小麦秸秆及其生物炭添加对黄绵土表面电化学性质的影响

土壤表面电化学性质是土壤具有肥力的重要基础,研究小麦秸秆及其生物炭添加对黄绵土表面电化学性质的影响,可为黄绵土耕地质量的提升及可持续利用、减少土壤侵蚀提供重要的理论及实践依据。通过室内恒温培养试验,设置对照(CK)、1%秸秆(J1)、3%秸秆(J3)、5%秸秆(J5)、7%秸秆(J7)、10%秸秆(J10)和1%生物炭(S1)、3%生物炭(S3)、5%生物炭(S5)、7%生物炭(S7)、10%生物炭(S10)11个处理。培养10个月后采集土壤样品,采用物质表面性质联合测定法测定表面电化学参数,包括表面电荷数量(SCN)、比表面积(SSA)、表面电荷密度(σ₀)、表面电位(φ₀)、表面电场强度(E₀),并通过冗余分析的方法解析了表面电化学性质与土壤基本理化性质之间的关系。结果表明:(1)施用秸秆和生物炭后,土壤碳酸盐含量下降,有机碳(SOC)、电导率、全氮(TN)及碳氮比(C/N)增加。添加秸秆会降低黄绵土的pH,而生物炭则会增加土壤的pH。(2)随着秸秆施用量的增加,Zeta电位下降,施用生物炭后,各个处理的Zeta电位都小于CK,但总体上随生物炭施用量的增加Zeta电位增加。(3)随着秸秆和生物炭施用量的增加,土壤的比表面积(SSA)和表面电荷数量(SCN)均增大。与CK相比,J10和S10的SSA分别提高114.0%和98.1%,SCN提高80.8%和88.3%。施用秸秆能够降低土壤表面电荷密度(σ₀),与CK相比,施用秸秆的土壤σ₀降低幅度可达5.5%~15.5%。总体上,随生物炭施用量的增加σ₀减小,当添加量超过5%后,施用生物炭土壤的σ₀小于CK。(4)冗余分析结果显示,有机碳是影响土壤表面电化学性质的最主要因素,其解释量在秸秆和生物炭添加处理中分别占88.1%和89.5%。施用秸秆和生物炭会显著提高黄绵土的有机碳含量,改善土壤基本理化性质。土壤的比表面积和表面电荷数量随秸秆和生物炭添加量的增加而增加,但表面电荷密度总体上呈下降趋势。有机碳含量是影响黄绵土表面电化学性质变化的主控因素。     

基于流变学法研究容重和含水率对土壤结构力学稳定性的影响

土壤结构力学稳定性不仅与土壤质量和肥力密切相关,而且还与农业器具设计和农业水土工程建设紧密联系。该研究以黄土高原广泛分布的塿土和黄绵土为研究对象,采用振幅扫描试验模拟振荡荷载过程,研究土壤容重和含水率对土壤结构力学稳定性的影响。结果表明：1）随土壤容重的增加,土粒间接触点增多,使得剪切强度参数：线性黏弹区的剪切应力、屈服点的剪切应力、最大剪切应力及屈服点的储能模量均增加,土壤结构强度增强;其在较大剪切应变下的弹性和总的弹性（屈服点的剪切应变和积分z）先增大后降低,表明土壤颗粒存在一个最稳定的排列组合方式。同时,剪切强度参数对土壤容重的响应更为敏感。2）随含水率的增加,土壤颗粒间黏聚力和摩擦力降低,剪切强度参数：线性黏弹区的剪切应力、屈服点的剪切应力、最大剪切应力及屈服点的储能模量均降低,土壤结构强度降低;当剪切应变在线性黏弹区时,弹性随含水率的增加而增加,而较大的剪切应变下的弹性和总的弹性随含水率增加均降低。3）对比2种土壤,因塿土的黏粒、有机质、阳离子交换量、比表面积等较高,增加了土粒间的胶结强度,使得塿土的弹性和剪切强度较高,而黄绵土结构更具脆性。该研究结果表明基于流变仪中的振幅扫描测试所获取的流变学参数能够定量表征土壤细观结构力学稳定性,为进一步深入认识土壤微观力学特性提供了丰富的评价参数。     

基于TRMM 3B43数据的川西高原月降水量空间降尺度模拟

利用2001-2013年TRMM 3B43、MODIS-NDVI、DEM、气象观测等数据,在分析植被对降水响应滞后性的基础上,构建了TRMM 3B43数据中月降水量与经纬度、海拔、坡向和NDVI因子间的多元线性回归方程式,作为川西高原月降水量资料的降尺度计算模型,采用“回归方程+残差”的插值方法获取研究区2001-2013年1km空间分辨率的月降水量空间数据,并利用区内16个气象站点的观测数据与模拟结果进行了相关分析和误差检验。结果表明：（1）各气象观测站点基于TRMM 3B43资料的降尺度模拟降水量的数据均具有很高的精度,其中,精度最高的稻城站模拟结果与站点观测值的相关系数高达0.9839,精度最低的小金站相关系数亦高达0.8781;（2）在月、年尺度上,降尺度模拟降水量的数据亦具有很高的精度,其中,5-10月的精度明显高于其它月份,湿润年份精度总体高于干旱年份;（3）降尺度模拟降水量与站点实测降水量整体上相关系数为0.9499,偏差为0.0866,两者吻合度较高,但降尺度模拟降水量值略偏高;（4）降尺度在月尺度上能基本保证TRMM 3B43原始数据的精度,而在年尺度上能有效提高原始数据的精度,加之对空间分辨率的提高,可为获得更加全面、精细的降水分布数据提供有效方法。