冻融作用对东北黑土磷素吸附-解吸过程的影响

冻融作用对土壤理化性质具有重要影响,从而影响土壤中磷素的吸附—解吸特性。以东北黑土为研究对象,采用室内模拟冻融环境的方法,研究了冻融条件下黑土磷素吸附—解吸行为。结果表明,冻融条件下黑土对磷的吸附规律均随着外源磷浓度增加而逐渐增大,当外源磷浓度为120mg/L时吸附曲线出现明显拐点;与未冻融土壤相比,冻融过程中土壤吸附更多的磷,具有更高的磷素吸附率;外源磷浓度低时,冻融作用对土壤磷吸附影响较大,外源磷浓度高时冻融作用对土壤磷吸附影响降低;冻融条件下磷等温吸附曲线采用Langmuir方程拟合的相关性最优,在连续的冻融循环条件下,土壤磷最大吸附量Pmax值逐渐增大,土壤与磷之间结合能力和磷吸附最大缓冲容量也有同样的趋势。     

冻融作用对棕壤磷素吸附-解吸特性的影响

以棕壤为研究对象,采用室内模拟冻融环境的方法,研究土壤磷素吸附-解吸行为,采用Langumuir、Freundlich和Temkin方程对吸附过程进行拟合分析,定量研究冻融作用对土壤磷素吸附机制的影响,同时建立土壤磷素解吸量与吸附量关系方程,进一步探讨冻融土壤磷吸附-解吸特性。结果表明,冻融条件下棕壤对磷的吸附规律一致,吸附量均随着平衡溶液中磷浓度增加而逐渐增大,与未冻融土壤相比,冻融后土壤磷等温吸附曲线变得平缓。冻融条件下磷等温吸附曲线用Langmuir方程拟合相关性最好。土壤磷素解吸量与相应最大吸附量符合线性相关。冻融后土壤磷固定吸附量低于未冻融土壤,即冻融过程促进土壤磷素释放,增加了土壤磷流失风险。多次冻融循环对土壤磷吸附-解吸行为影响更为强烈。     

冻融循环对黑土容重和孔隙度影响的试验研究

反复的冻融循环会通过改变土壤容重、孔隙度等物理性质而使其侵蚀加剧,该文探讨了土壤容重及孔隙度在冻融循环作用下的变化.试从机理上分析冻融作用对土壤抗蚀性的影响规律.以东北黑土为研究对象,考虑冻融温差和土壤含水率两个影响因素.通过室内冻融试验研究了黑土容重及孔隙度的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数的增大,土壤的容重和孔隙度分别呈现缓慢减小及增大趋势,且变化幅度越来越小,最后达到基本稳定的状态;冻融温差越大,冻结温度越低,同一含水率土壤的容重变得更低,而孔隙度相对较高,并且两者的变化量最大;在同一冻融温差下,高含水率土壤经过冻融循环后较低含水率土壤容重更低,而孔隙度更高,且数值的变化量最大.     

冻融条件下土壤水分和速效磷垂直迁移规律

中国东北地区土壤普遍受到的季节性冻融作用会影响土壤中速效磷和水分的垂直分配。通过室内模拟冻融环境,分析了冻融循环条件下黑土速效磷和土壤水分的垂直变化。结果表明:多次冻融循环作用使土壤速效磷随着土壤水分由下层向表层迁移,经30次冻融循环作用后土壤最大含水率和土壤最大速效磷含量均出现在3 cm层;土壤初始含水率越高,冻融作用后向土壤表层迁移的速效磷含量越大,但随着冻融循环次数增加,土壤各层速效磷含量都有所下降,1次冻融作用后,土壤速效磷的最高含量为50.63 mg/kg,30次后最高含量为43.81 mg/kg,减少了13.5%;利用多元回归分析分别得出了冻融循环后土壤含水率和速效磷与初始含水率、冻融循环次数和土层深度的关系函数,相关系数分别为0.892,0.578。上述研究成果为季节性冻融区非点源污染及土壤盐碱化防治奠定理论基础。     

冻融条件下黑土大孔隙结构特征研究

冻融作用会改变土壤微观结构,孔隙特征的变化是其结构性改变的重要体现。研究冻融作用对开展黑土区侵蚀机理研究及合理利用黑土资源具有重要意义。本研究旨在对冻融条件下原状土样的三维结构进行分析,获取孔隙特征的定量指标,进而分析冻融循环对土壤大孔隙的影响,为进一步揭示黑土区季节性冻融对黑土结构的影响提供证据。通过室内冻融循环试验结合CT扫描技术研究黑土原状土体大孔隙在7种冻融循环次数以及两组含水率下的变化规律,探讨在冻融循环作用下原状土体大于1.25 mm的孔隙变化特征。结果表明:在15次冻融循环内,随着冻融循环次数的增多,土壤孔隙度不断增大,在7次冻融循环后增长尤为显著;孔隙数量随冻融循环次数的增多而减小;规则孔隙度(RP)持续减小,不规则孔隙度(IRP)呈减小趋势而加长孔隙度(EP)呈增大趋势;孔径随冻融循环次数的增多而增大,孔径大于3 mm的孔隙孔隙度不断增大;冻融作用使孔隙出现大量分支,冻融循环次数越多分支占比越大。在冻融温差一定时,冻融循环后高含水率土壤比低含水率土壤的上述孔隙特征变化更为显著。研究成果为阐明冻融侵蚀机理、合理评价及利用寒区农田提供理论依据。     

冻融作用对黑土力学性质的影响研究

反复的冻融循环会通过改变土壤黏聚力、内摩擦角等土壤力学性质而使其侵蚀加剧。探讨了冻融循环作用对土壤黏聚力及内摩擦角的影响,从冻融机理上分析了冻融作用对土壤抗蚀性的影响机制。以黑土为试验对象,考虑冻融循环周期和土壤含水率2个影响因素,通过室内冻融试验研究了黑土黏聚力c和内摩擦角ψ的变化规律。结果表明,冻融作用对黑土黏聚力影响较大,而对内摩擦角影响较小。随着冻融循环次数的增加,同一含水率下,黑土黏聚力c呈减小趋势,3次冻融循环以后,c值趋于稳定。在冻融循环次数一定时,随着土壤含水率的增加,黑土黏聚力c呈先减小后增大的趋势。在冻结温度一定时,1次冻融循环对土壤黏聚力c的扰乱较大,其后扰动程度则基本不变。与土壤黏聚力不同,土壤内摩擦角在整个冻融循环过程中没有明显变化。     

冻融对东北黑土风干团聚体与水稳性团聚体组成及稳定性的影响

为保护我国黑土资源,实现可持续利用,研究冻融作用对黑土团聚体稳定性的影响及冻-融作用机制具有重要的理论价值和实际意义。本文以黑龙江省克山、嫩江农田表层(0～20 cm)黑土为材料,通过室内冻融交替模拟试验,分别测定初始含水率和循环次数对黑土风干团聚体与水稳性团聚体组成及稳定性的影响。研究结果表明:风干团聚体与水稳性团聚体中较大粒径组( 2 mm)团聚体随着冻融循环次数的增加呈逐渐减小的趋势,而较小颗粒粒径组(0.5 mm)团聚体则呈增加趋势。冻融过程中土壤初始含水量显著影响风干团聚体和水稳性团聚体的稳定性。随着初始含水量的增加,冻融显著降低黑土风干团聚体的平均重量直径(MWD)。土壤含水率为50%田间持水量时,冻融明显增加黑土水稳性团聚体的MWD。随着冻融循环次数的增加,风干团聚体小团聚体含量(WSA 0.25)、团聚体破坏率(PAD0.25、PAD1.0)和MWD均明显降低。本研究结果显示:冻融过程中适宜的土壤含水量有助于增加黑土水稳性团聚体的稳定性。这些发现有助于深入了解冻融过程对黑土侵蚀过程的影响与作用机制。     

冻融循环作用对黑土有效磷含量变化的影响

[目的]分析冻融循环作用和土壤含水率对土壤磷素的有效性产生的影响,为控制农业非点源污染、明确冻土区土壤的磷素循环过程和准确评估区域的磷素收支提供依据。[方法]以东北黑土为研究对象,研究冻融次数、土壤含水率和土壤有效磷背景值对黑土有效磷含量的影响。采用室内模拟冻融循环的方法,冻融循环次数为30次,冻融温差为-10~7℃,监测冻融条件下黑土有效磷含量的变化。[结果]随着冻融循环次数的增加,它对有效磷含量的影响逐渐下降,至20~30次循环中不具有显著性影响,有效磷背景值的影响在5~20和20~30次循环中占主导地位;在0~30次冻融循环中,有效磷含量的变化表现出双峰型曲线特征,相邻冻融循环次数有效磷含量的变化大多具有显著性差异,变化由剧烈到平缓;土壤含水率越高,有效磷含量变化越剧烈;土壤有效磷背景值越高,有效磷含量越稳定。[结论]冻融循环次数、土壤含水率、土壤有效磷背景值3个控制因子对有效磷含量的影响程度随冻融循环次数的增加而变化。     

有机质对广西酸性富硒土中Se(Ⅳ)吸附解吸特性的影响

为探究有机质在酸性富硒土吸附Se(Ⅳ)过程中的作用，以广西典型富硒区的赤红壤为材料，研究了酸性富硒土去除有机质后，土壤硒的赋存形态、土壤对Se(Ⅳ)的吸附解吸特征及吸附前后土壤基团的变化。结果表明：(1)去除有机质后，土壤中有机结合态硒大幅度减少，铁锰结合态硒成为土壤硒的主要赋存形态。(2)吸附试验表明，土壤对Se(Ⅳ)吸附过程以多分子层的不均质表面吸附为主，吸附过程受控于化学反应与化学吸附；去除有机质后，土壤对Se(Ⅳ)吸附量和吸附强度均显著下降。(3)解吸试验表明，吸附以难解吸的专性吸附为主；去除有机质后，解吸量与解吸率下降，固液分配系数K_d值下降。(4)傅里叶变换红外光谱表明，土壤吸附Se(Ⅳ)与静电引力、络合反应和配位体交换有关；去除有机质减少了有机官能团的数量，导致吸附量减少。综上，有机质的存在，提升了酸性富硒土对Se(Ⅳ)的吸附容量和吸附强度，是造成酸性富硒土硒有效性较低的重要因素。     

土壤和粘粒矿物对亚硒酸盐的吸附和解吸

本文研究了三种土壤(砖红壤、红壤和黄棕壤)、高岭土和两种合成氧化铁(无定形氧化铁和针铁矿)对亚硒酸盐的吸附和解吸作用。讨论了亚硒酸盐的吸附特征,以及土壤中氧化铁对亚硒酸盐吸附和解吸的影响,根据实验资料与吸附等温方程式的拟合情况,作者认为以Freundlich和Langmuir公式为宜。此外,供试样品对亚硒酸盐的吸附和解吸结果表明,Se的吸附量随Se的添加量的增加而增加,但由于矿物组成各异,吸附量的差异显著。其吸附量的大小顺序为:无定形氧化铁>针铁矿>砖红壤>红壤>黄棕壤>高岭土;而被吸附Se的解吸能力则是高岭土>黄棕壤>红壤>砖红壤>针铁矿>无定形氧化铁。实验结果还表明,在各种矿物组成中,亚硒酸盐的吸附和解吸受氧化铁的影响很明显,三个土壤样品的吸附等温线都表现出氧化铁在初始阶段对亚硒酸盐吸附快而强烈的特征,而在去除氧化铁以后,这一特征也随之消失,硒的吸附量显著降低,而解吸率则明显上升。     

冻融循环对黑土团聚体稳定性与微结构特征的影响

冻融循环作用下的土壤结构变化被认为是融雪期黑土坡面土壤侵蚀加剧的主要原因之一,土壤团聚体稳定性与团聚体微结构是影响土壤可蚀性的关键因子.基于控制条件土壤冻融模拟试验,采用湿筛法、扫描电子显微技术(SEM)和Image-Pro Plus(IPP)图像分析处理相结合的方法,分析了冻融循环过程中黑土团聚体微结构的动态变化特征...     

极端干旱区土壤呼吸对储水灌溉和冻融循环的响应

[目的] 揭示中国极端干旱区甘肃省石羊河流域储水灌溉与季节性冻融叠加作用下对土壤呼吸的影响,为进一步提高极端干旱区灌溉水资源利用效率和节约灌溉水源提供理论基础和技术支撑。[方法] 按照1 199.4 m³/hm²低灌溉定额分为灌水和非灌水处理,将冻融循环分为冻结期、冻融期和解冻期3个时间段,采用LI-8100土壤碳通量全自动测量系统对各处理地块的土壤呼吸速率进行观测与分析。[结果] 极端干旱区储水灌溉在季节性冻融作用下农田生态系统土壤呼吸速率增强,土壤碳排放量增加,农田生态系统碳循环被改变,有利于作物的生长和提高粮食产量。不同土地利用方式下土壤呼吸速率对水分和温度的响应程度不同。整个冻融过程中土壤呼吸速率呈现出：解冻期>冻结期>冻融期的规律。冻结期、冻融期和解冻期3个时期的土壤CO₂都表现为源,但在夜间极低温度时土壤CO₂由源转化为汇。[结论] 储水灌溉调控了整个冻融期土壤呼吸的过程,改变了极端干旱区农田生态系统的碳循环。在水分与季节性冻融叠加作用下,储水灌溉地块土壤呼吸速率相对未储水地块随温度的波动更为剧烈,但与温度的变化趋势一致,水分加剧了其随温度的波动。     

不同地表覆盖下冻融土壤入渗能力及入渗参数（英）

为了研究不同地表覆盖下冻融土壤入渗能力的差异和入渗参数的变化规律,进行了一系列裸地、地膜覆盖地和秸秆覆盖地土壤田间入渗试验。研究表明,冻土的入渗能力主要受冻层的控制,冻层是入渗水分的控制界面,土壤冻融特征差异是影响不同地表覆盖下土壤入渗能力大小的主导因素。冻融土壤的水分入渗过程可用三参数考斯加科夫土壤入渗经验模型描述。水分入渗开始 1 min内的累积入渗量大小随着冻层厚度和密实度的增加而减小,随着土壤冻融循环次数增加而增大;入渗能力的衰减率随着冻层厚度和密实度的增加而减小;稳定入渗率大小主要取决于土壤冻结状态和入渗锋面处的水力特性。三入渗参数均与土壤含水率和冻结深度有关,不同地表覆盖下的土壤入渗参数随着冻层深度的增加而减小,随着土壤的消融解冻而增大。该研究成果对农业生产实际和水土保持具有重要的指导意义。     

青海湖流域高寒草甸季节冻土土壤温湿变化特征

根据2018—2020年青海湖流域高寒草甸野外定点监测的温度、降水、土壤水热数据，分析了高寒草甸生态系统土壤冻融特征以及不同冻融阶段土壤温度、水分的日变化和季节动态过程。结果表明：(1)基于土壤温度变化特征分析，可将冻融循环过程划分为始冻期、完全冻结期、解冻期和完全融化期。各阶段持续的天数长短依次为：完全融化期>完全冻结期>解冻期>始冻期。从表层到深层土壤，完全融化天数持续增大，完全冻结天数趋于减小，0～180 cm土层完全融化期持续天数超过半年以上。(2)冻土表现出单向冻结、双向融化的规律，土壤融化速率(5.45 cm/d)快于土壤冻结速率(2 cm/d)。整个冻融过程，不同深度土壤水分的变化比温度的变化更复杂。(3)随着冻融循环过程，土壤温湿度呈现出周期性的季节变动特征。土壤温湿度日变化具有一致性，表层日较差大，随着深度的增加，日较差变小并趋于稳定。土壤剖面的结构特征对土壤水分异质性分布具有较强的解释性。     

冻融交替对不同生物结皮土壤饱和导水率的影响

  目的  生物土壤结皮在干旱、半干旱地区分布广泛,能显著影响土壤饱和导水率的大小,为探明冻融交替对不同类型生物结皮土壤饱和导水率的变化。  方法  以神木六道沟流域混合结皮（藻结皮 + 苔藓结皮）和苔藓结皮土壤为研究对象,采用室内模拟冻融实验的方法,测定不同冻融交替次数和初始含水率共同作用下生物结皮土壤饱和导水率（Ks）的变化。  结果  （1）冻融条件下,苔藓结皮和混合结皮的存在相比裸土均降低了土壤Ks。（2）同一冻融次数下,苔藓结皮和混合结皮土壤Ks随初始含水率增加总体呈现先增大后减小的趋势;同一初始含水率下,两种结皮土壤Ks随冻融次数增加呈现逐渐增大的趋势。（3）冻融后苔藓结皮土壤Ks显著大于混合结皮土壤,在同一冻融条件下,初始含水率为8%时,冻融3次和7次后两种结皮土壤Ks相差最大,表现为苔藓结皮土壤Ks分别是混合结皮土壤的2.1和2.3倍。（4）冻融通过影响结皮层容重和结皮厚度及结皮下层土壤有机质和 > 0.25 mm团聚体含量进而影响Ks,冻融次数对结皮厚度及有机质含量有极显著影响（P < 0.01）,对结皮容重有显著影响（P < 0.05）,初始含水率对 > 0.25 mm团聚体含量有极显著影响（P < 0.01）。（5）冻融环境下苔藓结皮和混合结皮土壤的Ks均与冻融次数呈极显著正相关（P < 0.01）,与结皮容重呈极显著负相关（P < 0.01）。并对两种结皮Ks与其他因子进行偏最小二乘回归分析,结果表明苔藓结皮土壤Ks的主要影响因子依次为结皮容重 > 冻融次数 > 结皮厚度,而混合结皮土壤Ks的主要影响因子为冻融次数 > 结皮容重。  结论  冻融交替对生物结皮土壤饱和导水率有较显著影响,且冻融作用主要是通过影响结皮厚度、结皮容重及结皮下层土壤大团聚体颗粒及有机质含量来影响生物结皮土壤饱和导水率。     

湿地土壤NH4+吸附解吸对冻融循环的响应

Nitrogen (N) cycling in boreal peatland ecosystems may be influenced in important ways by freeze-thaw cycles (FTCs).Adsorption and desorption of ammonium ions (NH + 4) were examined in a controlled laboratory experiment for soils sampled from palustrine wetland,riverine wetland,and farmland reclaimed from natural wetland in response to the number of FTCs.The results indicate that freeze-thaw significantly increased the adsorption capacity of NH + 4 and reduced the desorption potential of NH + 4 in the wetland soils.There were significant differences in the NH + 4 adsorption amount between the soils with and without freeze-thaw treatment.The adsorption amount of NH + 4 increased with increasing FTCs.The palustrine wetland soil had a greater adsorption capacity and a weaker desorption potential of NH + 4 than the riverine wetland soil because of the significantly higher clay content and cation exchange capacity (CEC) of the riverine wetland soil.Because of the altered soil physical and chemical properties and hydroperiods,the adsorption capacity of NH + 4 was smaller in the farmland soil than in the wetland soils,while the desorption potential of the farmland soil was higher than that of the wetland soils.Thus,wetland reclamation would decrease adsorption capacity and increase desorption potential of NH + 4,which could result in N loss from the farmland soil.FTCs might mitigate N loss from soils and reduce the risk of water pollution in downstream ecosystems.