大地电导率仪EM38-MK2数据分析与应用拓展研究

采用EM38-MK2测量了0.75m位水平和垂直模式下的表观电导率,并分析其差异性.结果表明,垂直模式下平均△E比水平模式下大18 mS/m,且二者线性相关.建立回归模型时,应结合具体数据选择多种模型拟合对比,以确定最优模型,建议0.75m层位数据取(EH0.75+Ev0.75)/2.     

基于EM38-MK2的滨海土壤电导率精确解译模型

以黄河三角洲为研究对象,通过土壤样品分层采集进行室内分析获得土壤电导率(1∶5)及采用EM38-MK2在采样点测量水平和垂直模式下土壤表观电导率,应用回归及多元逐步回归模拟分析的方法,研究土壤表观电导率与不同深度土层土壤电导率的相关性,并进行精度验证,以获得基于新型电磁感应仪的不同剖面深度处土壤电导率精确解译模型,实现区域尺度土壤盐分在不同剖面深度处空间分布格局快速评定.研究结果表明:多模式下测定的土壤表观电导率与不同土层土壤电导率呈现不同程度的显著性相关;联合多模式下土壤表观电导率解译土壤电导率的精度高于单一模式;表层土壤电导率协同土壤表观电导率可以提高亚表层及底层土壤电导率的预测精度.本研究可以为快速调查土壤盐渍化及盐渍土改良与利用提供思路,以节约成本和提高效率.     

废弃地复垦土壤重金属空间格局及其与复垦措施的关系

基于经典统计学、变异函数理论以及经验贝叶斯克里格法,以西南地区某历史遗留硫磺矿废弃地为研究对象,从点与区域两方面系统分析其复垦土壤重金属空间分布特征,揭示其与复垦措施的量化关系。结果表明,经典统计学、变异函数理论以及经验贝叶斯克里格法相结合方法用于揭示硫磺矿废弃地复垦土壤重金属空间分布格局是可行和科学的。该硫磺矿废弃地复垦土地的5种土壤重金属的变异系数均较大,这与复垦土壤无序、易变以及空间均匀性和突变性统一的特征相符合。土壤重金属富集系数均在2以上。在历史矿山开采、复垦措施和地形地貌的共同作用下,不同土壤重金属在全局空间上具有一定的相似,在南北和东西方向均基本呈现两头低和中间高的倒U字形趋势。绝大多数复垦土壤重金属的块基比在50%,复垦过程中覆土、培肥和土壤pH值调节措施等随机因素在各重金属的空间变异中占主导作用。无论是何种重金属,一区东部、二区北部、四区西部均呈现较高的重金属含量;一区和二区西部、三区北部地区含量相对较低。复垦为林地和草地的重金属平均含量均高于耕地,对于复垦为耕地后续需进一步防控重金属污染,特别是Cd元素;随着有效土层厚度的逐渐增加,土壤重金属总体呈下降趋势。有效土层厚度在30~100 cm之间土壤重金属无明显差异,建议研究区复垦覆土后有效土层厚度达到100 cm以上。随着土壤pH值变小,复垦土壤重金属总体呈上升趋势,通过调控pH值来降低土壤重金属含量需要持续保证在一定范围,建议研究区pH值持续控制在7~8。     

开采沉陷区不同复垦技术下复垦土壤压实的空间变化

土壤的压实往往造成土壤结构的破坏和土壤的退化。试验对开采沉陷区采用不同复垦技术的复垦土壤进行土壤压实的测定,分析结果表明,在垂直方向上土壤的压实呈现一定的变化规律。泥浆泵复垦的田块在土壤深度5~10 cm处,平均压实度最大,在30 cm处,压实度最小,是由于含水的饱和状态泥浆难以排泄水分引起。铲运机复垦的田块和未复垦的田块,压实度随着深度的增加,压实度逐渐增加。总体上,铲运机复垦田块的平均压实度最大,其次为未复垦田块,泥浆泵复垦田块最小,通过横向对比,铲运机与未复垦田块的变化类似,压实度均呈一定范围的剧烈波动,而泥浆泵复垦田块压实度变化平缓,这与泥浆有一定的流动性有关。因此,泥浆泵复垦对土壤的破坏影响更为严重,技术存在一定的缺陷,有待进一步改进。     

多约束条件下复垦土壤水分的微波探测及标定

探地雷达(GPR)是一个采用微波技术对地下目标进行无损探测的技术,试验旨在揭示复垦土壤在多盐分及多重金属污染条件下,不同水分系列对探地雷达的影响程度,试验采用中心频率为400 MHz的天线。GPR探测的体积水分含量与烘干法存在较大的误差,在体积水分含量达到40%左右,二者的测量值非常接近,随着水分含量的降低,误差增大。GPR探测的体积水分含量、复垦土壤电导率、复垦土壤孔隙度密切相关。通过拟合,建立了复垦土壤体积水分含量的数学模型。能够提供实时的大田规模土壤水分数据,解决了复垦田块有效灌溉管理关键技术。     

矿区复垦土壤种植小麦的重金属安全性

为分析矿区充填复垦土壤种植农作物的生态安全性,以中国徐州市柳新矿区复垦场地为例,对照当地农田土壤,对充填场地种植小麦不同部位As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn 7种重金属元素含量进行检测,分析了Cd、Cr在成熟小麦不同器官中的分布、富集情况,并利用单项污染指数法和综合指数法对小麦籽粒进行了风险评价。结果表明,三场地中Cd 和Hg在未成熟苗中的含量小于成熟茎中的含量,Cr、Cu和Zn则与之相反,Pb和As的含量规律性不太明显;复垦场地小麦未成熟根的重金属含量都小于成熟根中的含量;比照地中除Cr 和Zn之外,其余元素在未成熟根中的含量均大于成熟根的含量;参照粮食污染限量标准,小麦籽粒中Cd和Cr含量均超标。风险评价显示三场地小麦籽粒中Cd、Cr单项污染指数达到轻度至重度水平,综合污染指数处于轻度污染至中度污染水平之间。该研究对矿区粮食安全的监控具有重要的实际应用价值。     

不同有机肥对矿区复垦土壤磷素矿化特征研究

【目的】探究不同有机肥对采煤塌陷复垦土壤磷素的矿化特征。【方法】采用室内培养试验,以不施肥处理为空白处理(CK),研究了施用3种有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)对矿区复垦土壤速效磷的动态变化,并综合其矿化过程中的磷酸酶活性及磷转化强度,分析了不同有机肥对矿区复垦土壤磷生物有效性的影响。【结果】①在整个室内恒温培养过程中,各施肥处理的速效磷量均随培养时间延长呈下降趋势,不同培养时期速效磷量大致呈现出:鸡粪>猪粪≥牛粪>化肥>CK。培养结束时(105d),鸡粪、猪粪和牛粪处理较化肥处理显著提高了土壤速效磷量(18.56%~37.09%);鸡粪处理较猪粪和牛粪处理速效磷量显著提高了11.93%~15.62%,而猪粪和牛粪处理间差异不显著;②在整个室内恒温培养过程中,拟二阶动力学模型能较好地反映各施肥处理速效磷释放过程,其次为Elovich模型和幂函数模型,而粒内扩散模型拟合效果较差。③在整个培养时期施有机肥处理的磷酸酶活性显著高于化肥处理,提高幅度为39.14%~120.70%。④培养前期(0~14 d),猪粪处理与化肥处理对土壤有机磷转化强度影响较大,二者间差异不显著,且猪粪处理较牛粪、鸡粪处理能显著提高有机磷转化强度,分别提高了41.51%和86.52%;在培养中后期(42~105d)各施肥处理的有机磷转化强度差异均不显著。【结论】施用有机肥能促进矿区复垦土壤磷素矿化,其中鸡粪较猪粪和牛粪对提高土壤有效磷量作用更为明显。     

生物炭种类与施量对新复垦区土壤水分入渗过程的影响

为探究不同种类生物炭与其施量对新复垦区土壤水分入渗过程的影响,设置2个生物炭种类（玉米秸秆生物炭A、水稻稻壳生物炭B）和3个施量梯度（2%、4%和8%）以及不施加生物炭（CK）共7个处理,进行垂直一维积水入渗试验。结果表明：除低施量水稻稻壳生物炭处理（B2）外,添加生物炭延缓了新复垦区土壤水分入渗过程,玉米秸秆生物炭优于水稻稻壳生物炭。添加2%、4%和8%玉米秸秆生物炭处理（A2、A4、A8）随施量增加,入渗时间逐渐延长,与CK相比,入渗时间分别延长35.0%、46.0%和59.1%;而水稻稻壳生物炭组中仅4%施量处理（B4）延缓了水分入渗,入渗时间较CK增加28.5%。同时,添加生物炭降低了土壤初始入渗率及相同入渗时间内的湿润锋运移距离和累积入渗量,生物炭种类及其施量对这3项指标的影响与对入渗时间的影响规律相似。添加生物炭均提高了土壤表层含水率,增幅2.2%～20.3%,且两种生物炭在高施量处理条件下土壤保水能力明显优于中、低施量。湿润锋运移距离与时间符合幂函数关系,Philip模型能较好地模拟不同种类及施量生物炭处理下新复垦土壤的水分入渗过程。总体来讲,添加8%玉米秸秆生物炭处理有利于改善新复垦区土壤水分下渗快、保水能力弱的问题。     

长江河口地区典型地段土壤盐分特征研究

运用电磁感应仪EM38,结合GIS技术和地统计方法对长江河口地区典型地段土壤含盐量的空间变异性进行研究。结果表明,3个研究区土壤盐分含量的变幅有较大差异,其中以寅阳镇为最大,其次为大兴镇,北新镇土壤盐分变化幅度最小;各研究区土壤盐分含量均符合正态分布且均属于中等变异强度;各研究区的土壤盐分含量均表现为强的空间相关性,寅阳镇和北新镇土壤盐分含量半方差函数均符合球状模型,大兴镇土壤盐分含量半方差函数为指数模型。Kriging插值结果表明,各研究区土壤盐分的空间分布均呈现出条带状和斑块状格局;从空间尺度上来看,研究区土壤盐分南部高于北部;3个研究区土壤盐分含量具有明显的差别,寅阳镇土壤盐分含量明显高于其他2个镇,北新镇土壤盐分含量最低。     

施肥对采煤塌陷复垦土壤团聚体组成及其碳、氮分布的影响

【目的】研究施肥对采煤塌陷复垦土壤团聚体组成及其碳、氮分布的影响,为改善采煤塌陷复垦土壤的物理团粒结构与化学性质,促进复垦土壤碳氮循环与利用提供一定理论基础。【方法】以山西省晋城市采煤塌陷复垦区土壤为研究对象,在常规灌溉条件下,以不施肥处理为对照(CK),研究了有机肥、无机肥、有机无机肥配施3种施肥处理对0～20、20～40 cm土层团聚体组成及碳、氮分布的影响。【结果】与CK相比,有机肥处理显著增加了土壤>2mm和1～2 mm粒级团聚体量,降低了0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒级微团聚体量,单施化肥较有机肥处理提高了微团聚体量。单施有机肥、有机无机肥配施处理土壤的平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)显著高于单施化肥处理,分形维数(D)低于化肥处理。有机肥处理土壤有机碳、全氮量最高,有机无机肥处理配施次之,单施化肥处理显著低于有机肥处理;土壤有机碳、全氮主要分布在>2 mm、1～2 mm、0.25～1 mm粒级大团聚体,显著高于0.053～0.25 mm、<0.053 mm粒级小团聚体;有机肥处理、有机无机肥配施处理土壤>2 mm、1～2 mm、0.25～1 mm粒级团聚体中的有机碳、全氮量要显著高于单施无机肥处理的。各施肥处理土壤1～2 mm、0.25～1 mm粒级团聚体有机碳、全氮贡献率较高,显著高于其余粒级。有机肥、有机无机配施处理各级团聚体(除0.053～0.25 mm外)的C/N值显著高于CK,而单施化肥处理与CK差异不显著。【结论】不同施肥处理(尤其是有机肥)提高了复垦土壤大团聚体量,增强了团聚体稳定性,提高了团聚体有机碳、全氮量。     

Delineating water management zones in a paddy rice field using a Floating Soil Sensing System

Paddy rice fields are kept inundated during most of the growing period. This requirement is challenging to achieve because of the lack of suitable technologies to detect rapidly percolation prone zones within these fields. The objective of this study was to evaluate a methodology to identify water leakage areas to support precision soil–water management at a within-field level. Therefore, a Floating Sensing System (FloSSy) was designed to record the soil apparent electrical conductivity (EC_a) of a paddy field both under dry and inundated conditions using the electromagnetic induction sensor EM38. Comparison of EC_a data sets obtained under inundated and dry conditions showed that the EC_a measurements under inundated condition (EC_a-i) were more strongly related to soil properties due to the absence of variability in soil moisture and the increased stability of the floating sensing platform. Therefore, we proceeded with the EC_a-i measurements and grouped them into two classes using a fuzzy k-means classification method. These classes showed significant differences in water infiltration: lower EC_a values represented a higher infiltration rate and vice versa. This effect was attributed to differences in soil texture, more specifically the sand content, and its effect on water retention. It was concluded that an EC_a-i survey with FloSSy allowed the detection of soil heterogeneity linked to downward water fluxes which has a potential to support precision soil–water management in inundated fields.     

农村生活再生水灌溉调控对稻田养分的影响

选择符合农田灌溉水质要求的3种灌溉水源(农村生活污水一级处理水R1、二级处理水R2、河道清水R3),3种灌溉水位调控(低水位W1蓄污(雨)上限为50～70 mm,中水位W2蓄污(雨)上限为50～100 mm,高水位W3蓄污(雨)上限为50～150 mm),用以开展不同灌溉水源和水位调控对稻田土壤氮素和有机质养分的影响研究.研究结果表明,农村生活污水再生灌溉稻田0～40 cm土层土壤氮素以NH₄⁺-N为主,NO₃-N含量较低,NH₄⁺-N相对比较稳定,且呈此消彼长的变化趋势,NO₃^--N更易于随水分向下迁移和累积;农村生活污水一级处理水灌溉可以显著提高土壤有机质含量;不同水位调控对60～80 cm土层NO₃^--N含量变化影响具有统计学意义(P<0.05),不同水源灌溉对0～20 cm土层土壤有机质含量影响具有统计学意义(P<0.05);再生水灌溉能显著提高水稻产量,R1水源灌溉条件...     

Soil salinity in Aceh after the December 2004 Indian Ocean tsunami

The 2004 Indian Ocean tsunami inundated about 37,500 ha of coastal farmland in Aceh, and crops planted after the tsunami were severely affected by soil salinity. This paper describes the changes of soil salinity over time on tsunami affected farms and the implications for resuming crop production after natural disasters.Soil salinity and salt leaching processes were assessed across the tsunami affected region by measuring soil apparent electrical conductivity (ECa) using an electromagnetic induction soil conductivity instrument (EM38) combined with limited soil analysis. The ECa was measured 5 times between August 2005 and December 2007 in both the vertical (EMv) and horizontal (EMh) dipole orientations at 23 sites across Aceh. The level of salinity and direction of salt movement were assessed by comparing changes in mean profile ECa and relative changes in EMv and EMh.Eight months after the tsunami the average soil salinity in the 0-1.2 m soil depth varied from ECe 22.6 to 1.6 dS m⁻¹ across sites in the affected region and three years after the tsunami it varied from 13.0 to 1.4 dS m⁻¹. Soil salinity tended to be higher in rice paddy areas that trapped saline tsunami sediments and held seawater for longer periods. Leaching of salts occurred slowly by both vertical displacement and horizontal movement in surface waters. Hence, soil salinity persisted at a level which could reduce crop production for several years after the 2004 tsunami. High soil salinity persisted three years after the tsunami even though there had been more than 3000-7000 mm of accumulated rainfall to leach salts. The slow leaching is likely to have been due to the loss of functional drainage systems and general low relief of the affected areas.Monitoring of soil salinity with EM38 assisted local agricultural extension agencies to identify sites that were too saline for crops and determine when they were suitable for cropping again. The methodology used in this study could be used after similar disasters where coastal agriculture areas become inundated by seawater from storm surges or future tsunamis.     

耕层厚度对华北高产灌溉农田土壤有机碳储量的影响

针对华北平原长期少免耕可能导致的耕层变浅、变紧的问题,通过人为设置不同耕层厚度试验,采用等质量土壤有机碳库储量和层化比的研究方法,研究了4种耕层厚度（10、20、30、40 cm）水平下0～50 cm土壤有机碳的变化。2 a的田间试验结果表明,不同耕层厚度对土壤有机碳含量有显著差异,与2007年试验开始时相比,土壤有机碳质量分数都不同程度下降,下降幅度为22%～48%。利用等质量计算方法表明20 cm耕层厚度的处理土壤有机碳储量最高。通过层化比的研究表明,随着时间的推移,20 cm的耕层厚度层化比最高,其     

再生水灌溉对稻田重金属分布的影响

以南方稻田为研究对象,以再生水安全灌溉调控为目标,基于田间试验,研究了不同灌溉水源(农村生活污水一级处理水R1、二级处理水R2、生态塘净化水R3和河道清水R4)、不同灌溉调控(低水位W1、中水位W2和高水位W3)对土壤-作物典型重金属(镉Cd、铅Pb、铬Cr、铜Cu、锌Zn)质量比变化的影响,分析了农村生活再生水灌溉调控对土壤重金属生态风险.研究表明,农村生活污水再生灌溉稻田Cd, Pb质量比略有升高,Cr, Cu, Zn含量下降;水稻植株各部分器官重金属质量比按植株器官排序从大到小依次为茎,稻米≈叶,重金属组成从大到小依次为Zn, Cr, Pb, Cd,相对灌溉水源,水位调控对水稻植株各部分器官重金属质量比累积影响较小,再生水灌溉条件下水稻籽粒重金属质量比并未明显增加,符合稻谷污染物的限量要求;农村生活污水再生灌溉稻田Cd生态风险系数最高,Cu和Pb次之,Cr和Zn风险系数较低,R3水源灌溉下土壤重金属污染潜在生态风险最低,总体上,再生水灌溉并未对土壤造成严重污染,但长期进行再生水灌溉是否会造成重金属污染风险持续增加有待研究.     

应用电导法实时测定磷酸氢二铵和氯化钾混合肥液浓度

[目的]通过电导率(EC)准确反应水肥一体化条件下磷酸氢二铵和氯化钾不同配比值的肥液质量浓度.[方法]测定了一定质量浓度范围(2～10 g/L)和温度范围(20～45℃)内不同磷酸氢二铵和氯化钾配比混合肥液的EC值,并基于灰色关联分析(GRA)法研究了质量浓度ρf、温度T和配比值rv对磷酸氢二铵、氯化钾混合溶液电导率的...     

滴灌均匀系数对土壤水分和氮素分布的影响

为了确定滴灌均匀系数的设计与评价标准,在日光温室内研究了滴灌施肥灌溉均匀性和施氮量对土壤水氮分布特性的影响。试验中滴灌均匀系数（Cu）设置0.62、0.80和0.96 3个水平,施氮量设置150和300 kg/hm2 2个水平。土壤含水率和电导率采用沿毛管均匀布置的TDR探头（Hydra Probe）连续监测,并定期取土样测试土壤硝态氮和铵态氮含量。结果表明,在作物生育期内3种滴灌均匀系数处理的土壤含水率一直保持很高的均匀系数,滴灌均匀系数和施氮量对土壤含水率均值及其均匀系数的影响均不显著（α=0.05）。土壤电导率及硝态氮含量的均匀性在很大程度上取决于土壤初始氮素含量的均匀性,其均匀系数低于土壤含水率的均匀系数,滴灌均匀系数的影响也不显著。从获得均匀的土壤水氮分布的角度出发,现行滴灌均匀系数标准尚有降低的空间。