摘要：煤炭资源型城市碳足迹与碳承载力的动态变化在区域尺度上反映了碳平衡状况。具体到土壤腐殖质的动态变化，则在微观尺度上体现了土壤有机碳库的分解与转化状况。基于淮南市某采煤沉陷生态修复区的现场调查，室内模拟复垦土壤底部矸石释放气热过程，探究表土腐殖质对气热梯度的响应机理，进一步认识采煤沉陷区复垦土壤碳库稳定性及其转化与循环。主要研究结果如下:
　　(1)2005-2016年，淮南市碳足迹年均增长4.20％，碳承载力年均增长9.10％。淮南市对安徽省碳足迹的贡献率由2005年7.25％减小至2016年5.84％，碳承载力由2005年0.71％增加至2016年2.07％。人均净碳足迹、碳足迹密度、碳足迹强度及碳压力指数均高于安徽省同期水平，但差距有不断缩小的趋势。可见，淮南作为煤炭资源型城市，碳减排成效显著，但压力仍然较大。此外，区域采煤沉陷区不断扩大，这可能会对区域碳承载力产生一定的影响，对区域产业发展和土地规划调整提出了新的要求和挑战。
　　(2)修复区表土水溶性物质(WSS)相对富足，胡敏酸(HA)、富里酸(FA)、胡敏素(HM)相对不足。土壤剖面HE以HA为主，对照区土壤剖面以FA为主且FA由有机层向矿质层转移。PQ和HA的E4/E6结果表明，覆土厚度较厚区域土壤腐殖化程度大于覆土厚度较薄区域。腐殖质组分之间具有较显著的相关性。土壤理化性质与水溶性物质具有显著的相关性，而与腐殖质其他组分相关性不显著。覆土厚度过薄会增加表土的温度敏感性，从而影响土壤呼吸和矸石基质化学氧化释放气热的过程。
　　(3)底部供给CO2显著提高了土体剖面分布的C02浓度，在重构土体剖面形成气体梯度，下层C02浓度高于上层。不同供气处理条件下，表土腐殖质组分变化趋势相对一致。WSS在试验过程中变异性较大，这种波动性可能与表层土壤干湿交替有关。HA和FA氧化分解显著，HM有所增加，可能存在HA和FA向HM转化。底部供气处理抑制了HA和FA的分解，这种抑制作用在实验结束时减弱或消失。底部供气一定程度上抑制了剖面土壤微生物活性，然而并未影响到表土微生物活性。在试验过程中，土壤腐殖化程度增加，但HA分子简单化。总体来看，底部供气对表土腐殖质氧化的影响规律不明显。
　　(4)在底部供热条件下，重构剖面形成了由底部及表层逐渐降低的温度梯度。表层土壤温度受底部供热的影响较低。WSS、HA、FA变化趋势相对一致，而组分HM则较为稳定。底部供热条件促进了表土腐殖质组分的分解，同时这种促进作用程度也受到土壤中未分解或半分解动植物残体、试验周期和土壤水分条件的影响。总体来看，底部供热对表土腐殖质氧化的影响规律不明显。

摘要：在我国采煤地区，存在着大面积的煤矸石充填采煤塌陷生态修复区。据不完全统计，仅淮南矿区就有超过300hm2。由于煤矸石理化性质与表层土壤存在显著差异，受矸石层的影响，重构土壤水气热运动过程则更为复杂，这对修复区生态系统起着至关重要的作用，进而影响修复区的修复效果。然而，目前对煤矸石水力学、热力学及导气特性和重构土壤水气热运移这方面的研究还十分欠缺。因此，文中系统地对煤矸石的水力学参数、热扩散系数、导气率进行了测定，并设计了一种重构土壤水气热耦合运移室内模拟系统对重构土壤剖面水气热状况进行监测，深入探讨重构土壤水气热运移规律。这不仅可以增加复垦土壤的安全性并提高土壤熟化技术，为土壤碳固定或碳隔离奠定基础，并且可以深化特殊层状土壤水气热运动特征机制的认识，为类似层状土壤研究提供理论依据和实验基础。本文得出的主要结论如下:
　　(1)煤矸石水力学、热力学及导气特性与土壤存在显著差异。煤矸石的饱和含水量远低于一般土壤，在6.90％～16.40％左右，而煤矸石的饱和导水率、热扩散系数和导气率均大于土壤。煤矸石的饱和导水率随容重的增加明显降低，当容重从1.8增加到2.2g/cm3时，饱和导水率从0.249降到0.017mm/min。导气率对水分的敏感度与土壤相反，随含水量的增加而增加。
　　(2)在煤矸石充填重构土壤中，矸石层会阻碍土壤层水分的入渗，增加土壤层的持水能力。通过定量分析覆土厚度对表层土壤温度变幅的影响和表土、填充基质与其重构土壤间导气率的关系，建立了矸石层对表层土壤的温度影响系数(Tc)和重构土壤导气率计算模型。另外，CO2气体在重构土壤中扩散时会受到土壤层的阻碍，导致气体在矸石层及层间界面累积。
　　(3)Hydrus-1D软件能够较好地模拟重构土壤剖面含水量分布，但是无法准确地模拟水分入渗过程。受矸石层的影响，水分入渗受阻并在层间界面累积，导致重构土壤水分入渗实际过程比模拟过程存在明显的滞后性，使得现有的水流理论不能很好地描述重构土壤的水分入渗问题。
　　(4)通过重构土壤水气热耦合运移装置底部的加热系统模拟煤矸石氧化释热过程，当煤矸石氧化放热时会在重构土壤中形成稳定的温度梯度。在温度梯度的作用下，重构土壤中的水分会从底部向上运动，导致底层含水量明显降低，而其他层的含水量均明显上升。温度和含水量均会影响重构土壤气体的扩散，但温度梯度的增加会削弱含水量对气体扩散的影响。

摘要：水位变动是边滩土壤气体释放的重要限制性因子，调控着地球系统碳循环和气候变化。三峡库区水位变动如何影响库区边滩土壤气体的释放过程急待研究。本论文就三峡库区澎溪河下游水位消退期土壤气体浓度和释放速率时空分布特征及其与水体指标、土壤理化性质间的相关性进行了分析，初步明确了影响三峡库区边滩土壤气体释放过程的关键因子。所得结论如下:
　　(1)三峡库区水情特征:其主要受长江上游及库区支流来水量的综合影响。库区腹心区域水情变化与支流流量变化趋势大致相同，但二者水位变化呈相反趋势:汛期干流水位较低、支流水位相对较高，而枯水期则相反。同时，当水库于秋冬季蓄水时，库区腹心乌江及末端嘉陵江支流的水位受回水影响呈上涨趋势。
　　(2)三峡库区水位消退情形下，边滩土壤CO2浓度与释放速率存在高度正相关性，两者时空变化趋势基本保持一致性，说明土壤CO2浓度对其释放速率具有强烈的调控作用。在月尺度上，随着水位的逐渐消退，近水层土壤CO2浓度及气体释放速率均随海拔降低而逐渐升高。同时，土壤CO2浓度及其释放速率均在1月末170.5m处出现最小值，同样在3月末均出现最大值。当水位降低至最低库区水位时，165.7m及以下自然地段土壤CO2浓度及气体释放速率显著高于临时性耕地区。
　　(3)三峡库区水位变动情形下，对影响土壤气体释放速率的重要因素进行系统聚类分析。结果显示，影响因素可分为2类:土壤理化性质特征类（土壤含水率、营养盐、铵态氮、有机碳及重金属）和外界条件类（温度）。进一步细分，可分为5类，分别为土壤含水率、氮磷钾营养盐、有机碳、重金属及温度。
　　(4)相关分析表明，土壤气体释放速率与各影响因子的非线性相关性高于线性相关性，其中与有机碳含量及土壤含水率的相关性最高，其次为温度、重金属、营养盐等影响因子，且与重金属的相关关系为负。研究表明:当温度介于20～25℃之间、土壤含水率在30％左右时，土壤气体释放速率能保持较高值;而当边滩土壤中的有机碳含量较高时，土壤气体释放速率反而显著降低。
　　(5)因子分析表明，众多影响因素可合并为两个主成分，即表征土壤重金属条件的主成分1和表征土壤营养条件的主成分2。计算了因子分析函数F1和F2，并拟合土壤气体释放速率与F1和F2之间的非线性曲线。结果表明，营养成分对土壤气体释放速率的影响更强。综合考虑，限制性因子主要为土壤含水率和温度，其余指标能较好的说明土壤气体释放的变化情况。

摘要：秸秆还田是一项重要的农艺措施，能向土壤提供丰富的养分元素，促进土壤微生物的生长繁殖，从而影响土壤温室气体的产生和有机质的矿化。
　　团聚体对土壤中的有机质有保护作用。有机质的保护作用因不同粒级团聚体性质的不同而差异显著。不同粒级团聚体在添加秸秆后有机质的矿化作用可能会不同，这会进一步影响到土壤的C、N循环，从而影响土壤温室气体排放。
　　为了探究秸秆对土壤温室气体排放和DOC组分变化的影响，本研究分别选取红壤水稻土和5种有机质浓度不同的土壤作为研究对象，设计室内培养试验，研究秸秆添加条件下，温室气体排放试验研究和土壤可溶性有机碳(DOC)组分变化表征实验。主要的研究结果如下:
　　(1)秸秆添加显著增加了CH4和CO2的排放通量和累积排放，对N2O的排放有显著抑制效果。相关性分析表明，CH4和CO2的排放通量和土壤中DOC呈正相关关系，而与土壤中的NH4+-N、NO3--N以及WEN的浓度呈负相关关系。而N2O的排放通量和WEN浓度呈正相关，与土壤中NH4+-N、NO3--N、DOG浓度呈显著负相关关系。DOC和NO3--N对土壤CH4、CO2和N2O排放影响最大。高C/N秸秆的添加刺激了土壤中微生物的活动，产生了激发效应，使土壤原有机质的矿化加强、DOC和矿质氮的浓度也增加。
　　(2)通过筛选特征波数变量，运用偏最小二乘回归法统计模型可建立红外光谱表征土壤可溶性有机碳的模型，结果表明红外光谱吸光度与土壤可溶性有机碳浓度之间是存在内在联系的。中红外光谱结合偏最小二乘回归法得到的土壤可溶性有机碳模型决定系数可以达到O.966。
　　(3)由三维荧光光谱法得到的DOC特征荧光光谱参数包括荧光指数(FI)、腐殖化指数(HIX)、自生源指标(BIX)等均从不同角度均说明了该试验研究土壤中的DOC主要来源是微生物。类酪氨酸和类腐殖酸在5种组分中占的比例较大，并且在培养过程中变化的比例也比较大。秸秆很大程度上促进了类腐殖酸、芳香族蛋白质Ⅱ、类富里酸物质的积累，也促进了类溶性微生物代谢产物和芳香族蛋白质Ⅰ的降解。

摘要：为有效评估转基因生物释放到土壤环境中的生态安全性，需要全面了解土壤细菌发生自然转化的可能性。本文以土壤典型细菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和常见的三种粘粒矿物（高岭石、蒙脱石和针铁矿）及不同比例的矿物-腐殖酸复合体为材料，同时引入B.subtilis重要的感受态调控信号分子CSF(competence and sporulation stimulating factor)，探究了三种粘粒矿物及其与CSF的互作对B.subtilis自然转化的影响，结合矿物表面固定态质粒的转化能力和矿物对细菌代谢活性的影响结果，解释矿物影响B.subtilis自然转化的可能内在机制。并初步探究了不同比例的矿物-腐殖酸复合体及与CSF互作对B.subtilis的自然转化效率的影响，分析腐殖酸对B.subtilis自然转化的作用。获得如下主要结果:
　　1.制备了三种矿物表面吸附态质粒pHTG，与游离态质粒同时转化B.subtilis细胞。发现吸附在三种矿物表面的质粒pHTG仍然具有转化B.subtilis的能力，与游离态质粒相比转化效率降低。固定在针铁矿表面的质粒转化效率下降得最多，而蒙脱石和高岭石固定态质粒的转化效率下降得较少，表明针铁矿结合的质粒的转化活性最低。
　　2.研究了不类型和浓度的矿物对B.subtilis的自然转化的影响，同时比较了CSF与三种不同矿物相互作用后B.subtilis的自然转化情况。发现不同类型及浓度的矿物对B.subtilis的转化有不同的影响，较低浓度矿物条件下细菌的转化能力由高到低的顺序是高岭石＞针铁矿＞蒙脱石，而高浓度条件下的顺序是针铁矿＞蒙脱石＞高岭石。CSF与不同类型及浓度的矿物相互作用后对B.subtilis的自然转化效率的影响也不同，是因为矿物可通过影响信号分子CSF的生物有效性进而影响B.subtilis的转化。本研究认为当矿物浓度较低时，B.subtilis转化受到矿物对质粒DNA吸附和感受态形成的影响，而在较高浓度矿物存在条件下，矿物对B.subtilis转化的影响更多的是矿物与胞外信号分子互作对细菌感受态的影响，表明土壤颗粒与细菌感受态形成相关因子的互作是影响细菌自然转化的重要因素。
　　3.研究了三种矿物不同比例的矿物-腐殖酸复合体及其与CSF相互作用对B.subtilis自然转化的影响，初步分析了腐殖酸对B.subtilis自然转化的作用。发现与纯矿物相比，三种矿物与腐殖酸结合后对B.subtilis自然转化都有不同程度的促进作用，促进程度受到腐殖酸含量的影响。
　　上述结果有助于我们了解土壤组分对B.subtilis自然转化效率的影响，为评估工程菌在环境中应用的生态风险提供理论参考。

摘要：近年来，随着人们生活水平的不断提高，蔬菜在我国居民食物中的占比越来越高。随着蔬菜需求量逐渐增加，大量的稻田被转变为蔬菜种植，并已成为了一种常见的农业土地利用转变方式。稻田转菜地虽然提升了经济效益，但同时也带来了一系列的生态环境问题。菜地具有复种指数高、施氮量大和灌溉频繁等特点。这些管理措施对土壤肥力、有机碳矿化和温室气体排放等方面都具有十分重要的影响。然而，稻田转为菜地如何影响生态系统碳平衡和温室气体排放？特别是这种影响在稻田转为菜地后的不同时间阶段是否存在差异，目前并不是很清楚。为此，有必要研究稻田转为菜地后生态系统碳平衡和温室气体排放特征及其演变过程，全面深入理解农业土地利用方式转变所引起的环境问题，为实现农业可持续发展和减缓温室气体排放等相关政策的制定提供理论依据和有效的农田管理措施。
　　本研究在位于湖南省长沙县的中国科学院长沙农业环境观测研究站选取了6块长期种植水稻的双季稻田（早稻-晚稻-休闲），随机选取其中的3块水稻田排水落干，并将其转化为菜地，剩余的3块稻田作为对照继续种植双季稻。每块稻田和菜地一分为二，设置两种施氮肥处理:不施加氮肥和常规施氮肥处理，每个处理设置3个重复。对稻田和由稻田转变的菜地的生态系统碳平衡(NECB)相关指标、土壤温室气体（CO2，CH4和N2O）排放、土壤可溶性有机碳(DOC)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)和相关环境因子连续监测4年。得出的主要研究结果如下:
　　1.稻田转菜地显著提高了土壤有机碳矿化的温度敏感性，加速了土壤有机碳矿化过程。与稻田生态系统相比，稻田转为蔬菜种植后碳输入量减少了44％-52％，土壤有机碳矿化量增加了46％-59％,引起了大量的土壤碳损失(2.6-4.5MgC ha-1yr-1)。土壤碳损失量在稻田转为蔬菜种植的第1年最大，后续3年逐年降低。氮肥施加促使稻田由弱的碳源变为碳汇，同时也减缓了稻田转为蔬菜种植引起的土壤碳损失强度。
　　2.稻田CH4排放有明显的季节性变化规律:水稻生长季CH4排放通量高，休闲季CH4排放通量低。水稻生长季CH4排放量占全年总CH4排放量的94％-99％。土壤NH4+-N、温度和水分含量是稻田CH4排放季节性变化的关键驱动因子，在整个观测期可以解释稻田CH4排放通量季节性变化的70％。净初级生产力是控制稻田CH4排放年际变化的关键因子:水稻净初级生产力越高，稻田年CH4的排放量越大。
　　3.稻田转菜地显著降低了CH4排放，降低量为稻田CH4排放量的96％-97％。稻田转菜地对CH4排放的影响具有时间滞后效应:菜地第1年的CH4排放强度显著高于后续3年。氮肥施加对稻田和菜地的CH4排放无显著影响。
　　4.稻田转为蔬菜种植引起了大量的N2O排放，特别是在转变的第1年。菜地N2O排放的年际变化和蔬菜净初级生产力的年际变化密切相关。菜地N2O排放主要集中在夏季土壤温度高于20℃的时段。而在此时间段内，土壤硝态氮和含水率是控制菜地N2O排放的关键因子，反硝化过程是菜地N2O产生的主要途径。在4年观测期间，菜地N2O排放通量和土壤异养呼吸速率呈现显著正相关关系。而且，菜地土壤异养呼吸对其N2O排放通量变化的影响在第1年高于后续3年。这些研究结果表明稻田转为蔬菜种植后，特别是在转变初期，有机质矿化过程对菜地N2O排放有重要贡献。因此，需要重新评估农业土壤N2O排放因子，慎重考虑土地利用方式转变过程中土壤有机质矿化对N2O排放的贡献。
　　5.在100年尺度CO2当量下，稻田转为蔬菜种植的第1年，增加的土壤碳损失量和N2O排放量高于减少的CH4排放量，导致菜地的综合增温潜势相对于稻田增加了116％-395％。然而，稻田转为蔬菜种植的第2-4年，减少的CH4排放量完全抵消了增加的土壤碳损失和N2O排放量，使菜地的综合增温潜势和稻田相比无显著差异。氮肥施加显著增加了CH4对稻田综合增温潜势的贡献率，但对稻田的综合增温潜势的影响不显著。稻田转为蔬菜种植的第1年，氮肥施加引起的菜地N2O排放的增加量高于菜地土壤碳损失的减少量，从而增强了综合增温潜势对稻田转菜地的响应。以上这些研究结果表明稻田转菜地对综合增温潜势的影响主要集中在该土地利用方式转变的第1年。
　　综上所述，稻田转为蔬菜种植引起了大量的土壤碳损失，碳损失强度逐年减弱。氮肥施加缓解了稻田转菜地引起的土壤碳损失量。稻田转菜地显著增强了N2O排放，降低了CH4排放，同时增强了菜地第1年的综合增温潜势。稻田CH4和菜地N2O排放的年际变化和生态系统净初级生产力的变化密切相关。土壤有机质矿化过程对菜地N2O排放有重要贡献。这些研究结果表明在评价土地利用方式转变所引起的环境效应时，应该关注转变初始阶段的生态系统碳平衡和温室气体排放特征，及时采取有效的固碳减排措施，缓解土地利用方式转变引起的土壤碳损失和温室气体排放，实现环境友好型农业可持续生产。

摘要：我国南方红壤分布区，年均降雨量大，土壤淋溶作用较强，且铝毒害严重，是主要的酸雨分布区。生物炭具有提高酸性土壤pH，增加土壤肥力，缓解土壤铝毒的作用。自然状态下存在的生物炭较为稳定，但是施入土壤中的生物炭在降雨淋洗和酸雨的浸泡下会发生老化作用。近年来，人们主要关注生物炭改良土壤和促进作物生长这些方面，对生物炭老化以及其老化后对土壤改良和作物生长后效的研究较少。因此，本研究通过水洗和酸化两种方法对花生壳生物炭进行模拟老化试验，并利用元素分析仪、扫描电镜(SEM)、X射线衍射光谱分析仪(XRD)和傅立叶红外光谱分析仪(FTIR)研究生物炭老化前后的理化性质及结构差异。并将原生物炭(Primary biochar，PB)、水洗老化生物炭(Washing biochar，WB)和酸化老化生物炭(Acidulated biochar，AB)与酸性红壤进行充分混合培养，研究生物炭缓解土壤铝毒，提高土壤养分的后效，并通过种植小白菜，研究生物炭促进作物生长的潜力。获得主要以下研究结果:
　　(1)生物炭经老化处理后pH值均下降，且酸化生物炭比水洗生物炭的下降程度大;另外，WB的O/C和(O+N)/C分别下降了8.89％和10.42％，而AB的O/C和(O+N)/C却升高了11.11％和14.58％，表明生物炭老化后其亲水性和极性发生改变;且WB和AB的碱性元素总量分别比原生物炭下降了26.53％和88.76％，说明生物炭老化后有较多的碱性元素被释放。
　　(2)与原生物炭相比，生物炭水洗老化后表面较平整且微孔结构保持完好，而酸化老化后表面较粗糙、微孔结构严重破坏。生物炭老化后，其表面Al2SiO5和SiO2晶体的含量均明显下降;与PB相比，WB新增加了1166cm-1和1082cm-1特征峰2个;而AB新出现了1705cm-1、1622cm-1和1546cm-1特征峰3个，并减少了466cm-1这个振动峰，且其他特征峰的吸光度较原生物炭整体降低，说明生物炭在老化过程中其含氧官能团增加，而其它官能团数量和表面的晶体含量都有所减少。13C-NMR光谱分析可知，和原生物炭相比，水洗老化生物炭的图谱没明显差异，而酸化老化生物炭图谱差异较大，生物炭老化后脂肪族碳和羧基碳增加，而芳香族碳却有所减少。
　　(3)较CK（不添加生物炭）处理，老化生物炭可以增加土壤速效钾和有机质的含量;PB和WB处理的红壤pH分别上升了0.17和0.16个单位，而AB处理红壤的pH却降低0.44个单位;PB和WB处理的红壤交换性酸总量分别下降70.08％和34.84％，而AB处理的红壤交换性酸总量却升高18.24％，说明老化生物炭不能有效的降低土壤中活性酸和潜在酸的含量，且酸化老化生物炭甚至会加剧土壤的酸化。
　　(4)较CK而言，PB和WB处理的红壤中腐殖酸铝、胶体铝离子和单聚体羟基铝离子的含量分别增加了8.59％和2.87％、20.17％和14.46％、101.65％和32.92％，交换性Al3+含量却分别降低了81.87％和49.15％，而AB处理中交换性Al3+和胶体铝离子的含量升高了17.98％和20.67％，而腐殖酸铝和单聚体羟基铝离子的含量却降低了40.69％、49.79％，表明水洗老化生物炭仍可以使具有生物毒害性的Al3+含量下降，而酸化老化生物炭会增加Al3+的含量。进一步表明生物炭老化前后，不同形态的铝都会发生转化关系，使得土壤中各形态铝比例发生变化，但是腐殖酸铝和胶体态铝Al(OH)30仍然是活性铝存在的主要形态。
　　(5)生物炭能显著增加红壤速效钾、速效磷和有机碳含量，但生物炭老化后，对土壤速效养分增加的趋势减弱。虽然生物炭在老化后，弱化了土壤的改良效果，但是并没有对土壤官能团的种类和数量产生较大影响。同时，生物炭能促进小白菜的生长，降低小白菜体内的铝含量，缓解铝对小白菜的毒害。而其在老化后，不能有效地促进小白菜的生长，不能显著降低铝毒害。

摘要：重金属污染是影响我国粮食安全与生产、危害人民健康和限制社会可持续发展的重大障碍。近年来，我国土壤重金属污染事故时有发生，己引起政府和公众的广泛关注。铜是植物生长所需要的微量元素，但过量的铜会对植物生长产生危害。土壤是由矿物、有机物及微生物等固相组分组成的复杂体系，这些固相组分的数量、组成及表面特性等决定着重金属的化学行为、有效性和归宿。本研究选取红壤、褐土及黑土，添加秸秆或秸秆+工程菌(Pseudomonas putida X4/pIME)与土壤组分发生相互作用后输入外源铜，土壤培养24个月，每4个月取样1次。利用传统化学分析和现代仪器分析如同步辐射(C NEXAFS、SR-FTIR)等对土壤进行铜形态分析、有机碳含量及组成分析和铁氧化物含量的测定等。探究土壤组分互作及老化效应对外源铜在土壤组分上分布的影响，明确长时间尺度下Cu化学形态的动态变化过程。为不同类型土壤中铜污染的风险评估提供理论支撑。主要结果如下:
　　(1)考察了外源有机物、微生物进入土壤后对有机碳含量和组成的影响。秸秆、秸秆+工程菌分别显著提高了红壤、褐土和黑土中总有机碳、腐殖酸和可溶性有机碳含量;培养8个月内红壤、褐土及黑土中可溶性有机氮较对照处理分别下降4.1倍-7.2倍、0.6倍-1.3倍和1.6倍-7.9倍，可能是秸秆、秸秆+工程菌使微生物活性增强，大量消耗可溶性有机氮;随后可溶性有机氮在红壤和褐土中分别增加7.4％-170％和11.0％-160％。三种土壤中有机碳类型均以脂肪碳、羧基碳和烷氧碳形式存在，占总有机碳含量的60％以上。秸秆处理提高三种土壤中烷氧碳/脂肪碳比值;降低红壤中有机碳的芳香性，增强黑土中有机碳芳香性。黑土胡敏酸的C/O比在前16个月较对照增加，C/H比在培养的第16-24个月降低，说明秸秆使黑土胡敏酸脂肪性增加，芳香性降低。
　　(2)明确了铁氧化物含量变化及与有机物的相关性。红壤中游离铁含量最高，黑土中非晶型铁和络合铁含量最高。加入秸秆、秸秆+工程菌后显著降低三种土壤中非晶型铁含量。前20个月，非晶型铁含量在三种土壤呈增加趋势，在20-24个月含量降低。非晶型铁氧化物含量与各类型有机碳含量均呈极显著负相关(P＜0.01)。Fep/Fed在三种土壤中随时间逐渐增加，即铁氧化物在有机质上的络合程度增加。同步辐射红外实验的结果显示:三种土壤中粘粒矿物和铁氧化物与脂肪碳位置分布的相关性最高;秸秆促进红壤中有机碳与铁氧化物的结合，降低褐土中粘粒矿物、铁氧化物与有机碳的相关性;老化效应可提高红壤和褐土中有机碳与粘粒矿物、铁氧化物的相关性，黑土中结果相反。
　　(3)揭示了外源铜形态的动态变化过程。红壤中，铜主要以专性吸附态、腐殖酸结合态和铁锰氧化态形式存在，占总铜含量的73.7％-89.7％。褐土在培养后的4个月，铜以碳酸盐结合态和腐殖酸结合态形式存在，占到全铜含量的81.8％;此后，褐土中铜主要以碳酸盐结合态、腐殖酸结合态及铁锰氧化物结合态形式存在，占到总铜含量的83.6％-90.5％。黑土中腐殖酸结合态铜含量高达55.0％-73.9％。秸秆、秸秆+工程菌提高三种土壤中水溶态铜含量，可能是形成Cu与可溶性有机物形成络合物，增加了Cu的溶解性;降低交换态和专性吸附态/碳酸盐结合态铜含量。三种土壤不同处理中均为残渣态Cu含量随时间逐渐增加。
　　(4)得到铜移动性随时间的动态变化及秸秆、秸秆+工程菌在不同土壤中降低铜移动性可持续时间和效率最高时期。黑土中铜移动系数最低(6.4-9.2)，与黑土中高有机质含量和粘粒含量有关。铜的移动系数在三种土壤中均为前20个月逐渐下降，第24个月增加。可能原因是腐殖酸和非晶型铁氧化物含量在培养后的第24个月减小及铁氧化物在有机质上的络合程度提高。加入秸秆、秸秆+工程菌后均可以降低铜的移动性，且秸秆在红壤、褐土及黑土中促进铜移动性下降的效率最高时期分别为12个月、12个月和8个月;工程菌仅在红壤培养后8个月内对降低铜有效性的效率高于秸秆处理。秸秆、秸秆+工程菌在红壤、褐土及黑土中起作用的时间分别为16个月、24个月和大于24个月。
　　(5)提出了不同类型土壤铜形态的主控因素。土壤理化性质和各形态铜的多元线性逐步回归分析表明:培养第一年，红壤中有机碳是影响铜形态的主要因素，褐土中铁氧化物对于外源铜的分布起主要作用;培养第二年，影响红壤和黑土中外源分布的主要因素为铁氧化物，褐土中有机碳对外源铜形态起主要作用。

摘要：土壤中超过90％的微生物以生物膜的形式存在。生物膜可通过形成的胞外聚合物使其获得竞争性优势，如加强生物膜内微生物之间群体感应效应、帮助细胞在表面定殖、减少污染物的细胞毒性等。工业生产释放进入土壤以及土壤中天然存在的纳米颗粒(NPs)由于表面活性强，在土壤生物膜的形成、结构调控和功能发挥等方面具有重要作用。然而，目前对土壤中生物膜和NPs间相互作用及其功能的了解还相当欠缺，特别是从分子水平上对这些作用过程和机理的认识非常肤浅。因此，本课题选取外源工程NPs氧化锌(ZnO)和土壤纳米矿物赤铁矿(hematite)与代表性土壤细菌-恶臭假单胞菌，运用化学方法、微生物及分子生物学技术和借助现代仪器分析手段如激光共聚焦显微镜(CLSM)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、石英晶体微天平(QCM-D)、等温滴定微量热仪(ITC)、结构光照明超分辨显微镜(SIM)等，分析不同类型NPs与细菌相互作用的分子机理，探讨NPs对细菌生物膜形成、结构和功能的影响，明确生物膜中细胞对NPs响应的分子机制。主要研究结果如下:
　　(1)阐明了表面结合态腐殖酸(HA)介导下的赤铁矿纳米颗粒对恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）的细胞毒性机制。纯赤铁矿纳米颗粒能够显著抑制细菌的生长，其半致死浓度(24h-LC50)为23.58mg L-1，而表面结合HA后可以显著减轻赤铁矿的毒性，其复合体的最大LC50达到4774.23mg L-1，这一结果也在纳米颗粒对恶臭假单胞菌细胞活性相关基因的转录调控影响的实验结果中被证实。共沉淀实验和透射电子显微镜观察表明，表面结合态的HA阻碍了赤铁矿纳米颗粒对细菌细胞的粘附且限制了其发生内生化作用。与纯赤铁矿纳米颗粒相比，赤铁矿-腐殖酸复合体体系中胞内活性氧（ROS）的产生和氧化应激基因的表达受到显著抑制。减少粘附作用和抑制ROS的产生可能是HA减轻赤铁矿纳米颗粒毒性的主要原因。本研究还根据Derj aguin-Landau-Verwey-Overbeek(DLVO)理论模型评估了赤铁矿和细菌细胞膜之间的界面相互作用能，发现纳米颗粒与细菌细胞接触的机率越大则其细胞毒性越强，而纳米颗粒与细菌细胞膜间能垒越大则其对细菌的毒性越低。研究结果为更好地理解自然环境中细菌或细菌生物膜与矿物相互作用提供了有益的借鉴。
　　(2)揭示了细菌生物膜在形成过程中对工程纳米颗粒-ZnO NPs的响应机制及纳米颗粒的浓度效应。在低浓度阈值（0.5-30mg L-1）内的ZnO NPs能够显著促进细胞的生长和生物膜的形成，而高浓度的ZnO NPs(＞30mg L-1)显著抑制生物膜形成。CLSM分析结果表明，细菌细胞能够在0.5mg L-1的ZnO NPs表面大量定殖并形成生物膜，而在250mg L-1的ZnO NPs表面的细胞定殖和形成的生物膜生物量比纯细菌对照体系中生物膜生物量低11倍。0.5mg L-1的ZnO NPs体系中所测得的生物膜基质中蛋白质和糖含量的显著增加进一步证实了ZnO NPs的低浓度刺激效应。各处理中细胞生长和生物膜形成的显著差异也在细胞氧化应激以及生物膜形成相关基因表达的实验中得到了验证。0.5mg L-1的ZnO NPs能够刺激恶臭假单胞菌群体感应基因、脂多糖生物合成基因和抗生素抗性基因的表达;而500mg L-1的ZnO NPs高浓度暴露诱导产生了基因毒性并使得恶臭假单胞菌的抗氧化基因表达显著上调。
　　(3)考察了纳米颗粒(ZnO NPs)对细菌生物膜形貌和结构的影响。QCM-D结果显示，ZnO NPs暴露使得细菌生物膜厚度和粘弹性降低，粗糙度增加;且ZnO NPs能够加速成熟生物膜细胞发生解体。纳米颗粒作用后生物膜中细胞表面官能团浓度显著下降，细胞表面次级蛋白的结构也发生一定的变化。恶臭假单胞菌吸附在石英晶体表面后能够形成稳定的三维细胞集群结构，其生物膜内细胞呈紧密有序排列。而ZnO NPs显著抑制细胞向第三维度定向扩增，NPs表面附着的细胞分散且排列紊乱，很难形成完整的生物膜。

摘要：粘粒矿物是土壤中最为活跃的组分，在维持土壤肥力与养分循环中扮演重要角色，然而粘土矿物在土壤胶体不同粒径颗粒中的行为非常特殊，尤其在纳米颗粒(25-100nm)中。本研究以中国从北到南几种水平地带性土壤(北方的淋溶土(Alf1)、中部的淋溶土(Alf2)、老成土(Ult)和南方的氧化土(Oxl))为材料，研究土壤各粒级颗粒中(＜2000，450-2000，100-450，和25-100nm)粘土矿物的特征。采用电感耦合等离子发射光谱(ICP-OES)，传统和同步辐射X射线衍射(XRD)，红外光谱(FTIR)，热重分析(TG)，扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段分析不同粒径土壤颗粒的化学组成，确定粘土矿物的类型及演化特征。以更好了解中国水平地带性土壤颗粒中粘土矿物类型及结构的变化，探讨土壤颗粒中粘土矿物从宏观到纳米级的变化，揭示土壤成土因素对颗粒中粘土矿物转化的影响。结果表明:
　　1)从北到南，四种土壤中存在脱硅、富集铁铝的现象。随纬度的降低，土壤中2∶1型粘粒矿物的含量逐渐减少，而1∶1型粘粒矿物和铁氧化物的含量逐渐增加，并出现三水铝石。Alf1和Alf2土壤中粘土矿物为伊利石、蛭石、高岭石、以及痕量伊利石-蛭石和伊利石-高岭石混层矿物。Ult土壤中粘土矿物主要为高岭石和层间羟基矿物(HIV)，并含少量蛭石和伊利石。然而在Oxl土壤中主要含有高岭石，层间羟基矿物(HIV)和痕量伊利石。
　　2)随着颗粒粒径的减小，北方Alf1土壤的成土作用和脱硅富铝化作用逐渐减弱，而在中部Alf2和南方Oxl土壤中此变化规律反之。随着颗粒粒径的减小，北方Alfi土壤的硅铝率有所增加，而中部Alf2和南方Oxl土壤的硅铝率则明显降低。随着颗粒粒径的减小，北方Alf1土壤中1∶1型粘土矿物逐渐瓦解，而在中部Alf2和南方Oxl土壤中存在2∶1型粘土矿物向1∶1型粘土矿物转变的趋势。在北方Alf1和中部Alf2土壤中，＜2000nm、450-2000nm和100-450nm颗粒中存在伊利石向蛭石转化的现象。
　　3)随着颗粒粒径的减小，土壤中三八面体矿物减少，二八面体矿物增加。从北到南，土壤纳米颗粒中的粘土矿物由以伊利石为主逐渐转变为以高岭石为主。在南方地区三八面体矿物的风化作用显著加强。
　　4)与＜2000nm，450-2000nm和100-450nm颗粒相比，纳米颗粒中伊利石和高岭石的晶体结构无序程度更加明显。随着颗粒粒径的减小，四种土壤中粘土矿物的层状堆垛由良好的堆垛层转变为缺陷堆垛层。从北向南，晶体结构的无序性和粘土矿物的缺陷堆垛层逐渐减少，直至在南方土壤中变得不显著。
　　5)在粘土矿物的转化过程中，纳米颗粒中的层状硅酸盐矿物主要由大颗粒(450-2000nm、100-450nm和100-450nm)中的粘土矿物风化而来。从北向南，粘土矿物的演化序列为:伊利石→蛭石→HIV→高岭石→三水铝石。本研究中，土壤的成土因素可能对粘土矿物的转化有影响，其中气候因子的影响最显著。

摘要：细菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances，EPS)是细菌在其生长繁殖过程中所分泌的生物大分子聚合物质的总称，是自然环境中普遍存在的生物有机质。EPS与无机胶体之间的相互作用可以影响一系列的生物化学过程，如微生物粘附与生物膜形成、颗粒团聚和沉降、矿物溶解、生物浸矿和生物矿化等。本文以天然土壤粘粒矿物（蒙脱石、高岭石和针铁矿）、工程纳米颗粒（二氧化钛）和常见土壤细菌（恶臭假单胞菌，Pseudomonas putida;枯草芽孢杆菌，Bacillus subtilis）分泌的EPS为供试材料，在传统化学分析方法的基础上，综合运用激光共聚焦显微镜(CLSM)、DLVO理论、透射电子显微镜(TEM)、衰减全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)结合二维相关光谱(2D-CoS)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、近边X射线吸收精细结构光谱(NEXAFS)和动态光散射(DLS)等现代仪器分析技术，研究了EPS在土壤矿物表面的吸附行为与机制，以及不同环境条件下(pH、离子强度和离子价态等)，EPS对土壤矿物稳定性的影响。主要结果如下:
　　(1)基于激光共聚焦技术并同步结合化学吸附方法，阐明了恶臭假单胞菌EPS各组分（蛋白质、多糖和核酸）在蒙脱石、高岭石和针铁矿表面的选择吸附特性及内在机理。EPS中蛋白质组分主要吸附在蒙脱石和高岭石表面，而核酸组分主要吸附在针铁矿表面。由于EPS的表面特性和结构随pH增加而发生改变，使得EPS在矿物表面的吸附百分比随反应体系pH由3.0升高到9.0而逐渐降低。通过采用经典DLVO理论，拟合了不同pH条件下EPS与三种土壤矿物的相互作用力，发现EPS与蒙脱石和高岭石作用过程中，静电力起主要作用，而EPS与针铁矿作用过程中，静电力和配位键共同起作用。
　　(2)应用ATR-FTIR/2D-CoS技术，阐明了不同离子强度条件下枯草芽孢杆菌EPS各基团在针铁矿表面的吸附顺序和构型变化。随NaCl浓度由1mmol/L升高至50mmol/L，EPS中蛋白质次级结构由刚性向弱刚性转变，使EPS中蛋白质与针铁矿接触的比表面积增加，从而促进了EPS中蛋白质在针铁矿表面的吸附，该结果与通过C1s NEXAFS光谱所得结果相一致。EPS中各官能团在针铁矿表面的吸附顺序为（以5mmol/L NaC1溶液分析为例）:羧基C=O，多糖C-O(1396cm-1，1132cm-1)→酰胺ⅠC=O(1650cm-1)→酰胺ⅡC-N(1540cm-1)→核酸P-O和P=O(1035cm-1,1086cm-1)→酰胺ⅢCH2(1455cm-1)。
　　(3)明确了不同环境条件下枯草芽孢杆菌EPS影响针铁矿稳定性的机制。当针铁矿表面带正电荷时，外源EPS的加入可促进针铁矿团聚，而当针铁矿表面带负电荷或不带电荷，EPS加入促进了颗粒分散。在NaCl(0-1000mmol/L)、NaNO3(0-1000mmol/L)和Na2SO4(0-250mmol/L)溶液中，离子强度的增加会促使针铁矿颗粒发生较强的团聚，EPS加入会促使针铁矿颗粒发生分散，使针铁矿在三种溶液中的临界絮凝浓度值分别由43.0、56.7和0.39mmol/L升高至168.0、304.9和126.2mmol/L。在Na3PO4(0-120mmol/L)溶液中，低浓度磷酸盐(≤1mmol/L)溶液中，针铁矿的絮凝速率随磷酸盐浓度增加呈现出先增加后降低的趋势;高浓度磷酸盐(＞1mmol/L)溶液中，针铁矿的絮凝速率则随磷酸盐溶液浓度增加逐渐增强。
　　(4)揭示了枯草芽孢杆菌EPS存在条件下，不同金属离子类型(Ca2+、Cu2+和pb2+)对针铁矿稳定性的影响。三种金属离子对针铁矿絮凝能力强弱顺序依次为:Ca＞Pb＞Cu。在Ca2+溶液中，针铁矿颗粒之间可形成桥接作用，该作用对针铁矿颗粒的团聚能力明显强于Cu2+和pb2+与针铁矿表面之间的表面吸附和配位交换作用;当向反应体系中加入1、5和10mg/L EPS溶液后，Ca2+、Cu2+和pb2+对针铁矿絮凝能力强弱结果为:Pb＞Cu＞Ca，此时Cu2+和pb2+与EPS-针铁矿复合体表面基团之间的络合作用对针铁矿胶体的团聚能力要明显强于Ca2+的非特异性阳离子交换作用。
　　(5)阐明了枯草芽孢杆菌EPS不同组分对工程纳米颗粒团聚的影响。在NaCl和低浓度CaC12溶液(＜10mmol/L)中，EPS能有效的促进TiO2纳米颗粒发生发散，胞外蛋白质在此过程中起着重要的作用;当CaC12浓度较高时(＞10mmol/L)，多糖团聚体与TiO2纳米颗粒之间形成大团聚体，从而增强TiO2纳米颗粒团聚体的形成。明确了不同pH和离子强度条件下，EPS对TiO2纳米颗粒在环境体系中的存在状态起重要作用。只有当TiO2纳米颗粒表面带正电荷时，一定浓度EPS的加入才会促进TiO2纳米颗粒团聚，其他情况下EPS加入后均起到分散TiO2纳米颗粒的作用。

摘要：由于不合理的农艺措施，例如频繁翻耕与秸秆焚烧等，导致了土壤质量退化、环境污染和农田生态可持续性受到破坏，作物氮素利用率不高等问题。免耕和秸秆还田是保护性耕作的两大措施，对改善土壤质量提高N素利用率有一定积极效应。然而，当前保护性耕作对稻田土壤硝化作用和水稻氮素利用的影响机制尚不明确，因此，本试验于2011年通过设置，翻耕秸秆不还田(CTNS)、翻耕秸秆还田(CTS)、免耕秸秆不还田(NTNS)和免耕秸秆还田(NTS)4个处理，分析免耕和秸秆还田6年后了水稻不同生育期土壤理化因子、微生物量碳氮、硝化微生物、N2O排放、硝化潜势、水稻根系氮代谢酶活性、水稻产量、氮素积累量等对不同保护性耕作的响应。主要试验结果如下:
　　(1)耕作方式和秸秆还田对稻季土壤pH无显著影响，但显著影响水稻各生育期土壤铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3-N)含量。与翻耕处理相比，免耕处理孕穗期、齐穗期和成熟期NH4+-N含量显著提高了25.2％～37.4％、13.0％～22.0％、12.2％～27.1％，NO3--N含量显著提高了14.5％～30.6％、15.8％～29.8％、9.9％～53.9％:与秸秆不还田处理，秸秆还田处理孕穗期、齐穗期和成熟期NH4+-N含量显著提高了10.1％～26.7％、17.0％～31.3％、18.7％～33.8％，NO3--N含量显著提高了15.5％～32.5％、25.8％～39.7％、35.4％～48.2％。耕作处理对微生物生物量碳(MBC)含量均无显著性影响，但秸秆还田处理土壤MBC含量显著高于秸秆不还田处理。耕作处理与秸秆还田均未影响土壤微生物生物量氮(MBN)含量。
　　(2)耕作方式和秸秆还田显著影响硝化微生物氨氧化古菌(AOA)与氨氧化细菌(AOB)丰度。免耕处理较翻耕处理AOA和AOB丰度分别显著提高了4％～14％和9％～11％;与秸秆不还田处理相比，秸秆还田处理AOA和AOB丰度分别显著增加了14％～45％和21％～91％。耕作方式和秸秆还田显著影响硝化潜势。与免耕处理相比，翻耕处理平均硝化潜势提高了41％～78％;秸秆还田硝化潜势提高了31％～56％。
　　(3)耕作方式与秸秆还田显著影响稻田N2O排放。与翻耕处理相比，免耕处理2016和2017年N2O累积排放量分别显著提高了12.5％～18.2％和21.1％～38.6％;与不还田处理相比，还田处理2016和2017年N2O累积排放量分别显著提高了38.5％～45.5％和13.1％～29.5％。相关分析与多元回归分析表明，土壤微生物量碳、铵态氮含量、AOA和AOB丰度调控着土壤N2O排放。
　　(4)耕作方式显著影响分蘖期根系硝酸还原酶(NR)活性，秸秆还田显著影响分蘖期和成熟期各处理根系硝酸还原酶活性。耕作方式未影响水稻各生育时期根系谷氨酰胺合成酶(GS)活性;秸秆还田显著提高根系GS活性。
　　(5)耕作方式对氮素累积和水稻产量没有显著影响，但秸秆还田显著影响着氮素累积和水稻产量。与不还田处理相比，秸秆还田处理氮素累积量和水稻产量分别提高了14.9％～38.3％和5.9％～19.1％。同时，耕作方式与秸秆还田对氮素累积量有显著的交互作用。
　　(6)相关分析与多元回归分析表明，不同秸秆还田下NR活性、GS活性均与水稻产量、氮素积累总量呈显著相关;土壤无机氮含量、AOA丰度、土壤MBC含量、NR和GS酶活性与水稻氮素积累密切相关，表明土壤硝化作用和水稻N素吸收利用关系密切。因此，我们的研究表明，秸秆还田处理下土壤硝化微生物AOA主要通过调节土壤硝化作用，影响土壤无机氮供给，影响根系的生长;同时，根系NR和GS酶活性的提高有利根对无机氮吸收，进而将土壤无机氮吸收转入水稻植株体内，最终实现了水稻对N素吸收利用。

摘要：近年来,随着科学技术的高速发展,各种新技术得到应用的同时也带来了新问题,作为土地资源高效利用的光伏农业同样存在,板状分布的光伏阵列区因雨滴对土壤的击打作用与太阳能板边缘流下的珠帘状薄层水流对土壤的冲淋作用造成了不同的水土流失方式,但目前关于该问题研究甚少,对应的水土保持措施更是很少涉及,开展滴淋作用下的水土流失试验研究、探讨该种形式下土壤侵蚀和水土流失内在规律具有一定的理论意义和实践价值。
　　论文以安徽区域的皖南红壤土、江淮之间粉质黏土和皖北粉土为研究对象,考虑不同水土流失影响因素,通过室内人工模拟降雨试验,研究不同类型土在滴淋作用下的产流、产沙规律及水动力学参数特征,阐明其水土流失量与各主要影响因素(雨强、坡度、植物覆盖度)之间的关系,揭示其侵蚀产沙机理。论文主要成果如下:
　　1.本文通过对各试验条件下坡面微型态分析,总结出在雨强和坡度均较小条件下,引起坡面土体结构破坏外营力主要为滴淋作用中“滴”的作用,当雨强和坡度不断增大时“淋”的作用开始凸显,并逐渐在引起坡面土壤侵蚀成因中占据重要地位,雨强越大,“淋”的作用越大。
　　2.在不同雨强、坡度、植物覆盖度的条件下,不同土质径流小区在滴淋作用下的径流率与径流产沙率随降雨历时均表现为先持续增加后趋于波动变化趋势,径流曲线波动变化程度则随雨强的增加和植物覆盖度的减少而增强。
　　3.三种不同土质径流小区的径流产沙规律与雨强、坡度以及植物覆盖度的关系相似,但各项径流指标间存在一定差异。其中,坡面初产流时间表现为粉土小区最快、红壤土小区相对最慢,平均径流率红壤土小区最小、粉土小区最大,平均径产沙率粉质黏土小区最小、红壤土小区最大。
　　4.植物覆盖度相同时,各小区平均径流率径及平均流输沙率随雨强和坡度的增大而增大;植物覆盖度不相同时,上述指标随植物覆盖度增大而减小,但随雨强增大,覆盖度影响下的平均径流率以及平均径流产沙率的差距逐渐缩小。试验雨强相同时,各小区平均径流率和平均径流产沙率随坡度增大而增大、随植物覆盖度增大而减小,植物覆盖度的增大时上述指标递减速率明显加大。
　　5.回归分析结果表明:径流剪切力、水流(径流)功率以及单位水流(径流)功率均可用关于雨强、坡度和植物覆盖度的复合一次线性函数进行表达,其中,单位水流(径流)功率与雨强、坡度和植物覆盖度的拟合度最为显著,径流剪切力与水流(径流)功率次之。根据回归拟合结果,雨强对径流剪切力和水流(径流)功率的影响要大于坡度,而坡度对单位水流(径流)功率的影响大于雨强。

摘要：皖江经济带被设立为安徽省承接产业转移的示范区，然而膨胀土问题却给研究区道路、工民建、边坡和干渠等的使用带来不可忽视的安全隐患。因此，本文在《安徽省致灾特殊类土调查评价》项目支持下开展了一系列野外调查工作和室内试验研究，针对皖江经济带分布的不同类型的膨胀土进行改良处理，得到的主要结论如下:
　　(1)就本次调查取样而言，研究区膨胀土多为黄褐色，以粉质粘土和粘土为主，大多含黑色铁锰结核。裂隙发育丰富，一般呈可塑～硬塑状态。在调查区内选取了98个采样点，所取样品中有6个自由膨胀率大于60％，最大的可达73.5％;其余大部分采样点的自由膨胀率集中在40％～60％之间。
　　(2)针对膨胀性强弱的不同，选取自由膨胀率为73.5％、50％和40.5％的3组试样进行改良，改良剂分别选用生石灰、碱渣和细砂。试验结果表明:①当石灰掺量达到6％时，第一组土样自由膨胀率由73.5％降至20％，无荷膨胀率变为12.5％，无侧限抗压强度达到规范要求;②掺入30％碱渣后，第二组土样自由膨胀率由50％减至33.1％，无荷膨胀率约为15％，无侧限抗压强度在该处出现峰值;③随着细砂掺量的增大，第三组土样膨胀性得到显著改善，而无侧限抗压强度却随之减弱。
　　(3)干湿循环对3组膨胀土的膨胀性和无侧限抗压强度的影响呈现出相似的变化规律:在第1次和第2次循环后，土样吸水膨胀显著，无侧限抗压强度降低幅度最大;随着循环次数的增加，这种变化幅度开始衰减直至平稳。
　　(4)SEM试验显示，随着干湿循环次数的增多，土体内微裂隙、孔隙率呈现出递增趋势;随着石灰、碱渣掺量和养护龄期的递增，土体内水化产物也明显增多，这使得改良土的强度和干湿循环稳定性均得到了提升。

摘要：土壤生物炭固碳是当前最具潜力的温室气体减排技术之一。研究发现生物炭不仅能固定生物质中的有机碳，减少温室气体排放，还能增加土壤肥力，缓解土壤酸化，吸附重金属及有机污染物。迄今对土壤中加入生物炭后CO2释放变化尚存在争议，pH作为土壤重要的参数，能够对生物炭投加后土壤的物理化学及生物过程产生作用，从而影响生物炭固碳减排效应。目前有关pH对土壤生物炭固碳减排效应影响及微观机制的研究较少。为此本文模拟旱地条件，在测定不同pH的六种土壤加入生物炭后的CO2排放的基础上，通过同位素分析及高通量测序的方法，研究了pH对无机碳释放、生物炭降解、有机质稳定性及微生物群落的影响，试图探明pH影响生物炭固碳减排的微观机制，为提高土壤生物炭固碳减排效率及潜力估算提供科学依据。论文取得了一些有价值的结果:
　　(1)土壤pH可以通过改变生物炭中碳酸盐溶解、表面官能团构成及有机质溶出影响生物炭的降解。在4.34-7.91范围内，土壤pH越低，生物炭中碳酸盐更易溶解形成CO2，且表面基团中的C-O及OH结构增多，更易被老化。酸性土壤(pH＜7)中加入生物炭后CO2释放量明显增加，而碱性土壤(pH＞7)加入生物炭后CO2释放量减少，且增加和减小的幅度随生物炭的投加量增加而增长。
　　(2)土壤pH是影响土壤微生物结构及CO2排放最重要的因素，且与其他因素有很强的相关性。生物炭能通过增加酸性土壤pH及其有机质的微生物可利用性，降低细菌生长底物限制，促进富营养菌的增长，从而促进其CO2排放，生物炭热解温度降低，促进作用越强。而在碱性土壤中由于生物炭对易降解有机质的吸附作用，贫营养菌微弱增加，微生物量减小，抑制土壤CO2排放。长期固碳过程中，有机-矿物结合重要性逐渐突出，且随pH减小有机质稳定性更强。
　　(3)生物炭降解率、生物炭对土壤有机质降解的激发效应与土壤的G-/G+呈负相关。土壤G-/G+越小，微生物偏向于利用芳环类有机质，生物炭降解增加。我国酸性土壤占总耕作土壤的27％左右，这类土壤在实际的农业过程中的生物炭固碳潜力被高估，可以通过配合添加秸秆或添加生石灰等方式，加强生物炭的固碳减排效果。

摘要：N2O是重要的温室气体，而土壤是其最主要的来源之一;生物炭是一种潜在的土壤固碳材料，投加后会对土壤N2O排放产生影响。因此，研究生物炭对土壤N2O排放的影响及机制对减少土壤温室气体排放和评价生物炭固碳潜力具有重要意义。本文以三种生物质为原料制备不同热解温度的生物炭，研究其组成及特性，并选择代表性的生物炭，探讨它们在不同施加比及土壤含水率下对土壤N2O排放的影响，取得以下主要结果:
　　(1)提出了一种用碱溶液分离生物炭成分的方法并发现在部分热解温度较低的（≤400℃）生物炭中存在类似腐殖酸的物质（类腐殖酸）。其含量随热解温度的上升而降低，且与制备生物炭的原料种类相关。相同热解温度下，各原料中类腐殖酸含量大小排序为:水稻秸秆＞杨木＞毛竹。类腐殖酸性质与土壤腐殖酸相近，其表面的官能团比炭素和未经分离的生物炭更丰富、C含量更低、O/C更高、亲水性更强且具有更高的生物可利用性。
　　(2)在土壤含水率为20％且施加NH4SO4的条件下，生物炭投加后土壤N2O排放的变化与其TC/IN呈线性负相关（y=1.586-0.030x，r=-0.87，p＜0.01），且TC/IN主要通过影响土壤NH4+的利用途径来影响N2O排放。当TC/IN较高时，土壤环境相对缺氮，生物炭加强微生物对NH4+的固定同化，减少参与硝化作用的NH4+的量，从而抑制土壤硝化作用和N2O排放;当TC/IN较低时，土壤无机氮含量相对充裕，参与硝化作用的NH4+的比例较高，同时生物炭又促进了土壤整体微生物的活性，最终加强了土壤硝化作用和N2O排放。
　　(3)当生物炭投加量为1％且施加100mgN/kg的KNO3时，生物炭对土壤N2O排放的影响与土壤含水率相关。当含水率为18％、21％和24％时，生物炭主要通过可溶性成分的溶出提高土壤DOC含量并促进N2O排放;当含水率为27％和30％时，生物炭在提高土壤DOC的同时还会通过提高nosZ基因的丰度及nosZ/nirS加强土壤微生物将N2O还原为N2的过程，最终导致N2O排放没有明显变化或受到抑制。

摘要：土壤作为重要的自然资源和水资源、地形地貌等主要的地学要素具有密切的联系，共同支撑着人类的生产和生活。目前，随着经济的快速发展和城市化进程的加剧，水土资源时空分布不均衡、土壤表层破坏、土地利用不合理及植被减少和退化等问题越来越突出并受到人们的重视。
　　土壤多样性在国内外已经被越来越多地看作是一个有研究价值和充满创新性的土壤计量手段，有关研究虽取得了显著的进展，但如何将与其他资源的多样性进行比较已成为急需解决的关键问题之一，对其的研究也逐渐由土壤多样性向地多样性发展，并成为土壤地理学新的研究趋势。鉴于此，本文以地表水体作为主体，将中国中部的河南省和东部江苏省的典型样区作为研究对象，在最新的土壤多样性理论和测度方法的基础上，同时引入生态学中的空间粒度方法，与土壤和地形地貌一起刻画多样性的关系，以期实现由单一要素向多要素的多样性跨越及方法的递进，从本质上改变传统土壤学和土壤多样性的研究模式。
　　探索了面状和线状地表水体形态的多样性测度方法。总结前人研究水体多样性测度方法作为基础，引入空间粒度方法并加以应用，提出了新的测度方法即空间分布长度指数（MSHDLI），对研究样区不同形态的多样性测度方法进行了深入研究。研究结果表明:该指数与河流密度(RD)、空间分布面积指数(MSHDAI)的相关关系较为显著，对应的平均相关系数r分别为0.997和0.878，P＜0.01。对三者的多元线性回归模型进行分析发现新指数与其他两指数呈线性相关且对它们的解释程度高于95％。即空间分布长度指数(MSHDLI)可以将河流密度(RD)对水资源广度的描述优势与空间分布面积指数(MSHDAI)对水资源空间分布离散性的描述优势结合起来而作为评价地表水体空间分布离散性程度的重要指标。
　　分析了水土资源多样性的相关性及相关关系的稳定性。对研究样区进行土地利用监督分类获取地表水体信息，采用空间粒度方法研究地表水体和土壤多样性的格局特征及相关性。研究证明:2000～2013年，襄城县和吴江区土壤与地表水体多样性间的相关性类型为稳定型，并与其平原地形有关;林州市、固始县和溧水县因较多的山地丘陵而呈不稳定型;如皋市因具有过大的水网密度并未呈现出相关性。因此，研究区的地形、水体形态和密度及人类活动干扰等是影响土壤和地表水体多样性关系的主要因素。此外，对地表水体多样性指数的适用性进行延伸探索。
　　在土壤多样性的研究中增加了地形地貌要素。首次运用改进的仙农熵公式对河南省大尺度控制下的不同地形上的土壤多样性格局进行了研究。研究表明:河南省主要有平原、丘陵、山地和盆地4种地形和15种土类，其地形与土壤的形成、空间分布多样性有密切的联系。河南省广阔的平原赋予了潮土分布的地域背景条件，山地地形中山间谷底仅有少量潮土分布，同时省内极少面积的盐土和碱土也仅分布在平原区域。山地和丘陵地形下面积最大且空间分布多样性值最大的土类均为褐土，盆地地形则以黄褐土、砂姜黑土为主。
　　获取更为详细的地貌等级分类体系，在此基础上运用改进的仙农熵公式对多级地貌特征及其与土壤多样性的关系进行了探讨。研究表明:河南省共有3个一级地貌，12个二级地貌和37个三级地貌，不同级别的优势地貌类型分别是流水地貌、冲击平原和泛滥平坦地。随着土壤和地貌分类等级的细化，二者所有分类单元在数量构成上的均匀程度越来越高。且与地貌分类相比，土壤的分类体系更详细，分支率也有较大的变化范围。一级地貌类型与土类、亚类和土属多样性间存在紧密的相关关系，其中，流水地貌与土类和亚类均相关，与99％的土属也相关。
　　水、土壤和地形多样性的格局特征分析。以河南省为研究区，分析3个要素的构成组分多样性和空间分布多样性。研究发现:河南省地形与土壤之间关系密切，二者的相关系数，r值大于0.50的占76％以上，相关性高。6个分区中，东部分区为单一的平原地形但空间分布长度指数(MSHDLI)值次高，平原地形水系发育较好，西部分区以山地为主且地形复杂，其地表水体多样性指数MSHDLI值达到最小，山地条件下水系发育较为简单。当研究区面积相近时，土类构成组分多样性值主要取决于土类间面积大小的均衡程度，与土类面积比例平均变化量之间呈负相关，相关系数R2值为0.94。综上，地形、土壤和地表水体三要素间关系密切，共同影响地多样性的空间格局。

摘要：土壤水通量参数对于研究和制定农业灌溉制度、维持区域水资源可持续利用具有重要的实践和理论意义。快速准确地获取土壤水通量有助于农业和生态水资源管理从科学研究走向实际应用。热脉冲，时域反射技术(TDR)法是近年来被广泛应用于快速测定土壤水通量的方法之一。由于热脉冲-TDR法具有不受土壤类型限制，不破坏土体，分辨率高，可实现多点无人值守监测等优势，具有广泛的应用前景和价值。然而，关于热脉冲-TDR法测定土壤水通量的不确定性的研究鲜有报道。本文主要通过热脉冲-TDR法进行饱和土壤水通量测定的数值模拟算例和室内水通量柱体实验，利用基于贝叶斯理论的马尔科夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo MCMC)方法来研究量化热脉冲法测定土壤水通量过程中各种未知参数（加热强度、探针间距、导热率以及水通量等）的不确定性，对热脉冲-TDR法计算饱和土壤水通量的各种方法进行了对比分析，主要结论如下:
　　(1)对热脉冲-TDR法校正试验数据进行分析表明，MCMC算法可以准确地识别实验过程中由于制作和操作等原因对加热强度以及探针间距造成的误差，并给出合理的不确定性范围，具有一定的参考意义。
　　(2)数值模拟结果表明，贝叶斯分析方法能够给出的最大后验估计值与真实水通量值非常接近，后验置信区间也能覆盖真实水通量;而对于传统的热脉冲分析方法，包括最大无量纲法(maximum dimensionless temperature difference，MDTD)、比率法（Td/Tu）、上游或下游最高温度时间法，其中最大无量纲法和比率法只能给出一个最优估计值，且误差大于贝叶斯分析方法结果，而上游或下游最高温度时间法不能准确估计水流通量。
　　(3)饱和柱体实验结果表明，由于优先流的存在，贝叶斯分析方法和传统热脉冲计算方法给出的水通量结果与实际测定的平均水通量都有不同程度的偏离。不同流速设定下，贝叶斯分析方法给出的最大后验估计值与平均水通量均有很好的线性相关性（决定系数在0.96以上）。但由于本研究使用到的贝叶斯分析方法较为简单，只考虑了观测误差，并未考虑系统性模型的误差。此外对于观测噪声，直接假定为高斯分布。因此与其他方法相比，贝叶斯分析方法在处理实际实验数据时并没有明显优于其他方法。
　　(4)热脉冲数据的匹配验证表明，贝叶斯分析方法给出的不确定性区间基本能覆盖实测数据，而传统的热脉冲分析方法只能给出单一的温度数据匹配结果。贝叶斯分析方法可以有效地量化热脉冲信号的不确定性。

摘要：土壤水分在全球和区域水文和气象过程中发挥着重要作用，被认为是地球科学研究中不可或缺的状态变量。特别是在自然环境恶劣的干旱、半干旱和高寒草原区域，土壤水分被认为是影响草原物候的最重要因素。遥感技术的快速发展使得多时空尺度的土壤水分变化监测成为可能。由于对土壤水分的高度敏感性及全天时全天候的观测能力，使得微波遥感在裸露地表和植被覆盖区域土壤水分反演中应用越来越广泛。然而地表粗糙度和植被的散射贡献会降低微波信号对土壤水分的敏感性，从而增加土壤水分反演的复杂度和难度。因此同时消除地表粗糙度和植被对土壤水分反演的影响成为构建草原地表土壤水分反演方法的关键技术。本文以青海省乌图美仁草原、四川省若尔盖草原和青海省青海湖流域为研究区域，以合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）数据、光学遥感数据和地面实测数据为重要数据源，通过耦合不同的土壤介电常数模型、地表散射模型和植被散射模型，构建适合草原地表的土壤水分反演方法。
　　本研究主要内容包括：⑴采用实测地表粗糙度参数初始化地表散射模型，发展了基于高级积分方程模型（AIEM）和比值方法的草原地表土壤水分反演方法。该方法将实测地表粗糙度参数作为先验知识用于模拟裸露地表同极化后向散射系数与土壤水分之间的经验关系，同时实现对比值方程中未知系数的求解。构建的土壤水分反演方法中，AIEM模型用于模拟裸露地表的后向散射系数，比值方程用于消除植被的散射贡献，其中四个不同的植被参数包括叶面积指数（LAI）、植被含水量（VWC）、归一化植被指数（NDVI）和增强植被指数（EVI）分别用于植被散射贡献的参数化。通过在乌图美仁草原和青海湖流域的实验结果表明，该方法可以用于草原地表的土壤水分反演。同时研究发现，LAI同其它植被参数相比更适合于乌图美仁草原植被的参数化，而 LAI、NDVI和EVI都可以用于表征青海湖流域的植被散射特征。⑵充分利用SAR数据的多极化信息消除对实测地表粗糙度参数的依赖，建立土壤介电常数与观测到的同极化后向散射系数间的定量函数关系，从而实现对草原地表的土壤水分反演。该方法解决在实测地表粗糙度参数缺失的情况下如何充分利用多极化 SAR数据实现对草原地表的土壤水分反演。首先通过化简Dubois模型建立土壤介电常数与裸露地表同极化后向散射系数间的函数关系，然后分别采用比值方法和水云模型（water cloud model, WCM）实现对植被散射贡献的分离，其中植被的散射机制分别采用LAI、VWC、NDVI和EVI四个植被参数进行表征。通过实验结果表明，该方法有效地解决了地表粗糙度参数和植被对土壤水分反演的影响。从植被参数化对土壤水分反演结果影响发现，在乌图美仁草原LAI参数化植被的效果较好，而在若尔盖草原EVI效果较好。该方法不依赖于任何的地表粗糙度参数，极大地提高了土壤水分反演方法的适用性。⑶基于AIEM模型、比值方法和有效粗糙度参数构建了适合草原地表的土壤水分反演方法。该方法主要是针对在考虑地表粗糙度参数的同时且不依赖于实测地表粗糙度参数的情况下实现对草原地表的土壤水分反演。AIEM模型用于模拟裸露地表后向散射系数，其中给定的粗糙度参数作为模型的输入参数。比值方法用于将植被的散射贡献从总后向散射系数中进行分离，其中四个植被参数 LAI、VWC、NDVI和EVI分别用于表征植被的散射贡献。通过实验结果发现，该方法可以用于草原地表土壤水分反演并且算法精度明显提高。针对比值方程中植被的参数化问题，研究结果表明 LAI适合表征乌图美仁草原的植被散射，EVI适合描述若尔盖草原的植被生长状况，而LAI、NDVI和EVI均可以表征青海湖流域的植被散射贡献。该方法考虑了地表粗糙度参数对后向散射系数的贡献，但同时有效粗糙度参数的加入消除了对地面实测数据的依赖，提高了该方法的普适性。⑷基于全极化Radarsat-2数据提取的极化特征参数以及多元线性回归方程，探索极化特征参数用于估算草原地表土壤水分的可行性。该方法考虑如何在不消除地表粗糙度参数和植被散射贡献的前提下直接采用极化特征参数实现对草原地表的土壤水分估算。本文考虑的极化特征参数包括Cloude分解参数极化熵、散射角和反熵，三个特征值参数，特征值组合参数包括单次反射特征值相对差异度、双次散射特征值相对差异度和雷达植被指数，以及 Freeman分解参数表面散射分量、二次散射分量和体散射分量。通过乌图美仁草原和若尔盖草原的实验结果发现，极化特征参数可以辅助草原地表的土壤水分反演。

摘要：针对利用模型估算农田土壤有机碳含量缺少大量连续数据、各个模型均存在一定局限性、农田土壤有机碳信息智能化管理研究较少和数据采集困难等问题，本论文依托国家高技术研究发展计划（863计划）课题研究任务“农田碳汇信息获取与估算”（编号：2013AA10230101），以农田土壤有机碳影响因子智能化采集和含量估算为研究对象，在深入分析前人研究成果的基础上，以山东省济宁市兖州区小麦-玉米示范基地作为试验区，研究了农田土壤有机碳影响因子自动化获取与智能化处理技术，研制了二氧化碳浓度梯度测量装置，设计、研发、集成了基于物联网的农田有机碳因子采集和传输系统，构建了基于物联网的农田有机碳因子采集和传输监测站；基于物联网采集的实时数据和统计数据，构建了小麦和玉米生命周期各个阶段的光辐射函数及小麦和玉米光辐射对土壤有机碳的影响函数，构建了小麦-玉米连作区域农田土壤有机碳含量估算模型—WM-SOC模型；设计、研发了农田土壤有机碳影响因子接收系统和农田土壤有机碳含量估算系统，研究了小麦-玉米连作农田耕层土壤有机碳的动态变化，实现了农田土壤有机碳信息的智能化管理。
　　研究结果表明物联网技术的发展为农田土壤有机碳因子的实时、连续获取提供了一种重要手段，为监测农田土壤有机碳含量的动态变化提供了基础数据保障。基于物联网技术采集区域农田土壤有机碳因子，进而采用构建的模型估算土壤有机碳含量的方法是可行的；实施秸秆还田能够有效促进农田土壤有机碳贮量的增加。研究结论可为制订和实施农田增汇措施、农作物碳汇补偿和减缓气候变化影响的相关政策提供决策依据。
　　本论文具体完成了以下六个方面的研究工作：
　　（1）分析了国内外研究现状，探讨了农田土壤有机碳影响因子采集与含量估算存在的主要问题。目前，主要存在五个问题：一是各个模型均存在一定局限性；二是存在数据量少、数据时效性差、数据不能连续获取等缺点；三是大尺度研究使用的数据不精确，与许多小区域的数据差距较大，结果偏差较大；四是农田土壤有机碳信息的智能化管理研究较少；五是数据采集困难。
　　（2）提出了农业物联网的体系架构，探讨了本文涉及的数据智能采集技术和传输技术。农业物联网的体系架构共分为四层，即全面感知层、可靠传输层、智能处理层和智慧应用层。
　　（3）设计、研发并部署了农田有机碳影响因子采集与传输系统。为连续获取土壤有机碳含量估算模型参数，首先对农田有机碳影响因子采集与传输系统进行了整体设计。然后，对农田有机碳影响因子采集模块进行了详细设计，探讨了系统硬件的组成和优选，研制了二氧化碳浓度梯度测量装置。同时，对数据的传输模块也进行了详细设计，优选了主要硬件设备，集成了农田有机碳影响因子采集和传输系统。最后，以山东省济宁市兖州区的农田为试验区，布设物联网采集和传输系统，构建了农田有机碳影响因子采集和传输监测站。
　　（4）构建了小麦-玉米连作区域农田土壤有机碳含量估算模型—WM-SOC模型。首先分析了具有代表性的农田土壤有机碳含量估算四大模型，探讨了各个模型结构原理、模型参数及模型适用性。通过对四大模型的对比分析可知，Soil-C模型所需要的参数较其它模型相对简单、容易获取，且该模型在我国区域农田生态系统做过示范，验证结果较好。为了细化小麦光合碳的计算，根据前人的研究结果，结合我们的分析研究，按照传统24节气划分的小麦生命周期的五个阶段，即幼苗期（秋分至立春）、返青期（立春至清明）、抽穗期（清明至立夏）、灌浆期（立夏至小满）和成熟期（小满至芒种），构建了小麦生命周期五个阶段的光辐射函数及小麦光辐射对土壤有机碳的影响函数，确定了各个不同阶段小麦光合碳地上和地下的比例。同理，根据玉米生命周期的四个阶段，即幼苗期（芒种至小暑）、开花期（小暑至立秋）、灌浆期（立秋至白露）和成熟期（白露至秋分），构建了玉米生命周期的光辐射函数及玉米光辐射对土壤有机碳的影响函数，确定了各个不同阶段玉米光合碳地上和地下的比例。在此基础上，以Soil-C模型（麦-稻连作）作为基础，结合兖州区农田生产管理和小麦-玉米连作的特点，考虑作物生育期光合碳的周转对土壤有机碳的影响，构建了小麦-玉米连作的农田土壤有机碳含量估算模型—WM-SOC模型，并确定了兖州区农田土壤有机碳影响因子。
　　（5）设计并研发了农田土壤有机碳含量估算系统。为了实现农田土壤有机碳信息的智能化管理，解决数据处理困难等问题，根据需求将农田土壤有机碳含量估算系统设计了四个功能模块，分别是：数据接收模块、基础信息管理模块、土壤有机碳含量估算模块和结果分析模块。根据数据的特点，设计了系统数据库。为了提高代码的复用性，降低系统的耦合度，便于后期升级与维护，基于B/S的三层体系结构，采用富客户端技术，以Microsoft Visual Studio2013为开发平台，以C＃、JavaScript、XML等为开发语言，以SQL Server2012为数据库，研发了农田土壤有机碳含量估算系统。
　　（6）结果分析与模型验证。为了验证基于物联网采集的数据和 WM-SOC模型估算的土壤有机碳含量的准确性，首先采用传统方法测定试验区土壤有机碳实际含量。然后，利用物联网装置对试验区农田土壤有机碳因子进行连续观测。根据监测数据，计算每日监测的土壤温度、土壤湿度、土壤 pH值和光辐射的算术平均值，将参数输入WM-SOC模型，得到2012年10月至2015年6月兖州农田试验区土壤有机碳含量动态变化曲线。结果表明：①2012年-2015年期间，由于试验区秸秆连续还田，试验区农田土壤有机碳含量呈上升趋势，适宜的秸秆还田量有利于土壤表层有机碳含量的增加；②小麦和玉米不同生育时期0.2米土壤耕层有机碳含量有明显的动态变化。在小麦的整个生育期，土壤有机碳首先呈现下降趋势，到开花期土壤有机碳含量达到最低值，到收获期略有上升。在玉米整个生长时期，土壤有机碳从幼苗期到开花期后有所上升，到开花期达到最大值，随后呈现下降趋势。将模型估算值与实验室测定值进行回归分析，决定系数 R2=0.9144，说明模型估算值与实验室测定值相关性显著。均方根误差RMSE=5.8％，小于10%，表明估算值与测定值一致性非常好。从而验证了基于物联网的农田有机碳因子采集和传输系统的可行性，WM-SOC模型和农田土壤有机碳含量估算系统的正确性。
　　本文研究成果解决了估算农田土壤有机碳含量缺少大量连续数据、模型存在一定局限性、农田土壤有机碳信息的智能化管理研究较少和数据采集困难等问题，可以提高农田土壤有机碳含量的估算精度。