关中地区塿土系统分类归属及代表土系建立

塿土是关中地区受人为长期土粪堆垫而在原土壤表层形成明显堆垫层的重要农业土壤,其分类一直备受关注。为了解塿土的成土特点及系统分类归属,选取关中地区18个典型塿土剖面,通过野外成土因素、剖面形态调查与土样分析测定,依据中国土壤系统分类方案,确定其在高级和基层分类单元归属。结果表明,供试剖面包含堆垫表层、黏化层、钙积层等9个诊断层和诊断特性,隶属5个亚类,其中3个剖面为钙积土垫旱耕人为土,2个剖面为斑纹土垫旱耕人为土,8个剖面为普通土垫旱耕人为土,4个剖面为堆垫简育干润淋溶土,1个剖面为普通简育干润雏形土;按土族划分标准,可分为9个土族,其中13个剖面颗粒大小级别为黏壤质,5个为壤质;16个剖面矿物学类型为硅质混合型,2个剖面为混合型,土壤温度状况均为温性,14个剖面为石灰性,4个剖面为非酸性;按土系划分标准,18个剖面可划分为18个不同的土系。相关文献的71个塿土剖面的统计结果表明,堆垫层厚度介于17~97 cm,平均厚度为50.07 cm,因此堆垫表层以50 cm厚度为检索标准是适宜于划分典型塿土的高级分类归属的。为进一步完善中国土壤系统分类,强化对具有堆垫现象的雏形土有更强的区分能力和分类的准确性,建议在简育干润雏形土土类下增设堆垫简育干润雏形土亚类。     

关中塿土发生特性与分类研究进展

塿土是关中地区受人类活动影响深刻的重要农业土壤,而对其发生分类及系统分类的归属仍有较大争议。本文综述了塿土的形成过程和成土过程特点,塿土发生分类归属的变更,系统分类的主要诊断层、诊断特性和诊断现象,高级分类单元归属及空间分布,基层分类单元的主要诊断指标等方面的研究进展。在此基础上,展望了塿土需要进一步开展的研究工作包括3个方面:①深入理解人为影响下塿土的成土过程,定量化分析覆盖层的形成过程;②开展塿土覆盖层厚度调查,界定堆垫表层的厚度标准;③进行土壤普查,建立塿土代表土系。     

陕西关中地区塿土在系统分类中的归属

本文对采自关中地区的6个塿土剖面进行了理化性质分析,根据《中国土壤系统分类(修订方案)》确定了它们的诊断层、诊断特性及在中国土壤系统分类中的归属。最后就塿土在中国系统分类中存在的堆垫表层诊断指标问题和土垫旱耕人为土亚类的划分问题进行了讨论。     

土垫旱耕人为土中某些痕量元素的迁移富集特征及其成因

土壤中元素的分布特征反映了多个成土因素综合作用下土壤发生过程的结果。为探讨人为因素和自然成土因素在土垫旱耕人为土(塿土)形成过程中的影响,本研究在黄土高原区关中平原西部的渭河三级阶地上采集两个典型的土垫旱耕人为土剖面,以马兰黄土作为成土强度的参照样品,采用Zr作为稳定元素,研究痕量元素Cu、Zn、Pb、Rb、Sr的分布特征及其成因。结果表明,受介质的吸附、碳酸钙等易淋溶组分的淋溶淀积、作物吸收等因素影响,痕量元素Cu、Zn、Pb、Rb在剖面上总体呈中高型分布,即在干润淋溶土表层(2A层)和黏质化B层(2B t层)含量有所增加而表现为富集;而Sr则发生强烈迁移,在2A层、2B t层含量显著降低。在埋藏耕作层(Aupb层)、亚耕层(Aup2层)和现代耕作层(Aup1层),自下而上,Cu、Zn、Pb的含量呈缓慢增加趋势,但只有Zn的富集系数在YL01剖面0~15 cm内大于1.1,说明土壤发生过程是导致土垫旱耕人为土剖面中某些层次元素相对富集的主要原因,而人类活动对土垫旱耕人为土痕量元素的影响很弱,且主要在表层。     

人为作用对土壤有机碳空间分布规律的影响

为了研究人为长期培肥及生产活动对农田土壤有机碳库空间变异性的影响,在关中农田开展了0~100 cm土体范围内的土壤有机碳含量、有机碳密度及碳库活度等研究。结果表明:土壤有机碳含量变化在7.00~23.39 g kg-1,土壤有机碳含量呈明显分布与变异特征,变异性大且变异程度均属中等水平。有机碳、活性有机碳含量在0~100 cm范围内从上到下逐渐递减,而不是"T"型分布,碳库活度从呈递增趋势;土壤有机碳水平上是以村庄为中心向外辐射递减,尤其在0~20 cm土层规律性更加明显;0~100 cm土壤有机碳密度的水平分布呈随距村庄距离的增加先增加后减少的分布规律。由此得出,关中农田土壤有机碳库的空间变异明显地印记着长期人为作用土壤的历史痕迹,也是关中地区农业文明发展史的有效佐证之一。     

初始含水率对土壤垂直线源入渗特征的影响

为解决现有渗灌系统在深根系植物应用中存在的问题,该文设计了一种垂直线源灌水器,并通过室内土箱试验研究了不同初始含水率条件下砂黄土和塿土的垂直线源入渗特征。结果表明：Philip入渗公式的形式能够较好地描述2种土壤的三维入渗过程;入渗时间一定时,砂黄土和塿土的累积入渗量均与初始含水率之间呈二次函数递减关系;2种土壤入渗的最大径向距离、最大垂向距离、宽深比均与初始含水率之间呈二次函数抛物线关系;2种土壤相比,偏砂性的砂黄土累积入渗量在低初始含水率下较塿土大,但随着初始含水率的增加其减小速度较塿土快,偏黏重的塿土入渗临界初始含水率较砂黄土大,但其入渗范围较砂黄土小。这些结果可为不同土壤条件下的垂直线源灌水技术发展提供参考。     

塿土对阴-非离子表面活性剂的吸附特征研究

以平衡吸附法研究了塿土对阴离子表面活性剂（SDS）、非离子表面活性剂（TritonX-100、Tween80和Brij35）的吸附特征,考察了pH、阴-非离子表面活性剂混合对塿土吸附表面活性剂的影响。结果表明,非离子表面活性剂在塿土上吸附等温线均呈L型,且均符合Freundlich和Langmuir方程;塿土对SDS的吸附等温线呈LS型,可用Freundlich方程来描述;塿土对4种表面活性剂吸附量的大小顺序为Tween80〉SDS〉Brij35〉TritonX-100。当阴-非离子表面活性剂一起进入土壤中,SDS-Brij35之间的相互影响不大;TritonX-100与SDS相互作用较大,无论二者以何种方式混合都会使TritonX-100在塿土上的吸附量增加,SDS的吸附量下降;SDS与Tween80之间的相互作用最大,混合后吸附量均下降,但Tween80吸附量降低的幅度最大。pH对非离子表面活性剂的吸附影响不大,而随着pH的增加,塿土对SDS的吸附百分率明显下降;在pH为8.0时,塿土对非离子表面活性剂的吸附百分率达到80以上。因此在选择合适的表面活性剂进行有机污染土壤修复和治理时,考虑土壤的特性和表面活性剂的结构是非常重要的。     

陕西黑垆土在中国土壤系统分类中的归属

在分析陕西省境内9个黑垆土剖面成土环境、剖面形态特征及理化性质的基础上,按照中国土壤系统分类高级及基层分类检索标准,确定了其在中国土壤系统分类中的归属。9个黑垆土剖面的腐殖质层厚度介于30～120 cm,通体均具有强石灰反应,CaCO_3含量介于12.5～189.5 g/kg,其中6个剖面具有30～45 cm的堆垫层。黑垆土共包括淡薄表层、暗沃表层、雏形层、黏化层、钙积层5个诊断层和堆垫现象、钙积现象、盐积现象3个诊断现象,均腐殖质特性、温性土壤温度状况、半干润土壤水分状况以及石灰性4个诊断特性。9个黑垆土剖面在高级分类上可检索为淋溶土和雏形土2种土纲,向下继分为普通钙积干润淋溶土、钙积暗沃干润雏形土、钙积简育干润雏形土以及普通简育干润雏形土4个亚类;其土族鉴别特征可分为黏壤质混合型温性、壤质硅质混合型石灰性温性、壤质混合型温性等6个土族以及胡家庙系、崾崄系、崔木系等9个土系。但目前的系统分类检索结果未能体现黑垆土具有深厚腐殖质层及堆垫现象的典型特性,因此黑垆土的系统分类归属仍需开展深入研究,同时建议新增堆垫干润雏形土土类或堆垫简育干润雏形土亚类,以体现人为农业生产活动对黄土高原地区土壤的影响。     

模拟降雨条件下坡度对关中地区塿土溅蚀的影响

为掌握关中地区坡耕地上坡度对溅蚀量以及溅蚀距离的影响,深入探究不同坡度对单位面积溅蚀量影响的潜在机理。以陕西关中地区塿土为研究对象,选用5个具有不同坡度（0°,5°,10°,15°,20°）的装土槽进行单位面积土坡的模拟。使用针头式模拟降雨机进行模拟降雨试验,通过溅蚀收集装置对模拟降雨结束后的不同方向和不同距离范围的溅蚀量进行收集。结果表明：在0~20°坡度范围内,溅蚀总分散量,溅蚀净搬运量以及向下坡溅蚀量随着坡度的增大呈现出不同的上升趋势。向上坡溅蚀量在0~15°范围内呈减少趋势,在15~20°范围内呈增加趋势。溅蚀距离随着坡度的增大而增大。研究结果对深入探究溅蚀的潜在机理有着重要作用。     

不同条件下菲和萘在塿土上的吸附特征研究

以平衡吸附法研究了菲和萘在塿土上的吸附行为,考察了初始浓度、温度、pH、离子强度和CaCO3对塿土吸附菲和萘的影响,Henry方程、Freundlich方程和deBoer-Zwikker极化方程被用来拟和吸附等温线。结果表明,菲和萘在塿土上的吸附等温线为非线性,Freundlich方程最符合其吸附行为。菲和萘在塿土上的吸附量随温度升高而降低,其吸附是一个放热过程;吸附自由能小于零,表明吸附过程是自发的;熵变值也小于零,说明焓变是吸附过程的驱动力。随着pH增加,塿土对菲和萘的吸附量下降;而随着离子强度增加,塿土对菲和萘的吸附量增加。CaCO对菲和萘的吸附等温线也为非线性,其对塿土吸附菲和萘具有较大的贡献。     

陕西关中土垫旱耕人为土样区的基层分类研究

选择陕西关中土垫旱耕人为土地区为样区,以该地区代表性土壤土垫旱耕人为土(土)为研究对象,在野外调查、室内分析及查阅大量有关剖面资料的基础上,根据中国土壤系统分类体系,对土垫旱耕人为土(土)的基层分类进行了研究。研究表明,应用土壤颗粒大小级别、矿物学型和土壤温度状况等3项指标对土族进行划分,在0~160cm的控制层段中小于2mm的土壤平均质地,多数剖面为粘壤土,少数为壤土或砂质壤土,矿物学型属伊利石型、伊利石混合型或蛭石型,土壤温度属温性或温热土壤温度状况。土垫旱耕人为土(土)土系的控制层段拟定为从表土层上界向下160cm,对于诊断层的底部在160cm以下的,则从表土层至诊断层的下部边界,特征土层有肥熟表层、土垫表层、暗沃表层、耕作淀积层、粘化层、粘质层、CaCO3高度淀积层、CaCO3中度淀积层、CaCO3低度淀积层、氧化还原层和稚育层。根据样区9个典型剖面,结合关中地区土垫旱耕人为土(土)的有关研究资料,划分了土族和土系,并描述了各土系的典型特征及土系间的变异情况。     

基于耕地资源质量分类的辽宁省耕地土壤条件及空间分布特征分析

耕地土壤条件是耕地质量高低的重要体现,研究辽宁省耕地土壤条件及其空间分布,可以明晰辽宁省耕地土壤质量情况,为该区域耕地质量的保护与提升以及耕地资源的合理利用提供科学依据。本文基于第三次全国国土调查辽宁省数据,借助ArcGIS和数理统计软件,从耕地质量分类自然地理格局和行政区划的角度,对辽宁省土层厚度、土壤质地、土壤有机质含量和土壤pH值数据进行处理、分析和空间表达。研究结果表明:辽宁省耕地总面积为531.10 × 104 hm2,耕地土层厚度以小于60 cm为主,所占比例达到46.58%;土壤质地以壤质土为主,占比达到82.39%;有机质含量在10 ~ 20 g kg?1之间的耕地较多,占比达到70.12%;耕地土壤pH值以弱酸性为主,在5.5 ~ 6.5之间的面积最大,占比达到36.67%。辽宁省土层厚度大体呈现“东、西部薄中部厚”的空间分布特征;以壤质土壤为主,大体呈现“东、西和北壤为主,南砂中黏占少许”的空间分布特征;土壤肥力属于中等水平,整体呈现“东北高西南低”的空间分布特征;耕层土壤pH值以弱酸性为主,大体呈现“东酸西碱中适宜”的空间分布特征。     

长期耕种土壤剖面累积有机碳量的空间分布及影响因素

以陕西关中地区古老的耕种土壤——填土（系统分类属土垫旱耕人为土）为对象,研究了长期耕种及施肥对土壤剖面有机碳贮量及分布的影响。结果表明,供试的7个土壤剖面由于人为生产活动形成的覆盖层的厚度在40-71cm之间（平均59cm）,其中有机碳贮量平均达59268kg·hm^-2,占0-100cm土壤剖面有机碳贮量的69％。与同一区域由黄土母质新垦殖的土壤相比,长期耕种填土剖面有机碳的贮量显著增加;为期7a的定位试验也发现,施用有机肥显著提高了0-100cm土壤剖面有机碳贮量,说明长期耕种及施用有机肥在增加土壤剖面有机碳贮量方面具有突出的效应,几千年的农业生产显著增加了土壤有机碳贮量。在全球气候变暖的情况下,填土这一古老的农业土壤为实现农业生产与环境保护“双赢”的目的,为进一步研究这类土壤有机碳累积及稳定性的机理,以及大量施用化肥特别是氮肥对土壤剖面不同层次累积有机碳的转化的影响等问题,提供了理想的研究材料。     

中国人为土的多样性

Human activities make strong effects on soil formation. Anthropogenic soils are much more intensive and extensive in China for their history of agricultural production can be dated back to more than 7 000 years ago. Owing to different physical conditions and land uses, the anthropogenic soil-forming processes are various. Anthrosols are proposed, and the corresponding soil order is set up in Chinese Soil Taxonomy (CST). Mainly based on 6 Anthropogenic diagnostic horizons, which are anthraquic epipedon, hydragric horizon, irragric epipedon, cumulic epipedon, fimic epipedon and agric horizon, the Anthrosols Order is subdivided into 2 soil suborders and 4 soil groups. Meanwhile the classification of Anthrosols in CST has been basically accepted as the classification of Anthrosols in World Reference Base for Soil Resources (WRB).     

近40年来陕西省耕层土壤pH的时空变化特征

以陕西省耕层土壤为研究对象,利用1980s第2次土壤普查数据和2017年的705个样点分析数据,基于地统计学和ArcGIS分析耕层土壤pH时空变化特征,并采用相关分析和方差分析方法探讨其影响因素,对于陕西农业可持续发展及生态环境保护具有极其重要的意义。结果表明,陕北、关中及陕南地区耕层土壤pH均值依次为8.25、7.91、6.25,分别为弱碱性、弱碱性和弱酸性;各行政区耕层土壤pH排列顺序为延安榆林铜川咸阳渭南西安宝鸡商洛安康汉中。时间上,与1980s相比,陕北和关中耕层土壤呈碱化趋势,陕南耕层土壤呈酸化趋势;各行政区除榆林、安康、汉中和商洛耕层土壤呈酸化趋势,其余各市耕层土壤均呈碱化趋势。空间上,陕北和陕南耕层土壤pH拟合的最优半方差函数模型为线性模型,关中耕层土壤pH拟合的最优半方差函数模型为高斯模型,均表现出较强的空间相关性。陕北耕层土壤pH空间分布呈零星斑状特征,关中和陕南耕层土壤pH空间分布呈东部高于西部特征。坡向、海拔与陕西省耕层土壤pH显著相关,坡度越小,海拔越高,pH越大,不同类型的土壤pH存在差异。建议陕北和关中地区防治土壤盐碱化问题,陕南地区防治土壤酸化问题,以促进农业可持续发展和保障区域粮食安全。     

基于随机前沿的灌溉用水效率及影响因素研究——以陕西关中地区小麦为例

农业部门是我国用水大户,随着水资源短缺问题的日益严峻,提高农业灌溉用水效率是实现农业可持续发展的重要途径。本文基于陕西关中地区小麦种植户实地调研数据,选取C-D生产函数构建随机前沿模型(SFA)测算小麦种植中的生产技术效率与灌溉用水效率,在此基础上选取农户个人特征、家庭特征、灌溉特征和耕地特征相关变量,采用Tobit模型进行影响因素分析,以识别限制和促进灌溉效率的关键因素。研究结果显示,关中地区小麦生产技术效率较高,为0.7~1.0,均值为0.87。灌溉用水效率远低于生产技术效率,为0~0.5,均值仅为0.31,存在较大的提升空间。对影响因素的研究发现,农户教育水平、家庭经济水平、灌渠完好程度、用水紧缺程度和节水灌溉技术等对灌溉用水效率等有显著的正向影响,农户非农就业、家庭非农收入比例为负向影响,农户年龄、灌溉水价、经营规模和耕地块数与灌溉用水效率没有明显相关性。说明关中地区灌溉用水具有节水空间,可通过维修灌渠、改进节水灌溉技术、适当提高水价等,逐步提高灌溉用水效率。