土壤解磷菌知多少

磷素是作物所需的大量元素之一,对于作物的产量和品质举足轻重。土壤中95%的磷为生物无效态磷。尽管近几十年来,我国磷肥施用量逐渐增加,速效磷平均含量以每年1mg/kg的速度增长,但是我国仍有74%的土壤缺磷。磷肥存在施用量高,而利用率低的问题,不仅造成了肥料的浪费,还对土壤质量以及水质带来了危机。因此开发利用微生物替代肥料已成为当务之急。解磷微生物成为微生物肥料的开发利用已成为人类关注的焦点。今天我们就来探讨探讨解磷微生物的故事。

缺磷与磷污染

解磷微生物

解磷微生物是一类能够将植物难以吸收的磷转化为可利用状态的微生物,这类解磷微生物除了可以活化土壤中难溶性的磷外,还可以通过影响植物根系分泌物的种类和数量,以增加植物根系对周围钾、钙、锰、铁、铁、锌的营养元素的吸收。

解磷机理

关于微生物的解磷机理,有三种观点,目前被人们广泛接受的是产酸机制,因为许多科学家通过研究发现,大部分无机磷微生物在代谢过程中会产生柠檬酸、乳酸、苹果酸等有机酸。这些有机酸,既能降低培养介质的pH值,又能与Ca2+、Fe3+、Fe2+、Al3+等离子螯合而使难溶性磷酸盐溶解。第二种观点认为是微生物的解磷作用主要是由于在其代谢过程中分泌质子的缘故,使介质的pH值降低,从而使磷矿粉溶解。第三种观点认为微生物的解磷过程是一个动态的分段过程。在以难溶的无机磷为磷源的培养基上,解磷微生物在生长过程中,微生物产酸,使部分难溶的无机磷溶解;微生物在培养基上继续生长,改变它们的代谢机制,释放乳酸、琥珀酸、NH4+等有机代谢物于基质中,迫使微生物再次利用这些化合物作为能源或营养源,导致第二次磷的释放。

解磷微生物的种类

具有解磷作用的微生物种类很多,目前报道的具有解磷作用的细菌类有芽孢杆菌、假单胞杆菌、欧文氏菌、土壤杆菌、沙雷氏菌、黄杆菌、肠细菌、微球菌、固氮菌、根瘤菌、沙门氏菌、色杆菌、产碱菌、节细菌、硫杆菌、埃希氏菌;解磷真菌类有青霉菌、曲霉菌、根霉、镰刀菌、小菌核菌;放线菌有链霉菌;AM根菌。

解磷微生物种类

解磷微生物的数量和分布

土壤是微生物生长的良好场所,解磷微生物主要分布在根际土壤中,并且受土壤质地、土壤类型、土壤有机质、作物类型、耕作方式等的影响。以土壤类型为例,解磷微生物数量因土壤而异,表现为黑钙土>黄棕壤>白土>红壤>砖红壤>瓦碱土。以作物类型为例,不同的作物根际分布的解磷微生物种类不同,小麦主要是芽孢杆菌属、假单胞菌属、链霉菌属,而豆科植物主要是假单胞菌属、黄杆菌属和欧文菌属。

解磷微生物的应用

世界很多国家都已将解磷微生物应用于农业生产。解磷菌能提高小麦和水稻种子产量和秸秆产量,能增加洋葱、西红柿、香蕉、马铃薯、柑橘、咖啡等栽培作物产量。在国外,一些解磷能力强的菌株已被制成生物菌肥,进行推广应用。而我国解磷微生物菌剂的研究起步较晚,虽然解磷微生物在农业生产上日益受到重视,但发展不快,应用不普遍。

解磷微生物菌剂增加油菜产量和生长状况的影响

我国74%的土壤缺磷,解磷微生物在我国的前景广阔,我们要持续推进微生物解磷机制的研究,推动微生物肥料在农业中的大面积推广使用,这对于磷矿资源不足,且面临化肥污染的我国尤为重要。

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奇异的蚯蚓

蚯蚓,是我们再熟悉不过的一种土壤动物了,潮湿肥沃的土壤中经常可以看到它们的身影。然而,蚯蚓可不都像我们平时看到的那个样子,浅红或者暗红色,身体大约长度在6-12厘米上下,有些蚯蚓偏偏就是不一样。今天我们就来盘点下土壤中那些奇异的蚯蚓们。

发光蚯蚓

如果你看到暗夜里,土壤在隐隐发光,你会怎么想?磷火或是矿石?你可会想到这光源竟然是蚯蚓。蚯蚓会发光,这是怎么回事呢?发光蚯蚓是世界上仅有的几种陆生发光生物之一,在世界各地普遍存在,全世界有近四十种会发光的蚯蚓,我国的河南,江苏都曾发现过发光蚯蚓。发光蚯蚓并不是一直都会发光的,它们只会在遭遇扰动或者是伤害时,才会分泌发光粘液来迷惑和恐吓捕食者。

发光蚯蚓

上图的这种双心长蚯蚓发现于美国乔治亚州南部,它是长达45厘米的发光蚯蚓。

巨型蚯蚓

巨型蚯蚓可是世界濒危物种之一,然而这巨型蚯蚓可不像大熊猫那样可爱喽。巨型蚯蚓多发现于南美洲,尤以巴西最为多见,相传这种生物可是在恐龙时代就有了。巨型蚯蚓的体长一般可以达到1米左右,最长的甚至可以达到2米多。2014年7月19日,在厄瓜多尔的一座火山上,发现了一条长度约1.5米,重量至少有一斤的巨型蚯蚓,它的的身长体重堪比蛇。巨型基普斯兰蚯蚓,可以长到1.5米长,像一个成年男子的胳膊一样粗,皮肤的颜色和质地跟牛的皮肤一样。有趣的是,蚯蚓长太大可会像蛇,而有些蛇又长得太少,世界上最小的蛇身长仅有64毫米,恰如蚯蚓一般。

巨型蚯蚓

最小蚯蚓

世界上最小的蛇像蚯蚓一般大小,那么世界上最小的蚯蚓呢?据目前所知,世界上最小的蚯蚓只有0.5毫米长。我国海南也曾经发现过一种较小的蚯蚓,成熟者只有20毫米长。

能吃金属的蚯蚓

2008年,科学家在英国一处废弃的矿井中发现了一种能吃金属的蚯蚓。据科学家们的研究,这种蚯蚓在废气矿井中经历了快速地进化和变异,能在被重金属严重污染的有毒土壤环境中生存下来,并吃掉这些污染土壤的重金属。这些超级蚯蚓能咽下大量的有毒金属,如砷、铅、锌和铯。由于蚯蚓每天能吞下自身重量30倍的东西,科学家们表示,可以饲养这些蚯蚓,用于这清洁那些被重金属污染的工业用地,如矿井、制造厂和铅熔化工厂。

大千世界,无奇不有,这么平常的蚯蚓原来也有着这么许多我们不知道的故事,这也正是自然的奇妙之处。

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瓷器——化土壤为神奇

瓷器的英文名为China,可以说瓷器是最具中国特色的艺术品之一,是土与火的艺术,人与自然的天作之合。瓷器来自于土壤,却让土壤活了起来,可以说土壤造就了瓷器,而瓷器成就了土壤。那么瓷器和土壤之间究竟有怎样的精彩碰撞呢?

说起瓷器,我们第一个想到的就是江西的景德镇。景德镇素有“世界瓷都”之称,那里的瓷器以“白如玉,明如镜,薄如纸,声如磬”蜚声海内外。制作瓷器的主要原料高岭土,就是因为最初在景德镇附近的高岭山发现而得名。景德镇产的高岭土是做瓷器的上好泥土,它为景德镇制瓷业的发展立下了汗马功劳。

高岭土,亦称瓷土,化学式为Al2O3•2SiO2•2H₂O,又称观音土、白泥,是自然界常见的、非常重要的一种粘土矿物,呈白色软泥状,颗粒细腻,状似面粉,其化学成分相当稳定,被誉为“万能石”。高岭土能够烧制高品质的瓷器,有多方面的原因,例如色白、颗粒小、可塑性高、粘性大、耐火、耐高温、具电绝缘性等,今天我们就来解析下几个主要工艺性能。

瓷器制作过程

瓷器“白如玉”,那么白度自然是高岭土工艺性能的主要参数之一,纯度高的高岭土为白色。高岭土白度分自然白度和煅烧后的白度。对陶瓷原料来说,煅烧后的白度更为重要,煅烧白度越高则质量越好。亮度是与白度类似的工艺性质,高岭土的颜色主要与其所含的金属氧化物或有机质有关。例如Fe2O3会使高岭土呈玫瑰红、褐黄色,使烧后白度降低,产生斑点。可塑性是指高岭土与水结合形成的泥料,在外力作用下能够变形,外力除去后,仍能保持这种形变的性质。可塑性是高岭土在陶瓷坯体中成型工艺的基础,也是主要的工艺技术指标。火是瓷器烧制过程中最关键的因素之一,因此,高岭土对火的响应是决定高岭土是否能烧制高品质瓷器的重要因素。烧结性是指耐火粘土经煅烧,能获得一定的密度和强度的性能。优质的高岭土土坯加热至接近其熔点时,物质能自发地填充粒间隙而使土坯变的致密。烧成收缩是指高岭土土坯在烧成过程中,不会发生很大收缩。耐火性是指高岭土抵抗高温不致熔化的能力。在高温作业下发生软化并开始熔融时温度称耐火度。耐火度与高岭土的化学组成有关,纯的高岭土的耐火度一般在1700℃左右,当水云母、长石含量多,钾、钠、铁含量高时,耐火度降低,高岭土的耐火度最低不小于1500℃。

目前世界上有60多个国家和地区拥有高岭土资源,美国、英国、巴西、乌克兰、中国是世界最主要的高岭土生产国,其产量占世界总产量的78%。中国高岭土矿资源丰富,全国总保有高岭土矿储量矿石14.3亿吨。从地区分布看,广东最多,陕西次之,分别占全国储量的30.8%和26.7%;福建、广西、江西探明储量也较多;香港特别行政区亦有高岭土矿产地。我国主要高岭土矿区有广东茂名、福建龙岩、江西贵溪、江苏吴县和湖南鸲醴陵等。

中国矿产分布

瓷器,成于指尖与泥土的流转中,经历火的洗礼,彰显了不做作的自然之美。瓷器上泥土的生命得到升华,让大地的深沉焕发光彩,不愧为最中国的经典。

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土壤磷素知多少

磷元素在植物营养中扮演相当重要的角色,它与植物能量生化反应有关,许多的酵素代谢中需依赖磷酸作用,加上磷元素是生物遗传物质——核酸的组成,对细胞分裂及分生组织的发育有非常重要的关系,是植物生长及生殖不可缺少的大量元素之一。我们农业活动施用磷肥始于20世纪50年代,然而目前有些土壤较为缺磷,有些土壤却常存有多量磷元素,这都不利于植物的生长。了解土壤中磷的行为特征,对于合理施肥,提高磷素利用率具有重要作用。

植物缺磷症状

中国土壤磷素含量概况

磷元素在植物干组织中的含量仅为0.2%-1.1%,但因磷在地壳中含量低(平均约为0.28%),且在土壤中的含量变异大(一般在0.04%-0.25%),致使我国许多地区土壤磷素供应不足。我国耕地土壤全磷含量为200-1100mg/kg,然而当评价磷素含量高低时,有效磷更为贴切。根据20世纪80年代全国第二次土壤普查的数据,我国耕地磷素含量较低,有效磷含量5-10mg/kg,其中含量小于5mg/kg的缺磷及极缺磷面积占50.59%。

中国土壤有效磷含量分布图

中国土壤有效磷含量分布图

土壤磷素的存在状态

土壤磷根据形态可以分为无机态磷和有机态磷,二者所占的比例分别为50-90%和10-50%,其中无机磷又包括水溶性磷、铁铝结合态磷、闭蓄态磷、钙的磷酸盐以及含磷矿物。土壤磷根据可溶性又可分为难溶性磷和易溶性磷两大类,其中,难溶性磷占土壤总磷量的95-99%左右,这部分磷是植物不能直接利用的。

磷的分布

土壤磷素的转化过程

土壤磷的转化主要包括四个过程:无机磷酸盐的溶解作用、有机磷酸盐的矿化作用、固定作用以及无机磷酸盐的氧化-还原作用。通常,土壤磷的价态较为固定,氧化-还原作用并不十分重要。

无机磷酸盐的溶解作用:无机磷酸盐的溶解作用主要贡献者是微生物。许多常见的微生物能溶解土壤中的难溶性无机磷,微生物的溶磷作用是通过酸化其生长环境,产生螯合或交换过程来实现的。在某些土壤中,溶磷微生物占整个微生物群的比例高达85%,其中以细菌所占比例最大。另外,根系分泌物对于无机磷的溶解也有重要作用。根系所分泌的低分子有机酸、氢离子可以酸化根际土壤,从而溶解部分难溶性无机磷。

有机磷酸盐的矿化作用:有机磷经矿化后转化为作物可利用的磷。有机磷酸盐的矿化同样依赖于微生物,能够矿化有机磷酸盐的微生物所占的比例也较高,极端情况下可高达70-80%,一般低于50%。这些微生物产生各种酸,能降解相应的有机磷。另外,根系所分泌的磷酸酶,也可以矿化根际有机磷。

磷的固定作用:磷的固定作用一是指土壤中水溶性磷与钙、铁、铝、锰等离子反应,生成难溶性磷酸盐,其反应机理分为吸附作用、同晶置换作用和化学沉淀作用三类;二是土壤微生物、动物、以及植物固持土壤有机磷为自身组成的有机态磷的过程。

磷肥施用

施用磷肥是补充土壤有效磷的重要手段。磷肥施入土壤后,分成两部分,其中大部分因土壤的固定作用而积累起来,另一小部分存在于土壤溶液中。当可溶性磷因作物的吸收或水分淋溶而损失后,可由土壤中的化学平衡以及土壤生物的溶解和矿化作用而迅速得到补充。目前,我国农业生产中,磷肥当季利用率仅有5%-20%,这导致施入土壤中磷素在土壤中大量蓄积,并通过地表径流及灌溉流失,造成面源污染的风险。在很多土地施磷量较高,磷素利用率低的同时,有些土壤却表现为缺磷,限制了植物的生长,因此合理施磷尤为重要。所谓合理施肥主要是指1)根据土壤条件合理分配和施用磷肥,磷肥优先施在低磷、有机质含量低的土壤上;2)根据作物的需磷特性和轮作制度合理施磷,需磷量大的作物多施磷,例如豆科作物、糖用作物,需用磷量大的生育期多施磷,例如苗期;3)氮、磷、钾配合施用,同时在缺乏微量元素的土壤上,还须增施微量元素肥料。各元素的协调供应才能最有效地发挥肥力作用。

有效磷含量

未来磷肥研究应该立足于减少磷素施用中的无效化,充分提高磷素在土壤中的有效性,增加磷素在生物小循环中的运转效率,这才是缓解磷素资源缺乏以及减轻施用磷肥造成环境污染的最终解决之道。

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土壤水分知多少

水是作物最重要的组分之一,一般的作物含水量可达60-80%,瓜果类的含水量更是高达90%。作物体内能储存如此之多的水分,土壤功不可没,土壤水可是作物水的重要来源。土壤水分其实是个很复杂的概念,根据受到土壤中作用力的不同可以细分为很多类型,但论及对作物生长的有效性,有几个水分常数就不得不说道说道了。

土壤由“完全”的干到“彻底”的湿的过程中,有下面几个状态的水分有着特别的意义,今天我们就来简单解析一下。

土壤含水

105烘干土:这就是所谓完全干燥的土壤,此时的水分就是将土壤在105℃的烘箱中烘干至重量恒定时,土壤损失的水量。这一概念的提出主要是为了土壤性质分析时标准的统一,比如我们经常看到的,某种土壤的硝态氮含量为100mg/kg,指的就是1kg烘干土壤中,硝态氮的含量为100mg。

吸湿系数:空气湿度近饱和时,土壤的最大吸湿水量。这一部分水分是由土粒表面分子引力和静电引力对空气中水汽分子的吸附力而形成的,水分定向紧密排列,不能自由移动,也无法溶解其他物质。

萎蔫系数:植物开始发生永久凋萎时的土壤含水率,即植物因缺水凋萎并不能复原时的土壤含水量,也称凋萎含水率或萎蔫点,此时土壤中的水分活动已基本接近于零。通常把土壤的萎蔫系数看成土壤有效水分的下限,是进行土壤改良和灌溉不可缺少的重要依据。根据经验,凋萎系数=吸湿系数×(1.34-1.5)。

生长阻滞含水量:顾名思义,生长阻滞含水量,就是水分含量较少,植物生长受阻但还不至于彻底凋萎时的土壤含水量。此时,土壤中可移动的水分含量显著降低,作物虽然能从土壤中吸收水分,但是土壤中的水分不会向根区流动,以致水分不能及时得到补充,最终使作物生长受阻。因此,生长阻滞含水量被认为是作物适宜土壤含水量的下限。

田间持水量:指土壤充分降水或灌溉后,允许水分充分下渗,并防止蒸发,经过一定时间,土壤所能维持的较稳定的土壤含水量,是土壤持水能力的极限值。通常把田间持水量看作旱地土壤有效水分的上限,被用于计算灌水定额。一般情况下,田间持水量=吸湿系数×2.5。

全容水量:这就是所谓“彻底”的湿,即土壤水饱和时的土壤含水量,此时水分基本完全充满了土壤孔隙。当水稻土淹水,或者对土壤进行较大灌溉时,土壤含水量基本可以达到全容水量。

毛管水网

土壤中的水分,并不是全部能被植物的根系吸收利用,土壤水分有效性表征土壤水分能够被植物吸收利用的难易程度,不能被植物吸收利用的称无效水,能被植物吸收利用的称为有效水。在以上水分常数中,105℃烘干水、吸湿系数为无效水;土壤有效水分=田间持水量—萎蔫系数;而田间持水量到全容水量之间的水分有多余水,运动速度快,植物利用较少。

土壤水分有效性

还记得那篇“如人饮水”的文章,人要喝水,动物要喝水,植物也要喝水。了解土壤水分,可以让植物更科学的喝水,也让我们有更多“水灵灵”的作物一饱口福。

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土壤中的好氧反硝化细菌

大家都知道,土壤的反硝化作用是环境中氮循环过程中至关重要的过程。反硝化作用是将NO3最终还原成N2,具体过程为:NO3 →NO2→NO→N2O→N2。然而大家可知道这一系列过程全是由土壤中的微生物共同协作完成的。包括:真菌、细菌、古菌,其中反硝化细菌占有主导地位,但大家熟知的反硝化细菌大多数都是厌氧反硝化细菌,殊不知好氧反硝化细菌的重要作用。

好氧反硝化菌(aerobic denitrlfier)是利用好氧反硝化酶的作用,在有氧条件下进行反硝化作用的一类反硝化菌。20世纪80年代,Robertson等人报道了好氧反硝化细菌和好氧反硝化酶系的存在,并证实了泛养硫球菌 (现更名为脱氮副球菌)在生长过程中,O2和N03共同存在时,其生长速率比两者单独存在时都高。越来越多的研究证明细菌好氧反硝化的存在,并发现了一些在有氧条件下有较高反硝化率的细菌。

反硝化细菌

好氧反硝化菌的反硝化作用过程包括4个还原步骤,分别由硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶、一氧化氮还原酶、一氧化二氮还原酶催化完成。目前提出好氧反硝化菌的假想呼吸途径中,NO3、O2均可作为电子最终受体:即电子可从被还原的有机物基质传递给O2,也可传递给NO3-、NO2-和N2O,并分别将它们还原。

与厌氧反硝化菌的反硝化相比,好氧反硝化菌的反硝化的特征为:1、一般好氧反硝化菌的反硝化的主要产物是N2O,而厌氧反硝化菌的反硝化则主要产生N2以及少量的N2O和NO。2、能在好氧条件下进行反硝化,使其与硝化能够同时进行。3、可将铵态氮在好氧条件下直接转化成气态产物。4、反硝化速率慢一些。5、好氧反硝化菌的反硝化中,NO3-、O2均可作为电子最终受体,除去NO3-的同时还消耗了O2。6、催化好氧反硝化菌的反硝化的硝酸盐还原酶是周质酶而不是膜结合酶。7、特殊的好氧反硝化假单胞菌TR2和K50主要产生N2,这类特殊菌株可能有助于构建一种不产生N2O的好氧反硝化模式。

好氧反硝化菌主要存在于假单胞菌属(Pseudomonas)、产碱杆菌(Alcaligenes)、副球菌属(Paracoccus)和芽孢杆菌属(Bacillus)等,是一类好氧或兼性好氧、以有机碳作为能源的异养硝化菌。

假单胞菌属(Pseudomonas):假单胞菌科的 1属。专性需氧的革兰氏染色阴性无芽胞、无荚膜杆菌,呈杆状或略弯。菌体大小(0.5~1)×(1.5~4)微米。具端鞭毛,能运动。有些株产生荧光色素或(和) 红、蓝、黄、绿等水溶性色素,不发酵糖类。大多数菌的适温为30℃。DNA中的G+C克分子含量为58~70%。存在于土壤、淡水、海水中。目前已确认有 29种,其中至少有3种对动物或人类致病。

产碱杆菌属(Alcaligenes): 产碱菌属细胞0.5~1.2μm×0.5~2.6μm,通常单个出现,为杆状、球杆状或球状。革兰氏染色阴性。以1~8根(偶尔可达12根)周毛运动。专性好氧具严格代谢呼吸型,以氧作为电子最终受体。适宜生长温度为20~37℃。氧化酶、接触酶阳性。不产生吲哚。化能有机营养型,利用不同的有机酸和氨基酸为碳源。存在于水和土壤中,一些是脊椎动物肠道中常见的寄生菌。许多菌株已从临床标本的血、尿、粪便、脑脊液、化脓性耳脓汁和伤口中分离出,常引起人的条件感染。模式种:粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)。

反硝化细菌2

副球菌属(Paracoccus): 副球菌属拉丁学名(Paracoccus Davis,1969) 球状细胞,(直径0.5~0.9μm)或短杆菌(长0.9~1.2μm)。单个、成对或堆状。形成聚-β -羟基丁酸盐颗粒。革兰氏阴性。不运动。好氧,呼吸代谢;当硝酸盐、亚硝酸盐或氧化氮存在时,能以它们为电子受体营厌氧生长。最适生长温度25~30℃。氧化酶和接触酶皆阳性。出现在土壤、天然和人工的盐水中。该属包括3个种。 模式种:脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)。

芽孢杆菌属(Bacillus): 芽孢杆菌属是大的(4–10um), 革兰氏阳性,严格需氧或兼性厌氧的有荚膜的杆菌。该属细菌的重要特性是能够产生对不利条件具有特殊抵抗力的芽孢。细胞呈直杆状,0.5~2.5μm×1.2~10μm,常以成对或链状排列,具圆端或方端。细胞染色大多数在幼龄培养时呈现革兰氏阳性,以周生鞭毛运动。每个细胞产一个芽孢,生孢不被氧所抑制。好氧或兼性厌氧,具对热、pH和盐各种多样性的生理特性。化能异养菌,具发酵或呼吸代谢类型。发现于不同的生境,少数种对脊椎动物和非脊椎动物致病。模式种:枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。

好氧反硝化菌在农业生产中的应用:

1、水产养殖

2、废水生物处理

3、降解有机污染物

4、使土壤中氮素损失和对施肥的指导意义

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土壤与考古的那些事儿

中国作为世界文明古国之一,数千年的历史给我们留下了宝贵的财富。考古学家们以如今之所见所得,极力还原历史,揭秘过往风云,让曾经的故事再次鲜活起来,这便形成了一门学问——考古学。考古学是研究如何寻找和获取古代人类社会的实物遗存,以及如何依据这些遗存来研究人类历史的一门学科。考古学无疑是一门生动的科学,然而,看似平淡无奇的、甚至刻板的土壤却对考古学起着不容忽视的作用。今天,我们就来看看土壤与考古学的那些事儿。

五花土:说到考古,多数人脑袋中第一个呈现的就是古墓。洛阳铲是古墓发现的重要工具,其作用就是获取地下土壤,以判断是否有古墓存在。那么古遗迹会出现什么样的土壤呢?考古学中有一个术语叫“五花土”。五花土的形成时由于挖土坑墓时,会将坑中各层颜色不同的熟土和生土挖出来,下葬后,再将这些混合土回填坑中。如此这般,自然土经过开挖和回填二次翻搅,打乱原有层次、颜色界限,变成了揉合多种土层的花土,即使花土的年代久远也不能化合。在一般情况下,“五花土”是发现墓葬的线索。

五花土

文化堆积层:文化堆积层也是考古学术语,很多古遗址,土壤呈现了层次之分,表明在该处并不仅有一个时期的人类活动。文化堆积层简而言之,就是每一堆积层次存在不同包含物,不同堆积层存在叠压关系。根据堆积层有助于判断遗址各层的相对年代。后冈三叠层是我们一个典型的案例。梁思永在河南安阳后冈错综复杂的地层堆积中,用土质土色区分区了上层的小屯文化层,中层的龙山文化层和下层的仰韶文化层,是我国考古史上著名的“三叠层”。他借此确立了仰韶、龙山和商代文化的叠压关系,标志着以文化层为单位发掘法的开始,奠定了中国考古地层学的基础。现在利用文化堆积层判断遗迹年代的案例不胜枚举。广东英德市宝晶宫溶洞堆积层有四层重叠,堆积层内有中国旧石器文化工艺传统的打制石器,距今约有10万年的历史,据此,科学家有望还原10万年前的打猎、围火而坐、钻木取火等古人类生活的场景。

文化堆积层

土壤磁化率:磁化率,是反映岩石或矿物磁化难易和磁性强弱的一个指标。土壤也是一种岩类,不同的土壤,尤其是不同沉积或者不同年代的土壤,其磁化率也可能不同,特别是经过人类活动的土壤,磁化率变化更为明显。因此,便发展出了利用磁化率勘测地下遗迹的方法。古代遗迹、遗物同周围土壤存在着磁性差异,可用磁性测量仪器(磁法探测)进行探测,对获得的信息进行计算机处理分析和人工解读,便可以对地下的遗迹、遗物提供一定的判断。土壤磁化率常被用于确定古遗迹的范围。古遗迹往往存在回填土,与周围土质不一,而有时土质情况在野外用肉眼难以识别,利用磁性探测仪器监测土壤在磁化率上的差异,可把回填土分布范围圈划出来,从而确定遗迹范围。通过磁化率确定遗迹范围,可避免因不能确定遗迹范围而需要层层刮掉土壤,甚至破坏遗迹。另外,由于某些特殊的活动会导致磁化率出现极端的变化,例如,经过火烧的土壤,磁化率数值非常高。曾有考古学家利用这一特性准确地识别出了一灾难遗址的着火位置。

土壤磁化率

土壤能为考古提供的信息可不仅仅只有这些,土壤微形态、白胶泥、夯土、三合土等都能告诉我们一些远古时代的秘密。逝者已矣千百年,一抔泥土寻踪迹,沉静的土壤总是给我们惊喜。

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多样化的水稻种植技术

每年芒种前后,随着麦子成熟,布谷鸟的促鸣也如期而至。诗人听到它们不知疲倦、清亮却略带凄凉的叫声,便会逸兴遄飞、怀古伤今。比如李商隐的名篇《锦瑟》里写到:“庄周晓梦迷蝴蝶,望帝春心托杜鹃。”农人既没有诗人的文学修养,也没有诗人的闲情逸致。他们听到布谷鸟四声一度的鸣叫,恰似“阿公阿婆,割麦插禾”,就意识到了需要安排农事。这是大自然的语言对劳动人民的提醒和催促。

说到插禾(秧),这是一种应用很普遍的水稻栽培技术。自古以来,插秧就为粮食生产做出很大贡献,同时也耗费了大量的劳动力。新时代的水稻生产,除了继续重视插秧以外,还发展了一系列的新技术,本文将一一道来。

育秧移栽

育秧移栽是一种主流的水稻栽培技术,包括育秧和移栽两个步骤:首先将种子密密地撒到秧田里,让其长成小秧苗,这一步骤叫育秧。然后再将秧苗移栽到稻田里。根据移栽方式的不同,可将育秧移栽分为(人工)插秧、机插秧和抛秧三种。据统计,在我国,育秧移栽占水稻栽培总面积的95%以上。

育秧移栽的优点是:稻田利用率和复种指数高,能解决前后作茬口的矛盾;小面积育秧便于精心培育;水源不足的地方能够节约用水,不违农时;可以节约用种,保证合理密植;缺点是要耗费大量的劳动力。

插秧

在本文中,插秧特指人工插秧。插秧是移栽技术的一种,具体过程可用南北朝时代的一首诗形象地描述:“手把青秧插满田,低头便见水中天。六根清净方为道,退步原来是向前”。 除了具有育秧移栽技术的一般优点,插秧因为秧苗较壮、稻株排列整齐,还便于控制杂草。

育秧插秧本质是一种精耕细作,以大量的劳动力投入换来高质高量的产出的活动。在劳动力成本低下或者其他技术实施的条件不成熟的情况下,这个换法是合算的。但随着时代的进步,直接参与第一产业的人数逐渐减少,单位劳动者管理的田地逐渐增加,机械化生产逐渐替代人工,插秧会变得越来越不经济。未来插秧会日渐式微,最终被其他生产技术所取代。可能那个时候的孩子们,只能从教科书图片,或者古诗歌里面学习到插秧这个词的含义了。

机插秧机插秧

机插秧是一种特殊的插秧方式,即使用插秧机代替人工。

说到插秧机,那么问题来了,插秧机技术哪家强?答案当然不是蓝翔,而是日本。日本在1970那年就开始了水稻插秧的机械化,当前机插秧面积已经超过了99%。我国的机插秧技术基本上是照搬日本的,发展也很快, 2008年时机插秧面积占到了10.3%。

日本的机插秧技术是以本国粳稻种植为基础的,所以在我国只适用于粳稻种植区,如东北、江南等地。而在南方以籼稻和杂交稻为主的稻区,想推广这一技术就遇到了难题。希望我国的科研人员加强攻关,努力开发出属于自己的、适用于本国特殊国情的机插秧技术。

抛秧抛秧

抛秧栽培是采用塑盘育苗或旱育苗,育出根部带土球( 钵) 的秧苗,移栽时依靠带土球( 钵) 秧苗的自身重力,通过人工或机械均匀地抛栽到田里的一种轻简型栽培方式。

相比插秧,抛秧存在着一些弊端,如容易倒伏、直立苗比例低、抛秧均匀度不高和分蘖成穗率低等。因此目前抛秧的产量和插秧比还是有一定差距。但是,抛秧是育秧移栽中最省力的一种,故而应用范围不断扩大。在2000年,我国采用抛秧的稻田已经占到了总稻田的23%,这一数字还在增加。

直播

直播,顾名思义,就是直接把种子撒到稻田里,省去了育秧和移栽的过程。在约7000年前,我们的祖先采用的最原始的水稻栽培方式是和小麦类似的旱种,也就是直播到旱田里。但是,水稻在旱田的产量比不上在水田,而直播到水田会有很严重的草害——因为直播田里的稻株是和杂草同时生长的,而水稻对水肥的竞争力远远低于杂草。那时候技术不发达,控制草害只有通过人工除草。于是,在除草上花费的劳动力大大超过了插秧的劳动力。所以直播并不经济,从而被插秧取代,并一直没有太大的发展。

直播各种直播

当前,美国和澳大利亚已经完全实现了机械直播,欧洲和东南亚一些国家也是以直播为主。随着高产水稻品种的培育,俄罗斯独辟蹊径,重新拾起了旱直播技术,生产每吨稻谷仅需 14 个工时。在水直播和旱直播技术之间还有一种湿直播,即在土壤水分饱和而无积水的田块直播。由于我国幅员辽阔,气候条件、地理条件和经济条件千差万别,目前水稻种植仍是以插秧为主,直播可能只适合在部分条件适宜的地区推广应用。

随着转基因技术在水稻育种中的运用,能够抵抗灭生性除草剂的水稻也被培育出来。灭生性除草剂的杀草谱广、费用低,有着巨大的利用潜力。除草剂和抗除草剂水稻的联合使用为直播的进一步发展打下了伏笔。

结语

水稻的栽培技术非常多样化,最传统的技术是插秧。利用插秧长出的水稻产量高、质量好,但是也最耗费人工。机插秧比较省力,效果和手工插秧差异不大。抛秧比插秧要省力,在稻田面积、人工成本适宜的情况下,投入与机插秧大致相等,但产量不如插秧。直播是一种粗犷的栽培技术,最省事,但产量也最低。

所以,从产出来看,插秧=机插秧>抛秧>直播。从投入来看,插秧>机插秧=抛秧>直播。到底选择哪一种技术,要综合考虑当地环境是否适宜,以及投入产出的性价比。

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土壤生态化学计量学

生态化学计量学是生态学上的一个理论,简单而言是研究有机体或整个生态系统主要化学元素(主要是C、N、P)平衡的科学。生态化学计量学有两个具体理论,即动态平衡理论和生长速率理论。动态平衡是指正常的生物体的养分元素组成基本稳定,即使外界环境不断变化时,其组成也不会发生很大变化,从而使整个有机体基本保持稳定。生长速率理论认为生物体必须改变它们的C:N:P比值以适应生长速率的改变。

自1986年生态化学计量学思想被提出以来,科学家们历经30年,进行了大量的研究,取得了很多研究成果。然而,土壤生态化学计量学的研究起步较晚,但是仍然取得了一些研究成果,今天我们就来看看土壤生态化学计量学的研究得出了哪些有趣的结果。

土壤作为生态系统的重要组成部分,对植物的生长起着关键性的作用,直接影响着植被群落的组成、结构与生产力水平。土壤化学计量比可以反映土壤内部碳氮磷钾循环情况,研究其生态化学计量学特征,可以揭示养分的可获得性,对于认识碳氮磷钾元素的循环和平衡机制具有重要意义。土壤C:N:P:K比是有机质或其它成分中的碳素与氮素、磷素以及钾素总质量的比值,是土壤有机质组成和质量程度的一个重要指标。土壤生态化学计量比是土壤有机质组成和养分有效性的重要指标,可作为土壤碳氮磷矿化、固持作用的指标,例如土壤C:N较低表明有机质矿化作用较强。土壤碳氮磷钾及其比值主要受区域水热条件和成土作用特征的控制,由于气候、地貌、植被、母岩、年代、土壤动物等土壤形成因子和人类活动的影响。土壤碳氮磷总量变化很大,使得土壤碳氮磷钾及其比值的空间变异性较大。土壤C:N相对稳定,这是因为在土壤体系中这两种元素之间具有很好的耦合关系,对同一环境因素的响应总是同步进行的。而C:P和N:P易于变化,这是因为,土壤磷主要受rRNA中磷含量的影响,变异较大。

目前很多科学家已经从全球视野研究了土壤主要化学元素的分布特征,有研究者发现全球土壤C:N的变化范围介于9.9-29.8,最小值和最大值分别出现在漠境土壤和有机土土壤,也有学者根据土壤碳氮储量计算,认为全球土壤C:N比平均值为13.33。我国的土壤生态化学计量学虽然开始的较晚,但是也取得很多的研究成果。中国0-10cm土层土壤C:N、C:P、N:P的平均值分别为14.4,13.6和9.3。不同生态系统具有不同的土壤C:N。退化草地土壤C:N高原森林土壤,两者分别为17和13。内蒙古荒漠草原带不同地区小针茅群落土壤化学计量比不同,各养分计量比随土壤深度的变化也不一致,C:N平均值为33.43。南亚热带土壤N:P随植被演替的进行而增加,且在各个土层表现一致。闽江河口近潮沟区域和远潮沟区域土壤化学计量比对淹水频率的响应不同,且C:N相较于C:P和N:P更为稳定。人为干扰会对土壤化学计量比产生影响,闽江河口地区土壤各养分化学计量比随干扰程度的增加而降低,且C:N的响应敏感性不及C:P和N:P。

土壤生态

由于土壤C:N:P比是反映土壤内部碳氮磷循环的主要指标,综合了生态系统功能的变异性,容易测量,而且有助于确定生态过程对全球变化的响应,因而成为确定土壤碳氮磷平衡特征的一个重要参数。相信在以后的科学研究中,土壤生态化学计量学将会有更加蓬勃的发展。

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土壤圈

自然环境分五大圈:大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈、生物圈,土壤圈是岩石圈最外面一层疏松的部分,其上面或里面有生物栖息,与人类关系最为密切,是地球各圈层中最活跃,最具生命力的圈层。土壤圈的平均厚度为5m,面积约为1.3×108km2,相当于陆地总面积减去高山、冰川和地面水所占有的面积。

土壤圈

土壤圈一词是由瑞典学者马特松(S.Matson 1938年)首先提出的。土壤圈覆盖于地球陆地表面和浅水域底部的土壤所构成的一种连续体或覆盖层,犹如地球的地膜,通过它与其他圈层之间进行物质能量交换。是岩石圈顶部经过漫长的物理风化,化学风化和生物风化作用的产物。

土壤圈的形成过程

物理风化的本质是将地表整块岩石物理分解成大量小碎屑的过程;化学风化则改变了岩石的化学组成和矿物面貌,其中地表(地下)水和大气中氧、二氧化碳的作用最为重要,使造岩矿物分解,形成以粘土矿物为主的松散物质,即通常所说的风化壳。生物在土壤形成过程中的意义更为关键。生物的风化作用是通过生物新陈代谢和生物死亡后生物降解作用实现的。生物腐烂形成腐殖质,增加了N、P、K和碳水化合物等养分,使风化壳最终形成土壤。

土壤圈的重要性

土壤圈与岩石圈有十分密切的关系,因为土壤是由岩石风化后在其他各种条件的作用下逐步形成的。土壤圈是一层被覆于地球陆地表面,能生长植物的疏松表层。植物生长发育所需的水分和养分,一般都是从土壤获取。同时,土壤还是支撑植物生长的基底。古人说:“皮之不存,毛将焉附?”我们也可以说:“土之不存,树将焉附?”所以,土壤与植物是息息相关的。当然,土壤圈并不是专为植物生长而设的。由于它位于大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的交换地带,是连接无机界和有机界的枢纽,因此具有极为重要的作用。它有净化、降解、消纳各种污染物的功能:大气圈的污染物可降落到土壤中,水圈的污染物通过灌溉也能进入土壤。但是土壤圈的这种功能是有限的,如果污染超过了它能容纳的限度,土壤也会通过其他途径释放污染物,如:通过地表径流进入河流或渗入地下水使水圈受污染,或者通过空气交换将污染物扩散到大气圈;生长在土壤之上的植物吸收了被污染的土壤中的养分,其生长和品质也会受到影响……

人类也生活在土地上,我们的一切活动都是由脚下这块土地开始的,我们生存也离不开土地滋养的植物。因此,我们必须珍惜我们脚下的土壤,否则,可真要“土之不存,人将焉附”了。

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