固结条件下软黏土微观孔隙结构的演化及其分形描述

利用扫描电镜(SEM)研究软黏土固结前后的微观结构,采用数字图像技术研究软黏土固结过程中微孔隙的大小、数量及其分布的演化规律。基于Sierpinski地毯的分形概念,结合量测数据给出了描述孔隙结构的Sierpinski分维数并研究其差异性。图像分析表明,随着固结压力的增大,软黏土的孔隙度和孔径趋于减小,孔径范围变窄,土体固结过程对孔隙级配具有一定的调节作用。分形研究表明,分维数的数值大小反映了软黏土固结过程中的孔隙度变化,固结压力愈大,孔隙度愈小,分维数愈大。分维数与孔隙度、固结压力、压缩量之间存在较为显著的线性回归关系,并能反映软黏土的结构性特点。研究结果揭示了土体宏观变形与微孔隙结构分形特性之间存在的相关关系,分维数可为软黏土固结变形预测提供依据。

长期施肥对小麦-玉米轮作土壤微团聚体组成和分形特征的影响

通过对华北平原小麦-玉米轮作农田生态系统18 a田间施肥试验,研究了长期不同施肥处理对耕层(0～20 cm)土壤微团聚体组成及分形维数(D)的影响,并探讨了特征微团聚体组成比例(PCM,<20μm/(250～20)μm)、微团聚体测定中<20μm与2000～20μm粒级含量的比值(RMD,<20μm/(2000～20)μm)和D与土壤肥力之间的关系。施肥处理包括化肥NPK不同组合(NPK、NP、NK、PK),全部施用有机肥(OM),1/2有机肥+化肥NPK(1/2OMN)及不施肥(CK)共7个处理。各施肥处理均能降低土壤PCM、RMD和D,提高土壤有效养分含量和酶活性。各处理土壤PCM、RMD和D均为OM处理最低,且有机肥与化肥NPK配施低于单施化肥各处理,而化肥处理中NPK均衡施用的降低效果最好。土壤PCM、RMD和D与作物产量、有机质和碱解氮含量及酶活性之间相关性较好,且PCM、RMD和D三者两两之间也具有较好的相关性。说明施用有机肥、有机肥与化肥NPK配施及化肥NPK均衡施用是改善微团聚体组成、降低PCM、RMD和D及提高土壤保肥和供肥能力的关键;PCM、RMD和D均可作为评价长期施肥作物系统土壤肥力的综合性定量指标。

岷江上游河谷土壤粒径分形维数及其影响因素

运用土壤体积粒径分维模型计算了岷江上游河谷土壤粒径分形维数,分析了分形维数的空间变化特点及其与粒度组成、粒度参数和铁游离度等之间的关系.土壤粒径分形维数空间分布与气候、植被环境有关.分形维数可以反映粒径大小.分形维数与粒度标准偏差和峰度不存在相关性,样品粒度特征主要受原位母质风化影响.铁游离度(Fed/Fet)与分形维数呈明显正相关关系.结果表明粒径分形维数可以用来比较土壤成壤强度及发育环境.

土壤不同粒级中C、N、P、K的分配及N的有效性研究

本试验首先把７种采自不同省份的耕作土壤进行物理分级，然后测定了土壤Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｋ在不同粒级中的分布，同时还进行了不同粒级中Ｎ的有效性研究。结果表明：在不同粒级中Ｃ、Ｎ含量和分布均随土壤颗粒的加粗而逐渐下降，而Ｃ／Ｎ比则与此相反。在＜２μｍ粒级中Ｎ的有效性最高，随着土壤颗粒粒径的加粗有效性逐渐降低。在酸性土壤中Ｐ主要分布在较细的粒级中，而在石灰性土壤中则主要分布在较粗粒级中。土壤交换”性钾和缓效性钾主要分布在＜５０μｍ粒级中，表明该组分中Ｋ是作物吸收Ｋ的主要来源。

微观尺度上土壤孔隙及其分维数的SEM分析

对两类不同质地土壤的SEM图像,利用数字图像技术分析孔隙的大小、数量及其分布规律,由测量数据给出了微观尺度上土壤孔隙的质量分维数Dm和表面分维数Ds。结果表明:Dm与土壤质地、容重、孔隙度、孔径分布等之间存在一定的相关关系,土壤质地越细、容重越大、孔隙度越低、小孔隙越多,Dm越大,Dm与土壤容重和孔隙度均存在显著线性回归关系;Ds反映了土壤孔隙轮廓边界的曲折程度,孔隙轮廓越不规则,Ds越大,土壤中各孔隙的Ds分布符合总体正态分布形式。Dm和Ds的数值大小对不同利用方式和耕作制度下的土壤较为敏感,分维数可为土壤科学管理提供依据。

土壤颗粒的体积分形维数及其在土地利用中的应用

土壤具有自相似特征或尺度不变特征。许多研究表明,土壤质量(重量)分形维数是土壤内在属性之一。但是,在计算土壤质量分形维数的推导过程中需要做一些假设,而有些假设,如不同粒级的土壤颗粒具有相同的密度等假设,已受到一些学者的批评。此外,用传统的比重法测量土壤颗粒分布不仅工作量大,且操作结果更易受人为因素的影响。鉴此,本文提出了土壤体积分形维数的概念。通过对宜兴不同土地利用方式下178个土壤样品的体积分形维数的测定发现:土壤体积分形维数和土壤质量分形维数一样,都是土壤的固有属性;土壤颗粒体积分形维数与土壤颗粒体积百分含量具有显著的对数相关关系;对茶园、菜地和农田土壤剖面上土壤颗粒体积分形维数的变化分析表明,在茶园和菜地土壤剖面上,随着土壤剖面深度的增加,土壤粘粒体积百分含量增加,土壤颗粒体积分形维数也随之增加;在农田土壤剖面上,随着深度的增加,土壤粘粒体积百分含量和土壤体积分形维数也表现出基本保持一致的变化规律。此外,农业管理措施对土壤颗粒的组成会产生影响,使土壤粘粒体积百分含量发生变化,从而使土壤颗粒体积分形维数也随之变化,如菜地土壤体积分形维数随着种植年限的增加而出现下降趋势。

丘陵区土壤颗粒的分形维数及其应用

通过对四川省宜宾地区 2 3个耕层土样的颗粒组成分析 ,分别应用AR法和杨培岭法计算了不同质地的颗粒的分形维数 ,其结果是砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土和粘土分形维数的平均值依次递增。回归相关分析表明土粒分形维数与粒径 0 0 5～ 1 0 0mm颗粒含量关系显著负相关 ,与 0 0 1～ 0 0 5mm和 0 0 0 5～ 0 0 1mm颗粒含量关系不显著 ,与 0 0 0 1～ 0 0 0 5mm和小于 0 0 0 1mm颗粒 (粘粒 )含量呈极显著正相关 ;它们与有机质呈显著正相关 ,与土壤容重呈极显著负相关。

有机污染型灌溉水对土壤团聚体的影响

为了评估灌溉水中有机污染物对农田土壤物理状态的影响,本研究以长期采用有机污染型水体灌溉的陕西交口灌区农田土壤为研究对象,以气候条件、土壤条件以及耕作制度基本一致,长期采用未污染的地下水灌溉的农田土壤为对照,分别用干筛和湿筛法测定了土壤团聚体和微团聚体组成等,分析了优势团聚体的变化情况。结果表明:长期采用有机污染水灌溉明显降低土壤中大于10 mm大团聚体和小于0.25 mm微团聚体的含量,显著增加了直径为1～5 mm范围内"(质量)优势团聚体"的含量;水稳性团聚体与土壤有机质含量呈显著正相关,而与机械组成的相关系数未达到显著水平;有机污染型水体灌溉可以显著改善微团聚体的特性,增大了土壤团聚度,降低其分散系数,从而改善了土壤结构状况。综合试验结果证明,灌溉水中的有机污染物质有助于显著地改善土壤结构状况和特性。

六盘山叠叠沟小流域的土壤石砾含量坡面分布特征

山区土壤石砾含量经常很高,这对土壤水文功能具有不可忽视的作用。为了解六盘山区土壤石砾含量的空间分布特征,在叠叠沟小流域调查研究了土壤石砾含量随坡向、坡位和土层深度的变化规律。结果表明,土壤(以表层0-20 cm为例)石砾体积含量的坡向顺序为阳坡(3.07%)>阴坡(2.89%)>半阴半阳坡(1.99%),坡位顺序为下部(3.46%)>中上部(3.05%)>坡顶(2.46%)>中部(2.20%)>上部(2.08%)。在受侵蚀影响导致表层土壤石砾富集的同时,石砾含量主要受离开母岩距离的影响,因而表现为随土壤加深而增加的趋势,基于此提出了不同坡向坡位时石砾体积含量随土壤深度变化的模型,与实际数据吻合较好。

北京地区表层土壤分形特征研究

土壤是一种具有分形特征的复杂系统。分形维数可以反映很多土壤特性。本研究考虑了7种土壤类型、4种土地利用类型,在北京地区选取了30个典型样点,对复杂地理环境表层土壤的分形特征进行了分析,探讨了分形维数与土壤质地、土壤理化性质等方面的关系。研究结果表明,在复杂地理环境条件下,土壤颗粒分形维数总体变异性较弱;分形维数与黏粒含量呈显著正相关,与(砂粒含量+粉粒含量)和黏粒含量的比值呈显著负相关。分形维数可以反映土壤质地,但仅可指示部分重要土壤的理化性质。

温孟滩移民安置区土壤颗粒分布特征的研究

用吸管法对黄河小浪底水利枢纽工程温孟滩移民安置区１５５个土壤样品进行了分析。结果表明，该区土壤以壤土居多，约占７５％；在不同的质地类型中，其主导颗粒明显不同，砂土中以砂粒为主，壤土以粗粉粒为主，粘土中细粉粒和粘粒占绝对优势；在所有质地类型中，中粉粒含量都较少，且随质地变化不明显；土壤质地类型对土壤中细粉粒和粘粒总量的依赖性较强；在土壤颗粒分布中，土壤物理性粘粒含量在１０％左右时，土壤颗粒特征发生较大的变化，因此，温孟滩移民安置区土壤改良指标的下限以土壤物理性粘粒含量为１０％时比较适宜。

耕作方式对紫色水稻土微团聚体分形特征影响的研究

土壤结构会影响土壤的水、肥、气、热状况,从而影响土壤肥力,而耕作方式会通过影响土壤团聚体状况来影响土壤结构,因此,为研究不同耕作制度对土壤团聚体的影响及土壤质量、结构的定量化描述,以位于西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站于1990年设立的长期免耕试验田为研究对象,应用微团聚体粒径分布的分形维数来探讨冬水田平作(DP)、水旱轮作(SH)、垄作免耕(LM)、厢作免耕(XM)和垄作翻耕(LF)等耕作方式对紫色水稻土土壤结构的影响。结果表明,LM、XM、LF和SH耕作方式下各土层的微团聚体含量随粒径的减小而降低,而DP处理下各土层的微团聚体含量随粒径的减小呈先降低后升高的趋势;相关分析表明,2～0.25mm粒级团聚体含量与土壤中的有机碳、全氮、碱解氮、全磷等土壤养分含量都呈极显著正相关关系,而0.05～0.01mm和0.01～0.005mm粒级微团聚体含量都与这几种土壤养分呈显著或者极显著负相关,说明土壤养分主要富含在2～0.25mm粒级团聚体中;土壤微团聚体分形维数与其各粒级含量极显著相关,微团聚体分形维数以及(<0.005mm)/(>0.005mm)粒级微团聚体含量比值都可以定量地表征紫色水稻土的结构性状;在0～70cm土壤深度,LM、XM和LF处理下土壤微团聚体分形维数均极显著低于DP处理,表明垄作或免耕均可以改善土壤结构。

纳米级土壤氧化矿物合成及其对重金属离子吸附的研究

以Fe穴NO3雪3,MnSO·4H2O,AlCl3,Na2SiO3为材料,采用共沉淀法合成纳米级土壤氧化矿物,并研究了其对重金属离子的吸附情况。结果表明,将多种氧化矿物混合通过共沉淀法所合成的土壤氧化矿物要比单一的氧化矿物的吸附效果好。这无疑为防治土壤重金属污染开辟了新的途径。

激光粒度仪与沉降一吸管法测定褐土颗粒组成的比较

土壤颗粒组成是土壤的基本物理属性之一,沉降—吸管法是传统土壤颗粒分析的主要方法,激光粒度仪法是近年来新兴的粒度分析方法。为了研究二者的差异,选取了23个黏粒含量差异较大的褐土样品,采用上述两种方法对土样进行了分析。结果表明:激光粒度仪检测<0.002mm颗粒含量低于吸管法,但二者有较好的相关性,决定系数为0.97;在检测<0.02mm颗粒含量时两者比较接近,并且相关性很好,决定系数为0.99;检测<0.05mm颗粒含量时两者也比较接近,决定系数为0.91。激光粒度仪检测结果通过转换模型修正后,可以较好地反映褐土土壤颗粒组成情况。

西南地区水耕人为土分形特征及与土壤属性的关系

通过分析水耕人为土颗粒分形维数与土壤质地、耕性、土壤有机质、全N、P、K、pH、CEC等的关系,探讨利用土壤颗粒分形维数作为水耕人为土分类指标的可能性。结果表明:西南地区26个水耕人为土的土壤颗粒分形维数介于2.6175～2.9109之间,平均值为2.8199,土壤颗粒分形维数可作为土壤质地与土壤表面积的综合性定量化指标。适宜耕作的10个土种(2号除外)分形维数介于2.7018～2.8116,不适宜耕作的16个土种(23号除外)分形维数介于2.8353～2.9109之间。土壤分形维数可表征水耕人为土的质地、成土母质、肥力特征、耕性等,土壤颗粒分形维数可作为水耕人为土分类,尤其是基层分类的一个重要指标。

土壤剖面不同粒级中氨基酸组成特征

本文研究黑钙土、暗棕壤和红壤性水稻土剖面不同粒级中的氨基酸组成。结果表明，水解液中氨基酸花含量均以粘住为最高，其次为粉粒．而砂粒中虽低。各粒级中的氨基酸含量均随粒径增大而降低。它们有相似的氨基酸组成。组成中均以甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等的相对含剖较高。剖面各粒级中的酸性、碱性和中性氨基酸分别变动在190－280％、62－104％和629－723％。剖面粒级中个别氨基酸，如卜一氨基酸的相对含且一致地由表面向底层增高，含桥氨基酸有类似的变化趋势，这是否与底层生物活性较弱有关，需进一步研究。

农业非点源污染对土壤颗粒分形特征的影响

为探究农业非点源污染对土壤性状的影响,研究了不同利用方式的土壤颗粒分形维数特征。结果表明:土壤颗粒分形维数为2.891～2.949,与土壤中粘粒含量呈极显著正相关,土壤中有机质、全氮含量随分形维数的增大而增加。不同土地利用方式的土壤分形维数特征表现为茶园>旱地>水田>菜地,单季种植土壤分形维数大于两季种植土壤。随着与居民点距离的增大,土壤分形维数有减小的趋势,土壤分形维数越大,土壤粘粒含量越多,对养分的吸附能力越强。土壤颗粒分形维数特征可以作为反映土壤受农业非点源污染过程中趋向沙化发展的一个重要指标。

不同粒级土粒固定态铵的初步研究

通过对土壤不同粒级土粒固定态铵含量及其固铵、释铵数量的测定，得到如下结果：粘土矿物种类对土壤固定态铵的影响比粘粒含量更为重要；土壤中，粘粒所含固定态铵数量最大，粉粒也含有相当数量的固定态铵；粘粒。

CurveExpert在土壤机械组成测定中的应用

本文介绍了CurveExpert在土壤机械组成测定中的应用,通过它能根据给定数据快速拟合最适合曲线,并能给出数学模型和计算出所需要的土壤粒级含量。