稻田改为茶园后土壤铁形态与磁学性质演变特征

以四川省名山区稻田及由稻田改造的茶园土壤为研究对象,采用铁形态连续分级提取与环境磁学技术相结合的方法,分析铁氧化物与磁学特征随土壤利用方式及植茶时间变化而变化的特征。结果表明,稻田及不同植茶年限(3、6、10年)茶园土壤110cm土体均表现为可还原铁(Red-Fe)>可氧化态铁(Oxi-Fe)>酸溶态铁(Acid-Fe)；稻田改为茶园以及随着植茶年限延长,表层(0-10cm)及亚表层(10-20cm)土壤Acid-Fe、Oxi-Fe明显增加,而整个土体Red-Fe降低。稻田改为茶园3年后, 0~30cm土壤表现出质量磁化率(MS)、饱和等温剩磁(SIRM)、软剩磁(IRMs)升高,而硬剩磁(IRMh)降低；随着植茶年限的延长,土体总体表现出各磁性参数均降低的趋势,亚铁磁性矿物主导土壤磁性特征变化。稻田改为茶园后土壤逐渐酸化且有机质积累,使亚铁磁性矿物不稳定,进一步导致Red-Fe溶解并向Acid-Fe、Oxi-Fe转化,且随植茶年限的延长,部分铁氧化物结晶度会增加。     

基于Munsell颜色的土壤游离铁预测研究

土壤颜色和游离铁均是土壤系统分类中的指标,两者之间具有一定的关系,但迄今关于两者之间定量关系的报道甚少。以川中丘陵区典型土系为研究对象,通过定量分析其Munsell颜色与游离铁含量间的关系,尝试利用Munsell颜色建立的BP神经网络模型反演土壤游离铁含量,并与利用反射光谱模型反演的土壤游离铁含量进行比较。结果表明,Munsell色调、明度、彩度值与游离铁含量呈显著正相关,据此建立的游离铁含量Munsell颜色预测模型在单隐含层神经元个数为4时,R2为0.94,RMSE为4.20,RPD为4.37;光谱模型的R2为0.98,RMSE为3.35,RPD为5.99,两者的模型拟合度、精度均呈较高水平,表明利用Munsell颜色可以有效地对土壤游离铁含量进行预测。     

植物多酚与低分子量有机酸联合作用对紫色土铁形态分布的影响

植物多酚(PP)和低分子量有机酸(LMWOA)对土壤铁形态转化有重要影响。以酸性、中性和石灰性紫色土为研究对象,采用不完全随机区组试验,用2种PP(即表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)和芦丁)和2种LMWOA(即柠檬酸和草酸)溶液浸提供试土壤,测定其可溶铁(Fes)、游离铁(Fed)、活性铁(Feo)、络合铁(Fep)含量,探讨了PP与LMWOA对紫色土铁形态分布的影响。结果表明:PP与LMWOA各自单独作用均能使酸性紫色土Fes增加、中性紫色土Fes减少;对于石灰性紫色土,PP会促进其Fes增加,而LMWOA作用相反。EGCG与LMWOA联合作用,在酸性和石灰性紫色土上均表现为LMWOA通过促使本应转化为Fes的转化为Fep而掩蔽EGCG对铁的溶解作用;芦丁与LMWOA联合作用,在酸性紫色土铁的溶解上表现为协同效应,在石灰性紫色土上则表现为LMWOA会抑制芦丁对铁的溶解作用;对于中性紫色土,PP与LMWOA联合作用可促进Fed向Fes转化而削弱PP对铁溶解的抑制作用。     

紫色土色度参数与铁锰形态及有机质的定量关系研究

以四川省30个典型紫色土剖面共计100个样品为研究对象,对其进行室内颜色测定和化学分析测试,获取Munsell HVC、CIE L^*a^*b^*色度参数、各形态铁锰含量(全量Fet/Mnt,游离态Fe_d/Mn_d,活性态Fe_o/Mn_o和络合态Fe_p/Mn_p)及有机质含量数据。采用相关分析和逐步回归分析方法,研究紫色土色度参数与铁锰形态及有机质的定量关系。结果表明:紫色土有机质含量仅与C、a^*和b^*呈显著负相关,与H、V和L^*没有相关关系。铁锰含量与颜色有着密不可分的联系,Fet、Feo、Fep、Mnt、Mnd和Mno与两颜色系统色度参数均有显著相关关系。除络合态外,其余形态锰与色度参数的Pearson相关系数均高于铁,且各形态锰与色度参数的一元拟合决定系数均高于各形态铁。铁锰及有机质共同作用与紫色土颜色的逐步回归拟合决定系数R2介于0.46~0.54之间,相对于铁或锰单独作用,铁锰及有机质共同作用与两颜色系统的回归拟合度更高。     

美国土壤系统分类中Pale-类型设置的演变历程

美国土壤系统分类中的Pale-类型是用于归类发育程度高、年龄大的土壤,在比较分析了两版《土壤系统分类》及各版《土壤系统分类检索》后,概括介绍了Pale-类型的设置缘起,及其检索条件和检索顺序的修订历程,在此基础上阐述了Pale-类型设置的演变历程对中国土壤系统分类的启示。     

四川盆地沙溪庙组地层(J2s)岩石发育土壤的系统分类研究

地理发生分类的紫色土在中国土壤系统分类中的归属一直受到高度关注,以四川盆地分布最为广泛的侏罗系沙溪庙组地层岩石发育的土壤为研究对象,在对19个典型剖面的成土条件、剖面形态特征和土壤理化性质分析的基础上,根据《中国土壤系统分类检索(第三版)》,确定了供试土壤的诊断层和诊断特性及其在中国土壤系统分类中的高级类别。结果表明,供试土壤归属于3个土纲、3个亚纲、7个土类和12个亚类;色卡确定的颜色上满足“紫色砂、页岩岩性特征”的剖面仅7个;但若在原颜色定义上增加“或色调为2.5YR~5YR,干态明度为4~6,干态彩度为3~4”条件,则有11个剖面的色卡定色符合“紫色砂、页岩岩性特征”,3个剖面的仪器定色符合该特征。     

“紫色砂、页岩岩性特征”颜色修订建议——基于四川紫色土母岩颜色特征

四川是我国紫色砂、页岩分布最具代表性的地区。利用《中国标准土壤色卡》(以下简称中国色卡)、日本《新版标准土色贴》(以下简称日本色卡)和分光测色计采集了四川45个典型紫色土母岩样品的颜色信息,并与《中国土壤系统分类检索(第三版)》中"紫色砂、页岩岩性特征"的紫色(RP)定义进行了比对,在此基础上提出了相关的修订建议。结果表明,用中国色卡和日本色卡对母岩岩块测色时,符合RP色调的样品分别占20.0%和33.3%;而对母岩粉末测色时,仅中国色卡有2.2%的样品符合RP色调;用分光测色计对母岩岩块及粉末的测色结果则均无RP色调,绝大部分为YR色调。因此,结合他人对紫色及红色的定义等,建议将"紫色砂、页岩岩性特征"的颜色修订为:色调为2.5RP～10RP;或色调为2.5R～5YR,干态明度为3～6,干态彩度为2～4。按修改后的标准,有62.2%～75.6%的样品符合紫色定义,这一结果更符合对紫色土颜色的传统认识。此外,建议进一步完善土壤色卡系统,或使用可客观、准确、自动读取Munsell颜色信息的便携式测色仪来测量土壤颜色;野外调查时对"紫色土"要注意观测土壤中紫色砂、页岩碎屑"紫色"区域的颜色,以防忽略有"紫色砂、页岩岩性特征"的土壤。     

黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素

为探明黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素，以进一步明确其对土壤母质的风积作用，本研究以典型风沙土和黄绵土上发育的生物结皮为对象，通过野外采样、室内分析以及模拟纳尘试验，比较了不同发育阶段生物结皮（藻结皮、藻—藓混生结皮、藓结皮）的纳尘量和固土量，探究了不同风速、降尘粒径和降尘量下生物结皮纳尘量的变化规律，并分析了影响生物结皮纳尘量和固土量的关键因素。结果表明，相同条件下生物结皮的纳尘量为无结皮的1.1倍～4.8倍，且随生物结皮由藻到藓的正向演替而增加。风速为1～8 m·s-1时，生物结皮的平均减蚀量可达19.5～4892.7 t·km-2·a-1。同时，生物结皮的纳尘量随含水率升高而增加，且增幅与风速呈正相关；相对含水率由0增至80%后，风速5～8 m·s-1下生物结皮的纳尘量分别平均提升了4.9%、53.1%、59.6%和72.3%。此外，生物结皮的纳尘量还随地表粗糙度增加而显著升高。与纳尘量的变化规律相似，生物结皮的固土量也随结皮发育阶段的正向演替而增大，其中藓结皮的固土量为藻结皮的1.4倍。在同一发育阶段，风沙土上发育的生物结皮其固土量显著高于黄绵土上发育的生物结皮（F=30.74，P<0.003）。生物结皮的固土量与结皮层厚度呈极显著正相关关系，且随土壤含水率增加呈先升高后降低的趋势。综上，生物结皮具有显著的纳尘与固土效应，其对黄土高原土壤母质的风积过程具有重要促进作用。     

黄土高原表层土壤孔隙性状与穿透阻力对藓结皮发育的响应

为探明生物结皮如何改善土壤物理性质从而促进水土保持,针对黄土高原风沙土和黄绵土上发育的藓结皮,以无结皮为对照,原状取样后分别使用高分辨率CT扫描仪和高精度土壤贯入仪测定其孔隙性状与穿透阻力,并构建结构方程模型剖析生物结皮对土壤孔隙度和穿透阻力的作用途径。结果表明:藓结皮发育改变土壤孔隙特征参数,并显著提高表层0—2 cm土壤总孔隙度(p＝0.01),在此土层内,风沙土和黄绵土上藓结皮的总孔隙度比无结皮分别增加1.62,2.12倍,且藓结皮的孔隙度随土层深度增加呈指数降低。藓结皮和无结皮的土壤面孔率在0—1 cm土层内均急剧下降,但藓结皮整体面孔率显著高于无结皮(p＜0.001)。随土层深度增加,藓结皮的土壤穿透阻力总体呈增大趋势,但在结皮层中部发生突变,越过结皮层后趋于平稳。在2种土壤上,藓结皮的面孔率与穿透阻力均呈对数负相关关系,无结皮中则分别呈线性正相关和对数负相关关系。黄土高原藓结皮通过改变孔隙度和机械组成等间接途径,极显著地提升表层土壤穿透阻力,增强土壤表面稳定性,为区域水土保持和生态恢复提供有利条件。