粘土土壤孔隙大小分布及其与土壤有机质的相关性

Soil pore size distribution(PSD) directly influences soil physical,chemical,and biological properties,and further knowledge of soil PSD is very helpful for understanding soil functions and processes.In this study,PSD of three clayey soils collected from the topsoil(0-20 cm) of Vertisols in Northern China was analyzed using the N_2 adsorption(NA) and mercury intrusion porosimetry(MIP) methods.The effect of soil organic matter(SOM) on the PSD of clayey soils was also evaluated.The differential curves of pore volume of clayey soils by the NA method exhibited that the pores with diameter 0.01 μm accounted for more than 50%in the pore size range of 0.001 to 0.1 μm.The differential pore curves of clayey soils by the MIP method exhibited three distinct peaks in pore size range of 60 to 100,0.3 to 0.4 and 0.009 to 0.012 μm,respectively.In the three clayey soils,the ultramicropores(5-0.1μm) were determined to be the main pore class(on average 35.5%),followed by macropores( 75 μm,31.4%),cryptopores(0.1-0.007μm,16.0%),micropores(30-5 μm,9.7%) and mesopores(75-30 μm,7.3%).The SOM greatly affected the pore structure and PSD of aggregates in clayey soils.In particular,SOM removal reduced the volume and porosity of 5-100 μm pores while increased those of 5 μm pores in the 5-2 and 2-0.25 mm aggregates of clayey soils.The increase in the volume and porosity of 5 μm pores may be attributed to the disaggregation and partial emptying of small pores caused by the destruction of SOM.     

土壤质量指标和评价方法

土壤质量是反映土壤保持生物生产力、环境质量以及动植物健康能力的土壤的内在属性。土壤质量评价是根据土壤内部属性对土壤综合状况进行表达。评价必须确定合适的时间和空间尺度,综合量化分析指标和不可量化的描述性指标。评价方法包括定性评价和定量评价,系统化的定性评价仍有其现实意义。定量评价要选择指标的最小数据集(MDS),采用最小数据集(MDS) 土壤变换函数(PTF)的方法将土壤质量指标和土壤功能相联系,对土壤的各个功能因子进行评价,在此基础上利用各种数学评价方法得到综合的量化土壤质量评价结果。     

团聚体大小分布对孔隙结构和土壤有机碳矿化的影响

土壤团聚体在外部和内部因素影响下发生团聚和破碎过程,形成不同大小分布的团聚体。团聚体大小分布的变化会改变土壤孔隙结构,影响各种土壤物理、化学和生物学过程,进而影响土壤有机碳(SOC)的周转。选择三种长期施用不同量有机肥的红壤(不施肥,CK;施低量有机肥,LM;施高量有机肥,HM),过不同大小孔径筛(5 mm,S₅;2 mm,S₂;0.5 mm,S_0.5)改变团聚体的大小分布,然后填装土柱(直径2.9 cm、高度4 cm),填装容重为1.3 g·cm^-3。利用X射线显微CT(Computed Tomography)成像技术分析土壤的孔隙结构,采用室内培养法测定土壤有机碳矿化量。结果表明,团聚体大小对孔隙结构有极显著的影响。相较于S₅和S₂处理,S_0.5处理土壤的大孔隙度(>16μm)降低了83.0%～93.9%,孔隙连通性降低了95%以上。而S₅和S₂处理的大孔隙度和孔隙连通性只在HM土...     

土壤孔隙在农业生产上的意义

大家都知道作物在生长过程中需要一定的空间。地下部分的空间就是土壤孔隙。     

牧场养猪对地表覆盖、土壤养分分布和密度的影响

通过对养猪牧场喂食、饮水和遮阳等基础设施位置变换、固定和不放养猪(对照)对土壤无机N、P、地表覆盖及土壤压实程度的研究表明,第一批猪放养(试验1)结束后,小区周边土壤无机N含量高于小区中部,但第二批猪放养(试验2)结束后,没有这种现象;土壤P不受养猪的影响;不养猪区域的植被覆盖率高于养猪区域,但移动基础设施和固定基础设施对覆盖率没有影响;固定基础设施会压实土壤,第二批猪放养结束后,移动基础设施与对照土壤体积密度没有差异.因为牧场养猪会影响土壤养分的分布,可能会限制其发展,但是,将来研究出可以最大程度地减少营养负荷和草场退化的技术,牧场养猪前景看好.     

免耕对土壤剖面孔隙分布特征的影响

探明长期免耕措施对土壤孔隙特征、土壤结构及土壤水分参数等影响,可为阐明在小麦、玉米轮作过程中,长期进行免耕对土壤剖面物理特征的改善及其作用机理提供科学依据。采用CT扫描法定量分析了免耕和常规耕作0~100 cm土层土壤孔隙(80~1 000μm、1 000μm、80μm)的数目、孔隙度及孔隙在土壤剖面上的分布特征,同时采用常规方法测定了土壤大团聚体、土壤容重、有效水含量及饱和导水率等。结果表明:长期免耕不仅提高了土壤1 000μm、80~1 000μm、80μm孔隙数,且其孔隙度也相应提高,较常规耕作孔隙数分别提高55.3%、58.2%、57.9%,孔隙度分别提高97.4%、39.4%、72.6%。同时土壤孔隙形态也得到了改善,孔隙成圆率提高。对不同土层而言,免耕更利于提高0~25 cm土层80~1 000μm和80μm孔隙数以及0~45 cm土层1 000μm孔隙数,且显著提高了0~20 cm和25~40 cm土层1 000μm、80μm及0~20 cm土层80~1 000μm的土壤孔隙度。说明长期免耕对土壤剖面孔隙的分布产生一定影响。此外,免耕提高了0~25 cm土层土壤的有效水含量、0~55 cm土层饱和导水率和0.25 mm水稳性团聚体含量,降低了土壤容重,其作用深度在55 cm以上土层。通过CT扫描测得的土壤孔隙参数与常规方法测定的土壤物理参数之间存在极好的相关性,说明可从微观土壤孔隙特征来表征宏观的土壤物理性质。总之,长期免耕有利于改善土壤结构和土壤孔隙状况,提高土壤的渗透能力及土壤水分的有效性,促进作物的生长。     

黄土高原坝地层状土壤剖面孔隙分布特征

以明确自然界中广泛存在的层状结构土壤孔隙分布特征为目的。选黄土高原典型坝地土壤剖面为研究对象,利用CT扫描技术分析耕作层、犁底层、心土层土壤三维结构,探讨层状土孔隙参数随土层结构变化及界面层孔隙特征。结果表明：(1)瘦长型孔隙(孔隙形状系数≤0.2)是各土层土壤孔隙的主要形态。各土层的孔隙参数具有明显差异。耕作层的总孔隙度最高,大孔隙(≥1 mm)分布较多;犁底层孔隙总数量最高,含有较多孤立的小孔隙(≥0.1～0.5 mm)和微小孔隙(≥0.06～0.1 mm),但连通性最差;心土层孔隙参数多数介于耕作层与犁底层之间。(2)坝地剖面层状土壤具有一定厚度的界面层,各孔隙参数均在土层界面位置存在突变点,具有明显分界现象。孔隙特征参数均呈过渡位置渐变、界面位置突变的规律。在界面层,犁底层土壤总孔隙度和连通性与耕作层相比,分别显著下降41.6%,69.8%;心土层在界面层的土壤总孔隙度和连通性与犁底层相比,分别显著增高30.4%,52.3%。(3)孔隙孔径大小与孔隙形态密切相关,大孔隙形态多呈瘦长型,而微小孔隙形状则多呈规则型。(4)土层越深,连通性与总孔隙度、孔隙总数量、孔径分布及孔隙形状的...     

风化花岗岩坡地土壤剖面大孔隙特性的空间分布

为了揭示侵蚀性风化花岗岩坡地不同部位土壤剖面大孔隙特性的空间分布,在浙江嵊州市水土保持监测站,同一坡面不同侵蚀强度的坡顶、坡中、坡底选取3个土壤剖面,进行了原状土柱(70cm)样品采集,用CT分层扫描与Arc GIS10.1图像解译技术,获得了系列数据,并计算了分析指标,研究了3个剖面大孔隙的分布规律和影响因素。结果表明:(1)3个土壤剖面均以大孔隙为主,1~3 mm孔径占比最大,5~7 mm占比最小。大孔隙个数的排序:坡中坡底坡顶。(2)大孔隙度与总孔隙度的差值随深度递减。大孔隙度大于均值的层位分布在0~30 cm之间。(3)成圆率影响大孔隙度与总孔隙度的关系。土壤黏粒和粉粒含量越多,成圆率越大。大孔隙度与土壤粗砂粒呈显著正相关,与黏粒和粉粒为显著负相关。(4)土壤侵蚀强度越大,大孔隙占比越大,孔隙结构性越差,漏水漏肥越严重。     

参数模型在壤土类土壤颗粒大小分布中的应用

颗粒大小分布是土壤的基本物理性质之一 ,可以用来预测其它难以直接测定的土壤性质。采用参数模型描述土壤的颗粒大小分布有许多优点。本文利用河南封丘地区三种壤土类土壤共 30 0个样本的颗粒分析资料 ,研究了五种参数模型的适用情况。结果表明 ,包含四个参数的Fred4P模型对三种土壤颗粒大小分布的模拟效果最为理想 ;三参数的Fred3P和MLog模型对砂壤土的描述效果较差 ,对另外两种质地土壤的模拟效果与Fred4P模型相当。四参数的Gomp模型计算误差大于Fred3P和MLog模型。在这五种参数模型中 ,MVG模型的误差最大 ,不能精确描述封丘地区壤土类土壤的颗粒大小分布。     

土壤粒径分布单重分形与孔隙单重分形

土壤颗粒大小的分布是重要的土壤物理性质,对土壤水、气、热传导特性有着显著的影响。鉴于土壤颗粒分形在分析和描述岩土介质多孔结构的优势,本文通过对5种不同质地的土样进行颗粒分析与水分特征曲线的测试。结果表明:土壤结构定量化表征的方法就是确定土壤结构的分形维数,针对不同地区的土壤,可以通过土壤粒径分布分形维数体现土壤粒径分布的情况,分形维数越大,颗粒粒径越小,细粒含量越高,质地越发呈现不均匀性;且可利用土壤粒径分形维数估算土壤孔隙分形维数。为建立土壤粒径分布模型提供数据支持,同时也为推进土壤结构的研究进展提供了新的方向。     

重庆市植烟土壤质量评价指标体系的构建与应用

为准确评价重庆烟田土壤质量特征。以重庆市烟区2513个代表性植烟土壤的理化指标为基础数据,采用聚类分析和主成分分析法建立重庆烟田土壤质量最小数据集,构建重庆市植烟土壤质量评价指标体系。(1)基于主成分分析法建立的土壤质量评价体系更适合对重庆烟区土壤质量进行评价,评价指标从原来16个指标减少为7个指标,具体由土壤pH、有机质、有效磷、有效铁、有效锌、有效硫和水稳性大团聚体组成。(2)重庆烟区土壤酸化程度较为严重,有35.1%的植烟土壤偏酸;土壤氮素较为适宜,而速效磷和速效钾处于过量范围占比分别为62.9%和75.8%,其他元素缺乏和过量并存,水稳性大团聚体处于较低范围占47.2%。(3)重庆植烟土壤质量综合指数(SQI)的半方差函数最优拟合模型为指数模型,交叉验证结果表明模型和参数合理;基于最小数据集计算得到土壤质量指数SQI的平均值为0.61,表明重庆烟区土壤质量总体处于中等偏低水平,重庆烟区有45.04%的烟田急需要改良。(4)土壤质量评价指标隶属度值雷达图得出,土壤pH、速效磷、有效铁、有效硫和水稳性大团聚体隶属度比较小,为重庆烟区的土壤限制性因子。该研究建立了重庆市植烟土壤质量评价指标体系,研究结果可为重庆烟区土壤质量提升、土壤生态系统恢复和烟叶可持续生产提供支撑。     

东北黑土区侵蚀农田土壤质量指数构建及其空间分异

侵蚀的空间异质性会改变土壤性质,导致土壤质量在空间分布上的差异。为明确中国东北侵蚀农田黑土土壤性质在不同空间位置上的分布规律,该研究基于纬度变化,从寒温带到中温带跨区选择了4个丘陵区（从北到南依次为九三、克山、海伦、宾县）的农田黑土坡面作为试验对象,划分了坡面位置（坡顶、坡上、坡中、坡下和坡底）和土壤深度（0～20 cm和>20～40 cm）,分析了不同空间位置对侵蚀农田黑土土壤物理、化学和生物特征对不同空间位置的响应规律,并基于最小数据集（minimum data set,TDS）构建土壤质量指数（soil quality index,SQI-TDS）,对侵蚀农田黑土土壤质量进行综合比较。研究表明,4个丘陵区黑土土壤性质在不同区域、坡位和土壤深度下的存在明显的空间变异（P<0.05）。全氮和有机碳含量随维度升高而增加,且随坡位降低而逐渐减小,在坡底处增加。平均重量直径在九三最高,克山次之,海伦和宾县较小。土壤细颗粒在坡底沉积促进了新的团聚体形成,以致团聚体稳定性在坡面位置上表现为随坡位的降低呈先减小后增加的“V”型变化。SQI-MDS从北至南整体呈降低趋势,其中宾县的土壤质量指数最低,较其他3个地区显著降低22.66%～26.52%。在不同坡位上,SQI-MDS表现为以坡底、坡顶、坡上、坡中和坡下次序降低。该研究量化了东北侵蚀农田黑土土壤综合质量,结果可为侵蚀农田黑土修复和可持续发展提供科学依据。     

基于最小数据集的吉林省黑土耕层土壤质量评价

黑土作为吉林中部平原粮食主产区主要土壤类型,其质量的优劣直接影响区域生态安全和农业可持续发展.该研究以吉林省典型黑土耕层土壤作为研究对象,采集1401个土壤样本,测定8项土壤理化指标及玉米产量.采用最小数据集法筛选评价指标,对于黑土耕层土壤进行质量评价,并综合土壤质量指数和产量提出评价指标的适宜范围.结果表明:吉林省黑...     

基于农用地分等和土壤环境质量评价的耕地综合质量评价

该文从耕地生态管护的角度出发,探讨了如何实现土壤环境质量评价与农用地分等成果的融合。基于土壤环境质量评价和农用地分等的理论和方法,该文提出了耕地综合质量评估技术,即在农用地分等所建立的等级体系基础上,引入土壤环境质量评价系数概念,进一步利用该系数对农用地利用等指数进行修订,得到耕地综合评价指数,并以河南省洛阳市为例作了实证研究。根据洛阳市耕地质量综合评价结果,与原农用地利用等别相比,无污染的耕地综合等别保持不变,有污染倾向的耕地综合等别有所下降,存在污染的耕地等别降为末等。这些评价结果可以为土地利用管理、环境污染防治规划将提供更有效的依据。     

Assessing and monitoring the soil quality of forested and agricultural areas using soil-quality indices and digital soil-mapping in a semi-arid environment

In recent decades, the conversion of forest to agricultural land has been a major worldwide concern and a cause of environmental and soil-quality degradation. In this study, soil-quality indices (SQIs) were applied using several soil properties to determine the effects of land use on soil quality in a 206.50 km² area in Kurdistan Province, Iran. The Weighted Additive Soil Quality Index (SQI_w) was calculated using two scoring methods and two soil indicator selection approaches. Nine soil-quality indicators/variables were measured for 124 soil samples (0–30 cm depth). Calculated SQIs were digitally mapped with a random forest (RF) model using auxiliary data. The RF model was the best predictor of the SQI computed using the total dataset (TDS) and linear score function (SQI_w-TDS-linear). Soil quality was better estimated using non-linear scoring (r² = 0.82) than with linear scoring (r² = 0.73). The mean values of all SQIs were significantly greater in forestland than cropland. It is clear that soil quality is considerably reduced by deforestation, and that best management practices that maintain soil quality and reduce erosion must be developed for the soils of this region if they are to remain productive.     

Selection of soil physical quality indicators in relation to soil erodibility

Soil quality indices based on soil characteristics can be used to assess the sustainability of soil and to assist in soil management decisions. Principal component analysis (PCA) technique was used to identify dominant soil characteristics in relation to soil erodibility in watersheds of submontane Punjab (India). Soil physical and chemical characteristics were evaluated for four locations with four land uses at each location whereas runoff, soil loss and soil erodibility were determined at two locations under natural rainfall conditions and at four locations under simulated rainfall conditions. PCA was performed on 22 physical and chemical soil characteristics, which grouped these soil characteristics into five distinct principal components (PCs). These five PCs namely soil hydraulic factor, density factor, structural factor, sand factor and cation factor, explained 86% variability in data. These PCs also explained 86, 96 and 93% variability under natural rainfall conditions and 75, 76 and 77% variability under simulated rainfall conditions in relation to runoff, soil loss and soil erodibility, respectively. Soil total organic carbon content can be considered as dynamic soil physical quality indicator and can be used to monitor temporal and spatial changes in soil quality.     

不同种植模式和土壤类型条件下土壤健康的定量评价

Soil health assessment is an important step toward understanding the potential effects of agricultural practices on crop yield, quality and human health. The objectives of this study were to select a minimum data set for soil health evaluation from the physical, chemical and biological properties and environmental pollution characteristics of agricultural soil and to develop a soil health diagnosis model for determining the soil health status under different planting patterns and soil types in Chongming Island of Shanghai, China. The results showed that the majority of the farmland soils in Chongming Island were in poor soil health condition, accounting for 48.9% of the survey samples, followed by the medium healthy soil, accounting for 32.2% of the survey samples and mainly distributed in the central and mid-eastern regions of the island. The indicators of pH, total organic carbon, microbial biomass carbon and Cd exerted less influence on soil health, while the soil salinization and nitrate accumulation under a greenhouse cropping pattern and phosphate fertilizer shortage in the paddy field had limited the development of soil health. Dichlorodiphenyltrichloroethanes, hexachlorocyclohexanes and Hg contributed less to soil health index (SHI) and showed no significant difference among paddy field, greenhouse and open-air vegetable/watermelon fields. The difference of the SHI of the three soil types was significant at P = 0.05. The paddy soil had the highest SHI values, followed by the gray alluvial soil, and the coastal saline soil was in a poor soil health condition, indicating a need to plant some salt-tolerant crops to effectively improve soil quality.     

A standardized soil quality index for diverse field conditions

  目的  为了有针对性选取典型潮土区的土壤质量评价最优方法,而进行不同种植制度下的土壤质量评价。  方法  以华北典型潮土区为研究区域,结合实测与调研数据,运用主成分分析法筛选最小数据,基于线性和非线性两种评分指标方法与加性（SQIa）、加权加性（SQIw）和记忆（SQIn）三种不同的土壤质量指数法。选取最优方法的同时,评价典型潮土区不同种植制度下的土壤质量。  结果  ①描述性统计分析表明,河北省中部潮土区土壤pH变异系数属于弱变异性,其余指标都属于中等变异性;有效磷、阳离子交换量（CEC）、土壤有机质（SOM）、土壤的速效养分含量的变异系数较大。②相关性研究表明,作物单产与SOM、全氮（TN）和缓效钾含量显著正相关,与土壤pH、速效钾、水溶态硼、有效铜、有效锌和有效铜含量呈显著负相关。③方法研究表明,典型潮土区最小数据集是SOM、缓效钾、有效铁、水解性氮、有效锌、有效磷、有效硫含量。不同方法最小数据集（MDS）与总数据集（TDS）的相关性强弱为：SQIw-NL > SQIa-NL > SQIw-L > SQIa-L > SQIn-L > SQIn-NL。④空间特征研究表明,研究区的土壤质量主要由中等等级II、III和IV等级主导。土壤质量指数（SQI）从南到北减少。⑤土地利用研究表明,不同种植制度土壤质量的大小顺序为：小麦－玉米/豆 > 花生 > 麦－玉米 > 棉花 > 玉米。  结论  华北潮土区的最佳土壤质量评价方法是SQIw-NL法,最小数据集为SOM、缓效钾、有效铁、水解性氮、有效锌、有效磷、有效硫含量,不同管理措施一定程度下影响了作物的生长发育,且小麦-玉米/豆轮作可以提升土壤质量,献县的土壤质量相对较高。     

基于聚类及PCA分析的红壤坡耕地耕层土壤质量评价指标

为准确评价红壤坡耕地耕层土壤质量特征,该文采用聚类分析法(CA)和主成分分析法(PCA)分别建立了南方红壤丘陵区坡耕地耕层质量诊断最小数据集(minimum data set,MDS),并利用最小数据集土壤质量指数(soil quality index-CA,SQI-CA和soil quality index-PCA,SQI-PCA)和全量数据集土壤质量指数(soil quality index-total,SQI-T)对坡耕地耕层特征进行分析。结果表明:1)红壤坡耕地耕层土壤质量变化特征差异明显,其中耕层平均厚度(19.93±4.9)cm,接近作物生长适宜水平;土壤有机质、全氮平均含量分别为(17.43±8.71)和(0.97±0.42)g/kg,处于中度贫瘠化水平;土壤有效磷和速效钾含量丰富,平均含量分别为(26.1±22.22)和(155.46±88.35)mg/kg;p H均值为(5.34±0.77),土壤呈弱酸性。2)红壤坡耕地耕层土壤质量评价最小数据集由耕层厚度、土壤容重、土壤贯入阻力、土壤有机质、p H值和有效磷组成。基于不同数据集的耕层土壤质量评价结果差异明显,土壤质量指数变化范围、均值表现为SQI-TSQI-CASQI-PCA,变异系数表现为SQI-TSQI-CASQI-PCA,SQI-CA与SQI-T的Nash有效系数和相关度高于SQI-PCA,而相对偏差系数和平均相对误差则低于SQI-PCA,这表明基于聚类分析最小数据集(MDS-CA)较基于主成分分析最小数据集(MDS-PCA)更适合替代全量数据集(total data set,TDS)对耕层土壤质量进行评价。3)从保水、保土、保肥及增产潜力角度看,红壤坡耕地合理耕层诊断指标适宜性阈值为耕层厚度≥20.39 cm,土壤容重0.92~1.21 g/cm3,土壤贯入阻力≤1.21 kg/cm3,土壤有机质含量≥18.82 g/kg,p H值5.04~5.38,有效磷≥28.83 mg/kg。合理深松是构建合理耕层的有效措施之一。该研究结果可为南方红壤丘陵区坡耕地耕层质量恢复、农作物生产适宜性调控和坡耕地水土流失阻控提供参考,有利于红壤丘陵区坡耕地资源持续利用。