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腐植酸基质缓释尿素对氮素淋失和氨挥发的阻控

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植物营养与肥料学报 2024年第4期30卷 801-811页

作者：徐宇帆申亚珍张文太岳艳军杨博兰徐灵颖赵旭新疆农业大学资源与环境学院新疆乌鲁木齐830052 中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室/常熟农田生态系统国家野外科学观测研究站江苏南京210008 河南心连心化学工业集团股份有限公司河南新乡453731

[目的]基质缓释型氮肥(控失尿素)降低氮素释放的功能主要通过控失剂降低肥料中尿素的释放和在土壤中的转化而实现。腐植酸含有大量功能基团,施入土壤后可减少氮素的转化。本研究尝试了用腐植酸替代部分控失剂来改善基质缓释型氮肥对氮... 详细信息

[目的]基质缓释型氮肥(控失尿素)降低氮素释放的功能主要通过控失剂降低肥料中尿素的释放和在土壤中的转化而实现。腐植酸含有大量功能基团,施入土壤后可减少氮素的转化。本研究尝试了用腐植酸替代部分控失剂来改善基质缓释型氮肥对氮素的固持功能。[方法]共采集了6种氮肥进行试验,包括普通尿素(urea,U)、控失剂添加比例分别为4%、6%、8%的3个基质缓释氮肥(LU1、LU2、LU3,LU-Loss-control urea),以3.5%腐植酸等量替代LU2处理中的控失剂制备的腐植酸基质缓释氮肥(humic acid/loss-control urea,HLU),以及添加了抗结剂(主要成分为纳米碳粉)的腐植酸基质缓释氮肥(humic acid/loss-control urea with antisetting agent added,HLUA)。室内淋溶试验以不添加氮肥为对照,将6个肥料样品埋入土壤后,连续15天收集淋洗液,分析全氮、硝态氮和铵态氮含量,并采用氨气检测管法测定氨挥发速率。采用傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)和X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、热重分析(thermogravimetric analysis,TG)、比表面积吸附(Brunauer-Emmett-Teller,BET),分析了控失剂、尿素、基质缓释尿素和腐植酸基质缓释尿素的化学结构、孔隙结构以及热性质。[结果]随着控失剂(control release agent,CLA)含量的增加,基质缓释尿素对氮素的固持作用增强,淋失和氨挥发量降低。与尿素(U)相比,LU1、LU2、LU3、HLU、HLUA的全氮累积淋溶量分别降低了24.5%、32.2%、34.9%、31.5%和32.2%,累积氨挥发量分别降低了13.1%、24.3%、27.1%、28.0%和29.5%。HLU、HLUA处理的氮素淋失和氨挥发量与LU2处理没有显著差异。化学结构表征分析表明,控失剂的主要成分凹凸棒土和腐植酸都与尿素形成了强度相当的分子间氢键,纳米碳粉与尿素间无氢键形成。在腐植酸基质缓释尿素中加入少量防结剂纳米碳粉,对其分子内氢键强度、热稳定性以及氮素淋失和氨挥发特征均没有显著影响。[结论]在尿素中加入腐植酸、控失剂和防结剂制备的腐植酸基质缓释尿素,不仅加工和储存中不易粘连,具有较低的氮素淋失和氨挥发损失风险,还可作为一种兼具改良障碍土壤的多功能缓释肥料使用。

关键词：基质缓释肥料腐植酸尿素缓释肥料氮素损失氨挥发

湘南丘陵区水田改旱地后土壤磷的有效性及淋失风险

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植物营养与肥料学报 2024年第1期30卷 199-208页

作者：杨昌富张璐陈波浪文石林蔡泽江中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室北京100081 中国农业科学院衡阳红壤实验站/湖南祁阳农田生态系统国家野外科学观测研究站湖南祁阳426182 新疆农业大学资源与环境学院新疆乌鲁木齐830000

【目的】研究不同母质发育的水稻土改旱地后土壤有效磷变化特征及主要影响因素,为红壤区磷素高效利用提供依据。【方法】采集3种母质(石灰岩、第四纪红色黏土和砂页岩)发育的水稻土及相邻的水田改旱地土壤样品,分析了土壤全磷、有效磷... 详细信息

【目的】研究不同母质发育的水稻土改旱地后土壤有效磷变化特征及主要影响因素,为红壤区磷素高效利用提供依据。【方法】采集3种母质(石灰岩、第四纪红色黏土和砂页岩)发育的水稻土及相邻的水田改旱地土壤样品,分析了土壤全磷、有效磷、水溶性磷和无机磷组分(Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P)的变化特征,通过主成分分析(PCA)和随机森林分析,探究水田改旱地后土壤磷素有效性变化的主要驱动因子。【结果】水田改为旱地后,石灰岩、砂页岩发育的土壤有效磷含量分别增加了20.48和17.60 mg/kg (P<0.05),但水溶性磷含量均低于磷素环境阈值;土壤磷活化系数分别提高了2.67和2.22个百分点;Al-P含量分别增加了46.07和51.28mg/kg;石灰岩发育的土壤Fe-P含量增加了62.11 mg/kg。相关分析表明,水田改旱地后,Fe-P、Al-P与磷活化系数呈显著或极显著正相关,PCA和随机森林分析结果表明Fe-P、Al-P是土壤磷素有效性变化的主要驱动因子。【结论】湘南红壤丘陵区水田改为旱地后,第四纪红色黏土发育的红壤磷素有效性未发生显著变化,石灰岩和砂页岩发育的土壤磷素有效性由于铁磷和铝磷在全磷中比例的增加而显著提升。3种母质发育的水田改旱地后,其水溶性磷含量均低于环境磷阈值,引发磷淋失的风险较低。

关键词：红壤成土母质水田改旱地磷活化系数无机磷组分磷淋失风险

荒漠-绿洲过渡带不同土地利用类型下土壤有机碳矿化特征及其对氮添加的响应

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生态学杂志 2024年

作者：宋佼阳赵广兴丛孟菲张志浩曾凡江中国科学院新疆生态与地理研究所新疆荒漠植物根系生态与植被修复重点实验室荒漠与绿洲生态国家重点实验室干旱区生态安全与可持续发展重点实验室中国科学院新疆生态与地理研究所新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站中国科学院大学新疆大学

为探明极端干旱区荒漠-绿洲过渡带不同土地利用类型土壤有机碳（SOC）矿化潜力及其对氮（N）添加的响应，选取塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带灌木林和农田两种土地利用类型，以邻近未垦荒漠地为对照，并以NH4Cl为外加N源，采用室内... 详细信息

为探明极端干旱区荒漠-绿洲过渡带不同土地利用类型土壤有机碳（SOC）矿化潜力及其对氮（N）添加的响应，选取塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带灌木林和农田两种土地利用类型，以邻近未垦荒漠地为对照，并以NH4Cl为外加N源，采用室内培养法测定SOC矿化速率和累积矿化量，并结合微生物群落组成和碳氮循环相关酶活性，探究了SOC矿化的调控因素。结果表明：土地利用类型对SOC累积矿化量具有显著影响，农田和灌木林SOC累积矿化量显著高于未垦荒漠地（P研究表明，荒漠地开垦为灌木林和农田后能增加SOC的矿化，养分有效性在该过程中发挥着重要作用。

关键词：土壤有机碳矿化土地利用类型氮添加酶活性微生物群落组成

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石河子垦区绿洲农田下垫面辐射收支特征研究

干旱区地理 2024年

作者：张红伟何清杨明凤安冬亮吴春霞王进陈非凡新疆大学生态与环境学院乌兰乌苏农业气象试验站/乌兰乌苏生态与农业气象新疆野外科学观测研究站/乌兰乌苏国家综合气象观测专项试验外场基地石河子气象局中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所/新疆塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站/中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地/新疆维吾尔自治区沙漠气象与沙尘暴重点实验室

绿洲农田是干旱半干旱区特有的生态系统，研究农田地表辐射收支对理解区域能量平衡及气候形成机制具有重要意义。利用石河子垦区乌兰乌苏农业气象试验站2021年4—2022年3月在绿洲农田下垫面的观测数据，分析石河子垦区绿洲农田下垫面辐... 详细信息

绿洲农田是干旱半干旱区特有的生态系统，研究农田地表辐射收支对理解区域能量平衡及气候形成机制具有重要意义。利用石河子垦区乌兰乌苏农业气象试验站2021年4—2022年3月在绿洲农田下垫面的观测数据，分析石河子垦区绿洲农田下垫面辐射分量和地表反照率的变化特征，将种植不同作物（棉花和玉米）农田地表的辐射分量进行对比，又与同区域的裸地进行了差异性分析。结果表明：（1）石河子垦区绿洲农田下垫面向下的短波和长波辐射、向上长波辐射和净辐射的日均值在生长发育期高于非生长发育期，向上短波辐射冬季最大，振幅变化亦同。（2）在同区域绿洲农田下垫面上种植不同农作物对向下的短波和长波辐射影响较小，在植物生长发育期，对向上的短波和长波辐射以及净辐射的影响显著，日均值最大相差分别为33.74 W·m-2、54.82 W·m-2和65.98 W·m-2，种植作物的农田和裸地的净辐射差异最为明显，农田相较于裸地其日峰值出现的时刻有滞后效应，滞后约1 h。（3）裸地净辐射年曝辐量与棉田相差1147.8 MJ·m-2，与玉米田相差1519.7 MJ·m-2。（4）裸地、棉田和玉米田的地表反照率均表现为冬月较大，其年均值分别为0.34、0.23和0.25，裸地的地表反照率年均值高于有农作物种植的农田下垫面，最大相差0.11，降雨过程会使地表反照率减小，而降雪过程则相反。

关键词：绿洲农田下垫面地表辐射收支地表反照率石河子垦区

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南疆地区主要城市CO特征分析及其影响研究

环境科学学报 2024年第2期44卷 273-286页

作者：范旭雨晨何清赵竹君马明杰新疆大学生态与环境学院乌鲁木齐830017 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地新疆维吾尔自治区沙漠气象与沙尘暴重点实验室乌鲁木齐830002 石河子气象局石河子832000

利用2020—2022年中国生态环境监测总站逐小时一氧化碳(CO)和臭氧(O_(3))数据,结合中国气象局环境监测数据及全球资料同化系统(GDAS)数据,使用随机森林(RF)模型、相关性分析、潜在贡献源因子法(PSCF)、浓度权重轨迹法(CWT)分析了南疆地... 详细信息

利用2020—2022年中国生态环境监测总站逐小时一氧化碳(CO)和臭氧(O_(3))数据,结合中国气象局环境监测数据及全球资料同化系统(GDAS)数据,使用随机森林(RF)模型、相关性分析、潜在贡献源因子法(PSCF)、浓度权重轨迹法(CWT)分析了南疆地区主要城市的CO浓度变化趋势与潜在来源.结果表明:(1)在近3年期间南疆除库尔勒外各主要城市的CO浓度有一定程度的上升趋势,且在2021年变化较为明显,其浓度年平均值排序为喀什((1.10±4.21)mg·m^(-3))>和田((1.06±3.07)mg·m^(-3))>阿克苏((0.78±2.13)mg·m^(-3))>阿图什((0.66±2.69)mg·m^(-3))>库尔勒((0.47±0.71)mg·m^(-3)).南疆5座城市之间,CO浓度月变化幅度最大的城市为喀什,最高值为1月的2.469 mg·m^(-3),最低值为6月的0.436mg·m^(-3);变化幅度最小的为库尔勒,最高值为1月的0.726 mg·m^(-3);最低值为9月的0.233 mg·m^(-3).除库尔勒外,其余城市CO浓度低值集中于夏季,高值出现于冬季采暖期,季节变化符合秋冬高、春夏低的特征.南疆各主要城市CO浓度的日变化呈明显的双峰型,在10:00—11:00与23:00—3:00达到峰值,在7:00—8:00与17:00—18:00达到底值.(2)由随机森林模型与相关性分析可知,平均气温对南疆城市的CO浓度变化影响最为显著,CO浓度与平均气压、平均相对湿度呈正相关,与平均气温、最小能见度、平均风速呈负相关.(3)由PSCF与CWT分析可知,库尔勒、和田的CO潜在源区主要受境内当地周边短距离输送范围的影响,阿克苏、阿图什、喀什的潜在源区主要受吉尔吉斯坦、塔吉克斯坦、阿富汗等国家输送CO的影响.

关键词： CO浓度后向轨迹南疆地区潜在源分析

昆仑山北坡车尔臣河流域平原区地表水和地下水水化学特征

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干旱区地理 2024年

作者：吕雯改江宇威马兴羽刘蕾薛杰张波黄彩变中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室干旱区生态安全与可持续发展重点实验室中国科学院新疆生态与地理研究所新疆荒漠植物根系生态与植被修复重点试验室新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站新疆维吾尔自治区地质勘查管理中心新疆农业大学水利与土木工程学院新疆师范大学地理科学与旅游学院

车尔臣河流域农业用水比例过高，水资源供需矛盾突出，明确其农田灌溉用水与地下水化学特征对流域水资源配置和绿洲水生态安全具有重要意义。采用野外调查、数理统计与水化学分析法，对车尔臣河流域平原区地下水、渠水和河水的水化学及... 详细信息

车尔臣河流域农业用水比例过高，水资源供需矛盾突出，明确其农田灌溉用水与地下水化学特征对流域水资源配置和绿洲水生态安全具有重要意义。采用野外调查、数理统计与水化学分析法，对车尔臣河流域平原区地下水、渠水和河水的水化学及稳定氢氧同位素特征进行分析，并探讨了农田灌溉水与地下水间的相互作用关系。结果表明：（1）河水、渠水与地下水均呈弱碱性，且存在F-含量超标现象，主要水化学类型均为SO4﹒Cl-Na型，优势阴阳离子均为SO42-和Na+。渠水和地下水均有咸化趋势，河水的水质总体相对较好。（2）地下水、河水和渠水的水化学特征相近，其离子来源均受到岩石风化作用控制，地下水的离子来源同时还受到蒸发浓缩作用影响。（3）河水、渠水和地下水的水线斜率分别为3.70、0.61和1.42，均低于当地大气降水线斜率（5.62），且各水体样点集中分布于大气降水线下方，说明河水和渠水均与地下水的水力联系十分密切，二者均是浅层地下水的重要补给来源，补给比例分别为56.48%和43.52%。研究结果可为车尔臣河流域平原灌区水资源的高效利用及合理配置提供科学依据。

关键词：车尔臣河流域水化学特征氢氧稳定同位素灌溉水地下水

新疆农田和荒漠生态系统土壤有机碳储量及其影响因素

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生态学报 2024年第14期44卷 6174-6185页

作者：杨洋张心昱苏文郭学兵唐新斋李向义李新虎马健中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 河北建筑工程学院市政与环境工程系张家口075000 中国科学院大学资源与环境学院北京100101 中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐830011 河北省水质工程与水资源综合利用重点实验室张家口075000

基于中国生态系统研究网络(CERN)长期监测数据,选取新疆维吾尔自治区代表暖温带干旱区的绿洲农田生态系统(阿克苏站)、代表暖温带荒漠区(策勒站)以及温带荒漠区(阜康站)的绿洲农田和荒漠生态系统综合观测场、辅助观测场和农户调查点2005... 详细信息

基于中国生态系统研究网络(CERN)长期监测数据,选取新疆维吾尔自治区代表暖温带干旱区的绿洲农田生态系统(阿克苏站)、代表暖温带荒漠区(策勒站)以及温带荒漠区(阜康站)的绿洲农田和荒漠生态系统综合观测场、辅助观测场和农户调查点2005—2020年0—100 cm土层的土壤有机碳(SOC)储量数据,分析新疆农田和荒漠生态系统SOC储量的影响因素。研究结果表明,2005—2020年0—100 cm土层SOC总储量平均值为阿克苏站(5.17 kg/m^(2))>阜康站(4.20 kg/m^(2))>策勒站(2.96 kg/m^(2))。0—20 cm、20—40 cm、40—60 cm土层的SOC分别约占0—100 cm土层储量的27.3%—35.3%、23.1%—24.6%和15.8%—17.5%。在阿克苏站,施肥量最高、灌溉量最低的农户调查点SOC储量最高;而在策勒站和阜康站,农户调查点和辅助观测场的施肥和灌溉措施分别最有利于提高SOC储量。总体来看,土壤含水量、地上生物量与SOC储量呈正相关关系;年平均气温与0—40 cm土层的SOC储量呈负相关关系。在单一生态站的生态系统尺度,年平均气温与SOC储量相关性不显著;地上生物量与策勒站和阜康站的SOC储量呈正相关关系,但是与阿克苏站0—40 cm土层的SOC储量呈负相关关系;施纯钾量与策勒站0—60 cm土层的SOC储量呈正相关关系,但与阜康站40—100 cm土层的SOC储量呈负相关关系。总之,与自然状态下的荒漠和农田不施肥相比,灌溉和施肥的农田管理措施有利于增加干旱区SOC储量。不同生态站要根据自身区域特点制定合理的农田管理模式,以维持较高的SOC储量。

关键词：土壤有机碳储量气象因素长期监测数据农田和荒漠生态系统干旱区

不同初始盐分浓度下土壤盐结皮的形成过程及其对蒸发的影响机理

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干旱区地理 2022年第4期45卷 1137-1145页

作者：唐洋李新虎郭敏王弘超中国科学院新疆生态与地理研究所新疆乌鲁木齐830011 新疆阿克苏绿洲农田生态系统国家野外科学观测研究站新疆阿克苏843017 中国科学院大学北京100049

土壤盐结皮对土壤水文过程具有重要影响,初始盐分浓度(Initial salt concentration,ISC)的差异会对盐结皮的形成过程产生不同程度的影响,从而导致土壤蒸发的差异。但目前不同ISC下盐结皮形成过程对土壤蒸发的影响机理尚不明确。因此,通... 详细信息

土壤盐结皮对土壤水文过程具有重要影响,初始盐分浓度(Initial salt concentration,ISC)的差异会对盐结皮的形成过程产生不同程度的影响,从而导致土壤蒸发的差异。但目前不同ISC下盐结皮形成过程对土壤蒸发的影响机理尚不明确。因此,通过试验模拟与理论分析相结合,动态监测及分析不同ISC下砂土的盐结皮形成、蒸发、土壤表面温度动态变化过程,以期阐明不同ISC下盐结皮形成过程及其对土壤蒸发的影响机理。结果表明:ISC越高,盐结皮在土壤表面出现的时间越早,覆盖率越大,且在同样光照强度和光照时间条件下土表温度增幅越小,蒸发量也越小;对数函数能较好地拟合不同ISC与累积蒸发量之间的关系(R^(2)>0.90);随着ISC的增加,盐结皮对土壤蒸发抑制效率从24.14%(10 g·L^(-1))增大到71.99%(250 g·L^(-1))。ISC会显著影响盐结皮形成的过程,并通过影响土表温度的变化进而导致土壤蒸发出现巨大差异。

关键词：初始盐分浓度盐结皮形成发育土表温度土壤蒸发

2005-2020年中国西北干旱区典型生态系统土壤有机碳密度数据集

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中国科学数据（中英文网络版） 2024年第3期9卷 36-49页

作者：苏文郭学兵初玉樊博姬洪飞兰中东李国振李小军罗永清热普开提王小亮吴瑞俊杨荣中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院植物研究所鄂尔多斯站北京100093 中国科学院西北高原生物研究所海北站西宁810008 中国科学院水利部水土保持研究所长武站陕西杨凌712100 中国科学院新疆生态与地理研究所阜康站乌鲁木齐830011 中国科学院新疆生态与地理研究所阿克苏站乌鲁木齐830011 中国科学院西北生态环境资源研究院沙坡头站兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼站兰州730000 中国科学院新疆生态与地理研究所策勒站乌鲁木齐830011 中国科学院植物研究所内蒙古站北京100093 中国科学院水利部水土保持研究所安塞站陕西杨凌712100 中国科学院西北生态环境资源研究院临泽站兰州730000

土壤有机碳库是陆地生态系统碳库中最大、最为活跃的部分,在全球碳循环过程和全球气候变化中起着重要的作用。中国西北旱区位于欧亚大陆的腹地,生态系统极其脆弱,对气候变化的响应也极为敏感,是近年来众多学者关注的热点地区,土壤有机... 详细信息

土壤有机碳库是陆地生态系统碳库中最大、最为活跃的部分,在全球碳循环过程和全球气候变化中起着重要的作用。中国西北旱区位于欧亚大陆的腹地,生态系统极其脆弱,对气候变化的响应也极为敏感,是近年来众多学者关注的热点地区,土壤有机碳储量估算以及空间分布特征日益成为该区域的研究焦点之一,但是数据共享不足与实测数据相对缺乏是造成研究结果不确定性的重要因素。在收集中国生态系统研究网络(CERN)位于中国西北六省区的农田、荒漠、草地生态系统野外科学观测研究站土壤长期观测数据的基础上,通过筛选、质量控制后,采用有机碳估算模型计算生成了中国西北干旱区典型生态系统土壤有机碳密度数据集。本数据集涵盖了11个站点2005-2020年各类长期观测样地的表层(0-20 cm)和剖面分层土壤有机碳密度数据,以期为中国西北干旱区土壤碳储量估算和碳循环过程研究提供有价值的实测数据。

关键词：中国西北干旱区典型生态系统土壤有机碳密度土壤观测生态站