不同配比下复配土的土壤颗粒组成、分形维数与质地变化特征

为探讨砒砂岩与沙复配成土后土壤颗粒及质地变化,采用不同比例的砒砂岩与沙(1∶1,1∶2,1∶5)复配成土进行了小区试验。对种植N年的砒砂岩与沙混合后的复配土颗粒特征及质地变化进行了分析。结果表明:(1) 1∶1复配土中粉粒(0.002～0.05 mm)含量较高,占49.37%,1∶2,1∶5复配土主要是砂粒(0.05～2 mm),含量分别为52.74%,75.55%。(2)复配土颗粒体积分形维数表现为1∶11∶21∶50∶1;(3)土壤体积分形维数和黏粒体积含量呈显著的正相关关系,而与粉粒和砂粒的体积含量相关性较小;(4)在风沙土中添加不同比例的砒砂岩后,砂土(0∶1)质地逐步发生从砂土—壤砂土(1∶2,1∶5)—砂壤土(1∶1)—粉砂壤(1∶1)的转变。结论表明:土壤颗粒越细粒,土壤颗粒体积分形维数越高,可很好地表征沙地质地结构变化;随着种植年限的增加,1∶1复配土地质地变化最为显著。砒砂岩中的黏粉粒改善了风沙土结构,表明砒砂岩可作为改良风沙土的材料。     

半湿润地区改良风沙土土壤性质研究

分析了改良前后半湿润沙荒地的机械组成,土物理性状,化学性质和土壤水分特征的变化,结果表明半湿润沙地改良后,０－１００ｃｍ土层的细沙粒和粉沙粒数量增加,粗沙粒数量减少;土壤抗风蚀性增加６－１０倍;土壤保水性能大大增加;壤质沙土的土壤水分含量提高了５０％－１００％,有机质增加了１－３倍。证明了半湿润风沙土地逆转的可能性。     

应用吸管法进行风沙土机械组成分析的实验研究

土壤机械组成分析就是指土壤粒径分析，即测定组成土壤的不同直径颗粒的含量。通过机械组成分析可以定量地了解土壤质地的粗细、理化性状、肥力状况及土壤的发育情况。经过从毛乌素沙地、腾格里沙漠和浑善达克沙地等几个区域采样实验，探讨了用吸管法测定风沙土机械组成的实验控制。结果显示：在司托克斯原理指导下的吸管法测定风沙土机械组成的实验中，传统吸管法的10cm深抽样条件下粉粒与黏粒段不能正常测定。8cm深抽样条件下，振荡分散1h有20％的样在粉粒与黏粒段的测定结果有悖实际，煮沸分散1h与煮沸分散10min两种测定结果在砂、粉、黏三段内的变异系数较大。经对比分析，在用吸管法测定风沙土机械组成实验中，以煮沸分散1h，抽样深8cm的实验效果良好。     

沙地柏人工林和天然林风沙土特性研究

为了深入了解固沙植被恢复对土壤理化性质的影响,以毛乌素沙地东南缘沙地柏人工林和天然林为研究对象,通过收集灌丛下5个土层(0-100 cm)的土壤样品,分析其土壤颗粒组成及8个理化指标,探讨了沙地柏生长对风沙土特性的影响。结果表明:研究区土壤粒度组成以砂粒(体积分数97.09%)为主,其次是粉粒和黏粒,并形成以中砂(50.26%)为主的单峰,土壤弱碱性,其养分含量整体水平低,且具有明显表层聚集现象。土壤养分含量与土壤粒度之间存在良好的相关性,表现为土壤有机质、速效钾和盐分含量与细沙物质(粒径<100μm)含量呈线性正相关,与粗砂物质(100~500μm)呈线性负相关。沙地柏生长对风沙土改良效果呈现出人工林16 a树龄优于7 a树龄,天然林地迎风坡优于背风坡。整体上,造林时间增加土壤颗粒的粗细分配趋于良好态势发展,土壤结构优化,土地荒漠化进程减缓。因此,沙地柏可作为毛乌素沙地生态恢复工程的优良灌木。     

三峡库区皇竹草植物篱对坡面土壤分形特征及可蚀性的影响

基于土壤颗粒分形维数及EPIC模型研究定植皇竹草植物篱,对三峡库区坡耕地土壤分形特征及土壤可蚀性的影响作用。结果表明：植物篱对坡面土壤粘粒的拦截作用显著,粘粒在篱前富集含量升高;土壤分形维数与土壤砂粒含量呈负相关,与粉粒、粘粒含量呈正相关,总体上表现为：粘粒〉砂粒〉粉粒,土壤颗粒分形维数值受细颗粒含量的影响作用显著;土壤可蚀性K值与土壤砂粒含量呈极显著的正相关,相关系数为0.870;与土壤粉粒含量、粘粒含量、有机碳含量、团聚度及土壤颗粒分形维数呈负相关,相关系数分别为-0.538,-0.739,-0.603,-0.486,-0.538;有机质及粘粒含量的高低是反映库区土壤抗侵蚀能力强弱的有效指标。皇竹草植物篱带间距对三峡库区坡耕地土壤颗粒分形特征及可蚀性的影响作用总体上表现为：4.5 m带间距〉5.5 m带间距〉7.5 m带间距。库区10°坡耕地篱带间距布设在6 m以内时,植物篱对改善坡面土壤分形特征、降低坡面土壤可蚀性、控制农业面源污染的作用最显著。     

毛乌素沙地风沙土粒径和矿物组成对固定态铵含量的影响

固定态铵是土壤氮素的一种重要形态,对植物生长具有十分重要的作用;然而,风沙土中固定态铵的含量及其影响因素目前并不清楚,限制着对沙地土壤肥力来源及其维持机制的认识。该研究测定了毛乌素沙地裸沙地、沙柳（Salix psammophila）和油蒿（Artemisia ordosica）林地风沙土固定态铵的含量,并分析了土壤粒径及矿物组成对其的影响。结果显示：1）研究区土壤固定态铵平均含量为18.63 mg/kg,占土壤氮库的8.77%,不同植被下土壤中固定态铵含量存在明显差别,油蒿林地土壤固定态铵含量（23.03±1.88 mg/kg）显著高于裸沙地（16.63±0.61 mg/kg）和沙柳林地（16.82± 1.25 mg/kg）;2）风沙土粒径组成与固定态铵含量显著相关,粒径越细,固定态铵含量越高,粒径越粗,含量越低;3）风沙土矿物组成与固定态铵含量间无显著关系。研究表明,毛乌素沙地风沙土中固定态铵含量取决于土壤物理构成而非矿物化学组成,植被主要通过影响粒径组成而影响其含量。固定态铵是荒漠土壤肥力的重要组成部分,通过植被建设增加土壤细粒物质,有利于提高固定态铵含量,对土地荒漠化治理和生物生产力的提高具有十分重要的意义。     

PLA平铺沙障对沙丘土壤颗粒分形特征的影响

采用室外调查与室内分析相结合的方法,统计分析了毛乌素沙地PLA沙障铺设5年后的土壤颗粒粒径组成、分形维数及其与土壤砂粒(0.05 mm)、粉粒(0.05~0.002 mm)和黏粒(0.002 mm)含量的之间的关系。结果表明:研究区沙物质颗粒主要以粒径大于0.05 mm的细沙、极细沙为主。设置PLA沙障后,导致沙丘中粗沙含量减少,黏粒物质增加。沙障规格对土壤分形维数的影响表现为规格越小,土壤分形维数越大。沙丘表层分形维数与砂粒含量(0.05 mm)呈极显著的负相关关系,而与黏粒含量呈极显著的正相关关系。该地区颗粒分形维数的临界粒径为0.05 mm粒径物质,低于0.05 mm的颗粒含量越多,分形维数越高,反之则越低。设置PLA沙障后,黏粒物质聚集和沙粒物质的降低共同导致分形维数的增加。     

不同风沙土壤颗粒的分形特征

应用土壤颗粒的重量与粒径分布原理来描述了古尔班通古特沙漠地风沙土壤颗粒的分形特征。通过对10种样品颗粒的机械组成进行分析,分别计算出了它们的分形维数(D=2.3237～2.9347),并分析了其与流动风沙土、半固定风沙土和固定风沙土之间的关系。分析结果表明,风沙土壤结构具有明显的分形特征,其粒径分布分形维数为2～3。土粒表面分形维数与2～0.2mm间的土粒含量存在显著的负相关;而与0.02～0.002mm和<0.002mm的颗粒含量存在显著的正相关,表现为随着土壤质地从流动风沙土、半固定风沙土到固定风沙土的变化,其土粒表面的平均分形维数呈依次增高。土粒表面分形维数与三种典型风沙土壤有机质含量为极显著正相关,而与其硬度为显著负相关。     

水库消落带土壤颗粒组成分形及其空间分异特征

颗粒组成作为土壤的基本物理特性,对土壤结构、力学性质、肥力特征等均有明显影响。降雨径流、波浪和重力等多重营力作用下的消落带土壤侵蚀过程导致表层土壤颗粒发生了重新分布。为了研究水库消落带土壤颗粒组成的空间分异特征,以三峡水库典型消落带为研究对象,在不同海拔位置分别采集了0—10 cm和10—20 cm层的土壤用于测定颗粒组成,并利用分形理论计算出体积分形维数。结果表明:(1)三峡水库消落带土壤颗粒组成以粉粒为主,占总体积的72.6%～86.5%,且随着海拔的增加而升高; 从不同土层深度来看,0—10 cm层黏粒含量明显低于10—20 cm层。(2)消落带不同海拔位置的土壤体积分形维数具有明显异质性,且与海拔呈正相关(R²=0.74),而在不同土层之间具有弱变异性(C_v<2)。(3)体积分形维数与黏粒、粉粒含量均呈显著正相关(p<0.01),与砂粒含量呈显著负相关(p<0.01),且与黏粒的线性相关性最强。综上,消落带土壤颗粒组成在不同海拔存在较大差异(p<0.01),但在土层深度上无显著差异(p>0.01); 150～160 m海拔区间和0—10 cm层土壤具有明显的粗粒化现象。     

内蒙古巴图湾水库库区不同沙障设置初期植物与土壤特征研究

为研究巴图湾水库库区实施防沙措施后土壤与植被的特征,选取了库区的尼龙网沙障、草方格沙障和草绳沙障,采用野外调查和室内分析的方法,对不同程度沙障内的植被及土壤指标进行了测定,初步得出:不同保存程度的尼龙网沙障植被长势存在差异。尼龙网沙障内粒度组成以中沙、细沙为主,细沙含量高于中沙。草方格内沙土0-30cm的中沙和细沙含量最高,30-50cm细沙含量最高,中沙次之,上层较深层沙粒粗。草绳沙障内沙土的粒度组成与尼龙网沙障结果相似,细沙含量最高,中沙次之。三种沙障的土壤全N、全P、全K的含量均较低,无明显差别。沙蒿地上生物量与有机质的变化趋势变化基本一致。     

Comparing surface erosion processes in four soils from the Loess Plateau under extreme rainfall events

This research aims to improve erosion control practice in the Loess Plateau, by studying the surface erosion processes, including splash, sheet/interrill and rill erosion in four contrasting soils under high rainfall intensity (120 mm h⁻¹) with three-scale indoor artificial experiments. Four contrasting soils as sandy loam, sandy clay loam, clay loam and loamy clay were collected from different parts of the Loess Plateau. The results showed that sediment load was significantly impacted by soil properties in all three sub-processes. Splash rate (4.0–21.6 g m⁻²∙min⁻¹) was highest in sandy loam from the north part of the Loess Plateau and showed a negative power relation with the mean weight diameter of aggregates after 20 min of rainfall duration. The average sediment load by sheet/interrill erosion (6.94–42.86 g m⁻²∙min⁻¹) was highest in clay loam from middle part of the Loess Plateau, and the stable sediment load after 20 min showed a positive power relation with the silt content in soil. The average sediment load increased dramatically by rill and interrill erosion (21.03–432.16 g m⁻²∙min⁻¹), which was highest in loamy clay from south part of the Loess Plateau. The average sediment load after the occurrence of rill showed a positive power relation with clay content and a negative power relation with soil organic matter content. The impacts of slope gradient on the runoff rate and sediment load also changed with soil properties. The critical factors varied for different processes, which were the aggregate size for splash erosion, the content of silt particles and slope gradient for sheet/interrill erosion, and the content of clay particles, soil organic matter and slope gradient for rill erosion. Based on the results of the experiments, specific erosion control practices were proposed by targeting certain erosion processes in areas with different soil texture and different distribution of slope gradient. The findings from this study should support the improvement of erosion prediction and cropland management in different regions of the Loess Plateau.     

黄土高原沙棘林地土壤抗蚀性及其指标的研究

通过对黄土高原沙棘资源较丰富的靖边、黄龙、麟游、秦安、交口等县土壤抗蚀性指标的测定与分析,认为水稳性团粒含量是黄土高原土壤的最佳抗蚀性指标,其次是风干率(砂壤土除外),而以微团聚体含量为基础所表示的各种指标不能很好地反映该区土壤的抗蚀性。在地带上黄土高原由北而南抗蚀性递增。     

毛乌素沙地西南缘不同土地利用类型土壤颗粒分形特征

为揭示毛乌素沙地西南缘农田、荒地、草地、灌丛沙堆和林地等土地利用类型的土壤分形特征与防风固沙效果的关系,采用野外取样与室内粒度分析相结合的方法,分析了该区5种土地利用类型的土壤颗粒粒径分布、分形维数以及土层深度与分形维数间关系。结果表明:(1)草地、灌丛沙堆以及林地的土壤粒度组成以极细沙、细沙和中砂为主,耕地和荒地则以粉粒和细砂为主;(2)研究区不同土地利用方式的土壤粒径分布和分形维数差异明显,荒地>农田>灌丛沙堆>草地>林地,随土层深度增加,林地分形维数值减小,草地分形维数值增大,荒地、农田和灌丛沙堆分形维数值变化不大;(3)分形维数与<100 μm和>100 μm粒径含量分别呈显著正相关和负相关,其大小由<100 μm的极细砂粒和粉粒含量决定。研究区内5种土地利用类型土壤颗粒粒径分布与分形维数差异显著,这综合反映出在不同植被效应与人为耕作后,土壤的颗粒组成会发生明显变化。研究结果可为毛乌素沙地西南缘防沙治沙以及土壤恢复提供理论依据。     

Straw incorporation and soil organic matter in macro-aggregates and particle size separates

Two field experiments in which straw has been removed or incorporated for 17 yr (loamy sand) and 10 yr (sandy clay loam) were sampled to examine the effect of straw on the C and N contents in whole soil samples, macro-aggregate fractions and primary particle-size separates. The particle size composition of the aggregate fractions was determined. Aggregates were isolated by dry sieving. Straw incorporation increased the number of 1–20 mm aggregates in the loamy sand but no effect was noted in the sandy clay loam. Straw had no effect on the particle size composition of the various aggregate fractions. After correction for loose sand that accumulated in the aggregate fractions during dry sieving, macro-aggregates appeared to be enriched in clay and silt compared with whole soil samples. Because of the possible detachment of sand particles from the exterior surface of aggregates during sieving operations, it was inferred that the particle size composition of macro-aggregates is similar to that of the bulk soil. The organic matter contents of the aggregate fractions were closely correlated with their clay + silt contents. Differences in the organic matter content of clay isolated from whole soil samples and aggregate fractions were generally small. This was also true for the silt-size separates. In both soils, straw incorporation increased the organic matter content of nearly all clay and silt separates; for silt this was generally twice that observed for clay. The amounts of soil C, derived from straw, left in the loamy sand and sandy clay loam at the time of sampling were 4.4 and 4.5 t ha^?1, corresponding to 12 and 21% of the straw C added. The C/N ratios of the straw-derived soil organic matter were 11 and 12 for the loamy sand and sandy clay loam, respectively.     

砒砂岩区典型坡面土壤颗粒组成空间分布特征研究

为揭示土壤颗粒组成在垂直和水平方向上的分布规律,采集砒砂岩区典型坡面0—100 cm剖面的土壤,运用经典统计学测定其颗粒组成。结果表明：坡面0—100 cm土壤质地主要为砂壤土(59.21%)和壤砂土(36.40%)。随土层深度增加,砂粒含量增加,粉粒和黏粒含量减少,土壤逐渐呈现粗粒化的趋势;坡面尺度上,表层0—10 cm砂粒为弱变异,其余各层各粒级均为中等程度变异,且随土层深度增加变异性增强,不同粒级的变异系数表现为砂粒<粉粒<黏粒。沿坡面等高线方向,样带B粗粒化程度最弱,10 cm土层以下,样带B粗粒化程度最强。沿垂直坡面等高线方向,坡中砂粒含量(73.60%)相比于坡上和坡下分别增加6.90%(p<0.05)和11.66%(p<0.05),坡下粉粒(31.85%)和黏粒(3.10%)含量相比于坡上和坡中分别增加13.13%(p<0.05),23.59%(p<0.05)和4.36%,51.70%(p<0.05),坡中粗粒化程度最强,坡下是细颗粒堆积的主要区域。研究结果可加强对砒砂岩区坡面土壤颗粒空间分布规律的认识。     

气化渣改良风沙土对土壤水分物理性质的影响

为了探讨气化渣对毛乌素沙漠风沙土的改良效果,利用气化渣作为一种风沙土改良材料,与风沙土按不同掺入量混合,通过对土壤粒径组成、保水性能以及土壤水分特征曲线的变化情况分析,探讨了气化渣对风沙土土壤水分物理性质的影响。结果表明:添加气化渣使风沙土的粒径组成得到明显改善,砂粒含量降低5.89%～35.8%,黏粒、粉粒含量分别提高0.89%～2.92%,7.94%～32.88%,风沙土土壤容重显著降低(p<0.05),降低幅度为7.75%～55.5%; 风沙土土壤质地也由砂土转向砂质壤土,保水性能也随之呈现上升的趋势,显著影响了土壤饱和含水量、毛管持水量和田间持水量(p<0.05),增长幅度分别为13.53%～158.93%,7.12%～126.95%,23.19%～252.47%; Van Genuchten模型可以很好地拟合气化渣添加后风沙土的土壤水分特征曲线,表明气化渣的添加明显提高了土壤保水性,并且风沙土土壤保水性能的主成分分析结果表明气化渣添加量越高土壤保水性提高越明显。由此可以得出,水煤浆气化渣能够有效地改善风沙土的水分物理性质,显著提高风沙土的保水性能,对风沙土改良效果明显。     

黄土高原不同土壤类型对桃树水分运转影响的模拟

根据不同土壤的水分特征曲线、气孔导度模型、冠层蒸腾模型和RC模型模拟出黄土高原不同土壤类型下桃树(Prunus persicavar.nectarina Maxim)的水分运转动态。在逐步干旱过程中各类土壤维持桃树蒸腾的时间和桃树散失的水分总量均依次为中壤土>轻壤土>紧砂土>重壤土,中壤土的保水能力最好,重壤土的可利用水最少,中壤土维持蒸腾的时间最长,但中壤土、轻壤土和紧砂土之间的保水能力与维持蒸腾的时间无显著差异。在整个干旱周期过程中气孔导度、叶片水势和组织贮存水均呈波动式减小,其总体趋势与土壤水势相一致。     

利用风洞实验研究~7Be示踪估算土壤风蚀速率的可行性

以黄土高原水蚀风蚀交错带沙黄土为研究对象,利用室内风洞模拟实验对7Be示踪估算土壤风蚀速率的可行性进行探讨。由于风蚀过程易带走土壤细颗粒,且7Be在土壤细颗粒中含量较高,所以利用7Be水蚀模型计算的土壤风蚀速率高于实测值。实验中发现样点风蚀后和风蚀前土壤颗粒比表面积之比与样点风蚀后7Be含量之间存在幂函数关系,基于此,提出颗粒校正系数(P)的计算式,并将P引入到7Be水蚀模型对其进行修正。计算分析发现,和实测值相比,利用修正模型计算的土壤风蚀速率误差均不超过5%,这说明经过修正的7Be水蚀模型能较准确地估算土壤风蚀速率,利用7Be示踪技术估算土壤风蚀速率是可行的。研究为进一步利用7Be示踪技术调查黄土高原水蚀风蚀交错带土壤风蚀问题奠定了基础。     

降雨条件下分层土壤入渗特性

通过室内模拟降雨入渗试验,研究了粘土、壤土和沙土3种土壤不同分层组合方式对土壤入渗特性的影响。结果表明:垂直入渗条件下,分层土壤入渗特征由土壤分层组合方式决定;分层土壤累计入渗量与湿润锋距离呈线性相关关系;分层土壤入渗过程中,当粗沙覆盖细沙且降雨强度大于下层细沙土稳定入渗率时,湿润锋以上剖面可以达到或接近饱和,当细沙覆盖粗沙且降雨强度大于细沙土稳定入渗率时,湿润锋剖面中,除细沙土部分剖面达到饱和,其余粗沙土剖面无法达到饱和,且其饱和程度和下层粗沙土土壤持水能力有关。     

土石混合介质导气率变化特征试验

土壤中碎石的存在改变了土壤结构和孔隙分布,进而影响土壤通气性能。该文通过对碎石单粒径土石混合介质导气率变化特征研究,旨在探讨单粒径土石混合介质导气内在机理,为进一步研究复杂的野外土石混合介质的导气特性提供基础。为了研究土石混合介质中碎石对导气率的影响,该文通过试验研究,分析土壤颗粒小于2mm的样本(砂土、砂壤土、黏壤土)、碎石质量分数(10%、20%、30%、40%、50%)和碎石粒径(2～3、>3～5mm)对土石混合介质导气率的影响。结果表明:在土壤颗粒小于2mm的样本条件下,土壤导气率呈砂土>砂壤土>黏壤土;在相同碎石质量分数的土石混合介质中导气率呈砂壤土>砂土>黏壤土;碎石的存在改善黏壤土的导气性能,使黏壤土碎石混合介质的导气率大于黏壤土的导气率;降低了砂壤土和砂土的导气性能,且砂土的降低幅度远大于砂壤土;在砂壤土中碎石粒径2～3mm的导气率大于>3～5mm的导气率;在砂土中碎石质量分数30%之内,碎石粒径>3～5mm的导气率稍大于2～3mm的导气率,在40%则相反,但两种粒径下混合介质导气率差异不是很明显。