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土壤剖面的概念范文1
关键词：牛粪有机肥；小麦-玉米轮作；土壤硝态氮；产量；氮素利用率
中图分类号：S158.3文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）12-0095-06
Abstract In order to examine the effects of manure application rate on migration and accumulation of nitrate nitrogen （NO-3-N） in farmland soil profile and investigate the optimal manure application rate， a field experiment was conducted in wheat-maize rotation area of Caoxian County in Shandong Province. The influences of different cow manure application rates on vertical distribution of soil NO-3-N， crop yield and nitrogen use efficiency were determined in a winter wheat and summer maize rotation farmland under natural rainfall conditions. The results showed that the NO-3-N content and accumulation amount in the soil profile （0～100 cm） increased with the increase of manure application rate. When the manure application rate was greater than 3 000 kg per 666.7m2 for one year， the soil NO-3-N content was significantly higher than those of other treatments. During the whole wheat growth period and the seedling stage of maize， the NO-3-N content firstly reduced and then raised with the increase of soil depth. Especially in wheat mature stage in early summer， the NO-3-N accumulation amount in the 60～100 cm soil layer was higher than that of topsoil. It indicated that at this period， the NO-3-N had migrated downward and accumulated in the deep soil， which would be prone to polluting groundwater during the summer rainfall season. The wheat and maize yield showed quadratic function relation and linear relation respectively with the cow manure application rate. The total yield of wheat and silage maize was the highest when the cow manure application rate was 3 000 kg per 666.7m2 for one year （equivalent to 45 kg pure nitrogen per 666.7m2 for one year）， and the N use efficiency was 52% and 50% respectively. In conclusion， the recommended cow manure application rate was 3 000 kg per 666.7m2 for one year， which could not only guarantee the wheat and maize production but also lower the pollution risk of fertilization to environment.
Keywords Cow manure； Wheat-maize rotation； Soil NO-3-N； Yield； Nitrogen use efficiency
随着畜禽养殖规模化和集约化程度的迅速提高，畜禽粪便污染作为农业面源污染的重要组成部分已经成为世界普遍关注的问题[1]。由于畜禽粪便有机肥含有丰富的营养物质，将其作为肥料进行农田回用是其资源化利用的主要途径。研究表明，施用有机肥能增加土壤养分，提高土壤肥力[2]。但是越来越多的研究也表明过量有机肥的施用会造成土壤硝态氮累积，对地表环境产生严重危害的同时也会引起地下水硝酸盐污染。袁新民等[3]研究发现，连续每年施用禽粪20 t/hm2所流出的地表径流液对地表水质量构成严重威胁。另外姚丽贤[4]、刘勤[5]等研究发现大量施用以鸡粪为主的有机肥，可使4 m以上土层中硝态氮浓度达到40～50 mg/kg。林葆[6]研究发现，在太湖流域氮素对水体的污染贡献中，田间径流液和淋失液中的氮素80%来自有机肥的矿化氮。当施肥量超过植物需要及土壤反硝化能力时，就会在降雨或灌溉作用下通过淋溶进入地下水[7]，因此，确定有机肥的合理用量、降低有机肥使用对环境的污染已经成为目前亟待解决的问题。
小麦、玉米轮作是华北平原重要的种植模式之一，具有土地集约化程度高和高投入高产出的基本特点，深入研究基于牛粪资源化利用的小麦、玉米轮作制农田土壤硝态氮迁移累积特征，对于合理处置养牛废弃物和建立良性循环的农业生态环境具有重要的理论价值和现实意义。基于如上分析，本研究从土壤硝态氮含量变化角度出发，通过定量跟踪分析不同牛粪有机肥用量处理对土壤硝态氮迁移累积规律、粮食产量及氮素利用率等指标的影响，探讨有机肥用量对土壤硝态氮和作物产量的影响，为确定有机肥的合理用量、有效控制农田养分流失提供技术支撑，也为我国单位耕地面积畜禽粪便承载量国家标准的制定和完善提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验点概况
试验在山东省菏泽市曹县磐石街道办事处王楼村进行，该试验点位于鲁西南平原，N 34°47′9.78″，E115°35′16.32″，属于北亚热带地区，年均气温13.6～14.3℃，年均日照时数为2 147.6 h，年均降水量611.8～711.0 mm，年无霜期212 d。耕作模式为冬小麦夏玉米轮作模式。供试土壤类型为潮土，其基本理化性状为：pH（H2O，5∶1）8.56，有机质13.25 g/kg，全氮 1.33 g/kg，有效磷 17.76 mg/kg ，碱解氮 93.54 mg/kg，速效钾129.17 mg/kg。
1.2 试验材料与设计
试验于2014年10 月1日播种小麦，2015 年6 月11 日收获，2015年6月20日种植玉米，2015年9月10日收获。供试有机肥为牛粪有机肥，养分含量见表1。共设置6个有机肥处理（表2），分别是，T1：对照，不施有机肥；T2：每年每666.7m2（下同）用量为1 000 kg；T3：2 000 kg；T4：3 000 kg；T5：4 000 kg；T6：5 000 kg，随机区组排列，重复3次，小区面积64 m2。小麦季和玉米季各施一半有机肥，且均为播前基施，后期不再追肥。
供试小麦品种为当地主要栽培品种济麦22，采用25 cm 等行距机械播种，每666.7m2播种量为12.5 kg；玉米品种为豫青贮23，播种方式为点种，等行距播种，行距60 cm，株距25 cm。小麦、玉米播种前牛粪有机肥撒施，机械旋耕。试验田日常管理措施同大田生产模式。试验期作物不同生育阶段的平均降水量为：小麦茬口内总降水178.7 mm，玉米茬口内总降水468.1 mm。
1.3 样品采集
分别在小麦、玉米季的苗期、拔节期、成熟期进行土壤样品采集，小区内按每 20 cm一层分 5 层取 0～100 cm 土样，每个小区随机取 3 个点，相同层次的土壤混合为一个土壤样品，置于冰柜中冷冻保存或立时测定。每层土壤的容重采用环刀法测定。
小麦收获时收取5 m2样方测产，同时测定小麦籽粒和秸秆中的养分含量；青贮玉米收获时在小区内随机选取10株，测定其整株生物量、养分含量等指标，小区全部收获计产。
1.4 测定项目及方法
土壤硝态氮测定：新鲜土样用2 mol/L KCl 浸提，滤液通过流动注射分析仪测定其硝态氮含量。植株全氮含量测定：采用浓硫酸-双氧水消煮，半微量凯氏定氮法测定，参照鲍士旦[8]的方法测定。
1.5 计算方法
氮肥农学效率（kg/kg）=（施氮区作物产量-不施氮区作物产量）/施氮量；
氮素利用率（%）= 作物吸氮量/施氮量×100[9]。
所有试验数据均用平均值，统计检验经SPSS 16.0软件处理分析，单因素方差分析后采用LSD法检验处理间的差异显著性，以P
2 结果与分析
2.1 小麦季土壤剖面硝态氮垂直分布规律
在小麦苗期、抽穗期、成熟期，0～100 cm土层不同处理土壤硝态氮含量均随着牛粪有机肥用量的升高而升高，但影响幅度不同（图1）。
在小麦苗期，各处理0～100 cm土壤剖面内硝态氮含量均随着土壤深度的增加呈先降低后升高的趋势（图1A）。0～40 cm土层中T5、T6处理土壤硝态氮含量显著高于其他处理；40～100 cm土层中，T3-T6处理间差异不显著但显著高于T1处理。由此可见该时期随着土层的加深，各施肥处理间的差异逐渐变小。
在小麦拔节期，各处理0～100 cm土壤剖面的硝态氮分布规律与小麦苗期相似（图1B）。0～20 cm土层中T6处理土壤硝态氮含量显著高于T1-T5；20～40 cm土层T5、T6显著高于T1、T2，但与T3、T4处理间无显著差异；60～100 cm土层中T5、T6显著高于T1-T4，且T5、T6处理硝态氮含量分别是对照T1的3.5～3.7倍和3.8～4.7倍。由此可见，随着有机肥用量的增大，深层土壤中硝态氮含量差距逐渐拉大，尤其是牛粪有机肥用量为4 000～5 000 kg时，土壤硝态氮淋失风险显然高于其他处理。
在小麦成熟期，0～100 cm土壤剖面中，随着土层的加深，各处理土壤硝态氮含量差异逐渐增大（图1C），且深层土壤硝态氮含量逐渐升高甚至超过表层土壤。0～60 cm土层，T2-T6处理土壤硝态氮含量分别是T1的1.35～2.83、1.47～3.33、1.61～4.30、1.88～5.33、2.19～7.67倍；60～100 cm土层，T2-T6处理土壤硝态氮含量分别是T1的2.57～3.68、4.33～4.43、5.68～6.88、10.71～14.33、12.86～15.17倍，由此可见，T5、T6处理在60～100 cm土壤中硝态氮含量显著高于其他处理。此外，80～100 cm土层中T4、T5、T6处理土壤硝态氮含量分别是0～20 cm土层的1.07、1.91倍和1.73倍。由此推测，小麦成熟期随着牛粪有机肥施用量的增加，硝态氮逐渐向深层土壤迁移累积，导致硝态氮污染地下水的风险大幅度提高。
2.2 玉米季土壤剖面硝态氮垂直分布规律
与小麦季相似，在玉米季的苗期、拔节期、成熟期，各处理0～100 cm土层土壤中硝态氮含量均随着牛粪有机肥用量的升高而升高（图2）。
在玉米苗期，除T1外，其他处理的0～100 cm土壤剖面内硝态氮含量随着深度的增加，T2、T4、T5处理呈先下降后上升趋势，T3和T6处理则呈先降低后升高再降低再升高的趋势（图2A），在40～60、80～100 cm土层中硝态氮含量出现峰值。0～40 cm土层中各处理间土壤硝态氮含量无显著差异；40～60 cm土层中T3处理硝态氮含量显著高于其他处理；60～100 cm土层中T6处理显著高于其他处理，而T3-T5之间差异不显著。
在玉米拔节期，0～100 cm土壤剖面中硝态氮含量随着土层的加深，除T1呈先降低后升高趋势外，其他处理均呈先降低后升高再降低的趋势，在60～80 cm处出现峰值（图2B）。0～20 cm土层硝态氮含量以T5、T6处理最高，分别是T1处理的2.80倍和3.16倍，显著高于T2-T4处理；20～60 cm土层T6显著高于其他处理，而T2-T5之间差异不显著；60～100 cm土层T5、T6处理土壤硝态氮含量显著高于T1，但与T2-T4处理间的差异不显著。由此可见，玉米拔节期，随土层的加深，各处理土壤硝态氮含量差异逐渐缩小，且在不同土层中有迁移现象。
在玉米成熟期，0～100 cm土层纵向剖面硝态氮含量随着土层的加深总体呈逐渐下降趋势（图2C）。0～40 cm土层中硝态氮含量以T6最高，显著高于其他处理；各处理40～60 cm土层硝态氮含量差异不显著；60～100 cm土层中硝态氮含量以T5、T6处理最高，显著高于其他处理。由此可见，虽然随着土层的加深土壤硝态氮含量逐渐降低，但是仍以施肥量大的处理硝态氮含量最高。
玉米大量需肥阶段在拔节期后，本试验研究发现自玉米拔节期至成熟期，土壤硝态氮含量随土壤深度的增加逐渐降低，土壤硝态氮含量主要集中在0～60 cm土层中，恰能满足玉米根系活动范围内的氮素供给 （图 2），一方面保证了玉米此阶段对矿质养分的大量需求，另一方面也在一定程度上减轻了硝态氮流失。但同时玉米大量需肥时期也正是雨热同期的缘故，因此土壤中较高含量的硝态氮也存在比较大的淋失风险。
2.3 不同牛粪有机肥用量对小麦、青贮玉米产量及氮素利用率的影响
在本试验条件下，小麦产量随着牛粪有机肥施用量的增大呈先升高后降低趋势，其中以T4处理的小麦产量最高，达380.3 kg（表3），与T3差异不显著，但显著高于其他处理。小麦产量与牛粪有机肥施用量之间呈二次函数曲线（y=-4×10-5x2+0.1232x+279.42，R2=0.9200）。而青贮玉米的产量随着牛粪有机肥施用量的增加呈不断增加趋势。施肥处理青贮玉米产量依次比不施肥对照T1高出30.1%、32.1%、43.4%、51.0%和56.0%。青贮玉米产量与牛粪有机肥用量之间呈线性关系（y=6×10-4x+3.3249，R2=0.8827）。
牛粪有机肥用量为每年每666.7m2为1 000 kg（T2）时，小麦、玉米的氮肥农学效率最高，分别为8.0、12.1 kg/kg，但此用量下作物产量较低。小麦、青贮玉米产量最高值的牛粪有机肥用量分别为3 000 kg和5 000 kg，但青贮玉米产量在用量为3 000～5 000 kg间无显著差异。牛粪有机肥用量在3 000 kg时小麦与青贮玉米的总产量最高。因此，从作物产量的指标来看，小麦季牛粪有机肥的最佳用量为1 500 kg；而玉米季牛粪有机肥施用量还有提升空间。
小麦、玉米两季的氮素利用率随着施肥量的增加均呈降低趋势。考虑作物根系的主要活动范围在 0～60 cm土层内。不施牛粪有机肥的对照处理作物携出的氮素主要来源于土壤氮库。有机肥用量为1 000 kg的处理，氮素利用率在小麦、玉米季分别为125%和120%，表明该处理下作物移走的氮超过肥料投入氮，长此以往势必会造成土壤氮库亏损。随着有机肥用量的增加氮素利用率逐渐降低，3 000 kg用量时小麦产量最高，氮素利用率为52%。牛粪有机肥用量在3 000～5 000 kg范围内青贮玉米产量无显著差异，而氮素利用率随着牛粪有机肥用量的增加而降低，从50%降至32%。而有机肥用量在5 000 kg时小麦和玉米季的氮素利用率分别为25%和32%，表明作物携出氮的增加量逐渐低于肥料中氮素投入的增加量。
3 讨论与结论
前人研究结果表明，硝态氮在土壤剖面的不同分布及累积量与施肥量、生育时期、作物品种、种植密度、降雨量、土壤类型、肥料种类等关系密切[10-12]。本试验结果表明，小麦、玉米季各时期0～100 cm土层土壤硝态氮含量及累积量随牛粪有机肥用量的增加而增加。这与杨蕊菊、刘敏等[13，14]的研究结果相似。本研究发现在小麦、玉米各时期牛粪有机肥用量为4 000 kg和5 000 kg的土壤中硝态氮含量均显著高于其他施肥处理。土壤中硝态氮含量及氮素累积量以牛粪用量3 000 kg（T4）为拐点，高于此用量后土壤硝态氮含量及累积量随着牛粪有机肥用量的增加呈迅速升高趋势。这说明有机肥用量大于3 000 kg时会给土体带来严重的硝态氮累积现象，硝态氮迁移污染地下水的潜在风险加大。
牛粪有机肥对小麦产量的影响随着其用量的增加呈抛物线变化趋势，而青贮玉米的产量与牛粪有机肥用量间呈正相关关系。牛粪有机肥用量为3 000 kg（折合小麦、玉米季氮素投入量分别为22.5 kg）时小麦、玉米季氮素利用率分别为52%和50%。巨晓棠[9]报道世界各地平衡法施肥氮素利用率平均值为 50%～55%。牛粪有机肥用量为3 000 kg时小麦、玉米季氮素利用率与国际平均水平持平。平衡法施肥氮素利用率越高表明作物吸收氮超过肥料投入氮越多，随着时间的推移，与肥料氮素输入量相比，作物带走的氮素更多，不仅产量较低，而且会造成土壤氮肥力的耗竭。相反平衡法施肥氮素利用率降低则说明作物带走的氮素量（因产量增加）低于投入的氮素量，因此会导致氮素在土壤中不断累积，导致氮素损失量不断加大。蓄禽粪便作为有机肥施用虽然减少了化肥的投入，但是过量蓄禽粪便的施用同样会对土壤、水环境造成严重威胁[15]。因此，并不是有机肥施用越多越好，从本研究结果来看，综合土壤硝态氮含量、累积量与牛粪有机肥用量的关系，以及考虑作物产量和氮肥利用率等因素，每年每666.7m2土壤牛粪有机肥的用量为3 000 kg时是最佳用量。
参 考 文 献：
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土壤剖面的概念范文2
关键词：喀斯特；石漠化；生态环境；研究进展
中图分类号：F062.2 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2013）12-0242-02
喀斯特环境是地理环境中一个独特的生态环境系统，它是处于一种碳物质能量循环变异极强烈和快速的状态，具有环境容量低、生物量小、群落被替代、生态环境系统变异敏感度高、空间转移能力强、稳定性差等一系列生态脆弱性特征，是承灾能力弱、灾害承受阈值弹性小的一种生态脆弱环境。目前我国西南地区石漠化土地面积达17万km2，占该区喀斯特面积的31%。石漠化不仅使土地生产力下降、地表植被覆盖率锐减、系统水源涵养能力削弱、地表水源枯竭，而且造成土地资源丧失、粮食减产，严重威胁当地群众的生产生活。该地区贫困县达173个，其中国家级特困县52个，占全国贫困县和特困县的一半，是我国南方的主要贫困地区。“喀斯特”成为我国生态恶化与经济贫困的代名词，因此对喀斯特石漠化问题的研究显得日益重要和紧迫。
一、石漠化概念的提出及演变
石漠化灾害的概念最早于20世纪80年代初提出，到90年代初部分科技工作者在水土保持特别是在砂页岩及红色岩系和石灰岩丘陵山地陡坡开垦引起的水土流失研究中，提出了“石化”、“石山荒漠化”、“石质荒漠化”等概念，并强调石山荒漠化是水土流失的一个突出特点。
袁道先采用石漠化概念来表征植被、土壤覆盖的喀斯特地区转变为岩石的喀斯特景观的过程，指出石漠化是中国南方亚热带喀斯特地区严峻的生态问题，导致喀斯特风化残积层土的迅速贫瘠化，热带和亚热带地区喀斯特生态系统的脆弱性是石漠化的形成基础，包括人口压力、土地利用规划和社会实践不合理、大气污染等人类活动触发了这一事件的所有过程。屠玉麟认为，石漠化是在喀斯特的自然背景下，受人类活动干扰破坏造成土壤严重侵蚀、基岩大面积、生产力下降的土地退化过程。王世杰认为，石漠化是指在亚热带脆弱的环境背景下，受人类不合理社会经济活动的干扰破坏所造成的土壤严重侵蚀，基岩大面积出露，土地生产力严重下降，地表出现类似荒漠景观的土地退化过程，它以脆弱的生态地质环境为基础，以强烈的人类活动为驱动力，以土地生产力退化为本质，以出现类似荒漠景观为标志。2007年国家发改委对石漠化的定义是：喀斯特（岩溶）石漠化指在热带、亚热带湿润、半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下，受人为活动干扰，使地表植被遭受破坏，造成土壤严重侵蚀，基岩大面积，土地退化的极端表现形式。可见，石漠化是在喀斯特地区由于人为活动的干扰造成植被破坏，导致水土流失、基岩的一种土地退化。
二、喀斯特石漠化的研究动向
目前，国内学术界的石漠化研究主要在环境地质、地表过程及人地关系等方面，研究成果主要体现在喀斯特石漠化的形成背景、演化与治理，石漠化驱动因子，岩性与石漠化土地的空间相关性，石漠化危险度评价，石漠化的防治与恢复重建技术等。
1.环境地质研究
学者们从环境地质学出发对喀斯特重要的环境地质、工程地质和地貌等进行了大量的基础研究，重点从大的时间尺度和地质背景上探讨石漠化的形成机制。袁道先通过十年研究发现，世界上不同地质生态背景的岩溶区、岩溶系统与人类活动的相互作用极不相同，提出并实施“全球岩溶生态对比”研究计划，阐明岩溶生态系统的运行规律，为石漠化治理、重建良性生态系统探索新思路，从地理、地质角度研究喀斯特脆弱的生态环境问题提供了科学支撑（吴秀芹，2006）。张殿发等（2002）以贵州喀斯特山区为例探讨了土地石漠化的生态地质环境背景及其驱动机制。何师意等（2001）选择三个不同类型的岩溶生态系统，从植被发育状况、群落特征、水化学特征对系统的响应，表层岩溶带功能，系统生态效应及水文效应进行了对比研究。姚长宏等（2001）从岩溶地区植被演替规律出发，针对不同植被生态条件，通过对比不同表层岩溶泉的水化学特征和表层土壤空气CO2的含量，分析了植被在岩溶区的喀斯特效应。以上探索表明，喀斯特环境地质研究已逐渐从地下向地上转移，从研究无生命的地质过程走向将生命物质与无生命物质相结合。
2.地表过程研究
该研究以贵州、广西等科研团体为代表，主要研究石漠化的形成机制、演替过程，包括微观研究和宏观研究。微观研究主要从制约地球环境演化相互联系的物理、地球化学和生物学作用来研究喀斯特环境系统。中国科学院贵阳地球化学研究所利用放射性核素、稳定同位素和微量元素示踪等研究手段，结合实验模拟和计算机模式，系统研究地球化学敏感及生态脆弱地区的岩石、土壤的化学风化与沉积、高分辨地质环境记录、环境界面的生命元素的地球化学行为、环境微量物质的人体健康和生态效应、化学元素的生物地球化学循环及水文地球化学循环。揭示喀斯特地区在数十年至数万年间的演化规律及碳酸盐岩生态脆弱地区的环境质量变化趋势（白占国等，2002）。宏观研究主要着眼于喀斯特生态系统脆弱性和人类活动对喀斯特环境的影响、退化及人类驱动机制等。杨汉奎等（1994）探索喀斯特环境质量变异，初步阐明喀斯特生境的垂直带谱特征。朱安国等（1994）以流域为单元建立了各项单因素及综合因素与产沙量要素间的关系式，对贵州山区水土流失影响因素筛选出其发生发展的数学模式，提出旱地垦殖率、人口密度、土壤类型与产沙模数成正比，其中以旱地垦殖率影响最大。胡宝清等（2002-2006）结合Rs与C-IS建立石漠化数据库等分析模型，进行石漠化程度评价、灾害风险评估，利用GIS制图、遥感图谱等研究了广西喀斯特石漠化现状、分布和发展趋势等的空间分布规律，指出石漠化是在诸多因素的共同作用下发生的，人类不合理的开发利用是其主因。熊康宁等（2002）对比分析了贵州省喀斯特山区、峡谷区与石漠化区的资源、环境与社会经济，多视角地揭示了喀斯特石漠化的生态一经济效应及贫困效应，提出石漠化防治的理论依据、技术支撑和保障体制。
此外，部分学者应用遥感和地面观测方法对研究区土地覆盖、植被覆盖、生物生产量、生物多样性和土壤理化性质等指标分析了喀斯特环境退化和自然恢复速率，得出喀斯特环境退化与自然恢复规律及其相应速率（杨胜天，2000）。蔡运龙等（1994-2006）对典型小流域土地利用/覆被变化时间序列和相应时段沉积物、土壤剖面的磁性矿物变化以及放射性同位素衰变推算侵蚀速率，认为地表物质状况是喀斯特地区决定土壤侵蚀速率和土壤侵蚀量的关键，而石漠化的阈值相对土壤侵蚀速率的阈值具有滞后性。
3.人地关系研究
蔡运龙等（2006）提出西南喀斯特地区生态环境脆弱，在人口增长和经济发展的压力下，让退化土地自然恢复的思路已不切实际，必须通过社会投入对退化土地进行生态重建，他们建立了环江县古周峰丛洼地生态重建示范区、肯福生态移民开发示范区、平果县果化峰丛洼地示范区，选择设计了峰丛洼地生态重建的两种模式，并在喀斯特常绿、落叶阔叶混交林人工诱导恢复技术、洼地避涝作物布局和栽培技术“林-草-畜-沼-果”复合生态系统技术体系及表层岩溶水资源开发利用技术等有所突破。目前，我国在喀斯特地区进行生态建设方面尚缺乏充分的科学依据和基础数据，迫切需要认识喀斯特这个特殊地域内土地生态系统的动态过程及其驱动力、退化土地的受损过程和受损机制，建立生态系统健康指标并用于诊断和预测其危急性，从而综合各种策略制定合乎自然生态规律并有益于人类的生态建设和管理措施，为这一脆弱生态系统的综合整治和可持续发展提供科学技术支持和指导。喀斯特地区的石漠化作为生态环境恶化的一种极端形式，早已为我国科研工作者和政府机构所重视，但环境地质和地貌领域的微观研究较多，而宏观层面的研究和人地关系研究相对薄弱，存在应用研究超前、基础研究落后等问题，土地利用/土地覆盖变化、石漠化过程与机理研究、石漠化人文影响因素的定量分析以及生态重建效应等方面的研究还需加强。
三、喀斯特生态系统探讨
喀斯特与大气圈、水圈、生物圈耦合构造了喀斯特自然生态环境，近30年来世界上许多国家都十分重视对喀斯特环境问题的研究，喀斯特环境问题已成为当代国际地学研究的热点之一。国外早期研究主要侧重地质成因、地貌特征、水文特征以及发育过程，继之结合社会、经济发展需要，对喀斯特水文地质、工程地质、地球物理勘探、喀斯特洞穴、喀斯特发育理论等做了大量研究。
土壤剖面的概念范文3
关键词：高等教育；林学专业；土壤学；课程教学
“民以食为天，食以土为本。”土壤是人类赖以生存的物质基础，是农林牧业生产的介质，是环境物质容纳和净化的场所。在我国土壤资源面临沙化、盐碱化、荒漠化、肥力退化、侵蚀(包括水蚀和风蚀)和污染加剧等诸多威胁的背景下，土壤学已经成为关系国土安全和国民经济可持续发展的重要学科。
在高等林业教育中，土壤学一直是林学专业的一门重要的专业基础课，既有自成体系的理论框架，又有与生产实践和环境治理密不可分的广泛实用性；同时，在林学专业系列课程学习中具有承上启下的作用。该课程的教学质量直接影响学生实践能力和创新能力的培养，对培养高素质的现代林业人才有着重要的作用。在教学改革不断深化以及新知识、新理论和新技术快速发展的今天，认真分析土壤学课程教学中存在的主要问题，积极开展教学改革，提高教学效果，加强培养学生的学习能力、解决生产实际问题的能力和保护土壤资源的意识，是摆在任课教师面前的一项紧迫而重要的任务。
一、土壤学课程教学面临的主要问题
(一)教学学时明显不足
进入21世纪以来，高等教育中的本科教学强调“宽口径，广适应”，面向本科生开设的课程门数明显增多，选修课的比例大幅提高。这导致专业基础课和专业课的教学学时不断被压缩。华南农业大学林学专业的土壤学课程由早期的120学时减少为后来的80学时，继而压缩到60学时，最后进一步减少到现在的48学时。其中，理论教学30学时，实验教学18学时；课程实习的时间由最初的2周变为1周，再变为现在的0.5周。国内许多林业院校的土壤学课程也面临着相同的境遇。
教学学时的减少，使理论教学中相当一部分内容不得不被删除，许多重要问题和知识点的讲授难以深入和展开。实验教学也受到明显的影响，例如P、K测定项目无法开设；为了节省学时，原先由学生自己动手完成的一些实验环节(如试剂配制、标准曲线测定、空白实验等)也只好让实验课教师代劳。课程实习在某种程度上流于形式，变成“走马观花式”的参观考察，学生动手的机会减少，从而使实习难以取得实效。
(二)教学内容比较陈旧
目前，各高校使用的土壤学教材均是在原有教材基础上多次修订或改编出版的，其中有许多教材是“十五”规划教材或面向21世纪教材，教材内容与过去相比有明显的改进。但是，由于教材出版周期一般比较长，所以内容在一定程度上必然滞后于学科发展前沿，反映土壤学科新发展和现代化林业土壤管理等方面的内容较少；且新出版教材大都难以摆脱原有教材的框架、内容或模式，内容或多或少都有陈旧的痕迹，理论与实际联系不紧密。尤其是实验教学部分，除了受经费、实验场地、仪器设备等条件的制约外，也同样受到实验教材落后的影响。长期以来，实验课不但没有明显的提高和拓展，反而呈萎缩趋势；现代实验测试方法和手段在实验课上基本没有得到应有的体现。
(三)实践教学困难重重
教学实习是土壤学课程的重要组成部分，与课堂理论教学相辅相成，对学生理论知识的掌握和实践能力的培养有重要作用。随着高校招生规模的不断扩大，教学实习的组织面临诸多困难。首先，由于接收林学专业学生进行土壤学课程实习的单位食宿容量有限，无法解决数个班近百名师生的吃饭、住宿问题，所以实习师生只能当天往返，大量时间和经费都花费在实习途中。同时，实习参观场所也因人数太多而显得拥挤不堪，影响了实习效果。
其次，实习指导教师的数量不足，学生实习存在安全隐患。近百人的队伍外出实习，至少需要5～6名教师带队，才能较好地保障实习秩序和安全纪律，防范意外事故的发生。但目前的情形是，仅能抽出2～3名教师带队，学生实习存在明显的安全隐忧。
第三，实验课的开设亦遇到困难。在高等教育扩招的形势下，华南农业大学林学专业一般招3～4个班。由于实验课必须分小班上，且许多实验项目的时间跨度达2天之久，所以同一项实验内容不得不隔天开设。这样，学生周六也需要上实验课。另外，实验课上，每个小组的人数由原来比较合理的2人增加到3～4人。这使实验室显得十分拥挤，酒精燃烧和样品消解存在安全隐患；也很难实现每个学生都动手操作。
二、土壤学课程教学的改革措施
(一)合理取舍教学内容，突出实验教学
由于土壤学课程的学时大幅度缩减，所以要讲授课本上的所有内容是不现实的。为了适应改革后的形势，我们对教学计划进行了修订，并在授课过程中对教学内容做了相应调整，以突出土壤学课程的特点、难点和重点。课程教学改革采取的主要措施包括：
(1)在课堂上重点讲授土壤学的核心概念、基本理论、研究进展以及与生产实践联系密切的内容，主要包括土壤的形成过程、物质组成、物理性质，水、肥、气、热四大肥力因子，肥料与施肥，土壤利用与改良以及土壤学研究的新进展；
(2)将土壤生物、土壤结构、胶体构造、土壤分类及土类分布状况等教学内容布置给学生课后自学，并安排一定时间的答疑，教师在课堂上适当提问以检查自学效果。
实验课对增进学生对理论知识的理解和培养学生的实际操作能力有重要的作用。因此，在有限的学时内，我们腾出18学时用于实验教学，开设了8个实验；同时，对原有的实验内容进行整合优化。例如，矿物岩石的识别原为3次实验，现整合压缩为1次。再如，将土壤剖面观察、采样与土壤容重、孔隙性测定整合为1个实验项目。
通过以上理论教学内容的精选和实验课的优化整合等措施，保证了在有限的学时内完成土壤学主要理论知识的讲授和主要实验的开设。同时，通过安排课余自学任务，进一步培养了学生主动学习的习惯和自学能力。
(二)不断更新教学内容，创新教学方法和手段
设置合理的教学内容是提高教学质量的重要保证。教学过程中，我们不拘泥于教材内容和结构，尽可能地将本学科领域的研究进展以及生产实际中与土壤学相关的常见问题融入课堂；并采用大量的照片、图表和动画等来阐释一些抽象的理论问题，制作的课件图文并茂、深入浅出。我们广泛收集了生产建设中有关土壤学的实际问题，如苗圃经营成败的经验教训，城市绿地建设中土壤调查、规划与改良的具体措施，造林规划中必须考虑的土壤学问题等；还收集了脍炙人口的农谚等，并把这些内容充实到相应的理论课教学中，收到了良好的教学效果。
灌输式的教学方法，单一的教学形式，以教材为本位、教师为中心的教学模式等，都不利于很好地发挥学生的主观能动性，导致学生学习兴趣不高、学习效果不好。针对这种情况，我们在教学过程中坚持采用启发式、参与式的教学方式。我们要求学生课前预习、课后复习。每次课开始时，教师要针对上次课的主要内容进行提问，并根据学生的答问情况给出成绩，作为平时成绩的评定依据。在授课过程中，教师随时提出问题，要求学生当场回答或课后查阅相关资料。
另外，每学期选取一章内容由学生讲授。具体的做法是：教师在开学之初布置授课任务，要求学生以4～5人为单位，自由组合成若干个小组进行准备；然后通过简短的试讲和考察各组制作的课件，选定授课学生名单；最后教师对选出的学生进行指导，要求被选中的学生每人讲授一部分内容。通过这种方式，锻炼了学生查阅文献、制作课件、语言表达及团队合作的能力，调动了学生的学习积极性：
此外，为了增强学生阅读本学科领域英文文献的能力，教师在授课过程中尽量提供土壤学中主要名词术语的英文，同时在课间休息时播放一些英文笑话。这样，既帮助学生学习了专业英语，扩充了专业词汇，又活跃了课堂氛围。
(三)改革课程实验、实习教学的组织模式
实践教学(包括实验和课程实习)有利于学生更好地消化吸收课堂理论知识，提高学生的实际操作能力。实践教学的组织安排对实习效果有很大影响。过去，实验课安排在开学的第2周，而课程实习则安排在期末进行，实验与实习脱节。而且，平时实验课上分析的土壤样品是从学校的树木园或附近地区随机采集的，没有明确的研究目标或生产需要，所做的实验纯粹是验证性实验。同时，学生在课程实习中采回的土壤样品，又由于临近期末考试和放假，根本无法进行分析。
针对这种情况，近2年来，我们将课程实验、实习有机地结合起来。首先，将半周时间的课程实习前移至学期的第3～4周，并且尽可能地做到实习内容与教师的科研项目、研究生论文工作或生产单位的土壤资源调查任务结合起来；同时，要求实验设计、样品采集与分析、数据处理、报告撰写等环节均由学生参与或独立完成。此外，学生采集的土壤样品带回实验室后，可作为该学期实验课的分析对象。
其次，每次实验结束后，要求每位学生提交1份实验报告。学期结束时，任课教师汇总全班学生的实验数据，并要求每位学生根据汇总的结果独立撰写1份土壤调查报告。学生在报告中需要阐述土壤调查的目的、方法、过程、注意事项，调查区土壤性状、肥力水平和制约因子，以及土壤利用、改良的建议。这项措施既能将实习与实验有效地衔接，显著地提高教学效果；又锻炼了学生分析问题、解决问题和撰写报告的能力；同时还满足了科研项目或生产单位的需要，可谓一举多得。
(四)改革课程成绩的评定方法
土壤剖面的概念范文4
1“湿地农业”的提出
“湿地农业”的概念是在“湿地”概念的基础上发展起来的。多水（包括地下水、地表水）是湿地的基本特征。国际上提出湿地的概念，主要是鉴于该类自然资源对调节自然环境和保护生物物种的绝对重要性，即所谓“大地之肾”的特点提出来的，其核心是要加强对湿地的保护[6～7]。但对我国江汉平原乃至长江流域来讲，近600年来，已有大片的湿地被开垦成了以水稻田为主的人工湿地，该湿地的主要功能已转变成农业经营的基础条件、生产农产品的功能上来。在该地区农业经营中，除要保护好依然存在的部分自然湿地、发挥湿地的生物和生态功能外，农业的经营本身还或多或少受到本区湿地特征的影响，如何根据其特点进行农业经营、处理好湿地开发、利用与保护之间的关系，是湿地农业所要解决的关键问题。很早以前，我国劳动人民针对南方多雨的特点，在有效排水和农业利用上就创造了一套成功的方法，在珠江三角洲形成了著名的“桑基鱼塘”系统，在长江下游地区则有所谓“圩田”利用方式。而在长江中游的两湖平原，则是以湖垸形式的土地利用方式占优势。而且这部分地区在我国农产品生产上的地位十分突出。相对于我国北方干旱地区的干旱农业而言，我国南方湿地季风气候条件下湖泊湿地地区的湿地农业，还面临着一系列特有的问题与挑战。开展湿地农业研究意义十分重大[8～13]。
2江汉平原湿地农业的特点
在低湿地上之所以短期内发展了出色的农业，固然与人口压力密切相关，但也与其具有独特的优点息息相关。江汉平原地势平坦，土地肥沃；光热水资源丰富，雨热同季，宜于农作；交通发达，综合经济实力雄厚，湖北省综合经济实力百强县大都位于江汉平原地区之内。但是在20世纪50～80年代期间，江汉湖泊数量和面积急剧减少，耕地面积骤增，生态环境日益脆弱化。农业灾害，包括洪、涝、渍、干旱、病虫、冷热等日益严重，农业耕作和生活的设施水平与条件十分恶劣，农业的结构单一，劳动生产力与土地生产力徘徊不前，农业资源浪费严重，比较效益低下。形成了江汉平原湿地农业的基本背景[10，12]。江汉平原的湿地农业还具有一些具体特点。
2.1垸田特征
江汉平原湿地垦殖所产生的直接结果是大量垸田的产生。所谓垸田，就是人为地由湖边向湖心通过建立堤坝、排干湖水，建立相应的水利设施，即所谓“围湖造田”形成的农田。最后在地貌上就自然形成了一个个由人工开挖形成的水系相对独立的垸落。从大的方面来看，垸田由于开垦历史不同，所属各异，因而垸落与垸落之间形成各种人为的隔离和阻碍，道路和水系混乱，不利于农田作业以及灌溉、排水与行洪。每逢5～10年一遇的大雨，往往形成大面积内渍[1，14]。
垸田的另一特征是土壤长期接纳河流冲积物和湖渍物，因而表现为土体深厚、有机物丰富、土壤潜在肥力高但有效肥力低。由于其土地平整与水利设施大都不充分，因而排水不良。春季土壤升温慢，形成所谓“冷渍田”。此外，还有一部分低湖田表现为土壤粘粒成分含量高、土壤结构不良。从土壤营养上来看，该地区土壤严重缺磷和缺锌[4，15]。
2.2地貌和生态上的分异特征
江汉平原的农田多由湖泊开垦形成，在地貌和生态上呈现出有规律的变化。王克林等在对洞庭湖湿地进行探讨时指出了洞庭湖区具有碟形盆地圈带状立体景观结构的特点。并将该湿地归纳成3个圈次，即1）内环敞水带；2）中环季节性淹没带；3）外环渍水性淹没带[2，8]。蔡述明等在江汉平原四湖地区监利新兴垸进行的研究阐明了四湖地区“湖垸同体”，从湖边到湖心可分为9种农业利用地貌类型的规律[4]。我们通过对典型碟形洼地——高场示范区的剖析，观察到一个没有彻底完成垦殖过程的低湖地在多个土壤特征上（地下水位、土壤剖面结构、土壤机械构成、土壤营养、土壤温度和综合土地质量）存在明显的梯级递变，因而其适宜的农业利用价值也是不同的。
2.3灾害加剧与生态脆弱化特征
由于本地区独特的地理气候特点，近几十年来自然灾害的频率和程度日益加剧。主要灾害有洪灾、涝渍、干旱和病虫灾害等[16～18]。叶柏年等在分析湖北省旱涝发生情况时，论述了进入上世纪80年代以来，灾害日益加重，如1980、1982、1983、1991、1993、1995、1996、1998年均为特大洪涝年，每年因洪涝使农田成灾面积均超过66.7万hm的标准，平均两年就遇一次，其中1991年农作物受灾174.97万hm，农业损失55亿元。80年代与50年代相比，旱灾面积增加1.28倍，涝渍面积增加1.67倍。
王学雷等对江汉平原的生态脆弱性进行过专题论述[19]。除上述以洪涝为主体形成的各种自然灾害外，江汉平原还面临严重的生态脆弱化问题。包括，1）耕地面积日减，人口骤增，土地的承载压力越来越大；2）土壤有机质含量逐年下降，物理结构劣化，生产性能下降；3）生物多样性下降，时有暴发性或毁灭性病虫害发生；4）水体面积减小，湖水水质下降，渔农矛盾日渐突出；5）农业内部结构单一，农业经营比较效益低，农业经济再生产难以完成；6）农业设施老化，基本建设严重落后，农民生活得不到应有保障，等等，应该说湿地地区的农业面临着一系列严峻的挑战。
3湿地农业技术体系探讨
局部性、季节性水环境恶化是南方低湿地的一个带普遍性的问题。位于该地区的以湖泊为主体的自然湿地既是当地农业的重要环境，又在该地区整体的水资源调度和控制中发挥着越来越重要的作用。必须从整体上来认识南方低湿地区存在的各种问题，大力开展湿地农业技术研究（图1）。
附图
图1“湿地农业”构成图
3.1湿地农业关键技术的探讨
“九五”期间，我们对农业湿地中的主体——涝渍地合理开发利用技术进行了较深入的研究，关键技术包括：
（1）涝渍地农业小区综合整治开发规划与实施研究建立了两个分别代表典型“湖积地”和“冲积地”的涝渍地改良综合开发示范区，在示范区的综合整治与开发规划中提出了以“单元水系”为基本单位整治涝渍地的观点，将农田基本建设作为整治涝渍地的先决手段。规划中还引入了日本区域排水规划的数理模型与土地分析的“数量化理论Ⅰ”，实践证明上述两种方法对江汉平原湿地地区微地域特点的分析具有较好的适用性。研究还将高场示范区的开发模式总结为“农田整备+梯级开发”，岑河示范区的开发模式为“农田整备+优化模式”[22～24]。
（2）
涝渍地排水改良技术
湿地农业中农田的排水是一项关键技术[25～27]。研究开发和引进了适合于湿地农业小区排水的数学模型以及农道、沟渠、土地平整的工程技术参数。深入探讨了农田涝渍相随的作用过程和主要作物棉花、大豆、油菜在关键生育期的排渍标准和涝渍排水综合控制指标[28]。
（3）涝渍地土壤肥力特征及改良技术
选择典型地域对近20年来大范围的江汉平原湿地农田土壤肥力动态演替进行了分析和评价，采用土壤系统分类法，对涝渍地的土壤类型进行了重新划分，找出了不同类型涝渍土壤的特征与利用方法。探讨了涝渍地土壤的分布与肥力演变规律。
（4）适生生物种质资源的发现、引进与鉴定
对多种水生经济植物莲藕、芡实等的适宜特性进行了鉴定。发掘并开发了新鱼种——月鳢，继续扩大了对适宜于湿地的早熟西、甜瓜品种的筛选，选出适合于大面积推广的新品种“黄宝石”、甜瓜“丰甜1号”。引进筛选出“两优培九”和“丰两优1号”等品种作为湿地高产优质水稻换代“组合”。
（5）主要作物抗涝渍的机理及抗渍高产栽培
重点对水稻、油菜等作物不同抗（耐）性品种间差别产生的机理进行了探讨，并总结出一套本地区水稻的抗渍栽培技术体系。研究认为栽培上应重点抓好品种筛选和育苗技术两个环节[29]。
（6）涝渍地作物病虫草害的发生规律及综合防治技术
重点对涝渍地上易发生的稻飞虱、稻螟和纹枯病、白叶枯病的发生特点进行跟踪调查，以有效排水和节水灌溉为出发点，探讨了病虫草害综合防除策略。
（7）涝渍地生态环境异化评价及生态恢复技术
湿地环境异化程度在日益加重，环境异化的根源在于人类对湿地资源的过度和不合理的利用。环境治理策略既要注重缓解环境压力，也要注意照顾当前经济发展，要做到二者的良性互动。
（8）涝渍地高效农业模式研究
湿地良好的土壤潜在肥力和充裕的光、温、水等自然资源为本地区农业的主体产品开发和农田多熟制提供了十分难得的自然条件[5，30～32]。以“麦—瓜—稻”模式为基础，面对新的农村形势，新创了4种高效农业模式。这4种模式是系统针对本地区爽水型高产水田、旱田、农牧肥结合以及保护地栽培方式分别形成的，在生产中已得到迅速推广。
3.2湿地农业综合开发典型模式探讨
湿地农业模式总体上可分成农田高效农业模式，农林间（混）作模式，水体养殖模式，种养加一体化模式和碟形地域梯级开发模式等5类。每一类有若干种形式的模式。主要模式可以归结为如下几种：
（1）适宜于中小水面的分层混养模式；
（2）适宜于连片池塘的鱼、猪—禽复合混养模式；
（3）适宜于大中型水面的网箱养鱼与流水围栏精养模式；
（4）野生水生植物人工种植园模式；
（5）适宜于河滩湖滩季节性淹水带的耐渍经济植物模式；
（6）低湖田鱼—稻—藕共生模式；
（7）湖区生态公园观光农业模式；
（8）适宜于大面积低湖田的一季中稻模式；
（9）适宜于典型碟形洼地的梯级开发模式；
（10）适宜于高产爽水区的多种农田高效种植模式，包括：麦—瓜—豆—稻模式；油—瓜—稻模式；菜—甜瓜—杂交棉模式；大麦=玉米+绿豆—晚稻—畜禽模式。
优化模式的实施产生了良好的生态、经济和社会效益。其中经济效益尤为显著[3，5，33～36]。
3.3湿地农业的若干技术难题
纵观江汉平原过去几十年来的研究，湿地农业的技术研究多集中在点、区或者局部技术环节上，成绩很大但有所偏颇。今后应加强如下重大关键问题的研究。
（1）关于湿地农作区国土综合整治，即生产、泄洪和湖区水面面积的合理比例及其规划建设问题。进入20世纪90年代以后，湖泊面积还在继续减少，减少的部分主要用来作渔业养殖用。与低湖农田的利用方式相比，渔业养殖兼顾了蓄水、生产和调节生态环境等多方面功能，生态与经济效益显著，因而显示出较大的优越性。但江汉平原全域内土地面积如何在生产、泄洪和湖区水面之间分配出一个合理的比例，并通过具体地规划、布局（该布局还应该与相关的水利、农业设施相匹配），是今后湿地农业中必须要解决的一个首要问题。应该学习日本“土地改良区”的做法，大范围统一规划，整体分区建设；通过立法，集中来自于国家、地方和农业经营者的有效投资；规划与建设必须遵循统一的技术规范，做到资源的可持续利用与开发、保护的有机结合。
（2）关于拳头产业的选择与培育。要在减轻涝渍为害的同时，充分发挥湿地地区多水与土地肥沃的优势，培育特色产业，建立相应的优质、名牌商品基地。而这一方面恰好是江汉平原湿地农业过去的薄弱环节。具体来讲，需水较多的水稻、油菜，水生动物（鱼、鸭、鹅等）养殖，水生经济植物产品是本地区农业发展的潜在优势，但一直以来未形成相应的产业和产品优势，今后应重点研究其从基地化生产到加工、包装和销售一体化的技术，形成湿地农业的特色。
（3）关于恢复优美环境与确保食物安全。江汉平原的地理特点决定了该地区各种用水可能在不同区域之间产生多次循环使用，而且人畜饮水、农业灌溉用水与生活排水之间极易相互混杂。以水作媒介，农药、化肥及有机污染物容易得到迅速传播与分布，从而导致对环境的大面积污染，进而导致对农产品的污染。在江汉平原这个传统的农业集约区和国家农产品生产基地，如何保证农村广大土地以及农产品免遭污染，改善农业从业者的生产与生活环境，将是今后湿地农业技术体系中的一个难点。
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