
土地利用论文范文参考一:
土壤微生物在土壤生态系统中扮演着重要的角色,它几乎参与了土壤生态系统中的所有生物化学过程,是土壤与外界环境进行物质交流和能量流动的重要纽带[1]。土壤微生物参与土壤中的碳、氮和磷转化进程的调控,因此成为土壤中养分释放和能量流动的重要载体,同时,土壤微生物也是衡量土壤质量的重要指标之一[2]。然而这些微生物控制的过程强烈依赖于土壤环境因子,比如土壤养分、微生物生物量及土壤酶活性等,而这个过程主要受到土壤环境中能量和养分可用性的限制,因此被称为微生物养分限制[3],土壤微生物养分限制主要包括微生物碳、氮和磷的限制[4]。
土壤微生物养分限制研究主要以参与土壤碳(β-1,4-葡萄糖苷酶,BG)、氮(β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶,NAG;L-亮氨酸氨基肽酶,LAP)和磷(酸性磷酸酶,AP)相关的酶为研究对象,探究土壤微生物养分限制特征[5],因为这些酶参与土壤中碳、氮和磷养分的催化反应,一定程度上可以反映土壤中碳、氮和磷代谢的水平[6]。 目前,已经有很多方式对微生物养分限制进行计算与衡量,比如,土壤酶活性化学计量比就是衡量其有效且应用广泛的研究方式之一,这是因为土壤酶活性能在一定程度上反映出该生态系统中资源可利用性的响应,从而满足资源的代谢需求[7]。此外,Moorhead 等提出的胞外酶化学计量的矢量长度和矢量角度也是表征土壤微生物养分限制的常用方法之一[8]。Sinsabaugh 等在全球范围内进行了生物酶化学计量研究,发现碳、氮和磷相关酶的生态化学计量比值接近1 ∶1 ∶1时为内稳态,即lnBG ∶ln(NAG+LAP) ∶lnLAP 为1 ∶1 ∶1[9],然而这个比例在不同的生态系统中存在差异。比如,Peng等研究发现草地土壤中BG/(NAG+LAP)、BG/AP和(NAG+LAP)/AP比值分别为0.47、0.18和0.40,表明微生物受到氮和磷的共同限制,特别是磷[10];Tapia-Torres 等研究表明荒漠土壤中BG/NAG、BG/AP和NAG/AP比值分别为0.98~1.58、0.28~2.23和0.20~0.82,表明该生态系统中微生物主要受碳和磷限制[11]。这些研究阐明了土壤微生物养分限制受不同生态体系的影响。而目前有关于土壤微生物养分的研究主要集中于自然生态系统以及人工林地进行展开,而在农业生态系统中不同种植体系以及种植模式方面的研究的相关报道较为少见。
间作模式作为一种绿色、高效、生态的种植模式受到广泛的研究与应用[12-13]。大量研究表明,间作体系对作物的促进作用与土壤养分环境、土壤微生物以及作物种类等因素密切相关。比如,Cuartero等通过对豇豆和甜瓜的研究表明,间作系统拥有较高丰富度的有益微生物,如假单胞菌、芽孢杆菌、链霉菌和鞘氨醇单胞菌等[14];Ma等关于茶园栗树间作的研究也表明,间作可以改善农林生态系统的资源可用性、生态系统功能以及产品数量和质量[15]。此外,豆科番茄间作[16]、玉米花生间作[17]、马铃薯蚕豆、马铃薯荞麦间作[18-19]等研究均表明,禾本科与豆科间作模式有助于提高土壤养分,但由于不同作物生长需养量的不同,对养分活化也有所差异。Li等研究表明,间作可以在作物间根系的相互作用中发挥重要作用,从而对土壤微生物具有选择性作用[20]。通过对土壤酶化学计量比的研究,有助于揭示间作体系中土壤微生物对养分需求的变化以及对微生物过程产生积极或消极的影响[21]。此外,了解土壤微生物养分限制对土壤养分转化相关的微生物机制,对改善土壤养分循环和作物生产力具有重要意义。
甘蔗与花生是广西重要的糖料作物和油料作物,是促进广西农业发展以及农民经济收入的重要农产品[22-23],在农业发展和研究中占有重要地位。近年来关于甘蔗花生间作对土壤理化性质[24]、微生物生态[25-26]、病虫害[27]以及光合利用率[28]等方面有了不少的报道,而对甘蔗花生种植模式对土壤微生物养分限制的影响以及调控因素的研究相对较少。本研究通过对甘蔗花生间作、单作体系中土壤理化性质、微生物量和土壤养分限制的变化特征及其相互作用机制的关系进行分析,明确在单作和间作体系下土壤微生物磷限制的特征,并通过与单作进行对比,探究间作对土壤微生物磷限制的影响特征及影响因素,从而为广西农田生态系统制定合理的管理制度提供理论依据。
1材料与方法
1.1试验设计
本试验于2022年3月在广西壮族自治区农业科学院武鸣里建科研基地(23°14′58″N,108°3′40″E)进行。试验包括甘蔗花生间作、甘蔗单作、花生单作3个种植模式(图1),每个种植模式重复3次。于2023年3月中旬同时种植花生和甘蔗。其中,单作花生行距为50 cm,株距为12 cm,单粒种植;单作甘蔗行距为120 cm,株距为50 cm。甘蔗间作花生(甘蔗、花生行数比为2 ∶4),在甘蔗宽行距中间种4行花生,其中甘蔗之间行距为120 cm,甘蔗与花生之间的距离为65 cm,花生行距为30 cm。小区面积为117 m2 (长、宽分别为11.7、10.0 m)。单作甘蔗施用 2 250 kg/hm2 甘蔗专用复合肥(N、P2O5、K2O含量均为15%),单作花生施用450 kg/hm2花生专用复合肥(N、P2O5、K2O含量均为15%)和 750 kg/hm2 钙镁磷肥,先将肥料均匀条施在花生种植沟里,并与条沟内土壤混合均匀。间作条件下甘蔗与花生按实际种植面积分开施肥,施肥量同各自单作种植用量一致。耕层土壤养分含量分别为含水量14.39%、pH值6.75、有机碳含量19.23 g/kg、全氮含量1.29 g/kg、速效磷含量34.62 mg/kg、硝态氮含量62.36 mg/kg。
1.2土壤样品采集
于2023年6月2日在花生成熟期分别对种植单作甘蔗、花生和间作甘蔗花生表层0~20 cm土壤进行多点随机取样,再将各处理采集的土样混匀并去除肉眼可见的石头、根系等杂质,过2 mm筛后将土样一分为二,一份保存在4 ℃下保鲜储存用于土壤理化性质的测定,另一份置于-20 ℃的冰箱冷冻保存,以供土壤微生物特性的测定。
1.3测定指标
1.3.1土壤理化性质的测定
土壤理化性质的测定参考《土壤农化分析》[29]进行:pH值的测定使用pH计[SevenCompact S220,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司]进行(土、水质量比为 1 ∶5);将 5 g 鲜土置于105 ℃的恒温烘箱中烘干至恒重测定含水量;土壤有机质含量采用H2SO4-K2CrO7熔融法进行测定;全氮含量用凯氏定氮法测定;硝态氮含量的测定是用2 mol/L KCl 溶液浸提后,用紫外分光光度计[UV-2600,岛津企业管理(中国)有限公司]分别在220、275 nm波长处进行比色;全磷、速效磷含量均采用钼锑抗比色法进行测定。
1.3.2土壤酶活性的测定
本研究主要探究了4种水解酶,即BG、NAG、LAP、AP(表1),测定方法如下[30]:称取1.5 g鲜土置于150 mL的缓冲液中(0.2 mol/L 醋酸钠+0.026 mol/L冰醋酸,pH值5.3),并置于振荡器中摇匀2 min,制备成土壤悬浮液,然后将50 μL 底物(表1)和100 μL土壤悬浮液加入到96 孔微孔板上,每个样品重复8次,同时制备土壤悬浮液标准曲线,分别为浓度梯度为0、2.5、5、10、25、50、100 μmol/L的4-甲基羟基香豆素(4-methylumbelliferone,MUB)和浓度梯度为0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、2.5 μmol/L的7-氨基-4-甲基香豆素(7-amino-4-methylcoumarin,AMC)。最后将所有微孔板置于25 ℃条件下避光培养3 h后,使用酶标仪(Infinite M200,瑞士TECAN公司)在激发波长为365 nm和发射波长为460 nm条件下进行荧光测定,其活性单位表示为 nmol/(g·h)。
1.3.3土壤微生物量的测定
土壤微生物量碳(soil microbial biomass carbon,MBC)和微生物量氮(soil microbial biomass nitrogen,MBN)含量通过三氯甲烷熏蒸-TOC仪法测定[35]。具体测定方法:称取4份10.0 g土壤样品于小烧杯中,其中2份三氯甲烷熏蒸 24 h,另外2份不熏蒸。之后转移4份土样于塑料瓶中,加入40 mL 0.5 mol/L 的K2SO4溶液(土水比 1 ∶[KG-*3]4),800 r/min振荡30 min,然后用中速定量滤纸过滤得到滤液。吸取10 mL滤液用有机碳自动分析仪(vario TOC cube,德国Elementar公司)测定其中碳、氮含量。
土壤微生物量磷(soil microbial biomass phosphorus,MBP)含量通过三氯甲烷熏蒸-NaHCO3提取-ICP检测测定。熏蒸过程与微生物碳、氮含量测定的方法一致,之后转移4份土样于塑料瓶中,加入40 mL 0.5 mol/L的NaHCO3(土水比1 ∶[KG-*3]8)溶液,300 r/min充分振荡30 min,完成之后使用无磷滤纸过滤得到滤液,再用钼锑抗比色法测定其中磷含量。熏蒸部分测定值减去未熏蒸部分之后,利用0.4的转换系数[36]计算土壤微生物量磷含量。
1.4数据分析
土壤胞外酶活性的矢量分析计算公式:矢量长度代表土壤微生物受到碳的限制,矢量角度代表氮或磷的限制,其中,当矢量角度>45°时表明受到磷的限制,且角度越大代表受到的微生物限制的程度越强,反之,则是受到氮的限制[37]。公式如下所示[38]:
矢量长度=SQRT(X2+Y2);
矢量角度=Degrees[Atan2(X,Y)];
X=lnBG ∶ln(BG+AP);
Y=lnBG ∶ln(BG+NAG+LAP)。
使用Excel 2021对试验数据进行统计整理与分析,使用SPSS 19.0进行均值和标准误的计算,之后进行显著性方差(one-way ANOVA)分析,用LSD法进行多重比较,再将处理好的数据用Origin 2021进行柱状图、散点图的绘制,用R语言进行Spearman相关分析。
2结果与分析
2.1甘蔗花生间作对土壤理化性质的影响
由表2可知,与花生单作相比,间作土壤全氮、全磷、硝态氮、速效磷含量以及土壤N/P都显著高于单作,土壤C/N和N/P显著低于单作;而与单作甘蔗相比,间作显著提高了土壤全氮、硝态氮、速效磷含量,且间作体系中土壤C/P显著高于单作。
2.2甘蔗花生间作对土壤微生物量的影响
从图2可以看出,无论是在间作还是单作中,甘蔗和花生体系下MBC、MBN、MBP含量差异均不显著,且MBN/MBP、MBC/MBP的差异性也不显著,但MBC/MBN无论是对于花生还是甘蔗而言,间作均显著高于单作,且花生间作是单作的1.87倍,甘蔗间作是单作的1.15倍。
2.3甘蔗花生间作对土壤酶活性及养分限制的影响
如图3所示,无论是单作还是间作体系中甘蔗和花生BG、NAG+LAP活性差异不显著,花生单作AP活性显著高于间作,而在甘蔗体系中则表现为间作显著高于单作,甘蔗单作和间作模式下土壤碳、氮和磷相关酶活性[BG ∶(NAG+LAP) ∶AP]的比值分别约为1.14 ∶1 ∶1.10和1.10 ∶1 ∶1.27;花生单作和间作模式下的比值分别约为1.21 ∶1 ∶2.38和 1.37 ∶1 ∶1.70,经对数转化后,甘蔗单作和间作中碳、氮和磷相关酶活性[即lnBG ∶ln(NAG+LAP) ∶lnAP]比值分别为1.03 ∶1 ∶1.02和 1.02 ∶1 ∶1.05,花生单作与间作中酶活性比值分别为1.04 ∶1 ∶1.17和 1.07 ∶1 ∶1.11。而对于土壤酶化学计量比来说,花生体系中lnBG/ln(NAG+LAP)、ln(NAG+LAP)/lnAP差异不显著,而间作lnBG/lnAP显著高于单作,对于甘蔗种植体系来说,间作中lnBG/ln(NAG+LAP)、ln(NAG+LAP)/lnAP、lnBG/lnAP差异均不显著。此外,由土壤碳、氮和磷相对比值散点分析(图4)可以看出,4个处理的点均落在受碳或磷限制的区域内,矢量分析(图5)发现,4个处理的矢量角度均超过了45°,表明单作和间作模式中均受到较强的磷限制,且花生间作显著低于单作。结合图3中4个处理 lnBG/ln(NAG+LAP)>1、ln(NAG+LAP)/lnAP<1和 lnBG/ln AP<1(甘蔗单作除外),可以得出单作和间作体系中的土壤微生物养分限制均表现为磷限制>碳限制>氮限制,且由图5可知花生单作中土壤微生物磷限制显著高于间作,甘蔗体系中单作和间作体系中差异不显著。
土地利用论文范文参考二:
由于传统测绘技术越来越无法满足现代土地储备整理工作的要求,通过应用测绘地理信息技术,借助GNSS、GIS和RS等技术为土地信息测量提供高精度的定位服务,快速获取大范围数据,以三维可视化形式展现土地规划设计方案,并通过建立土地储备数据库,实现对土地变化的动态监督,为土地资产运营决策提供重要支持。而且通过测绘地理信息技术获取的丰富数据和分析结果,也能够科学评估土地潜力,识别和保护生态敏感区域,促进土地资源的优化配置和可持续利用,从而为城市和经济的健康发展打下坚实的基础。
一、测绘地理信息技术概述
(一)全球导航卫星系统
全球导航卫星系统简称GNSS,作为空间基础设施系统,组成包括卫星星座、地面监控系统和用户设备三部分,具有高精度定位、导航和实时服务等功能。卫星星座作为GNSS系统的空间部分,由多颗卫星组成,确保在任何地点和任何时刻都能够接收到卫星信号。地面监控系统由主控站、监测站和注入站三部分组成,用于监测和控制卫星的运行状态。用户设备主要指各种接收机,通过接收卫星信号,计算出接收机的位置。GNSS工作过程中,通过卫星不断向地面发射卫星位置和时间等信息的信号,用户设备接收到卫星信号时,会记录信号的接收时间。一般情况下,在同时接收至少4颗卫星信号时,即能够确定用户设备的三维位置和时间信息。
(二)地理信息系统
地理信息系统简称GIS,其作为采集、存储、管理、分析和展示地理空间数据的计算机系统,通过将地理空间数据和属性数据相结合,并利用一系列空间分析工具,能够为土地储备整理等工作提供决策支持。地理信息系统具体功能模块包括数据输入与编辑、数据存储和管理、空间分析、数据输出与可视化。数据输入与编辑模块主要用于将各种地理空间数据输入到GIS系统中;数据存储与管理模块负责地理空间数据和属性数据的存储和组织,为数据的查询、检索和更新提供更多便利;空间分析模块作为GIS的核心功能部分,能够提供多种空间分析工具;数据输出与可视化模块则是通过将GIS分析处理后的结果以多种形式输出,并以可视化的方式将复杂的地理空间数据直观地展示出来,更便于理解和决策。
(三)遥感技术
遥感技术简称RS,主要是通过接收来自地理表层各类地物的电磁波信息,针对这些信息进行扫描、摄影、传输和解译,从而实现对地表各类地物和现象的远距离探测和识别。作为一种现代综合技术,遥感系统的组成主要包括信息源、信息获取、信息处理和信息应用等部分,在较短时间内能够从空中乃至宇宙空间对大范围地区进行对地观测,获取有价值的遥感数据。遥感技术应用过程中,信息获取速度快,周期短,获取信息的手段多,信息量较大,而且获取的遥感数据具有较强的综合性、可比性和约束性。
二、测绘地理信息技术在土地储备整理中应用的优势
(一)GNSS在土地储备整理中的应用优势
在土地储备整理过程中,GNSS能够提供厘米级甚至毫米级的高精度定位,精准确定土地权属界址点和精确划定土地储备地块的范围。相较于传统测量方法,GNSS不受地形和建筑物等通视条件限制,只要GNSS接收机能够接收到卫星信号,即可以正常工作,有效提高了测量的便利性和效率。同时GNSS可以实现快速的数据采集,特别是在大面积的土地储备整理前期勘查中,利用GNSS可以快速获取土地的地形地貌特征点和控制点等坐标信息,为后续详细测量和规划提供基础数据。而且在土地储备整理中应用GNSS,可以在各种天气条件下工作,不受恶劣天气影响,确保了土地测量工作的按时完成[1]。
(二)GIS在土地储备整理中的应用优势
利用GIS的空间分析功能可以为土地整理规划决策提供辅助,具体通过GIS的空间分析功能帮助土地储备整理规划者全面考虑各种因素,并通过叠加分析,将土地利用现状、生态保护红线和基础设施规划等图层叠加在一起,确保哪些区域适合进行土地储备整理,哪些区域需要重点保护,实现土地资源的合理规划和开发。GIS系统还可以针对土地储备整理过程中的大量数据进行集中管理,具体通过建立土地储备数据库,整合土地相关信息,为查询、统计和分析提供便利,提高土地储备整理的效率。而且GIS的数据输出和可视化功能,以直观的地图和三维模型等形式将土地储备整理的规划方案、现状分析等结果展示出来,提高了规划的科学性。
(三)RS技术在土地储备整理中的应用优势
利用RS技术测量时,可以覆盖大面积的区域,快速获取其影像数据,为土地储备整理提供宏观和全面的基础资料,有助于从整体上把握土地的利用状况和分布特征。遥感平台周期性对同一地区观测,快速获取最新的土地信息,及时反映土地利用的动态变化情况,提高数据的时效性,这对土地储备整理工作中及时了解土地现状、发现新出现的问题或变化等十分有利。特别是RS技术借助传感器直接获取地物的电磁波信息,不受人为因素干扰,能够更客观和真实地反映土地的实际情况。获取的遥感数据类型多样,通过对这些多源数据的整合和分析,可以更全面和深入地了解土地的特征和变化情况,提高数据的准确性和精度。另外,RS技术还能够动态监测土地利用变化,并针对获取的数据进行多维度分析,不仅能够为土地储备整理中的规划调整和资源调配提供有力依据,还能够进一步提高土地资源的利用效率和整理效果。
三、测绘地理信息技术在土地储备整理中的实践应用
(一)土地储备前期调查阶段
在土地权属界址点测定时,利用GNSS的精准定位能力,即便在地形复杂及通视条件差的区域,也能够快速获取界址点的三维坐标信息,确保土地边界界定清晰和准确。在地形地貌测绘过程中,利用车载或背包式GNSS设备,沿设定路线对储备土地及其周边进行数据采集,可获取大量地形特征点坐标,构建详细的数字地形模型。而且通过这些数据也能够精准反映土地的坡度、高差和起伏形态等信息,为后续评估土地平整工程量和分析工程建设适宜性提供基础支撑。
GIS技术可以实现对数据的集成管理,通过将GNSS采集的界址点、地形数据和RS解译生成的土地利用现状、生态要素等空间数据,按照统一地理坐标系统与数据标准导入GIS平台,同时关联土地权属、规划用途、面积和地价等属性信息,建立起完整且结构化的土地储备数据库。用户借助此数据库,可通过空间查询快速定位特定地块,查看其详细属性;借助统计分析功能,掌握区域土地资源总量、各类用地占比等宏观信息,为储备规模预估与资金预算编制提供重要数据支持。而且借助GIS空间分析功能,可以对土地储备数据库开展多维度分析,为土地储备决策提供科学和可视化支撑,精准锁定优先储备地块,提高土地资源配置效率[2]。
在土地储备前期调查过程中,应用RS技术能够宏观把控土地现状。借助卫星或航空遥感影像,精准识别土地储备区域内各类土地利用类型,制作高分辨率的土地利用现状图。RS影像还能够反映植被覆盖度、健康状况及生态敏感区域分布,进一步分析土地储备对生态环境的潜在影响,为前期规划制定合理的生态保护措施提供重要依据,实现土地开发与生态平衡的协调共进。
(二)土地储备整理规划设计阶段
在土地储备整理规划设计阶段,测绘地理信息技术可以高精度定位指导工程模拟施工、科学规划布局和动态监测规划的可行性。在实际土地储备整理规划设计环节,GNSS根据设计方案确定的工程节点坐标,利用接收机在实地或虚拟环境中模拟定位施工起始点、转折点和终点等,提前对施工流程与设计坐标的契合度进行检验,预估可能出现的定位偏差与施工难题,保证施工的顺利推进。GIS则将多图层整合叠加于同一地理空间框架下,更能清晰洞察土地利用现状、土壤类型、地形地貌、生态保护红线和基础设施分布等要素在空间上的交互关系。GIS通过构建交通网络数据集,开展路径分析和服务区分析等,精准规划区内道路走向、宽度与连接方式,保证各功能区互联互通。在市政管网方面,模拟给排水、供气管道铺设最优路径,综合考量成本和地形高差,确保管网布局的经济合理和运行高效。特别是借助GIS结合地形数据和建筑模型数据等构建土地储备整理区域的三维场景,并嵌入规划设计方案内容,能够从不同视角审视规划后建筑高度、密度、空间形态,以及绿色景观、公共空间配置效果等,实现规划设计方案的优化调整,增强规划的科学性和公众认可度。
在土地储备整理规划设计阶段,RS技术获取的不同时期遥感影像,对比分析土地储备整理规划区域现状和规划设计内容,一旦发现不适宜情况,能够及时修正规划设计,保障规划落地可行性和可持续性。并通过对植被、水体和湿地等生态要素的持续监测,科学评估土地储备整理规划中的生态保护与修复规划成效,确保生态规划目标达成,实现土地开发与生态保育的平衡发展。
(三)土地储备整理实施阶段
在土地储备整理实施阶段,测绘地理信息技术成为保障工程精准推进、高效监管以及合理把控质量与进度的核心力量。在土地平整、道路修筑及沟渠开挖等具体施工项目实施时,将GNSS定位终端装配在各类施工机械装备上,精准确定机械所处位置的三维坐标,与预先导入的施工设计图纸坐标系统精准匹配。操作人员根据显示屏上实时反馈的位置偏差信息,精准调整机械作业的方向和角度,保证施工过程严格按照设计路线进行。而且依托于GNSS建立的高精度施工控制网,可针对关键施工节点位置和标准高实施不间断监测,一旦监测数据显示实际施工参数偏离设计允许范围,则提醒施工方及时整改,有利于保障施工安全和质量可靠度。RS技术通过定期获取土地储备整理施工现场的高分辨率遥感影像,并对比不同时段影像数据,直观量化各种指标,为施工进度管理提供可靠支撑,便于及时调配资源和调整施工计划。RS影像还能够敏锐捕捉施工现场周边土地利用异常变动情况,并结合土地储备整理规划红线与用地审批文件界定范围,智能识别非法占地、超范围压塌、违规改变土地用途等行为,确保土地资源按既定规划有序利用,防范土地开发乱象滋生[3]。
(四)土地储备整理后期管护阶段
在土地储备整理后期管护阶段,主要是通过GIS和RS技术的深度运用,实现对土地资产的有效管理和合理运营。通过对土地储备整理竣工后的多元信息进行整合,将与土地相关的空间和属性数据导入到GIS平台,构建全方位实时更新的土地资产数据库。借助数据库,管理者能够迅速定位任意地块,掌握其全生命周期信息,为后续监管和运营提供数据支撑。而且基于GIS空间分析和统计功能,还能够深挖土地资产价值,合理安排土地出让时序和定价策略,实现土地资产效益最大化。土地储备整理后期管护阶段,为了保证土地资源的合法合规使用,应利用RS定期获取的土地储备地块及周边遥感影像,精准甄别土地利用状态变化,一旦发现异常,自动预警并推送至执法监管部门,有效维护土地市政正常秩序。而且利用RS对土地储备整理中生态修复和绿色建设区域生态指标动态变化的监测,可以为土地生态管护手段实施提供依据,保证土地生态功能稳定存续。
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