土壤压实及有机质对其影响的研究进展

压实导致土壤板结的发生、与土壤团聚体的形成和破坏直接相关,而土壤的孔隙状况和水、气、热等条件改变在影响作物生长的同时,也会带来水土流失、碳氮温室气体排放等环境问题。在当今农业现代化进程加快、机械化水平提高的背景下,压实所引发的土壤板结问题愈益引起人们关注。本文在对土壤压实过程及其压缩曲线、表征参数等进行介绍的基础上,对近年来土壤压实过程及其影响因素方面的研究进展进行梳理,从提高土壤肥力、防治土壤板结的角度重点阐述了有机质改良土壤压实性状的效果及其作用机制,并对这一研究领域今后的发展趋势做了展望;研究认为在减少农业机械作业对农田压实次数和压实强度的前提下,提高土壤有机质含量、实行合理耕作仍然是我国今后改良土壤机械物理性质、培肥土壤和防止土壤板结的主要途径。     

农田土壤机械压实研究进展与展望

土壤机械压实是威胁全球农业可持续发展的重要因素之一。从农田土壤压实的检测、危害、缓解和预防四个方面系统介绍当前国内外土壤压实的最新研究进展与不足。指出检测方法的创新和突破是实现田间尺度下压实土壤空间分布检测的关键;压实土壤危害的研究多集中在耕层土壤,但忽视了深层土壤压实危害及其在应对气候变化中可发挥的生态服务功能;提倡采用轮作轮耕等合理田间管理措施缓解压实土壤;深层土壤压实具有存在时间久和恢复难度大的特征,因此重点应以预防为主,但当前对土壤压实预防重视不足且预防技术体系尚不成熟。鉴于我国农业机械化正处在快速发展期,采取有效预防措施是避免重蹈发达国家土壤压实退化的有效手段。     

机械压实对农田土壤性质及土壤侵蚀的影响研究进展

土壤是耕地的重要组成部分,也是农田生态系统的基础,健康的农田土壤对抵抗自然营力如风力、水力、风力等导致的土壤侵蚀至关重要。但随着近些年来农业机械的普及发展,农田土壤也遭受更严重的机械压实。机械作业过程中农田土壤遭受的压实对农田土壤理化性质及土壤生物产生不良影响,机械压实也使农田土壤抵抗侵蚀的能力受到影响,这种影响主要通过机械压实对土壤物理性质的影响间接实现。为明确农田机械压实的研究现状及压实对土壤侵蚀的影响机理,该研究概述了农田土壤机械压实的起因,阐述了机械压实对土壤性质的影响及其作用机理,讨论了机械压实间接影响土壤侵蚀的因素。总结发现,目前研究主要集中在机械压实对土壤性质的影响、土壤性质对土壤侵蚀的影响方面,鲜有研究机械压实对土壤侵蚀的影响机制。最后针对目前机械压实研究的不足提出了未来研究的方向,并探讨了农田土壤机械压实与土壤侵蚀之间的联系,以期将现有机械压实研究理论更好应用到实践,趋利避害,为国内农田土壤侵蚀防治提供参考。     

铁矿尾砂配施有机物料对褐土压缩及回弹特性的影响

铁矿尾砂作为工业废弃物已经应用于农业生产，可以改善土壤结构；农业机械作业造成的土壤压实、破坏土壤结构是影响作物产量的主要原因之一。论文旨在探讨铁矿尾砂配施有机物料对褐土压缩—回弹特性的影响，将混有铁矿尾砂和有机物料的土壤以18%含水率培养一昼夜，按1.25 g/cm3容重装入土工试验专用环刀，采用快速固结试验方法，进行单轴压缩试验。结果表明，随铁矿尾砂施用量增加，在低应力时，土壤孔隙比减小量（?e）变大；在高应力时，土壤 ?e 变小。预固结压力值（Pc）和压缩指数（Cc）均随铁矿尾砂施用量增加而降低，Pc和Cc变化范围分别为72.91～119.30 kPa、0.445～0.720，二者均与有机质含量呈极显著正相关关系；与砂粒含量呈极显著负相关关系（P<0.01）。回弹指数（Cs）变化范围为0.0109～0.0169，与有机质及砂粒含量均无显著相关关系，有机物料是影响土壤回弹指数的主要因素。较对照相比，20%铁矿尾砂配施有机物料处理使压缩指数降低12.77%，预固结压力值和回弹指数分别提高6.93%和22.14%，降低压实风险。     

一种改进的土壤压实模型及试验研究

土壤压实现象普遍存在于农业生态系统中。土壤的压实效应不但会给农业生产带来不良的影响,还可能增加地表径流的产生,从而加快地表水的污染。 为了更好地研究压实土壤中的水分、溶质运移以及压实效应对农业生产及生态与环境的影响,该文在原有土壤压实模型的基础上提出了一种两参数改进模型,并以4种原状土壤为例,用离心机法对改进模型进行验证。研究结果表明：改进模型能够较好地模拟土壤的压实过程,且拟合效果好于L模型;虽然改进模型的物理意义和模型精度与Assouline的三参数模型相当,但是参数少、形式简单是改进模型的优势。同时,改进模型的提出对研究土壤水分特征曲线测定过程中的容重变化特性具有重要的参考价值。     

不同土壤水吸力与耕作方式对土壤压缩—回弹特性的影响

[目的]合理耕作方式是缓解土壤压实、提升土壤生产能力的有效措施,而土壤水分是影响土壤机械物理性能的重要因素,直接影响土壤耕作质量.通过研究不同土壤水吸力和耕作方式下土壤压缩曲线及模型拟合效果,分析土壤回弹—再压缩曲线变化及机械力学参数(预固结压力、压缩指数和回弹指数)差异,以期为农田土壤耕作和培肥提供科学依据.[方法]...     

基于修正介电常数模型的煤矿区复垦土壤压实评价

模拟复垦机械对试验区土壤进行不同程度的压实,在探地雷达获取土壤介电常数的基础上,检验并修正了4种经典复合介电常数模型,并结合野外试验对修正后的模型通用性进行了验证。结果表明,土壤介电常数与土壤压实指标(土壤紧实度、容重、孔隙率等)相关系数89%,可以表征土壤压实状况;原有复合介电常数模型虽然存在误差不能直接使用,但模型计算值与实测值相关系数0.99,修正后二者拟合误差1%;在野外试验中,基于修正后的介电常数模型反算的土壤压实指标(容重、孔隙率)与实验室测量值误差率5%,通用性较好。表明在科学布设测线以保证探地雷达准确获取土壤介电常数的前提下,可以通过修正后的复合介电常数模型对煤矿区复垦土壤压实状况进行全面客观的评价。     

轮式和履带式车辆行走对农田土壤的压实作用分析

由履带式行走机构代替轮胎被认为是减缓大型农业车辆对土壤压实的有效手段之一。与轮胎相比,履带具有更大的接地面积,能够有效减小车辆对土壤的平均压力。然而履带与土壤接触面间的应力分布极不均匀,应力主要集中在各承重轮下方,履带减缓土壤压实的能力是目前有待研究的问题。该研究通过在土壤内埋设压力传感器,测试比较了相近载质量的轮胎和履带式车辆作用下,0.15和0.35 m深度土壤内的最大垂直及水平应力,同时研究了车辆行驶速度对土壤内垂直及水平应力大小的影响。基于土壤压实分析模型计算了轮胎和履带压实的0.1～0.7m深度土壤内的最大垂直及水平应力分布。通过对0.15和0.35 m深度的土样进行室内测试,比较了轮胎和履带式车辆压实对土壤透气率、先期固结压力及干容重大小的影响。结果表明,履带相比较于轮胎,能够减小土壤内的垂直及水平应力,但垂直应力的减小量比水平应力大;轮胎对0.15和0.35m深度土壤作用的平均最大垂直应力分别约为履带的2.2及2.0倍,而平均最大水平应力仅分别约为履带的1.2及1.1倍。轮胎作用下的最大垂直及水平应力在表层土壤内明显大于履带,但两者的应力差值随着土壤深度的增加逐渐减小,分...     

机械压实对新疆绿洲农田土壤微生物活性及碳排放的影响

为探究机械压实对绿洲农田土壤微生物活性和碳排放的影响,在参考新疆农田耕作层土壤容重分布特征的基础上,选取1.15（T1.15）、1.30（T1.30）、1.45（T1.45）和1.60 g/cm3（T1.60）4个容重梯度模拟机械压实土壤程度,测定不同处理0～120 d内土壤有机碳、微生物生物量碳、氮、酶活性以及碳排放速率变化特征。结果表明：1）试验周期内（0～120 d）,土壤微生物生物量碳、氮、脲酶和过氧化氢酶活性随试验周期的延长而降低,随土壤容重增加呈先升高后降低趋势,容重为1.45 g/cm3时最高。2）T1.15、T1.30、T1.45和T1.60处理土壤碳累积排放量分别为557.26、653.48、665.00和522.01 g/m2,也表现出随容重增加先升高后降低的趋势,T1.45处理最高。3）土壤碳排放与土壤有机碳、可溶性有机碳、微生物生物量碳、氮、脲酶和过氧化氢酶活性显著正相关（P<0.05）。综上,土壤压实通过改变土壤微生物生物量和酶活性影响土壤碳排放速率;当绿洲农田土壤容重大于1.45 g/cm3时,应进行适当的翻松,使土壤微生物活性达到最佳水平。     

矿区机械压实对土壤孔隙特性影响的研究进展

在矿区开采和复垦过程中大型机械的使用产生了土壤压实,并严重扰动了土壤内部结构,导致土壤孔隙数量减少,连通性和渗水能力下降,土壤孔隙作为土壤水气交换的重要场所决定着土壤水分和空气状况,进而影响复垦土壤质量与肥力。为探究矿区机械压实作用对土壤孔隙的影响,系统梳理了矿区机械压实作用下土壤孔隙的获取和表征方法,对农业机械压实相关研究进行了简单归纳,在此基础之上阐述了矿区机械压实对土壤孔隙影响的研究进展,总结了当前研究存在的问题,并提出今后在探究矿区机械压实对土壤孔隙特性影响时应创新压实土壤孔隙的定量表征方法,重视机械压实对土壤孔隙特性影响机理的考究,以期为改善矿区土地复垦效果提供理论指导。     

农田土壤紧实度研究进展

从土壤紧实度的形成与消除、土壤紧实度对土壤理化性状、土壤碳氮截留及排放、农作物生长与产量的影响、土壤紧实度监测与环境成本核算等主要方面综述了国际前沿研究进展;提出土壤紧实度与秸秆残差还田、化肥利用、土壤养分循环、土壤微生物、作物生长及产量、土壤耕作、水土流失、土壤碳氮管理及农业面源污染等密切相关,旨在为国内开展该方面的研究提供参考依据。     

土壤紧实程度对其某些相关理化性状和土壤酶活性的影响

利用外力夯实、向土壤中加入蛭石等方法造成土壤容重不同,以研究土壤紧实程度对其理化性状的影响。结果表明,紧实土壤水分的散失较快,晴天地温高,且变化幅度大,阴天和夜间紧实土壤地温低,变化幅度小。紧实土壤可降低植株对土壤养分的吸收,致使土壤余留的有效态养分较多。土壤的转化酶、脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶、磷酸酶活性的变化也受土壤紧实度的影响。总之,土壤疏松有助于保水、蓄热和提高多种土壤酶活性。     

水平贯入式土壤压实度测试系统及试验研究

针对土壤压实度检测的需求,本研究应用CFBLS-100型拉压传感器和基于PCMCIA总线的DAQP-12数据采集卡,在LabVIEW环境下设计了一套土壤压实度现场测试系统。该系统能够实时显示传感器输出电压及所对应的压力变化曲线,并将所采集到的数据存储到计算机中,完成对数据的分析。经标定试验证明:该测试系统所拟合的方程为线性,其相关系数较高,线性度较好,灵敏度较高,系统精度等级小于1级,工作时系统稳定可靠。由室内试验知,在不同水平分层处,土壤压实度与不同模拟压力间均表现出3次多项式的函数关系,显著性较强(α0.05)。且在不同模拟压力下,不同土壤水平分层处的土壤压实度和土壤容重表现出相似的特性,随着模拟压力的增加和土壤分层逐步加深,土壤压实度和土壤容重的增加趋势趋于一致。为研究作物地下组织与土壤之间的根土系统及合理耕层的构建提供理论基础,并为农业机械的研发具有一定的意义。     

Early Development and Nutrition of Cover Crop Species as Affected by Soil Compaction

Abstract

A good cover crop should have a vigorous early development and a high potential for nutrient uptake that can be made available to the next crop. In tropical areas with relatively dry winters drought tolerance is also very important. An experiment was conducted to evaluate the early development and nutrition of six species used as cover crops as affected by sub‐superficial compaction of the soil. The plants (oats, pigeon pea, pearl millet, black mucuna, grain sorghum, and blue lupin) were grown in pots filled with soil subjected to different subsurface compaction levels (bulk densities of 1.12, 1.16, and 1.60 mg m^?3) for 39 days. The pots had an internal diameter of 10 cm and were 33.5 cm deep. Grasses were more sensitive to soil compaction than leguminous plants during the initial development. Irrespective of compaction rates, pearl millet and grain sorghum were more efficient in recycling nutrients. These two species proved to be more appropriate as cover crops in tropical regions with dry winters, especially if planted shortly before spring.     

覆盖作物根系对砂姜黑土压实的响应

轮作直根系的覆盖作物被认为是缓解土壤压实的有效手段,但不同覆盖作物对土壤压实的适应性在不同气候和土壤条件下存在较大差异.为筛选更适宜缓解砂姜黑土压实的覆盖作物品种(模式),在安徽典型砂姜黑土设置不压实(Non-compacted,NC)与压实(Compacted,C)处理,通过种植不同覆盖作物(休闲、苜蓿、油菜、萝卜+...     

Mechanisms of soil vulnerability to compaction of homogenized and recompacted Ultisols

Soil compaction is a main cause of soil degradation in the world and the information of soil compaction in subtropical China is limited. Three main Ultisols (quaternary red clay, sandstone and granite) in subtropical China were homogenized to pass through 2 mm sieve and recompacted into soil cores at two bulk densities (1.25 and 1.45 g cm⁻³). The soil cores were equilibrated at different matric potential values (−3, −6 and −30 kPa) before subjected to multi-step compaction tests. Objectives of this study were to determine how different initial soil conditions and loading time intervals influence pre-compression stress and to evaluate an easy measure to determine soil vulnerability to compaction. It became evident that the soil strength indicator, pre-compression stress, was affected by soil texture, initial soil bulk density and matric potential. The coarser the soil texture, the lower the bulk density and the higher the matric potential, the lower was the pre-compression stress. The pre-compression stress decreased exponentially with increasing initial soil water content. Soil water content and air permeability decreased after compaction. The amount of water loss was affected not only by soil texture, bulk density and initial water content but also by loading time interval. These results indicate soil pore structure and hydraulic conductivity changed during compactions. The applied stress corresponding to the highest changes of pore water pressure during compaction had a significant linear relationship with the pre-compression stress (R=0.88, P<0.001). The correlation was ascribed to that the changes in pore water pressure describe the dynamics of the interactive effects of soil pore characters and soil water movement during compaction. The results suggested the evaluation of soil vulnerability to compaction have to consider the initial soil condition and an easy method to measure the changes in pore water pressure can be applied to compare soil strength and soil vulnerability to compaction.     

土壤紧实度对伴矿景天生长及镉锌吸收性的影响研究

采集黏土、壤黏土和砂质壤土,分别设置无压实、低紧实度及高紧实度3种处理,通过盆栽试验研究了土壤紧实度对Cd、Zn超积累植物伴矿景天生长和Cd、Zn吸收性的影响。结果表明,与无压实处理比较,砂质壤土、壤黏土和黏土中伴矿景天地上部生物量在低紧实度下显著下降66.8%~83.5%、59.9%~60.4%和57.9%~71.4%;高紧实度处理却显著提高了伴矿景天的根系活力(142%~241%)。高紧实度处理显著降低了壤黏土上伴矿景天地上部Cd和Zn含量,但低紧实度对砂质壤土和黏土上伴矿景天地上部Cd和Zn含量无显著影响。与无压实处理比较,低紧实度显著降低了砂质壤土、壤黏土和黏土上伴矿景天的Cd吸取量,分别下降50.4%~73.8%、61.4%~74.9%和43.4%~63.3%,Zn吸取量下降48.7%~79.5%、73.6%~79.0%和46.1%~63.5%;土壤紧实度对壤黏土上伴矿景天的镉锌吸取效率影响最明显。     

磷石膏无害化改性及其在农田土壤改良中的应用研究进展

工业废弃物资源化利用是全球关注的热点问题，磷石膏（Phosphogypsum，PG）无害化改性及在土壤改良中的资源化应用是缓解磷化工产业废弃物大量堆积问题的重要途径之一。本文首先回顾了磷石膏在农田土壤改良中调控酸性及受污染土壤、补充土壤养分及提高氮素利用效率、缓解连作障碍和促进作物生长、降低农田温室气体碳排放等方面的应用和效果，并总结了存在的环境风险。进而，从物理、化学、生物及其他技术方面系统探讨了磷石膏在农业资源化应用过程中需进行的无害化改性措施，阐明了改性磷石膏的主要作用机理（阴离子吸附、调控pH、增效缓释、调控根区微生物环境等）。最后，提出了无害化改性磷石膏在农业资源化利用过程中尚待解决的科学问题及研究方向，以期为我国磷石膏资源化利用研究及磷化工产业的可持续发展提供科学依据。