西欧的土壤测试和植物分析

本文介绍了西欧的一些土壤测试和植物分析的方法，以及基于这些方法的肥料施用量的推荐。文中也简要地讨论了环境质量检测的一些方法。     

Data-SSI与图论聚类结合识别果树固有频率

果树的固有频率是林果振动采收机械设计的重要依据之一。为有效识别果树的固有频率,该研究提出了基于数据驱动随机子空间Data-SSI（Data-driven Stochastic Subspace Identification）法与图论聚类稳定图相结合、仅以果树的输出响应信号对果树进行固有频率识别的方法,以尽量减少人为主观因素的影响。将该方法用于一棵室内小型银杏树和一棵室外较大银杏树固有频率的识别并与冲击力锤频谱测试结果进行对比分析。结果表明,室内小型果树在随机激励下采用本文方法识别结果与频谱试验结果最大相对误差为4.17%;室外大型果树在环境激励下所提方法识别结果与频谱试验结果平均相对误差为2.88%,最大相对误差为6.02%。本文方法对仅基于输出响应信号的果树固有频率识别具有一定可行性,可为果树智能化共振采收时快速准确确定共振频率提供参考。     

土壤磷有效性及其与土壤性质关系的研究

选取我国14个不同地点土样,测定理化性质、全磷、速效磷、水溶性磷含量,采用通径分析研究土壤磷有效性与土壤性质的关系。结果表明,土壤磷有效性是各个土壤性质综合作用的结果。土壤CEC、有机碳、粘粒、砂粒、碳酸钙含量对土壤速效磷比例影响显著,土壤CEC、粘粒、砂粒含量对土壤速效磷比例贡献为正值,而土壤有机碳对土壤速效磷比例贡献为负值;土壤pH和CEC含量对土壤水溶性磷含量影响显著,土壤pH对水溶性磷比例贡献为正值,土壤CEC对土壤水溶性磷比例贡献为负值。本文所选土样基本符合土壤磷有效性与土壤性质之间通径分析的结果。     

陕西土壤脲酶活性与土壤肥力关系分析

根据陕西７种主要土壤１９个土样的脲酶活必及理化性质的测定结果，经相关、通径和主成分分析表明：土壤脲酶活性可明显反映出土壤肥力水平差异，脲酶活性大小受到土壤理化性质直接和间接的影响。用主成分组成的土壤肥力信息系统分析统计和用土壤的脲酶活性及理化性质分别评价土壤肥力得到的结果相似。     

中国地带性土壤有机质含量与酸碱度的关系

利用中国第二次土壤普查确定的886个典型地带性土种剖面资料,通过统计分析研究了全国及6个地理区域(华东、华南、西南、东北、华北和西北)地带性土壤表层有机质含量与pH的关系。结果表明,土壤表层有机质含量和pH在不同地理区域间有明显差异;土壤有机质含量有随pH升高而降低的趋势,二者间呈极显著的负相关关系(r=-0.332～-0.530,p<0.001),在控制温度、降雨和海拔条件下,二者间的偏相关关系也均达到1%的显著水平(r偏=-0.217～-0.322);指数方程(SOM=aebpH,a和b为常数)可以较好地描述土壤表层有机质含量与pH的关系,土壤pH变异可以分别解释有机质含量总变异的12.2%～22.9%。     

酸化梨园土壤酶活性与土壤理化性质之间的关系

通过野外调查和室内分析相结合,运用相关分析和通径分析等统计方法,研究酸化梨园不同土壤pH梯度下土壤理化性质与土壤酶活性的关系。结果表明：除蔗糖酶仅在5.0～5.5变化趋势最明显外,过氧化氢酶、酸性磷酸酶和脲酶活性在4个pH梯度4.0～4.5,4.5～5.0,5.0～5.5,5.5～6.0下分别表现出明显的层次差异。同时土壤水分和盐分也表现出明显的空间层次差异。土壤酶活性与土壤温度、水分、盐分、pH、各土壤有效养分间相关性较好。就通径分析表明,土壤pH对过氧化氢酶活性的影响最为显著,对蔗糖酶、酸性磷酸酶、脲酶活性的直接效应在很大程度上被通过其他因素对3种酶的间接效应所抵消。pH、铵态氮、交换性钙、交换性镁,水分和盐分的直接作用和相互间的间接作用使其成为影响过氧化氢酶活性的主要因子;速效磷、有效锌、温度是蔗糖酶活性的主要影响因素;有机质、速效磷、有效锌,盐分是影响酸性磷酸酶活性的主要因素;有机质、水分、盐分是影响脲酶活性的主要因素。说明酸化梨园土壤酶活性受土壤pH、温度、水分、盐分和土壤养分等因素的影响,可作为评价梨园土壤肥力的指标。     

岩质边坡人工土壤酶活性与土壤营养元素关系研究

以浙江省舟山市人工修复的边坡为研究对象,采用简单相关分析、回归分析和典型相关分析等统计方法对人工土壤营养元素和酶活性的关系进行了研究。结果表明:1简单相关分析中,脲酶活性与全氮、全磷及速效钾含量呈显著正相关,与速效氮含量呈显著负相关;蔗糖酶活性与全氮、全钾和速效钾含量呈显著或极显著正相关;蛋白酶活性与全磷含量呈正相关;酸性磷酸酶活性与全磷、有效磷和全钾含量呈极显著或显著负相关,与速效氮含量呈显著正相关。2回归分析中,土壤酶活性与营养元素建立的方程显著性均为强或极强,全氮、全钾、有效磷和速效钾含量对土壤酶活性的正向影响较大。3典型相关分析中,蔗糖酶活性与全氮含量关系最密切,蛋白酶和酸性磷酸酶活性与有机质、速效氮和全磷含量关系最密切。3种分析结果表明,人工土壤中全氮、全钾、有效磷和速效钾含量与土壤酶活性关系最密切。     

松嫩平原土壤孔隙指标与其他土壤指标的相关关系

为了研究东北地区黑土区土壤物理性质变化对土壤功能维持的影响,选取松嫩平原的土壤样品作为试验材料,测定了土壤物理指标中3个孔隙相关指标包括土壤比表面积、容重和孔隙度,10个土壤理化及肥力相关指标包括土壤pH值、电导率(EC)、土壤含水量、土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、碱解氮(AN)、全钾(TK)、速效钾(AK)、全磷(TP)、速效磷(AP)。结果显示:3个指标与其他指标显著相关个数及相关系数R2显示,土壤容重与土壤肥力及理化性质变化相关性最高。不同物理指标对于表征土壤肥力的功能存在差异性,简单线性回归与逐步回归均发现类似的规律:土壤的比表面积与土壤含水量的相关性最强(R2=0.24,slope=0.085),表明土壤比表面积越大,土壤持水能力越强;土壤容重与土壤SOC含量相关程度最强(R2=0.21,slope=-24.92),而土壤的孔隙度与TN含量的相关程度最高(R2=0.08,slope=0.02)。3个指标与养分的不同形式的相关性分析结果显示:它们多与全量养分(TN、TK、TP)相关性较高(R2=0.058),而与养分速效量(AN、AK和AP)相关性较弱(R2=0.026)。     

振动压实下土壤基础密实程度在线监测研究

简要分析了传统的地基压实监测方法，根据振动轮系统的响应特征，形成了振动压实下土壤基础密实程度在线监测的理论基础，并研制开发了土壤基础密实程度在线监测系统。     

机械压实过程中复垦土壤紧实度影响因素的模拟分析

机械碾压造成的土壤压实是土地复垦中面临的主要问题之一,影响土壤压实程度的因素很多,除土壤自身的因素以外,还包括压实机械、压实次数以及土层厚度等。该文基于统计学的理论,采用2×5×4的混合试验设计并建立模拟实验区,使用重锤模拟分析了2种压实机械、不同压实次数(1、3、5、7、9次)和不同土层厚度(0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40 cm)上土壤紧实度的变化情况,并在SPSS中进行变量的方差分析和多重比较,试图找到机械压实过程中影响土壤紧实度的因素及其变化水平。结果表明:增加压实机械的承重轮面积能够有效降低对土壤的压实作用;压实机械、土层厚度和压实次数都是影响土壤紧实度的显著性因素且各因素的贡献率(97%)远高于随机误差;自卸汽车在第5次压实之后就已经使上层土壤紧实度达到最大值,而履带式推土机需要压实7次,土地复垦中应尽量选择履带型机械,碾压次数控制在5~7之内;机械压实的过程中,各土层厚度之间土壤紧实度的大小关系并不是一成不变的,中间层次(10~30 cm)的土壤由于同时受到来自上下2个方向的作用力,紧实度相对较高;不同次数的压实对土壤紧实度的影响深度和程度不同,在一定范围内,随着压实次数的增加,单次压实对土壤紧实度的影响逐渐减小。     

大中小型拖拉机压实对土壤坚实度和大豆产量的影响

探讨农业机械压实对土壤坚实度和产量的影响规律,对改善作物生产环境、促进农业机械化向质量型转变具有重要意义。以东北典型黑土区耕地土壤为研究对象,依照随机区组试验原理,选择大、中、小3种型号拖拉机进行6种压实处理,同型拖拉机相同压实次数试验重复3次,采用PV6.08型贯穿阻力仪测量压实轮辙截面土壤坚实度。试验结果表明：土壤坚实度随压实次数增加而逐渐递增,3种拖拉机压实测试截面浅层均出现明显压实核,且压实核内土壤坚实度随压实次数增加而逐渐增大,CASE-210型拖拉机压实对表层土壤坚实度影响程度和范围最大,压实12次时压实核处土壤坚实度达4.0 MPa,JD-280型拖拉机对深层土壤压实影响程度和范围最大,在65~80 cm的土壤深层坚实度的峰值达3.2 MPa;拖拉机压实均导致大豆产量降低,CASE-210、JD-904和JD-280拖拉机压实12次时大豆产量分别降低了21.24%、18.15%和12.38%。     

模拟机械压实对黑土微团聚体组成及稳定性的影响

采用田间模拟机械压实的方法,通过对不同深度压实土壤水稳性微团聚体组成、平均质量比表面积、分形维数和分散系数等特征指标的测定、计算与分析,研究了机械压实对黑土区耕作土壤微团聚体组成及稳定性的影响。结果表明:0~20 cm表层土壤仅12次压实时平均质量比表面积、分形维数和分散系数显著高于对照(P0.05);20~40 cm亚表层土壤3次压实时平均质量比表面积、分形维数值显著降低,而12次压实时平均质量比表面积、分形维数和分散系数显著增加(P0.05);40~80 cm下层土壤,平均质量比表面积、分形维数和分散系数随压实次数的增加而增大,除3次和6次压实之间外,其他处理间差异均达显著水平(P0.05)。可以认为,压实对黑土区耕作土壤团聚体组成及稳定性的影响表现为下层土壤的积累压实为主。     

微孔深松耕降低土壤紧实度提高棉花产量与种籽品质

长期传统耕作导致土壤紧实形成犁底层是影响农田土壤质量和作物生长的关键障碍因子之一。为解决这一问题,于2013年4月至2014年5月在山西运城南花农场开展为期1 a的大田试验,对比研究微孔深松耕技术和旋耕机旋耕15~20 cm的传统耕作方法对土壤紧实度以及棉籽品质性状和生长发育的影响。结果表明:微孔深松耕技术较传统耕作方式,棉花苗期犁底层40 cm处土壤紧实度由9 069.70降低到558.80 k Pa,吐絮期犁底层40 cm处的土壤紧实度由8 089.70降低到1 174.20 k Pa,吐絮期0~40 cm土层中微孔深松耕土壤容重最大为1.05 g/cm3,传统耕作最大为1.56 g/cm3;在30 cm土层中,微孔深松耕的总根量比传统耕作方式多187.03%;微孔深松耕处理棉株棉铃的5室铃率较传统耕作增加15.00%,每个棉瓤的种子数平均增加1~2粒;棉籽的籽指、密度、绒长均明显增加,脂肪含量显著降低(P0.05),蛋白质含量显著增加(P0.05),单株铃数比传统耕作增加6.34%,铃质量增加5.75%,皮棉产量增加10.12%。效益分析表明,采用微孔穴深松耕作种植棉花,每公顷净收益增加3 338.00元。该研究揭示了微孔深松耕作可有效打破犁底层,具有疏松土壤紧实度,并提高棉籽品质增加棉花产量,为该项技术应用于生产提供试验依据。     

基于离散元非线性弹塑性接触模型的免耕土壤参数标定

为了进一步提升基于离散元法对免耕作业机具与土壤互作关系研究的准确性,以华北麦玉两熟区免耕壤土为研究对象,基于离散元软件（Discrete Element Modeling,DEM）扩展的The Edinburgh Elasto-Plastic Adhesion非线性弹塑性接触模型开展常年免耕农田土壤离散元仿真模型参数标定研究。应用Plackett-Burman 设计敏感性分析试验,选择对土壤压板试验沉陷量影响显著的关键参数（即土壤颗粒恢复系数、土壤颗粒-颗粒静摩擦系数、土壤颗粒表面能和土壤颗粒-颗粒塑性变形比）,以土壤压板试验沉陷量为评价指标,应用Box-Behnken 试验建立了沉陷量与4个显著性参数的二次多项式回归模型,以物理试验得到的实际沉陷量6.2 mm为目标值,对显著性参数进行寻优,得到最优组合为：土壤颗粒恢复系数为0.47,土壤颗粒-颗粒间静摩擦系数为0.62,土壤颗粒表面能为6.12 J/m2,土壤颗粒塑性变形比为0.41。最后通过标定优化的参数进行土壤颗粒应力传递试验,与室内试验结果对比发现,仿真的土壤颗粒接触传力特性与实际土壤压实过程中应力传递差别较小,误差范围在9.21%以内,并对比分析仿真和实测的土壤应力传递特性曲线的拟合情况,两者之间的决定系数R2为0.91,表明两条曲线的拟合相似度较高,验证了免耕土壤参数标定的准确可靠,参数标定后的离散元免耕土壤模型精确度高。研究可为快速构建免耕模式下的土壤离散元模型及免耕农机装备优化提供技术支撑。     

长期不同耕作方式下的土壤硬度变化特征

为探明不同耕作方式下土壤硬度变化特征,以始于1983年长期定位不同耕作方式土壤为研究对象,采用土壤硬度仪观测免耕(no-tillage,NT)、翻耕(plow tillage,PT)、间隔深松(spacing tillage,ST)和传统耕作(conventional tillage,CT)不同年份、季节、土壤剖面及冻融前后土壤硬度,研究不同耕作方式对土壤硬度的影响。结果表明:免耕增加了耕层0~25 cm土壤硬度,而土层25~45 cm免耕硬度显著降低(P0.05),但传统耕作硬度有增加趋势,间隔深松和翻耕硬度明显低于免耕和传统耕作(P0.05);不同耕作方式土壤硬度随季节的推移呈波动性变化,0~25和25~45cm变化趋势基本一致;土壤硬度随土壤深度的增加而增加,上层明显低于下层(P0.05),不同时期变化不同,前期随深度增加到20cm处呈垂直变化,而后期随深度增加呈反"S"型曲线变化;冻融交替作用可以有效降低土壤硬度,缓解冻融后土壤硬度,间隔深松降幅最大为148.97%,其次为免耕和翻耕,降幅分别为41.96%和58.44%,传统耕作降幅最小仅为3.38%。综合分析认为,间隔深松耕作是改善土壤硬度,提高土壤宜耕性的有效耕作方法。该研究可为东北雨养农业区构建合理耕层和确定适宜的耕作技术提供科学依据。     

The efficacy of three techniques to alleviate soil compaction at a restored sand and gravel quarry

Reinstated soil at restored sites often suffers from severe compaction which can significantly impede root development. Several methods, such as ripping and complete cultivation, are available to alleviate compaction that may occur as a result of soil reinstatement. This paper examines the effectiveness of the industry standard industrial ripper and a prototype modern ripper, the Mega‐Lift, in comparison with the recommended best practice method of complete cultivation. An investigation of the penetration resistance of the soil at a restored sand and gravel quarry was carried out using a cone penetrometer and a ‘lifting driving tool’ (dropping weight penetrometer) 3 years following cultivation. All the cultivation treatments reduced soil compaction to some degree compared with the untreated control. However, the penetration resistance values suggest that rooting would be restricted at relatively shallow depths in the plots cultivated using the industrial and Mega‐Lift ripper; penetration resistance exceeded 2 MPa within the first 0.33 m. Complete cultivation maintained penetration resistance values of less than 2 MPa within the depth limit of the penetrometer of 0.42 m. In addition, the results from the ‘lifting driving tool’ indicate that soils treated using complete cultivation remained significantly looser than those treated with the ripper to a depth of at least 0.80 m. The results demonstrate that complete cultivation remains the most effective method of alleviating soil compaction on restored sites, although it is recognized that its relatively high cost may restrict the uptake of the technique.     

机械压实对复垦土壤粒径分布多重分形特征的影响

在高潜水位矿区复垦施工现场,运用多重分形理论研究不同碾压次数下复垦土壤粒径分布特征,以阐明机械压实对复垦土壤粒径分布非均匀性和异质性的影响。结果表明:机械碾压在46.8%~99.9%程度上解释0~20和20~40 cm土层土壤粒径分布特征的变化,随着碾压次数增加,复垦土壤颗粒呈细粒化趋势,容量维D(0)随之减小,表征粒径分布范围减小;奇异谱对称性Δf随之增加,表征粒径分布不对称性增加;信息维D(1)、信息维/容量维D(1)/D(0)、关联维D(2)和奇异谱谱宽Δα随之波动变化,表征粒径分布集中程度、局部密集程度和均匀性波动变化。研究发现D(1)和D(1)/D(0),D(2)和Δα相关系数分别0.767(P0.01)和-0.488(P0.05),在表征复垦土壤粒径分布集中程度和均匀性上具有相似作用,多重分形参数可多角度描述机械碾压过程中土壤粒径分布的细微差别,其中D(0)、Δα和Δf能够灵敏反映复垦土壤紧实度变化,这为深入研究复垦土壤压实问题提供一种精确分析方法。     

基于耦合协调度模型量化耕地自然质量与立地条件协同关系

耕地自然质量条件与立地系统共同决定了耕地可持续的生产能力,测算二者之间的协同比例关系可为耕地资源的保护分区提供理论和方法借鉴。该文以辽宁省不同地貌区为例,通过构建不同地貌区耕地自然质量评价系统与耕地立地条件评价系统,运用耦合协调度模型量化分析二者之间的协同关系,最后依据二者之间协同关系特征建立耕地资源保护分区。研究结果表明:在辽宁省西部的丘陵地貌区、中部的平原地貌区以及东部的山地地貌区,耕地资源保护优势条件特征存在区域差异,3个地貌区耕地自然质量条件与立地条件协同关系比值分别为4:6、6:4和5:5,应遵循耕地资源条件的地域差异特征实行协同保护。在此基础上,依据耕地资源优势条件特征将辽宁省耕地区域划分为核心保护区、优势整治区以及重点调控区,并提出不同区域耕地资源差异化的利用和保护措施。该研究结果体现了不同地貌区耕地资源优势保护条件特征的差异性与规律性,可为省域尺度耕地资源的永续利用提供参考借鉴。     

Regression analysis of some factors influencing soil compaction

Experiments were conducted in a laboratory soil bin, at the Regional Research Center of Asian Institute of Technology, to develop compaction models for a silty clay loam soil. The development of the models made use of dimensional analysis techniques. Three independent parameters were investigated: (1) tire variables (section width, diameter, inflation pressure), (2) soil variables (moisture content, initial cone index), and (3) external variables (travel speed, axle load, number of passes). Bulk density and cone index were considered as dependent variables. Results showed that axle load and number of tire passes were the most prominent factors which greatly influence soil compaction. Furthermore, soil moisture content, aspect ratio, and tire inflation pressure also revealed significant effects. The greatest soil compaction occurred during the first three passes of the tire. Soil compaction models were established and were found to provide good predictions. The trend established by the models signifies that general relationships can be established to predict soil compaction related to soil types. Furthermore, the models provided predictions at different soil and machine working conditions. Using the models, assessment of soil compaction can be made to develop a decision support system to establish useful recommendations for appropriate soil management practices and solutions to site-specific soil compaction problems.