生物质炭改良酸性土壤的电化学特性研究

设置五种有机物料（水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、稻壳和竹子）制备的生物质炭改良酸性土壤的田间试验,以不施生物质炭为对照（CK）,运用电化学阻抗谱法研究不同生物质炭对酸性土壤电化学特性的影响。结果表明,不同处理的等效电路拓扑结构一致,但电路元器件参数存在差异;Nyquist图表现为高频区圆弧和低频区斜线的形式,各曲线与横坐标的截距对应等效电路中土壤多孔层电阻R2,圆弧半径对应电荷转移电阻R3,Bode图中不同生物质炭改良酸性土壤的阻抗模值随频率增大整体呈减小趋势。采用Z-view软件拟合出等效电路图可知,不同生物质炭改良酸性土壤对各元件参数值的影响为孔隙溶液电阻R1减小,土壤多孔层电阻R2增大和电容C1减小,电荷转移电阻R3和扩散阻抗系数W增大,以及CPE-T值减小。其中,R1的减小表示土壤水溶性盐含量和CEC的增加;R2增大和C1减小表示土壤介质体系的导电能力降低;R3、W和CPE-T值的变化表示土壤体系的转移电荷能力降低和整体稳定性的提高。拟合参数值在一定程度上揭示了改良酸化对土壤pH和可溶性盐基离子含量的影响,同时丰富了电化学阻抗谱的研究范围。     

黄麻纤维加筋崩岗岩土的无侧限抗压强度研究

为深入了解黄麻纤维加筋崩岗岩土在增强崩岗抗压强度和提高其稳定性的作用机理,采用两因素随机区组设计试验研究了筋土复合体的应力-应变及无侧限抗压强度特性,探讨了黄麻纤维不同数量、不同分布方式下的筋土抗压强度。结果表明:崩岗的四层土体分别具有不同的最优加筋条件,即黄麻纤维数量和分布方式不同,且四层土体最优加筋条件下的无侧限抗压强度分别较未加筋土样提高7.97%、19.24%、15.35%、42.88%。最优加筋条件下淀粉处理黄麻纤维的研究表明:纤维经过淀粉处理养护不同时间后,四层筋土复合体的抗压强度与养护时间达到了显著相关,分别在养护时间的7、7、5、3d后达到最大,分别提高14.45%、15.07%、8.90%、8.07%。崩岗侵蚀预防和治理时分层修复的新思路将为崩岗区侵蚀防治工作的开展提供重要的科学依据。     

添加砾石对崩岗岩土无侧限抗压强度的影响

崩岗是中国南方红壤地区常见的一种土壤侵蚀类型，该研究借鉴砾石影响降雨入渗、产流产沙和力学性质的研究成果，对砾石质量分数、形状和直径三因素进行正交设计，研究不同组合砾石对崩岗岩土无侧限抗压强度的影响。崩岗4层土体较好的处理分别为：淋溶层A：A3B1C1，质量分数15%，直径2～4 mm，圆砾；黏化层Bt：A3B2C1，质量分数15%，直径5～7 mm，圆砾；淀积层B：A3B2C1，质量分数15%，直径5～7 mm，圆砾；母质层C：A3B2C1，质量分数15%，直径5～7 mm，圆砾。4层土体的轴向应力随轴向应变均呈急剧上升、急剧下降、减速衰减和衰减稳定4个阶段，但砾石复合土高于未加砾石土。4层土体在较好处理下的无侧限抗压强度分别比未加砾石土提高59.56%、71.70%、49.51%和83.64%，且二者呈线性递增函数关系（R2＝0.99），添加砾石的土柱在受压时破坏程度较小。本研究将为崩岗侵蚀预防和分层治理提供一定的理论依据。     

丹江口水库库滨带典型植物群落氮矿化特征

为明确库滨带典型植物群落矿化特征,探究植物化学性质与土壤氮矿化的关系,选取丹江口水库库滨带的苘麻和蛇床群丛.试验采取单一叶处理、单一根处理和根+叶混合等9种处理,分别测定第1、3、7、14、21、31、41、51和61 d的土壤氮矿化量,系统分析添加植物后土壤氮矿化特征.结果表明:1)添加植物后,土壤氮矿化可分为3个阶段,即前期(1 ～7d)各处理矿化量均减小,中期(7 ～41 d)各处理矿化量都有所增加,幅度变化较大,后期(41 ～61d)基本保持平衡,所有处理的土壤矿化量均小于对照(CK)的79.53 mg/kg,单一处理中,苘麻叶(QL)矿化量最高,达到71.62 mg/kg,混合处理最高为苘麻叶+蛇床根(QL+ SR) 26.43 mg/kg;2)添加植物后,土壤微生物的质量分数显著增加(P＜0.05),QL＞4个混合处理＞另外3个单一处理;3)整个试验期间,土壤氮矿化量与植物全碳和全氮质量分数显著相关(P＜0.05),主成分分析(PCA)结果显示全氮质量分数对土壤有机氮矿化影响最明显,重要程度为全氮＞C∶N＞纤维素＞L∶N＞多元酚;4)所有混合处理中,实测氮素矿化量均显著小于预测值(P＜0.01).说明添加苘麻和蛇床后,土壤氮矿化表现为抑制作用,根茎混合处理没有激发效应.该研究为区域植被生态恢复、水土保持与非点源污染治理提供参考依据.     

干湿循环对崩岗不同层次土体无侧限抗压强度的影响

针对发育于花岗岩出露区的崩岗土体易受干湿循环影响导致大量崩壁失稳等问题,通过开展一系列室内无侧限抗压强度试验,研究崩岗不同层次土体在干湿循环作用下无侧限抗压强度的变化规律,并且建立了在崩岗不同层次土体深度比和干湿循环次数共同影响下的无侧限抗压强度模型。结果表明:表土层、红土层、斑纹层、碎屑层在第1次干湿循环后无侧限抗压强度衰减幅度最大,分别为26%,15%,40%和49%;在第2~4次干湿循环后无侧限抗压强度衰减幅度逐渐减小;在第5次干湿循环后无侧限抗压强度基本保持不变;随着干湿循环次数的增加,崩岗不同层次土体无侧限抗压强度总体表现为表土层红土层斑纹层碎屑层;在不同干湿循环次数下,崩岗不同层次土体的应力—应变曲线总体上呈应变软化型且应变为2%时达到峰值,但红土层在3次干湿循环时的应力—应变关系曲线局部波动性较强;无侧限抗压强度模型中预测值与实测值之间具有显著(R2=0.91)的相关关系,该模型在预测干湿循环对通城地区崩岗不同层次土体无侧限抗压强度影响中具有较高的应用价值。     

怀豆和黑麦草绿肥残体还田对旱地土壤温室气体排放的影响

以怀豆和黑麦草两种绿肥为对象,分别进行了为期63 d的不同绿肥残体还田量和残体混合比例室内培养试验,其中绿肥残体还田量试验分别设0、1、2、4、6 t·hm^-2共5个水平;残体混合比例试验设100%怀豆、25%怀豆+75%黑麦草、50%怀豆+50%黑麦草、75%怀豆+25%黑麦草和100%黑麦草共5个处理,还田量均为4 t·hm^-2。采用气相色谱法观测了培养期间土壤温室气体（CO₂、N₂O、CH₄）通量变化。结果表明：（1）与未添加绿肥残体相比,绿肥残体还田土壤CO₂累积排放通量提高了11.3%~80.2%,土壤N₂O排放提高了15.8%~51.1%,综合增温潜势（GWP）提高了11.9%~79.4%（P<0.05）。随绿肥残体还田量的增加,土壤CO₂排放通量和综合增温潜势（GWP）均呈线性增加,土壤CH₄吸收通量则呈线性下降趋势,而土壤N₂O排放通量呈现先增后减趋势,并在还田量约为3 t·hm^-2时达到最大。相同还田量下添加黑麦草残体较怀豆残体具有更高的土壤CO₂排放和CH₄吸收,而添加怀豆残体较黑麦草残体显著促进了土壤N₂O排放;（2）土壤温室气体累计通量与绿肥残体混合物中黑麦草比例存在线性相关,随黑麦草添加比例的提高,土壤CO₂排放通量显著增加了5.8%~19.7%（P<0.05）,GWP显著增加了5.3%~17.7%（P<0.05）,而N₂O排放通量显著下降了11.2%~41.5%（P<0.05）,CH₄吸收通量则显著下降了13.4%~50.9%（P<0.05）。综合来看,选择非豆科作物比例较低的绿肥残体,并以较低生物量进行还田,能在保持低GWP的同时获得生态效益。