微观尺度上土壤孔隙及其分维数的SEM分析

对两类不同质地土壤的SEM图像,利用数字图像技术分析孔隙的大小、数量及其分布规律,由测量数据给出了微观尺度上土壤孔隙的质量分维数Dm和表面分维数Ds。结果表明:Dm与土壤质地、容重、孔隙度、孔径分布等之间存在一定的相关关系,土壤质地越细、容重越大、孔隙度越低、小孔隙越多,Dm越大,Dm与土壤容重和孔隙度均存在显著线性回归关系;Ds反映了土壤孔隙轮廓边界的曲折程度,孔隙轮廓越不规则,Ds越大,土壤中各孔隙的Ds分布符合总体正态分布形式。Dm和Ds的数值大小对不同利用方式和耕作制度下的土壤较为敏感,分维数可为土壤科学管理提供依据。     

黄土高原不同土质和植被类型下Cl~-运移特征及影响因素

为确定不同土质和植被类型下溶质运移特征及影响因素,采用垂直土柱易混置换法,研究了陕北六道沟和圪丑沟流域不同土质(砂土S、壤土L)和植被类型(乔AR、灌SH、草GR)下Cl~-运移特征。结果表明:Cl~-初始穿透时间(TS:12～80 min)、完全穿透时间(TE:75～480 min)、平均孔隙水流速(V:0.52～1.98 cm·h~(-1))和水动力弥散系数(D:0.75～2.55 cm2·h~(-1))均随土壤质地、植被类型和土层深度而发生变化。0～20 cm土层Cl~-的TS和TE最小,随深度增加而增大,V和D则相反。同一质地不同植被类型条件下0～1 m剖面中Cl~-的V和D均值表现为:S-AR S-GR S-SH和L-AR L-SH L-GR,TS和TE则相反,这是由于砂土和壤土中不同类型植物根系生物量剖面分布具有显著差异,进而影响大孔隙数量、孔隙连通性密度和优先流路径。同一植被类型不同质地土壤0～1 m剖面中Cl~-的V和D均值表现为:S-AR L-AR;S-SH L-SH;S-GR L-GR,TS和TE则相反,这是由于土壤机械组成影响孔隙分布状况,砂土中大孔隙数量多且孔隙连通性密度高,有助于形成优先流,而壤土中细小孔隙所构成的复杂孔径及带电团聚体对离子的吸附作用会阻碍Cl~-运移。容重、大孔隙数、孔隙连通性密度、有机碳含量和颗粒组成均与V,TS和TE显著相关,表明土壤性质显著影响不同土质和植被类型下Cl~-运移特征。上述结果可为黄土高原不同质地土壤人工植被合理布局与配置,降低养分流失风险,提升生态系统服务功能提供参考。     

念青唐古拉山东南坡高寒草原生态系统表层土壤活性有机碳的影响因素研究

高寒草原是青藏高原广泛分布的植被类型。本文以念青唐古拉山东南坡高寒草原生态系统为对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法,对影响高寒草原生态系统表层(0~20cm)土壤活性有机碳分布的因素进行了研究。结果表明:念青唐古拉山东南坡高寒草原生态系统表层(0~20cm)土壤活性有机碳平均含量为2.61±0.31g·kg?1;影响表层土壤活性有机碳分布的地形因子是海拔和坡度,植被因子是0~10cm、10~20cm土层地下生物量,物理因子是0~10cm、10~20cm土壤含水量和0~20cm土壤容重,化学因子是土壤全钾含量。其中0~10cm、10~20cm土壤含水量和0~20cm土壤容重影响达显著水平。在海拔4421~4598m范围内,随着海拔升高,表层土壤活性有机碳含量表现出增加→减少→增加→减少的分布特征。     

呼伦贝尔草原不同放牧草场土壤水文特性研究

为探究草原不同放牧制度对土壤水文特性的影响,通过野外试验,分层测定0-80cm土层不同放牧草场的土壤水分特性参数。结果表明,呼伦贝尔草原休牧、轮牧及自由放牧草场植被各项生态指标差异显著,土壤质地主要为砂土和砂壤土;3种放牧草场土壤容重、有机质、孔隙度、持水量等指标随深度变化规律不明显,土壤有机质含量大小为休牧草场轮牧草场自由放牧草场,土壤总孔隙度顺序为休牧草场自由放牧草场轮牧草场。根据土壤持水性能分析,休牧草场供水性能较好,对植被生长最为有利,轮牧次之,自由放牧草场最差,同时休牧草场及轮牧草场对水分涵养、保持水土等方面的能力高于自由放牧,建议将部分自由放牧草原转变为休牧草场及轮牧草场。     

放牧干扰对人工林土壤物理性状的影响

为揭示人工林群落在人为干扰下的退化状况,应用空间对比法研究了放牧干扰对黄土高原人工油松林下土壤物理性状的影响。结果表明,随放牧干扰强度的增加,土壤中砂粒含量增加,黏粒含量下降,土壤出现砂化趋势。放牧干扰下土壤容重增加了0．09～0．39g／cm^3。随放牧干扰强度的增加,土壤总孔隙、毛管孔隙和非毛管孔隙呈大幅下降的趋势,土壤持水量、含水量、入渗速率和导水率降低。重度干扰和中度干扰下土壤持水量、含水量与无放牧干扰时相比显著降低。随放牧干扰强度的增加,初渗率和稳渗速率下降,饱和导水率也随之下降。     

黄土塬区10m深剖面土壤物理性质研究

土壤水分是影响黄土高原植被生长和生态环境建设的主要因素。已有对黄土高原土壤的持水性能、水分有效性能与移动性能、黄土高原环境的旱化与黄土中水分关系等方面的深入研究[1,2],也有小流域内土壤水分物理性状与地形和利用条件之间关系的具体分析[3,4]。但是这些工作所涉及的土壤剖面深度多为2 m或3 m,深层土壤水分物理参数研究还少有报道。而对于具有深厚土层的黄土塬区,高产农田与多年生林草地在土壤深层产生了不同程度的干燥化[5~7],土壤干燥化的深入探讨需要与剖面土壤物理性质相关联。为此,有必要对植物根系伸展范围以至更深层次的土壤质地、容重、水分特征曲线、饱和导水率、田间持水量以及萎蔫湿度等土壤物理性     

深翻－旋耕轮耕与有机肥配施对黑土农田土壤物理性质的影响

针对东北松嫩平原中南部黑土区玉米带农田长期旋耕导致耕层变浅、容重增大等问题,开展深翻-旋耕轮耕模式改善土壤物理性质的研究。试验设置连年旋耕配施化肥（RT）、连年旋耕配施化肥与有机肥（RM）、深翻－旋耕轮耕配施化肥（DT）和深翻－旋耕轮耕配施化肥与有机肥（DM）4个处理,分析0 ~ 45 cm土壤含水量、容重、紧实度、团聚体的变化及10 cm、20 cm、30 cm各深度处土壤温度变化情况。结果表明,与RT处理相比,DT处理能够显著提高玉米苗期和拔节期20 cm、30 cm深度土壤温度,增加玉米各生育时期15 ~ 45 cm土层土壤含水量,并且显著降低土壤容重和紧实度,提高了30 ~ 45 cm土层 > 0.25 mm水稳性团聚体的比例;同时DM处理能够增加苗期、收获期各土层含水量,且对0 ~ 45 cm土壤容重均有显著降低作用;而RM处理仅使0 ~ 15 cm土层容重有降低,但并不显著,且对深层土壤容重无明显影响。相关分析表明,在0 ~ 15 cm土层中,土壤含水量、紧实度、容重与温度呈负相关关系（P < 0.05）;在0 ~ 45 cm土层中,土壤容重与土壤紧实度呈极显著正相关关系（P < 0.05）。DM的耕作模式能降低土壤容重和紧实度,有效提高土壤温度、土壤含水量以及 > 0.25 mm 水稳性团聚体的比例,能够较好的改善土壤耕层物理性质。     

祁连山三种主要乔木林细根生物量比较

采用根钻法采集细根,分析了祁连山中段寺大隆林区3种主要乔木植被青海云杉纯林、杨树纯林和祁连圆柏纯林的细根生物量、土壤含水量、土壤容重和土壤养分状况,并在3种森林群落之间进行了比较研究,旨在为该区提高森林生产力和根系碳汇的后续研究提供理论依据。结果表明:研究区内3种乔木植被总细根生物量和活细根生物量之间呈极显著正相关,而细根生物量和土壤水分与土壤容重均呈显著负相关,土壤养分和土壤含水量对细根生物量有着积极的促进作用。3种植被类型的细根生物量都集中分布在20—40 cm土层,而且杨树林分依次是青海云杉林分的154倍、祁连圆柏纯林的308倍;3种植被类型的土壤容重依次为S_d杨 > S_d柏 > S_d杉,且两两之间差异显著;0—10 cm土壤含水量差异显著,青海云杉纯林远高于其他两种乔木植被;另外,3种植被类型土壤中含有的碳、氮含量差异也比较显著。     

黄土丘陵区侵蚀环境不同坡面及坡位土壤理化特征研究

研究了黄土丘陵区纸坊沟流域阴阳坡面及不同坡位土壤水分、物理和养分特征,结果表明,与坡顶距离越远,表层土壤含水量由小变大。阴坡蒸发量小,土壤含水量较大。容重阴坡<阳坡,距坡顶越远,土壤容重、非活性孔度越小,孔隙比、活性孔度越大,同一坡向阳坡随土层加深土壤容重增大,阴坡表层土壤容重增加幅度较下层小,容重在剖面趋于均化。阴坡对土壤的改善优于阳坡,有利于植被生长。表层土壤全氮含量阴坡>阳坡,且随土层加深而减少。全氮和有机质在坡中下部累积。全磷在不同坡向和坡位变化不明显。速效钾在各坡位变化幅度较小且阴坡>阳坡。阴阳坡土壤各养分有向表层富集的趋势。坡面土壤容重与土壤孔隙比、活性孔度、毛管含水量和有机质呈极显著负相关,与土壤非活性孔度和表层土壤含水量呈显著正相关,土壤有机质和土壤全氮、速效钾呈极显著正相关。在对坡面进行植被恢复时,需结合坡面土壤变化规律,因地制宜,合理利用和开发土地资源,促进植被恢复演替。     

不同植被恢复策略对贵州喀斯特生态系统土壤渗透特性的影响

旨在探讨不同植被恢复策略对土壤入渗特征空间变化的影响，通过对贵州石漠化治理试验区自然草灌木混合林、次生林地、退耕自然生草地、芒果地、坚果地及玉米地的土壤容重、土壤孔隙度、土壤有机质和土壤渗透特性的分析。结果表明：不同植被恢复策略下土壤容重、孔隙度和有机质含量存在显著差异，具体表现为自然植被恢复（草—灌木混合林和次生林地）和秸秆还田种植方式均能有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度。随着土层深度增加，土壤容重呈增大趋势，土壤孔隙度和有机质含量变化趋势相反；植被恢复方式和土层深度显著改变了土壤的水分渗透特性，自然植被恢复（草—灌木混合林和次生林地）土壤渗透性能高于人工植被恢复（芒果地和坚果地），主要是因为自然植被恢复下土壤扰动小，植物根系和凋落物增加，从而改变土壤物理性质，降低土壤容重，提高土壤孔隙度的综合效益。随着土层深度增加，土壤稳渗速率和累积入渗量减小。通过测定不同植被恢复方式的土壤水文特征，为喀斯特地区植被恢复方式及土壤入渗性能评估提供科学依据。     

四种土壤管理方式对李园土壤微生物和土壤酶的影响

通过2003~2004两年的试验发现,刈割覆盖、刈割压埋、畜粪还园三处理纤维分解菌和硅酸盐细菌的数量均明显高于清耕处理(对照),且两种微生物数量均以夏季最多,秋季次之,春季再次,冬季最少。前三处理蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、纤维分解酶、多酚氧化酶的酶活性都较清耕有显著或极显著提高;各处理酶活性也以夏季最高、秋季次之,春季再次,冬季最低。2004年刈割覆盖、刈割压埋两处理蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性较2003年有显著或极显著增加,畜粪还园、清耕两处理三种酶活性两年间差异很小。经相关性分析还发现,纤维分解菌除与脲酶相关性不显著外,它与其余的酶均显著或极显著正相关;硅酸盐细菌与所有的酶均极显著正相关。     

慈溪市土壤系统分类研究

本文对浙江省慈溪市第二次土壤普查土壤分类系统进行了修订,并建立了慈溪市土壤系统分类,依据浙江省土系建立的原则和要求,初步建立了慈溪市土壤的土族和土系。     

土壤时空变化研究的进展与未来

理解和表征土壤的时空变化是土壤学的基本任务,也是评估和合理发挥土壤功能的重要前提。土壤的时空变化与气候环境变迁、岩石圈风化、地表物质迁移、生物地球化学循环等圈层变化过程相耦合。围绕土壤时空变化研究的新近进展,本文综述并展望了土壤形成和演变过程、土壤形态学、土壤调查、土壤分类、数字土壤制图与土壤退化的发展态势。未来土壤时空变化研究的关键科学问题主要包括:地球表层系统中土壤与环境要素之间的多过程耦合机理与模拟、多尺度土壤-环境关系与模拟、多元土壤信息的融合机理与数据同化。未来重点研究领域将涉及到关键带科学引领的土壤形成和演变研究、多尺度数字土壤制图与时空变化预测、基于多传感器的土壤综合观测原理与技术、完整和详尽的国家和全球土壤资源清单及共享平台建设、区域土壤资源退化机理及其功能恢复。     

土壤动物在农业生态系统中的研究进展

近些年来随着对生态学的深入研究,人们认识到土壤动物的群落结构、功能以及在生态过程中积极的不可替代的作用,土壤动物逐渐成为生态学研究的热点之一。本文分析评价了国内关于土壤动物的研究进展。同时对国外土壤动物在土壤环境评价、凋落物分解、土壤健康的指示作用、与污染环境的关系、二氧化碳浓度对其的影响、在农业生态系统中的作用、在城市生态系统研究中的作用、在废弃物处理及土壤改良中的应用、在N循环中的作用、湿地土壤动物研究等10个方面的研究动态进行了综述。并提出了对土壤动物研究工作的几点建议。     

土壤质量的酶学指标研究

土壤质量日益衰退,寻找能够准确标示其变化的敏感指标非常重要。土壤酶几乎参与了土壤中全部的生物化学反应,与土壤中多种生态过程密切相关。土壤酶的敏感性、专一性和综合性等特点使其可以作为一个反映土壤质量的生物学指标。本文在概述了土壤酶作为土壤质量指标可行性的基础上,综述了土壤肥力质量、环境质量等的土壤酶活性和酶动力学指标的研究,并对今后相关研究提出了几点建议。     

城市化过程对土壤资源影响研究进展

世界范围内的快速城市化过程对土壤资源的质与量都产生了深刻影响.作为一种不可再生性自然资源,土壤在我国快速城市化过程中的强烈人为活动影响下发生功能上的转化、弱化甚至消失.城市及其周边地区的土壤景观、各种土壤过程都明显异于传统的土壤质量演变规律.与农业生态系统相比,城市生态系统更加复杂,城市化过程中土壤演变研究的挑战性也更大.深入开展城市化过程中土壤质、量响应及其生态环境效应的系统研究意义重大.     

非表层剖面层次土壤生产力评价研究

研究了盆栽条件下4个非表层土壤剖面层次(AB,Ab,Bk,Bg)土壤在3种肥料处理下对“京绿2号”小白菜根系发育和养分水分吸收的影响,并评价了其生长障碍因子。结果表明,各处理出苗无明显差异;施加尿素和磷二铵有利于干物质积累量增加,且磷二铵的效应更显著;施磷二铵处理的根冠比明显低于不施肥处理和施尿素处理;施加尿素和磷二铵后作物含N量增加;施加磷二铵后各土壤剖面层次土壤中的植株P浓度明显提高。综合分析表明,正常情况下只要补充N肥和P肥,作物耕层以下的各土壤剖面层次对作物生长并无明显的阻碍作用,且通过适当的耕作和灌溉,可使非耕层土壤生产力状况得到改善。     

磺胺类兽药对土壤生化功能及氮素的影响

研究了磺胺类药物对土壤呼吸作用、硝化作用、氨化作用、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮及全氮的影响。结果表明,相对较低浓度药物残留(10 mg/kg土)对土壤呼吸作用的影响呈现"激活-抑制"循环的规律,而相对较高浓度药物残留(50 mg/kg土)对土壤呼吸作用的影响则呈现"抑制-激活-抑制"的规律,因此,磺胺类药物残留会抑制土壤呼吸作用。相对较低浓度药物残留(10 mg/kg土)对土壤硝化作用、氨化作用呈现"激活-恢复"的规律,而相对较高浓度药物残留(50 mg/kg土)对土壤硝化作用、氨化作用则一直呈现"激活"的状态,因此,磺胺类药物残留会刺激土壤的硝化作用与氨化作用。土壤氮素是生物圈内氮循环的重要指标,磺胺类药物残留对土壤氮素有一定的抑制作用,若长期保持着较高残留水平,则会破坏土壤的氮循环。     

分形理论在土壤肥力研究中的应用与前景

分形理论的提出对于定量描述复杂的、高度不规则的系统特征与机理提供了方法.本文从土壤腐殖质、土壤微生物、土壤团聚体等方面回顾了分形理论在土壤肥力研究中的主要结果:土壤腐殖质胶体在不同条件下形成不同分形特征的聚合物;同一种微生物可能形成具有不同分形特征的结构;土壤中的有机无机胶体在不同条件下凝聚成不同的团聚体,从而形成不同的土壤结构并对其肥力功能产生影响.我们认为分形理论在探索土壤的形成过程和肥力功能上将具有重要的应用前景:如团粒结构体的形成可能是由土壤胶体分形凝聚而成;土壤中的活性有机质有逐渐老化的现象,可能和腐殖质胶体由结构疏松的分形结构向普通团聚体过渡的过程有关;土壤微生物在不同微环境下具有不同的分形特征,可以推测在各种土壤过程(包括物理、化学以及生物化学过程)中它们的功能也可能是不一样的.此外,土壤结构的开放程度决定孔隙、水分以及空气的分布,从而决定了微生物的生存空间.所以土壤结构体对微生物空间分布的影响也是将来该领域值得研究的内容之一.     

Soil structure and the effect of management practices

To evaluate the impact of management practices on the soil environment, it is necessary to quantify the modifications to the soil structure. Soil structure conditions were evaluated by characterizing porosity using a combination of mercury intrusion porosimetry, image analysis and micromorphological observations. Saturated hydraulic conductivity and aggregate stability were also analysed.

In soils tilled by alternative tillage systems, like ripper subsoiling, the macroporosity was generally higher and homogeneously distributed through the profile while the conventional tillage systems, like the mouldboard ploughing, showed a significant reduction of porosity both in the surface layer (0–100 mm) and at the lower cultivation depth (400–500 mm). The higher macroporosity in soils under alternative tillage systems was due to a larger number of elongated transmission pores. Also, the microporosity within the aggregates, measured by mercury intrusion porosimetry, increased in the soil tilled by ripper subsoiling and disc harrow (minimum tillage). The resulting soil structure was more open and more homogeneous, thus allowing better water movement, as confirmed by the higher hydraulic conductivity in the soil tilled by ripper subsoiling. Aggregates were less stable in ploughed soils and this resulted in a more pronounced tendency to form surface crust compared with soils under minimum tillage and ripper subsoiling.

The application of compost and manure improved the soil porosity and the soil aggregation. A better aggregation indicated that the addition of organic materials plays an important role in preventing soil crust formation.

These results confirm that it is possible to adopt alternative tillage systems to prevent soil physical degradation and that the application of organic materials is essential to improve the soil structure quality.