土壤含水量和容重的空间变异及其分形特征

在小区面积为７．５ｍ×７．５ｍ的冬小麦农田,用烘干法和时域反射仪分别测定了表层０－１５ｃｍ土壤含水量和体积含水量,并用θｖ／θｇ求得土壤的容重。小区内测定网格单元为０．５ｍ×０．５ｍ。根据测定结果,用常规统计方法计算了均值,平均差,标准差,变异系数等传统统计特征值,并指出了用该方法表示土壤特性引起的困惑。     

粘性土壤剪切强度与容重和含水量之间关系的研究

本文在Mitchell等人关于土壤剪切强度唯一性研究的基础上,利用热力学第二定律作指导,由试验和分析建立了剪切强度与热扩散系数之间关系。据此关系,综合De Vries和佐滕用三相比表达热扩散系数的方程式,得到一个四参数剪切强度-干容重-含水量模型。对于一种粘土在各种容重和含水量下进行了三轴剪切试验,本模型拟合实测数据的精度(用相关系数表示)皆在0.9以上。     

土壤含水量和容重对砂姜黑土抗剪强度的影响及其传递函数构建

【目的】砂姜黑土湿时泥泞,干时僵硬,难耕难耙,适耕期短,研究砂姜黑土抗剪强度对于确定土壤适耕性具有重要意义。【方法】以砂姜黑土为研究对象,土壤容重设置1.2、1.4和1.6 g cm^-3共3个水平,土壤含水量设置田间持水量的100%、85%、70%、55%和40%共5个水平,采用直剪仪测定土壤抗剪强度参数(黏聚力,c;内摩擦角,?),分析土壤剪切特性随土壤含水量(θ)和容重(ρ)的变化规律,并利用多元回归拟合建立土壤抗剪强度(τ)的传递函数。【结果】砂姜黑土黏聚力随土壤含水量增加呈现指数减小趋势,随土壤湿容重(ρ^’)增加呈线性增加趋势,三者关系能够用回归方程■表示■。内摩擦角随土壤含水量增加先减小之后趋于稳定,随土壤湿容重增加而增加,表现出■的规律性变化。参照Mohr-Coulomb抗剪强度公式,建立砂姜黑土的抗剪强度传递函数■,该函数能够很好地表示砂姜黑土的抗剪强度变化规律(R²=0.870,P<0.001)。【结论】土壤含水量和容重是砂姜黑土抗剪强度的两个重要影响因素,在此基础上构建了以土壤含水量和湿容重为自变...     

河北省土壤容重的传递函数研究

由于非破坏性取样测定土壤容重是一项困难、昂贵、费时和不符合实际的工作。为克服这些困难,国外学者已经研究出多种与土壤有机质或有机碳含量和土壤质地有关的传递函数去估计其研究范围内的土壤容重。本文利用河北省第二次土壤普查资料中的土壤有机质和质地数据,对已有的13种土壤传递函数模拟的结果进行对比,确定最佳传递函数形式后,用SPSS统计分析软件进行回归分析,求得适宜河北省土壤容重的传递函数表达式。     

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.     

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。     

采用Gompertz函数的水稻土压缩特性研究

土壤压实模型是预测压实破坏的常用方法,但土壤压实模型的应用常因输入参数（土壤压缩特性及其与不同土壤物理性质之间的关系）的缺乏而受到限制。为定量地评价土壤水力学性质和土壤结构对土壤压缩特性的影响,该文利用土壤固结仪对25种不同含水率和容重的重塑土样进行单轴压缩试验,并采用Gompertz函数对试验数据进行拟合以获取土样的回弹指数、压缩指数和先期固结压力。试验结果表明,Gompertz函数对水稻土试验数据的拟合效果较优,决定系数为0.991～0.999。水稻土回弹指数为0.003～0.138,与容重呈负相关,与含水率呈正相关。水稻土压缩指数为0.115～0.839,与容重呈负相关,与含水率呈二次多项式关系。水稻土先期固结压力为33～127 kPa,与容重呈正相关,与含水率呈负相关。该研究建立的土壤压缩特性与含水率和容重之间的传递函数,可用于大尺度范围内水稻土压缩特性的预测;同时这些传递函数可作为土壤压实模型的输入参数,用于农业机械作业引起的压实破坏的量化和土壤压实风险的评估。     

棕壤与褐土击实容重对含水量的响应

土壤在农业机械或者夯实压力下,容重会发生变化,其变化的程度受到土壤含水量的影响。为揭示棕壤与褐土受力后容重变化对含水量的响应特征,对土壤在不同的含水量下进行击实试验。结果表明:随着击实能量的增大,棕壤容重迅速增大后趋于稳定,而褐土容重达到稳定状态较慢。两种土壤容重随含水量的变化,因击实次数不同而具有差异性。棕壤容重随含水量增加,总体呈先增大后小幅度减小趋势,但在较低击实次数下,含水量为88.3 g/kg时容重略微减小;褐土容重在击实次数较低时,随土壤含水量增加呈先减小后增大趋势,而在击实次数较高时,呈先减小后增大而后又减小趋势,在含水量136.5 g/kg时出现最大值。含水量与击实能量对土壤击实容重的影响存在差异。在耕作条件(容重≤1.6 g/cm~3)和工程条件(容重1.6g/cm~3)下,影响棕壤击实容重的最主要因素分别为含水量和击实次数,而影响褐土击实容重的最主要因素均为击实次数。在耕作条件下,棕壤击实容重在较低含水量(50 g/kg)下数值较低,且随击实次数增多,容重变化较小;褐土的较小容重出现在较低击实能量范围内(90 kJ/m~3),且受含水量的影响较小。在工程条件下,当棕壤与褐土的含水量为150 g/kg左右时,获得较大容重所需的击实能量最低。     

土壤容重和含水量对耕作阻力的影响

土壤容重和含水量是影响机具耕作阻力和能量消耗的主要因素。为了研究它们之间的数量关系,在田间将土壤容重和含水量分别在１．１～１．７ｇ／ｃｍ^３和１１％～１９％的范围内取三个水平,进行靴式开沟器耕作阻力的正交试验。用改进的五轮仪测试开沟器的工作阻力和开沟深度,土壤容重和含水量,采用容重环法实行定点测试。试验数据用改进的Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法,通过ＴＳＰ统计软件进行回归分析,得到了土壤耕作阻力－容重－含水量数学模型,并具有较高的拟合精度,可以用于分析评价不同土壤容重和含水量条件下拖拉机的牵引效率和能量消耗。     

容重对土壤水分入渗能力影响模拟试验

通过人工改变土壤颗粒级配,配制典型砂壤、中壤、黏壤,并设置不同容重水平,用土柱积水入渗模拟了土壤容重对其入渗能力的影响,为土壤改良和促进天然降水转化利用提供理论依据。结果表明,容重对土壤入渗能力有较大影响。试验土壤入渗能力随容重增大递减,3种典型土壤稳定入渗速率与容重均呈对数负相关,砂壤120 min累积入渗量与容重呈幂函数负相关,中壤、黏壤则呈线性负相关。考斯加科夫入渗模型中,表征初始入渗速率的参数随容重增大递减,表征入渗能力衰减速度的参数则随容重增大递增,说明土壤初始入渗能力随容重增大递减,入渗能力衰减速度随容重增大递增。     

秸秆粉碎氨化还田对土壤体积质量及持水特性的影响

为尝试解决秸秆还田中秸秆分解缓慢、易诱发病虫害及与作物争氮等问题,通过室内土柱培养试验对比研究了秸秆粉碎程度及秸秆不同C/N值对自身分解速率、土壤体积质量、土壤持水特性的影响。结果表明：短期内秸秆粉碎程度对秸秆分解速率影响不大,但粉碎秸秆在试验后期分解速率明显高于长秸秆,氨化措施可显著加快秸秆的分解速率;粉碎秸秆对土壤体积质量的减小作用明显较长秸秆为好,在整个试验期,粉碎氨化秸秆处理的土壤体积质量均显著低于同时期其他处理;各处理土壤持水能力差异不大,但粉碎氨化秸秆能明显增强土壤耐旱性。该结果为探索一种能最大效益发挥秸秆改良土壤作用的秸秆还田新方式提供了一定的参照。     

体积置换法直接测量土壤质量含水率及土壤容重

土壤含水率直接测量是相关研究和应用的基础,在土壤力学、作物栽培、农田灌溉、生态环境等研究和实践中十分重要。该文提出了一种与传统烘干称质量法相当的体积置换法直接测量土壤质量含水率及土壤容重。该方法在假设一定土壤颗粒密度的前提下,用一定体积的标准取样环刀取得土样后,通过向待测量土体补充水分使土壤达到饱和,用一定体积的水置换土壤中的充气空隙,直到土样达到饱和状态;再通过测量得到的初始/原始土样质量、饱和后土壤的质量以及已知土壤颗粒密度和水密度,计算得到被置换的充气空隙的体积,进而由此计算得到土壤质量含水率和土壤容重。采用3种不同土壤,即陕西杨凌黏黄土、北京粉壤土和江西黏红土,分别预配制成7种不同初始土壤体积含水率,含水率约为:风干土(含水率2%～3%)、5%、10%、15%、25%、30%和饱和含水率,以及3种不同土壤容重:1.25、1.35和1.45g/cm3进行室内试验。用类似的土样,采用传统方法烘干土样8、12、24、48h后,测量确定土壤的质量含水率,通过延长烘干时间测得数据表明,传统方法烘干8h所测得的质量含水率仍有1%～3.2%的含水率误差。最终试验结果表明体积置换方法测得的土壤含水率比传统烘干土样8h所测得的结果大2%～3%,比烘干土样48h所测得的结果大1%左右。体积置换方法测量操作过程简单,耗时较少,节约能源,测量结果具有较高精度。     

土壤温度和容重对频率反射土壤水分传感器测量精度的影响

为探究土壤温度和容重对FDR(频率反射)含水率测量结果的综合影响规律,以陕西杨凌地区的塿土为研究对象,以基于 FDR 技术的电流型 DSW-T2型土壤温湿度传感器为测量仪器,研究了土壤的含水率(3.82%~21.43%)、容重(0.91~1.30 g/cm3)和温度(2.5~50℃)对传感器输出信号的影响;建立了传感器的输出电流与土壤含水率、容重和温度的综合测量数学模型,实验分析了模型在预测含水率方面的可行性.结果表明,传感器的输出电流随土壤含水率、温度和容重的增大而增大,可用三元二次方程表示输出电流与土壤含水率、温度和容重之间的关系;在0.05的显著水平上,含水率、温度和容积密度均对模型有显著影响.基于模型的计算输出电流与实际输出电流的绝对误差范围是-1.167~1.216 mA,计算含水率与实际含水率的绝对误差范围是-2.638%~2.812%.本研究对于开发具有温度和容积密度补偿功能的新型FDR土壤含水率传感器的综合测量模型有指导作用.     

黄土区小流域土壤容重和饱和导水率的时空动态特征

土壤水力性质是评估降水入渗、径流发生以及土体可蚀性的重要参数。研究小流域尺度土壤水力性质的时空动态特征,对于以小流域为基本单元的黄土高原综合治理具有直接意义,有助于加深对相关生态水文过程的理解。以陕西省神木县六道沟老叶满渠小流域为对象,进行50 m×50 m网格布点(共73个样点),2014年8-10月期间每月测定1次表层土壤容重和饱和导水率,结合经典统计学与地质统计学的方法研究容重和饱和导水率的时空变化规律。结果表明:1)小流域尺度容重的月际变化趋势较为一致,整体呈正态分布规律,饱和导水率的月际变化强烈,呈偏态分布;容重较饱和导水率变化范围较小,变异程度较低;2)小流域尺度容重和饱和导水率在8-10月的半方差可用指数模型进行最优拟合,两者均表现出中等程度的空间依赖性;Kriging插值图表明小流域容重总体差异性较小,而饱和导水率差异显著;8-10月,西坡局部区域、坡顶的容重呈逐月增大趋势,而饱和导水率呈减小趋势;3)Pearson相关性分析表明,8-10月单次测定的容重和饱和导水率之间的相关性不明显;在同一土壤类型下(干润砂质新成土)表现出极显著的负相关关系(P0.01)。     

含水量和容重对旱地耕层土壤热导率的影响及预测

土壤热导率是研究地表能量平衡和土壤水热运移过程中的一个基础参数。受土壤耕作、干湿交替和根系生长等过程的影响,耕层土壤的含水率和结构呈现较强的变异特征,而目前缺乏关于定量分析耕层土壤热导率变异特征的研究。该研究利用田间定位试验,采用热脉冲技术测定了含水率和容重变化条件下耕层土壤热导率的变异特征,并利用传递函数模型对耕层土壤热导率进行了预测。结果表明:含水率和容重是影响耕层土壤热导率变异的主要因子,而耕作强度和干湿交替是这种变异的关键驱动力;与翻耕和旋耕处理相比,免耕处理提高了土壤容重和含水率,从而增大了土壤热导率;在干湿交替作用下,翻耕后土壤容重逐步增加,耕层热导率也呈现上升趋势,波动幅度与含水率的变化相关。基于含水率、容重和质地信息,土壤热导率传递函数模型可以给出可靠的田间土壤热导率估计值,其均方根误差和平均偏差分别为0.09和-0.01 W/(m·K);考虑耕层土壤容重的动态信息,可以提高该模型预测土壤热导率的准确性。     

黑土土壤水分高光谱特征及反演模型

应用高光谱技术阐释土壤含水率光谱规律及对土壤含水率进行定量分析,为精准农业地表土壤水分的快速测定提供参考。该文以吉林省黑土土类中的黑土亚类土壤为研究对象,利用ASD FieldSpec FR便携式光谱仪在室内环境下对不同含水率的土壤样本进行光谱反射率测量和特征分析;通过对土壤样品高光谱反射率进行对数、倒数、一阶微分以及反射率倒数的一阶微分、反射率对数的一阶微分变换,运用统计分析中的相关系数计算进行了光谱反射率与土壤水分的相关分析,并提取了土壤光谱特征波段;采用逐步多元线性回归方法和指数模式分析法,进行了高光谱土壤含水率定量反演。研究结果表明,在低于田间持水率状况下,黑土土壤光谱反射率及其反射率一阶微分和反射率对数一阶微分变换的敏感波段主要集中在400～410、1 400～1 850和2 050～2 200 nm范围内,其中2 156 nm处与土壤水分相关系数最高,达0.89;在波长1 328、1 439、1 742和2 156 nm处,采用反射率对数一阶微分所建立的黑土土壤含水率预测方程的预测精度最好,决定系数为0.931。黑土土壤含水率高光谱反演模型的建立为土壤水分的快速测定提供了新的途径。     

土壤容重对膜孔灌水氮分布和运移转化的影响

为揭示土壤容重对膜孔灌条件下土壤水分分布特征和氮素运移转化的影响,通过土壤容重室内试验,利用非线性回归法对试验资料进行分析,研究提出了湿润体内土壤含水率及其变化量和变化率、土壤硝态氮及其转化量和转化率、土壤铵态氮及其转化量和转化率与土壤容重和运移转化时间的经验公式。结果表明：经验公式的相关系数均大于0.8200,标准误差很小,且通过0.05的显著性检验,可以反映膜孔灌条件下不同土壤容重的土壤水分分布特征和氮素运移转化规律。该研究为提高膜孔灌水氮利用效率提供参考。     

过量施用氯离子的扩散: I. 土壤湿度、容重及温度的影响

Diffusion coefficients of chlorde ions in four soils of different exture with varying effective moisture content and varying bulk density from 1.1 to 1.6 g cm^3 under three different temperatures were determined by the diffusion-cell method using ^36Cl-labelled CaCl2 solution.The result showed that activation energy decreased with water content,which indicated that the threshold fro diffusion was lower at a higher soil moisture rate .Therefor,the diffusion coefficient(D) of chloride ions in soil increased consistently with soil moisture,Although a near linear increase in the diffusion coefficient with increasing soil moisture or bulk density in all the soils was observed,the increase rate in different soils was not the same.The D value increased with teperature,and with temperature increased by 10℃ in the range from 5℃to 45℃ the D valve increased by 10%-30%,averaging about 20%.     

The influence of soil bulk density and soil moisture on the habitat selection of the dung beetleTyphaeus typhoeus in the Netherlands

Summary In the Netherlands, the dung beetleTyphaeus typhoeus (Col., Geotrupidae) is confined to sandy and loamy sandy soils. Experiments were carried out in the laboratory and in the field to ascertain the effects of soil bulk density and soil moisture on various aspects of the reproductive behaviour and development of this dung beetle. Some of the results were validated under natural field conditions. The nesting burrows were shown not to penetrate beyond the upper level of the soil moisture saturation zone. The depth of the burrows was not influenced by the bulk density in moist and free-drained sandy soils. Lower bulk densities of the soil were shown to result in fewer dung sausages being made, even when sufficient dung was availabe to provide for the larvae. This phenomenon was attributed to a behavioural response from the dung beetles. The critical bulk density in the field appeared to be approximately 1.40 × 10³ kg/m³. The survival rate of eggs and larvae was shown to be adversely affected by conditions of high soil moisture (> 20% by volume) at the depths where the larvae develop. Evidence is given for a low survival rate of larvae at conditions of low soil moisture (pF > 2.7) at these depths. The impact of certain other soil factors is discussed.Communication no. 280 of the Biological Station, Wijster, The Netherlands