不同经营模式土壤团粒结构的分形特征研究

土壤团聚体和水稳性团聚体的状况是影响土壤肥力的一个重要因素。本文运用分形模型对不同林分经营模式土壤团粒结构进行研究,探讨了分形维数与土壤肥力的关系。结果表明：土壤水稳性团聚体及不稳性大团聚体含量越大,团粒结构的分形维数越小,土壤肥力越高,土壤肥力越高;土壤团粒结构的分形维数与水稳性团聚体含量及水稳性大团聚体含量之间存在的显著回归关系;分形模型为土壤肥力研究提供新方法。     

羧甲基纤维素钠对壤砂土水分运动及水力参数的影响

科学使用羧甲基纤维素钠(CMC)实现保水控盐对于滨海壤砂盐碱土改良具有重要意义,而明晰CMC对滨海壤砂土水分运动规律的影响是科学使用CMC的重要基础。为研究施加CMC滨海壤砂土水分运动规律,本文通过开展一维垂直土柱积水入渗试验,探索不同CMC施量(0、0.1、0.2、0.4、0.6 g?kg-1) 对壤砂土入渗特性、水分分布和土壤水力参数的影响。结果表明,施用CMC土壤的最终累积入渗量增加了4.90％～15.17％、达到预设湿润锋深度的入渗时间增加了61.90%～604.73%;Philip入渗模型参数吸渗率S和Green-Ampt模型参数KsSf均随CMC施量的增加而减少,吸渗率S和平均土壤水扩散率与CMC施量之间的数学关系分别可用二次多项式和指数函数来表示;CMC增强了土壤的持水能力,土壤剖面含水量提高了0.72%～3.74%;CMC通过改变土壤结构影响了土壤水力参数,滞留含水率θr、饱和含水率θs及进气吸力倒数α均与CMC施量呈正相关关系,而与饱和导水率Ks和形状系数n呈反比关系。通过对变异系数CV的分析发现,CMC对饱和导水率Ks和进气吸力倒数α影响表现为中等差异,对滞留含水率θr、饱和含水率θs和形状系数n表现为弱差异。研究结果揭示了CMC对滨海壤砂土减渗保水的内在机理,为滨海盐碱地的改良提供了理论参考。     

陇中坡地不同退耕模式对土壤团粒结构分形特征的影响

运用分形模型,研究陇中坡耕地及其退耕改种成苜蓿、侧柏、柠条、红柳、杏树后土壤团粒结构分形维数,并对分形维数与土壤理化性质之间的关系进行拟合。结果表明:各模式团粒结构分形维数介于2.014～2.153之间,且与>0.25mm粒径的团粒结构含量间呈极显著线性相关。退耕后,红柳、侧柏地>0.25mm的土壤团粒结构含量较其他模式显著增加,各类退耕地的土壤自然含水量、有机质、全氮含量明显高于坡耕地,但土壤团粒结构分形维数与有机质、全氮、全磷、有效磷、速效钾含量相关性不强。     

矿粮复合区煤累积对土壤团粒结构的影响

为理解煤对土壤结构的影响,以土壤煤累积现象普遍的焦作矿粮复合区为研究区,选取3种不同程度的煤累积土壤(低累积、中累积和高累积)为研究对象,不含煤的土壤为对照,通过测定0—40 cm土层深度范围的水稳性团聚体组成,并采用分形维数(D)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和大团聚体破坏率(PAD)作为团粒结构的评价指标,探讨煤累积对土壤团聚体组成与稳定性的影响。结果表明:煤在土壤中累积可以促进水稳性微团聚体向大团聚体转化,降低团聚体的分形维数,提高团聚体稳定性。深层(20—40 cm)土壤水稳性大团聚体含量的增幅高于表层(0—20 cm)土壤。土壤团聚体稳定性随着煤累积程度的增高表现出先增加后降低的趋势。土壤团聚体的稳定性主要取决于>2 mm粒级水稳性团聚体的含量。总体上,煤在土壤中的累积改善了土壤的团粒结构性状。此外,根据本研究结果,研究区长期运煤、堆煤、洗煤和矿井水灌排等活动导致的黑土现象并不能视作煤污染。     

凹凸棒石粘土对土壤团粒结构及小麦生长的影响

研究了凹凸棒石粘土(凹土)对土壤团粒结构和小麦生长的影响。结果表明:凹土能显著增加直径0.25mm和0.25～0.5mm团聚体总数;凹土用量40～80gkg-1时提高小麦千粒重和淀粉含量,80gkg-1时千粒重最大,40gkg-1时淀粉含量最高;≥80gkg-1时降低出苗率、株高、叶面积、穗粒数和穗粒重;20～40gkg-1时影响不明显。     

秸秆不同还田方式对土壤结构及土壤蒸发特性的影响

利用团聚体分形维数、孔隙分形维数等指标,对比分析了秸秆在经过粉碎、氨化及与无机土壤改良剂混合3种措施处理后加入土壤对土壤团聚结构、土壤容重、孔隙度及低吸力段土壤水分蒸发特性的影响,结果表明;粉碎并氨化处理过的秸秆施人土壤后,能显著改善土壤团聚结构,减小土壤容重.增加土壤孔隙度;秸秆加入土壤中会导致处理低吸力段土壤孔隙分形维数变小,孔隙分布均匀性、连通性变差.导致土壤蒸发速率过快,而无机土壤改良剂(氢氧化铁)能有效改善土壤孔隙分布.抑制土壤蒸发.当其与秸秆混合施用时,对雨水保蓄利用效果更好.     

岷江上游典型植被下土壤分形特征及对水分入渗的影响

以岷江上游5种典型植被类型下(高山栎林、岷江冷杉林、灌竹林、阔叶乔木林、高山草甸)土壤颗粒组成数据为基础,运用分形模型计算出这5种类型土壤颗粒的分形维数,研究了土壤颗粒分形维数与土壤性状的关系。结果表明,15个样地表层土壤颗粒的分形维数D为1.117～1.315。通过逐步多元回归分析,土壤颗粒分形维数仅与<0.002 mm的颗粒含量相关系数达到极显著。根据土壤入渗过程曲线将入渗过程划分为3个阶段:(1)入渗瞬变阶段(0～8 min);(2)入渗渐变阶段(8～30 min);(3)入渗稳定阶段(30～120 min),表明土壤入渗过程主要受土壤机械组成、团聚体和孔隙组成的综合影响。在整个入渗过程中,高山栎林、灌竹林和阔叶林的渗透速率要高于冷杉林和草甸。     

不同母质发育紫色土团粒结构的分形特征研究

运用分形模型对不同紫色母质发育的土壤团聚体特征进行研究,结果表明:土壤团聚体粒径分布的分形维数与土壤团聚体结构破坏率存在极显著正相关(r=0.961**,n=8),与>0.25mm水稳性团聚体含量存在极显著负相关(r=-0.958**,n=8);不同紫色母质发育的土壤团聚体粒径分布的分形维数存在差异,棕紫泥土壤团聚体粒径分布的分形维数最高,暗紫泥土壤团聚体粒径分布的分形维数最低。土壤团聚体粒径分布的分形维数是评价土壤物理肥力和土壤抗蚀性的一个新指标。     

基于CT数字图像的土壤孔隙分形特征研究

通过CT扫描获得了河南封丘地区3种不同质地潮土样本的高精度图像,利用数字图像分析方法识别出土壤孔隙及其轮廓线,然后用计盒法确定了表征土壤孔隙形态不规则性的分形维数.在此基础上,通过不同形式的分形模型预测了土壤水分特征曲线.结果表明,河南封丘地区不同质地潮土的孔隙分形维数(包括面积和轮廓线分维)差异不明显;预测水分特征曲线时,针对不同质地的土壤选择适宜的分形模型才能得到较好的模拟结果.     

秸秆-膨润土-PAM改良材料对沙质土壤团粒结构的影响

为改善沙质土壤团粒结构,以重庆市分布面积较大的冷沙黄泥为研究对象,将作物秸秆、膨润土和聚丙烯酰胺(PAM)按一定比例配制后作为改良材料,研究秸秆改良材料种类、改良材料剂量与配比、土培时间等因素对改良材料改良效应的影响。结果表明:秸秆改良材料可以增加沙质土壤1~5 mm团聚体的含量,不同秸秆改良材料改良效果不同,且随着改良材料剂量、PAM含量(<2%)的增加、土培时间(<60 d)的延长,沙质土壤1~5 mm团聚体含量呈现增加趋势;添加麦秆改良材料(添加量为10 g/kg土,配方中PAM含量为2%)的土样,在培养60 d后,1~5 mm团聚体含量为45.1%,为CK的2.12倍,自然条件下的1.9倍,对沙质土壤团粒结构改良效果最为明显。可见,秸秆改良材料可以改善沙质土壤团粒结构。     

Potassium influence on soil aggregate stability

Improving soil aggregate stability (SAS) is important for crop production and environmental protection. Here we aim to quantify the effects of potassium (K) on SAS and to examine SAS as a function of potassium adsorption ratio (PAR) and cation ratio of soil structural stability (CROSS). The soils were treated with the incremental K and analyzed for their aggregate stability, clay dispersion, PAR, and CROSS. The influence of K on SAS, therefore, was tested statistically and fitted functionally. The results showed that K decreased clay dispersion and improved SAS. Also, SAS as a function of PAR fit an inverse exponential regression. Based on the coefficients of determination (R²) of the obtained functions, SAS can be explained by PAR with the accuracy above 94%. Increasing CROSS according to K also caused higher SAS, implying that K is considered as a flocculating inducer for kaolinitic tropical soils.     

不同有机物料对潮土微团粒分形特征和速效养分的影响

以河南省中低产区砂质潮土为对象,研究不同有机物料（豆秆、玉米秆、鸡粪和猪粪）还田处理对土壤微团粒结构分形和不同粒级有效养分质量分数的影响.结果表明：1）与不施有机物料处理相比,随有机物料添入量增加,0.1 ～0.053mm土壤粒级所占比例高于对照7％～13％,达到5％显著性差异水平;＜0.053 mm土壤粒级的质量分数相应小于对照处理.2）土壤分形维数在2.52～2.72之间,与0.1 ～0.053 mm土壤粒级质量分数存在极显著负相关,相关系数为-0.945;与＜0.053 mm土壤粒级存在极显著正相关,相关系数为0.981.随着从单施到混合配施的处理,有机物料改变微团粒结构的分配比例,分形维数变小.3）与对照相比,有机物料的加入均能使土壤以及各粒级的速效养分质量分数呈显著性增加.施入有机物料后,碱解氮、速效钾和速效磷的质量分数在0.1～0.053 mm土壤粒级中分别比对照提高了168％～528％、141％～1000％和16％ ～ 81％,在＜0.053 mm的粒级中分别比对照提高了13.4％ ～ 44％、17％ ～ 170％和21％ ～66％.土壤碱解氮质量分数表现为秸秆施用（73.1 mg/kg）＞秸秆与粪肥双倍混合施用（69.3 mg/kg）＞秸秆与粪肥单倍施用、猪粪施用（63.0 mg/kg）＞鸡粪施用（59 mg/kg）＞对照（49.9 mg/kg）;速效钾质量分数表现为豆秆施用（140 mg/kg）＞秸秆与粪肥双倍混合施用、玉米秆施（120 mg/kg）＞秸秆与粪肥单倍施用（86.5 mg/kg）＞粪肥施用（76.8 mg/kg）＞对照（56.5 mg/kg）;有效磷质量分数表现为玉米秸秆（40.9 mg/kg）＞粪肥处理、秸秆与粪肥混合处理（35.91 mg/kg）＞豆秆处理（30 mg/kg）＞对照（26.8 mg/kg）;土壤总养分质量分数表现为豆32和玉32处理（259 mg/kg）＞秸秆与粪肥倍量处理及豆16处理（225 mg/kg）＞玉16处理（210 mg/kg）＞秸秆与粪肥单倍量和猪8处理（191 mg/kg）＞鸡粪处理（173 mg/kg）＞猪4处理?     

黄土丘陵区土壤团聚体分形特征及其对植被恢复的响应

采用计算分形维数的方法,对黄土丘陵区典型草原带土壤团聚体的分形特征及其对植被恢复的响应进行研究。结果表明：1）在植被恢复初期,土壤〉10mm粒级的团聚体含量在0～20和20—40cm层次均较高,含量为331．4～525．6g/kg。随植被恢复年限增加,10—7、7～5、5～3、3～2、2—1mm粒级的团聚体绝对含量下降差异不明显。1～0．5、0．5-0．25和〈0．25mm小粒级土壤团聚体含量,在植被恢复初期（7a）较高。2）随着植被恢复年限增加。土壤〉5mm粒级的水稳性团聚体含量相对下降很快,恢复7a之后,大粒级土壤团聚体表现为上层含量比下层含量低的趋势。相对于干筛结果而言,土壤水稳性团聚体的粒径分布更为均匀、稳定,恢复7a之后的土壤〉0．25mm团聚体含量占到40％～50％,而〉5mm的土壤团聚体则占10％～23％。植被恢复过程中,土壤团聚体由大的团块向小颗粒的土壤团聚体转换,粒径分布更为均匀,土壤结构逐渐改善。3）不同恢复年限土壤团聚体分形维数变化范围为表层2．75～2．86,表下层2．77—2．89,变化范围小,20～40cm土层的分形维数大于0～20cm,恢复植被可使土壤分形维数降低,土壤结构得到改善。     

羟丙基甲基纤维素作土壤改良剂对土壤溶质运移的影响

羟丙基甲基纤维素(hydroxypropyl methyl cellulose,HPMC)是一种潜在的土壤改良剂,加入土壤中后具有明显的减渗效果,对缓解黄土高原水土养分的流失具有重要意义。该文通过在土壤中施加不同含量的HPMC,研究HPMC对土壤溶质迁移特性的影响。结果表明:1)HPMC质量分数在0～0.5 g/kg范围内,饱和导水率随HPMC添加量增大而逐渐减小,0.5g/kg组相比未添加HPMC的空白组降低37.3%;土壤中保守性溶质的运移速度显著降低;随HPMC添加量增加,溶质的初始和完全穿透时间明显推迟,穿透总历时延长;2)CDE方程和两区模型均能较好地模拟在土壤中添加不同含量HPMC时溶质的运移状况,2种模型的拟合曲线也均能与实测曲线较好吻合,但两区模型的模拟精度更高。3)基于两区模型的参数拟合结果,随HPMC添加量的增加,平均孔隙水流速越小,水动力弥散系数、弥散度和质量交换系数均增加,而土壤可动水体的含水量比率逐渐减少。     

黄土丘陵区不同土地利用方式土壤团粒结构分形特征

土壤团粒、水稳性团粒和微团粒状况是影响土壤结构和性质的重要因素。运用分形理论研究黄土丘陵区纸坊沟流域7种不同土地利用方式土壤团粒结构的分形特征。结果表明：表层土壤团粒的分形维数在1．641—2．114之间,其大小顺序为人工草地〉果园〉坡耕地〉乔木林地〉灌丛〉天然草地〉人工梯田。土壤水稳性团粒的分形维数在1．774～2．384之间,其变化顺序为果园〉乔木林地〉人工草地〉坡耕地〉天然草地〉人工梯田〉灌丛,二者均表现出≥0．25mm粒级土壤团粒含量越低,分形维数越高的规律;分形维数与≥5mm、5～2mm和≥0．25mm粒级的土壤团粒、水稳性团粒呈极显著负相关（P〈0．01）,与〈0．25mm粒级的呈极显著正相关（P〈0．01）;结合团粒结构体破坏率可知,灌丛土壤结构与稳定性最好,其次为天然草地,人工草地最差;表层土壤微团粒结构分形维数在2．360～2．487之间,大小顺序为天然草地〉乔木林地〉坡耕地〉人工梯田〉人工草地〉果园〉灌丛,灌丛有助于促进土壤微结构形成,分形维数与0．25-0．05mm和〉0．001mm粒级土壤微团粒含量呈极显著负相关（P〈0．01）,与〈0．001mm粒级土壤微团粒含量呈极显著正相关（P〈0．01）;下层土壤质地主要与成土母质有关,人为干扰小,3种分形维数间存在显著正相关水平（P〈0．05）,土壤有机质含量与3种分形维数显著负相关（P〈0．05）。土壤团粒结构分形特征可作为土壤评价指标之一,分形理论为土壤结构、性质和评价研究提供了新方法。     

土壤斥水性影响土壤水分运动研究进展

土壤斥水性广泛存在于各类土壤,是影响植物生长、土壤水分运动以及土壤侵蚀等水土过程的重要因素。该文阐述了土壤斥水性的基本概念,介绍了几种常用的斥水性强度测定方法及适用范围。在此基础上,论文对土壤斥水性如何影响土壤水力性质以及水分运动特征等研究现状作了全面评述,重点讨论了近年来该领域的研究热点,如土壤斥水性影响下的指流观测和理论模拟以及斥水性土壤蒸发过程等。最后,提出了相关研究中亟待解决的若干关键科学问题,主要包括确定土壤斥水性影响指流现象和蒸发过程的物理机制的揭示;考虑土壤斥水性参数的土壤水分运动数学模型的构建;以及对新模型的求解及对数值解的理论分析。由于土壤斥水性对土壤水分运动有重要的关联效应,相关问题的深入研究对进一步认识土壤水分运动的内在物理机制具有重要理论意义,也将为掌握和有效利用土壤斥水性提供实践指导。     

植穴控制体对盐渍土水分运移的影响

该研究旨在探讨以植穴控制体作为调控水分运移的基本单元,以提高盐渍土造林成效及土地使用价值。结合土柱微宇宙试验控制技术,选取植穴控制体（PHCB）的结构因子（木本植物、植穴袋材料、覆膜材料配比、填充材料配比及填料厚度）和环境因子（地下水矿化度、土壤质地、补水量）为影响因素,设计U12(12×43×34)的混合均匀试验。经回归分析筛选出PHCB最佳结构设计参数,建立植穴控制体结构因子和环境因子与含水率间关系的预测方程。分析结果显示：当每次补水量达到5.06 mm,土壤质地为轻黏土的环境条件下,木本植物选择紫叶李、植穴袋材料为麻布、PVA（polyvinyl alcohol）/VAE（vinyl acetate-ethylene copolymer emulsion）/蒙脱石的体积比按100︰20︰10配制成覆膜材料,秸秆、枯枝落叶和木屑以质量比1︰1︰2混合制成填料,可使植穴袋内的土壤含水率提高48.83%。而环境因子的地下水矿化度及结构因子填料厚度对植穴内水分运移的影响均不显著。PHCB可以有效调控盐渍土水分运移过程,是一种盐渍土生态修复方法。     

丹江口库区不同土地利用方式土壤团聚体稳定性及分形特征

为分析南水北调(中线)丹江口库区不同土地利用方式土壤团聚体稳定性及其分形特征,揭示人类活动对土壤结构的影响,以库区内不同土地利用方式(水田、旱地、果园、人工林地、自然林地)土壤为研究对象,经干筛和湿筛法测定团聚体组成,以土壤团聚体稳定性指标(大团聚体含量(R0.25)和团聚体破坏率(PAD))、土壤团聚体直径指标(平均质量直径(MWD)和几何均重直径(GMD))以及分形维数(D)作为评价指标,对比分析丹江口库区不同土地利用方式下土壤团聚体组成及其稳定性。结果表明,对土壤团聚体组成的测定,湿筛法相对干筛法重现性更好,能更真实反映土壤团聚体组成及其稳定性。各土地利用方式总体上表现为林地(人工林和自然林)土壤稳定性和抗蚀性更好,其MWD和GMD值相对较高,D值相对较低;相反,旱作农地(果园和旱地)土壤团聚结构及其稳定性较弱,其MWD和GMD值相对较低,D值相对较高。说明各团聚体稳定性指标均能从不同角度反映不同土地利用方式对土壤团聚体稳定性的影响。相关性分析表明,土壤团聚体MWD、GMD值和D值与各粒径团聚体含量呈明显线性关系,在土壤团聚化过程中,土壤团聚体从微团聚体(0.25 mm)—中等团聚体(0.25~5 mm)—大团聚体(5 mm)的转化中,0.25,1,5mm粒级是较为关键的临界点。     

前期含水量对机械压实后黑土团聚体特征的影响

以东北典型黑土区耕地土壤为研究对象,通过对不同前期含水量下机械碾压处理后土壤干筛团聚体和水稳性团聚体粒级分布、破坏率(PAD0.25)、分形维数(D)、平均重量直径(MWD)、平均重量比表面积(MWSSA)等特征指标的测定和分析,对比研究了干湿处理条件下模拟机械作业过程中土壤团聚体特征的变化。结果表明:黑土耕作区0～30 cm范围内团聚体组成上干筛团聚体以>2 mm粒级的团聚体比例最高,而水稳性团聚体则随着粒级的减小,比例逐渐增加。不同前期土壤含水量能够对机械压实黑土的团聚体组成分布、分形等特征产生影响,低含水量时,机械碾压在一定程度上能够促进土壤团聚体的团聚,但同等负荷下多次积累压实会削弱土壤的水稳定性和机械稳定性;而在高含水量时,机械碾压相对更易对黑土团聚体产生负效应,加剧破坏、抑制团聚,降低其水稳定性和机械稳定性。同时发现,MWSSA与其他常用团聚体特征值PA0.25、MWD、D、PAD0.25的线性关系达到了极显著水平,说明MWSSA同样可以作为分析和研究土壤团聚体特征的有效指标。研究结果可为科学指导大机械作业提供理论依据。