中国主要土壤类型的土壤容重传递函数研究

由于我国大多数土壤数据库缺失或部分缺失土壤容重数据,利用土壤其他属性来预测土壤容重具有重要意义。我国土壤类型多样,已有的土壤容重传递函数在不同土壤类型中的适用性也值得进一步探讨。本文基于我国现有的土壤数据库,对已有的两种土壤容重传递函数在不同土壤类型(土纲)中的预测精度与适用性进行评估,最后通过SPSS进行回归分析建立我国主要土壤类型最适宜的容重传递函数。研究结果表明,已有的两种土壤容重传递函数应用于部分土壤类型时预测精度不高,但基于土壤系统分类的数据分组后建立的容重传递函数能够明显提高预测精度。新建的容重传递函数对有机土、铁铝土、潜育土、均腐土、富铁土、淋溶土、雏形土、新成土和变性土土壤容重的预测精度较高,但人为土、盐成土和干旱土土壤容重传递函数的预测精度整体偏低,在应用时需要慎重。在利用土壤容重传递函数时一定要注意研究区及适用范围。     

应用伽马射线和可见近红外光谱测定土壤容重

现有的土壤容重测定方法存在诸多不足,不能满足快速发展的精准农业、生态环境模拟、土壤碳储量估算等对大量、准确容重数据的需求。鉴于此,有研究提出γ射线衰减与可见-近红外并用测定土壤容重的方法,并成功地将该方法应用于土壤碳储量估算中,得到了较好的应用结果。为了检验该方法在我国南方丘陵区土壤容重测定上的准确性和适用性,本研究采集了广西南宁丘陵区的土壤样品,使用该方法计算出土壤容重,并与传统环刀采样烘干称重法的容重结果进行比较。结果表明,两者测定的土壤容重具有较高的回归决定系数,R~2可达0.92,且两者间的均方根误差较低,仅占土壤容重平均值的4.48%。因此,本研究认为,γ射线衰减与可见-近红外并用测定土壤容重在我国南方丘陵区有较好的准确性和适用性。     

土壤容重对溶质迁移过程的影响

土壤在径流作用下发生流失、土壤溶质迁移等现象,是一个受径流、土壤性质、下垫面特性、土地利用方式等多种因素综合影响的复杂过程.利用斜坡土槽,采用一定的坡度和实验流量,对不同容重的土样进行了室内放水实验,研究了在土壤饱和条件下,土壤容重对土壤溶质迁移过程的影响.实验结果表明:(1)随径流作用时间的增加,单位时间内土壤溶质迁移量逐渐减少,其关系可用幂函数来描述;(2)土壤溶质发生迁移是受地表径流和壤中流共同作用的结果;(3)土壤容重对土壤溶质迁移过程影响总体表现为土壤容重越大,随径流迁移的土壤溶质量越少;(4)土壤容重增加相同幅度,但同时刻随径流迁移的土壤溶质递减量逐渐减少.     

土壤容重对黑土坡面养分流失的影响

为深入了解土壤容重对黑土区坡面养分流失的影响,在沈阳农业大学水利试验基地,采用室内人工模拟天然降雨的方法,对不同容重条件下的黑土坡面养分流失进行研究。试验结果表明:土壤容重是影响坡地溶质迁移以及坡面降雨产流产沙的重要因素。土壤容重在0.8~1.3g/cm~3间变化时,随泥沙流失的养分与径流水样中养分的流失呈现出相似规律。随着容重增大,径流系数变大,产流时间提早,入渗率减小,溶质(N、P、K)的流失量增加。在产流初期,径流强度增加显著,径流硝态氮衰减速率快,10min内基本达到本底值,同一时段径流水样中PO_4~(3-)-P和K~+浓度升高,而产流后期,溶质浓度含量由于土壤发生面蚀甚至沟蚀而随容重呈相反变化。土层湿润锋深度随容重增大而变浅,容重为0.8g/cm~3时,湿润锋可达15cm,容重为1.4g/cm~3时,仅淋失到地表11cm深处,且表层土壤容重对硝态氮在土层中流失的影响大于对速效磷和速效钾流失的影响。当容重增大至1.4g/cm~3时,土壤结构坚实,养分浓度有所降低,流失量小,土壤流失情况减弱,说明采用适当的耕作措施改变表层容重可有效控制土壤侵蚀的发生。通过数学模拟分析,也进一步证实了幂函数是较为适于模拟黑土区溶质流失变化过程的模型。     

土壤容重对草甸土坡面养分流失特征的影响

通过室内模拟降雨试验对不同土壤容重的草甸土坡面养分流失特征进行研究。结果表明:土壤容重是坡面草甸土养分流失的重要影响因子,土壤容重不同,降雨引起的坡面表土养分流失的程度不同。硝态氮主要随径流流失,占总流失量的55%～79%,70%～84%的有效磷和速效钾随泥沙流失。不同形态的养分在流失泥沙中有富集现象,但富集比各不相同。土壤容重在0.8～1.2g/cm3之间变化时,随土壤容重增加,土壤孔隙度减小,入渗能力减弱,土壤养分在降雨侵蚀力作用下流失量不断增加。但随容重的继续增大,土壤抗蚀性增大,产沙量减小,养分流失量也有减小的趋势。在降雨、坡度等一定的条件下,土壤最容易被侵蚀而发生养分流失的容重范围为1.2～13g/cm3。     

容重对不同有机质含量土壤水分入渗特性的影响

通过不同有机质含量的土壤入渗试验,分析有机质含量及容重对土壤水分入渗特性的影响.结果表明:容重对质地相同而有机质含量不同的土壤表现出不同的影响程度,对高有机质含量的土壤影响显著,有机质含量高的土壤在容重递增的过程中,土壤累积入渗量、湿润深度显著下降,稳定入渗率以乘幂形式迅速下降;有机质含量较低的土壤,容重增加对土壤入渗过程影响相对较小,容重增加时,其累积入渗量、入渗率、湿润深度也有不同程度的减小,但其减小的幅度范围较小,稳定入渗率呈平缓线性降低.采用Green-Ampt模型与Philip模型模拟不同容重及有机质含量的土壤饱和导水率结果与实测值吻合较好.     

耕作模式对棕壤酶活性的影响研究

为研究翻耕、旋耕、免耕对作物根系生长影响的机理,以耕层棕壤(0-20cm)和犁底层棕壤(20-40cm)为试验材料,采用盆栽的方法模拟了不同耕作模式及容重,并研究了这些条件对土壤过氧化氢酶、多酚氧化酶、脲酶、磷酸酶、转化酶活性的影响。结果表明:中、下层不同土样及不同容重对土壤酶活性均有显著影响(P<0.01)。与1.2g/cm3容重相比,容重为1.4g/cm3和1.6g/cm3的土壤分别在不同程度上降低了土壤酶的活性,中、下层容重变化对表层酶活性影响相对较小,但中层受下层容重变化影响较大,容重由1.4g/cm3升到1.6g/cm3时酶活性下降尤为明显。多数情况下,模拟保护性耕作的土壤多酚氧化酶、脲酶、磷酸酶、转化酶活性在对应土层与生育期总比模拟翻耕的高,模拟翻耕土壤处理的中、下层土壤过氧化氢酶活性明显高于保护性耕作处理的酶活性。     

初始含水率及容重影响下红壤水分入渗规律

运用室内模拟土柱试验,研究了初始含水率为7%,11%和15%这3个梯度及容重为1.2,1.3,1.4,1.5g/cm~3这4个梯度对均质红壤水分入渗规律的影响;根据Kostiakov模型和Philip模型对入渗过程进行拟合分析,得出入渗模型参数。试验结果表明:均质红壤水分入渗,入渗率、湿润锋运移速率与时间呈幂函数递减关系,Philip入渗模型较适用;随着时间的推进,土壤逐渐达到饱和,入渗率、湿润锋运移速率的变化也越来越小;入渗率与初始含水率成反比关系,初始含水率越高,入渗率越低;湿润锋运移速率随初始含水率增加而增大;土壤容重越大,入渗率越低,湿润锋运移越慢。     

表层土壤容重对黄土坡面养分随径流迁移的影响

农田化学物质随地表径流迁移的问题,既是农业问题,又是水环境问题。地表土壤容重是影响土壤溶质随径流迁移的重要因素之一。通过室内模拟试验,研究了降雨条件下土壤容重对黄土区坡面土壤氮、磷和钾随径流迁移过程的影响。结果表明,随着土壤容重增大,初始产流时间提早,径流系数增大,土壤流失量增多,土壤磷和钾流失量也随之增大。径流养分浓度变化对土壤容重响应程度的大小次序是：NO3ˉ-N〉PO4^3-P〉K^＋。径流养分流失率过程曲线存在“峰值点”,它是土壤容重、溶质理化特性以及土壤水文参数综合作用的结果。通过数学模拟,进一步证实了幂函数是模拟黄土区非饱和水流条件下养分流失过程的最佳模型。本研究为深入理解黄土坡面径流溶质迁移机理提供了参考。     

不同土体构型的土壤肥力评价及与容重关系分析

以河南省潮土区延津等10个砂质中低产田主要分布县为例,利用主成分分析、模糊数学方法并借助GIS软件得出该区土壤肥力综合评价图。结果表明,综合评价指数为0.10～0.68,整体水平偏低,土壤呈现偏碱性状态,速效磷和全钾含量较高,全氮、全磷、速效氮、速效钾、有机质及CEC含量偏低。对不同土体构型间土壤肥力指标进行显著性分析,结果表明除了速效磷和pH外,其他指标在不同土体构型间均表现出显著的差异性(P<0.05)。通过雷达图表达出不同土体构型和总体上土壤肥力水平差异,即上壤下粘型>通体壤>总体>上壤下砂、通体砂型。分析出在代表性剖面0～20 cm和20～40 cm两个土层中土壤容重平均值在1.36～1.51 g cm-3之间,表明土壤偏紧实是该区土壤肥力的一个制约因素。     

自然条件下土壤沉降量与土壤容重、地表糙度间的变化关系

为了研究自然条件下土壤沉降量与土壤容重、地表糙度间的变化关系。通过钢尺法、环刀法、链条法测定了自然条件下不同质地的土壤在平翻耕和垄作条件下的土壤沉降量、土壤容重、地表糙度,分析了土壤沉降量、土壤容重、地表糙度的变化规律以及土壤沉降量与土壤容重、地表糙度间的变化关系。结果表明:(1)在一定的降雨动能的条件下,土壤的沉降量随降雨动能的累计总体呈减小的趋势,且垄作措施下土壤的沉降量均不小于平翻耕措施下的土壤沉降量;(2)翻耕后的土壤的容重随时间变化呈先增大后趋于原状土容重的变化趋势;(3)垄作条件下的地表糙度总体呈减小趋势,且壤土的地表糙度始终大于砂土的地表糙度;(4)土壤的沉降量与容重的变化量间存在较好的指数相关关系,且相关系数均高于0.9;土壤的沉降量与地表糙度的变化量符合幂函数相关关系,其中砂土的地表糙度变化量与沉降量的相关性较壤土高相关系数分别为0.993和0.936。这些研究结果对于预测自然条件下翻耕土壤的紧实程度,地表平整度有一定的参考价值。     

脱硫石膏在碱土改良中的无机固碳作用

脱硫石膏溶解产生的Ca2+会和土壤中含碳的阴离子（CO32-、HCO3-）反应，最终将CO2吸收并固定为土壤无机碳。脱硫石膏在碱土改良中的无机固碳作用对实现“碳中和”具有重要意义。以新疆阜康三工河流域的荒漠碱土为研究对象，以脱硫石膏为钙源物对0~20 cm土层进行改良。探究不同时间0~40 t?hm-2脱硫石膏施用量下土壤无机碳（SIC）和土壤无机碳密度（SICD）的变化，从而研究碱土改良中的无机固碳作用。结果表明：施用脱硫石膏能显著减轻土壤碱害（pH下降），增加土壤盐分同时具有无机固碳效果（SIC和SICD上升）（P < 0.05）。脱硫石膏最佳施用量为30 t?hm-2，此时改良土层pH降至最低（8.24）。改良后0~46d SIC含量相较对照组增加0.93 g?kg-1，SICD增加0.29 kg?m-2（即CO2固定量为1.06 kg?m-2）。改良过程中，脱硫石膏施用量与SIC、SO42-和Ca2+呈显著正相关（P < 0.05），与pH、CO32-、HCO3-和Na+呈显著负相关（P < 0.05）。气候因子对土壤无机固碳存在影响，增大相对湿度和降水量会抑制SIC含量和SICD增加，而增大风速、温度和太阳总辐射则有促进作用。研究结果为施用脱硫石膏改良碱土能增加土壤固碳潜力提供了直接证据。     

土壤类型和容重对离心机法测定土壤水分特征曲线的影响

本研究以杨凌塿土和嫩江黑土为研究对象,分别设置了4个土壤容重处理(1.0、1.1、1.2、1.3 g/cm³),利用离心机法测定土壤失水过程,以压力膜仪法为标准,对比不同吸力下的含水量实测值和van Genuchten模型参数的差异。结果表明,随着土壤容重的增加,离心机法测定土壤水分特征曲线准确度逐渐增加,获取黑土和塿土的van Genuchten模型参数α的准确度增幅分别为38.46% ~ 83.08% 和56.38% ~ 95.75%。离心机法测定土壤水分特征曲线的准确度在不同吸力段表现不同,近饱和段(0 ~ 10 kPa)离心机法测定值偏低,而高吸力段(10 ~ 1 500 kPa)测定值偏高,且高吸力段离心机法测定准确度较低,与压力膜仪法测定值具有极显著差异(P<0.01)。综上所述,为了提高离心机法测定土壤水分特征曲线的准确度,优先考虑应用于大容重和高有机质含量的土壤。     

基于TPS插值的黄土丘陵区土壤容重空间分布研究

空间插值方法在各个领域已有了广泛的应用,而不同的研究对象则有适应各自的区域特征的空间插值方法。以延河流域为例,对黄土丘陵区(0~10 cm、10~30 cm和30~60 cm等)三个典型土壤剖面的土壤容重进行空间插值方法比较研究。结果表明:(1)在水平方向,延河流域0~30 cm层面的土壤容重从北到南呈现一个递增的趋势,同南北气候湿润程度以及植被覆盖程度密切相关,而对于30~60 cm的土壤容重在南北方向上则保持相对均衡且与河网分布有关;(2)在垂直方向,土壤容重随着土层加深同样呈现递增的趋势;(3)根据误差分析,薄盘样条函数插值更适宜于该区域关于土壤容重的插值。     

冻融循环对黑土容重和孔隙度影响的试验研究

反复的冻融循环会通过改变土壤容重、孔隙度等物理性质而使其侵蚀加剧,该文探讨了土壤容重及孔隙度在冻融循环作用下的变化.试从机理上分析冻融作用对土壤抗蚀性的影响规律.以东北黑土为研究对象,考虑冻融温差和土壤含水率两个影响因素.通过室内冻融试验研究了黑土容重及孔隙度的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数的增大,土壤的容重和孔隙度分别呈现缓慢减小及增大趋势,且变化幅度越来越小,最后达到基本稳定的状态;冻融温差越大,冻结温度越低,同一含水率土壤的容重变得更低,而孔隙度相对较高,并且两者的变化量最大;在同一冻融温差下,高含水率土壤经过冻融循环后较低含水率土壤容重更低,而孔隙度更高,且数值的变化量最大.     

玉米根际和非根际土壤细菌微多样性与土壤有机碳矿化的关系

[目的]运用高级别分类学分辨率揭示玉米根际和非根际土壤中细菌群落微多样性,并探讨微多样性与土壤有机碳矿化的关系,从更精细的分类学分辨率水平上为玉米根际土壤中微生物驱动的碳循环提供理论依据。[方法]以西北农林科技大学曹新庄试验农场为依托,采取田间生长条件下玉米根际和非根际两种土壤类型。利用高通量测序技术,比较OTUs和ASVs两种分类学分辨率水平上玉米根际和非根际土壤中的细菌群落结构,揭示细菌群落的微多样性。同时通过培养试验检测根际和非根际土壤的有机碳矿化特性。[结果]通过比较OTUs和ASVs两种分类学分辨率水平上的细菌群落,OTUs和ASVs两种方式显示出相似的细菌群落结构。在玉米根际和非根际土壤类型中,ASVs在更高分类学分辨率水平上描绘细菌群落组成,同时揭示了普遍存在于OTUs内的不同菌株或生态型。此外,两种不同生长策略(r-策略和K-策略)细菌物种的相对丰度差异是导致根际和非根际土壤细菌群落结构不同的主要因素。培养试验表明,根际土壤有机碳矿化量显著高于非根际土壤。3 a的连续采样分析结果表明,根系是田间成熟玉米根际和非根际土壤理化性质差异的主要因素而受时间(2019—2021年...     

长期施肥下红壤旱地的固碳效率

红壤旱地的有机碳含量普遍较低,通过外源添加有机肥是增加土壤有机碳含量的重要手段。本研究以红壤旱地长期肥料试验为基础,研究了不同施肥处理的土壤有机碳含量和储量的变化规律,并进一步探讨碳投入与玉米产量及土壤碳储量的量化关系。结果表明:施用有机肥可以大幅提升红壤旱地的有机碳含量,氮磷钾+有机肥(NPKM)和有机肥(OM)处理在27年间的增加速率分别为0.08 g/(kg·a)和0.06 g/(kg·a),有机碳储量的增加速率分别为0.24t/(hm~2·a)和0.16 t/(hm~2·a);与不施肥(CK)处理相比,NPKM和OM处理的土壤有机碳含量分别增加了51.5%和42.0%,有机碳储量则分别增加57.1%和45.7%。进一步分析表明,有机碳投入量与土壤有机碳储量变化速率之间存在显著的正相关关系(R~2=0.971 5,P0.001),且线性拟合方程(y=–0.158+0.086x)表明,双季玉米种植下红壤旱地的固碳效率为8.6%,当有机碳投入量为1.84 t/(hm~2·a)时,红壤旱地的有机碳储量保持平衡。因此,施用有机肥是提高红壤旱地有机碳储量的有效途径,固碳效率和土壤有机碳平衡点则可以有效指导红壤旱地有机肥的管理措施。     

秦巴山地县域土壤碱解氮空间变异与合理采样数的确定

[目的]了解秦巴山地县域土壤碱解氮的空间分布规律,确定合理的采样密度,为研究区农田养分管理提供科学依据。[方法]运用地统计学与GIS结合的方法,随机抽取不同采样密度的样点数据,进行插值分析,采用交叉验证法对插值精度进行评价。[结果](1)土壤碱解氮的变异系数为42.95%,属于中等变异;(2)块金值与基台值的比值约为1/2,具有中等强度的空间相关性,空间最大相关距离为9 171m;(3)样点数目从1 060个到742个时,变程以及块金值与基台值之比出现明显偏差,其相对误差分别为152.32%和36.1%,均方根误差(RMSE)、相关系数(R)同样出现明显偏差。[结论]汉滨区土壤碱解氮空间连续性较好,适当地减少采样密度,仍可以满足插值分析的需要,考虑到土壤碱解氮的空间变异评价的精度分析结果,县域土壤碱解氮的合理采样数应该控制在1 060个以上,即最大以345.5hm2为一个采样单元。     

土壤容重和含水率对紫色土坡耕地耕层抗剪强度的影响

土壤抗剪强度既可评价土壤侵蚀敏感性,也是反映耕层土壤耕作性能的重要参数。不同剪切方式下土壤抗剪强度指标存在一定差异,以紫色土坡耕地耕层土壤为研究对象,采用室内重塑土三轴及直剪试验方法,研究容重和含水率对紫色土坡耕地耕层土壤抗剪强度的影响,并分析了2种试验方法的差异性。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤黏聚力(c)总体随容重(ρd)增大而增加,随含水率(w)增加而减小,三轴及直剪试验条件下黏聚力最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为32.33,21.78 kPa。耕层土壤内摩擦角(φ)随容重增加而增大,随含水率增大而减小,三轴及直剪试验条件下内摩擦角最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为22.67°,29.11°。(2)在同一围压下,耕层土壤最大主应力差随容重增加而增大,随含水率增加而减小;在同一容重和含水率水平下,耕层土壤的最大主应力差随着围压升高而增大。(3)耕层土壤容重、含水率的交互作用对黏聚力和内摩擦角影响显著(P<0.05),对坡耕地耕层土壤抗剪强度抵抗侵蚀作用的最优土壤容重-含水率条件为1.4 g/cm^3—10%。(4)不同剪切方式影响了土体抗剪强度指标,耕层土壤黏聚力在三轴试验条件下大于或接近直剪试验结果,而土壤内摩擦角则明显小于直剪试验结果,这主要与两种剪切试验原理差异有关。     

耕作侵蚀对紫色土坡耕地土壤容重和有机质二维分布的影响

为了研究耕作侵蚀对坡耕地土壤容重、有机质以及两者相互关系的影响,选择四川盆地中部的简阳县的坡耕地作为研究对象,采用模拟耕作的方法,通过对比模拟耕作前与5次、20次模拟耕作之后的土壤容重、有机质的水平以及垂直变化与分布规律,并探讨耕作侵蚀对两者关系变化的影响规律。研究结果表明:由于耕作侵蚀的搬运作用,5次和20次耕作之后坡顶位置的表层土壤被不断搬运至下坡位置,从而导致坡顶表层土壤容重增加;并且耕作过程中锄头的翻转作用改变了土壤容重在垂直方向的分布。耕作前土壤有机质在各坡面位置的垂直分布可用对数方程描述,然而5次和20次耕作之后其两者之间没有显示任何关系。耕作前土壤有机质含量与土壤容重呈现显著的负相关关系,5次和20次耕作之后,土壤有机质和土壤容重之间无相关关系。因此,耕作侵蚀改变土壤有机质和容重在水平和垂直方向的分布并且改变有机质和容重之间的关系。