秸秆添加与土壤基质势对棕壤压缩回弹特性的影响

土壤板结是农田土壤退化问题之一,秸秆还田是提高土壤有机质含量、改良土壤的重要措施。但秸秆还田和土壤基质势对土壤板结的影响尚不明确。试验设0,3,5 g/kg 3个秸秆添加量处理,以及高(1 000 kPa)、中(100 kPa)、和低(10 kPa)3个土壤基质势处理。通过固结试验,测定不同处理的压缩曲线并计算压缩回弹特性指标。结果表明：秸秆添加量、土壤基质势及其二者间的交互作用对压缩曲线最大曲率、预固结压力值、压缩指数和回弹指数的影响都达到显著性水平。预固结压力值、压缩指数和回弹指数均随着秸秆添加量的增加而增大,而最大曲率则随着秸秆增加量的提高而降低。土壤基质势与压缩曲线最大曲率、预固结压力值和压缩指数均呈正相关关系。回弹指数随着土壤基质势的增加呈现先降低后增加的趋势。秸秆添加有助于提高土壤回弹和抗压缩特性。     

基于最小数据集的不同有机物料还田黑土土壤质量评价

【目的】研究不同种类有机物料还田对黑土质量的影响,并对土壤质量进行量化评价,为黑土资源的可持续利用提供理论依据。【方法】基于黑土区中部多年定位试验,选取无肥（CK）、单施化肥（NPK）、化肥配施玉米秸秆（NPK+JG）、化肥配施堆肥（NPK+DF）、化肥配施牛粪（NPK+NF）、化肥配施鸡粪（NPK+JF）和化肥配施猪粪（NPK+ZF）7个处理,研究不同种类有机物料还田后耕层（0～20 cm）土壤基本理化指标的变化,建立了土壤质量评价全量数据集,通过主成分分析法和皮尔森分析法筛选出最小数据集,计算各处理土壤质量指数（SQI）。【结果】不同种类有机物料对土壤基本理化指标的影响各异,NPK+DF处理土壤有机质与活性有机质含量显著高于其他处理,土壤全氮和全磷含量的最高值分别出现在NPK+DF和NPK+JF处理。土壤质量评价最小数据集是由全磷、容重和阳离子交换量三项指标组成。基于最小数据集计算出的土壤质量指数高低表现为：NPK+JF(0.780)> NPK+ZF(0.765)>NPK+DF(0.741)> NPK+NF(0.735)> NPK+JG(0.699)>...     

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33～127k Pa,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。     

开垦对黑土表层土壤压缩—回弹行为的影响

为探讨开垦对典型黑土表层土壤压缩与回弹行为的影响,以未经开垦天然次生林和开垦年限为17 a、30 a、40 a耕地的表层(0~10 cm)土壤为研究对象,采用快速固结试验方法,研究了土壤压缩与回弹过程中土壤孔隙比(e)、压缩指数(C_c)、压缩系数(a)和回弹指数(C_s)的变化。结果表明:土壤孔隙比(e)、压缩指数(C_c)、压缩系数(a)和回弹指数(C_s)随着开垦年限的增加而降低,C_c、a、C_s变化范围分别为0.252~0.426、0.002 04~0.003 70 k Pa~(-1)、0.041~0.070;未经开垦天然次生林地土壤C_c、C_s显著高于耕地土壤(p0.05);C_c、a、C_s与容重均呈极显著负相关(p0.01),与有机质含量呈极显著正相关(p0.01)。土壤压缩性与回弹能力随着开垦年限的增加逐渐降低,容重、有机质含量对其影响最大。     

集约化生产条件下稻田土壤机械压实预测模型构建与验证

传统的土壤压实风险评估方法是基于土壤的先期固结压力理论,以机械的接地压力与土壤先期固结压力间关系作为判断依据,缺少针对集约化稻作“湿耕烂种”等生产场景中由定量机械压实造成的土壤结构破坏程度的评价方法和依据。为研究适合中国稻作特色,可以定量预测机械压实危害程度的压实容重预测模型,该研究基于土壤的回弹指数和压缩指数推导出土壤压实容重预测模型,以适用于集约化生产条件下稻田土壤机械压实预测。采用调控原状土含水率的单轴压缩试验法分别构建了土壤初始容重、初始含水率与弹性压缩模量、塑性压缩模量和先期固结压力之间的传递函数,然后基于典型机型的田间原位平板下陷试验验证所建模型的可靠性和实用性。结果表明,基于单轴压缩试验法构建的各传递函数拟合决定系数大于0.95。将各传递函数模型所得的弹性压缩模量、塑性压缩模量和先期固结压力输入土壤压实容重模型预测的压实后的土壤容重与实测值的相对误差小于5%。可见,该研究设计的土壤压实预测模型能够准确量化受机械压实情况下土壤容重的变化量,而土壤传递函数法能为构建和应用区域性农业土壤的压实模型提供便利。研究可为集约化生产条件下稻作“湿耕烂种”等生产场景中由定量机械压实造成的...     

长期添加外源有机物料对华北平原不同粒级土壤氮素和氨基糖的影响

华北平原是我国主要的粮食生产基地之一,农民为了追求高产,过量施用化肥的弊端日益凸显。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站有机养分循环再利用长期定位试验,开展不同外源有机物料对土壤氮素和氨基糖在不同粒级土壤库中分布的影响研究,为阐释不同农业管理措施下土壤氮素的物理保护机制和生物保护机制提供依据。定位试验设6个处理：无肥无秸秆处理（对照,CK）、单施猪圈肥（M）、单施化肥（NPK）、单施秸秆（SCK）、化肥配施猪圈肥（MNPK）和化肥配施秸秆（SNPK）。通过超声波分散-离心分离得到3种粒径土壤——砂粒级（2 000~53 μm）、粉粒级（53~2 μm）和黏粒级（<2 μm）,分析全土及各粒级土壤中全氮和3种土壤氨基糖（氨基葡萄糖、胞壁酸和氨基半乳糖）的含量及变化;基于这3种土壤氨基糖的稳定性和异源性,以氨基糖作为微生物残留物标识物,了解真菌和细菌残留物的积累和转化,阐释真菌和细菌在养分转化中的作用。结果表明：添加有机物料（秸秆、猪圈肥）明显提升了土壤全氮和氨基糖含量,粒级间土壤氮素和氨基糖含量顺序均为黏粒级>砂粒级>粉粒级。添加有机物料对砂粒级土壤氮素影响最大,长期化肥配施猪圈肥中氮素主要在砂粒级中富集,长期化肥配施秸秆的氮素主要在黏粒级中富集。添加秸秆主要提高了真菌来源的氨基葡萄糖的含量,而添加猪圈肥主要提高了土壤中细菌来源的胞壁酸含量,表明添加不同有机物料可影响土壤微生物的群落结构。从各粒级中氨基葡萄糖/胞壁酸的比值来看,添加不同类型外源有机物料对砂粒级土壤微生物群落结构影响最为明显。由此可见,在长期秸秆还田措施下实施有机粪肥部分替代化肥不仅可以减少化肥用量,还可提升土壤养分含量和微生物多样性,改善土壤质量。     

不同土壤水吸力与耕作方式对土壤压缩—回弹特性的影响

[目的]合理耕作方式是缓解土壤压实、提升土壤生产能力的有效措施,而土壤水分是影响土壤机械物理性能的重要因素,直接影响土壤耕作质量.通过研究不同土壤水吸力和耕作方式下土壤压缩曲线及模型拟合效果,分析土壤回弹—再压缩曲线变化及机械力学参数(预固结压力、压缩指数和回弹指数)差异,以期为农田土壤耕作和培肥提供科学依据.[方法]...     

有机物料长期施用对稻田土壤养分的影响

通过2010—2021年连续12年的长期定位试验，研究了紫云英、水稻秸秆、商品有机肥等有机物料还田施用对稻田土壤养分的影响。结果表明：施用有机物料可以有效提高稻田土壤氮磷钾和有机质等含量。与单施化肥处理相比，紫云英还田土壤碱解氮含量增加6.97%，商品有机肥配施土壤有效磷含量增加49.30%，水稻秸秆还田土壤速效钾含量增加49.32%。3种有机物料处理土壤有机质增加相近(6.0%～7.5%)，可以改善土壤酸性但差异不显著。不同有机物料对土壤基础养分的增加差异显著，紫云英还田土壤固氮能力最强，商品有机肥配施土壤磷素增加最明显，秸秆还田土壤钾素提高最显著。可见，有机物料长期还田施用是一种培肥土壤的有效措施，有助于稻田土壤的可持续利用。     

施肥对植烟土壤微生物的影响

利用7年的定位施肥试验,研究了不施肥（CK）、 单施化肥（CF）和有机无机肥配施（MCF）对植烟土壤微生物的影响。平板计数、 微生物碳、 氮含量和磷脂脂肪酸的测定结果均表明,土壤微生物数量以有机无机配施的处理最多,单施化肥次之,不施肥最少。在3种施肥处理的土壤中,分别检测出20（CK）、 27（CF）和31种（MCF）磷脂脂肪酸; 施肥提高了代表细菌（1220碳）和放线菌（10Me17: 0和10Me18: 0）的磷脂脂肪酸; 但是,代表真菌的磷脂脂肪酸18: 19c无显著变化（CF）或显著降低（MCF）。有机无机肥配施处理显著提高了土壤微生物的多样性指数和优势度指数,说明有机无机配施改善了土壤生态环境,微生物种群丰富,优势种群突出。在土壤自生固氮菌、 磷细菌和钾细菌中,分离率最高的是芽孢杆菌属,在26%50%之间变化。有机无机肥配施还提高了这3种有益微生物的数量,单施化肥则无显著影响。此外,在有机无机肥配施的土壤中,自生固氮菌、 磷细菌和钾细菌的多样性指数、 均匀度指数和优势度指数均较高。从土壤微生物的角度看,生产上采用有机无机肥配施很有必要。     

有机质与黏粒含量对黑土压缩-回弹特性的影响

为探明有机质和黏粒对黑土压缩-回弹行为的影响,以典型黑土区耕作土壤为研究对象,通过人工添加腐植酸、人工分离-提取-添加黏粒、恒温恒湿培养的方法各配制3个梯度的重塑土。采用室内固结的方法,通过压缩系数、压缩指数及回弹指数的测定与分析,研究了2种含水量条件下黑土压缩与回弹对有机质和黏粒含量变化的响应行为。结果表明:(1)压缩指数均随有机质含量的增加而增大,且在高含水量时二者呈极显著正相关,有机质含量最高时压缩指数为0.246 3,但有机质含量对回弹无显著影响。(2)无论含水量高低,压缩指数均与黏粒含量呈极显著正相关,而回弹指数随着黏粒含量的增加逐渐降低,且在低含水量时二者呈显著负相关。(3)含水量不同,有机质与黏粒对黑土压缩-回弹特性的影响亦不同;黏粒对黑土压缩-回弹行为的影响更为显著。     

Stress relaxation of five different soil samples when uniaxially compacted at different water contents

The average size of rainfed and irrigated agricultural farms in Spain has grown steadily over the past two decades. This has called for the use of machinery of higher field capacity and greater weight that in turn requires a high drawbar power. All this has resulted in soil changes such as an increased compaction and compactibility. The confined uniaxial compression test was used to assess compaction and viscoelastic behavior of five soil samples from different agricultural areas of Spain. The bulk density–compression stress line was fitted to a three-parameter multiplicative compaction model and viscoelastic behavior was evaluated by means of stress-relaxation tests. The objectives were to determine to what extent the parameter coefficients of the compaction model equation and the relaxation of the stress induced in the compacted soil were influenced by the type of soil, its water content and the compression stress applied. Gravimetric water contents of 5, 10, 15, 20 and 25% were considered, and maximum normal stresses of 50, 100, 200 and 400 kPa were applied to the soils in a universal testing machine. The soil samples considered differed in texture, sandy loam (SL), sandy clay loam (SCL), loam (L), clay (C) and silt-loam (SiL), and organic matter content.

The slope of the bulk density-compression stress line at zero normal stress was strongly dependent on soil water content and plasticity index; whereas the slope of the curve at high applied normal stresses was influenced by soil moisture but not by soil plasticity. The viscoelastic behavior of the soils compared was dictated by their water content and plasticity index, as well as by the compression stress applied. The stress relaxation rate at time t=0 was scarcely influenced by water content. In fact, the rate remained constant over the water content range from 10 to 20% (w/w) at values that were higher than those obtained at 5 and 25% (w/w), which in turn were identical to each other. The stress-relaxation rate was also found to increase linearly with the logarithm of the compression stress. On the other hand, the residual stress decreased linearly with increasing water content. However, the latter increased linearly with compression stress. Increasing soil plasticity resulted in decreasing relaxation rate and increasing residual stress. Therefore, the more plastic the soil was the lower was the rate at which stress relaxation started and the smaller was the amount of stress dissipated.     

南亚热带不同母质发育土壤团聚体特征及其稳定性

团聚体是土壤的基本结构单位,其稳定性是评价土壤质量的重要指标。以南亚热带地区不同母质(石灰岩、第四纪红黏土、砂页岩)发育的土壤作为研究对象,采用湿筛法和LB法测定不同母质发育土壤团聚体稳定性特征。结果表明:(1)随着土层深度的增加,土壤容重呈上升趋势,而孔隙度、有机质和游离氧化铁含量呈下降趋势。砂页岩母质发育的土壤有机质含量最高,为22.44～42.97 g/kg。石灰岩和第四纪红黏土母质发育的土壤以黏粒(40.93%,42.51%)和粉粒(41.69%,42.31%)为主,砂页岩母质发育的土壤黏粒含量最低,为33.79%。(2)经湿筛法处理后,石灰岩母质发育土壤水稳性团聚体含量为91.58%～92.31%,第四纪红黏土母质发育土壤水稳性团聚体含量为76.45%～90.80%,砂页岩母质发育土壤水稳性团聚体含量为79.18%～86.67%,3种土壤团聚体的稳定性都随着土层深度增加而降低。(3)LB法处理后土壤团聚体MWD值均表现为慢速湿润处理预湿润振荡处理快速湿润处理,砂页岩母质发育的40—60 cm土层对消散和机械破碎作用最为敏感,其相对消散指数RSI和相对机械破碎指数RMI分别为0.78和0.42。不同母质土壤团聚体稳定性均与黏粒、有机质、游离态铁含量呈正相关。     

不同压实水平下铁尾矿砂和土壤的水力学特征比较

由于尾矿砂的不良结构和严重压实,水土流失严重,水分已成为其生态恢复的重要限制因素。因此以水分运移为主线,通过室内土柱模拟,研究铁尾矿砂和土壤在自然状态到最大压实状态间5个压实水平(铁尾矿砂1.50~1.70 g/cm^3,土壤1.30~1.50 g/cm^3)的水力学特征差异,为尾矿砂的合理改良提供依据。结果表明:铁尾矿砂自然容重1.50 g/cm^3的水分入渗能力低于土壤自然容重1.30 g/cm^3的水分入渗能力。随容重的增大,尾矿砂和土壤的水分运移特征均呈幂函数减小的趋势,但分别在1.60,1.40 g/cm^3处入渗能力明显降低。从水分参数入渗率、湿润锋距离、累计入渗量、饱和导水率、剖面水分分布整体来看,在较低容重范围内,土壤水分运移能力高于铁尾矿砂,但由于容重对土壤水分运移的影响大于铁尾矿砂,在较高容重范围内,土壤的水分运移能力则不如铁尾矿砂。铁尾矿砂和土壤的水分特征曲线形状也完全不同,铁尾矿砂呈现"上凸"形,表现为高吸力段缓低吸力段陡,土壤水分特征曲线均为"下凹"形,表现为高吸力段陡低吸力段缓。因此,尾矿砂中可以添加土壤或者类似土壤结构的基质来增强其不良的持水性和导水性,促进生态恢复。     

An investigation of the re-expansion of unsaturated, structured soils during cyclic static loading

A procedure is presented that quantifies soil resilience to compressive stress, through elastic deformation or re-expansion after stress removal, with a single numerical index. This was achieved by comparing the three parameter coefficients of static-loaded and rebound compression lines (normal stress range = 0–1.0 MPa) which had been fitted to a non-linear density-stress model equation. The difference between the static-loaded and rebound values of one of these coefficients was significantly correlated to the clay and organic matter contents, the gravimetric moisture content and the initial dry bulk density of the 33 soils sampled as intact cores at field moisture content (coefficients of determination=0.533–0.973, P<0.05). The magnitude of the sample rebound observed varied between 0.018 and 0.075 Mg m⁻³ at the maximum applied stress of 1.0 MPa. This is likely to be a significant component of the error in prediction inherent in compaction models based on static-loaded compression data. The data further support the segregation of soils into groupings of comparable mechanical behaviour for soil compaction modelling purposes. The implications of these findings for improving soil resilience to compressive stress through soil and crop management are discussed.     

初始含水量和容重对黑土压缩特性的影响

东北黑土区农业机械化水平高,农机作业压实导致的土壤结构和物理性状退化问题日益严重,压缩特性是定量分析土壤压实过程的有效手段,但目前黑土压缩特性随初始含水量和初始容重的变化规律尚不明确。为了解初始含水量和初始容重对黑土压缩特性的影响程度及其变化关系,该研究以重塑黑土为对象,设0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40 g/g共6个初始含水量水平,设1.00、1.10、1.20、1.30、1.45、1.60 g/cm³共6个初始容重水平,使用固结仪进行单轴压缩试验测定土壤压缩曲线,分析初始含水量和容重对压缩特性影响。结果表明,土壤初始含水量、容重及两者交互作用均极显著影响重塑黑土压缩特性(P<0.001),据此建立了预测压缩特性的土壤传递函数。黑土的预固结压力为10.42～1 106.17 kPa,与初始含水量显著线性正相关、与初始容重显著线性负相关(P<0.05);压缩指数为0.311～0.852,与初始含水量和容重呈二元多项式方程的关系,随初始容重的增大而降低,在中等含水量时最大;回弹指数为0.007～0.321,与初始含水量正相关,与...     

长期不同施肥下红壤活性有机质与碳库管理指数变化

对长期不同施肥5a和10a后红壤活性有机质进行了测定，结果表明，耕作10a不施肥或仅施化肥（CK、N、NP、NK、PK、NPK）的土壤活性有机质（LOM）及碳库管理指数（CMI）都明显下降，最大下降（CK）分别为40．5％和48．1；而有机肥或有机肥化肥配合施用（M、MNPK、1．5MNPK），LOM和CMI则显著升高，最大升高（1．5MNPK）分别为183％和195；秸秆还田（SNPK）处理LOM和CMI先下降后增加，5a分别下降25．2％和31，10a又分别上升17．9％和13。说明化肥主要提高非活性有机质，有机肥则显著改善土壤有机质质量，秸秆还田对提高红壤有机质质量比有机肥慢。用33mmol L^-1、167mmol L^-1、333mmol L^-1KMnO4测定的三种活性有机质（本文分别称其为高活性有机质HLOM、中活性有机质MLOM和活性有机质LOM）的含量依次增加，分别占总有机质的5．6％、9．6％和14．5％。三种活性有机质之间呈显著或极显著相关，HLOM与MLOM相关系数为0．478^＊，HLOM与LOM为0．592^＊＊，MLOM与LOM为0．716^＊＊。作物产量只与MLOM和LOM极显著相关，相关系数分别为0．821^＊＊和0．602^＊＊，而和总有机质没有显著的相关性。同时，LOM及CMI与土壤阳离子交换量、交换性钾、交换性钙、盐基总量、微量元素等呈显著或极显著正相关，但总有机质与上述土壤化学指标相关性差。这些结果暗示LOM和CMI比总有机质更能客观反映土壤肥力和土壤质量的变化情况，应该成为描述土壤质量和评价土壤管理的良好指标。     

苎麻对红壤旱地土壤团聚体及其特性的影响

采用干、湿筛法研究了种植苎麻和花生对红壤旱地土壤团聚体及其特性的影响,并比较分析了土壤团聚体及土壤理化性质与地表径流和土壤侵蚀量的关系。结果表明:(1)与花生地相比,苎麻地有机质、田间持水量、总孔隙度、沙粒分别升高了28.44%,10.06%,5.65%和53.13%,土壤容重、粉粒和黏粒则分别降低了7.20%,14.85%和34.95%,均达显著性差异水平(p0.05)。(2)团聚体平均重量直径(MWD)、稳定性指数(ASI)显著升高(p0.01),苎麻地土壤团聚体稳定性优于花生地;(3)两处理均以0.25~1mm粒径团聚体保存几率最大,抗水蚀能力最强。(4)地表径流量和土壤侵蚀量与土壤有机质、沙粒含量、1mm的干团聚体、0.5mm的水稳性团聚体、MWD以及ASI呈极显著负相关关系(p0.01),而与粉粒、黏粒、0.25mm干团聚体、0.053mm的水稳性团聚体、呈极显著正相关关系(p0.01)。