露天矿区排土场复垦地土壤容重差异、GPR特征识别与反演

为揭示复垦地不同剖面土壤容重的总体特征和深度差异,以中煤平朔安太堡露天矿南排土场为研究对象,基于探地雷达(GPR)图像特征分析土壤容重差异,构建介电常数与土壤容重之间的关系。分析方法采用环刀采样称重法、探地雷达探测法、方差分析法、拟合分析法等。结果表明:矿区排土场平台土壤容重大于边坡,边坡坡度越大,土壤容重越小。在土壤含水率较小时,各个剖面0～30 cm处有较多大振幅信号,土壤容重较小,探地雷达信号图上大振幅信号的多少与土壤容重大小成反比。土壤容重随介电常数的增大而呈线性增加趋势,且二者拟合后的R~2值达0.813 9,相伴概率小于0.01。研究表明,矿区排土场不同位置及同一剖面不同深度土壤容重大小差异明显,通过探地雷达可对土壤容重差异进行分析。     

黄土丘陵区侵蚀环境不同坡面及坡位土壤理化特征研究

研究了黄土丘陵区纸坊沟流域阴阳坡面及不同坡位土壤水分、物理和养分特征,结果表明,与坡顶距离越远,表层土壤含水量由小变大。阴坡蒸发量小,土壤含水量较大。容重阴坡<阳坡,距坡顶越远,土壤容重、非活性孔度越小,孔隙比、活性孔度越大,同一坡向阳坡随土层加深土壤容重增大,阴坡表层土壤容重增加幅度较下层小,容重在剖面趋于均化。阴坡对土壤的改善优于阳坡,有利于植被生长。表层土壤全氮含量阴坡>阳坡,且随土层加深而减少。全氮和有机质在坡中下部累积。全磷在不同坡向和坡位变化不明显。速效钾在各坡位变化幅度较小且阴坡>阳坡。阴阳坡土壤各养分有向表层富集的趋势。坡面土壤容重与土壤孔隙比、活性孔度、毛管含水量和有机质呈极显著负相关,与土壤非活性孔度和表层土壤含水量呈显著正相关,土壤有机质和土壤全氮、速效钾呈极显著正相关。在对坡面进行植被恢复时,需结合坡面土壤变化规律,因地制宜,合理利用和开发土地资源,促进植被恢复演替。     

黄土丘陵区侵蚀环境不同坡面及坡位土壤理化特征研究

研究了黄土丘陵区纸坊沟流域阴阳坡面及不同坡位土壤水分、物理和养分特征,结果表明,与坡顶距离越远,表层土壤含水量由小变大。阴坡蒸发量小,土壤含水量较大。容重阴坡〈阳坡,距坡顶越远,土壤容重、非活性孔度越小,孔隙比、活性孔度越大,同一坡向阳坡随土层加深土壤容重增大,阴坡表层土壤容重增加幅度较下层小,容重在剖面趋于均化。阴坡对土壤的改善优于阳坡,有利于植被生长。表层土壤全氮含量阴坡〉阳坡,且随土层加深而减少。全氮和有机质在坡中下部累积。全磷在不同坡向和坡位变化不明显。速效钾在各坡位变化幅度较小且阴坡〉阳坡。阴阳坡土壤各养分有向表层富集的趋势。坡面土壤容重与土壤孔隙比、活性孔度、毛管含水量和有机质呈极显著负相关,与土壤非活性孔度和表层土壤含水量呈显著正相关,土壤有机质和土壤全氮、速效钾呈极显著正相关。在对坡面进行植被恢复时,需结合坡面土壤变化规律,因地制宜,合理利用和开发土地资源,促进植被恢复演替。     

初始含水量对黑土坡面养分流失的影响

为了深入了解初始含水量对黑土坡面养分流失的影响特征,采用室内模拟降雨的方法,对不同初始含水量条件下的黑土坡面养分(N、P、K)流失进行研究。结果表明:黑土中硝态氮的流失量随初始含水量增大而增加,在初始含水量较低时以淋失为主,在初始含水量较高时则以随坡面径流流失为主;黑土中速效磷和速效钾流失量随初始含水量的增大表现为先减少后增加,二者流失量与土壤初始含水量呈近似抛物线关系。通过分析确定黑土最优初始含水量为20%~21.27%。     

坡面土壤水分特性的空间变异及其水库贮量

利用地统计学方法研究了我国西南丘陵区坡面土壤水分特性的空间变异。结果表明:西南丘陵区坡面土壤水分特性在不同的剖面深度具有一定的空间结构,可用纯块金效应模型、线性模型、指数模型和球状模型进行拟合;土壤水分特性变异为含水量>萎蔫含水量>田间持水量>饱和含水量>容重,变异系数都介于1%～100%之间,均属中等变异;水分特性随剖面深度表现出一定的变化规律,但半方差模型各参数随土壤深度无明显变化规律;土壤水库容为:有效水库容>通透库容>无效水库容,其空间分布主要受土层厚度和地形影响。     

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。     

利用黑土层厚度评价东北黑土区土壤生产力——以鹤北小流域为例

东北黑土区是中国重要的粮食生产基地,自开垦以来,土壤生产力退化严重。探索简易可行的黑土生产力评价方法,可为合理利用和保护黑土资源提供科学依据。以位于典型黑土区北端的鹤北小流域为例,基于黑土厚度和土壤理化性质的野外调查,构建了用黑土层厚度评价土壤生产力的方法。结果表明,黑土层厚度与土壤生产力水平间呈对数关系,当黑土厚度小于40-50 cm时,随着厚度增加,土壤生产力增加明显;当黑土厚度大于40-50 cm时,随厚度增加土壤生产力增加速度减缓。多年大豆单产及当地土地分等定级的双重验证表明用黑土层厚度评价土壤生产力简易可行,能够揭示土壤生产力的空间分异。研究区耕作方式对土壤生产力影响显著:同一地块内从坡顶到坡脚生产力呈增加趋势,但在等高种植情况下,地块土壤生产力差异较小,顺坡或与等高线交叉情况下,地块土壤生产力差异较大。     

黄土高原样带典型地貌类型坡面土壤水分分布特征及其差异

为掌握黄土高原典型地貌类型丘陵沟壑区和高塬沟壑区的坡面土壤水分分布特征,选取3个典型坡面(长武高塬沟壑区,安塞丘陵沟壑区,神木丘陵沟壑区(风蚀水蚀交错区)),分析3个坡面土壤水分的时空分布和对应环境因素的分布特征,并采用地统计分析比较不同地貌类型坡面土壤水分的差异。根据不同地貌类型区坡面土壤含水量变异系数(CV)平均值的剖面变化,0 ~ 500 cm土壤剖面可以划分为速变层(0 ~ 40 cm)、活跃层(40 ~ 100 cm)、次活跃层(100 ~ 200 cm)和相对稳定层(200 ~ 500 cm);除丘陵沟壑区坡面0 ~ 40 cm和100 ~ 200 cm土层外,其他土层土壤含水量均具有较好的空间结构特征,理论半方差函数模型可对其进行较好的模拟,拟合模型结果一般表层土壤含水量为球状模型,深层土壤含水量为高斯模型;由于地形、土壤和植被等因子空间分布的差异性,高塬沟壑区坡面土壤含水量的空间变化与容重、海拔高度和最大叶面积指数有显著相关关系(P<0.01),而丘陵沟壑区和风蚀水蚀交错区坡面土壤含水量的空间变化分别只与最大叶面积指数和土壤质地有显著相关关系(P<0.05)。黄土高原典型地貌类型区不同土层间土壤含水量差异较大,地统计分析可以很好地表达坡面水分的空间异质性。     

基于探地雷达的滨海盐渍土表层含水量测定研究

本研究选取了17个植被类型不同或长势不同的典型地块,利用250 MHz中心频率探地雷达,采用固定间距法和共中心点法两种测量方法,分析电磁波信号对土壤剖面特性变异分层的响应特征,提取地面波和表层反射波的传播速度,代入常用的11个土壤介电常数—含水量经验模型,反演表层土壤(0~30 cm)体积含水量。GPR图像可清晰识别0~1m土层的空气波、地面波和反射波信号;GPR反演体积含水量与农田表层土壤实测质量含水量的相关系数可达0.8以上,其中以Topp模型与巨兆强模型的相关系数最高,朱安宁粉砂黏潮土的θ~ε经验模型的平均反演误差为0.012 m~3 m~(-3);对于表层土壤盐分较高的地块,反射波信号反演表层土壤含水量的效果优于地面波;表层土壤扰动越大,雷达波信号提取误差越大,GPR反演含水量的精确度越低。     

六盘山华北落叶松林坡面的土壤含水量时间稳定性

在宁夏六盘山选择华北落叶松林坡面,利用TRIME-PICO土壤水分测定仪,在2015年5—11月对48个测点分12次测定了不同厚度土层(0—20,0—40,0—60cm)的体积含水量的时间动态,并采用累积概率函数、相对偏差及Spearman秩相关系数等方法,分析评价了坡面土壤体积含水量的时间稳定性。结果表明:土壤体积含水量在时间和空间上均存在中等变异,且变异程度随土层加厚而逐渐降低,表现为0—40,0—60cm土层体积含水量的累积概率在干旱和湿润2种极端条件下的变化均小于0—20cm土层。0—20,0—40,0—60cm土层体积含水量的平均相对偏差的变化范围分别为(-43.5%)~(47.9%),(-42.9%)~(49.9%)和(-46.9%)~(40.0%);平均相对偏差的标准差(SDRD)呈现出随土层加厚而逐渐降低的变化趋势,在0—20,0—40,0—60cm土层依次为11.1%,8.3%,7.8%。在整个研究期间,Spearman秩相关系数在不同土层厚度条件下始终保持较高水平(0.7以上),且呈极显著相关,坡面上不同土层的体积含水量具有较高的时间稳定性。基于土壤含水量的时间稳定性特征,确定了研究坡面上不同土层厚度的体积含水量平均值的代表性测点,可利用这些代表性测点的土壤体积含水量测定值估计相应土层厚度的坡面平均值。     

土壤动物在农业生态系统中的研究进展

近些年来随着对生态学的深入研究,人们认识到土壤动物的群落结构、功能以及在生态过程中积极的不可替代的作用,土壤动物逐渐成为生态学研究的热点之一。本文分析评价了国内关于土壤动物的研究进展。同时对国外土壤动物在土壤环境评价、凋落物分解、土壤健康的指示作用、与污染环境的关系、二氧化碳浓度对其的影响、在农业生态系统中的作用、在城市生态系统研究中的作用、在废弃物处理及土壤改良中的应用、在N循环中的作用、湿地土壤动物研究等10个方面的研究动态进行了综述。并提出了对土壤动物研究工作的几点建议。     

四种土壤管理方式对李园土壤微生物和土壤酶的影响

通过2003~2004两年的试验发现,刈割覆盖、刈割压埋、畜粪还园三处理纤维分解菌和硅酸盐细菌的数量均明显高于清耕处理(对照),且两种微生物数量均以夏季最多,秋季次之,春季再次,冬季最少。前三处理蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、纤维分解酶、多酚氧化酶的酶活性都较清耕有显著或极显著提高;各处理酶活性也以夏季最高、秋季次之,春季再次,冬季最低。2004年刈割覆盖、刈割压埋两处理蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性较2003年有显著或极显著增加,畜粪还园、清耕两处理三种酶活性两年间差异很小。经相关性分析还发现,纤维分解菌除与脲酶相关性不显著外,它与其余的酶均显著或极显著正相关;硅酸盐细菌与所有的酶均极显著正相关。     

土壤时空变化研究的进展与未来

理解和表征土壤的时空变化是土壤学的基本任务,也是评估和合理发挥土壤功能的重要前提。土壤的时空变化与气候环境变迁、岩石圈风化、地表物质迁移、生物地球化学循环等圈层变化过程相耦合。围绕土壤时空变化研究的新近进展,本文综述并展望了土壤形成和演变过程、土壤形态学、土壤调查、土壤分类、数字土壤制图与土壤退化的发展态势。未来土壤时空变化研究的关键科学问题主要包括:地球表层系统中土壤与环境要素之间的多过程耦合机理与模拟、多尺度土壤-环境关系与模拟、多元土壤信息的融合机理与数据同化。未来重点研究领域将涉及到关键带科学引领的土壤形成和演变研究、多尺度数字土壤制图与时空变化预测、基于多传感器的土壤综合观测原理与技术、完整和详尽的国家和全球土壤资源清单及共享平台建设、区域土壤资源退化机理及其功能恢复。     

Soil indicator systems ‐ the basis for soil conservation decisions to control soil erosion and soil compaction

The efficiency and acceptance for erosion and compaction control management is not high and therefore not a guarantee for sustainable land use and soil functionality. The best method for increasing acceptance is a regional soil indicator system combined with an environmental indicator system (McRae et al. 2000). Like the concept of “critical load inputs”; for chemical pollutants, this system would make it possible to quantify the soil state and soil condition for decisions concerning the soil carrying or load capacity. The next step is the assessment of the land use pressure on soil in terms of the soil load capacity and the driving forces for land use. These results may determine the response level required: In a balanced situation, Best Management Practices may help ensure sustainability is maintained, slightly disproportional results suggest additional special agricultural management techniques may be needed, while significant differences may indicate the need for additional land use adjustments or changes in technical management. The indicator system is ideal for application in north‐eastern Germany for all moraine areas and the areas at risk to water and wind erosion and soil compaction.     

慈溪市土壤系统分类研究

本文对浙江省慈溪市第二次土壤普查土壤分类系统进行了修订,并建立了慈溪市土壤系统分类,依据浙江省土系建立的原则和要求,初步建立了慈溪市土壤的土族和土系。     

面向土壤系统分类的土壤调查制图方法的初步研究

我国的土壤系统分类方案已经基本形成,但还没有相应的土壤调查方法技术研究。按照传统土壤调查的主要剖面、检查剖面、定界剖面的思想与办法,采用空间内插技术,在研究区的4条实验路线上共挖掘了64个剖面点,通过这些剖面点的诊断层和诊断特性确定了研究区的土壤类型并勾绘了土壤类型界线。再用1条检验路线对勾绘的土壤图进行检查,结果表明,在检验路线上设置的20个检查剖面点中,其中19个剖面点与实际情况相符,正确率95%,说明使用内插法进行面向土壤系统分类的土壤调查制图是可行的。再结合土壤景观可以辅助土壤调查工作者更高效地确定土壤类型、勾绘土壤界线。     

土壤退化时间序列的构建及其在我国土壤退化研究中的意义

我国土壤退化发生广、发展快,后果严重,很多问题亟待解决,加大其研究力度势在必行。显而易见,人们对土壤特性与土壤退化过程了解得越详细,对土壤退化的评估与防治也会越好。因此迫切需要建立大量土壤退化时间序列来明确土壤退化过程中时间因素的作用并帮助人们正确理解和认识土壤退化与人为作用之间的关系。为了得到可靠的结果,土壤退化时间序列的建立需包括起始土壤相似性判定与退化土壤绝对或相对年龄的验证两个重要过程。本文详细论述了土壤退化时间序列的构建过程及应注意的问题,并探讨了土壤时间序列在我国土壤退化研究中的意义,旨在为土壤退化时间序列的正确建立与应用提供较为详尽的参考。     

分形理论在土壤肥力研究中的应用与前景

分形理论的提出对于定量描述复杂的、高度不规则的系统特征与机理提供了方法.本文从土壤腐殖质、土壤微生物、土壤团聚体等方面回顾了分形理论在土壤肥力研究中的主要结果:土壤腐殖质胶体在不同条件下形成不同分形特征的聚合物;同一种微生物可能形成具有不同分形特征的结构;土壤中的有机无机胶体在不同条件下凝聚成不同的团聚体,从而形成不同的土壤结构并对其肥力功能产生影响.我们认为分形理论在探索土壤的形成过程和肥力功能上将具有重要的应用前景:如团粒结构体的形成可能是由土壤胶体分形凝聚而成;土壤中的活性有机质有逐渐老化的现象,可能和腐殖质胶体由结构疏松的分形结构向普通团聚体过渡的过程有关;土壤微生物在不同微环境下具有不同的分形特征,可以推测在各种土壤过程(包括物理、化学以及生物化学过程)中它们的功能也可能是不一样的.此外,土壤结构的开放程度决定孔隙、水分以及空气的分布,从而决定了微生物的生存空间.所以土壤结构体对微生物空间分布的影响也是将来该领域值得研究的内容之一.     

城市化过程对土壤资源影响研究进展

世界范围内的快速城市化过程对土壤资源的质与量都产生了深刻影响.作为一种不可再生性自然资源,土壤在我国快速城市化过程中的强烈人为活动影响下发生功能上的转化、弱化甚至消失.城市及其周边地区的土壤景观、各种土壤过程都明显异于传统的土壤质量演变规律.与农业生态系统相比,城市生态系统更加复杂,城市化过程中土壤演变研究的挑战性也更大.深入开展城市化过程中土壤质、量响应及其生态环境效应的系统研究意义重大.     

Substantial rewetting phenomena on soil respiration can be observed at low water availability

Although metabolic activity of soil organisms is determined by water accessibility, little attention was given to rewetting with different water potentials. Rapid water potential increase induced a respiration pulse in organic layers in laboratory experiments and significant effects could be observed when soil below −6300 hPa was rewetted.