以下辽河平原11年长期定位试验为平台, 采用原状土柱淋溶实验, 通过比较不同用量有机肥处理土壤重金属积累情况及其淋溶特征, 探讨了雨养农业条件下有机培肥措施对土壤表层重金属（Cu, Zn, Cd和Cr）积累的影响, 阐述了重金属在土壤表层(0～20 cm)中的积累特征明确了重金属元素的淋溶特点和垂直迁移规律(0～60 cm)。 研究表明, 随着有机肥用量增加, 表层土壤中Cu, Zn, Cd和Cr的含量都随之升高, 积累速度为Cd＞Cu＞Zn＞Cr。 根据中国土壤环境质量标准(GB15618－1995), 即使施入50 t·ha-1有机肥料, 也未造成表层土壤Cr, Cu和Zn的污染, 其中Cr仍符合Ⅰ类土壤质量标准, 而Cu和Zn符合国家Ⅱ类土壤质量标准, 但对Cd而言, 此时表层土壤含量已接近国家Ⅲ类土壤质量标准阈值, 存在较大风险, 应引起足够重视。 土柱淋溶实验表明, 只有个别淋溶液Cu和Cd浓度属于国家Ⅲ类水质量标准（GB/T14848—93）, 其余均符合国家Ⅱ类及以上水质标准, 且所有淋溶液Cr的含量都符合国家Ⅰ类水质标准, 表明在下辽河平原, 即使有机肥使用量达到50 t·ha-1时, 仍未对地下水构成任何风险。 另外, 淋溶液中的重金属含量均随土层深度增加呈现下降趋势(Cr除外), 表现出重金属不易下移的特点, 但相对而言, Zn和Cr向深层土壤淋溶能力较强, Cu和Cd则更易积累在表层土壤。

以沈阳生态实验站一组长期定位试验为平台, 研究长期施用厩肥对农田土壤Cu, Zn和Cd含量及收支平衡的影响, 试验处理分别为CK(不施有机肥), M1(施10 t·ha-1有机肥)、 M2(施用量25 t·ha-1) 和M3 (施用量50 t·ha-1)。 结果表明: 长期施用厩肥会造成土壤中Cu, Zn和Cd的逐步积累, 且积累量随着施肥量的提高而增加, 三种重金属在各处理中(CK, M1, M2, M3)的年均增长率分别为2.83%, 6.56%, 7.54%, 8.96%; 0.03%, 3.44%, 4.53%, 6.64%和1.51%, 8.01%, 10.27%, 16.08%。 从试验开始6年后, M3处理土壤Cd含量已非常接近国家三级土壤质量标准的限制阈值(1 mg·kg-1, GB15618—1995); 至试验第12年, 所有施有机肥处理的土壤Cu含量均降为国家三级土壤质量标准(≤400 mg·kg-1), 因此必须给予足够的重视。 尽管土壤中重金属呈逐年积累态势, 但籽实中Cu, Zn和Cd含量均远低于国家食品污染标准(GB2762—2005; GB13106—91; GB15199—94), 表明重金属超标农田生产的农产品未必超标。 Cu, Zn和Cd在作物秸秆中的含量远大于籽实中含量, 不同处理作物重金属平均移出量表现为M3＞M2＞M1＞CK。 CK, M1, M2, M3处理Cu, Zn和Cd的年均移出量分别为35.68, 47.80, 63.65, 69.64; 249.14, 375.22, 375.16, 444.44和0.83, 1.39, 1.64, 1.66 g·ha-1。 有机肥中重金属含量也随年份而改变, 表现为Cu和Zn含量逐年增加, Cd含量呈减少态势。 M1, M2和M3处理土壤年平均残留Cu, Zn和Cd量为2 283.0, 5 763.7, 11 585.4; 2 483.3, 6 771.4, 13 849.2和4.8, 13.9, 29.5 g·ha-1, 但是由于有机肥中重金属量年际变化范围较大, 年平均残留量只能反映多年的平均趋势, 准确推断土壤中重金属残留量还要根据当年施入的有机肥的情况而定。

通过长期定位试验和室内ICP-AES分析测试, 研究了不同施肥模式下作物体内Mn和Zn浓度与含量的变化. 结果表明： (1)NPKM和NPK处理玉米体内Mn浓度显著高于M和CK处理; 秸秆中Zn浓度CK最高, NPKM处理最低, 各处理籽实中Zn浓度无显著差异. (2)玉米收获物中Mn和Zn含量随产量增加而提高, 且与秸秆产量相关性优于籽实产量. (3)绝大部分Mn和近一半的Zn集中在秸秆中, 且均衡施肥与有机无机配施有利于改善Mn和Zn在玉米体内分配, 提高养分利用效率; 采用秸秆还田等养分循环再利用措施, 可实现农田微量元素可持续利用.

通过长期定位试验和室内ICP-AES分析测试, 探讨了下辽河平原不同施肥制度下农田生态系统微量元素Fe和Zn的输入情况, 明晰了有机肥是农田输入Fe和Zn的主要途径. 阐述了在没有垫圈土的情况下, 投料经喂饲－堆腐过程的残留率为21.8%, 低于有机物料施入土壤1年后的残留率(30%). Zn通过喂饲－堆腐过程的循环率为71.9%, 而Fe的循环率则为81.0%.

以黑土高光谱反射率为研究对象, 运用去包络线处理、 光谱角度/特征匹配方法, 分析黑土反射光谱特征主要影响因素。 结果表明, 成土母质决定了土壤反射光谱的基本特征； 有机质是小于1 000 nm范围黑土反射光谱特征的决定因素, 同时由于有机质与土壤水分、 机械组成的相关关系, 间接影响着大于1 000 nm的波谱范围； 土壤光谱反射率随含水量的变化过程可以用三次方程模型进行定量描述； 铁对黑土反射光谱特性影响较小； 粗糙度主要影响土壤反射率的大小； 秸秆覆盖对土壤反射率大小与形状特征的影响均较大； 不同耕作措施土壤反射率大小依次为免耕、 翻耕、 组合、 少耕、 旋松。