砒砂岩与沙复配成土过程中沙的调控作用

研究不同含沙量下砒砂岩与沙复配土壤的物理性质,为研究其成土机理及砒砂岩与沙复配成土技术大规模应用于毛乌素沙地土地整治、发展农业种植提供科学依据。通过监测分析不同含沙量复配土的土壤质地、毛管孔隙度、导水性、团聚体等指标,分析沙在复配土成土过程中的作用。结果表明:含沙50%(质量分数)时,黏粒含量最高(8.24%),且随含沙量的上升,毛管孔隙度呈显著的线性负相关,饱和导水率则随含沙量的增加呈指数增长。维持作物良好生长的水稳定性大团聚体含量随含沙量变化呈极显著差异(P0.01),而随耕作次数变化差异不显著(P0.05)。本研究结果说明沙土在砒砂岩与沙复配成土可改良土壤质地、增加土壤导水性、透气性等作用,利用砒砂岩与沙复配成土技术有望实现沙漠绿化造田,从而控制砒砂岩水土流失和沙土沙漠化问题。     

毛乌素沙地生态治理的复合土保水特性研究

为促进砒砂岩与沙复合成土高效节水技术在毛乌素沙地治理中的合理应用,开展了砂岩与沙不同配比、不同颗粒级配下的理化特性以及砒砂岩、沙及砒砂岩与沙复合土壤持水保水性能效果的实验研究。结果表明：1)砒砂岩与沙不同配比混合后,随砒砂岩比例增加,砂粒含量降低,粉粒含量增加,黏粒含量增加幅度较小,且黏粒在配比1∶1时达到最大值。从土壤质地变化角度,砒砂岩与沙混合的适宜比例为1∶5≤砒砂岩与沙混合比例≤1∶1;2)砒砂岩与沙配比为1∶2时是有效含水量与重力水大小关系的转折点,随着砒砂岩混合比例的增大,有效水含量开始增大,混合土壤的持水性能逐渐增强;3)砒砂岩与沙混合后,同时具有水分吸收和保水的作用,且沙中混合粒径2～4 cm砒砂岩岩块为最佳粒径范围;4)砒砂岩持水能力最强,砒砂岩与沙混合(1∶2比例)次之,沙最差,砒砂岩与沙混合后砒砂岩自身保持的水分向环境中释放,提高土壤保水能力,延长持水时间。总之,砒砂岩与沙混合后弥补了各自不利特性,防止了土壤水分的流失和无效蒸发,提高了土壤持水保水能力,为毛乌素沙地的治理和农业发展提供了有利条件。     

粉煤灰对沙质土壤物理特性的影响

为探讨粉煤灰作为沙质土壤改良剂对沙土物理特性的改良效果.通过室内模拟试验比较了粉煤灰不同施用率(0%,10%,20%,30%,40%)对沙质土壤物理性质和结构的影响.结果表明,施用粉煤灰能增大沙土容重,降低了孔隙度;施用粉煤灰显著减弱了土壤沙性,4种处理砂粒含量比对照减少11%～18%.粉粒含量增大3倍以上;粉煤灰的施用改善了沙土水分性状,土壤有效水含量增加49%～138%;粉煤灰高施用率增加土壤强度.研究表明,施用粉煤灰能有效的改善沙质土壤物理特性,增强沙土水分利用效率.     

适量砒砂岩改良风沙土的吸水和保水特性

该文研究了不同砒砂岩改良风沙土模式下的土壤入渗特征、饱和导水率和水分特征曲线,分析了不同模型对砒砂岩改良风沙土水分特征曲线的适用性和不同改良模式的土壤水力学特征,以期为评价砒砂岩改良风沙土水力学特性以及筛选合理改良模式提供科学依据。结果表明:砒砂岩可以有效降低风沙土的入渗率和饱和导水率,增加风沙土的饱和含水量和滞留含水量,增强风沙土的持水能力。VGM(m,n)模型可以拟合砒砂岩改良风沙土土壤水分特征曲线。同一改良模式下,土壤的入渗率、饱和导水率和饱和含水量随容重增大呈减小趋势;容积含水量在低吸力段随容重增大逐渐减小,在中高吸力段逐渐增大。砒砂岩和风沙土以25∶75比例混合的复配模式,可以有效改良风沙土的吸水和保水特性,可在实践中推广。     

不同水盐处理对苜蓿耗水、品质及产量的影响

为探索河套灌区不同盐分土壤苜蓿生长的适宜水分展开盆栽试验,设置3个水分水平、3个盐分水平和1个对照处理CK,监测不同水盐处理苜蓿现蕾期至初花期土壤贮水变化量、品质及产量。结果表明:(1)相同盐分条件下,植株株高、地上生物量、地下生物量、耗水量及干草产量随灌水量的增加而增大,但苜蓿的增产效应明显降低;相同水分条件下,随盐分增加,苜蓿耗水量及地下生物量整体呈现先增大后减小的变化趋势。土壤含盐量超过3 g/kg,土壤中剩余水分显著增加,且随灌水量增加逐渐增加。(2)土壤含盐量1～3 g/kg,水分胁迫有利于提高苜蓿粗蛋白含量;其中低水处理粗蛋白含量均显著高于中水及高水处理(p0.05);含盐量3～4 g/kg,盐分改变水分胁迫阈值,中水处理粗蛋白含量显著高于低水与高水处理(p0.05)。盐分与水分胁迫下,植株体内氨基酸含量增加,其中F_3W_1处理氨基酸含量最大,为20.90%。对各游离氨基酸及粗蛋白含量进行相关性分析,其中甘氨酸、蛋氨酸与粗蛋白相关性不显著;其他氨基酸与粗蛋白均呈显著正相关(p0.05)。(3)土壤盐分1～2 g/kg,苜蓿的水分利用效率随灌水量增加而降低,土壤盐分超过2 g/kg,苜蓿水分利用效率随灌水量呈现先增大后减小趋势。土壤含盐量1～2 g/kg,水分70%～75%θ_f,干草产量增加,水分利用效率提高;土壤含盐量2～3 g/kg,水分70%～85%θ_f,水分利用效率提高干草产量减小,但差异不显著;土壤含盐量3～4 g/kg,水分85%θ_f以上,苜蓿干草产量增加。该研究结果初步可为盐渍化农田苜蓿种植及合理灌溉提供理论依据。     

添加砒砂岩对风沙土性质的改良及时间效应

试验利用砒砂岩和风沙土性质上的互补性,采用田间试验,将两者按不同的比例（1:1,1:2,1:5）复配,并以黄土与风沙土1:2复配作为对照,以期为将砒砂岩与沙复配成土技术大规模推广应用于毛乌素沙地进行农业种植提供科学依据。结果表明,随着砒砂岩加入比例的增加,复配土壤砂粒含量减少,粉粒含量明显增加,砒砂岩的加入促使风沙土土壤质地由砂土向粉壤土逐渐转变。而且随着作物种植年限的增加,复配土壤砂粒含量也在明显减少,粉粒和黏粒含量增加且有逐渐下移的趋势,这种变化在0-40 cm土层尤为突出。各处理>0.25 mm水稳性团聚体含量（WR_0.25）,平均重量直径（MWD）,几何平均直径（GMD）均随砒砂岩加入比例和作物种植年限的增加而显著增加,>0.25 mm各级别土壤团聚体含量也基本随砒砂岩加入比例和作物种植年限的增加而增加,且增加最明显的是0.25~0.5 mm级别土壤团聚体含量。各处理0-30 cm土层土壤有机质含量随作物种植年限的增加而显著增加。综上,砒砂岩与沙复配比例为1:1~1:5均可不同程度的改善土壤质地和结构,增加土壤有机质,且复配比例在1:1~1:2时效果最佳。     

不同沙土配比对盆栽平邑甜茶的生长及~(15)N吸收、利用和损失的影响

以当年生盆栽平邑甜茶为试材,应用15↑N同位素示踪技术研究不同沙土配比（不加沙、沙/（沙＋土）=20%、40%、60%、80%、纯沙）对植株的生长及15↑N吸收、利用和损失的影响。结果表明：不同的沙土配比处理,平邑甜茶植株具有不同的生长状况及氮素吸收、利用和损失。沙土配比20%处理的植株生长量（株高、茎粗和总干重）最大（37.54 cm,3.457 mm和16.20 g）,60%处理的全氮和15↑N吸收量最大,分别为189.31,32.39 mg,20%～60%处理下的生长量与氮素吸收、利用要显著高于不加沙和高沙处理（沙土配比〉60%）。各处理的Ndff值和15↑N分配率均为地上部〉地下部,20%～80%处理的植株各部分Ndff值随沙土配比的增大而增大。土壤中15↑N残留量与土壤沙土配比大小呈负相关,随着沙土配比增大,氮素总损失呈现增大的趋势。平邑甜茶植株生长和养分吸收、利用与土壤质地密切相关,适宜的沙土配比有利于植株的生长和氮素吸收、利用,较高的沙土配比加剧了土壤氮素损失。     

砒砂岩风化物对土壤水分特征曲线及蒸发的影响

运用高速离心机法和室内模拟蒸发的方法,对比研究了红色(RS)、灰色(GS)和白色(WS)三种颜色砒砂岩风化物在不同添加比例条件下对沙黄土和风沙土水分特征曲线、供水能力和干旱过程中失水过程的影响。研究表明:砒砂岩风化物的添加对沙黄土和风沙土水分特征曲线有较明显的影响。砒砂岩风化物的持水能力均高于沙黄土和风沙土,砒砂岩风化物添加提高了风沙土和沙黄土的持水能力,降低了沙黄土和风沙土失水速率;较低比例的砒砂岩风化物提高了沙黄土和风沙土的比水容量,但对风沙土和沙黄土低吸力段供水能力的提高作用并不明显。整个蒸发期间,砒砂岩风化物降低了沙黄土的标准蒸发量,而对于风沙土,其作用是蒸发前期降低,中后期增加。红色、灰色、白色三种砒砂岩风化物分别使风沙土的蒸发失水比提高了11.59%、10.14%和0.01%,添加三种砒砂岩风化物后的处理的最终平均含水量分别是风沙土的4倍、2.33倍、1.33倍,使沙黄土的蒸发失水比降低了13.33%、13.33%、29.52%,最终含水量降低了45.83%、54.17%、66.67%。因此,从提高土壤持水能力方面考虑,砒砂岩可以用于当地矿区和排土场区土壤改良,以促进生态修复。     

上方来水来沙对细沟侵蚀产沙过程的影响

利用双土槽系统径流小区 (供沙土槽和试验土槽 ) ,定量研究了不同上方来水含沙量和不同降雨强度下 15°坡面上方来水来沙对坡下方细沟侵蚀产沙过程的影响。结果表明 ,坡上方来沙量不但被径流全部搬运 ,且坡上方来水在坡下方细沟侵蚀槽引起另外的侵蚀产沙量 S。坡面细沟侵蚀过程以侵蚀—搬运过程为主。上方来水对细沟侵蚀产沙的贡献受上方来水含沙量和降雨强度的影响。降雨强度的增加或上方来水含沙量的减少 ,使 S值的增加更为显著     

几种常用绿地改良材料对土壤水分特征的影响

分析了几种常用绿地土壤改良材料及其不同配比对土壤水分特征曲线和水分常数的影响,结果表明:利用RETC软件对各配比土壤水分特征曲线van Genuchten方程的参数拟合效果较好,R2均大于0.99;随着砂粒含量的增加,土壤田间持水量降低,土壤中水分有效性比例增加,但砂粒粒径对土壤水分常数影响不显著;绿化植物废弃物能提高土壤田间持水量和有效水含量,降低土壤凋萎含水量;绿化植物废弃物还能提高有效水占田间持水量的比例,以20%绿化植物废弃物的用量为最大,为49.59%;聚丙烯酰胺(PAM)虽然能提高土壤田间持水量,但阻碍土壤水分的释放,降低土壤水分的有效性;脱硫石膏可以增加土壤田间持水量和水分的有效性。综合而言,以70%土、10%砂、20%绿化植物废弃物和0.5 kg/m~3脱硫石膏的配比相对最佳。     

Proximal soil sensing of soil texture and organic matter with a prototype portable mid‐infrared spectrometer

Recent advances in semiconductor technologies have given rise to the development of mid‐infrared (mid‐IR) spectrometers that are compact, relatively inexpensive, robust and suitable for in situ proximal soil sensing. The objectives of this research were to evaluate a prototype portable mid‐IR spectrometer for direct measurements of soil reflectance and to model the spectra to predict sand, clay and soil organic matter (SOM) contents under a range of field soil water conditions. Soil samples were collected from 23 locations at different depths in four agricultural fields to represent a range of soil textures, from sands to clay loams. The particle size distribution and SOM content of 48 soil samples were measured in the laboratory by conventional analytical methods. In addition to air‐dry soil, each sample was wetted with two different amounts of water before the spectroscopic measurements were made. The prototype spectrometer was used to measure reflectance (R) in the range between 1811 and 898 cm^?1 (approximately 5522 to 11 136 nm). The spectroscopic measurements were recorded randomly and in triplicate, resulting in a total of 432 reflectance spectra (48 samples × three soil water contents × three replicates). The spectra were transformed to log₁₀ (1/R) and mean centred for the multivariate statistical analyses. The 48 samples were split randomly into a calibration set (70%) and a validation set (30%). A partial least squares regression (PLSR) was used to develop spectroscopic calibrations to predict sand, clay and SOM contents. Results show that the portable spectrometer can be used with PLSR to predict clay and sand contents of either wet or dry soil samples with a root mean square error (RMSE) of around 10%. Predictions of SOM content resulted in RMSE values that ranged between 0.76 and 2.24%.     

高矿化度土壤水分特征曲线及拟合模型适宜性

为分析高矿化度对土壤水分特征曲线的影响,以淡水及矿化度分别为30、100和250g/L的水样对土体进行饱水处理(简称TDS-F、TDS-30、TDS-100和TDS-250处理),测定脱湿过程的土壤水分特征曲线。结果显示,试验吸力变化过程中,各处理比水容量相近,局部存在差异:TDS-100及TDS-250处理土体对水分的吸持能力明显小于TDS-30及TDS-F处理。分析表明:TDS-30处理使土体中等孔隙体积变小、TDS-100处理使土体较小孔隙体积变小、TDS-250处理使土体较大孔隙体积变小,进而影响土壤水分特征曲线形态。利用RETC软件结合统计分析确定,TDS-F、TDS-30、TDS-100及TDS-250处理土壤水分特征曲线的最优拟合模型分别为:vanGenuchten-Mualem、Dual-porosity-Mualem、Lognormaldistribution-Mualem及Dual-porosity-Mualem模型;各处理最优模型的非饱和导水率模式均为Mualem模型;从机理上解释各拟合模型优劣还较为困难。研究结果为干旱区高矿化度土壤水、盐运移计算提供一定参考。     

花岗岩风化土物理特征曲线间的相关性研究

花岗岩风化壳水分及收缩特性的研究是花岗岩土体稳定性评价及侵蚀机理研究的基础。通过Van Genuchten(VG)模型对不同风化程度的花岗岩土壤的颗粒累积分布、土水特征曲线和收缩特征曲线进行拟合,分析曲线拟合参数间以及这些参数与基本物理性质间的线性及非线性相关关系。结果表明:VG模型可以很好地用于不同风化程度花岗岩风化土的颗粒组成、土水特征与收缩特征的拟合与预测;曲线拟合参数间具有一定的线性相关关系;曲线拟合参数与基本物理性质间具有一定的线性相关关系,其中土水特征曲线参数与土壤质地以及容重线性相关性较高,收缩特征曲线物理参数与基本物理性质间的线性相关性较收缩特征曲线其他参数高。此外,曲线拟合参数间以及这些参数与基本物理性质间具有一定的非线性相关关系,而关系多为二次、三次非线性相关。根据花岗岩风化土颗粒组成状况及其基本物理性质对其水分特征曲线及收缩特征曲线进行预测具有一定的可行性。     

微咸水滴灌条件下沙穴种植的土壤水盐二维空间分布规律

河套灌区重度盐碱土具有结构性差、导水率低的特点,且该地区淡水资源短缺,为提高土壤水入渗性能,合理开发利用微咸水资源,可在滴头下方设置沙穴并利用微咸水灌溉。为探明不同矿化度微咸水滴灌的沙穴种植条件下二维土壤水盐分布规律,采用室内50 cm×50 cm二维土槽模拟试验,设置蒸馏水(0 g/L),2.0,3.0,4.0 g/L 4种不同矿化度处理,试验历时100 h。结果表明:在深度5 cm距滴头两侧15~20 cm及滴头下方25 cm的盐碱土处,土壤含水量较高,沙土土壤含水率随着矿化度的增加而增加,盐碱土土壤含水率随着矿化度的增加呈现先增加后降低的趋势,采用3.0 g/L灌溉水滴灌时,盐碱土含水率最大(变异系数为7.64%),说明利用3.0 g/L微咸水灌溉可有效提高沙穴种植条件下土壤含水率;入渗100 h后盐分主要聚集在滴头下方25~30 cm处,沙穴结构试验中,灌溉水矿化度为4.0 g/L的情况下土壤平均电导率最大(变异系数为50.59%),水平方向盐分淋洗效果优于垂直方向,且灌溉水矿化度越低,淋洗效果越显著,蒸馏水处理脱盐率为13.99%,灌溉水矿化度为2.0,3.0,4.0 g/L时积盐率分别为7.93%,14.57%,30.05%,脱盐半径随矿化度的增大而减小,3.0 g/L与2.0 g/L积盐量差异不显著(P=0.460>0.05),与4.0 g/L处理下积盐量差异显著(P=0.024<0.05)。结合土壤水盐空间分布规律,利用3.0 g/L微咸水可提高盐碱土土壤含水率,控制沙穴种植结构土壤积盐量,提高根系层土壤保水性。     

枯草芽孢杆菌改良盐碱土过程中水盐运移特征

该文通过室内一维土柱试验,设置5种不同枯草芽孢杆菌质量分数(0、1、3、5、7 g/kg)处理,研究不同含量枯草芽孢杆菌对盐碱土水盐运移的影响。结果表明:施加枯草芽孢杆菌后,土壤累积入渗量、入渗速率及湿润锋运移距离均显著降低,在入渗时间为3 600 min时,枯草芽孢杆菌质量分数为1、3、5、7 g/kg的累积入渗量相比0 g/kg分别减少了18.49%、21.85%、12.18%、3.78%;当湿润锋运移至27 cm时,枯草芽孢杆菌含量为1、3、5、7 g/kg所用时间相比0 g/kg分别增大了96.21%、108%、37.84%、16.76%,在枯草芽孢杆菌施加量为3 g/kg时,单位入渗历时内累积入渗量、入渗速率及湿润锋的运移距离最小。枯草芽孢杆菌同样影响Philip方程和Green-Ampt入渗公式参数显著,土壤水饱和导水率KS、吸渗率S、稳定入渗率A随着枯草芽孢杆菌含量的增加先减少后增大,湿润锋处的吸力hf先增大后减少,当施加量为3 g/kg时,S、KS、A均取得最小值,hf取得最大值。枯草芽孢杆菌可提高土壤的保水性能,在土层深度为27 cm处,施加量为1、3、5和7 g/kg相比0 g/kg的剖面含水量分别增加了17.65%、31.76%、11.76%、7.06%。施加枯草芽孢杆菌的土壤在入渗结束后,土壤的含盐量分别降低了22.37%、31.29%、17.78%、10.67%。施加枯草芽孢杆菌后,1、3、5、7 g/kg的水稳性团聚体含量相比0 g/kg分别增加了13.02%、17.59%、9.68%和5.24%。综上,在盐碱土中施加3 g/kg的枯草芽孢杆菌,对盐碱土壤的治理具有积极作用。     

崩岗不同土层土壤水力学特性差异性分析

为研究崩岗不同土层土壤水力学特性的差异性,采用离心法测定不同土层土壤水分特征曲线,筛选出适合的土壤水分特征曲线拟合模型,结合统计模型,推求土壤的当量孔径分布、比水容量、非饱和导水率和扩散率,分析崩岗不同土层土壤水力学参数的变化规律。结果表明,崩岗土层从红土层到砂土层的变化过程中,土壤质地由黏土向砂土变化;Fredlund&Xing模型对崩岗土壤土水特征曲线拟合效果最好;参数θs、α、n随着质地变黏重逐渐减小;随着土层深度的增加,土壤的持水性能降低;土壤比水容量、非饱和导水率和扩散率受土壤质地和基质吸力的共同影响。在低吸力阶段,3个指标随基质吸力变化比较平缓,砂土层土壤比水容量和非饱和导水率最大,扩散率最小;而在高吸力阶段,砂土层土壤的这些指标降低较快,且低于其他土层,各层土壤间导水率和扩散率差异随着基质吸力的增加而增大。     

典型旱地红壤水力学特性及其影响因素研究

为了更系统地了解旱地红壤供水与贮水能力、有效水含量及其变化范围,按自然发生层采集旱地红壤原状土样,对其进行了水力学特性和影响因素研究.结果表明,旱地红壤原状土饱和导水率变化范围为1.44×10-3～3.45×10 3 cm/s,并呈现自上而下减小的趋势.从旱地红壤水分特征曲线得出剖面各层土壤的饱和含水量、田间持水量、萎蔫含水量和有效水含量,其中有效水含量变化区间为0.083～0.124cm3/cm3,耕作层最高.在旱地红壤水力学特性的影响因素研究中,容重、质地、有机质含量和结构系数均与水力学特性呈一定的相关性,其中容重和孔隙度为旱地红壤水力学特性的主要影响因素.     

河套灌区不同掺沙量对重度盐碱土壤水盐运移的影响

采用室内土柱模拟试验,研究不同掺沙量对土壤入渗特征与水盐运移的影响。共设置了CK(不掺沙)、S1(掺沙2%)、S2(掺沙4%)、?、S15(掺沙30%)16个试验处理,测定不同处理试验期间土壤含水率和含盐量的变化。结果表明:1)随着土壤表层掺沙量的增加,土壤的累积入渗量与湿润峰运移速度都呈逐渐增加的趋势;当掺沙比例为18%～24%时,土壤稳定入渗速率在0.065～0.091 mm/min之间;掺沙比例为26%～30%时,土壤稳定入渗速率大于0.1 mm/min,土壤持水能力较低。2)不同处理在7、11、15 d的土壤平均含水率差异显著(P0.05),适当增大掺沙量可以有效促进土壤水分向下运移,掺沙比例过大会降低土壤的持水能力。3)当掺沙比例小于24%时,不同处理7 d的土壤含盐量差异显著(P0.05);S9～S12处理在20 d时30 cm土层的土壤含盐量相比不掺沙的处理降低90%以上,能够同时保证土壤的脱盐能力和持水能力。4)Kostiakov模型能够很好地在本研究中对土壤水分入渗过程进行模拟。该研究结果可为表层土壤掺沙改良河套灌区重度盐碱地提供理论支持。     

生物炭对东北黑土持水特性的影响

为探究生物炭对东北黑土持水特性的影响,系统研究3种添加比例(2%、5%、10%)、3种粒径(0.25、0.5、1 mm)的杨木炭和竹炭对3种质地东北黑土(壤土、砂壤土、砂土)田间持水量和含水率的影响规律,构建添加生物炭黑土的水分特征曲线,并采用Van-Genuchten和Broods-Corey模型进行拟合。结果表明:生物炭能显著提高不同质地东北黑土的持水能力,黑土的田间持水量与生物炭的添加比例呈显著正相关,而与生物炭的粒径呈负相关,0.5 mm和1 mm粒径的生物炭对黑土田间持水量的影响差异不显著,杨木炭显著优于竹炭,0.25 mm、10%添加比例的杨木炭对东北黑土持水能力的提高效果最优,壤土、砂壤土、砂土3种质地黑土的田间持水量和饱和含水率分别可提高64.97%、66.42%、69.39%和47.60%、38.93%、31.18%;Van-Genuchten模型能更精确的模拟添加生物炭黑土的水分特征曲线,最佳离心时间为100 min,三次函数曲线能够较好的拟合添加生物炭黑土的体积含水率与离心吸力之间的多元动态关系,为生物炭对各种质地东北黑土水分运动规律的深入研究提供理论依据。