土壤学研究方向(6篇)

时间：2024-10-23 来源：

土壤学研究方向篇1

关键词：生物炭；土壤性质；有机物；化学性质

生物活性炭（biochar）由草、玉米秆、木材或者废弃的农作物，在氧气不足的条件下，经过高温裂解最终碳化而成。在这个过程中不仅生成了生物碳同时也有其他化合物产生，由于生物炭的生产形式和过程比较简单，为其提供的原料也多，因此它的价格便宜。

1施用生物炭对土壤理化性质的影响

1.1生物炭对土壤容重的影响

通过对体积密度的比较得出土壤的体积密度要远远大于土体的体积密度，因此要降低土壤容重，完全可以将生物碳施入到土壤中来完成。土壤的紧实程度和土壤的容重大小是紧密联系的。Soane总结是在土壤压实试验中得出的：第一，骨料间粒子连接方式是长链，而且土壤是有机质的，还存在巨大的矿物成分。这样的特点能够改变土壤的压实；第二，矿物质土壤的弹性在紧缩状态中远低于土壤有机质的弹性；第三，在稀释效应中，有机质能够控制土壤的压实度使其减小，无机土壤容重的密度远远高于有机质；第四，土壤中存有的菌丝、真菌、根等微小生物；第五，摩擦力，土壤紧实度受有机物和土壤颗粒两者摩擦大小的影响。

1.2生物炭对土壤水分的影响

随着土壤的增加，土壤表面积也跟着增加，那么土壤中微生物群落变得平衡，也提高了土壤整体的吸附能力，从而完善了土壤保水性。尽管生物炭影响着不同土壤的含水率，比如：把生物炭添加到土壤中能够提供给土壤18%的有效水，但是，在肥沃的土壤中并没有被人们发现留意这一迹象，同时在有机质土壤中加入的生物炭越多，有效水含量反而降低。实验证明，活性炭中几乎所有的孔隙直径都低于2纳米，即使生物炭对气孔有影响，但植物中有效水分的含量受土壤中有机质含量的影响。

1.3生物炭对土壤PH的影响

土壤的PH值大小随着土壤中生物炭的加入量不断地变动，加入生物炭的多少及其种类不同PH值的波动就会相应改变。在Chintala等科学研究中，分别往酸性土壤及碱性土壤中加入相同的由玉米秸秆和松木高热分解释放的生物炭，得出以下结论，几种生物炭对性质不同的土壤的PH值影响也是不同的，往酸性土壤中加入生物炭其土壤PH值升高，而往碱性土壤中加入生物炭其对应PH值并没有明显改变。经过研究证实，生物碳能够更好的调节酸性土壤的PH值。对酸性土壤来说它是很好的改良剂。

2施用生物炭对植物生长的影响

生物炭作用于植物能加快植物的生长，从而增加农作物产量，Chan发现当生物碳和氮结合利用时，能够增加萝卜干物质的含量，是由于生物碳和氮之间发生反应的结果，就算在土壤中加入最高含量的生物炭，而没有施加氮肥，即使这样也不会提高作物的产量，因此，只有生物炭和氮肥相互结合同时作用才能提高作物产量。Uzoma研究得出，施加15生物炭玉米的产量增加98%，而加入2Ot/hm2的生物炭，他的产量能达到150%。由此看来生物炭能够为植物生长提供重要的营养物质。

3生物炭中的有毒物质及潜在威胁

目前，生物炭被广泛的在土壤中利用，更多的人们发现了它的优点并加以使用，同时它对土壤带来一些潜伏的污染，这样的问题是不可轻视的。生物炭在土壤中存在也会给土壤水质带来不必要的安全风险，还会影响人们的健康，同时还带来严重社会和经济问题，对环境造成不可逆转的影响。在生物炭的生产过程中，热解条件下产生有害的污染物。有机废弃物虽然在热解后产生一定量生物碳制品，但是这些加工制品中含有的重金属浓度普遍很高，因此生物炭中含有多少重金属是和原料的材料有关的。

4结论

（1）因为对生物炭的研究刚刚兴起，文献资料中虽然记载了各种生物活性炭，可是影响它的成分和结构还有生产工艺的因素很多，所以进行整理归纳存在困难。因此要进行生物炭标准的开展和调研，就要调整生物炭制备，严格检测，规范它的使用形式。

（2）现实中对生物炭应用的研究存在局限性，除了着手于热带地区，对其他地区的土壤的研究很少。因此对高纬度地区的土壤研究成了以后发展的方向，不同的类型土壤对生物炭产生的什么样的效应，从而更高效的利用生物炭来改良土壤（特别是碱性土壤）。

（3）如何完成生物炭从迁移到其碳负性，它对土壤带来改良的同时还会造成环境潜伏污染，以后要加强这些工作的研究。

参考文献：

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作者简介：

土壤学研究方向篇2

关键词土壤；养分循环；调节；植物营养

中图分类号S158.3文献标识码A文章编号1007-5739（2013）05-0228-02

为了对土壤与植物间的养分循环定向调节方法进行研究，本文采用样区采样调查方法，在样区内部按照规定的标准采集土壤和植物样品进行试验[1-2]。

1土壤和植物养分概述

1.1土壤相关概念概述

1.1.1土壤。它是由多层厚度各不相同的矿物质共同构成的，它在大自然中占据主体地位；同时，也是能够为植物的生长提供必需肥力的疏松层。具体来说，构成土壤的成分有矿物质、有机质、土壤微生物以及空气、水分等物质，它们之间相互联系，相互作用，是一个有自身构成要素、结构和功能的一个特殊系统，就是土壤生态系统。土壤作为森林植被生存的载体，在我国的林业生产中，林业范围涉及到大部分地区，而且这些地区的土壤不仅单纯指森林生长的土壤，还有其他植被生长下的土壤。因此，林业土壤与农业土壤是相对的，它是以林业部门经济范畴的性质为依据而确定的，所有包含于营林范围内的土壤，都称之为林业土壤。

1.1.2土壤肥力。土壤肥力指为了保证植物生长需求，土壤所拥有的提供和协调营养条件与环境条件的能力，是土壤所具有的各种基本性质的综合表现，是土壤与成土母质和其他自然体之间的差异性的本质特征，是为农业和自然生物生长提供养分的物质基础。主要包括：一是土壤中存在的养分、水分和空气是土壤、生物、环境三者的共同作用下形成和发展的，它们一直处于不断的再循环利用中，而人为活动不仅能够决定土壤肥力的发展方向，还是促进土壤肥力发展的动力；二是土壤肥力一直处于提高、退化和重建三者之间所建立的动态平衡中，且具有较为明显的时间、空间特征，在自然与人为的相互作用下，土壤所处的动态平衡发生不稳定的变动；三是土壤肥力的退化与提高是一个较为普遍的过程，因此人类活动的目的就是为了能够对这2个过程的发展进行调节，使得它们能够向有助于提高土壤肥力的方向运动，其中如何使土壤生态系统中养分循环处于平衡状态是关键；四是在土壤养分循环的动态平衡中，形成了土壤肥力的保持与提高，除了土壤肥力处于退化过程以外，其他过程都需要土壤的物理性质改善的条件下，以不同植物的不同需求为根本，对土壤中存在的养分和水分进行调整，使其保持均衡，并要特别注意各种肥料的实施，而土壤肥力的再循环过程是整个过程的核心和关键。

1.1.3土壤与土壤肥力的关系。土壤肥力作为土壤自身的本质属性，其与土壤的概念是密不可分的。只有土壤具有足够的肥力，才能够为植被提供所需的养料，保持林产品与农产品的产量和质量。因此，土壤肥力是土壤持续提供植被营养元素的基础，也是林业和农业发展的物质基础。

1.2植物养分概述

土壤中拥有植物生长所需的营养元素，就是说土壤养分是构成土壤肥力的重要元素，它对林业与农业的持续发展具有重要作用[3]。

在土壤所拥有的营养元素中，氮对植物生长具有限制作用。在植物所吸收的氮元素含量中，至少有1/2来自土壤，所以对土壤进行施肥，提高土壤的含氮量是提高作物产量的重要手段。在20世纪60年代初期，我国就提出了氮与磷相配合、用磷替换氮的做法，为我国的磷肥工业的发展和如何合理施用磷肥做出了重要贡献。在水田磷素化学的研究中，还提出了磷元素在干湿交替的条件下能够发生转化，对土壤磷素存在的转化和其效用进行了研究，并得出即使是石灰性土壤，也需要施用磷肥的结论，并促进了对磷矿粉的使用与酸化磷矿粉的研究。在最近30年，在土壤钾素方面的研究也同样取得了较大进展。初步掌握了在不同的土壤中，钾元素的含量以及基本的分布状况，了解到含钾元素的矿物质和黏土矿物的种类和数量对土壤含有钾素的水平具有决定性的作用，明确土壤钾素的释放、固定与水含量、温度之间的关系。对农作物来说，它的产量、品质等都受到了钾元素含量的影响，因此还研究了如何提高钾肥的有效性及合理施用钾肥的方法。

2土壤与植物之间的几种养分循环分析

土壤与植物之间的养分循环主要包括水循环与氮、磷、钾及其他微量元素的循环。

2.1土壤与植物之间的水循环

在植物的生长过程中，水分是必不可少的，植物通过根系吸收土壤中的水分，在经过经脉将水分运转到叶片，水分通过蒸腾作用将水分散发到大气中形成了水分在土壤—植物—大气三者之间的连续循环，即水循环。对水含量平衡中各个因子的运动规律的研究对调节植物生长，提高水资源的利用率，促进农作物高产具有重要影响。

植物对水量的耗费共同取决于植物对水分的需求量、大气的蒸发条件与土壤的水分特性。此外，土壤中所含有的固体颗粒、液态的溶质、气态物质三者也同样影响着植物的吸水，而且植物根系能够吸收土壤水分受土壤因素、植物因素和大气因素三方面的共同影响，忽视其中的任何一个因素，都无法对植物吸水进行全面的系统研究。其中，土壤因素主要包括土壤导水率、水势梯度差和土壤的持水性3个主要构成。通过对植物根系吸水的表达式分析可以看出，植物根系的吸水速率与土壤的非饱和导水率、土壤和植物之间的水势差成正比关系，而同土壤自身的含水量和水势也具有密切联系。此外，植物根系对土壤水分的吸收还受到土壤持水性能的影响。而土壤的持水性能与质地和结构相关，追其根源，就是植物根系吸收土壤水分还受质地和结构的影响。具体来说，质地较细的土壤的持水量较大，中等质地的土壤的持水量最大，比水容量能够反映出土壤的持水性能，如果植物吸收水分的能量相同，那么所吸收的水量会受到比水容量的不同而产生差异，粗质土壤与细质土壤相比，在低吸力段的比水容量高，反之亦相反。

而对于植物因素来说，因为植物吸水的主要渠道就是根系，所以如果土壤中所含的水分较为充足，吸水速率受到根系密度的影响小，而且土壤越干，根系在水分吸收方面就会发挥更大的作用，其原因在于植物的根系越发达，所受到的土壤水流的阻力就越小。根系垂直分布的深度对植物吸水也具有重要影响。

此外，气候条件瞬息万变，而其对植物对土壤中水分的需求具有决定作用，并通过气候条件的变化对水势梯度进行调节。当大气的蒸发力不同时，植物与土壤中所含水分之间的关系也会发生变化。如果大气的蒸发力较高，且土壤的含水量较多，那么植物会呈现缺水状态，相反，植物也会呈现缺水状态。因此，植物根系吸水受到多方面的影响。植物根系吸收土壤水分时，因为土壤、植物自身和大气随时都会发生变化，所以这些因素对植物根系吸水产生影响的过程是动态的，在土壤水分充足、不对植物根系吸水造成限制时，大气是影响植物根系吸水的主要因素；而当土壤水分不足时，土壤因素是影响植物根系的吸水速率的主要因素；而植物因素则是对植物吸水在土壤剖面上的强度进行控制。

2.2土壤与植物之间的氮、磷、钾及其他微量元素循环

首先是土壤中的氮、磷、钾研究。在氮研究方面，一直遵循着降低投入林业、农业生态系统中的氮含量，提高氮元素的利用率，降低氮的损失，充分发挥氮元素对林业生产和农业生产方面产生的效益，降低氮对环境的破坏作用。而在土壤氮素矿化方面，对土壤有机氮的特性和分解进行了深入的研究，并得出土壤氮素矿化速率的常数[4]。

在对土壤磷的研究中，主要是对磷肥如何转化、在土壤中的去向、磷肥的有效性等进行深入探讨，进而确定更为合理、科学的磷肥使用方法，还应该将氮、磷、钾与其他化学元素的研究相互结合，以便能够更好地为植物的生长提供养分。

而钾元素的研究则是与植物的根系吸收营养相联系，对土壤和根系表面上的钾元素的变化和生物变化进行研究，同时，探讨如何增加钾元素的抗病能力。除此之外，钾元素与气候因素之间的相互作用也是一个重要的研究方向，这是因为气候因素对钾肥的有效使用具有重要影响。同时，土壤中所含的营养元素与植物之间的循环，不仅是将来土壤植物营养化学研究的主要方向，也是核心内容。

然后是微量元素在植物生长中的需求。在集约林业的条件下，一些对植物生长具有重要作用的微量元素出现了稀缺现象，一些地区的土壤中的硫、硅等元素也出现缺乏症状。因此，这一方面内容的研究也是必不可少的。而研究重点就在于土壤提供硫元素、硅元素的方法，以及微量元素对植物生长的作用。

3结语

通过以上分析，得到了关于调节土壤与植物间定向养分循环的相关结论。首先，稳定土壤的养分库的容量，提高土壤养分的缓冲容量。合理调节有机无机肥料的比例、结构。其中，无机化肥能很快增加土壤中速效养分的含量，在作物需肥阈值内容易产生良好效果，但高浓度易溶性养分的存在容易因为固定、汽化、渗漏等因素而造成不必要的损失。而有机肥不但含有作物所需的养分，且能稳定库容，提高土壤养分的缓冲容量，改善土壤结构和透气性，养分作用周期长、损失少；但有机肥养分释放慢，难以很快见效。其次，对土壤中所含的各种养分的比例进行调节，使其保持平衡。因为土壤中含有的养分不能满足植物生长需求时，会对植物的产量、经济效益造成限制。同时对土壤中养分的输入和输出进行调节，维持养分循环的持续性。最后，科学、合理的管理。在农业发展中，注意做好耕作方式的优化，底肥与追肥二者之间的关系，并对营养生长与生殖生长的养分进行合理调节，协调水分的灌溉和肥料的使用等[5-6]。

4参考文献

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土壤学研究方向篇3

关键词：秀山县；有效锌；现状；影响因素

中图分类号：S151.9文献标识码：ADOI：10.11974/nyyjs.20160301001

锌是作物生长必需的营养元素，不仅影响作物的产量、品质，还进一步影响人类健康，儿童缺锌现象很普遍，缺锌婴幼儿比例达到了39%[1-2]。秀山县地处重庆市东南部、武陵山区腹地，以黄壤为主，主要种植水稻和玉米等作物。一些学者对pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、有效铜、有效锰、有效铁、水溶态硼、海拔、土质和土壤类型对有效锌的影响进行了研究[3-11]，本文除对该地区这些影响因素进行研究外，进一步对坡向和水源等因素的影响进行了研究。秀山地区3～5月常有“倒春寒”气候，常造成大春作物缺锌而生长受到影响，通过对土壤有效锌的研究，从而为该地作物生产和测土配方施肥技术推广提供理论依据。

1材料与方法

2007～2014年按《测土配方施肥技术规范》的要求，在秀山县全境内有计划地在不同区域、不同土壤类型上，采集了616个骨干土样，对其相关资料进行了调查、收集和整理，对养分进行了检测，以此数据进行分析。土壤养分分级标准按测土配方施肥数据管理系统V1.500的分级标准，结合全国第2次土壤普查分级标准进行[12-13]。

2结果分析

2.1土壤有效锌含量

土壤有效锌变幅为0.35～20.60mg/kg，平均值为3.25mg/kg，其中，水田变幅为0.35～20.60mg/kg，平均值为3.17mg/kg，旱地变幅为0.44～17.10mg/kg，平均值为3.37mg/kg，低于临界值1mg/kg的土壤比例很低，只占4.2%（表1）。说明有效锌总体上较丰富，但均在作物的毒害临界值27.2mg/kg[14]以下。

2.2化学性状对有效锌的影响

2.2.1有效锌与有机质、碱解氮、有效磷、有效铜、有效锰、pH值的关系

从图1中可以看出，有效锌与土壤有机质、碱解氮、有效磷、有效铜、有效锰均呈极显著正相关，相关系数分别是0.25434**、0.320019**、0.183203**、0.230283**和0.260309**，从而说明有效锌随有机质、碱解氮、有效磷、有效铜、有效锰含量增加而增加。

随pH值增加有效锌含量表现为先上升后下降的趋势。从强酸性到酸性，随pH值增加有效锌含量增加，酸性过后，随pH值增加有效锌含量减少；在呈酸性土壤上较高，达3mg/kg以上，在中性和碱性土壤上较低，在2mg/kg以下。

2.2.2有效锌与水溶态硼、有效铁的关系

有效锌随随水溶态硼呈先升后降的变化趋势，水溶态硼在0.2～0.5mg/kg之前，有效锌含量随水溶态硼增加而增加，水溶态硼在0.2～0.5mg/kg之后，有效锌则随水溶态硼增加而呈减少的趋势（图2）。

有效锌随有效铁呈两降两升的变化趋势，呈现出在2.5～4.5mg/kg和20～30mg/kg2个段次的低峰（图2）。

2.2.3有效锌与速效钾的关系

有效锌与速效钾相关系数为0.002449，未达显著水平，表明速效钾对有效锌影响不大。

2.3其他性状对有效锌的影响

2.3.1有效锌与土壤类型、土层的关系

有效锌含量从不同土壤类型看，红壤>黄壤>水稻土>石灰岩土>潮土>紫色土，红壤最高达3.29mg/kg，紫色土最低，为2.76mg/kg（表2）。

0～20cm土层土壤的有效锌平均含量为3.29mg/kg，20～40cm土层土壤的有效锌平均含量只有2.67mg/kg，说明土壤深有效锌含量低。

2.3.2有效锌与坡向的关系

耕地分为平地耕地和坡耕地，坡耕地又分为东向、南向、西向、北向耕地。有效锌含量依次是平地土壤

2.3.3有效锌与水源、土质、海拔的关系

水源主要分为天水（即空中直接下到土壤中的水）、河水、水库和泉水4种，天水、河水、水库3种水源灌溉的土壤有效锌含量相近，在3mg/kg左右，而泉水从地下流出，其水源灌溉的土壤有效锌含量高，在4mg/kg以上（图3），从而说明泉水比天水、河水和水库水源灌溉的土壤有效锌含量高。

秀山地区土壤质地主要分为砂土、砂壤、壤土、粘壤和粘土，以壤土的有效锌含量最高，从壤土分别向砂土、粘土减少（图3），

从图3可以看出，有效锌与海拔的相关系数为0.292616**，达极显著水平，说明有效锌随海拔升高而含量呈增加的趋势。

3结论与讨论

秀山县土壤有效锌变幅为0.35～20.60mg/kg，平均为3.25mg/kg，低于临界值1mg/kg的土壤很少，只占4.2%，说明该地区土壤有效锌总体上较丰富，但均在作物的毒害临界值27.2mg/kg[14]以下，对作物安全。这与我国北方土壤有效锌缺锌十分普遍及黄土高原土壤有效锌较缺乏[3-6]有较大差别，与邻近的湖南22.4%土壤的有效锌低于临界值1mg/kg也有一定差别[7]。

从土壤化学性状对有效锌含量的影响上看：与土壤有机质、碱解氮、有效磷、有效铜、有效锰呈极显著正相关关系，与刘合满、许自成、赵爽、赵国平、杨文婕和石中山等[6～11]研究结果基本一致；随pH值、水溶态硼呈先增后降的变化趋势，与刘合满、许自成和石中山等[6～7、11]研究结果的有效锌含量与pH值呈负相关有差别，与赵爽等[8]研究结果的有效锌含量随pH值升高呈抛物线趋势变化相近；随有效铁呈两降两升的趋势变化，与许自成等[7]研究结果的有效锌含量与有效铁呈正相关有一定差别；速效钾对有效锌含量影响不明显，与许自成等[7]研究结果的有效锌含量与速效钾呈显著正相关不一致。

从其他性状对有效锌含量的影响上看：随海拔升高而增加，与赵爽等[8]研究结果一致；与坡向关系是坡地土壤比平地土壤有效锌含量高，西向、北向土壤又比东向、南向土壤有效锌含量高；与水源关系是泉水比天水、河水和水库水源灌溉的土壤有效锌含量高，并且天水、河水和水库水源灌溉的土壤有效锌含量相近；与土层深度关系是土壤越深有效锌含量越低；与土质的关系是以壤土的有效锌含量最高，从壤土分别向砂土、粘土减少，与赵爽等[8]研究结果的土壤有效锌含量随土壤粘粒呈抛物线变化趋势基本一致；与土壤类型关系是红壤>黄壤>水稻土>石灰岩土>潮土>紫色土，与许自成、赵爽等[7～8]研究结果有一定不同。

针对秀山地区土壤性状对有效锌的影响特点，通过增施有机肥等培肥土壤，提高土壤调节能力，搞好土壤酸碱性调节，以满足大多数作物酸碱性为中性左右的要求，综合调节土壤各理化性状。特别是秀山地区地处武陵山区，即使是富锌土壤，但3～5月常出现“倒春寒”气候，气温低而土壤锌的有效性降低，此时期的大春作物如水稻、玉米等常易出现缺锌现象，在生产上应高度重视，表现缺锌时要及时补施锌肥；而在一些冷浸田等冷性水稻土上更易出现“坐蔸、僵苗”，对这类稻田则应在底肥中加施锌肥或及时叶面追施锌肥，从而为水稻优质、高产和高效生产打下坚实的基础。

参考文献

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土壤学研究方向篇4

关键词：灌区；土壤剖面；盐分；空间分布

中图分类号：S153文献标识码：A文章编号：0439-8114（2016）10-2488-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.10.011

Abstract：Inordertoanalyzethespatialvariationcharacteristicsofsalinityofdifferentsoillayers（0～20，20～40，40～60，60～80，80～100cm），MosuowanirrigatedareainXinjiangwaschosenasstudyarea，andclassicalstatisticsandgeostatisticswereusedtoobtainthesalinitydistributionmapofthesoilprofile.Theresultsshowedthatthesalinityinsoilprofileincreasedgraduallywiththeincreaseofsoildepthinthestudyarea.Theaveragesoilsalinityofsurfacesoilwasthelowest，whereasitwasthehighestinsoillayerof60～100cm.Thesoilsalinityofeachsoillayerconformedtologarithmicnormaldistribution，butthemaximumvalueofsoilsalinityinthestudyareaappearedinthesurfacelayer.Thesoilsalinityof0～40cmshowedstrongvariability，andthesoilsalinityof40～100cmshowedmediumvariability.Thesoilsalinityofeachlayerinthestudyareawasofmoderatespatialautocorrelation，thenuggetcoefficientof0～20cmand20～40cmsoillayerwere0.698and0.653，andspatialcorrelationwaslowerthantheunderlying.TheKriginginterpolationanalysisshowedthat，thedistributionofsoilsalinitywasporphyriticornubby，andthesoilsalinitywashigherinthesouthandeastthaninthenorthandwestofthestudyarea.

Keywords：irrigatedarea；soilprofile；salinity；spatialdistribution

土壤盐渍化是干旱、半干旱、半湿润地区土壤的普遍特征，也是土壤退化最主要的表现之一。全国约有31.1%的耕地受到盐渍化的威胁，主要是由于随着土壤和水资源不合理的开发利用，导致灌区局部蓄水量持续增大，地下水位居高不下，土壤盐分在表层聚集，严重影响和制约了农业发展和资源的可持续利用[1，2]。

近年来，许多国内外学者就土壤盐渍化这一问题展开积极深入的研究，Cemek等[3]对土耳其北部冲击平原的土壤盐分进行了研究，提出地下水位、微地形、灌溉系统和排水是影响土壤盐分空间变异性的主要因素。Eldeiry等[4]将地理信息系统和遥感以及空间模型相结合改进的克里格模型应用于土壤盐碱化的遥感估算，结果表明，将具有较强统计分析特性的地理信息系统和遥感相结合，能够大大提高土壤盐分空间分布的研究精度。张源沛等[2]对银川平原的土壤盐分及盐渍土的空间分布格局进行研究，表明土壤的空间相关性主要受到区域因素（地下水运动）的影响。刘广明等[5]的研究则表明典型绿洲区土壤盐分质量分数的空间分布是由随机性因素（如灌溉、耕作措施和土壤改良等各种人为活动）和结构性因素（如气候、地形、土壤类型等）共同作用引起的。王红等[6]研究了黄河三角洲的不同尺度、深度土壤盐分的变异系数和空间相关性，揭示了形成这种空间变异的地貌因素。孙艳伟等[7]对流动沙漠人工绿地的表层、亚表层的空间分布进行了研究，得出土壤表层盐分含量远高于亚表层且具有一定的表聚性。莫冶新等[8]对塔里木河中下游表层土壤盐分进行了研究，得出表层土壤的空间变异性较小且盐分性质较为单一。颜安等[9]对玛纳斯河流域表层的土壤盐分空间变异进行了研究，得出土壤的盐分分布为中等变异性并具有强烈的空间相关性。纵观国内外已有的研究，大多研究结果只对土壤表层的盐分空间分布进行了分析，得出土壤表层盐分的空间分布主要受地下水位、排水、灌溉系统、耕作措施、气候和地形等因素共同影响，但是土壤是具有剖面性质的，所以本研究以莫索湾灌区为研究对象，结合经典统计学、地统计学和克里格分析方法，对该地区土壤剖面的盐分空间分布进行讨论。

1研究区概况及研究方法

1.1研究区概况

研究区地处北纬45°01′、东经86°06′，是玛纳斯县灌区、老沙湾灌区、农八师石河子市和古尔班通古特大沙漠的中心。灌区总面积为1326.15km2，分别由147团、148团、149团和150团组成。平均海拔346.0m，降水稀少，蒸发强烈，日照时间长，夏季炎热，冬季寒冷，属于典型的大陆性干旱半干旱气候，年平均气温6.6℃，年平均降水量123.2mm，年平均蒸发量1979.5mm，年平均日照时数2774.1h。土壤受地形地貌、气候、水文条件和成土母质影响，可分为壤土、中壤土、沙土。该灌区农作物灌溉的主要方式为大水灌溉，由于大水灌溉，地形和人为因素的影响导致地下水位抬升，土壤的次生盐渍化加剧，盐碱化程度加深。

1.2样品采集与分析方法

1.2.1样品采集本研究于2014年春季根据当地的土壤特征、植被类型、土壤利用方式等因素来确定研究区采样点的位置，应用GPS定位技术在研究区内选择典型位置进行采样，共267个采样点。在每个采样点相邻不同的3钻土样经混合后用四分法组成该点的待测样品，每个土样均先剔除地表面明显的植物碎屑和枯落物，用土钻进行5层分层采样，采样层次为0～20、20～40、40～60、60～80、80～100cm，同时对采样点周围的地形地貌、植被类型、植被覆盖度、土地利用方式、灌溉系统、土壤类型等要素进行描述，并用GPS记录各个采样点的地理坐标。

1.2.2样品处理采集的土壤样品在实验室里进行自然风干、研磨，过0.25mm的筛后装入密封袋，以备后续试验。所有的土壤样品均制备1∶5土水质量比浸提液，测定样品的电导率。共275个采样点，1375个样品，应用电导率仪（梅特勒S230）测定电导率，测定方法参考文献[10]。

1.2.3数据处理数据处理采用了MicrosoftExcel2010和地统计学软件GS+9.0，土壤盐分空间分布图均采用ArcGIS10.0软件。

2结果分析

2.1土壤盐分的统计特征值

表1分别对0～20、20～40、40～60、60～80、80～100cm的土层进行了描述性统计。各土层土壤均较好地符合对数正态分布且各土层特征值具有明显的差异。60～80cm土层的土壤平均含盐量最高，为0.71dS/m；0～20cm土层土壤平均含盐量最低，为0.48dS/m；随着土层深度的增加，土层盐分含量逐渐增大；土壤含盐量最大值是0～20cm土层的6.03dS/m，最小值是40～60cm土层的0.03dS/m，土壤剖面盐分空间分布具有一定的低聚性。变异系数是反映数据离散程度的绝对值，各土层的变异系数随着土层的加深逐渐降低，分别为1.17、1.01、0.87、0.83、0.81，0～20、20～40cm的土层属于强变异性，40～60、60～80、80～100cm的土层是中等变异性。这或许是因为盐离子具有随水分迁移的特点，春季冰雪快速融化，一部分盐离子随水分沿着土壤毛细管下渗到土壤深处，一部分水分蒸发到空气中，导致土壤0～40cm的土层变化最大，所以该土层的盐分变异性最强。40～100cm的土层盐分则主要是由于地下水位的影响，春季地下水位抬升，盐离子随水分沿土壤毛细管运动，在土层中积累使40～100cm的土层表现出中等变异性[2，5]。

2.2土壤盐分空间相关性分析

采用GS+9.0对各土层盐分进行反复拟合，从而选取最优拟合模型（图1）。最优拟合模型标准为相关系数R2最大，残差系数SS最小。C0表示块金值，也叫块金方差，通常表示由试验误差和小于试验抽样尺度引起的变异，较大的块金方差表明较小尺度上的某种生态过程是不容忽视的[2]，C0+C表示基台值，C0/（C0+C）表示土壤空间自相关性的强度，当C0/（C0+C）

2.3克里格插值分析

图2运用ArcGIS10.0对各土层进行了克里格插值分析，显示出各土层土壤的盐分空间分布。从整体来看，研究区的土壤盐分南部高于北部，东部高于西部，且各土层的土壤盐分存在着较强的空间相关性。不同土层深度的东北部和南部都明显高于其他部位，或许是该地区位于冲积扇缘的泉水溢出带，地下水埋深较浅，盐分随水分蒸发在土壤中累积。从空间尺度来看，土壤盐分均呈斑状、块状分布，其最低值（0.10～0.40dS/m）主要分布在中心部位，沿东南方向含盐量逐渐升高，中心部位周围的盐分含量上升和下降的梯度较为明显，北部区域的周边与沙漠接壤，人为开垦的农田长期灌溉使盐分不断向区域边缘累积，农田土壤含盐量随耕种年限的增长而逐渐降低[12]，因此中间部位明显低于四周的土壤盐分。但随着土层深度的增加，土壤盐分含量逐渐增加，在60～80、80～100cm的土层区域大小一致，是因为采样点大都是农田，上层土壤盐分随灌溉淋洗到底层。从局部来看，土壤含盐量最低的是40～60cm的土层，最高的是20～40cm的土层，60～80cm的土层次之，这或许是因为积雪融化的表层盐分淋洗和地表强烈蒸发促使下层盐分上移的共同作用，0～20cm的土层盐分空间变异性最高，含盐量最高点在东部和西部，其余各处的土壤盐分含量变化较为平缓，这与描述性统计结果一致。随着土层的加深，地下水对土壤盐分空间分布的影响越来越明显[11]，因此60～80、80～100cm的土壤盐分明显高于40～60cm的土层。因此莫索湾灌区的土壤盐分空间分布主要受地形地貌、人类耕种、灌溉和地下水位因素的影响。

3小结

本研究以莫索湾灌区为研究区，采用经典统计学和地统计学相结合的方法，研究出不同土层的盐分空间分布，主要有以下3点结论：

1）经典统计学表明，土壤剖面盐分分布具有一定的低聚性，0～20cm土层的含盐量最低，60～100cm土层的含盐量最高，各土层土壤盐分均符合对数正态分布，0～20、20～40cm的土层属于强变异性，40～60、60～80、80～100cm的土层是中等变异性。

2）空间结构分析表明，各土层含盐量在一定区域具有明显的空间结构特征，0～20、60～80cm的土层都较好地符合了高斯模型，20～40、40～60、80～100cm则较好地符合了指数模型，各层的土壤盐分具有中等空间相关性。

3）从克里格插值结果来看，各土层含盐量均呈斑状、块状分布，研究区的土壤盐分南部高于北部，东部高于西部，总体表现与地下水分布具有相似的空间分异规律，影响表层土壤盐分空间分布的因素是地形地貌、人为耕作和灌溉，而底层的土壤盐分空间分布主要与地形有关。

参考文献：

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[9]颜安，蒋平安，盛建东，等.玛纳斯河流域表层土壤盐分空间变异特征研究[J].土壤学报，2014，51（2）：410-414.

[10]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.

土壤学研究方向篇5

关键词坡耕地；土壤养分；地统计学；空间变异；环境因子；岩溶区

中图分类号S159文献标识码A文章编号1007-5739（2013）07-0229-04

土壤作为一个时空连续的变异体，具有高度的空间异质性。不论在大尺度上还是在小尺度上，土壤的空间异质性均存在[1-2]。由于受到成土母质、气候、生物、地形、时间等自然因素以及人为因素的共同作用，不同地区的土壤具有许多不同的土壤特性，并且具有高度的空间变异性[3]。大量研究表明，土壤养分具有空间自相关性，其空间变异性会因土壤养分的种类、研究区尺度和采样方法的不同而产生较大变化，利用地统计学方法的变异函数来拟合土壤养分空间变异模型，并以此为基础利用ArcGIS地统计模块的Kriging插值来进行土壤养分的空间变异模拟和分析，取得了许多重要的研究成果[4-8]。国内研究者们借此已经从不同尺度研究了黄土高原小流域[9]、干旱荒漠区[10]、长三角地区[11]、太湖流域[12]、红壤区[13]、紫色土区[14]等土壤养分的时空变异特征。相对来说，对于西南岩溶地区土壤养分空间变异性的研究就显得较为薄弱。张伟等[15]利用地统计学方法研究了典型喀斯特峰丛洼地坡面土壤相关属性的空间变异特征。蒋勇军等[16]从流域尺度利用地统计学方法，研究了云南小江流域土壤相关属性的时空变异规律及影响因素，结果表明喀斯特地区土壤各养分的空间变异程度都较高。但专门针对西南岩溶地区坡耕地土壤养分空间变异性的研究却少见报道。

本文以重庆市中梁山为例，运用地统计学和GIS相结合的方法，分析了该地区小尺度下坡耕地土壤养分的空间变异性，并总结了环境因子对其变异性的影响，为该地区土壤质量评估和石漠化预防治理提供参考意见。

1区域概况与研究方法

1.1研究区概况

研究区位于重庆市北碚区中梁山，属于中亚热带湿润季风气候，年均温度18℃，海拔500～700m，年均降水量1000mm左右。其地貌类型受地质构造和岩性的强烈控制：坚硬的砂岩形成陡峻的两翼，由紫色页岩组成的轴部构成波状起伏的丘陵地形，二者之间由灰岩组成，经岩溶作用后形成岩溶槽谷，组成“一山两槽三岭”的构造地貌局格。试验样地位于岩溶槽谷和山岭交接的坡耕地上，土壤发育的地质背景是三叠纪嘉陵江组的岩溶角砾状白云质灰岩。受海拔和地形的限制，农民开垦的耕地则主要分布在山腰、山脚和谷底，地块面积很小、坡体较短、坡度相差悬殊；而且在同一地块里坡度不均一，变化很大。由于该山体的坡向与岩层的坡向基本一致，水分易沿岩层面及节理流动，不断对石灰岩进行溶蚀，形成石芽、溶沟及溶蚀孔洞，残积的黄色黏土就停积在这些沟、孔、穴中；土壤四周有石芽、石块围绕，如装在石碗中的土一样，当地群众称为“碗碗土”[17]。

1.2土壤样品采集及测定

于2012年10—11月进行土壤养分的空间分布定点取样，在槽谷边缘坡耕地上设置1个100m×100m标准样地，以20m×20m的网格间距布设采样地块25个，每个地块取5个土样混合均匀后，代表该样点的土样，共计得到25个土样。由于采样地石漠化程度高，坡度大，土层厚度较薄，采样时取0～20cm表层土壤来进行室内理化分析。土壤有机质用重铬酸钾容量法-外加热法测定，全氮用半微量凯氏法测定；全磷用NaOH熔融-钼锑抗比色法测定；全钾用NaOH熔融-火焰光度法测定；碱解氮用碱基-扩散法测定；速效磷用0.5moL/L的NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾用中性醋酸铵浸提-火焰光度法测定。使用100m标准测量绳拉样地的过程中，观测和记录了25块20m×20m小块样地的植被覆盖率、基岩率、坡度、坡向、岩层走向和岩层倾角，土壤取样时对土层厚度也进行了测量。

1.3数据分析

土壤基本理化性质及土壤养分数据主要采用IBMSPSSStatistics19.0软件进行分析，土壤养分的空间变异采用地统计学软件GS+9.0进行地统计分析，并利用ArcGIS9.3的地统计模块进行土壤养分空间变异的插值制图。

2结果与分析

2.1土壤养分的空间变异分析

2.1.1土壤养分统计特征。利用SPSS19.0中Kolmogorov-Smirnov（K-S）方法对各土壤养分含量进行了正态分布检验（表1），偏度和峰度系数及K-S正态检验结果表明，该岩溶区坡耕地各土壤养分元素的含量呈正态分布。土壤养分的常规统计分析表明（表1），试验样地中，土壤有机质的平均含量为9.35g/kg，属于中下水平；全氮的平均含量为0.92g/kg，属于中等水平；速效磷的平均含量为25.29mg/kg，属于中上水平；速效钾的平均含量为288.42mg/kg，属于上等水平。各养分元素中，有机质的变异系数最小，为14.22%，表现为中等程度变异；全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效钾的变异系数均在15%～30%之间，表现为中等程度变异，且这5种养分性质的变异系数较为接近，可能这5种养分性质的变异受相同条件的控制，如研究区的地形、坡度、作物种植类型、植被覆盖率等；而速效磷的变异系数最大，统计值为81.93%，表现较强的变异性，这可能与研究区坡耕地人工施肥、耕作等因素有关。

2.1.2土壤养分的半方差分析。对研究区试验样地土壤养分的传统统计分析只能在一定程度上反映土壤养分含量的总体状况，不能精确定量地刻画土壤养分含量分布的随机性和结构性[18]。因此，必须采用地统计学方法对土壤养分数据进行空间变异性分析。根据土壤养分的统计特征值，对研究的各土壤养分含量分别应用GS+软件进行半方差的计算，所得7种养分含量的半方差理论模型及参数见表2。从表2可以看出，有机质、全磷、全钾、速效钾含量的变异函数以高斯模型的拟合效果较好；速效磷含量的变异函数拟合最佳的为指数模型；而全氮和碱解氮拟合为线性模型。7种养分变量的块金值均大于0，说明各土壤养分变量本身存在着因随机和固有变异性所引起的采样、试验和取样误差等各种正基底效应，变异的大小由块金值的大小决定。从结构性因子角度来看，块金值/基台值的比例可表示系统变量的空间相关性程度，比值75%分别表示变量的空间相关性较强、中等、较弱。如果该比值较高，说明由随机部分的随机因子引起的空间异质性程度较大；相反，该比值较低，则由空间自相关部分的结构因子引起的空间异质性程度较大；如果该比值接近1，则说明该该变量在整个尺度上具有恒定的变异。试验样地中全氮和碱解氮的块金值/基台值为1，说明在整个尺度上空间自相关性较弱，结构性因子如土壤形成过程中的成土母质、地形、岩层性质等对其变异基本无影响，随机性因子如土壤管理过程中的灌溉、施肥、作物布局、栽培管理措施等对其变异影响较大，但这种影响是均一的，导致全氮和碱解氮的含量在整个尺度上呈均一分布，这可能与该研究区坡耕地作物种植类型及施肥类型相近有关。试验样地中有机质、全磷、全钾和速效钾的块金值/基台值均小于25%，表现为较强的空间相关性，这表明有机质、全磷、全钾和速效钾的变异主要受成土母质、地形、地质等结构性因子影响。而速效磷的空间异质性中等，同时受结构性因子和随机性因子的影响，这可能与试验样地坡度、坡形、坡向，岩层属性等自然因子以及耕作施肥、作物的种植类型等有关。

2.1.3土壤养分的空间插值分析。利用ArcGIS9.3软件地统计分析模块中的Kriging插值分析，分别作出有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾这7种土壤养分和pH值的空间分布格局图（图1）。制图采用试验样地相对坐标，图中从上到下对应试验样地坡顶到坡底位置。从图1可以看出，土壤各养分的空间分布具有一定的斑块性，其中有机质、碱解氮、全磷和速效磷在坡顶、上坡和中坡位置含量较高，全氮、全钾和速效钾在坡底含量较高，从坡中部位置往坡顶含量逐步降低。全磷和速效磷，全钾和速效钾，在各坡位上都具有较好的空间相关性。可见在不同的坡位上，不同养分的空间变异分布具有不同的特征，这与坡度、坡形、坡向、岩层走向等结构性因子以及各样点植被类型，耕作程度等随机性因子有关。从空间插值图上看，试验样地的7种养分含量的空间分布与pH值的空间分布之间相关性较差，样地各位置pH值分布也具有明显的斑块性，空间变异性较强，这主要与试验样地的耕作、施肥等因素有关。

2.2环境因子对土壤养分空间变异的影响

利用SPSS19.0软件对土壤养分和环境因子变量进行相关性分析，结果表明研究区试验样地各环境因子与土壤养分之间表现出不同的相关关系（表3）。坡度因子与全氮、全磷、速效磷呈正相关，而与有机质、全钾、碱解氮和速效钾呈负相关；坡向和土层厚度与绝大部分养分呈正相关，特别是坡向和土层厚度与碱解氮的含量呈极显著的正相关（P

3结论与讨论

用地统计学方法研究了小尺度下岩溶区坡耕地土壤的有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾的空间变异规律及其影响因素。结果表明，试验样地中有机质、全磷、全钾和速效钾的块金值/基台值均小于25%，表现为较强的空间相关性；而速效磷的块金值/基台值为31%，表现为中等的空间相关性；全氮和碱解氮的块金值/基台值为1，说明在整个尺度上空间自相关性较弱，结构性因子对其变异基本无影响，随机性因子对其变异影响较大，但这种影响是均一的，导致全氮和碱解氮的含量在整个尺度上呈相对均一分布，这可能与该研究区坡耕地作物种植类型及施肥情况相似有关。ArcGIS空间插值分析表明，小尺度下岩溶区坡耕地土壤养分的空间分布具有一定的斑块性，不同的坡位上，不同养分的空间变异分布具有不同的特征。其中有机质、碱解氮、全磷和速效磷在坡顶、上坡和中坡位置含量较高，全氮、全钾和速效钾在坡底含量较高，全磷和速效磷、全钾和速效钾在各坡位上都具有较好的空间相关性，表明速效磷和速效钾的空间变异依赖于全磷和全钾的空间变异性。

而利用SPSS19.0软件对土壤养分和环境因子变量进行相关性分析表明，研究区试验样地各土壤养分和环境因子之间具有不同类型的相关关系。土壤有机质与坡度、坡向、岩层走向、岩层倾角、基岩率和岩层厚度等结构性因子呈负相关关系，而与植被覆盖率呈显著（P

综上所述，对小尺度下岩溶区坡耕地土壤养分的空间变异性和环境因子的相关性分析都表明地质地貌等结构性因子对岩溶区坡耕地土壤养分元素的空间分布及空间变异具有重要影响作用；而植被类型、作物种植及耕作程度等随机性因子对有机质含量的空间变异具有一定的影响作用。对于本就脆弱的岩溶区坡耕地生态系统来说，更深入地研究该地区坡耕地的地质地貌等自然环境状况以及植物种植、耕作方式等土地利用情况对认识该地区土壤养分的空间变异性和空间分布特征具有重要意义，同时也能为该地区今后的土壤质量评估和石漠化预防治、理提供参考意见。

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土壤学研究方向篇6

关键词：棉花（GossypiumhirsutumL.）；连作障碍；调理技术

中图分类号：S562；S158.3文献标识码：A文章编号：0439-8114（2013）22-5393-03

中国是棉花（GossypiumhirsutumL.）生产大国，全国有2/3的省（市、区）生产棉花，2009～2010年全世界棉花种植面积达3040万hm2，皮棉产量达

2356万t，其中，中国棉花生产的种植面积占19.8%。近年来，中国棉花生产中不仅广泛采用如光子和包衣子等先进的栽培技术，并且还普遍使用化学调控、平衡施肥和病虫害综合防治等新技术。这些技术的应用无疑在棉花生产中起到了举足轻重的作用。但是，由于多数棉田种植棉花都是连作制，加上这些技术实施中如化肥、农药等物质的施用，给棉田土壤生态系统造成了破坏，使得棉田土壤长期处于亚健康状态，以致棉花土传性病害时有严重发生，且其难以根治。因此，需要从棉田土壤微生态系统恢复的角度进行调控和预防研究。

1棉花连作土壤发生障碍性病害的根本原因

棉花连作土壤障碍的具体表现为土传性病害频发、棉苗早衰、土壤生态环境恶化等现象。产生的根本原因除与棉花长期连作自身产生自毒物质外，还主要与长期大量单一使用化肥和农药等有着密切的关系。棉花连作障碍已经严重制约着中国棉花的产量和质量。2010年3月湖北省农业科学院专门针对长江流域江汉平原棉区潜江市120户棉农进行了调查，结果表明，90%以上农户的棉田耕作制为小麦-棉花和油菜-棉花，连年种植棉花面积占当年棉花种植面积的95%以上，其中2007年大面积棉花发生枯黄萎病造成的产量和经济损失达15%～35%，严重田块超过50%。

在棉花生产过程中农药的使用是非常普遍的，但大量使用农药，既增加了棉花生产成本，也给棉田土壤环境造成严重污染，同时，它可能也是棉田土壤发生障碍性病害的重要原因之一。棉花生产中防治病虫害使用的农药种类繁多。一类是各种杀虫剂和杀菌剂，达10余种，如多菌灵、百菌清、阿维菌素、立枯灵、枯萎灭、枯萎灵、黄腐酸盐等用来防治棉花立枯病和枯黄萎病。另一类是不同化调剂、除草剂和催熟剂，如化调剂有缩节胺和助壮素，除草剂有氟乐灵、百草枯、盖草能、草甘膦、乙草胺等，催熟剂有乙烯利和农丰宝等。有关资料和实地调查结果表明，在棉花生产过程中农药的使用量基本上没有上限。如此大量地使用农药，不仅使棉花产品上带有农药残留，而且与棉花间套作种植的粮食、蔬菜、水果以及生态环境也会受到不同程度的污染[1]。

随着中国棉花单产水平的逐渐提高，棉花上氮肥的用量也在不断增加。据有关研究报道[2]，20世纪90年代末和21世纪初，黄淮海棉区华北平原亚区，皮棉单产为1500kg/hm2时，棉花纯氮施用量一般为187.5～225kg/hm2，皮棉产量以施用纯氮195kg/hm2左右为最高，棉花纯氮施用量超过225kg/hm2，产量反而降低；黄淮亚区，皮棉产量1500kg/hm2左右时，棉花纯氮施用量一般在225kg/hm2左右；长江中下游棉区皮棉产量一般在1500kg/hm2左右时，棉花纯氮施用量一般在225～300kg/hm2。近年来，长江中下游棉区和黄淮棉区普遍采用移栽地膜覆盖栽培模式，棉花的单产水平大幅度提高，施氮水平进一步增加，氮肥使用量在适量基施的基础上，一般追施2～3次，可以有效地增加棉花伏桃和早秋桃，从而充分发挥棉花单株生产潜力。2008年湖北省农业科学院对长江中游地区的湖北江陵、鄂州、仙桃和浠水的棉花施肥状况进行了调查，结果表明，大面积棉花施肥量为N225～315kg/hm2、P2O537.5～90.0kg/hm2、K2O81～135kg/hm2。2009年3月对长江流域湖北省潜江市棉区120余户棉农的调查结果表明，棉花全生育期平均每公顷施肥量为氮（N）315.0kg、磷（P2O5）187.5kg、钾（K2O）267.0kg，其说明当地棉农氮肥施用量明显偏高，氮磷钾肥料养分三元素比例不合理，调查数据表明，大面积棉田土壤养分不平衡现象确实存在，而且是越来越严重，这样势必给棉花土壤健康生产带来极为不利的影响。

2棉花连作土壤障碍的发生机制及其修复

棉花连作土壤障碍是由连茬种植的棉花作物和土壤微生物共同产生的一种土壤生物障碍，即表现在同一田块连续多年种植棉花会出现棉花产量和品质下降，棉花病虫害加重，甚至造成绝收，而改种其他作物却能够正常生长。所以，棉花土壤障碍是土壤的相对退化。棉花连作土壤发生生物学障碍的主导因素是生物，包括连茬种植的棉花和在棉花根区、棉花根表土壤中生长的大量土壤微生物。该障碍也被称作棉花土壤的连茬病害。其实质是棉花连茬种植引起的土壤微观生态系统即棉花根区微观土壤生态系统出现了微生物区系异常和化学物质异常[3]。棉花连作土壤微生物区系的异常表现是：棉花根区或根表土壤中病原菌数量大幅度增加，达到或超过棉花发病阈值，有益微生物的数量明显下降，棉花土壤原有的微生物生态平衡遭到破坏，导致棉花土传病害发生，直接影响棉花根系分泌物和根系的生理生化活动。棉花连作土壤中化学物质异常表现是：首先，棉花在生长过程中通过根系、叶片等器官将其产生的某些代谢产物释放到土壤中，主要是棉花根系分泌物；其次，土壤中的有害微生物向土壤中分泌有害代谢产物；还有棉花在生长过程中对某种营养元素的偏好吸收，导致棉花土壤系统中营养元素的不平衡及某种元素的亏缺；此外，棉花残体腐解后向土壤中释放对棉花本身有害的化学成分也有影响。

目前，国内外学者对不同农作物连作障碍的现象和机理做了大量研究。刘素萍等[4]研究了棉花根系分泌物中糖和氨基酸对棉花枯萎菌的影响，结果表明，棉花感病品种的根系分泌物中葡萄糖和蔗糖含量是抗病品种的2～3倍，在检测的6个棉花品种中都含有12种氨基酸，其种类和含量因棉花品种不同而有异，在检测的12种氨基酸中丙氨酸、组氨酸、天门冬氨酸、异亮氨酸和脯氨酸对棉花枯萎菌生长略有刺激作用，丝氨酸、精氨酸、赖氨酸和谷氨酸则有抑制作用。有学者研究表明[5-15]，常发生连作障碍的大豆、棉花和草莓等作物，其根系分泌物中的糖和氨基酸等组分在低浓度下对多种病原菌生长有促进作用，在高浓度下有抑制作用。大量试验研究结果表明[16-22]，在相同地块连续种植棉花时，由于棉花对氮磷钾和硼营养元素的偏好吸收会导致土壤中这些元素缺乏，即使通过施肥补充，也难使棉花土壤中的营养达到真正意义上的平衡，它会影响棉花的正常生长发育。棉花全生育期吸收的氮磷钾等养分量较大，其亏缺造成的营养胁迫会诱导棉花产生更多的特定根系分泌物，这些棉花根系分泌物中有些属于棉花自毒物质。即养分的亏缺促进了棉花某些自毒物质的大量分泌，从而加重了自毒物质对棉花正常生长和发育的影响。

棉花连作土壤障碍的主要问题是棉花土壤微生态系统发生了生物退化，棉花根区土壤病原菌数量增加，有益菌数量下降，棉花根系分泌、残体腐解向土壤中释放自毒物质，营养元素因棉花连作对某些元素的偏好吸收而失去平衡等。因此，其修复主要是让棉花土壤微生态系统得以恢复。由于过去对棉花连作障碍的克服主要从土传性病害防治角度考虑，并提出了许多技术措施，但仍未从根本上得到解决。特别是有时棉花并不发病，但生长较差，通过采取施肥或灌溉措施，效果仍然不明显。因此，只有恢复或改善棉花根区微观土壤生态系统的健康状况，才能从根本上解决棉花连作土壤的障碍问题。

从生态恢复的角度，棉花土壤微生态系统的恢复较传统的宏观尺度的生态系统恢复相对更容易。首先，通过特定程序筛选出能在棉花根区土壤中定殖、对病原菌具有较强抑制作用、对人类健康无害、对棉花生长有促进作用、对土壤中棉花产生的自毒物质有降解作用的有益微生物；然后，通过工业发酵制成活菌制剂，再利用棉花苗床育苗接种、移栽蘸根接种或拌种等方式，将这些有益菌引入棉花根区微观土壤生态系统，改变棉花根区系统的生物组成，分解该系统中棉花释放的自毒物质；另外，注重棉花的平衡施肥和有机肥的施用，供给土壤有益菌营养物质等，可以使发生过生物障碍的棉花根区微观土壤生态系统得到恢复或改善到健康状态[23]。其次，控制棉花连作土壤中病原菌增殖，必须减少棉花根区微观土壤生态环境中病原菌数量，从而提高棉花植株抗病性。通常采用的主要技术有：①通过棉花轮作减少病原菌。棉花轮作是解决棉花连作障碍最为简单而有效的方法。通过轮作改种其他作物，使前茬作物根区土壤中的大量病原菌失去寄主棉花和适宜的微观土壤环境，减少棉花连作土壤中的病原菌数量。②采用土壤化学物理消毒法消灭棉花土壤中的病原菌[24]。但是，这些方法在生产中难以应用，而且还会带来新的土壤环境污染问题，同时也会杀死土壤中的有益生物，破坏棉花根区微生态平衡。③增加棉花根区拮抗性微生物的数量，以抑制棉花土壤中病原菌数量。向棉花连作土壤中接种棉花生防菌活菌制剂，使拮抗菌在棉花土壤微生态系统中大量繁殖，成为棉花土壤中优势微生物种群，并利用这些菌产生的抗性物质或重寄生等作用抑制土壤定病原菌生长。④利用营养和空间竞争等途径减少棉田土壤中病原菌数量，使棉花土壤微生物区系保持在正常状态下。从已发生棉花连作障碍的土壤或其他类似生态区的土壤中筛选能产生抗生素、并在棉花根区或棉花根表土壤中定殖的有益菌，通过工业发酵，人工大量繁殖有益菌，制备成棉花土壤微生态修复剂，将其接种到棉花根区土壤中，抑制棉花病原菌生长繁殖，调整失衡的棉田土壤微生物生态，将病害降低到不影响棉花生产的程度。

3未来研究重点及技术发展方向

1）未来应从宏观和微观两个层面开展棉花连作障碍方面的研究。在宏观层面上，应着重研究解决棉花连作土壤障碍造成棉花产量损失的综合应对技术；微观层面着力研究连作土壤发生障碍的机理，揭示障碍因子与环境因素的关系，为减少和防控棉花土壤障碍的发生，提出棉花连作土壤健康调理技术的理论依据。

2）重点研究棉花连作土壤发生障碍的生物学和化学致毒机理。研究棉花连作土壤微生物变化与土壤-棉花病害抑制的相关性。因为土壤-作物自身病害抑制性是土壤健康的重要表征，所以，具体应从土壤微生物数量、生物量、多样性及活性等多层面揭示棉花连作土壤微生物与土壤-作物病害的抑制性相关参数。

3）技术发展方向。对现行传统技术的总结、筛选、验证和集成，利用现代分子生物技术和方法、地理信息系统，开展不同区域或棉花品种内生菌快速分离、鉴别（益生菌和病原菌共生条件等）的技术研究，形成技术（微生态制剂）产品是未来解决棉花土传性病害技术的发展方向。棉花连作障碍因子评价指标的确定及其体系构建，是未来棉花连作土壤健康调控的重要基础[25]。以长江流域、西北内陆和黄河流域三大棉区棉花长期连作土壤障碍因子筛查及评价为基础，重点研究棉花连作土壤障碍生物修复技术、营养调控技术、化学自毒物质消减技术对棉花生长发育影响的作用机理，构建其主产棉区棉花连作土壤障碍因子动态监测和地理信息系统数据库，明确棉花长期连作土壤的主要障碍因子，形成棉花连作土壤障碍生物修复、营养调控和间套作栽培技术体系，并集成棉花连作土壤健康调控技术体系。

参考文献：

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