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土壤酸碱度对LIBS分析精度影响的研究

土壤酸碱度对LIBS分析精度影响的研究

作者：王晓檬长春工业大学

学位级别：硕士

土壤是人们发展经济的重要物质基础,随着城市化的加快,各个地区的工业化也造成了如土壤中重金属超标等问题。土壤中的重金属元素会被植物吸收,重金属元素在食物链系统中逐步累积,最终严重影响到人体的健康。土壤酸碱度会影响金属离子活... 详细信息

土壤是人们发展经济的重要物质基础,随着城市化的加快,各个地区的工业化也造成了如土壤中重金属超标等问题。土壤中的重金属元素会被植物吸收,重金属元素在食物链系统中逐步累积,最终严重影响到人体的健康。土壤酸碱度会影响金属离子活性,如毒害离子镉、汞和铅,这些金属离子的活化会对作物根系造成直接损伤影响植被生长。因此,如何实现土壤酸碱度对激光诱导击穿光谱技术(Laser induced breakdown spectroscopy,简称LIBS)定量分析精度影响的消除,找到一种可以提高LIBS光谱分析精度的方法,提高土壤重金属定量分析的稳定性和精确度十分重要。近些年来,LIBS技术在国内外飞速发展,但LIBS技术的稳定性较低,在定量分析精度方面依然有待提高。针对LIBS技术稳定性差和分析精度低的问题,本文通过分析酸碱度对土壤基体效应影响的方法,对比分析等离子体的电子温度、电子密度和光谱强度,研究土壤酸碱度对LIBS分析精度造成的影响。同时针对定量分析时最小二乘支持向量机存在精度不佳等问题,选取粒子群算法来优化模型参数,提高LIBS技术定量分析的稳定性。具体研究工作和成果如下:1、研究了土壤酸碱度对光谱分析影响因素。针对目前土壤定量分析中精确度低、基体效应中土壤酸碱度对LIBS分析精度影响大等问题进行研究。分析并得到Cu元素的原子线光谱强度与离子线光谱强度的比值会随土壤碱性的增强而呈上升趋势。分析了Cu元素的等离子体温度和等离子体密度随PH值变化趋势,当土壤从中性变为酸性或碱性时,Cu元素的等离子体温度和等离子体密度均会迅速降低,当土壤呈较强酸性或碱性后,等离子体温度变化会趋于平缓,等离子体温度不会再随PH值的变化而发生较大增减。而等离子体密度的变化趋势则比较明显,依旧会随PH值的变化而产生较大改变。采用内标法对不同PH值下的光谱数据进行定量分析,发现土壤的LIBS定量分析在PH=7时精度最高,土壤呈酸性或碱性均会使LIBS定量分析精度下降,对分析结果造成影响,从酸碱度对激光和土壤相互作用过程的影响机制分析造成影响的原因。2、研究了土壤酸碱度对光谱分析精度提高方法。首先采用偏最小二乘法对多种不同PH值组合光谱数据进行定量分析,分析结果虽然与内标法相比分析精度有所提升,但仍不能消除土壤酸碱度改变带来的影响。采用最小二乘支持向量机模型对数据进行处理,分析结果与PLS相比精度得到了提高,LSSVM已经可以在很大程度上消除土壤酸碱度变化所导致的光谱数据产生波动性所带来的影响,但因为算法本身存在参数选择方面的问题,仍有优化空间。针对LSSVM模型惩罚系数和核函数参数2)选择时存在盲目性,选取粒子群算法来优化模型参数,避免了一些传统的优化算法在选择参数时存在的问题,得到最佳的和2)组合,Cu元素为(8437.2,154.9284),Cr元素为(4908.6,393.5635),用最佳的参数组合构建LSSVM的定标模型。相比于LSSVM,PSO-LSSVM定标模型的精确度更高,Cu和Cr元素的R提高到了0.9836和0.9850,拟合效果明显提升。Cu和Cr元素的训练集均方根误差由0.0254wt.%和0.0272wt.%下降到0.0212wt.%和0.0191wt.%,预测集均方根误差由0.1006wt.%和0.0788wt.%下降到0.0437wt.%和0.0420wt.%,模型的稳定性进一步提高。说明PSO-LSSVM算法能够更好地降低样品PH值变化带来的影响,提高分析结果的精确度与稳定性。本文提出了利用PSO-LSSVM算法提高定量分析的稳定性,消除了土壤酸碱度对LIBS定量分析精度造成的影响,实现了LIBS分析精度的提高。证明了激光诱导击穿光谱技术在土壤定量分析方面的优势,为LIBS技术的发展提供了有效的动力。

关键词：激光诱导击穿光谱土壤酸碱度定量分析最小二乘支持向量机粒子群优化

近15年温州市主要农用地土壤酸碱度变化趋势及成因探讨

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中国土壤与肥料 2023年第5期 206-214页

作者：王学寅王磊王长江林道秀解怀生林钟扬全斌斌浙江省地矿科技有限公司浙江杭州310007 温州市地质资源与生态环境重点实验室浙江温州325006 浙江省第十一地质大队浙江温州325006 浙江省地质调查院浙江杭州311203 自然资源部平原区农用地生态评价与修复工程技术创新中心浙江杭州311203

土壤酸化已成为制约我国耕地质量主要因子之一,影响到我国粮食安全,将其纳入动态监管,加强变化趋势综合研究任重道远。基于浙江省温州市2004年和2019年两期主要农用地表层土壤数据,采用传统统计学、地统计学和栅格运算等方法研究了温州... 详细信息

土壤酸化已成为制约我国耕地质量主要因子之一,影响到我国粮食安全,将其纳入动态监管,加强变化趋势综合研究任重道远。基于浙江省温州市2004年和2019年两期主要农用地表层土壤数据,采用传统统计学、地统计学和栅格运算等方法研究了温州市主要农用地土壤pH变化趋势,并对其驱动因子进行分析。结果表明,近15年内温州市主要农用地土壤pH均值由6.03降为5.58,下降了0.45个单位,年平均降低0.03个单位。土壤酸碱度变化因成土母质、土壤类型和土地利用类型而异,其中4种成土母质土壤pH全部下降,下降幅度依次为滨海相沉积物>河湖相沉积物>火成岩类风化物>沉积岩类风化物;5种土壤类型中水稻土、滨海盐土和红壤下降较为明显,分别下降了0.53、0.49和0.42个单位,粗骨土下降了0.19个单位,潮土平均上升了0.20个单位;5种土地利用类型土壤中茶园土壤pH下降了1.17个单位,水田土壤下降了0.61个单位,旱地、果园和林地土壤下降程度基本一致。近15年温州市主要农用地酸性土壤面积大幅增加,土壤酸化问题日趋严重。土壤类型、酸沉降、化学肥料以及海水倒灌是影响近15年温州市主要农用地土壤pH变化的主要因素。

关键词：土壤酸碱度变化趋势土壤酸化农用地

林下植被和土壤酸碱度对桢楠林分生长及土壤特性的影响

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林下植被和土壤酸碱度对桢楠林分生长及土壤特性的影响

作者：陈胤好西南大学

学位级别：硕士

桢楠(Phoebe zhennan S.Lee)又称楠木,为樟科(Lauraceae)楠属(Phoebe)常绿大乔木,为国家Ⅱ级重点保护树种,我国特有的珍贵用材树种,天然分布主要在我国四川、重庆、贵州、湖北等地,是组成常绿阔叶林的主要树种。楠木素有“白木之首”“... 详细信息

桢楠(Phoebe zhennan S.Lee)又称楠木,为樟科(Lauraceae)楠属(Phoebe)常绿大乔木,为国家Ⅱ级重点保护树种,我国特有的珍贵用材树种,天然分布主要在我国四川、重庆、贵州、湖北等地,是组成常绿阔叶林的主要树种。楠木素有“白木之首”“软木之王”等美称,在历史上是皇家贵族所用之木。但由于桢楠天然生长缓慢,加之历代对其成木过度利用,而忽视其幼树培育,导致现今我国桢楠资源天然资源较少,成面积分布的天然林更少。随着人们物质生活水平日益增长,对桢楠木材的需求锐增,供求矛盾加剧,加快桢楠人工用材林培育是解决这一问题的主要途径。目前桢楠人工造林面积很大,但人工林的栽培现状较为混乱,很难培育出符合社会需求的速生丰产用材林分。目前我国开展了大规模的桢楠人工造林活动,根据我们前期调查显示,立地条件(尤其是土壤的酸碱环境)和林下植被是制约桢楠人工林生长的关键因素。然而,林下植被和立地酸碱环境是如何影响桢楠林分生长和土壤特性的目前还不明确,相关研究理论还很欠缺。因此,本研究以重庆市永川区国有林场不同土壤酸碱环境下桢楠人工林为研究对象,探讨了林下植被去除与保留措施和林地酸碱环境对桢楠林分生长及土壤特性的影响,确定了影响桢楠林分生长的关键土壤因子,揭示了桢楠人工林林下植被群落格局和土壤环境因子的关联关系,解决了阻碍桢楠人工林高效培育的关键问题,为桢楠生产实践中造林地选择和林下植被管理提供一定的理论依据。取得的主要结果如下:(1)林下植被和土壤酸碱度对桢楠生长的影响:桢楠生长受林下植被影响显著,但不同土壤酸碱环境下存在差异。在酸性土壤环境下去除林下植被可显著提升树高、冠幅和叶面积的生长(P0.05);在中性土壤环境下去除林下植被显著提高了桢楠平均树高、地径、冠幅和叶面积(P土壤环境下去除林下植被可显著增加桢楠的冠幅和叶面积(P0.05)。去除林下植被下桢楠叶片虫洞显著低于CK(P土壤酸碱环境对桢楠林分生长的影响较大,碱性土上桢楠叶面积显著高于中性土和酸性土(P中性土>酸性土。在去除林下植被措施中,地径和冠幅生长表现为中性土>酸性土>碱性土;在林下植被保留中,地径生长表现为中性土>碱性土>酸性土,冠幅生长表现为中性土>酸性土>碱性土。(2)林下植被和土壤酸碱度对桢楠光合特性的影响:桢楠光合特性受林下植被影响显著,但不同土壤酸碱环境下存在差异。在酸性土壤环境下去除林下植被显著提升了桢楠叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、类胡萝卜素(Car)含量和净光合速率(Pn)(P0.05);在中性土壤环境下去除林下植被显著提升了桢楠Chla、Chlb、气孔导度(Gs)(P0.05);在碱性土壤环境下去除林下植被桢楠光合色素受林下植被影响较小,去除林下植被显著提升了Pn、Tr和Gs(P土壤酸碱环境对桢楠林分光合特性影响显著,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量在不同酸碱度林地表现为酸性土>中性土>碱性土,净光合速率(Pn)大小表现为碱性土>中性土>酸性土,蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)大小表现为中性土>碱性土>酸性土,且三者间差异显著(P土壤酸碱环境间差异不显著(P>0.05)。(3)林下植被和土壤酸碱度对桢楠林地土壤特性的影响:桢楠林地土壤性质受林下植被影响显著,但不同土壤酸碱环境下林下植被对林地土壤特性的影响存在差异。在酸性土壤环境下,去除林下植被显著增加了土壤容重(BD)、有机质(OM)、碱解氮(AN)含量和酸性磷酸酶(ACP)、过氧化氢酶(CAT)、蔗糖酶(SC)和脲酶(UE)活性(P土壤环境下,去除林下植被对桢楠林地土壤物理性质影响不显著(P>0.05),但显著增加了OM、全氮(TN)、TK、AN、AK含量和ACP、UE等酶的活性(P土壤环境下,去除林下植被显著增加了OM、TN、TP、AN、OP、AK含量和CAT、SC、UE活性,显著降低了NCO、ACP(P土壤酸碱环

关键词：桢楠林土壤酸碱度林下植被土壤环境因子

生物质干馏酸的除草活性及对土壤酸碱度和含水率的影响

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生物质干馏酸的除草活性及对土壤酸碱度和含水率的影响

作者：马梁惠东浙江农林大学

学位级别：硕士

为满足消费者对有机产品的需求,迫切需要有效环保的除草剂。本文通过对三种生物质干馏酸(pyroligneous acids,PAs)包括竹醋液(BV)、木醋液(WV)和秸秆醋液(SV)进行减压蒸馏,采用了气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析方法对样品的浓缩物进行... 详细信息

为满足消费者对有机产品的需求,迫切需要有效环保的除草剂。本文通过对三种生物质干馏酸(pyroligneous acids,PAs)包括竹醋液(BV)、木醋液(WV)和秸秆醋液(SV)进行减压蒸馏,采用了气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析方法对样品的浓缩物进行组分分析,并在样品原液基础上稀释数倍进行温室盆栽和田间药效除草试验,为未来将PAs用于生物除草剂提供科学依据。为了评价长期大剂量使用PAs是否会导致土壤酸化,本文进一步对PAs进行了土壤酸碱度试验,用以探索在高剂量连续施用PAs后是否会对土壤的酸碱度(pH)和土壤含水量(soil moisture content,SMC)产生影响,三种PAs以乙酸和硫酸为对照,评估除草效果及其对土壤酸碱度和含水率的影响,具体如下:1.对不同来源的三种PAs样品进行减压蒸馏,馏出液主要由乙酸和其它有机酸组成,对馏出液用氢氧化钠滴定法测定有机酸含量(以乙酸计)、对蒸馏浓缩物进行GC-MS分析,结果表明三种供试样品中的主要成分为酚类衍生物,占总量分别为竹醋液63.0%,木醋液69.9%,秸秆醋液60.1%,这些成分可能具有使PAs除草活性增效的效果。2.温室测试采用四种指示性植物:小麦(Triticum sativa)、萝卜(Raphanus sativus)、黄瓜(Cucumber sativus)和稗草(Echinochloa crusgalli(L.)为指示生物。温室试验表明,随着PAs浓度的增加,PAs和乙酸(AA)对4种指示生物的植物毒性也随之提高。三种PAs(BV(0.6～9.2%AA+(0.3～5.0%tar))、WV(0.7～5.3%AA+0.5～7.5%tar)、SV(0.5～8.7%AA+0.4～7.0%tar)对指示植物的抑制率分别为:55～98%,44～86%和28～97%。3.田间药效结果表明:三种PAs在药后14d均有良好的除草效果,见效快于对照组0.2%草铵膦,其中秸秆醋液在14d时防效最佳,对稗草(E.crusgalli)、牛筋草(Eleusine indica(L.)Gaertn)、空心莲子草(Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb)、加拿大小飞蓬(Conyza canadensis(L.)Cronq)这四种杂草的防效效果≥93%、与有效成分为0.2%的草铵膦防效相当。三种PAs对测试杂草的除草活性随着有机酸浓度的提高及药后时间(1-14天)增加而增强,对四种杂草E.crusgalli,E.indica,A.philoxeroides,和C.canadensis的控制效果分别为:4～93%,6～91%,18～97%和27～97%。有机酸以外成分的增效效果比乙酸的除草活性提高≥50%。4.我们发现,喷洒所有5种酸1～3天后,土壤pH值并没有立即降低,但从施用后3天起,土壤pH值最大降低了1.54～1.75,这表明土壤具有一定的缓冲能力。随着时间的推移,pH值开始恢复到水控制pH值,这表明土壤也具有良好的恢复能力。第二次和第三次喷洒后,测得的pH变化没有累积效应,这表明土壤具有适应能力。我们意外地发现,竹醋液可以最大限度地提高土壤pH值0.65～1.02,而其他四种酸可以降低其pH值。竹醋液中含有这六种化合物,而木醋液和秸秆醋液中不含任何这些化合物。这些化合物可能是一种新的潜在试剂,用于提高pH值。三种用于测定pH值的土壤样品处理方法,包括湿润土壤试验、干燥土壤试验和风干土壤试验,都产生了显著不同的pH值。五种酸不能显著提高土壤的持水能力。因此,基于酸碱度和含水率而言,PAs和乙酸作为除草剂对土壤健康没有影响。这些结果将有助于确定PAs作为潜力的非选择性除草剂用于控制有机农业的杂草。

关键词：生物质干馏酸生物除草剂有机农业土壤酸碱度土壤含水率

城市绿地土壤酸碱度特征分析——以南京市为例

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林业调查规划 2023年第3期48卷 72-77页

作者：李超明汪瑞军东南大学建筑学院江苏南京210096 合肥工业大学建筑与艺术学院安徽合肥230601

以绿地空间的详细划分为基础,通过大量实测数据的采集与分析,以南京市为例拓展城市绿地土壤酸碱度研究的广度和深度。研究结果表明,绿地土壤具有整体偏碱的特征,绿地空间形态的丰富变化在一定程度上引起了土壤pH的差异化表现。基于数据... 详细信息

以绿地空间的详细划分为基础,通过大量实测数据的采集与分析,以南京市为例拓展城市绿地土壤酸碱度研究的广度和深度。研究结果表明,绿地土壤具有整体偏碱的特征,绿地空间形态的丰富变化在一定程度上引起了土壤pH的差异化表现。基于数据分析总结出时空连续性、地形和平面形态3个影响因素,讨论其各自成因与影响方式。作为土壤环境的重要指标,酸碱度不仅直接影响植被生长,还是各种生物、化学反应的关键调控因子。

关键词：土壤酸碱度城市绿地空间类型时空连续性地形变化平面形态

向家坝水电站工程扰动区不同类型边坡土壤酸碱度与肥力分析

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应用生态学报 2010年第4期21卷 1031-1037页

作者：周明涛许文年夏栋武汉大学水利水电学院武汉430072 三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002

对向家坝水电站工程扰动区7种不同类型边坡土壤的酸碱度(pH)进行检测,并运用标准综合级别法对其肥力状况进行分析.结果表明:在向家坝水电站工程扰动区,植被混凝土边坡土壤呈微碱性,其他边坡土壤均呈不同程度的酸性,土壤pH值依次为:植被... 详细信息

对向家坝水电站工程扰动区7种不同类型边坡土壤的酸碱度(pH)进行检测,并运用标准综合级别法对其肥力状况进行分析.结果表明:在向家坝水电站工程扰动区,植被混凝土边坡土壤呈微碱性,其他边坡土壤均呈不同程度的酸性,土壤pH值依次为:植被混凝土(7.68±0.04)>弃渣地(6.96±0.02)>框格梁覆土(6.93±0.16)>客土喷播(6.75±0.35)>厚层基材(6.67±0.36)>天然次生林(5.68±1.25)>天然林(4.71±0.23);不同类型边坡土壤肥力的综合级别值大小为:植被混凝土(3.06±0.02)土壤pH值和维持其肥力方面起到一定的作用,可为植被生长提供良好的土壤条件.

关键词：土壤酸碱度土壤肥力标准综合级别法边坡向家坝水电站

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土壤酸碱度对茄子黄萎病化学诱抗效果的影响

江苏农业学报 2009年第5期25卷 1015-1018页

作者：唐保宏张一折陈捷郑州大学生物工程系河南郑州450001 上海交通大学农业与生物学院上海201101

以过氧乙酸和氟乐灵作为化学诱抗剂,研究了在不同土壤酸碱度(pH 5.8、pH 6.6、pH 7.2、pH 8.0)下诱抗剂对茄子黄萎病的诱抗效果。结果表明,过氧乙酸在pH 5.8和pH 6.6的土壤中诱抗效果较佳,且防效与土壤的pH值有显著的负相关性;而氟乐灵... 详细信息

以过氧乙酸和氟乐灵作为化学诱抗剂,研究了在不同土壤酸碱度(pH 5.8、pH 6.6、pH 7.2、pH 8.0)下诱抗剂对茄子黄萎病的诱抗效果。结果表明,过氧乙酸在pH 5.8和pH 6.6的土壤中诱抗效果较佳,且防效与土壤的pH值有显著的负相关性;而氟乐灵在pH 7.2和pH 8.0土壤中的诱抗效果较为明显,防效较高。土壤pH对诱抗剂的诱抗效果有显著影响,且对不同诱抗剂的影响具有明显差异;诱抗剂只有在酸度适宜的土壤中才能发挥最佳诱抗效果。

关键词：黄萎病茄子化学诱抗剂土壤酸碱度

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洪湖市土壤酸碱度趋势分析及影响因素

华东地质 2023年第2期44卷 197-205页

作者：郑雄伟张响荣王瑞杰王晓龙孙为国湖北省地质局地球物理勘探大队湖北武汉430056 湖北省地质实验测试中心湖北武汉430034 中国科学院南京地理与湖泊研究所江苏南京210008

洪湖市土地质量地球化学评价工作获得了大量地球化学数据,对近4年所取得的数据进行整体研究,系统分析了所属各乡镇农用地土壤酸碱度。结果表明:该市土壤酸碱度总体特征表现为南部、北部乡镇的土壤酸碱度大于中部乡镇;土壤pH值从西向东... 详细信息

洪湖市土地质量地球化学评价工作获得了大量地球化学数据,对近4年所取得的数据进行整体研究,系统分析了所属各乡镇农用地土壤酸碱度。结果表明:该市土壤酸碱度总体特征表现为南部、北部乡镇的土壤酸碱度大于中部乡镇;土壤pH值从西向东逐渐升高,从北向南变化不明显;不同类型土壤对土壤酸碱度的影响由大到小依次为:沙土型潮土>沙土型灰潮土>浅色草甸土=壤土型灰潮土>灰潮土田>黏土型灰潮土>浅灰潮土田>灰青泥田>壤土型潮土>烂泥田>青泥田>黏土型潮土>浅潮土田>黄棕壤;不同成土母质的pH值由大到小依次为:河流冲积物>湖泊沉积物>第四系黏土沉积物>河流沉积物>红砂岩风化物。洪湖市土壤平均pH值在1982—2007年降低了0.87个单位,在2007—2014年升高了0.35个单位,在2014—2019年又升高了0.47个单位。该研究成果可为地方政府开展耕地质量保护、耕地酸化治理、农业产业结构调整等提供决策参考。

关键词：土壤酸碱度土壤类型成土母质湖北省洪湖市

不同“稻鸭共作”系统对土壤酸碱度及养分的影响

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中国农学通报 2023年第25期39卷 84-88页

作者：郭裕娇罗璇景浩祺翁恺麒曹正锋张扬王小治陈国宏徐琪扬州大学动物科学与技术学院江苏扬州225009 扬州大学环境科学与工程学院江苏扬州225127

为探究不同“稻鸭共作”系统对土壤的酸碱度及养分的影响,选取常规稻鸭共作、绿肥—稻鸭共作以及多年稻鸭共作等田块,研究不同田块中土壤酸碱度及养分水平的变化。结果表明,与常规种植水稻法的对照组相比,稻鸭共作组的酸碱度及养分水平... 详细信息

为探究不同“稻鸭共作”系统对土壤的酸碱度及养分的影响,选取常规稻鸭共作、绿肥—稻鸭共作以及多年稻鸭共作等田块,研究不同田块中土壤酸碱度及养分水平的变化。结果表明,与常规种植水稻法的对照组相比,稻鸭共作组的酸碱度及养分水平下降幅度小;从碱解氮水平上看,稻鸭共作组在收鸭后比放鸭前上升了8.6 mg/kg,而对照组中,收鸭后比放鸭前下降了4.98 mg/kg。在绿肥—稻鸭共作模式中,种植绿肥前到盛花期,碱解氮水平显著提高(P土壤pH下降14.43%。此外,通过对多年稻鸭共作田块的监测发现,随着稻鸭共作茬数的增加,土壤肥力逐渐提高,尤其是碱解氮水平的提高,同时也能较好地维持土壤的酸碱度。上述结果表明,“稻鸭共作”模式可通过提高土壤碱解氮水平增强土壤肥力,且随着种植年数增加,效果更加明显;在该模式中种植绿肥还可以进一步提升土壤碱解氮水平。“稻鸭共作”模式是一种能有效维持并提升土壤肥力的种植模式,值得推广应用。

关键词：稻鸭共作土壤酸碱度碱解氮速效磷速效钾