研究了大田条件下硅对小麦（Triticum aestivum L.济麦22）干物质积累与分配比例,磷吸收转运的影响。结果表明:施用硅酸钾肥料促进作物对P的吸收与利用,从而促进小麦生长和提高生物量;在适宜的硅酸钾肥料施用量90 kg hm-2下,小麦地上部干物质积累及分配表现出最优,不适宜的硅酸钾肥料施用量将不利于穗形成期干物质在穗部的优先分配;小麦总硅吸收量与总磷吸收量呈显著线性相关;穗中13.8%～28.3%的磷素是靠秸秆转运而来,施硅肥显著促进了磷素在穗的累积,且累积量随着施硅肥增加而降低,各施硅肥处理的磷素转运效率在36.6%～44.3%之间,随着施硅肥量增加而降低。本研究表明,在土壤酸化严重的胶东地区,推荐T2处理(90 kg硅酸钾hm-2),能取得较好的小麦增产效果。

通过田间试验,研究NAM添加剂在甜瓜减氮施肥的情况下,对甜瓜生长、养分吸收及产量品质的影响,旨在验证利用NAM添加剂减少当地甜瓜施氮量的可行性。以新疆主栽甜瓜品种"黄皮9818"为材料,2年田间试验共设5个处理:常规施氮量（N）、常规施氮量添加NAM（N+NAM）、80%常规施氮量添加NAM（80%N+NAM）、不施氮添加NAM（N0+NAM）、不施肥（CK）,分析了甜瓜干物质、植株养分吸收利用效率、产量及品质。成熟期,与N处理相比,N+NAM处理显著提高干物质积累量及产量,分别提高4%和7.7%;而N处理与80%N+NAM处理干物质量和产量无显著差异。甜瓜各器官氮、磷、钾含量均表现为瓜>叶>茎,整株养分吸收量为钾>氮>磷;与各器官养分吸收量表现一致,N+NAM处理整株氮、磷吸收量显著高于其他处理5%～40%、5.5%～39%,氮肥表观利用率、生理利用率均以氮肥添加NAM处理最高,其中N+NAM、80%N+NAM处理氮肥表观利用率分别比常规施氮量处理（N）提高5.3%、4.9%。折光糖含量在3个施氮处理间差异不显著。与常规施氮处理的多次施肥相比,减氮20%添加NAM甜瓜产量和品质没有降低,并且提高了氮肥表观利用率。因此,在甜瓜生产中,减氮20%添加NAM是甜瓜施肥减施增效的有效途径。

为了解海南万宁市和琼海市菠萝主产区土壤养分现状,调查测定了240个土壤样品养分含量,分别进行单项养分指标等级评价和基于因子聚类分析综合评价。等级评价结果表明,调研区域土壤酸化现象严重,pH <4.5的强酸性土壤占比达78.33%;土壤有机质含量普遍较低,有55.83%的调研地块有机质含量处于缺乏状态<2%;82%以上地块土壤碱解氮和速效钾缺乏;土壤速效磷含量较高,处于中等及以上等级地块比例占82.92%;交换性钙和交换性镁含量普遍缺乏;微量元素有效锌、有效铜和有效硼在部分地块含量较低,分别有17.05%、46.25%、34.17%处于较缺乏及以下等级水平。因子分析表明,测定的10项养分指标可提取出4个公因子,其中因子1和因子2表征的有机质、碱解氮、速效钾、pH、交换性钙和交换性镁是影响菠萝园土壤养分综合状况最主要的因素。进一步对土壤养分综合评价值IFI值进行聚类分析可知,万宁市菠萝园土壤IFI值范围为-0.669～1.605,均值为0.104,其中仅有29.16%的土壤处于中等及以上肥力水平;琼海市菠萝园土壤IFI值范围为-0.767～1.113,均值为-0.104,仅有17.50%的土壤处于中等及以上肥力水平;整体来说,万宁市菠萝园土壤养分综合评价状况优于琼海市菠萝园土壤。

采用原位室内培养的方法,研究绿肥籽粒苋腐解过程中氮、钾释放规律,并分析不同粉碎程度对籽粒苋腐解过程中氮、钾释放的影响。结果表明,籽粒苋还田腐解前15 d,是氮、钾的快速释放期;经过34 d腐解,籽粒苋茎秆氮、钾的养分累积释放率分别达到72.8%和94.2%,其中籽粒苋释放的氮素对土壤无机氮的最大表观贡献率为12.0%,钾素对土壤有效钾的最大表观贡献率为69.8%。不同粉碎程度处理的籽粒苋茎秆还田后,土壤中氮、钾含量变化有差异,土壤铵态氮含量和速效钾含量为T3(添加粒径为5 cm±0.5 cm的籽粒苋茎秆)> T2(添加粒径为3 cm±0.5 cm的籽粒苋茎秆)> T1(添加粒径<2 mm的籽粒苋茎秆),土壤无机氮含量为T1> T2> T3,土壤缓效钾含量处理间无显著差异。由此表明,籽粒苋腐解释放的氮素对土壤无机氮的表观贡献率远小于钾素对土壤有效钾的表观贡献率,籽粒苋粉碎程度越细越有利于土壤无机氮含量的提升,而粉碎程度越粗越利于土壤速效钾含量的提升。

为了解植被恢复过程中土壤不同氮组分变化规律,以福建省长汀县典型红壤侵蚀区为研究对象,利用时空互代法,选取5个典型植被恢复阶段样地(裸地、恢复10、20、30年马尾松人工林和天然林)。土壤样品采集后,测定不同土壤氮组分,并探讨了其与土壤养分的关系。结果表明:(1)土壤全氮和有机氮组分(微生物量氮、溶解性有机氮、颗粒有机氮和粘粒有机氮)均为天然林>马尾松恢复20年人工林>裸地。天然林土壤铵态氮含量显著高于其他恢复阶段样地,植被恢复10年后硝态氮含量显著升高;(2)天然林土壤微生物量氮和粘粒有机氮与全氮的比例分别是裸地的5.37倍和2.81倍,并且其两种矿质氮(铵态氮和硝态氮)与全氮的比例也分别是裸地的3.23倍和5.67倍。(3)土壤全氮、有机氮组分和矿质氮与土壤其他养分(全碳、全磷、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾)呈显著正相关,说明植被恢复过程中,土壤肥力也逐渐改善。

随着工业的不断发展,土壤重金属污染问题日益严峻,寻找到一种高效处理重金属污染土壤的方法刻不容缓。土壤淋洗是土壤修复的一种重要方法,其中表面活性剂作为一种相对环保的处理剂被广泛地应用在土壤淋洗之中。文章概括了土壤重金属的修复方法与表面活性剂的种类,阐述了表面活性剂淋洗土壤的机理,总结了不同类型表面活性剂淋洗土壤重金属的应用,最后对表面活性剂淋洗土壤中重金属的应用前景与发展趋势进行了展望。

全球地表硬化现象日益增强,严重影响土壤性质和植物生长发育,已成为制约农业和城市可持续发展的环境因子。通过综述近年国内外在地表硬化植物学效应及机理方面的研究进展,提出了未来研究可开展的工作:(1)深入探究地表硬化影响植物生长的细胞和分子生物学机制,如地表硬化作用的关键蛋白和基因等,继而通过基因改造技术,强化蛋白功能,提高植物对地表硬化的抗性。(2)筛选适应地表硬化的植物。(3)深入研究植物对地表硬化的适应性机理,采用遗传和分子生物学手段,培育植物新品种,适应地表硬化。上述工作的开展,有助于降低地表硬化对城市和农业可持续发展的负面影响,为在现代化进程中克服地表硬化的阻碍而全力发展提供参考。

为了解齐齐哈尔市建城区城市绿地土壤重金属来源与健康风险,在生产绿地、居住绿地、公园绿地、工业绿地、附属绿地、防护绿地、道路绿地内采集表层0～20 cm土壤样品,测定重金属含量,并用单因子指数法表征污染水平。应用美国环境保护部（US EPA）健康风险评价模型评估人群暴露土壤重金属的健康风险,以期为城市绿地系统规划和开敞空间规划提供有益的指导。结果表明:各绿地土壤中均有重金属元素含量超过黑龙江省土壤背景值,其中Cu、Zn、Pb、Cr、As表现更为突出;Cr在生产绿地、居住绿地、公园绿地、防护绿地及道路绿地土壤中最高,Hg最低,而工业绿地和附属绿地土壤中Zn最高,Hg最低;单向污染评价显示,居住绿地中的As、公园绿地中的As和Cr、防护绿地中Hg的单因子污染指数大于1,已产生污染。Cu、Pb、Cr、Zn含量高值点主要出现在公园绿地,该绿地土壤中Cu、Pb、Cr、Zn的累积可能受到居民生活和交通活动的多重影响;As含量的高值点主要分布在工业绿地土壤中,源于市区内的工业性企业在各个生产环节产生的污染物和煤炭燃烧的排放富集于土壤。Hg含量的高值点出现在防护绿地中,略超出黑龙江省土壤背景值,需要关注。城市绿地土壤中重金属对成人不存在非致癌健康风险;而居住绿地、公园绿地的土壤中As、Cr和生产绿地土壤中的Cr对儿童存有潜在的非致癌健康风险,需要引起注意。城市绿地土壤中,As、Cr呼吸对成人和儿童的致癌风险指数（CR）平均值均大于US EPA推荐的土壤治理标准(10-6),但未超过有关专家所建议的土壤治理标准(10-6～10-4),其致癌风险已达到了较高的水平,应引起重视;不同绿地类型内人群暴露土壤重金属的非致癌风险和致癌风险存在一定的差异,进行城市绿地系统规划时要科学制定绿地空间布局,降低对人类健康的风险。

为研究不同草本植物缓冲带对铜和铅面源污染的净化效果,选择早熟禾(Poapretensis)、黑麦草(Lolium perenne)和紫花苜蓿(Medicago sativa)三种草本植物在哈尔滨市某内河河段构建滨岸缓冲带试验样地。结果表明,以单种种植的方式构建的草本植物缓冲带均对重金属铜和铅有一定的净化效果。在三种植物的生长各阶段,紫花苜蓿缓冲带对重金属铜和铅始终保持最佳的净化效果;并且紫花苜蓿缓冲带对铜离子的径流、渗流平均去除率最高,分别为84.75%和88.20%;对铅离子的径流、渗流平均去除率最高,分别为94.95%和96.13%;三种植物体内重金属铜总积累量由高到低为:紫花苜蓿(283.07 mg)>黑麦草(157.14 mg)>早熟禾(57.39 mg);三种植物体内重金属铅总积累量由高到低为:紫花苜蓿(20.32 mg)>黑麦草(16.64 mg)>早熟禾(4.53 mg),紫花苜蓿对重金属铜和铅表现出较好的积累能力。因此,紫花苜蓿缓冲带对铜和铅面源污染净化效果最佳。

项目研究了重金属修复基地水稻、玉米、油菜、高粱4种修复材料秸秆的热重反应,并首次探讨了重金属修复材料在制备生物炭过程中,不同生物炭制备条件对重金属在生物炭中留存的影响。结果表明:四种秸秆热重反应变化趋势基本一致,失重主要发生在200～400℃之间,而在400～600℃区间,基本保持恒重。水稻秸秆失重率90%明显高于其他三种秸秆失重率75%。在不同终点温度条件下（350～550℃）,重金属在生物炭中浓度有增加趋势,其百分比例均随温度的升高而降低,原料利用热值则在400℃最高。在不同升温速率和保温时间下,重金属在生物炭中的含量随升温速率升高和保温时间的延长而升高,生物炭得率和秸秆综合利用热值却随之下降。因此,秸秆生物炭制备过程中为获得较低重金属含量和高热值的生物炭,建议以400℃为终点温度,升温速率不宜过快,保温时间不宜过长,分别在1℃min-1和1 h左右即可。

土壤游离铁反映了土壤成土过程的特点,常用作土壤风化发育程度的指标。本研究以陕西省西安市周边的21个干润淋溶土剖面的97个土壤样品为例,在测定土壤游离铁含量和采集350～2500 nm波段的反射光谱数据的基础上,对光谱数据进行反射率、反射率一阶微分和二阶微分以及连续统去除4种处理形式,分析了土壤游离铁含量与土壤光谱的关系,采用多元逐步线性回归(MLSR)和随机森林回归(RFR)算法建立了游离铁含量的估算模型,并分析不同形式光谱数据的建模估算效果。结果表明:原始光谱数据的二阶微分变化显著提高了土壤游离铁与土壤反射光谱的相关性,MLSR和RFR两种模型在游离铁含量估算中,RFR的估算精度相对较高;运用土壤反射光谱二阶微分变换的RFR模型可以较好地估算土壤游离铁含量。

光谱重采样是光谱预处理的基础环节之一,对高光谱预测模型精度有着重要影响。本文采集丰乐河流域162个土样,实验室内对土样进行质地分析和光谱测量,基于不同重采样间隔下光谱反射率R和连续统去除CR数据,利用偏最小二乘PLS回归方法构建土壤粉粒和砂粒含量的高光谱预测模型(R-PLS和CR-PLS),探讨不同采样间隔对土壤质地光谱预测模型精度的影响,分析高光谱数据预测土壤质地的最佳重采样间隔。结果表明:随着采样间隔的增大,R曲线的形状特征发生一定变化,进而导致光谱特征吸收带的变化间接影响着土壤质地的预测精度。比较与分析不同采样间隔下R-PLS、CR-PLS模型预测集评价指标的变化情况,随着采样间隔的增大,粉粒和砂粒R-PLS和CR-PLS模型的预测精度整体上逐渐减小。在相同采样间隔下,R-PLS模型的预测性能总体上高于CR-PLS模型。在R-PLS高光谱预测模型中,粉粒的最佳采样间隔为1～16 nm,砂粒为1～64 nm。该研究可为后续土壤质地的预测提供研究基础和理论参考。

环境变量是数字土壤制图的重要支撑。在平原等地形平缓区,地形、植被等易于观测获取的环境变量与土壤条件的协同程度通常比较低,难以用其推测土壤空间分布。如何探索开发新的环境协同变量是平缓地区土壤制图的一个重要研究问题。不同的土壤条件往往具有不同的热量过程和特征。基于这一点,本文探讨了遥感获取的地表温度能多大程度上揭示土壤条件空间差异的问题。选取西北干旱区的黑河下游额济纳旗平原为研究区,基于MODIS传感器获取的地表温度资料和野外土壤调查样点,一方面对地表温度和土壤多要素属性的相关性进行了分析,另一方面建立随机森林模型对土壤有机碳、砂粒与粉粒含量进行空间推测制图,采用留一交叉法验证制图精度,并比较了仅用地形变量或地表温度变量、地形变量加上地表温度变量三种变量组合方案的土壤制图效果。结果显示,地表温度变量与土壤有机碳和土壤质地均具有较好的相关性,地表温度可解释研究区土壤条件空间变异的33～40%,其中,有机碳为41%,粉粒含量为37%,砂粒含量为33%。这表明,地表温度变量能够较大程度上有效地揭示土壤条件的空间差异,这为进一步对地表温度数据进行提炼,研发更为有效的环境变量,提高平缓区数字土壤制图的准确性提供了基础。

黄土高原第四纪黄土之下,埋藏着更加古老的新近纪红黏土。以黄土高原甘肃西峰剖面和灵台剖面为例,采集了两个剖面第四纪黄土和古土壤与新近纪红黏土典型样品,比较了各自风化强度和磁性特征的差异。结果表明,新近纪红黏土样品的风化强度与第四纪古土壤较为接近,远强于第四纪黄土;但新近纪红黏土磁化率显著减弱,在西峰剖面平均只有古土壤的1/5、黄土的1/2;在灵台剖面平均亦不到古土壤的1/2,并小于黄土。两剖面黄土、古土壤与新近纪红黏土磁化率与有机质和活性铁含量呈显著正相关,说明有机质含量与铁活化程度对磁性矿物的含量有显著影响。因此,新近纪红黏土磁性的减弱,可能由于沉积年代久,有机质含量减少,氧化铁矿物老化,磁赤铁矿转化成赤铁矿;也有可能与地下水活动,导致磁性矿物的溶蚀有关。有关机理仍需作进一步研究。

石油污染土壤的生物修复方法具有操作简便、费用低、对周围环境污染小、修复效率高等优点,应用前景广阔。从石油污染土壤生物修复过程中修复生物的选择、修复条件的优化、修复效果的评价等方面对近年来生物修复技术的研究进展进行了综述。为推动该方法的广泛应用,还应深入探究降解微生物之间的拮抗和协同机制、进一步降低修复成本、进一步完善修复评价标准,加强重石油污染土壤和特殊环境下石油污染土壤的治理研究,开展复合污染(如石油污染和重金属污染)土壤的修复研究。

氨氧化细菌是参与土壤氮素循环的重要微生物类群之一,其基因组DNA提取质量的准确分析,可直接影响后续分子实验的可行性和精确性。本试验针对3株异养氨氧化细菌的纯培养菌株,应用琼脂糖凝胶电泳、微量紫外分光光度计和Qubit荧光计分别检测不同提取方法获得的基因组DNA的浓度,同时结合细菌通用引物扩增16S r DNA全长来判定提取DNA的质量,进而筛选出可用于检测可培养氨氧化细菌基因组DNA浓度的方法。研究结果表明,针对不同浓度的DNA样品,尽管3种检测方法获得的结果表现出明显差异,但在16S r DNA-PCR中均仍能获得良好的扩增结果。与微量紫外分光光度法相比,Qubit方法对基因组DNA浓度的检测结果更为精确,特别在低浓度DNA检测中,能够较真实的反映基因组DNA的实际情况。

为探讨4种自生固氮菌,包括菌c:争论贪噬菌(Variovorax paradoxus),菌d:玉米固氮螺菌(Azospirillum zeae),菌f:苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)和菌j2:荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)对盐碱地玉米生长和土壤养分特性的影响,在田间微区试验条件下,研究了土施4种固氮菌对玉米大口期和成熟期不同器官氮素积累量及成熟期产量与产量构成因素的影响,并探讨了4种菌对土壤有效氮含量和土壤脲酶活性的影响。结果表明:菌剂处理可以增加大口期与成熟期玉米根、茎与叶的干物质质量,提高大口期玉米根冠比;增加玉米籽粒中氮素积累量,其中f与j2处理较CK差异显著;各菌剂处理玉米产量较CK分别增加了18.09%、77.91%、157.0%和108.1%,菌f和j2差异显著。不同菌剂处理均提高了土壤有效氮、速效磷和速效钾含量,在成熟期,d处理较CK土壤有效氮含量显著增加了24.32%。在大口期与成熟期,各菌剂处理均提高了土壤脲酶活性。综上,各菌剂处理能提高土壤有效氮含量,提高玉米产量。本研究可为研制滨海盐渍土专用微生物菌肥提供理论依据及技术支撑。

为探讨生物炭含量对宁夏中部旱区土壤水分入渗及持水性的影响,采用室内一维垂直入渗法与张力计法,对生物炭添加量为0%(CK)、1%(B1)、2%(B2)、3%(B3)和4%(B4)的土壤入渗速率、湿润锋、累积入渗量及持水性进行研究。结果表明,随着生物炭含量增加,初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率逐渐减小;120 min时,与对照相比,B1、B2、B3和B4的湿润锋分别减少15%、21%、24%和26%,累积入渗量分别减少5.32%、10.95%、13.47%和19.11%,即生物炭含量增加湿润锋进程减缓和累积入渗量减小;利用Kostiakov、Philip、通用经验和Horton模型对土壤水分入渗过程进行模拟,发现Kostiakov模型最适合描述研究区不同含量生物炭的土壤水分入渗过程。van Genuchten模型较好的拟合了生物炭添加后土壤水分特征曲线,当土壤含水量为25%时,B1、B2、B3和B4的土壤水吸力比CK增加了42%、75%、100%和163%。研究表明生物炭添加可以明显提高旱区土壤持水和保水性能,对旱作农业的发展有积极作用。

轮胎-土壤相互作用是地面力学重要的研究内容,水稻插秧机车轮和水田土壤交互作用是非常复杂的研究课题。研究插秧机转弯过程中流变土壤非线性运动过程,是揭示其复杂力学机理的重要研究方向。搭建多体动力学ADAMS与离散元EDEM双向耦合平台,基于双向耦合方法,模拟研究插秧机转弯过程中车轮与水田土壤相互作用运动机理;对比分析试验软泥层深度、承载力和黏附力,进行耦合模拟结果的可行性分析;模拟分析土壤颗粒力和位移时程变化,进而分析双向耦合微观机理。随着转弯角度的不断加大,车身外侧车轮较内侧车轮运动过程中水稻田土壤产生明显的运动;运动过程中水稻田泥土向两侧明显分离,且在车轮的表面有一定的黏附,并随着车轮的滚动逐渐脱落,但仍有少部分黏附在车轮侧壁。插秧机转向过程中车轮与土壤破碎颗粒均发生复杂的非线性动态运动,车辙的产生与水稻田颗粒内部受力状态及变化有着密不可分的联系。

在地处气候过渡带的江淮地区内,进行ECMWF/H-SAF发布的土壤湿度(SM-DAS-2)产品(SMHS)和地面土壤湿度观测数据(SMSO)的对比分析。从分析结果来看,SMHS略低于SMSO,在数值上差异较小。在土壤湿度空间分布的描述上,两者特征总体相似,但在冬季受冰雪影响造成SMHS精度降低,两者的空间差异较大。江淮地区以32°N为界限分为南北两个部分,南部植被覆盖度高的山区土壤湿度大,SMHS与SMSO差异小、相关性较好;北部植被覆盖度相对较低的平原地区恰好相反。SMHS在高植被覆盖区的精度要高于低植被覆盖区。