈正相关;紫色砂岩区坡耕地粗砂含量与液限、塑性指数呈显著负相关,粉粒含量、黏粒含量与液限、塑性指数呈显著正相关;砂页岩区坡耕地粗砂含量与液限、塑性指数呈显著负相关,黏粒含量与液限、塑性指数呈显著正相关。不同岩性分布区坡耕地的界限含水量存在差异,成土母岩的差异是造成3种坡耕地土壤界限含水量差主要原因。

利用五道沟实验站1964～2018年55年实测地温及气温资料,采用线性倾向估计、MK检验、SR检验和累积距平,系统分析该区域地温的时间演变规律及对气温变化的响应。结果表明:20世纪80年代至今,浅层地温的年代变化一致,呈逐年代升高趋势,深层地温的年代变化存在差异,呈波动式上升,且上升幅度小于浅层地温;不同季节地温的变化趋势性存在差异,0～160 cm地温春、冬季显著上升,夏季除5 cm深处外显著下降,秋季只有80 cm、160 cm深处地温呈显著下降趋势,320 cm深处地温春、冬季下降趋势非常显著,夏、秋季无明显趋势;不同深度、不同季节地温对气温变化的响应存在差异,0～80 cm地温对气温变化的响应较敏感,320 cm地温不受气温变化的影响,春、冬季地温对气温变化的响应较为敏感,而夏、秋季则不敏感。

为减少耕地质量评价工作中确定评价指标权重人为因素的影响,选取江西省奉新县为研究对象,引入机器学习技术,建立基于SVM模型的耕地质量评价模型,探索客观、高效的耕地质量评价方法。本文应用因素法和SVM模型法分别对奉新县耕地质量等别进行划定,通过对比分析两种方法的评价结果,对两种方法的优劣及适用条件进行了判定。结果表明,与因素法相比,SVM模型法具有等别划分高效的优势;SVM模型法耕地质量评价结果的正确率高达96.93%,符合耕地质量评价精度要求。应用SVM模型进行耕地质量评价具有测算高效、受人为因素干扰小等优点,可以广泛应用于耕地质量等别更新、新增耕地质量等别划定等工作。

对一次消解样品、添加抗干扰试剂、同时测定土壤中汞、砷、硒、锑元素含量的原子荧光法进行了实验研究。实验结果表明:(1)加入3%浓度的酒石酸溶液可以改善汞、硒的测定结果,使汞、硒含量控制在标准值范围内;(2)铁盐的加入可以改善锑含量测定结果偏低的情况;(3)砷含量测定结果不受酒石酸和铁盐添加的影响;(4)水浴消解-原子荧光法测定准确,灵敏度高,适合土壤中多种重金属元素快速定量分析。

土壤有机碳库是陆地生态系统中最重要的碳库之一,土地利用方式和成土母质是影响土壤总有机碳及其组分的重要因素。以湖南省花岗岩和玄武岩分布区的林地、旱地和稻田土壤（0～70 cm）为研究对象,采用H2SO4逐级水解法将土壤有机碳分为活性、半活性和惰性三个组分,探究土地利用方式和成土母质对土壤总有机碳及其各组分的影响。结果表明:不同母质和土地利用方式下,土壤活性、半活性、惰性有机碳含量随着土层深度的增加而逐渐降低,且与总有机碳含量均呈极显著正相关关系;土壤活性、半活性和惰性有机碳占总有机碳库的比例分别为31.38%～45.41%、3.68%～12.25%和40.83%～59.29%,且随土层深度的增加占比不发生显著变化;玄武岩地区,表层（0～20 cm）土壤活性、半活性、惰性以及总有机碳的储量在不同土地利用方式间占比不发生显著变化,而底层（20～70 cm）土壤活性、半活性、惰性以及总有机碳在稻田中的储量均显著高于林地;花岗岩地区,除表层土壤半活性有机碳以外,表层和底层土壤中总有机碳及各组分有机碳储量在不同土地利用方式间均无显著性差异。双因素方差分析表明,成土母质显著影响表层土壤总有机碳和惰性有机碳的储量,而土地利用方式则显著影响底层土壤活性、惰性以及总有机碳的储量。综上可见,土壤有机碳主要以惰性有机碳的形式存在,土地利用方式和成土母质对土壤有机碳及其组分剖面分布有不同的影响。

为了解降水增加情况下,黄土高原土壤储水量是否增加以及深层土壤水分的变化趋势,2018年对陕西省绥德境内的油松林和柠条林土壤水分进行了测定,并将其与2001年和2006年的同一样地土壤水分数据进行对比分析,结果表明:研究区近20年降水量呈增加趋势,2009～2018年该区域年平均降水量比1999～2008年的平均降水量增加了156 mm。油松和柠条林地深层土壤水分呈波浪形变化,且深层土壤总储水量呈现2018年> 2001年> 2006年,这种变化与1999～2018年降水变化趋势相一致。深层土壤储水量年际变化与植被类型有关,即油松林地深层土壤水分年际变化显著,柠条林则不显著。短时间尺度内(<6年)的降水对深层土壤储水量有影响,影响深度大约为0～5.0 m,长时间尺度(> 5年)的降水对深层土壤储水量的影响深度会随时间加深,并且长时间尺度的降水可能会导致土壤水分"高湿层"下移现象出现。

为了探明我国寒温带大兴安岭地区四种森林植被下土壤的结构和稳定性,于2018年5月至10月对兴安落叶松林、樟子松林、山杨林和白桦林进行土壤样品采集,对四种植被类型0～5 cm、5～10 cm和10～20 cm土层土壤水稳性团聚体粒级组成及其稳定性指标(MWD、GMD和分形维数)进行了研究。结果表明:樟子松林、山杨林和白桦林0～10 cm土层以及兴安落叶松林的0～5 cm土层土壤在生长季内以大团聚体(> 0.25 mm)占绝对优势,其他土层均以微团聚体(<0.25 mm)为主;且四种植被类型生长季中期三个土层的大团聚体含量均高于生长季初期和末期。0～5 cm土层四种植被类型土壤团聚体稳定性较高且相近,随土层加深土层团聚体稳定性降低。寒温带四种森林植被类型生长季内表层(0～5 cm)土壤水稳性大团聚体比例及土壤团聚体稳定性均高于下层(5～20 cm),且阔叶林大团聚体含量高于针叶林,但相对于国内其他研究地区较低。

热带地区土地利用变化对土壤质量和环境变化具有重要影响。本研究以西双版纳种植约26年的单层橡胶林为研究对象,以热带雨林为对照,分析热带雨林垦殖为橡胶林对土壤团聚体稳定性特征及土壤理化性质的影响,旨在为热带土地管理和生态环境保护提供科学参考。结果表明:与热带雨林相比,单层橡胶林表土(0～5 cm)土壤容重、水稳性微团聚体(<0.25 mm)含量显著升高(P <0.05),EC、p H、土壤孔隙度、土壤含水量、水稳性大团聚体(> 0.25 mm)含量、团聚体平均值重量直径(MWD)和平均几何直径(GMD)显著降低(P <0.05);土壤碳、氮积累量减少,其中表土(0～5 cm)碳、氮积累量显著降低(P <0.05)。这表明热带雨林开垦为橡胶林后,土壤理化性质变差,团聚体稳定性降低,土壤碳、氮积累量减少,从而导致土壤质量退化。此外,相关分析表明:土壤团聚体稳定性指标(水稳定性大团聚体含量、MWD和GMD)均与土壤容重呈负相关,而与土壤孔隙度、含水量、p H、EC、TC、TN呈正相关,说明团聚体稳定性的降低将影响土壤的碳、氮固定能力及部分理化性质,加速土地退化进程。

为了解冻融过程对森林土壤酶活性的影响,本文以长白山地区硬阔叶林、红松阔叶林、次生白桦林、长白松林、蒙古栎林和冷杉林6种温带典型林型下的0～10 cm层(上层)和10～20 cm层(下层)土壤为试验材料,采用室内模拟培养方法探究了在不同冻融循环次数作用下(-15～5℃)6种森林土壤脲酶(Urease,URE)、转化酶(Invertase,INV)和过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性的变化。结果表明:6种林型不同层次土壤的脲酶和转化酶活性随冻融频次而变化、且因林型而不同;随冻融次数增加,各林型0～10 cm土层土壤脲酶活性表现为先升高再下降、最后趋于稳定的变化趋势,转化酶活性呈上升趋势变化、8次冻融循环后明显高于冻融处理前对照土样(恒温5℃培养4 d后的土样),而土壤过氧化氢酶活性变化对循环冻融的响应不明显。各林型不同深度土层比较,0～10 cm土层土壤脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性分别显著高于同林型10～20 cm土层土壤。循环冻融过程中6种林型土壤脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性综合表现为:冷杉林最强,长白松林最弱,硬阔叶林、红松阔叶林、次生白桦林和蒙古栎林均介于冷杉林和长白松林二者之间。

以白菜为供试材料,研究在白菜叶面喷施、根部灌施EM微生物菌剂和氨基酸水溶肥料对其植株生长、光合特性、产量和果实品质的影响。本试验设四个处理:不施用任何肥料（CK）,常规施肥处理（T1）,喷施+灌施EM微生物菌剂（T2）,喷施+灌施含氨基酸水溶肥料（T3）。试验结果表明:与T1处理相比,T3显著增加了白菜的横径,T2处理也有增加,但不显著,纵径上则无明显差异;从光合特性看,T3处理的胞间CO2浓度显著优于T1;品质方面,T3处理有显著高于T1的Vc含量;产量上,T3> T2> T1> CK,T1、T2和T3的产量相较于CK的增长幅度分别为15.94%、23.43%和27.05%,T2和T3相较于T1的增长幅度分别达到6.46%和9.58%,T3相比于T1产量显著增加,T2与T1相比未达显著。综上表明EM微生物菌剂对于促进白菜生长、提高其产量有一定效果,而氨基酸水溶肥料则能有效促进白菜生长和光合作用,显著提高白菜产量的同时有效改善其品质。

为了探讨竹炭对厨余垃圾好氧堆肥过程的影响,向厨余垃圾添加稻草调节堆肥原料初始含水率为70%后,分别添加0%和5%的竹炭(竹炭与堆肥原料湿基比)进行为期15 d的好氧堆肥,研究了堆肥过程中堆体温度、厨余垃圾和稻草有机物降解率及堆肥腐熟程度的变化。结果表明:竹炭的添加增加了厨余垃圾好氧堆肥高温(> 55℃)持续时间,且高温阶段的前4天,添加5%竹炭堆体温度都明显高于对照;竹炭的添加提高了堆肥过程中有机物的降解率,堆肥结束时,与添加5%竹炭堆体其厨余垃圾和稻草的有机物降解率分别比对照提高了20.6%和29.2%,表征腐熟化程度的SUVA254和SUVA280值分别提高了15.6%和12.4%。以上结果表明,竹炭的添加促进了厨余垃圾堆肥过程有机物的降解,提高了堆肥产品的腐熟程度。

本文测定不同生长季节(3月、6月、10月)二郎山亚高山公路边坡的土壤氮素含量、微生物群落组成,探讨了两者间的相关性,旨在为该区域受损公路边坡植被恢复提供理论依据。结果表明:(1)与3月相比,4个样点土壤全氮含量呈现6月增加、10月减少;其中:铵态氮含量6月减少、10月增加的变化趋势;(2)3月、6月、10月各样点土壤细菌群落物种丰度指数的变化幅度分别为3530～3745、5018～6030、4121～5504,其中变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)为该区域公路边坡土壤中门分类水平下的优势菌群;马赛菌属(Massilia)、不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)和黄杆菌属(Flavobacterium)是该区域属分类水平下的优势菌群;(3)相关性分析结果表明,绿弯菌门(Chloroflexi)细菌丰富度与土壤总氮含量显著(P<0.05)正相关,与铵态氮含量极显著(P<0.01)负相关,厚壁菌门(Firmicutes)细菌丰富度与铵态氮含量极显著(P<0.01)正相关。

分析矿区人工重建生态系统土壤有机碳(SOC)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征,旨在揭示不同植被修复土壤养分恢复、循环与运转规律,为矿区生态系统的修复与管理提供理论依据。以山西省太原市西山煤矿废弃区2006年复垦栽植的火炬树(Rhus typhina)、松树(Pinus tabuliformis)和栎树(Quercus liaotungensis)三种典型植被修复区为研究对象,分析比较了不同植被修复区土壤生态化学计量特征。结果表明:(1)矿区内植被修复区0～30 cm土层土壤SOC、N、P含量均显著高于自然恢复区。栎树修复区0～30 cm土层土壤SOC、N含量显著高于松树和火炬树修复区(P <0.05),而P含量在三种植被修复区土壤中差异不显著(P> 0.05);(2)矿区内植被修复区0～30 cm土层土壤C/N、C/P、N/P均显著高于自然恢复区(P <0.05)。火炬树修复区0～30 cm土层土壤C/N平均值为18.17,显著高于松树和栎树修复区的11.51和13.34(P <0.05);栎树修复区0～30cm土层土壤N/P、C/P平均值为1.23、16.24,显著高于火炬树、松树修复区的0.7、12.58和0.67、7.81(P <0.05);(3)相关性分析表明,三种植被修复区0～30 cm土层土壤SOC与N含量呈极显著正相关(P <0.01),而P与SOC、N含量之间相关性不显著(P> 0.05);C/N与SOC、N、P含量之间均无显著相关性,N/P、C/P与SOC、N含量均呈极显著正相关关系(P <0.01)。这说明增加土壤氮素供应有助于促进矿区的植被修复。