河南三种土壤阳离子交换量相关性及预测模型研究

土壤阳离子交换量是一项重要的土壤理化性质,它是衡量土壤肥力和作物养分有效性的一个重要指标。通过对河南3种土壤1177个数据的相关性及回归分析来研究阳离子交换量与土壤有机质、pH值、粘粒含量、粉粒含量和砂粒含量的关系。结果表明:(1)对于阳离子交换量来说,砂姜黑土>水稻土>褐土;3种土壤的上层土>下层土;3种土壤的阳离子交换量比第二次土壤普查分别降低15.7%,12.7%,6.5%;(2)对与砂姜黑土和褐土来说,其阳离子交换量与pH值和0.02~2 mm砂粒含量成显著负相关,褐土与粘粒含量成显著正相关;对于水稻土来说,其阳离子交换量与有机质含量和粘粒含量成显著正相关,与砂粒含量成显著负相关;(3)利用这些数据做出的这三个土壤类型的6个回归模型是有科学依据的。总的来说,土壤有机质、pH值、粘粒含量与砂粒含量与CEC有着紧密联系,但还有其他因素影响着预测模型的准确性。     

不同生长年限多花木蓝对磷矿山边坡土壤养分变化的影响

为探究多花木蓝的生长对磷矿山土壤环境的改善作用及机理,以同一坡位未生长多花木蓝的土壤为对照,测定了生长年限为1、2、3、4、5 a的多花木蓝根区土壤的性质指标(pH值、电导率、含水量、阳离子交换量)及养分指标(有机质、全氮、水解性氮、铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾等含量),结果显示:多花木蓝的生长可稳定土壤pH值和电导...     

稻田经济草坪化种植后土壤理化性质与养分质量变化特点

  目的  揭示稻田经济草坪化种植后的土壤质量变化规律,以期为草坪化种植稻田复垦快速精准改良提供依据。  方法  基于海宁市丁桥镇近133.3 hm2 稻田被经济草坪化种植后存在需复垦为稻田的改良需求,选择稻田草坪化种植（0、1、2、3、4年）后的土壤为研究对象,分析土壤的机械组成、容重、pH值、有机质、阳离子交换量、氮、磷、钾总量及其有效态含量等理化与养分指标,并对其进行相关性分析和土壤肥力综合评价,探讨土壤理化性质与养分指标的时空变异特征,明晰经济草坪化种植后稻田关键肥力因子的变化特点。  结果  稻田草坪化种植后,随着种植年限增长,不同深度土壤（0 ~ 15 cm、15 ~ 30 cm、30 ~ 45 cm）的各理化性质与养分含量指标变化趋势具有一致性。随草坪化种植年限增长,土壤砂粒含量减少,粘粒含量增加,容重增大,pH逐渐升高,土壤有机质和阳离子交换量呈现出先快后慢的下降态势;土壤全量和速效氮、磷、钾含量逐渐降低,土壤速效氮、磷、钾含量在草坪化种植初期下降尤其显著。全量及速效养分含量总体以及土壤砂粒含量与草坪化种植年限呈极显著负相关（P < 0.01）,土壤pH和容重的变化量以及粘粒含量与草坪化种植年限呈极显著正相关（P < 0.01）,有机质和阳离子交换量的变化量与草坪化种植年限呈显著负相关（P < 0.05）,草坪化种植4年后,土壤肥力综合等级退化为瘦瘠水平。  结论  稻田经济草坪化种植后导致其土壤肥力显著退化。     

稻虾轮作模式下江汉平原土壤理化性状特征研究

稻虾轮作模式在湖北江汉平原已发展近30年,对农民增产增收具有重要作用。开展不同年限稻虾轮作对土壤理化性质影响的研究,有助于科学指导该模式下的农田管理。在同一农渠范围内选择相似的稻田,分别采集水稻单作(CK)和稻虾轮作(1、3、7、13、18和23a)的3个土层深度(0～20、20～40和40～60 cm)原状土样,分析其相应的理化指标。结果显示,与中稻单作相比,长期稻虾轮作会显著降低0～20和20～40 cm土层土壤容重并提高非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度,而40～60 cm土层变化较小;稻虾轮作1 a后土壤pH、全氮和易氧化有机碳含量显著增加,但速效养分和阳离子交换量增幅不明显。与稻虾轮作1 a相比,轮作7～13 a稻田的土壤pH和其他各项指标均显著增加;轮作13 a以上,0～20 cm土层的pH、全氮和速效养分增幅最为明显,但20～60 cm土层的理化性质无明显变化。随着轮作年限的延长,0～20 cm土层的pH和其他各项指标均表现为:23 a18 a13a7a1a0(CK),20～40cm和40～60cm土层的pH、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量也有相似规律,但增幅并不明显。因此,长期稻虾轮作有助于改善耕层土壤结构、增强土壤缓冲能力和提高pH及氮、磷、钾等速效养分含量。     

山东聊城不同种植年限蔬菜大棚土壤理化性质的演变

为了解山东省聊城地区蔬菜大棚土壤理化性质的变化情况,测定了该地区某百棚村不同种植年限(2~14年)蔬菜大棚不同深度(0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm和60~80 cm)土壤的pH、总盐分、硝态氮(NO_3~-)、氨氮(NH_4~+)、碱解态氮(AN)、速效磷(AP)和总磷(TP)的含量,并以大棚外的露天农田土壤作为对照。结果表明,与农田土壤相比,大棚0~20 cm土壤表现出明显的pH值降低和盐渍化趋势,且氮、磷累积显著。随种植年限的增加,大棚土壤pH表现为显著降低,5 a大棚土壤pH平均下降了约0.50个单位,随后波动缓慢上升;总盐分、NO_3~-、NH_4~+、AN、AP和TP含量均表现为先增加,至一定年限后(≥9 a)又降低的变化趋势。大棚土壤各理化指标随种植年限的变化总体上呈二次或三次方程,NH_4~+则呈指数方程。各理化指标间相关性显著(P0.01),pH与各理化指标均呈显著负相关,而总盐分、NO_3~-、AN、AP和TP之间呈显著正相关关系,说明大量施肥是导致大棚土壤pH降低、盐分和氮磷养分累积的重要原因。     

煤矸石自然风化及人工模拟风化过程中盐分及pH值的动态变化——以平朔露天矿区为例

为揭示煤矸石初期物理崩解风化过程中盐分和pH值的动态变化规律,选择了山西平朔露天矿区17处暴露地表自然风化5年和14年粒径为0.1～10.0mm的风化煤矸石,以及经过人工破碎粒径也为0.1～10.0mm的新鲜煤矸石为对比材料。研究结果表明:自然风化14年左右的煤矸石全盐量高于风化5年左右的煤矸石。自然风化煤矸石pH值的变化幅度为6.55～9.20,人工破碎新鲜煤矸石的pH值为7.26～7.95。人工破碎新鲜煤矸石30min、48h、96h浸水试验结果表明,同一浸泡时间含盐量随着粒径缩小而升高,同一粒径随着浸泡时间的延长而变大;同一浸泡时间pH值随着粒径缩小而降低,同一粒径随着浸泡时间的延长也变大;风化煤矸石的pH值和全盐含量>新鲜煤矸石。     

松嫩平原西部土地整理对盐渍化土壤的改良效果

为了研究松嫩平原西部土地整理对盐渍化土壤的改良效果,以吉林省白城市镇赉县土地整理项目区为研究区域,采用野外采样与室内分析相结合的方法,分析了原耕地、盐碱地和新增耕地土壤电导率、阳离子总量、阴离子总量、碱化度、pH值、有机质以及阳离子交换量等指标的差异。结果表明:在0~20和﹥20~40 cm土层上,新增耕地土壤电导率显著低于盐碱地44.9%和37.0%(P0.05),显著高于原耕地35.7%和58.6%(P0.05);新增耕地阳离子总量和阴离子总量均显著低于盐碱地(P0.05);盐碱地土壤碱化度在37.0%~38.2%之间,pH值接近10.0,为重度碱化土壤,新增耕地土壤碱化度在18.0%~21.6%之间,pH值低于9.0,为中度碱化土壤,其土壤碱化程度与原耕地接近;新增耕地土壤有机质显著高于盐碱地33.4%和61.3%(P0.05),在0~20 cm土层上显著低于原耕地21.5%(P0.05);新增耕地阳离子交换量比盐碱地提高16.7%和25.1%(不显著,P0.05),同时显著高于原耕地4.8%和11.0%(P0.05)。典范对应分析表明,土壤盐渍化、肥力指标和土壤离子组成与样地类型分布存在着空间上的有序关系,样地类型由盐碱地向新增耕地的变化,在土壤理化性质层面是盐渍化指标降低、肥力指标升高的过程;在土壤离子组成层面是HCO3-、CO32-和Na+等离子含量降低的过程。总体来看,松嫩平原西部土地整理能有效改良盐渍化土壤,但新增耕地土壤质量仍低于原耕地,建议在土地整理中通过完善灌溉与排水系统、将土地平整工程与深耕深松和增施有机肥相结合及采用生物措施等提升盐渍化土壤的改良效果。     

集约经营下雷竹种植对土壤基本性质的影响

于雷竹主产区浙江临安太湖源镇采集雷竹不同种植年限的土样,分析集约经营下雷竹种植对土壤基本性质的影响.结果表明:雷竹林土壤随着种植年限的增长,pH值迅速下降,有机质与全氮含量在种植5年后显著增加,全P与阳离子交换量缓慢增加,全K量有不断下降的趋势,同时土壤的速效养分却迅速增加.     

塔里木河上游连作棉田土壤脲酶动力学特征与环境因子的相关分析

研究土壤酶学特征的变化对于探讨人类活动对土壤生态系统的影响具有重要的意义。以阿拉尔垦区4个不同连作年限棉田为研究对象,分析了各连作年限棉田不同土层深度土壤脲酶活性、动力学以及土壤理化因子特征,研究了土壤酶动力学特征及其与理化因子的对应关系。结果表明:阿拉尔垦区不同连作年限棉田脲酶活性随土层深度逐渐减弱,随着连作年限增加,0—20cm土层土壤脲酶活性呈先降低后升高趋势,20—50cm和50—80cm为先升高后降低再升高的变化规律;4个不同年限棉田土壤脲酶活性依次为:20a棉田15a棉田10a棉田5a棉田;各连作年限棉田脲酶酶促反应总趋势为随底物浓度增高反应初速度逐渐增大。5a,10a,15a,20a棉田V_9_(_(max)),V_(max)/Km值表现出明显的随年限增加而呈先升高后降低的变化趋势,而K_m值则显现出随连作年限增大脲酶与底物结合度越低的规律;相关性分析结果表明,V_(max)与速效磷、土壤含水量正相关,与电导率负相关,K_m与各土壤理化因子相关性不大,V_(max)/Km与速效磷、土壤含水量、pH值均呈正相关关系。总之,土壤酶动力学特征受速效磷、土壤含水量、pH值和电导率的影响较大。     

干旱区三种典型地貌下电磁感应式土壤盐分协同解译模型

为明确不同地貌类型下土壤理化性质对电磁感应式表观电导率测量精度的影响,该研究以新疆玛纳斯河流域3种典型地貌类型(冲积洪积扇缘、冲积平原、干三角洲)为研究对象,运用电磁感应仪EM38结合土壤采样室内测定方法,分析土壤剖面(100 cm)每20 cm土层的土壤性质对不同高度(130、110、90、70、50 cm)所测表观电导率的影响程度和贡献率,通过引入对表观电导率贡献率较高的非盐分因子作为辅助变量,利用多元线性回归方法,建立土壤盐分多因素协同解译模型。结果表明:3种地貌类型中,土壤盐分含量是影响表观土壤电导率贡献率最大的作用因子,不同地貌类型下各土层影响表观电导率的因子存在明显的差异,冲积洪积扇缘地貌主要表现为上层(0～60cm)土壤含水率和底层(60～100)土壤阳离子交换量和有机碳含量对表观电导率贡献较高,冲积平原地貌则是表层(0～20 cm)和底层(40～100cm)的土壤含水率以及20～40cm土层的黏粒含量和阳离子交换量对表观电导率表现出较高的贡献率,干三角洲地貌下上层土壤(0～60cm)阳离子交换量和下层(60～100cm)土壤有机碳含量能够对表观电导率产生较为明显的影响。通过引入对表观电导率影响较大的作用因子,建立了针对不同地貌类型下分层土壤盐分协同解译模型,与仅以表观电导率解译土壤盐分含量相比,冲积洪积扇缘、冲积平原、干三角洲地貌类型下0～100cm土层盐分预测模型校正决定系数分别由0.81～0.86、0.55～0.87、0.25～0.56提高至0.83～0.91、0.63～0.93、0.48～0.70,多因素协同解译模型有效提高了土壤盐分解译模型精度。研究结果可为盐渍化土壤的快速准确监测提供可靠的理论依据和技术方法。     

煤矸石填充对沟道导排水性能和土壤肥力及重金属污染的影响

为探寻适合东北黑土区侵蚀沟复垦的技术方法,该文研究了一种基于复垦后导排水能力最大的侵蚀沟煤矸石填充复垦技术方法,通过模拟一定深度的沟道、应用响应曲面法探究覆土和煤矸石填充厚度的变化对于复垦沟道导排水性能的影响及最优厚度搭配组合预测。同时引入土工布并考察土工布对煤矸石淋溶过程中重金属的隔绝作用。选择一条用煤矸石填充复垦4 a后的侵蚀沟,在耕层(0～20 cm)进行土壤肥力以及重金属污染情况的调查研究。结果表明:1)土层厚度增加减弱沟道导排水能力,混合粒径、大粒径煤矸石层厚度增加增大沟道导排水能力,土层与大粒径煤矸石层组合存在交互作用。覆土、混合粒径及大粒径煤矸石层厚度分别为53.42、38.51、90 cm时,模拟2 m深沟道导排水能力最强。2)沟道复垦4 a后,容重增加、酸度改善、全磷含量持平于对照土壤,全氮、全钾及有机质含量显著低于对照土壤。综合肥力小于对照土壤,略高于黑龙江省第二积温带的土壤综合肥力。3)复垦土壤Pb含量持平于当地对照土壤及背景值,Cr、Cu含量高于当地对照土壤及背景值,但均未超过环境质量二级标准值,3种重金属存在轻度污染及富集现象。研究结果可为土地整理规划提供一定借鉴。     

煤矸石充填复垦地理化特性与重金属分布特征

为研究煤矸石充填复垦地农作物产量达到最佳时的覆土厚度及煤矸石充填复垦地重金属分布状况,该文以新庄孜矿煤矸石充填复垦地作为研究对象,采取室外田间小区试验和室内试验分析方法,选取不同覆土厚度50~60,60~70,70~80,80~90 cm的4类试验地块及对照地块对其土壤理化性质及农作物根系分布、长势产量、重金属元素含量进行调查分析,发现复垦地块各项指标与对照地块差异显著,劣于对照地块;煤矸石充填基质土壤理化性质较差;70~80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地较经济合理的覆土厚度。煤矸石复垦地重金属元素有向上迁移的趋势;复垦土壤及煤矸石基质中Pb、Zn、Cr元素含量处于安全水平;大部分监测的Cu、Ni、Cd元素含量高于淮南土壤背景值,低于中国土壤环境质量标准二级标准,对复垦土壤已构成潜在的威胁性,应予以重视;覆土厚度50~60 cm地块的煤矸石基质中Cu、Ni元素含量处于安全水平,煤矸石基质中Cd元素含量高于淮南土壤土壤背景值,低于中国土壤环境质量标准二级标准,应予以重视。结果表明70~80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地最佳覆土厚度;新庄孜煤矸石充填复垦地重金属有向上迁移的趋势,复垦土壤中重金属含量符合国家二级标准,未出现重金属污染情况,但部分重金属元素含量高于淮南市土壤背景值,应予以重视。     

不同煤矸石厚度及位置对土壤水分入渗过程的影响

矿区土壤煤矸石的存在能够改变土壤的某些物理特性,并影响土壤水分入渗过程。采用一维定水头垂直入渗室内土柱模拟试验,对5种不同煤矸石厚度(0,4,8,12,16cm)及3个位置(上层、中层、下层)的土壤水分入渗过程进行研究。结果表明,煤矸石覆盖土壤表层有利于土壤水分入渗,土壤水分累积入渗量和稳定入渗速率随着煤矸石厚度(0～16cm)的增加呈现增大的趋势,但煤矸石厚度较大(8,12,16cm)或较小(0,4,8cm)时土壤稳定入渗速率差异不显著。当煤矸石位于中层时,煤矸石的存在抑制了土壤水分入渗过程,土壤水分稳定入渗速率随着煤矸石厚度(4～16cm)的增加而变大,但煤矸石厚度为12,16cm时土壤稳定入渗速率差异不显著。煤矸石位于下层时,煤矸石厚度对土壤水分入渗过程影响较小。不同煤矸石厚度情况下,煤矸石位于上层时累积入渗量最大,而位于中层时累积入渗量最小。与Philip方程相比,Kostiakov入渗模型可以更好地反映含有煤矸石土壤的累积入渗量变化过程。     

煤矸石充填重构土壤水分再分布与剖面气热变化试验研究

为研究煤矿区用矸石作为垫底基质进行土壤剖面重构土壤水分再分布过程和剖面热扩散与气体浓度变化特征,以指导工程设计和重构土壤熟化技术应用,在实验室设计了一种煤矿区重构土壤水气热运移模拟装置,通过布设在土柱系统不同深度的温湿度传感器和CO_2浓度检测仪,连续监测重构土壤剖面含水量、温度和CO_2浓度。结果表明:煤矸石层具有良好的阻水性,阻碍水分的入渗,增加上层土壤的持水能力。但是,煤矸石的持水性差,煤矸石层的含水量低于土壤层10%左右;煤矸石具有更佳的热扩散性,在加热过程中煤矸石层的温度远大于土壤层,在重构土壤中容易形成稳定的温度梯度,尤其在煤矸石层与土壤层之间存在明显的温度差。土壤层的温度受底部加热的影响较小,短期内主要受室温影响,其变化曲线与室温日变化曲线基本一致,最大波动幅度在2.89℃;底部通CO_2对土壤层CO_2浓度的影响非常小,气体在煤矸石层向土壤层扩散时容易受到土壤层的阻隔,导致气体在土壤层下界面累积;煤矸石层会对邻近土壤层产生较大影响,影响微生物的生存环境,导致微生物的活性下降。当覆土厚度为60cm时,煤矸石层对土壤层的影响较小,随着覆土厚度的增加,煤矸石的影响会逐渐削弱。     

基于综合评价的矿业废弃地整治时序确定

为确定合理的矿业废弃地整治时序,保护生态环境,迎合矿产资源型城市经济发展和产业转型的用地需求。该文以北京市门头沟区为研究区域,从生态状况、修复成本、区位条件、经济和社会因素4个层面构建了确定矿业废弃地整治时序的评价指标体系,进而构建了基于该指标体系的评价模型。兼顾行政管理的需要,将门头沟区行政村界线图、煤矿废弃地分布图进行叠加,以村作为评价单元,对各指标进行量化,确定煤矿废弃地的整治时序。研究结果表明:在北京市门头沟区,煤矿废弃地分布在45个村庄,其中,近期整治的村为16个,煤矿废弃地面积121.94 hm2;中期整治的村为19个,煤矿废弃地面积105.41 hm2;远期整治的村为10个,煤矿废弃地面积54.27 hm2,该研究结果为该区矿业废弃地整治时序的确定提供了理论支持。     

煤矿复垦区重构土壤溶解性有机碳空间分布特征

为探究煤矿复垦区重构土壤中溶解性有机碳(DOC)含量的空间分布特征,以淮南潘一矿区煤矸石山和周边复垦区林地土壤为研究对象,从空间分布和颗粒组成上,分析了煤矸石山山顶、山腰和山脚的煤矸石风化物及周边林地土壤中DOC的含量。结果表明:自上而下山顶、山腰、山脚的煤矸石风化物中DOC含量呈递减趋势,并随采样深度的增加而增大;但林地土壤中DOC含量随采样深度的增加而减少。不同粒径颗粒物中DOC含量分布不同,煤矸石风化物和林地土壤均以细砂(0.2~0.05 mm)DOC含量最高,石砾(10~2 mm)DOC含量最低。在雨水淋溶作用下,煤矸石风化物对周边土壤DOC含量贡献较大,距离山脚1~100 m范围,随着距离的增加,土壤中DOC含量由325.46 mg/kg减少至177.89 mg/kg,煤矸石风化物对周边土壤DOC含量的贡献率由85.78%降低到1.54%,在距离山脚100 m处土壤中DOC含量已接近正常对照土壤含量。     

煤炭开采对矿区土地利用景观格局变化的影响

为揭示煤炭资源开采对矿区土地利用景观格局变化的影响,以徐州沛北矿区为例,应用GIS、景观生态学和数理统计方法,分析了该区土地利用结构和景观格局变化,并从生命周期的角度探讨了煤炭开采对景观格局演变过程的影响。结果表明:1994—2014年间沛北矿区土地利用结构和景观格局变化显著,耕地、林地和未利用地减少,工矿建设用地和塌陷水体持续增加;景观呈破碎化和均匀化趋势,景观分形特征趋于简单化和规则化。进一步对景观指数突变检验分析可知,耕地最大斑块指数和集聚度指数分别在1999年和2001年出现突变点;塌陷水体的最大斑块指数自1995年起持续上升,而集聚度指数呈显著上升—变化不显著—显著上升的趋势。煤炭持续大规模开采导致地面塌陷、积水,耕地损毁以及快速城镇化是景观格局变化的主要原因,但随着矿区土地复垦,耕地、水体面积增大,景观破碎化程度减小,对塌陷地的治理取得了一定成效。研究结果对矿区土地复垦和受损生态景观修复具有重要的指导作用。     

煤矿区井采土地复垦成本评价指标体系构建

以煤矿区井采为研究对象,建立了以自然环境条件、采矿条件、煤矿赋存条件3项为约束层,地形坡度、土地利用规划、煤层厚度等11个影响因子构成指标层的土地复垦成本评价指标体系,采用德尔菲法、层次分析法及YAAHP(V 6.0)软件确定了各项指标因子的权重。通过权重比较得出约束层的影响程度:煤矿赋存条件> 采矿条件> 自然环境条件,煤矿赋存条件中影响程度依次是:煤层厚度> 煤层倾角> 深厚比;采矿条件中各因子影响程度依次为:顶板管理方法> 采煤工艺> 采动程度;在自然环境条件下,土地利用规划> 有效土层厚度> 年降水量=土壤质地> 地形坡度。该评价指标体系的完善,为煤矿井采复垦成本修正系数的确定奠定基础。     

煤矸石废弃地复垦研究进展

 从煤矸石风化物性质、水体污染、废弃地基质改良、植被对废弃地的反馈作用、废弃地植被演替及复垦物种选择等方面,介绍国内外的主要研究成果。同时,结合国内煤矸石废弃地的研究现状和实践需要,提出我国近期在该领域的研究方向。     

矿区土地复垦景观格局变化和生态效应

为了揭示矿区土地复垦对项目区景观格局的影响及生态效应,应用GIS和景观生态学方法,以徐州市九里矿区土地复垦项目为例,分析了该区土地利用结构和景观格局变化。结合景观格局优化目标建立了相应的评价指标体系并利用层次分析法对各评价因子赋以权重,对矿区复垦的生态效应进行评价。结果表明,矿区土地复垦项目的实施对区域生态环境起到一定的改善作用,但部分评价因子呈现出正效应或负效应,如:平均斑块面积增加、生态服务价值增加、生态廊道的密度和面积增大使生物多样性提高等为正效应,但由于生态廊道的建设,宽度的增加和密度的增加,对景观斑块进行切割,降低了最大斑块面积,使斑块破碎度提高而对矿区生态系统造成负面影响。因此在土地复垦过程中应采取生物、工程、技术措施来进行生态补偿。