西南喀斯特地区土壤退化过程与机理探讨

自1971年FAO提出“土壤退化”的概念并出版Land Degradation以来,土壤退化问题日益受到人们的关注。随着土壤退化及土壤质量下降对全球食物安全、环境质量及人畜健康影响的日益凸显,土壤退化的研究已成为全球环境变化研究的重要组成部分,尤其是土壤退化的发生过程、机理和演变动态是目前土壤退化研究的前沿和热点问题。中国西南喀斯特山区位于世界三大连片喀斯特发育区之一的东亚片区中心,喀斯特地貌广泛发育,地形条件复杂,生态环境脆弱,土壤侵蚀退化严重。结合西南喀斯特地区的地质地理背景、生态环境特性从生物、化学、物理等角度对西南喀斯特地区土壤退化的过程与机理进行了分析和探讨。西南喀斯特地区的环境脆弱性只是土壤严重侵蚀退化的前提或内因,日益尖锐的人地矛盾导致的植被破坏和退化才是喀斯特土壤侵蚀退化的关键驱动力。西南喀斯特山区土壤退化的过程即是土壤结构劣化、土壤质地和孔隙性变差、土壤水分性能退化、土壤贫瘠化的过程,以上各退化要素形成相互影响相互催化的正反馈循环,加剧土壤的迅速退化。其中,土壤水分和土壤肥力尤其是土壤水分是喀斯特地区土壤退化关键退化因子。     

从《世界土壤资源状况报告》解读全球土壤学社会责任和发展特点及对中国土壤学研究的启示

解读2015年发布的《世界土壤资源状况报告》。基于对世界土壤资源状况的多视角分析,提出1/3面积的世界土壤资源处于部分或严重受损的态势,再次强调了世界土壤资源对于全球社会的普世价值,彰显了全面监测、调控和管理全球土壤资源的重大任务以及教育、研究和技术发展支撑全球土壤可持续管理的社会责任。报告表明,全球土壤学研究焦点是土壤变化与自然和人类活动驱动力、土壤退化及其导致的土壤质量、过程、功能和服务的变化,热点是碳(氮)—水—生物储库及分布为代表的生物地球化学与全球系统气候变化、生态系统功能及人类健康生活的关系;全球土壤学发展的突出趋势还表现为大数据为基础的集成研究。全球土壤学话语权仍为欧美发达国家所主导,中国土壤学的影响还很小,我国土壤学研究水平及其对社会的服务作用急需提升。     

岩溶生态系统的土壤特性及其今后研究方向

岩溶石漠化退化土地是目前西南岩溶地区经济发展、生态恢复与重建工作中严重的问题之一。由于岩溶生态系统的独特性和脆弱性,岩溶生态系统土壤具有不同于其它生态脆弱区土壤的特征,本文将其归纳为成土速率决定的在人类活动尺度下土壤不可再生性即脆弱性、土壤侵蚀(土层丢失)的独特性、土壤退化过程中空间分布的斑块化及其与岩性的相关性、土壤退化过程中有机碳活性成分下降和来源变化、土壤退化导致岩溶生态系统生态过程中断。因此,在退化岩溶生态系统的研究中,要加强对岩溶生态系统土壤特性及退化恢复理论的研究。      

贵州喀斯特山区的土壤侵蚀性退化及其防治

论述了贵州喀斯特山区土壤侵蚀性退化的三种类型(石漠化、土壤贫瘠化、土壤结构性恶化)及特征,从岩性、地貌、人类活动等方面详细剖析了土壤侵蚀性退化的成因机理,指出土壤生态系统的脆弱性是喀斯特山区土壤侵蚀性退化的内因,而不合理的人类活动则是该地区土壤侵蚀性退化的诱因和外动力。在此基础上,根据各喀斯特地域的具体情况,结合实施西部大开发战略中有关生态建设的要求,提出了保护抢救喀斯特山区土壤资源、防治土壤退化的对策措施。      

土壤风化速率测定方法及其影响因素研究进展

明确土壤风化过程、速率及其影响因素是理解土壤与环境之间相互作用与反馈的基础,可为预测土壤在生态系统中的行为及其在自然和人为作用下的演变趋势、实现土壤资源有效管理提供科学依据。通过回顾土壤风化速率不同测定方法(实验室模拟研究、模型理论计算、同位素比值、元素损耗和元素输入输出平衡法)及其影响因素(气候、生物、母质、地形、时间和人为活动)研究所取得的进展,针对当前土壤资源退化严重的现状,提出了土壤风化研究面临的机遇和挑战。未来土壤风化研究应重点关注变化中的自然条件和强烈的人为干扰下土壤风化的关键过程、速率及其环境阈值,包括建立风化速率不同测定方法所得结果之间的定量转换关系、揭示风化速率多个影响因素之间的协同效应、模拟和预测气候变化和人类活动双重影响下土壤风化速率的演变趋势,以期为土壤资源的可持续管理和应对全球变化提供理论依据。     

喀斯特峡谷区石漠化过程中土壤的生物地球化学特征

石漠化是南方喀斯特湿润区在人类活动驱动下,流失侵蚀导致地表岩石裸露的荒漠化景观[1].人为干扰方式导致石漠化的本质为土地退化,土壤退化是土地退化的重要组成部分.喀斯特地区有别于常态地貌的土壤类型,富钙偏碱的地球化学环境,人为干扰导致的荒漠成因,影响了喀斯特石漠化过程中的土壤生物地球化学特征.     

广西灌阳县果林土壤退化与可持续发展

灌阳县果林土壤退化严重，主要表现为土壤贫瘠化(包括土壤肥力退化、土壤营养元素衰竭)及土壤侵蚀。要解决土壤退化问题，保持灌阳的水果基地可持续性发展。必须加强综合研究、科学管理、优质品种的栽培等方面的工作。     

岩溶土壤的生态地球化学特征及其指示意义——以贵州贞丰—关岭岩溶石山地区为例

岩溶石山地区土壤退化与恢复的成因和机理一直是近年来土壤学和生态学研究的热点。以贵州西南部贞丰—关岭岩溶石山区为对象，选择了区内退化地、农用地、恢复地等生态样块以及与未退化地为对照，采集了其中的表层和亚表层土壤，分别进行了土壤的养分库量、微生物活性与功能和土壤酶活性等化学分析。研究表明土壤养分库是土壤中微生物活性基础，微生物量碳随土壤养分库容的退化或恢复而相应变化，退化岩溶地植被恢复3~6年后，主要养分总库容得到明显恢复(恢复程度55%~65%)，因而带动了微生物量碳的恢复（平均恢复程度60%以上），但养分的活性（有效磷）、微生物的功能（呼吸熵及土壤脲酶和磷酸酶活性）并没有得到相应程度的恢复（平均恢复程度仅在25%~40%）。这些结果提示，限制性养分活性和微生物功能的恢复是植被恢复下生态系统健康水平的重要指示。因此，在分析岩溶土壤和生态系统退化过程的本质以及评价生态恢复的效应时，不仅应将微生物量碳和总养分库指标作为岩溶土壤退化恢复的指标，更应将微生物区系的质量和功能指标纳入关键评价内容。      

21世纪土壤科学展望

土壤学是解决人口－资源－环境－粮食矛盾的重要学科之一。在21世纪，从圈层角度研究土壤圈物质的组成、性质及能量循环及其对人类生存和环境的影响是土壤学发展的总趋势，其中全球土壤变化是土壤学研究的战略重点，数字化与信息化是土壤学发展的驱动力，土壤质量与环境是土壤学的重要内容，保护土壤资源、提高土壤肥力是土壤学的重要任务，研究资源节约型高效持续农业是土壤学的历史使命，加强土壤学基础理论研究是土壤学发展的基石。     

青藏高原疏勒河上游不同类型冻土可培养细菌多样性特征研究

在气候变暖及人类活动的双重干扰下,疏勒河上游冻土发生了显著退化,如活动层厚度加大、植被退化等,而冻土退化对微生物的影响一直是科研人员关注的热点话题。以疏勒河上游不同季节（4月、6月、9月）、不同退化程度冻土为研究对象,研究了可培养细菌多样性特征。通过16S rDNA基因测序及构建系统发育树表明,研究区域可培养细菌归类为27个属,分属于α-变形菌门,γ-变形菌门,放线菌门,厚壁菌门和拟杆菌门,其中放线菌门为优势类群。从属水平来讲,可培养细菌以节杆菌属和微球菌属为主,其含量随冻土退化程度加深分别呈下降和升高趋势。土壤细菌多样性与环境因子的相关性分析表明,可培养细菌多样性与土壤含水量、总氮极显著正相关,与有机碳显著正相关。这些结果表明,伴随着冻土退化而发生的地上植被逆向演替过程中,青藏高原不同类型冻土间已产生较大的环境异质性如土壤碳氮及含水量,进一步可能导致冻土微生物多样性分异。研究结果为利用微生物综合评价青藏高原不同类型冻土的生态环境提供了数据基础。     

Societal Responsibility and Development Trends of Global Soil Studies and the Provisions for China: Lessons from the Status of the 《World’s Soil Resources Report》

2015 is the International Year of Soil (IYS) adopted by the 378th Congress of the United Nations. The Status of the World’s Soil Resources was released by the Food and Agriculture Organization of the United Nations, which was the policy report about the status of the world soil resources for the first time. The universal values of the global community were strengthened by the challenges for the global society from the risk and safety of the change of soil quality, functions, services and soil health. One third of the world soil resources were suffering serious degradation, which could affect the food security in the future, regional development and local conflicts in the report. The major task of the global monitoring, regulation and management of the world soil resources and the social responsibility of supporting the sustainable soil management by education, research and technology development were highlighted. The social responsibility and global development trends of soil science and management strategies were discussed by the keywords, the distribution of contributing authors and the citation of the references, as well as the main contents of the report. The keywords distribution of the report showed that the focus of the soil research included the change of soil quality, processes, functions and services induced by the natural driving forces, human’s activity and soil degradation, as well as the hotspots covered soil carbon/nitrogen-water-biological pool and distribution related with the biogeochemistry, global climate change and ecosystem functions and human health. The number and structure of the cited papers showed that the integration research based on the mega-data analysis were the prominent development trend of the soil science. The geographic distribution of all the contributing authors showed that dominant discourse of the global soil science were grasped by the developed countries including Europe and the United States, China had just limited effects on the global soil science. It is urgent to promote China’s soil science research and the services for global society.     

The Mechanisms of Soil Regulating Nitrogen Dynamics

In recent decades, the amount of reactive nitrogen (N) has rapidly increased. While the reactive N, mainly chemical N fertilizers, meet food and economic development demands, it has also caused many environmental problems. Now, there are the triple challenges of food security, environmental degradation and climate change for the world due to the rapid increase of reactive N. Most of reactive N has been input to soil firstly, which would export to hydrosphere, atmosphere, and biosphere after transformed as different N forms through various N transformation processes. Thus, soil N transformations play very important role in regulating the fate of soil N. In this article, we review the methods determining the rates of soil N transformations, and clarify the role of soil gross N transformations to regulating soil N dynamics and its mechanisms. Our results suggest that the coupling of soil N transformation with climate and plant species-specific N preferences play important role in optimize N use efficiencies in agricultural production. However, scientists usually just qualitatively discuss the feedbacks and its mechanisms between plants and soil N transformations, due to the limitation of research methods. The quantitative investigation on the effects of these feedbacks on soil gross N transformations is of important significances to understand the feedback and its mechanisms between plants and soil N transformations, to optimize N fertilization, and to make N pollution control countermeasures and so on.     

土壤斥水性及其生态水文效应研究进展

土壤斥水性是指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的物理现象。土壤斥水性是一个全球性现象,可以出现在各种气候背景、土壤类型和植被覆盖条件下,并且影响到地表水文过程的诸多重要环节,因此受到广泛关注。有关土壤斥水性的研究是表面科学、生物学、土壤学以及物理学等学科交叉的前沿研究领域,已成为国际生态水文学研究的重要核心科学问题。复杂...     

江西贵溪冶炼厂重金属环境污染特征及生态风险评价

金属矿物开采、冶炼等活动引起土壤金属污染是世界普遍存在的问题,由此引起的人类健康问题和环境生态的恶化,越来越受到世界各国环境学家关注。本文调查了冶炼厂周围农田重金属元素的纵向分布,并利用连续浸提法分析主要污染元素的化学形态,结果表明,土壤Cu,Zn,Cd和Pb的非残渣态含量远远高于未污染土壤,污染元素的生物可利用性高;同时采用多指标生态评价体系,对铜矿冶炼厂周围农田土壤重金属污染进行综合的潜在生态风险评价。根据风险指标体系和空间分异规律,将冶炼厂周围农田分成3种生态风险功能区。     

土壤碳蓄积量变化的影响因素研究现状

土壤碳库的动态平衡影响作物产量和土壤肥力的高低，是土壤肥力保持和提高的重要研究内容。简要评述了土壤理化特性、温度和降水变化、大气CO₂浓度上升、人类的农业活动对土壤有机碳蓄积量的影响，介绍了当前对土壤碳蓄积量动态变化的研究进展，认为应加强气候变化和土地利用/土地覆被变化与土壤碳循环研究的结合，提高对陆地生态系统碳循环变化的认识，并需要从生态环境保护的利益和可持续发展的理论出发，进一步加强土地管理方式的改变，促进土壤有机质的积累，提高土壤对碳的固定。     

Determining the anthropogenic contribution of heavy metal accumulations around a typical industrial town: Xushe,China

Industrial emissions are the major sources of heavy metal pollutions. This study investigates the anthropogenic contribution of heavy metal accumulation surrounding an industrial town in China, using the component partition method. Results show that Cu, Ni, Pb, and As have higher concentrations compared with their background levels and the industrial town has a significant impact on heavy metal accumulations in its surrounding agricultural soil. Prevailing wind direction may explain the difference of heavy metal concentration in different directions. Anthropogenic components of Cu, Ni, Pb and As, which decrease with distance following exponential functions, account for 11.4%, 6.2%, 18.5% and 7.9% of their total concentrations, respectively. The natural components are modeled as the functions of physico-chemical variables through multiple regressions. The accumulating processes of heavy metals affected by industrial activities could be explained by anthropogenic and natural components, and thus, it could provide basic information for further simulation of heavy metal accumulations.     

外源氮输入对草地土壤微生物特性影响的研究进展

大气氮沉降作为全球变化的重要现象之一,沉降量不断增加所带来的一系列生态问题日趋严重.草地作为陆地生态系统的主体类型之一,对大气氮沉降的响应不仅体现在地上植被生长和群落动态的变化,其地下各种生态过程的变化更加值得关注.此外,世界范围内的草地生态系统大部分面临不同程度的退化,草地施氮是寻求草地恢复的有益尝试.综述了大气氮沉降和人为施氮引起的外源氮输入变化对草地生态系统土壤微生物特性(微生物数量、微生物量、微生物呼吸、微生物多样性和土壤酶)影响的研究进展,研究表明:①施氮有利于细菌数量的增加,但对真菌数量的影响甚微或是降低真菌的数量.②长期施氮降低土壤微生物量,但短期施氮的影响效应具有不确定性.③施氮对草地土壤微生物呼吸的影响效应取决于微生物可获得的碳源的量.输入地下的植物碳量增加促进土壤微生物呼吸,输入地下的有机质减少则抑制微生物呼吸.④施氮改变了土壤微生物的群落结构组成和底物利用方式,对土壤微生物多样性的影响表现出负效应.⑤施氮提高了β-葡糖苷酶、磷酸酶和大部分糖苷酶的活性,降低了脲酶的活性.迄今为止,施氮对草地土壤微生物特性的影响效应仍存在很大的不确定性,今后的研究中应开展氮输入对草地生态系统影响的长期试验研究、加强对土壤微生物呼吸的影响研究以及合理确定我国草地生态系统可持续发展的氮饱和阈值,并进一步完善和发展测量土壤微生物多样性的新方法.     

湖南洛塔岩溶山区水土流失影响因素分析

水土流失是一个全球性的灾害问题,严重的水土流失不仅导致侵蚀区土壤退化、土地资源遭到破坏、岩溶石山区石漠化,而且还会通过淤积河道、污染水质等过程来破坏下游地区的生态环境。本文根据湖南洛塔岩溶山区不同生态环境水土流失监测成果,对岩溶山区水土流失影响因素进行分析,为湖南湘西及西南岩溶石山地区石漠化治理与生态建设,有效控制水土流失,实现生态系统可持续发展提供了理论依据。      

农田土壤固碳潜力研究的关键科学问题

农田生态系统在陆地生态系统碳循环中扮演着重要的角色。增加农田土壤有机碳的固定不仅可减少大气CO2含量,而且对保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。近年来评估土壤固碳潜力已成为国际科学界研究的热点和难点。但由于不同研究者对“潜力”范畴的界定不同,全球或区域尺度农田土壤固碳潜力的估算还存在很大的不确定性。所谓固碳潜力,即土壤碳的饱和水平或土壤所容纳碳的最大能力。这一能力受区域气候、土壤类型、农业管理措施的综合影响。故此,合理地评价固碳潜力,应综合考虑气候、土壤和农业措施诸因素,并将宏观尺度与微观尺度的研究结合起来。从固碳潜力概念范畴及研究方法出发,阐述了农田土壤固碳潜力的研究现状,并结合生物潜力和物理化学潜力的研究,提出区域农田土壤固碳潜力的计量方案,并就该研究领域亟需回答的科学问题进行了探讨。     

Measured and computed neutralization potentials from static tests of diverse rock types

Desert–oasis ecotone is an interactive area between desert and oasis ecosystems which plays an important role in ensuring oasis ecological security and maintaining oasis internal stabilization. The studied region had experienced dramatic landscape change and soil degradation during the 20th century, especially in the last two decades. To document the status and evaluate this degradation process, geostatistics and GIS map algebra were used to quantify the temporal–spatial changes in landscape pattern and soil degradation from 1983 to 2005. The results showed that: (1) the change of landscape pattern due to human activities was the key reason responsible for the increasing of landscape diversity and fragmentation; (2) the extent of soil degradation was higher near desert ecosystem than oasis, and human activities were the major driving forces in ameliorating the soil properties; and (3) soil degradation is weaker in regions of bad soil quality than regions of good soil quality due to both human activities and natural processes.