近年来土壤学发展的特点范文

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篇1

论文关键词：北京林业大学；农业资源利用；学科建设；林业特色；人才培养

北京林业大学农业资源利用一级学科可追溯到最早的森林土壤学科，1990年以前属于一级学科“林学”下面的二级学科，1990改为土壤学，1997年由农学门类下的林学一级学科划归为同一门类的一级学科“农业资源利用”。2004年植物营养学科经国务院学位办批准，开始招收硕士研究生。2005年土壤学科被国务院学位委员会批准为林业院校的首个土壤学博士点，并同时被授予一级学科“农业资源利用”硕士学位授予点。

经过50多年几代人的共同努力，我校在学术梯队、科学研究和人才培养等方面取得了一系列成绩，形成了具有林业特色的优势学科。

一、学科梯队合理

在学科队伍上建设上，注重人才的引进，从美国、加拿大、挪威、日本等引进归国人员。不同国家和地区的学术思想和氛围能在我们这里相互促进和相互影响，研究方向齐全。通过多年的努力，我校已形成了一支知识覆盖面广、学术气氛活跃、梯队合理、并具有广泛国内外联系的以中青年为学术骨干的学科队伍。

二、研究方向独具特色、优势明显

我校农业资源利用一级学科下设两个二级学科：土壤学和植物营养学。行政上隶属于水保学院。依托过去水保学院在全国名列前茅的科研优势地位，紧紧围绕林业六大生态工程，土壤和植物营养两个二级学科形成了一些固定的具有特色和优势的研究方向，并取得了一些重要的研究成果。

(一)土壤学科

土壤学主要有森林土壤、土壤侵蚀、土壤生态与植被恢复等研究方向。

1．森林土壤。森林土壤是森林培育、森林经营的基础。主要任务是应用系统的、先进的理论知识和实验技术，研究森林土壤的性质、组成、结构及其演化规律，揭示森林土壤的功能，解决林业生产以及不良立地条件森林植被恢复的实际问题，从而实现森林土壤资源的合理利用。

近年来我校土壤学科主要在森林土壤发生分类和森林土壤与环境等方面展开了一些研究。通过对华北山地土壤发生特性和诊断特征的研究，提出了以土壤系统分类为依据的土壤类型，通过对土壤粘化过程的研究，纠正了地带性土壤分布中棕壤与褐土的分布问题，为褐土、棕壤土类与系统分类的参比提供了可靠的理论依据，并受到了老一辈土壤学家李连捷院士的好评。

森林土壤是重要的陆地碳库，并和大气进行着频繁的气体交换，特别是一些温室效应气体，如二氧化碳、甲烷和氮氧化物。研究这些气体在土壤中吸收或释放的机理，并监测其排放通量和影响因素，认清森林土壤和温室效应气体排放及全球变化的关系，可以为采取科学的调控措施提供理论基础。通过承担国家自然科学基金、博士点基金和教育部新世纪人才资助等项目，我们在这一领域的研究成果有新的突破，研究成果被许多专著引用。

2．土壤侵蚀。土壤侵蚀是当今的土壤物理学的中心内容。土壤水的保持和运动直接或间接影响着土壤肥、气和热的状况。不同的土壤具有不同的蓄水、透水和抗蚀能力。研究土壤侵蚀规律对改良土壤性状，提高土壤肥力以及整个生物圈和人类生存的生态环境有着重要关系。

在土壤流失分布特性研究方面，研究了长江三峡地区、黄土高原地区存在的土壤侵蚀类型，不同土壤侵蚀类型的土壤流失量与降雨、地面坡度、地面覆盖度等因素的关系。对三峡花岗岩地区坡面土壤流失规律和库区土壤中管流和优先流对地表径流过程的影响进行了系统研究，发表的论文有多篇被EI检索，并申请到瑞典国际自然科学基金资助。

在森林植被保水保土作用研究方面，以不同地区林下地被物为研究对象，经长期试验得出：林下地被物具有较强的吸持降水、涵养地表径流、增加地表糙率、改良土壤特性等作用，能够在很大程度上固持土壤，对于防止土壤侵蚀具有较大作用。完成2项国家自然科学基金课题。3篇论文被EI检索。

在土壤渗透特性及土壤水分运动机理研究方面，以达西定律、连续方程为理论基础，对非饱和带土壤水分运动进行定量研究，它是分布式水文模型的重要组成部分。以三峡库区为试验基点，经过长期观测，得出了长江三峡花岗岩区林地坡面土壤渗透遵循霍顿方程，其土壤特性具有蓄满产流条件的结论。研究成果对三峡库区的生态建设具有重要的理论和实践意义。

3．土壤生态与植被恢复。土壤同成土因素共同构成一个生态系统，并作为陆地生态系统的一个亚系统而独立存在。针对我国土壤生态的关键问题，我们首先进行了林地土壤干扰生态学研究。针对我国森林土壤的特点，我们主持了一些国家和北京市自然基金课题，率先在东北天然林、华北人工林进行了土壤种子库、林地粗木质残体生态学、林地空隙对土壤质量演变等方面的研究，发表多篇论文，并取得了多项成果，其中一项成果获北京市林业系统科技进步一等奖。

在土壤一植被一大气系统的水分转移规律的研究中，用能量的观点来定量研究和描述水分的运动。SPAC是水分循环的一个通道，我们在研究土壤水分循环与平衡时，都是以SPAC和“四水”转化为基础，利用国家“九五”和“十五”攻关课题，在河南黄泛区、内蒙和宁夏沙漠化地区、黄土高原地区及北京等地进行了深入系统的研究，部分成果通过国家鉴定。自然土壤中的营养元素循环是一个十分复杂的问题。我们对北方主要森林土壤中的C、N、P、K、S等元素在以土壤为界面上的循环及伴随水文过程的循环进行了系统的研究，取得了不可多得的资料和研究结果，丰富了森林土壤养分的循环理论。

困难立地条件下土壤退化机理及恢复生态学也是我们的研究重点。通过对我国华北石质山区和黄土高原干旱侵蚀地区土壤质量的现状和演替规律的研究，分析土壤退化的原因，结合对主要造林树种耐旱性等生理生态特性的研究，提出了一系列针对类似地区的造林技术，如径流林业技术、固体水技术。以上研究，为有效地解决我国干旱半干旱地区的植被恢复提供了强大的理论支撑和技术支持。

(二)植物营养学科

植物营养主要侧重于树木营养与施肥、花卉及草坪营养与施肥，无土栽培和花木基质等方面。对树木营养和施肥的研究主要集中在毛白杨和泡桐人工林上。在三倍体毛白杨纸浆林生产建设中，系统研究了我国毛白杨在生长季节的营养规律，并进行了原位的林木正交施肥试验，其研究结果对指导毛白杨速生丰产林的生产有重要意义。运用矢量竞争理论(Vectorcompetitionanalysis)，研究了油松、侧柏混交林种间的营养竞争或互惠关系，为混交林的营造以及人工纯林的改造提供了理论依据。

同时，我们也承担了首都古树复壮的工作。草坪生态系统是人工生态系统，在养分循环方面不像自然生态系统那样可以无限自然循环，在其生产和修剪过程中或多或少有养分的损失。因此，肥料是提高草坪生产质量的重要物质基础。人为控制下的正确施肥，是维持草坪持久性、保持其良好景观，从而实现草坪可持续发展的有效手段。利用稳态营养理论，采取指数施肥的方法对草坪进行了出圃前施肥的研究，并取得了一定的成果，在国际植物营养大会上进行了交流。

三、人才培养成果

在学科建设上，注重将研究生培养和科研工作紧密结合，1984年开始招收土壤学硕士研究生，生源主要来自农林院校的林学、资源与环境(原来的土壤农化)和生物学、地理学等专业，20多年来共培养硕士研究生49人，为首都和全国的林业、土肥、环保等相关领域提供了重要的专业和管理人才。

篇2

    一 

     

    苏联解体后，俄罗斯农业发生了急剧变化，特别是所有制形式发生了巨大变化，即对原来的集体农庄和国营农场进行了改组，农村经济出现多种所有制并存的格局。据1994年统计资料，集体农庄和国营农场占18．5％，农工生产联合体占55．5％，私人农场占24．8％，家庭农场占1．2％。 

    近年来，由于向市场经济过渡，各种所有制并存，不但没有促进农业和农村经济的发展，反而陷入了40多年来从来没有过的深刻危机之中，生产连续下降。1994年农业生产总值比1990年下降了26％，农业基本建设投入减少原来的1/9，生产基金也为原来的1/5，农业和农副产品加工企业的技术装备水平明显下降。1995年农作物普遍减产，粮食总产量为6520万吨，而1994年为8130万吨，减产1610万吨，其中小麦产量的相应数为2800万吨和3200万吨，减产400万吨。牲畜头数下降，1995年与1994年比较，奶牛减少6％，猪减少11％，羊减少23％，造成肉、奶产量下降，供应紧张。目前，肉、奶制品的自给率为70—80％，植物油和食糖的自给率为40—50％，不足部分靠进口调剂。据有关资料，1995食品进口在其进口总额中的比重相应上升28％左右。今年西伯利亚地区年景较好，农业丰收在望，但后期天气气候不利，可能对农业产生一定的影响。 

    农业生产下降的原因是多方面的，有不利的气候条件影响，更主要地是经济和政治因素，特别是匆匆忙忙地向市场经济过渡，私有化速度过快，严重的通货膨胀和打破原有的各种经济关系，其中忽视农业科技进步的重要作用，也是因素之一。 

    针对上述，俄罗斯联邦政府采取了一系列措施，以避免农业生产继续滑坡：保存农工生产联合体的生产形式，增加农业投入，提高农业装备水平，提高科技进步的贡献率。 

     

    二 

     

    为发展西伯利亚的农业科学技术，1968年10月2日苏共中央、苏联部长会议通过“关于改善农业科学研究工作领域措施的决议”和1969年11月14日苏联部长会议专门通过“关于发展西伯利亚和远东地区农业问题，建立综合科学技术办法”的规定，明确提出了建立全苏农业科学院西伯利亚分院和第一个农业综合科学研究任务。26年来，在加速远东地区农业科学技术进步的方针指引下，西伯利亚农业科学院分院建立了30个研究所、2个国家级作物育种站、9个独立核算的农业试验站和16个地区性农业科学研究所，以及10个科研——生产联合体和60个试验——生产农场，拥有6名全俄科学院院士、6名全俄农业科学院通讯院士，89名博士、748名硕士和1540名科技工作者，紧密围绕农业理论与生产问题，创造性地进行探索，取得了一批重要的科技成果，为推进科技进步，发展集约化经营，提高农业产量作出了贡献。 

    通过这次访问，西伯利亚地区的农业科学研究与开发工作，基础较好，实力雄厚，给我们留下了深刻印象，概括具有以下特点： 

    （一）重视农业科学的基础性工作，不断培育开发新品种、新品系，用于农业生产。西伯利亚农业科学院分院成立以来，十分重视农作物和牲畜种质资源收集、保存工作，在作物育种栽培研究所建立了基因库，在各地建立了种畜场，保存具有地区特点的丰富的动植物品种资源，并紧密与良种培育相结合，培育出一批新品种、新品系。据西伯利亚农业科学院分院25年的统计，培育并向全国品种区域试验推荐作物新品种759个，培育并向西伯利亚各栽培区推广的作物新品种385个，其中4个冬黑麦新品种；2个冬小麦新品种，在冬季雪覆 

    盖下-20～-30℃可以安全越冬，每公顷产量达4—5吨；6个硬粒春小麦品种，在湿润年份一般每公顷可生产3—5吨，在干旱年份也不会大幅度减产；培育的大麦新品种推广面积占总种植面积的61．8％，使大麦种植面积比1980年扩大了2．5倍，特别是培育的啤酒大麦新品种在国内外享有盛名；培育的多穗玉米杂交种，生长期只有90天，每公顷产量达6吨；还培育出高产饲料作物新品种86个等。在牲畜方面，培育出具有很高生产价值的黑杂奶牛，其母畜群超过70％，个体产奶量达4500—5000公斤；培育出肉牛新品系，日增重达1100—1800克；培育出细毛绵羊新品系，其羊毛产量和品质得到明显改善；还培育出产肉型的猪新品种等。所有这些，已广泛用于生产，在农牧业增产中发挥了重要作用。 

    （二）加强农业科学的高技术研究开发与跟踪，在一些领域具有较高的科技水平。60年代后期，为适应原苏联经济建设战略重点东移的需要，在新西伯利亚建立了科学城，采取多项特殊措施，吸引一批农业科学家芸集在西伯利亚分院及所属科研机构工作，结合经济、科学发展需要，瞄准国际农业科学前沿，加强高技术研究与开发，取得了重要进展和突破性成果。例如全俄科学院西伯利亚分院植物细胞与分子遗传学研究所，深入开展植物基因表达与调控、基因定位、分离及其结构与功能的研究，并在牧草上取得成效。克拉斯诺亚尔斯克科学中心生物物理研究所，利用发射的返回式卫星，研究作物种子空间环境诱变的生物效应及其机理，已选育出一批作物新品种。同时，建造了地面宇宙仓装置，模拟空间环境，研究微重力、空间辐射、超真空等条件下，作物遗传变异规律，选育新品种。24年的实践成果：冬小麦生长期60天，在人工控制条件下，一年可收获6次，每公顷生产籽粒6吨的高产纪录。这个科学中心的遥感技术应用研究所，利用先进的仪器设备和计算机数据处理条件，系统地监测西伯利亚和远东地区森林火灾动态变化，并做出准确的火情预测预报。开展冬季积雪融化动态监测，水蚀防洪预测预报，范围之广，精度之高，是前所未有的。这些研究不仅是最活跃而富有成果的领域，而且也是当代学科前沿，已引起国际同行的关注。 

    （三）组织多学科的综合研究，解决生产与科学上的重大问题取得成效。为提高农业生产力，研究解决农业生产的重大问题，积极提倡并组织跨研究所的力量，开展多学科的综合研究，取得了成效与突破。例如西伯利亚分院组织农学、土壤学、地学和经济科学等协作，经过多年的努力，编制出西伯利亚和远东地区的农业土壤图、农业气候图、农业水文图、农业经济图集等，为划区种植和作物合理配置提供了科学依据。组织农学、土壤学、水利学和生物化学等，联合攻关，实行农业与工程措施结合，改良西伯利亚900公顷盐碱地取得成效，粮食每公顷可增产5公担，饲料作物每公顷可增产2．5—3．5公担。特别值得提出的是西伯利亚分院农业物理研究所与土壤肥料研究所、作物育种栽培研究所、园艺作物研究所等结合，研究提出了作物新品种农艺性状鉴定方法，作物抗寒力鉴定方法，饲料标准评定方法、反刍牲畜疾病快速诊断方法，以及温室环境调控技术等50多种仪器仪表和自动化工具，准确、快速、方便，实现了标准化、规范化，为农业生产和科学研究提供了现代化手段。 

    （四）加快农业先进技术和科技成果转化为现实生产力，取得了显著的经济效益。西伯利亚分院的试验示范农场，根据生产需求，繁殖作物优良品种和纯种幼畜，每年为国营农场、农工生产联合体和私人农场等提供各类谷物作物良种8万吨、油料作物良种31万吨、牧草良种850吨和大量的牲畜良种，实现了商品化、产业化经营，经济效益显著。 

    为适应市场经济的需要，西伯利亚分院的畜牧设计——工艺研究所研制奶制品加工工艺，提供了上百种的奶制品、奶酪等产品。1988年还组建了农产品加工设计——工艺研究所，加强了产后加工研究与开发，取得重要进展。他们利用园艺作物研究所培育的大粒型、结果密的沙辣新品种，开发出沙辣饮料、沙辣酒等，在国内市场销售。克拉斯诺亚尔斯克科学中心的森林研究所，利用当地丰富的生物资源，进行深加工，研制出药用、工业用新产品87种，其中沙辣油、葵花油、香桂籽油和药用茶等，已打入了欧洲市场，颇受欢迎。然而，在西伯利亚地区，由于俄罗斯经济状况欠佳，农业科研机构面临不少困难和问题，主要是：政府对科研机构的拨款减少了25—50％，科研任务不够饱满，科技人才外流比较严重，人心不稳，积极性不高，对农业科研、生产将产生一定的影响。 

     

    三 

     

    中国和俄罗斯联邦的西伯利亚地区，有着漫长的共同疆界。长期以来，中国和西伯利亚地区人民友好相处，有着深厚的传统友谊，业已存在良好的合作基础。近年来，随着中国对外开放，沿边各省、自治区与西伯利亚地区经济与科技合作日趋频繁，农业和农业科技领域有许多共同点，有较强的互补性和共通性，特别是经过这次短暂的访问和考察，增进了新的了解，为此，特提出以下建议： 

    （一）在重视同西方发达国家农业科技合作的同时，应重视同俄罗斯，特别是西伯利亚地区的农业科技合作与交流。要本着“优势互补，互惠互利”的原则，根据中国农业和农业科技发展需要，全方位、有选择地开展合作与交流。 

    （二）按照中国农业和农业科技“九五”计划需要，从西伯利亚地区引进早熟、抗寒、生长期短的冬小麦、春小麦、玉米、牧草、花卉等新品种和育种材料，引进牲畜和经济野生动物新品种、新品系。在早熟、抗寒作物新品种选育、航天育种、矿质营养和兽医疫苗等方面，开展合作研究。采取共同制定科研计划，分别在各自的研究所工作，每年定期进行总结与交流，以提高科研效率和水平。 

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【摘 要】 本文介绍了土地资源管理专业应用型本科学生的培养目标和去南五台实习的主要内容，总结了实习后学生能力的提升效果。认为，通过本次实习，提高了同学们的理解能力，提高了同学们的动手操作能力，提高了同学们的团结协作能力。

【关键词】 应用型本科学生;土地资源管理专业;实践能力;培养

一、土地资源管理专业应用型本科学生培养目标的确定

针对应用型人才培养的要求，结合本院的实际，我们确定了如下的培养目标。以加强素质教育为基础，培养学生的创新精神和实践能力为重点，创造有利于学生知识、能力和素质全面提高，同时适合学生个性发展的环境和条件，达到“宽口径、厚基础、强能力、高素质、重应用”的专业本科人才培养目标。通过实践环节，克服课堂教学的抽象性和空洞性，提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力;培养其创新能力、社交能力和合作精神;并激发了同学们对自己专业的兴趣与热爱;极大地提高学生的综合素质。

二、土地资源管理专业学生南五台实习的主要内容

土地资源学是土地资源管理专业的必修课，是该专业的骨干课程。该课程综合了气候学、地质地貌学、土壤学、水文学、植被学、岩石矿物学、社会学、管理学等学科的专业知识。具有内容复杂、学科综合性高、知识理解难度大等特点。特别是有关岩石矿物的组成、土壤母质的分类、土壤剖面结构的组成、土地种类的划分及命名、植被及气候的区域空间结构组成及其变化规律等内容具有抽象性，难以理解的特点。为了加深同学们对于该部分内容的理解，故选择了南五台作为实习基地。

1、南五台的区域位置认识

南五台位于秦岭北坡，属于秦岭山脉北坡终南山中段的一座山地，地处西安市长安区五台乡，北距西安市区约25KM;地理位置位于东经108°57’-108°59’，北纬33°58’-34°02’。南五台属于1992年林业部批准的终南山国家森林公园景区的一部分，整个景区南北长15KM，东西宽10KM，总面积7675公顷，森林覆盖率58%，主要景区由南五台、翠华山、石贬峪和罗汉坪四个景区组成，景区主峰终南山海拔2589M。

2、南五台的地质地貌认识

南五台是燕山运动以来秦岭再行上升并发生多处断层的结果，除山麓为第四纪黄土及冲积、洪积物覆盖外，整个山体均由震旦纪以前的花岗变质岩系所组成，海拔1100M以下，主要由石英片麻岩、石英云母片麻岩和长石云母片麻岩组成;以上则以石英长石片麻岩和石英片麻岩组成。

3、南五台的气候认识

南五台地区位于暖温带季风气候区内，但由于地处秦岭北坡，东亚季风在每年夏季越过秦岭南坡和秦岭主脊后，水汽含量已大大减少，夏季风的影响相对较小，但冬季风尤其是寒潮天气很容易到达本区，所以，气候特点表现为夏季风影响较小而冬季风影响相对较大，加之本区山地地形的特殊作用，全区范围夏季相对短促，温度高，降水多;冬季则温度低，气候干燥。气候类型属于南暖温带山地气候。

4、南五台的土壤认识

南五台地区的主要土壤有不饱和冲积土、钙积褐土、山地钙积褐土、山地淋溶褐土及山地棕壤等类型。由于成土条件在南五台具有显著的垂直分布规律，所以造成了以上土壤也具有显著的垂直分布现象。

5、南五台的植物认识

本区虽然多年来受强烈的人类活动影响，但由于其历来为宗教圣地，许多植物物种长期受惠于僧众保护，加之自然环境复杂多变，至今仍有较多数量的植物物种。据1999年统计，终南山国家森林公园南五台景区共有种子植物170科、505属、1398种。是秦岭北坡植物种类较为丰富的一个山地，种数明显多于华山、翠华山、楼观台等北坡其他山地。

植物区系地理成分复杂，但以大量的华北成分为主，如油松、狼牙刺、山杨、栓皮栎等，华中成分也比较常见。陕西泡桐、秦岭槭、秦岭岩白菜、膀胱果等种类是陕西或秦岭特有品种。

植物的生态类型在本区有阳生、阴生、耐荫;湿生、旱生、石生、水生等类型。

近年来，在林业工人的辛勤努力下，许多珍贵树种在本区安家落户，成为南五台植物家族中新成员，如山桐子、水杉、日本落叶松、柳杉等种类。

6、南五台的植被垂直带谱认识

由于随着海拔高度的变化，气候、湿度和降雨量也在发生变化垂直，从而引起土壤和植被的垂直变化。故植被带的垂直变化为栽培植被带（500-700m）、侧柏林带（700-800m）、栓皮栎林带（800-1100m）、栓皮栎、锐齿栎林带（1100-1320m）、油松、锐齿栎林带（1320-1688m）。

7、南五台的土地类型分类及命名

依据土地分类的命名规则，本文采用四要素命名法，即“地形+气候+土壤+植被”进行命名。故南五台的土地分类结果为：山前台塬、冲积、洪积扇中干暖温钙积褐土冲积土壤栽培植被带（500-700m）、浅山微干暖温山地钙积褐土侧柏林带（700-800m）、低山中湿温和淋溶褐土栓皮栎林带（800-1100m）、中山温凉棕壤油松、锐齿栎林带（1100-1688m）

三、学生能力的提升效果

1、通过本次实习，提高了同学们的理解能力

通过实习使得同学们理解了气候日照、温度、降雨对农作物分布及生长的影响，理解了气候要素的垂直分布变化规律。掌握了土壤母质的分类及特点，特别是洪积物、冲积物、坡积物、残积物的形态特点。掌握了南五台的主要用材树种、药用植物、油料植物、其他经济植物和风景园艺植物的常见品种，及其植被的垂直分布变化规律。掌握了岩石的风化类型及特点，能够辨识常见的土壤矿物。

2、通过本次实习，提高了同学们的动手操作能力

通过本次实习，同学们掌握了如何寻找最佳的土壤剖面位置、如何利用铁锹挖掘土壤剖面、如何对土壤剖面进行分层以及如何描述土壤剖面的特性等内容。

3、通过本次实习，提高了同学们的团结协作能力

在实习过程中同学们既明确分工又通力协作，共同完成了实习过程中的各项内容。使得同学们意识到团结协作的重要性和必要性，在同学们之间建立了良好的伙伴关系，也加深了老师和同学们之间的师生友谊。

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土壤退化(Soildegradation)是指在各种自然，特别是人为因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力，即土壤质量及其可持续性下降（包括暂时性的和永久性的）甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征的过程，包括过去的、现在的和将来的退化过程，是土地退化的核心部分。土壤质量(Soilquality)则是指土壤的生产力状态或健康(Health)状况，特别是维持生态系统的生产力和持续土地利用及环境管理、促进动植物健康的能力[2]。土壤质量的核心是土壤生产力，其基础是土壤肥力。土壤肥力是土壤维持植物生长的自然能力，它一方面是五大自然成土因素，即成土母质、气候、生物、地形和时间因素长期相互作用的结果，带有明显的响应主导成土因素的物理、化学和生物学特性；另一方面，人类活动也深刻影响着自然成土过程，改变土壤肥力及土壤质量的变化方向。因此，土壤质量的下降或土壤退化往往是一个自然和人为因素综合作用的动态过程。根据土壤退化的表现形式，土壤退化可分为显型退化和隐型退化两大类型。前者是指退化过程（有些甚至是短暂的）可导致明显的退化结果，后者则是指有些退化过程虽然已经开始或已经进行较长时间，但尚未导致明显的退化结果。

2全球土壤退化概况

当前，因各种不合理的人类活动所引起的土壤和土地退化问题，已严重威胁着世界农业发展的可持续性。据统计，全球土壤退化面积达1965万km2。就地区分布来看，地处热带亚热带地区的亚洲、非洲土壤退化尤为突出，约300万km2的严重退化土壤中有120万km2分布在非洲、110万km2分布于亚洲；就土壤退化类型来看，土壤侵蚀退化占总退化面积的84%，是造成土壤退化的最主要原因之一；就退化等级来看，土壤退化以中度、严重和极严重退化为主，轻度退化仅占总退化面积的

38%[3～6]。

全球土壤退化评价(GlobalAssessmentofSoilDegradation)研究结果[3～6]显示，土壤侵蚀是最重要的土壤退化形式，全球退化土壤中水蚀影响占56%，风蚀占28%；至于水蚀的动因，43%是由于森林的破坏、29%是由于过度放牧、24%是由于不合理的农业管理，而风蚀的动因，60%是由于过度放牧、16%是由于不合理的农业管理、16%是由于自然植被的过度开发、8%是由于森林破坏；全球受土壤化学退化（包括土壤养分衰减、盐碱化、酸化、污染等）影响的总面积达240万km2，其主要原因是农业的不合理利用(56%)和森林的破坏(28%)；全球物理退化的土壤总面积约83万km2，主要集中于温带地区，可能绝大部分与农业机械的压实有关。

3我国土壤退化状况

首先，我国水土流失状况相当严重，在部分地区有进一步加重的趋势。据统计资料[7]，1996年我国水土流失面积已达183万km2，占国土总面积的19%。仅南方红黄壤地区土壤侵蚀面积就达6153万km2，占该区土地总面积的1/4[8]。同时，对长江流域13个重点流失县水土流失面积调查结果表明，在过去的30年中，其土壤侵蚀面积以平均每年1.2%～2.5%的速率增加[9]，水土流失形势不容乐观。

其次，从土壤肥力状况来看，我国耕地的有机质含量一般较低，水田土壤大多在1%～3%，而旱地土壤有机质含量较水田低，＜1%的就占31.2%；我国大部分耕地土壤全氮都在0.2%以下，其中山东、河北、河南、山西、新疆等5省（区）严重缺氮面积占其耕地总面积的一半以上；缺磷土壤面积为67.3万km2，其中有20多个省（区）有一半以上耕地严重缺磷；缺钾土壤面积比例较小，约有18.5万km2，但在南方缺钾较为普遍，其中海南、广东、广西、江西等省（区）有75%以上的耕地缺钾，而且近年来，全国各地农田养分平衡中，钾素均亏缺，因而，无论在南方还是北方，农田土壤速效钾含量均有普遍下降的趋势；缺乏中量元素的耕地占63.3%[10]。对全国土壤综合肥力状况的评价尚未见报道，就东部红壤丘陵区而言，选择土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾、pH值、CEC、物理性粘粒含量、粉/粘比、表层土壤厚度等11项土壤肥力指标进行土壤肥力综合评价的结果表明，其大部分土壤均不同程度遭受肥力退化的影响，处于中、下等水平，高、中、低肥力等级的土壤的面积分别占该区总面积的25.9%、40.8%和33.3%，在广东丘陵山区、广西百色地区、江西吉泰盆地以及福建南部等地区肥力退化已十分严重[11]。

此外，其它形式的土壤退化问题也十分严重。以南方红壤区为例，约20万km2的土壤由于酸化问题而影响其生产潜力的发挥；化肥、农药施用量逐年上升，地下水污染不断加剧，在部分沿海地区其地下水硝态氮含量已远远高于WHO建议的最高允许浓度10mg/l；同时，在一些矿区附近和复垦地及沿海地区土壤重金属污染也相当严重[8]。

4土壤退化研究进展

自1971年FAO提出土壤退化问题并出版“土壤退化"专著以来，土壤退化问题日益受到人们的关注。第一次与土地退化有关的全球性会议——联合国土地荒漠化(desertification)会议于1977在肯尼亚内罗毕召开。联合国环境署(UNEP)又分别于1990年和1992年资助了Oldeman等开展全球土壤退化评价(GLASOD)、编制全球土壤退化图和干旱土地的土地退化（即荒漠化）评估的项目计划。1993年FAO等又召开国际土壤退化会议，决定开展热带亚热带地区国家级土壤退化和SOTER（土壤和地体数字化数据库）试点研究。在1994年墨西哥第15届国际土壤学大会上，土壤退化，尤其是热带亚热带的土壤退化问题倍受与会者的重视，不少科学家指出，今后20年热带亚热带将有1/3耕地沦为荒地，117个国家粮食将大幅度减产，呼吁加强土壤退化及土地退化恢复重建研究，并在土壤退化的概念、退化动态数据库、退化指标及评价模型与地理信息系统、退化的遥感与定位动态监测和模拟建模及预测、土壤复退性能研究、退化系统恢复重建的专家决策系统等研究方面有了新的发展。国际水土保持学会也于1997在加拿大多伦多组织召开了以流域为基础的生态系统管理的全球挑战国际研讨会，从生态系统、流域的角度探讨土壤侵蚀等土壤退化等问题。而且，国际土壤联合会于1996年和1999年分别在土耳其和泰国举行了直接以土地退化为主题的第一届和第二届国际土地退化会议，并在第一届会议上决定成立了土壤退化研究工作组专门研究土壤退化，在第二届会议上则对土壤退化问题更为重视，并有学者倡议将土壤退化研究提高到退化科学的高度来认识，并决定于2001年在巴西召开第三届国际土壤退化会议[12]。同时，在亚洲，由UNDP和FAO支持的“亚洲湿润热带土壤保持网(ASOCON)”和“亚洲问题土壤网”也在亚太土地退化评估与控制方面开展了大量的卓有成效的研究工作。总的说来，国际上土壤退化研究在以下方面取得了重要进展：①从土壤退化的内在动因和外部影响因子（包括自然和社会经济因素）的综合角度，研究土壤退化的评价指标及分级标准与评价方法体系；②从土壤的物理、化学和生物学过程及其相互作用入手，研究土壤退化的过程与本质及机理；③从历史的角度出发，结合定位动态监测，研究各类土壤退化的演变过程及发展趋向和速率，并对其进行模拟和预测；④侧重人类活动（特别是土地利用方式和土壤经营管理措施）对土壤退化和土壤质量影响的研究，并将土壤退化的理论研究与退化土壤的治理和开发相结合，进行土地更新技术和土壤生态功能保护的试验示范和推广；⑤注重传统技术（野外调查、田间试验、盆栽试验、实验室分析测试、定位观测试验等）与高新技术（遥感、地理信息系统、地面定位系统、模拟仿真、专家系统等）的结合；⑥从社会经济学角度研究土壤退化对土壤质量及其生产力的影响。

我国土壤学研究工作在过去几十年主要集中在土壤发生、分类和制图（特别是土壤资源清查）；土壤基本物理、化学和生物学性质（特别是土壤肥力性状）；土壤资源开发利用与改良（特别是土壤培肥，盐渍土和红壤的改良等）等方面。这些工作虽然在广义上与土壤退化科学密切相关，但直接以土壤退化为主题的研究工作主要集中在最近10多年，其中又以热带亚热带土壤退化研究工作较为系统和深入，并在80年代参与了热带亚热带土壤退化图的编制，完成了海南岛1∶100万SOTER图的编制工作。90年代以来，中国科学院南京土壤研究所结合承担国家“八五”科技攻关专题“南方红壤退化机制及防治措施研究”和国家自然科学基金重点项目“我国东部红壤地区土壤退化的时空变化、机理及调控对策的研究”任务，将宏观调研与田间定位动态观测和实验室模拟试验相结合，将遥感、地理信息系统等高新技术与传统技术相结合，将自然与社会经济因素相结合，将时间演变与空间分布研究相结合，将退化机理与调控对策研究相结合，对南方红壤丘陵区土壤退化的基本过程、作用机理及调控对策进行了有益的探索，并在以下方面取得了重要进展[8、13]：①初步定义了土壤退化的概念，阐明了红壤退化的基本过程、机制、特点。②在土壤侵蚀方面，利用遥感资料和地理信息系统技术编制了东部红壤区1∶400万90年代土壤侵蚀图与叠加类型图及典型地区70、80、90年代叠加土壤侵蚀图，并在土壤侵蚀图、土地利用图、土壤母质图等基础上，编制了1∶400万土壤侵蚀退化分区概图；对南方主要类型土壤可蚀性K值进行了田间测定，并利用全国第二次土壤普查数据和校正的Wischmeier方程，计算我国南方主要类型土壤可蚀性K，编制了相关图件。③在肥力退化机理方面，建立了南方红壤区土壤肥力数据库，初步提出了肥力退化评价指标体系，进行了土壤肥力退化评价的尝试，并绘制了红壤退化评价有关图件；将养分平衡与土壤养分退化研究相结合总结了我国南方农田养分平衡10年变化规律及其与土壤肥力退化的关系，认为土壤侵蚀、酸化养分淋失等造成的养分赤字循环及养分的不平衡是土壤养分退化的根本原因；应用遥感手段及历史资料，编制了0～20cm及0～100cm土层的土壤有机碳密度图，探讨了红壤有机碳库的消长与转化及腐殖质组成性质的变化规律；提出了磷素固定是红壤磷素退化的主要原因，磷素有效性衰减的实质是磷素的双核化和向固相的扩散，解决了红壤磷素退化的实质问题。④在土壤酸化方面，研究了红壤的酸化特点，根据土壤的酸缓冲性能，建立了土壤酸敏感性分级标准，进行了红壤酸敏感性分级和分区，首次绘制了有关地区土壤酸敏感性分区概图；采用MAGIC模型，并进行校正对我国红壤酸化进行预测，揭示红壤酸度的时空变化规律；并在作物耐铝快速评估方面取得了重要进展。⑤在土壤污染方面，利用多参数对重金属的土壤污染进行了综合评估，建立了综合污染指数(CPI)值的计算方法，对不同地区的污染状况进行了评估，绘制了重金属污染概图；应用农药在土壤中的吸附系数(Kd)和半衰期(t1/2)及基质迁移模式，阐明了土壤农药污染的机理；在重金属污染对土壤肥力的影响方面的研究结果表明，重金属污染可降低土壤对钾的保持能力，促进钾的淋失；而对氮和磷而言，主要是降低与其催化降解和循环相关的酶的活性。⑥红壤退化防治方面，提出了区域治理调控对策，“顶林—腰果—谷农—塘鱼”等立体种养模式等，并对一些开发模式进行示范和评价。

然而，我国幅员辽阔，自然和社会经济条件复杂多样，地区间差异明显。各类型区在农业和农村发展过程中均不同程度地面临着各种资源环境退化问题，有些问题是全区共存的，有些则是特定类型区所特有的。过去的工作仅集中于江南红壤丘陵区，而对其它地区触及较少。而且，在研究工作中，也往往偏重于单项指标及单个过程的研究。土壤退化综合评价指标体系的研究基本处于空白，对退化过程的相互作用研究不够。同时，在合理选择碱性物质改良剂种类、提高经济效益以及长期施用改良剂对土壤物理、化学，特别是生物学性质的影响等方面还有许多问题有待进一步研究，对耐酸（铝）作物品种的选择研究也亟待加强。此外，对其它土壤退化问题，如集约化农业和乡镇企业及矿产开发引起的土壤及水体污染、土壤生物多样性衰减等问题，尚未开展系统研究。

5土壤退化的研究方向

土壤退化是一个非常综合和复杂的、具有时间上的动态性和空间上的各异性以及高度非线性特征的过程。土壤退化科学涉及很多研究领域，不仅涉及到土壤学、农学、生态学及环境科学，而且也与社会科学和经济学及相关方针政策密切相关。然而，迄今为止，国内外的大多数研究工作偏重于对特定区域或特定土壤类型的某些土壤性状在空间上的变化或退化的评价，而很少涉及不同退化类型在时间序列上的变化。而且，在土壤退化评价方法论及评价指标体系定量化、动态化、综合性和实用性以及尺度转换等方面的研究工作大多处于探索阶段。

我国土壤退化研究虽然在某些方面取得了一定的、有特色的进展，但整体上还处于起步阶段。为此，作者认为，今后我国土壤退化的研究工作应从更广和更深的层次上系统综合地开展土壤退化的综合评价与主要退化类型农业生态系统的重建和恢复研究，并逐步向土地退化或环境退化方向拓展。具体来说，应加强以下几个方面的研究工作：

(1)土壤与土地退化指标评价体系研究。主要包括用于评价不同土壤及土地退化类型的单项和综合评价指标、分级标准、阈值和弹性，定量化的和综合的评价方法与评价模型等；

(2)土壤退化的监测与预警系统研究。主要包括建立土壤退化监测研究网络，对重点区域和国家在不同尺度水平上的土壤及土地退化的类型、范围及退化程度进行监测和评价，并进行分类区划，为退化土地整治提供依据；

(3)土壤与土地退化过程、机理及影响因素研究。重点研究几种主要退化形式（如土壤侵蚀、土壤肥力衰减、土壤酸化、土壤污染及土壤盐渍化等）的发生条件、过程、影响因子（包括自然的和社会经济的）及其相互作用机理；

(4)土壤与土地退化动态监测与动态数据库及其管理信息系统的研究。主要包括土壤退化监测网点或基准点(Benchmarksites)的选建、3S(GIS、GPS、RS)技术和信息网络及尺度转换等现代技术和手段的应用与发展、土壤退化属性数据库和GIS图件及其动态更新、土壤退化趋向的模拟预测与预警等方面的工作；

(5)土壤退化与全球变化关系研究。主要包括土壤退化与水体富营养化、地下水污染、温室气体释放等；

(6)退化土壤生态系统的恢复与重建研究。主要包括运用生态经济学原理及专家系统等技术，研究和开发适用于不同土壤退化类型区的、以持续农业为目标的土壤和环境综合整治决策支持系统与优化模式，主要退化生态系统类型土壤质量恢复重建的关键技术及其集成运用的试验示范研究等方面的工作，为土壤退化防治提供决策咨询和示范样板；

(7)加强土壤退化对生产力的影响及其经济分析研究，协助政府制定有利于持续土地利用，防治土壤退化的政策。

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13赵其国，张桃林，鲁如坤，等．我国东部红壤地区土壤退化的时空变化、机理及调控对策的研究[R]．南京：中国科学院南京土壤研究所，2000.

篇5

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：In order to analyze the spatial variation characteristics of salinity of different soil layers（0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm），Mosuowan irrigated area in Xinjiang was chosen as study area， and classical statistics and geostatistics were used to obtain the salinity distribution map of the soil profile. The results showed that the salinity in soil profile increased gradually with the increase of soil depth in the study area. The average soil salinity of surface soil was the lowest， whereas it was the highest in soil layer of 60～100 cm. The soil salinity of each soil layer conformed to logarithmic normal distribution， but the maximum value of soil salinity in the study area appeared in the surface layer. The soil salinity of 0～40 cm showed strong variability， and the soil salinity of 40～100 cm showed medium variability. The soil salinity of each layer in the study area was of moderate spatial autocorrelation，the nugget coefficient of 0～20 cm and 20～40 cm soil layer were 0.698 and 0.653， and spatial correlation was lower than the underlying. The Kriging interpolation analysis showed that， the distribution of soil salinity was porphyritic or nubby， and the soil salinity was higher in the south and east than in the north and west of the study area.

Key words： irrigated area； soil profile； salinity； spatial distribution

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1 326.15 km2，分别由147团、148团、149团和150团组成。平均海拔346.0 m，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123.2 mm，年平均蒸发量1 979.5 mm，年平均日照时数2 774.1 h。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、80～100 cm，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0.25 mm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，1 375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Microsoft Excel 2010和地统计学软件GS+9.0，土壤盐分空间分布图均采用ArcGIS 10.0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、80～100 cm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。60～80 cm土层的土壤平均含盐量最高，为0.71 dS/m；0～20 cm土层土壤平均含盐量最低，为0.48 dS/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0～20 cm土层的6.03 dS/m，最小值是40～60 cm土层的0.03 dS/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、20～40 cm的土层属于强变异性，40～60、60～80、80～100 cm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0～40 cm的土层变化最大，所以该土层的盐分变异性最强。40～100 cm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40～100 cm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ArcGIS 10.0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（0.10～0.40 dS/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、80～100 cm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40～60 cm的土层，最高的是20～40 cm的土层，60～80 cm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，0～20 cm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、80～100 cm的土壤盐分明显高于40～60 cm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，0～20 cm土层的含盐量最低，60～100 cm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、20～40 cm的土层属于强变异性，40～60、60～80、80～100 cm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、60～80 cm的土层都较好地符合了高斯模型，20～40、40～60、80～100 cm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。

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篇6

[中图分类号] R735.7[文献标识码] A[文章编号] 1005-0515（2011）-11-115-01

肝脏血供丰富，是恶性肿瘤转移的最常见的靶器官之一，在恶性肿瘤的发展过程中约25%-50%的原发肿瘤转移至肝[1]。如何提高转移性肝癌的治疗有效率一直是肿瘤临床工作的重点之一，正确认识肝转移癌的一般规律和特点，对进一步提高该病的诊治水平具有十分重要的意义。

1 肝转移癌主要来源分析 常见肝转移癌以消化道恶性肿瘤来源为主，所有的消化系统恶性肿瘤均可经肝动脉、门静脉及淋巴途径转移到肝脏，其中以消化道腺癌经血行肝转移最多见。

由于消化道原发灶全部由门静脉回流至肝脏，且手术操作过程中牵拉、挤捏等常使脱落进入血管的肿瘤细胞首先进入肝脏，因而消化道癌易发生肝转移。从分子生物学的角度考虑，消化道癌细胞表面的糖蛋白CEA具有类似免疫球蛋白类细胞粘附分子功能，它由肝脏清除，在肝内与肝细胞结合后，可作为粘附循环中肿瘤细胞的受体，而致肿瘤易在肝脏中滞留，进一步激活新生血管而形成转移灶[2]。从环境土壤学说来看，肝脏血供丰富，能够为肿瘤的高代谢特点提供营养保障。

2 肝脏病理损伤与肝转移癌关系

2.1 肝纤维化/肝硬化与肝转移癌关系 众多的实验及临床研究表明肝纤维化/肝硬化患者很少发生肝转移癌。大多学者认为肝硬化时形成诸多假小叶，由于再生的肝细胞结节的压迫和结缔组织的收缩，使肝内血管、胆管均发生扭曲和闭塞，酶学系也发生相应的变化，以及肝硬化时门静脉压力升高，肝脏收纳胃肠系统的血流量减少。这些变化使已到达肝内的癌细胞不适宜“着床”及生长。

2.2 肝炎病毒感染与肝转移癌关系 UtsunormiyaT[3]报告感染乙肝或丙肝病毒的结直肠癌肝转移率(3/37,8.1%)较非感染者的肝转移率(85/401,21.1%)明显降低。HBsAg感染后出现肝功能损害、肝硬化可能是结直肠癌肝转移的不利因素。病毒感染本身和其引起的局部免疫变化可能起着重要作用。肝炎病毒能够引起特异性免疫反应，有效地抑制和杀灭循环中的肿瘤细胞；同时微环境中NK细胞和吞噬细胞的增加，大大增强了局部组织的免疫功能。

2.3 脂肪肝与肝转移癌关系 Karube等[4]通过向患有脂肪肝的大鼠体内注入鼠结肠直肠癌细胞(RCN-9)，观察到出现转移性肝脏病变的大鼠数量明显少于无脂肪肝的对照组，同时检测到脂肪肝大鼠转移病灶中的微血管密度(microvesseldensity,MVD)低于对照组大鼠，提示脂肪肝的环境不利于癌细胞的生长，转移灶不易形成。

3 肝转移癌的治疗现状分析

3.1 外科手术治疗 结肠癌等原发病灶切除术后，尽可能行肝转移灶切除术，外科手术依然是可切除病灶的标准治疗，一旦有切除可能时，即应进行手术，从而最大程度减轻患者负担，延长生存期。

3.2 局部治疗方法 主要有射频消融(RFA)、无水酒精注射、激光导热治疗(LITT)、微波凝固治疗(MCT)、高功率聚焦超声疗法(HIFU)、冷冻治疗、电化学治疗等方法，其原理主要是采用物理或化学的方法导致癌细胞死亡。

3.3 化疗 肝脏出现转移灶是原发肿瘤发生远处转移的晚期症状表现，已处DukesD期，不管能否切除转移灶，原则上均需根据转移癌的病理类型选择敏感药物化疗。给药途径有全身和区域性。

3.4 放疗 肝转移癌的癌细胞大多数是消化道来源的腺癌，对放疗低度敏感，肝脏组织对放射线的耐受性差，全肝区放疗已基本放弃不用，病灶聚焦放疗有时仍在应用，如γ刀、光子刀等的治疗。

3.5 生物治疗 生物治疗包括免疫治疗和基因治疗两大类，免疫治疗是调动机体各种积极防御因素，提高机体免疫力，能过免疫机制达到治疗肿瘤的目的。基因治疗是应用基因工程技术，干预存在于靶细胞的相关基因表达水平以达到治疗目的，包括直接或间接抑制或杀伤肿瘤细胞，归纳为细胞因子、肿瘤疫苗、肿瘤药物基因治疗及调整细胞遗传系统的基因疗法，目前研究较多的是杀伤或抑制肿瘤细胞生长的基因、增强肿瘤细胞免疫原性的基因、耐药基因等。

3.6 中医药治疗 中医药治疗恶性肿瘤病人,应用祛邪、扶正、化淤、软坚、散结、清热解毒、化痰、祛湿及通经活络、以毒攻毒等原理，以中药补益气血、调理脏腑，配合手术后、放疗和化疗的治疗、还可减轻毒副作用。

4 肝转移癌的现代治疗策略 近年来，围绕提高肝转移癌手术切除率和延长生存期，提出多学科专家组(multidisciplinaryteam，MDT)治疗模式[5]。在病人治疗前、治疗中和治疗后，由多个学科专家组成诊疗小组，定期进行会议，以病人为中心，讨论决定适合每个病人不同病期的诊断治疗方案，以使病人获得最佳的预后。

5 展望 各种治疗方法均有不同程度的缺陷，比如手术及各种局部治疗方法包括动脉栓塞化疗在内，对于潜藏在门脉系统内的微小病变不能处理，从而导致复发；全身静脉化疗往往因药物副作用不能使病灶内药物浓度达到最佳水平，致使肿瘤细胞出现耐药性等。相对而言，利用气囊导管实施的经皮肝隔离灌注术值得研究[6]。

参考文献

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众所周知，环境工程是一门理论性、实践性很强的专业，随着全社会对环境问题关注程度的普遍提高，对环境工程专业人才素质的要求也越来越高，急需一大批具有基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、有创新意识的环境工程应用型人才。专业实验教学是高等院校提高人才质量的一个重要教学环节，特别是对大学生的工程实践能力与创新能力的提高起着至关重要的作用。本文结合近年来在环境工程专业实验教学改革与创新中的经验与体会，旨在使学生在实验教学中得到更好的综合能力的训练，为农业院校环境工程专业实验教学体系的完善和发展提供参考。

一、注重专业特色

农业院校的环境工程专业因办学条件的限制，难以达到象清华大学、同济大学等国家重点工科院校办环境工程专业的要求。农业院校的环境工程专业应有自己的办学方向和专业特色，发挥自己的特点。高等农业院校和农村、农民联系比较紧密，比较熟悉农村的生产、生活和生态问题，并在土壤学、植保学、生态学及环境生物学学术研究领域有较强的优势，这些正是高等农业院校培养人才的优势。因此，我们开设了"环境生物修复工程、环境微生物工程、农业生态工程及其设计"这样一些比较适应农村生态建设的课程。在开设水、大气环境污染物和噪声监测等环境工程专业常规实验项目的基础上，增设土壤污染物、农产品污染物、畜产品污染物、水产品污染物的监测分析实验，拓宽实验面，以突出高等农业院校环境工程专业的特色。

二、变实验室为模拟生产现场

环境工程是实践性很强的专业本文由收集整理，培养学生从事工程设计与实践的能力至关重要，为此，我们购进一批大气、水相关实验的模型设备，模拟工业生产过程。模型设备均用有机玻璃制成，有园型曝气池、气浮池、絮凝沉降池、活性碳吸附、生物塔式滤池、生物膜转盘、钭板沉淀池、普通快滤池、xt型高效填料气体净化塔、yqj型（旋流板式）气体净化器、旋风除尘器等模型，使学生非常直观清楚地了解相关大气、水处理设备的内部构造，在生产实地这些内部构件如果不是停产检修也难以看清。模拟生产过程，进行实验操作，测得相关的实验数据，这样的实验非常接近工业生产实际，通过实验学生能充分体验到专业基础和专业课理论与生产相结合的典型事例，缩短学生对生产工程的距离感、生疏感。学生对这些实际处理工艺的运行操作，对整个工艺以及设备有了一个更完整的认识和掌握，有效地提高了学生的专业操作技能。三、实施开放式实验

环境监测是我校环境工程专业主要专业课之一，而环境监测教学实习是培养学生独立开展监测工作的重要措施。为了使学生能真正掌握大气、水、土壤、噪声等常规监测项目的实施方案和监测方法，我校进行了环境监测教学实习改革，即"开放式"教学实习。任课老师和实验员根据现有的仪器设备、药品等拟定监测项目和监测对象，将全班学生分为若干个实习小组（一般每组3-5人），每组分别制定实习计划，确定本实习小组的监测项目、监测对象、采样地点、分析方法和时间进度；以小组为单位领取试剂、玻璃仪器，配制实验试剂，实习期间实验室和仪器室全天开放，1周内每个小组要独立完成对水质、大气，土壤、噪声等10个以上项目的监测。实习结束后，每小组将所领取的药品试剂、玻璃器皿等洗净归还，并且最后各小组进行交流讨论实习的收获和存在的问题，每人交一份实习报告。

试行"开放式"实验，使学生具有独立思考、自由发挥、自主学习的时间和空间。通过这种"开放式"教学实习，学生的动手操作能力有了很大提高，对整个环境监测过程有了清楚的认识，同时通过对校园周边环境的监测，更清楚地了解到环境的质量现状。

四、对环境工程专业实验教学的建议

1.增加工程实验课。

环境工程实验教学改革和创新的目的在于培养较强动手能力和创新精神，善于理论联系实际的环境工程专业毕业生。为此，对传统的实验课体系与模式应加大力度调整，增加工程实验题，要求学生根据社会上某一具体的生产或工程单位的实际生产活动为背景。这些工程单位包括学生在生产实习、社会实践和外出顶岗中接触的单位，可由学生自己联系，也可由学校帮助联系，以提交实验报告或工艺设计、工艺流程的形式完成。

2.实验与毕业（设计）论文挂钩。

环境工程专业毕业生的毕业（设计）论文必须具有工程背景，必须以综合实验或工程实验为基础来撰写。取消目前大量存在的综述性的毕业论文课题。学生的毕业论文应以自己亲手做的研究性实验，或亲身参与的工程项目为基础进行撰写，没有研究项目的老师不能做论文指导老师。聘请一批长期在生产第一线的工程技术人员担任毕业（设计）论文指导老师，通过把实验与毕业（设计）论文挂钩，使学生们在做实验的时候更投入、更有针对性，同时也可使毕业（设计）论文的质量得到提高。

3.引用最新的科研成果，体现学科前沿。

作为肩负高素质人才培养使命的教师，应积极参与科研，时刻关注、跟踪环境工程学科的前沿，关注了解最新研究方法与手段，并尽快将其引入实验教学，不断更新实验手段。要积极为学生开展第二课堂活动，让学生利用课外时间尽早参与教师的科研活动，使他们在科研活动中学到书本上学不到的知识，以培养其实验动手能力、组织实验能力和科研能力。

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1研究进展和成就

土地信息科学作为一门新兴的信息科学技术,已走过了近40年的发展历程。目前正以每年25%~40%的速度快速增长。毫无疑问,土地信息科学是国土现代化无可替代的重要技术支撑,它的广泛应用,必将给土地资源的研究和发展带来革命性的变革[3]。

1.1土地利用遥感动态监测研究我国土地利用/土地覆被变化遥感动态监测研究始于20世纪70年代。1974年开始引进美国地球资源卫星图像,开展遥感图像处理和解译工作。1978年全国第二次土壤普查,许多地区利用航片借助计算机技术勾绘出了土地利用现状图和土壤图。20世纪80—90年代,微型计算机的出现促进了遥感技术的发展,我国土地信息科学研究进入新的阶段。1980—1983年我国利用陆地卫星图像资料对全国土地进行遥感调查,编制了1∶250000和1∶2000000土地利用现状图。利用航空遥感图像判读编制了1∶10000、1∶25000、1∶50000的土地利用现状图和土地利用类型图。航空遥感与GPS应用到城镇大比例尺(1∶2000~1∶500)地形图测绘工作中,为城市土地规划建设提供了依据。90年代初,在国家土地管理局的组织下,东部采用航空遥感信息完成1∶10000土地利用调查,西部以航空遥感和卫星遥感信息相结合完成1∶50000、1∶100000和1∶200000土地利用调查。近十几年以来,随着卫星遥感分辨率的不断提高,遥感技术在土地利用动态变化监测中发挥越来越重要的作用。在国家科委和国家科学基金委“九五”到2010的重点发展领域和优先资助领域中,将土地利用动态变化遥感监测作为研究重点之一[4]。目前,遥感技术因其能提供动态、丰富和廉价的数据源已成为获取土地利用/土地覆被变化最为行之有效的手段。卫星遥感在全球和区域尺度土地利用/土地覆被变化研究与应用方面均取得了突破性进展[5]。

1.2土地信息系统建设研究1980年中国科学院遥感所成立了第一个地理信息系统研究室,并于1985年组建了“资源与环境信息系统”国家重点实验室。1990年,武汉大学建立“测绘遥感信息工程”国家实验室。在此基础上我国开展了大量的土地信息相关的开发研制工作,如中国测绘局在全国大地测量和数字地面模型建立的基础上,建成1∶1000000国土基础信息系统和全国土地信息系统[2]。国土资源部已将“加强信息系统建设,实现信息服务社会化”列为国土资源部门的五大任务之一,并已成立了以部长为首的部信息化领导小组,组建了部信息中心。在新一轮国土资源大调查中设立了“数字国土工程”专项,我国国土资源信息化工作已全面展开[6]。与此同时,我国一大批土地信息化相关的重点项目已经或者正在开发、实施。例如,黄杏元等根据城市土地定级因素所具有的空间特征和相关性,采用地理信息系统的技术和方法,运用空间数据库存贮、管理和操作各类与城市土地定级估价有关的信息和数据,完成了南通市土地定级信息系统的设计,建立了土地定级估价数据库[7]。武汉大学资源与环境学院开发了农用地分等定级估价信息系统,不但可以减少农用地分等定级估价工作中大量烦琐的计算工作,而且可以大大提高分等的速度和精度。

1.3人才培养和学术交流成果研究近年来,我国研究者出版了一系列有关论述土地信息科学的专著,如由胡月明等编著的《土地信息系统》(华南理工大学出版社2001年出版)、海等编著的《土地管理信息系统》(中国农业大学出版社2000年出版)等。同时,我国学者也发表了大量的土地信息科学相关的学术论文,如彭俊等就“土地信息学”的建设进行了深入的探讨。严泰来等就土地信息学科前沿的若干问题作了深入的剖析。孙静等就土地利用遥感动态监测技术方法作了详细介绍。近年来,许多高校科研院所开设了与土地信息科学有关的专业、课程和培训班,培养出了一大批从事土地信息科学教学、研究和实践的工作人员。

2前沿领域

无论从发展土地信息科学的角度,还是从国家社会经济进步的需求来看,土地信息科学面临着不少困难和新的挑战,同时也迎来发展的有利契机。本文主要从空间信息数据库角度提出一些土地信息学科的前沿问题。

2.1空间数据表达与系统开发标准化土地信息的标准化程度决定了系统的兼容性、可移植性,同时也保证信息的共享和可持续利用[8]。土地信息系统的标准化包含两方面的含义。首先,要服从软件系统工程的标准,服从系统的设计、开发标准和网络协议标准。其次,土地信息系统要遵从土地行业及地理界的标准,服从空间地理信息(点、线、面)的描述、管理和表示的数据标准。目前我国土地信息系统建设缺乏统一的技术标准,系统低水平设计、软件重复开发现象严重。土地信息化基础设施薄弱,基础数据库建库与更新仍是一个瓶颈问题。应确定基础数据生产和利用的法定地位,加快制定有关国家标准,加强数据质量控制,统一土地空间数据模型[9],具体如土地信息系统中名词术语标准、图形与影像数据采集技术规程、数据交换格式标准、数据精度和质量标准、土地数据的分类与代码等[3]。值得一提的是,宋其友等编著的《土地信息学》较为系统地介绍了土地信息的数据模型、数据获取、应用模型等[10]。

2.2空间数据信息挖掘问题当前全国各地国土资源部门构建了多层次、多类型的国土资源数据库。数据库的数据规模、质量与数据的完备性都达到前所未有的高度,这种情形为数据库的信息挖掘提供了良好条件[11]。随着国土信息化进程的深入,不同时间、不同区域、不同方式来源的土地信息数据越来越多,积累了大量的空间数据资料,如何在系统支持下由“死”数据变为“活”数据,挖掘深层次的信息成为当前土地信息科学的热点问题[12]。事实上,不少人对这个问题也做了深入研究。比如,有人利用一个地区各个图斑的周长面积比的平均值来衡量这个地区的土地开发程度,也有人从城市各个商业网点布局来发现一些经济现象[13]。

2.3时空数据结构问题时间、空间、属性是构成GIS的三个基础成分。黄杏元等指出时间是土地信息系统中不可缺少的一维,它不仅仅作为数据的一个组成部分,而且与空间数据相互关联地存在着[14]。然而,目前的土地信息系统软件除三维表面模型外,基本上是二维模型,难以描述土地时空的三维性。若要实现这一目标,二维的土地信息系统模型需要作根本性的改进[15]。

2.4数据压缩和数据更新淘汰问题土地空间数据涉及跨部门、跨行业的多种数据格式和多种数据类型的大量资源、环境和社会经济图形、属性数据。这些空间数据在以几何级数的形式增长,而计算机数据存储空间却是以算术级数在增加,势必有一天存储空间容纳不下巨量的地学信息数据[13]。研究科学的空间数据压缩方法显得十分必要。

2.5遥感影像数据解译精度与可信度问题遥感影像数据解译精度与可信度是贯穿于土地利用动态变化监测过程的核心问题之一,也是困扰遥感技术在土地利用动态监测中应用的重要限制因素。多数据源的数据融合问题、确定信息与不确定信息问题、人—机交互界面设计等是今后土地信息科学发展所面临的主要问题。

3发展趋势

3.1多学科的集成性研究张荣群[16]指出土地信息科学涉及遥感与测绘技术、计算机信息技术、数学和统计学、地图学,以及与土地相关的地理学、环境生态学、土壤学、气象学、城市科学和管理学等学科。遥感测绘技术以及全球定位技术为土地信息系统提供丰富的数据来源;计算机科学为土地信息系统的发展提供强大的软、硬件环境;环境资源(土地资源相关)科学则是土地信息系统工作的对象。

3.2土地信息的网络化研究土地管理业务具有业务种类多样性、数据量大、手续繁杂等特点,要求各个部门共享信息,协同处理。Internet具有不受时空限制能快速、直观地土地信息,对于合理保护、利用和开发土地资源,整合资源优势,最大限度地挖掘土地生产力,保证土地资源的可持续利用等方面具有积极作用[17]。正如朱明仓[18]指出的在网络信息技术的强大推动下,具有时间特性的土地信息数据也必将通过先进的网络技术实现各种土地信息用户的互连和信息资源共享,不仅实现增强协同处理业务能力,进行业务监督,更能把土地信息传给千家万户,真正使普通老百姓加入到土地管理中来,最终实现土地信息的开放性和实用性[3]。目前土地网络化研究前沿是通过WebGIS实现的。利用web技术可以实现基于地图的浏览、查询、分析应用等功能,从而能够构建智能化、个性化、交互式的土地信息管理和服务平台,实现开放的、互操作的数据共享LIS系统。当前用于WebGIS的浏览器的中间键有多种,对客户端,主要有Ac-tivex,JavaApplet,P1ug-in,Autodesk公司Mapguide等方式;对服务器端,主要有CORBA,CGI和JavaServerlet,武汉大学研制的GeosuIf等方式[17]。

3.3土地信息系统的智能化研究土地信息系统是一个基于土地空间数据的信息系统,它必须具有自动采集和处理空间数据的功能,而且能智能式分析和运用数据,提供科学的决策咨询,以回答用户可能提出的各种复杂问题[3]。在土地信息系统中加入专业领域的知识和有关空间推理知识形成知识库和专家系统(ES)模块,实现对空间土地数据综合分析人脑思维化。我国学者在智能化的土地信息系统开发中也做了大量工作。如,郑顺义等基于对知识工程的土地信息系统的研究,开发了交通建设用地分析系统TransLand,该系统开发了智能决策部分,包括知识库、模型库的管理,以及推理、解释等模块。系统的运行证明,建立基于知识的土地信息系统可以克服传统土地信息系统的一些缺陷和不足,利用其进行土地分析,能够从定量、定性、定位的角度对交通建设用地的有关问题进行全方位的分析和决策[19]。

3.4地面、航空、航天的多层次综合遥感监测近年来,地面、航空、航天的多层次综合遥感在LUCC研究中的应用越来越受到人们的重视。通过地面、航空、航天的多层次综合遥感监测,建立国土资源卫星监测网络,系统地获取土地利用、土地覆被变化不同分辨力的遥感图像数据。

3.5综合“3S“技术应用,发挥整体功能遥感技术作为一种勘查技术手段和一种信息源,其应用是非常有限的,但是,当遥感(RS)与地理信息系统(GIS)和全球卫星定位系统(GPS)集成后,其技术应用的能力和范围将会得到极大的提升和拓展。可见,3S技术(GIS、RS、GPS)充分集成,建立适合LUCC监测领域应用的综合多功能型的遥感信息技术是今后的发展方向。

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关键词 有机肥；化肥；无线传感器网络；土壤肥力；监测；应用

中图分类号 S158.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）09-0242-02

农业作为人类的第一产业，其发展历史经历了漫长、曲折、复杂的过程，只有农业的发展，才能保证人类其他生产活动的延续，才能有其他产业的生存和发展。我国是拥有十几亿人口的大国，耕地面积在城镇化、工业化进程下逐年减少，更为严重的是，土壤质量在掠夺式的耕作模式下不断退化。对土壤质量预警始终是困惑土壤质量研究的难题，其主要原因是土壤质量相关数据难以获取，很难及时掌握土壤质量的变化，因此难以预测其变化趋势[1]。土壤是农业生产最基本的自然资源，如果没有土壤的存在，农业生产根本无从谈起。土壤虽然是一种可更新的资源，但其前提条件是必须加以合理利用和妥善保护，否则，最后的结果必然是土壤肥力下降，导致土地贫瘠，甚至变成荒漠。土壤肥力是土地生产力的基础[2]。因此，如何改良土壤，将用地与养地相结合，增施有机肥料，合理施用化肥，从而实现既提高作物产量和品质，又保持和提高土壤肥力水平已成为当务之急。

1 有机肥、化肥与土壤肥力概述

土壤肥力是土壤的主要功能和本质属性[3]。我国人口众多，耕地面积少，后备的耕地资源严重不足，耕地已成为稀缺的宝贵资源。在这种情况下，土壤肥力应当逐步提高，而不能逐步下降，因此施用化肥对土壤肥力的影响就显得尤为重要。近年来，我国的化肥用量呈现出越来越大的趋势，化肥用量的增加速度也很快，施用化肥的粮食和农作物种类也越来越多，化肥对提高产量的作用不可否认。但正是由于化肥养分含量高、使用方便，使人们在农业生产中形成了偏好施用化肥的习惯，化肥的使用不当，不仅会增加作物的生产成本，而且会造成肥料的大量流失和对环境的污染，因此如何科学、合理地利用化肥，使其发挥更大的作用越来越受到人们的关注。人们在重视研究长期施肥对土壤物理与化学性质影响的同时，也不断加强长期施肥对土壤微生物学特性影响的研究[4]。

1.1 有机肥

有机肥是我国农业生产中的重要肥源。长期以来，在我国传统农业生产中占有举足轻重的地位，对培肥地力、提高作物产量与品质等方面具有十分重要的作用[5]。有机肥即人们俗称的农家肥，包括各种动植物废弃物、动植物残体、代谢物、生物废物等物质。有机肥中不仅含有农作物必需的多种微量元素，还含有丰富的有机养分，可以说是最全面的肥料。有机质是土壤供肥特性的一项重要指标[6]。有机肥营养元素齐全，能够改良土壤、培肥地力，增强土壤的保肥供肥能力，为作物的生长创造良好的土壤条件。有机肥含有丰富的有机物和各种营养元素，能改善作物根际微生物群，促进作物的生长，提高作物的抗病虫能力和农产品的品质。与化肥相比，有机肥除自身成本，还有运输和施用成本[7]。有机肥具有养分成分种类多、每种养分的含量相对较低、释放缓慢的特点，而化肥具有养分成分少、单位养分含量高、释放迅速的特点，两者合理配合，相互补充，能够提高化肥的利用率。

1.2 化肥

化肥是化学肥料的简称，一般多是无机化合物，是用化学和（或）物理方法人工制成的含有一种或几种农作物生长需要的营养元素的肥料。化肥的肥效来得快，增产效果比较明显，例如低产田增施化肥后，可以大大改善土壤养分的供应状况，明显增加作物产量，甚至成倍地增加。化肥和有机肥相比差异较大，化肥养分比较单一，营养元素只有一种或几种；经常使用会造成土壤板结，施用过多会导致农产品品质低劣；且化肥作物根际微生物群体单一，易发生病虫害。目前，业内已逐步认识到化肥与有机肥合理配施，才能达到培肥地力，保持土地产出和养分需求的平衡与持续发展[8]。总之，化肥不能长期和大量的施用，长期施用某种化肥，会使农作物营养失调，造成减产，施用化肥一定要与有机肥相配合，这样既能及时、全面地供给作物营养，又能改良土壤，提高肥力，为作物今后的持续高产打下基础。

1.3 土壤肥力

土壤肥力是土壤的基本属性和本质特征，是指土壤供应和协调作物生长所需的营养和环境因素的能力，是土壤的物理、化学和生物等性质的综合反映[9]。土壤肥力的水平通常用空白产量，即作物种植在不施任何肥料的土壤上所得的产量来加以衡量，一般情况下，空白产量高，说明土壤供肥能力强，肥力高；反之，空白产量低，说明土壤供肥能力弱，肥力低。土壤肥力的高低，是自然和人为2个方面综合影响的结果。一方面，在未开垦的自然土壤中，土壤肥力的形成受母质、生物、气候、地形、植被、成土年龄等多种自然因素的影响；另一方面，在耕作农田土壤中，又受人为的耕作、施肥、灌溉和其他各种农事活动的影响。

2 无线传感器网络在土壤肥力监测中的应用

土壤肥力监测是指通过土壤定位调查、观测、记载、测试等方式，对土壤的理化性状、生产能力进行动态监测。土壤的肥力具有时间和空间的连续性和变异性特征，这种变化取决于各种内在的结构因子（如土壤形成因子，包括土壤母质、地形等）和外在的随机因子（如土壤耕作措施，包括施肥、灌溉和作物轮作等）的综合作用[10]。土壤肥力监测可以及时了解施肥对作物及土壤养分的影响及其变化规律，掌握土壤肥力动态变化趋势，为合理利用土壤资源、保护和提高地力、指导农业生产提供科学依据。随着各种肥料在现代农业生产中的应用规模逐步扩大，自动化程度不断提高，国内外对土壤肥力监测的研究日益深入。基于无线传感器网络对土壤肥力进行监测，更能够克服传统基于有线网络的种种不足，充分发挥无线传感器网络技术的特点和优势，充分利用有机肥、化肥的效能，使土壤中的氮、磷、钾、有机质、水分、微量元素（硼、锰、铁、铜、钙、镁、硫、氯、硅、锌等）、pH值等养分参数达到农作物生长的最佳条件，为土壤肥力的保持和提高，以及农作物的增产增收、品质改善做出贡献。

2.1 无线传感器网络简介

无线传感器网络（Wireless Sensor Network）简称WSN，是由监测区域内随机分布的大量的、种类繁多的微型传感器组成，它们通过无线通信方式迅速自行组网，对网络覆盖区域中被感知对象的动态信息进行采集、计算和处理。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的低功耗微型传感器节点通过无线通信方式形成的一个自组织的网络系统，能协作地感知、监测、采集网络覆盖区域中的各种微观环境信息，并对这些信息进行处理，发送给观察者[11]。

与蜂窝网、无线局域网等其他无线通信网络相比，无线传感器网络具有简单灵活、自组织、强健壮性、动态拓扑、规模大等显著特点。与传统传感器和测控系统相比，无线传感器网络具有低成本、低功耗、高性能、高可靠性等明显的优势。无线传感器网络是涉及多学科的综合性技术，已经被视为互联网之后的第二大广泛存在的网络，因其作为信息获取的重要和常用的新技术以及广阔的应用前景而成为当今世界上备受关注的、多学科高度交叉的热点研究领域。随着无线传感器网络技术发展的越来越快、越来越深入，其在农业土壤肥力监测领域的应用前景也越来越广阔。

2.2 无线传感器网络的主要结构

无线传感器网络由监控中心、汇聚节点、传感器节点和控制节点组成。土壤肥力是土地生产力的基础，水、肥、气、热是构成土壤肥力的重要因素[12]。传感器节点根据应用的需要布置在农田土壤中不同区域，用于采集影响土壤肥力的信息，包括土壤的水、肥、气、热等肥力因素等，这些和土壤肥力密切相关的因子随着气候、地理、水文等自然环境条件的变化以及农业生产活动的影响，不断地产生变化，这些变化对农作物的生长发育有利有弊。无线传感器网络中的传感器节点获取的土壤肥力因子信息，通过无线网络传送到监控中心，由监控中心进行收集汇总和实时分析后发送给观察者或决策者。在无线传感器网络中，维持良好的拓扑结构能够提高路由协议和MAC协议的效率，为网内数据处理、时间同步和定位等很多方面提供技术支持，有利于延长整个网络的寿命[13]。采用上述体系结构并结合无线传感器网络技术，可以智能化、自动化地为用户提供直观明了的土壤肥力信息和分析处理结论，使用户掌握土壤肥力因子的动态变化，及时预测和调控，对土壤的物理环境、化学环境和养分环境作出及时有效的改变，使土壤肥力水平与作物的生长需求处于协调一致的状态，为农户科学合理施肥提供决策依据，使作物稳产、高产。

2.3 无线传感器网络应用于土壤肥力监测

土壤肥力监测即对土壤肥力水平和影响土壤肥力的因素进行观测，以了解和掌握其动态变化的过程。土壤肥力是影响作物生长的重要因素，对作物的生长起着决定性的作用。因此，在农田作业中，利用无线传感器网络技术是十分必要的。将无线传感器网络应用于土壤肥力监测，可实时、动态地测定土壤中养分和肥料的含量，从而有效地指导施肥，使肥料得到更高效的利用。传统土壤肥力监测大多为有线通信方式或仪器方式，实施过程繁琐，不利于变动和维护，且基于有线网络或仪器的方式因实施复杂、维护量大和成本较高等劣势，不容易大规模推广应用。随着计算机技术的广泛应用，机械系统设计的理论、方法和手段也随之发生一些重大变革[14]。无线传感器网络可以很好地避免传统土壤肥力监测存在的弊端，具有智能健壮、方便灵活、成本较低等优点。无线传感器网络（WSN）不但可以实现实时监测、感知和采集网络分布区域内监测对象信息，并对这些信息进行处理，而且可实时将信息通过无线的方式发送给用户[15]。

在农业生产活动中，农田土壤肥力信息的监测、采集与处理是不可或缺的重要环节，将无线传感器网络技术应用在土壤肥力监测，分布在农田土壤中的大量传感器节点通过无线通讯网络与汇聚节点进行信息交换，能很大程度地提高土壤肥力监测的实时性、可靠性，且实施成本较低廉，性价比高，维护简单，节点的扩展也非常容易，提高了农田作业中土壤肥力信息采集、监测的自动化程度。

3 结语

科学、合理地评价土壤肥力能够使人们更加了解土壤的本质，为指导施肥、改良土壤、调节农业生产结构、精准农业等提供科学依据，进而更好地利用现有的土壤资源[16]。对土壤肥力及其变化的监测是生态、环境、农业和水土保持等研究中的一项基础工作，无线传感器网络具有应用成本低、网络结构灵活、远程控制方便等特点，在信息动态监测方面有良好的应用，因此将无线传感器网络技术应用于土壤肥力监测中，可以实现对农田肥力信息的采集和实时有效监控，无线传感器网络技术必将在土壤肥力以及更大更广阔的农业领域中发挥越来越重要的作用。

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篇10

1.前言

生态建设和环境保护是21世纪人类共同关注的热门话题，也是世界各国政府和人民为之不懈努力解决的焦点问题。基本建设的快速发展与生态环境的不协调，导致了人类赖以生存环境的生态破坏，同时也制约了社会经济的可持续发展，对人类的生存和社会发展构成了威胁。因此，项目开发与环境保护兼顾是经济可持续发展的重大课题，在工程建设中合理利用资源、保护环境、美化环境，是我们必须正视和认真对待的问题。

公路、铁路、水利等工程建设与自然环境密切相关。其工程规模大、项目多、涉及面广，土石填挖工程形成的大量土石边坡，破坏了既有植被，对当地生态环境影响较大，以往通常采用单纯的工程防护，如浆（干）砌片石、喷锚防护等，这些工程措施都导致原有植被破坏、水土流失、滑坡、边坡失稳等一系列生态环境和工程问题。国家已经十分重视工程建设中的生态建设和环境保护，国务院下达了［2000］31号文件“关于进一步推进绿色通道建设的通知”，工程建设中的生态建设、环境保护已提上议程，这对整个工程建设的可持续发展战略的实施起到了推动作用。

2.边坡生态防护现状

近十多年来人们开发出了多种既能起到良好边坡防护作用，又能改善工程环境、体现自然环境美的边坡植物防护新技术，与传统的坡面工程防护措施共同形成了边坡工程植物防护体系。

根据不同的边坡土质条件，采用不同的施工方法和施工工艺可将边坡植物防护技术分为：①人工种草护坡；②平铺草皮护坡；③液压喷播植草护坡；④土工网植草护坡；⑤OH液植草护坡；⑥行栽香根草护坡；⑦蜂巢式网格植草护坡；⑧客土植生植物护坡；⑨喷混植生植物护坡。各类边坡植物防护技术的主要作用及应用条件各不相同。

2.1人工种草护坡

人工种草护坡，是通过人工在边坡坡面简单播撒草种的一种传统边坡植物防护措施。多用于边坡高度不高、坡度较缓且适宜草类生长的土质路堑和路堤边坡防护工程。具有施工简单、造价低兼等特点。但由于草籽播撒不均匀，草籽易被雨水冲走，种草成活率低等原因，往往达不到满意的边坡防护效果，而造成坡面冲沟，表土流失等边坡病害，导致大量的边坡病害整治、修复工程，使得该技术近年应用较少。

2.2平铺草皮护坡

平铺草皮护坡，是通过人工在边坡面铺设天然草皮的一种传统边坡植物防护措施。具有施工简单、工程造价较低等特点。适用于附近草皮来源较易、边坡高度不高且坡度较缓的各种土质及严重风化的岩层和成岩作用差的软岩层边坡防护工程，是设计应用最多的传统坡面植物防护措施之一，但由于施工后期养护管理困难，平铺草皮易被冲走，且成活率低，工程质量往往难以保证，达不到满意的边坡防护效果，而造成坡面冲沟，表土流失、坍滑等边坡病害，导致大量的边坡病害整治、修复工程。近年来，由于草皮来源紧张，使得平铺草皮护坡的作用逐渐受到了限制。

2.3液压喷播植草护坡

液压喷播植草护坡，是国外近十多年新开发的一项边坡植物防护措施，是交草籽、肥料、粘着剂、纸浆、土壤改良剂上、色素等按一定比例在混合箱内配水搅匀，通过机械加压喷射到边坡坡面而完成植草施工的。其特点是：①施工简单、速度快；②施工质量高，草籽喷播均匀发芽快、整齐一致；③防护效果好，正常情况下，喷播一个月后坡面植物覆盖率可达70%以上，二个月后形成防护、绿化功能；④适用性广；⑤工程造价低。目前，国内液压喷播植草护坡在公路、铁路、城市建设等部门边坡防护与绿化工程中使用较多。

2.4土工网植草护坡

土工网植草护坡，是国外近十多年新开发的一项集坡面加固和植物防护于一体的复合型边坡植物防护措施。该技术所用土工网是一种边坡防护新材料，是通过特殊工艺生产的三维立体网，不仅具有加固边坡的功能，在播种初期还起到防止冲刷、保持土壤以利草籽发芽、生长的作用随着植物生长、成熟，坡面逐渐被植物覆盖，这样植物与土工网就共同对边坡起到了长期防护，绿化作用，土工网植草护坡能承受4m/s以上流速的水流冲刷，在一定条件下可替代浆（干）砌片石护坡。目前，国内土工网植草护坡在公路、堤坝边坡防护工程中使用较多，铁路部门相对较少。

2.5OH液植草护坡

该项技术是国外近十多年新开发的一项边坡化学植草防护措施。它是通过专用机械，将新型化工产品HYCEL_OH液用水按一定比例稀释后和草籽一起喷洒于坡面，使之在极短时间内硬化，而将边坡表土固结成弹性固体薄膜，达到植草初期边坡防护目的，3～6个月后其弹性固体薄膜开始逐渐分解，此时草种已发芽、生长成熟，根深叶茂的植物已能独立起到边坡防护、绿化双重效果，具有施工简单、迅速，不需后期养护，边坡防护、绿化效果好等特点。尽管OH液植草护坡具有理想的边坡防护、绿化效果，但由于该技术所用的这种HYCEL_OH液还末能实现国产化，使得其工程造价较高综合造价达40元/m2左右，故目前还无法推广应用。只是在京九铁路等个别工点进行了尝试性试验。

2.6行栽香根草护坡

香根草是近十多年才被人们“重新发现”的一种禾本科植物，具有长势挺立，在3～4月内可长成茂密的活篱笆；根系发达、粗壮，一年内一般可深入地下2～3m；根系抗拉强度大，达75MPa，耐旱、耐涝、耐火、耐贫瘠、抗病虫、适应能力极强等特点。行栽香根草护坡就是在土质边坡上行栽香根草进行边坡防护的一种工程措施，该技术充分利用了香根草的优良特征，具有显著增强边坡稳定性和理想的固土护坡功能，大有取代传统片石护坡之趋势。目前国内应用较少，还有待于在公路、铁路、堤坝、城市建设等边坡防护工程中进一步试验推广。

2.7蜂巢式网格植草护坡

蜂巢式网格植草护坡，是一项类似于干砌片石护坡的边坡防护技术。是在修整好的边坡坡面上拼铺正六边形混凝土框砖形成蜂巢式网格后，在网格内铺填种植土，再在砖框内栽草或种草的一项边坡防护措施。该技术所用框砖可在预制场批量生产，其受力结构合理，拼铺在边坡上能有效地分散坡面雨水径流，减缓水流速度，防止坡面冲刷，保护草皮生长。这种护坡施工简单，外观齐整，造型美观大方，具有边坡防护、绿化双重效果，工程造价适中，略高于浆砌片石骨架护坡，该技术多用于填方边坡的防护。

2.8客土植生植物护坡

客土植生植物护坡，是在边坡坡面上挂网机械喷填（或人工铺设）一定厚度适宜植物生长的土壤或基质（客土）和种子的边坡植物防护措施。该技术的特点是可根据地质和气候条件进行基质和种子配方，从而具有广泛的适应性，多用于普通条件下无法绿化或绿化效果差的边坡。由于客土可以由机械拌和，挂网实施容易，因此施工的机械化程度高，速度快，无论从效率和成本上都比浆砌片石和挂网喷砼防护要优越，而且植被防护效果良好，基本不需要养护即可维持植物的正常生长。该技术在公路边坡防护中已被大量应用，在日本等国家已经被作为边坡绿化的常规方法加以应用。

2.9喷混植生植物护坡

喷混植生植物护坡，是在稳定岩质边坡上施工短锚杆、铺挂镀锌铁丝网后，采用专用喷射机，将拌和均匀的种植基材喷射到坡面上，植物依靠“基材”生长发育，形成植物护坡的施工技术，具有防护边坡、恢复植被双重作用，可以取代传统的喷锚防护、片石护坡等圬工措施。该技术使用的种植基材由种植土、混合草灌种子、有机质、肥料、团粒剂、保水剂、稳定剂、PH缓解剂和水等组成，其种植基材的配方是成功的关键，良好的配方能够达到在陡于1∶0.75的岩质边坡上既具备一定的强度保护坡面和抵抗雨水冲刷，又具有足够的空隙率和肥力以保证植物生长。该技术已广泛应用于铁路、公路、水利等各类岩石边坡绿化防护工程。

3.边坡绿化工程中的难点问题

随着边坡植物防护技术的推广应用，各类边坡植物防护技术已发展成为公路、铁路绿色通道建设中的重要组成部分，但也存在一些难点问题。

3.1边坡植草的退化

在公路、铁路等工程建设中，其边坡绿化防护上投入的资金比例较低，在低投入、低养护或无养护情况下，边坡草坪处于自生自养状态，极易退化、死亡。因为人工种植草种生长较弱、品种单一，随着时间的增长，在养分水分供应较差的边坡上都会呈现不同程度的草坡退化现象，这是一个十分突出和严重的问题，若草被退化得不到解决，不仅造成重复建设、资金浪费，而且起不到边坡绿化防护效果，最终可能会引起水土流失、坡面坍塌等许多不良后果。

3.2喷播时的植物种子配比与最终植物状态

在较短的时间内把开挖的边坡恢复到自然状态，施工者将面临：①植物种子的配比如何确定；②如何考虑当地自生优势群落的结构特点进行种子配比；③如何确定喷播时的植物配比与最终形成的植物群落之间的动态关系。只有对这些问题作详尽的调查研究分析，才能正确指导施工，否则边坡的植物生长将无法实现人工强制绿化向原始植物群落的顺利演替。

3.3干旱对土体很薄的坡面植物构成威胁

开挖后的岩石边坡，岩石层厚、整体性好，坡体高陡，对边坡进行植物绿化后，随着时间的增长，秋冬季干旱、夏伏季炎热，土体养分逐渐流失，土壤肥力降低，如何解决边坡呈现的无土、缺水、缺肥的状态及边坡植被面临的干、热威胁，这将直接影响到边坡最终的绿化效果和生态效益。

4.边坡绿化工程可持续发展的着眼点

可持续发展，是指在人类与自然和谐的前提下，不断提高人类的生活质量和环境承载能力，满足当代人的需求又不损害对子孙后代的需求；满足一个区域或一个国家的需求面又不损害其他区域或国家的需求。根据可持续发展内涵的要求，边坡绿化工程中应着眼于与自然环境（生态系统）的协调性和环保生态功能，结合目前国内边坡绿化防护工程现状及问题，提出以下对策与建议。

4.1注重边坡生态防护的设计与资金投入

在公路、铁路设计与建设中，人们常将设计重点和大量资金放在它的工程功能及安全功能上，而生态功能的设计与投资力度不足，生态防护工程往往采取低价中标的方式，这种低投入、低质量的恶性循环，使边坡生态环境发展不够好，抗灾能力不强等。应建立和加大公路、铁路边坡建设、养护和生态环境保护的专项资金，在设计上要深入细化，根据不同气候条件、不同环境、不同区域结合具体情况单独设计，注重落实边坡的生态环境保护方案。

4.2边坡植草退化的防治技术

防治边坡草被退化的重要措施就是乔灌草相结合，尽量模拟出当地的植物群落结构，走向本地化。实际上国外已经开始流行以乔灌木为主的绿化方式。天然植被一般都是草木混生的，在较高的贫瘠土质或石质边坡上，采用草灌结合的客土喷播或喷混植生技术施工，可以将草种和灌木树种进行混播，早期以草坪防护为主，后期以灌木防护为主，构建乔灌草立体防护生态体系，达到恢复自然植被的目的。植物种子的选择及配置应走本地化的道路，以地带性植被、乡土植物为基调，适当引进适于本地生长条件的野生植物和外地植物。同时也应考虑浅根植物和深根植物的结合、豆科植物与非豆科植物的结合，还要尽可能配置抗逆性强的植物和水、肥、光、热利用率高的植物，这样才能使植物更能适应当地气候与自然植被融为一体，建设一个具有生物多样性的稳定的、生命力强的立体生态群落。

4.3积极引进开发边坡生态防护新技术

边坡绿化工程中的难点问题，是对边坡生态防护可持续发展和环境科学技术的挑战，边坡生态防护技术涉及到工程力学、生物学、土壤学、肥料学、园艺学、环境生态学等学科，必须不断在这些理论领域有所突破，积极引进开发新材料、新工艺及配套施工机械设备，充分吸收新的科研成果、先进技术和工程施工经验，注重国际和行业间的技术交流与合作。总之，提高边坡生态防护技术的科技含量，是边坡绿化防护工程成败的重要环节。

目前在边坡绿化防护工程中，液压喷播、客土喷播、喷混植生是具有典型生态防护施工技术；在边坡绿化养护工程中，滴灌、渗灌、注水根灌、插管根灌、膜孔灌等是具有节约水资源、提高成活率、促进草灌木植物生长的灌溉技术；在土壤肥力方面，ABT生根粉、菌根菌、农菌及各种微生物肥料的应用，具有促进植物生根、生长和发育，提高植物的生理机能和抗逆性。在这些新技术的应用过程中，还有许多问题和工艺需要探讨、改进，使其成本更低、操作更为简单、效果更好。随着边坡生态防护各项科研技术的不断深入，其各项新技术新工艺的应用将日趋完善和成熟。

5.结论

①在边坡植物绿化防护施工措施中，根据目前的国情、机械化施工程度、适用性、经济性和质量效果比较，液压喷播、客土喷播、喷混植生是具有典型生态防护施工技术，符合边坡绿化工程可持续发展的理念，值得普遍推广应用。

②正确的决策必须建立在相关科学研究的基础上，在边坡生态防护方面，针对难点问题有必要开展系列研究，加大这方面的科研投入，积极引进先进的技术和设备，鼓励和扶持施工企业朝生态防护专门化队伍方向发展，为彻底解决边坡生态防护可持续发展问题提供坚定的基础。