Effects of land use and land cover change on soil physical, chemical and mineralogical properties under grassland in Mu Us sand land of Inner Mongolia, China

In arid and semiarid regions,cultivation and shrub invasion are two important factors to impact grassland.However,there are few studies to compare the effects of cultivation and shrub invasion on soil physical,chemical and mineralogical properties.In this study,three sampling sites,which respectively represent the native grassland,cultivated grassland(farmland),and shrub invasion of grassland(shrub land)in Mu Us sand land,were selected and soil samples were collected and measured for soil particle size distribution(PSD),soil organic carbon(SOC),total nitrogen(TN)and total phosphorous(TP)concentrations,and relative percentages of mineralogical components.Results showed that cultivation and shrub invasion significantly altered the soil PSD,soil C,N and P concentrations and pools,and the relative percentages of soil mineralogical components of the grassland ecosystems.Grassland cultivation and shrub invasion significantly decreased the contents of silt and clay.Moreover,the land cover change from grassland to farmland or shrubland significantly resulted in soil organic carbon,total nitrogen and soil carbonate loss.In this study,we found that grassland cultivation resulted in more sand accumulation and more soil C and N losses than shrub invasion,which indicated that grassland cultivation was stronger than shrub invasion to accelerate soil desertification in Mu Us sand land.

不同设障年限沙丘土壤粒径和有机碳分布特征

为探讨沙柳沙障对毛乌素沙地土壤粒径和SOC（土壤有机碳）的影响,选取流动沙丘、设障2和7 a的半固定和固定沙丘为研究对象,利用多重分形理论分析不同设障年限沙丘PSD（土壤粒径分布）（以φ计）和w（SOC）的分布特征.结果表明：设置沙障后,φ（黏粒）、φ（粉粒）与φ（极细砂）增加,φ（细砂）与φ（中砂）下降;土壤粒径的多重分形参数D1/D0（D1为PSD均匀性程度,D0为PSD宽度）和δ-f（δ）谱图可以反映沙丘土壤PSD的宽度与均匀性程度,随着设障年限延长,PSD的D1/D0均小于流动沙丘,土壤中细粒物质显著增多.D0表现为设障7 a沙丘（1.01）〉流动沙丘（1.00）〉设障2 a沙丘（0.93）,D1表现为流动沙丘（0.91）〉设障2 a沙丘（0.88）〉设障7 a沙丘（0.65）.w（SOC）随着设障年限的延长而显著增加,设障7 a沙丘与其他2类沙丘间w（SOC）差异显著;多重分形参数可以表征土壤养分状况与流沙防治状况,设障沙丘上部、下部的w（SOC）与PSD的D1/D0之间有明显的相关关系,设障沙丘上部、下部D1/D0间呈明显负相关,设障沙丘中部D1/D0之间则呈正相关,流动沙丘各部位w（SOC）与D1/D0间无显著相关关系.

陕西4种土壤粒径分布的分形特征研究

采用分形模型 ,研究了陕西 4种不同质地的土壤粒径的重量分布。结果表明 ,土壤结构具有明显的分形特征 ,其粒径分布分形维数为 0～ 3。分形维数与土壤中粘粒含量呈明显的线性相关 ,表现为粘粒含量越高的土壤 ,其分形维数也越高。分形维数不仅受粘粒含量的支配 ,还与土壤质地的均一程度有关 ,土壤质地均匀指数 Iu与分形维数也表现出一定的相关性 ,但相关性较弱。

考虑土-结构相互作用的高层建筑横风向振动分析

用由风洞试验得出的横风向荷载功率谱密度公式,推导出考虑结构-土相互作用(SSI)的横风向荷载功率谱密度和结构的频率响应函数矩阵公式,得到结构横风向风振响应计算公式。对超高层建筑横风向振动算例说明,考虑SSI后,房屋高度、土层的剪切波速和结构阻尼比的变化,对结构顶层的弹性位移、总位移和总加速度响应有不同影响,并指出不考虑SSI,高层建筑的横风向风振响应可能偏于不安全,因而对不同的响应类型,给出了不需考虑SSI的结构阻尼比取值范围的建议值。

黄土丘陵区典型植被土壤剖面的颗粒分形特征

运用分形理论研究陕北安塞五里湾流域5种典型植被0~200 cm土壤剖面土壤颗粒大小分布(particle size distribution,PSD)及其体积分形维数分布特征,并进一步分析土壤PSD的分形维数与土壤有机碳、全氮和含水量的相关性.结果表明:研究区典型植被群落土壤颗粒组成主要为细颗粒(黏粒和粉粒),其中粉粒体积分数占总颗粒的56.82% ~71.99%;铁杆蒿草地的细颗粒平均体积分数最大(78.86%),乔木林的最小(65.77%).5种典型植被群落土壤PSD的体积分形维数介于2.498~2.599,均表现出随着土层深度的增加呈递增趋势;相同土层深度的分形维数呈现出铁杆蒿草地>黄芪草地>农田>灌木林>乔木林的趋势,灌木林和农田间差异不显著,其他植被群落间差异显著.典型植被土壤PSD的体积分形维数与黏粒、粉粒的体积分数和含水量呈极显著正相关(P<0.01),但与砂粒的体积分数呈极显著负相关(P<0.01),与有机碳含量呈显著负相关(P<0.05).

基于激光衍射的土壤粒径测定法的评价与校正

为比较与评价激光法与吸管法测定土壤粒径分布的准确性,该文采用激光法与吸管法测定了23组来自中国13个不同省份或自治区土壤样本的粒径分布,将激光法与传统吸管法的测定结果进行比较,并在此基础上对激光法测定参数进行了修正。结果表明:1)与吸管法相比,激光衍射法低估土壤样品中的黏粒含量,其相对误差为36.33%;高估粉粒含量,其相对误差为36.51%;2)对吸管法与激光衍射法的实测结果进行线性关系分析表明,其中黏粒与粉粒的线性关系较好,决定系数分别为0.91,0.90;3)经过模型转换后,基于激光衍射法的土壤粒径分布结果的相对误差明显降低:黏、粉的相对误差分别降低至16.25%、12.83%,说明激光衍射法可以用于大规模不同类型的土壤粒径分析。该研究可为土壤系统化和规范化的对比研究以及建立基于激光衍射技术的土壤质地划分标准提供依据。

不同管理模式下干旱草地粒度特征

土壤粒径分布及空间变化对土壤溶质和水盐运移、土壤肥力状况等有重要意义,是土壤重要物理特性之一。基于新疆准噶尔北部、阿勒泰山南麓不同管理模式下的草地(荒漠草地、天然草地、弃耕草地、季节草地和禁牧草地),运用质地分类和分形理论探讨草地粒度特征。结果发现:研究区土壤颗粒中黏粒含量最低,最小值仅有0.17g/kg,砂粒含量最高,最大值可达900.37 g/kg,粒径分布呈现单峰特征,表明土壤发育较差;砂粒和粉粒含量之间呈极显著负相关关系,相关系数为0.999 8(P<0.01),推测成土母质和地域差异导致土壤中砂粒和粉粒几乎占了全部;荒漠草地、天然草地和弃耕草地黏粒含量的平均值随着土层深度增加而减小,呈现出负相关特征,而季节草地和禁牧草地并无此特征;荒漠草地的分形维数D值最大,可能是因为灌木作为该生态系统中的优势植物,能有效地减缓荒漠草地逆向演替和消亡的进程,对土壤颗粒具有一定的细化作用;所有土壤样品分形维数D与黏粒含量均具有较强相关性,天然草地、荒漠草地和弃耕草地的分形维数D分别与粉粒和砂粒含量的相关性较强,与禁牧和季节草地的相关性较差,说明春、秋轮牧对土壤的干扰可能超过了土壤本身承载能力,对土壤颗粒组成破坏比较大,影响了土壤发育,放牧向禁牧转化时期的长短可能决定了土壤的发育是否良好。

温控下高压实膨润土持水特性及预测研究

高庙子膨润土是我国核废料深地质处置的首选材料。作为缓冲密封材料,在使用过程中,会受到核素衰变放热的影响而改变土的持水特性、渗透性和力学特性,其工作性能也随之改变。为研究高温下高庙子膨润土的持水特性,文中采用在80℃侧限条件下进行实验研究。实验采用渗析法和水汽平衡法来控制吸力,测得在不同吸力点的含水量,从而得出土水特征曲线。对于特定吸力点的土样进行压汞试验,分析不同吸力点的孔隙特点,并由压汞试验得到PSD曲线来预测其土水特征曲线,并在PSD预测中考虑温度影响。最终将PSD预测曲线与实测曲线对比研究,发现考虑温度的PSD预测比较接近于真实的土水特征曲线。

樟子松人工林营建对土壤颗粒组成变化的影响

植被恢复是退化生态系统的主要恢复措施,也是人类改善区域生态环境较为重要和直接的活动。目前,针对不同植被恢复方式对干旱半干旱地区土壤理化性质及生物特征开展了大量研究。然而,关于科尔沁沙地樟子松人工林营建对土壤颗粒组成变化的影响却鲜有报道。因此,以辽宁省章古台地区不同生长阶段(包括幼龄林、中龄林、成熟林和过熟林)的20块樟子松人工林样地为研究对象(以临近的7块天然草地为对照),研究了沙地樟子松人工林营建对0—100 cm土层土壤颗粒组成变化的影响。结果表明:沙质草地营建樟子松人工林后,不同土层土壤细颗粒(<0.05 mm)含量均呈增加趋势,并且在0—10 cm层增加趋势明显,随土层深度增加土壤细颗粒增加量逐渐降低(除幼龄林外),但樟子松林地土壤颗粒组成仍以砂粒为主,土壤粘粒和粉粒含量极低(仅占5%左右)。随着樟子松人工林林龄的增加,土壤细颗粒变化量在0—10 cm层逐渐升高,而在10—100 cm层并无显著变化趋势。土壤细颗粒含量的变化在10—100 cm层与土壤含水量呈显著正相关,在0—10、20—40 cm和80—100 cm层与土壤全钾极显著负相关,在20—60 cm层与土壤有机碳呈显著正相关,在10—40 cm和80—100 cm层分别与土壤全磷呈显著正相关和负相关。综上所述,樟子松人工林营建可有效提高土壤细颗粒含量且在土壤表层效果明显,但短期内并不会使土壤颗粒组成发生显著变化,樟子松林改善土壤颗粒组成的同时也会使其他土壤因子发生相应的变化。

方正县土壤硒的分布特征及其与土壤性质的关系

方正县是黑龙江省水稻主产区,为研究方正县土壤全硒(Se)的含量、分布特征及其与土壤性质的关系,在哈尔滨市所属方正县境内采集127个0~20 cm耕层土壤样品,分析了方正县土壤全硒含量及其影响因素。结果表明,方正县土壤全硒含量变幅为0.030~0.496 mg kg-1,算术平均值为0.228 mg kg-1略低于全国土壤平均硒含量,总体上处于中等、边缘及缺乏水平。在不同类型土壤中,泥炭土硒含量相对较高(0.267 mg kg-1)而沼泽土硒含量相对较低(0.153 mg kg-1)。不同成土母质中,以坡积物为母质发育的土壤硒含量较高(0.276 mg kg-1)而以冲洪积物为母质发育的土壤硒含量较低(0.207 mg kg-1)。在土地利用方面,稻田土壤全硒含量略高于旱地土壤。相关分析表明:土壤有机碳(SOC)与土壤粒径分布(PSD)是影响研究区表土层土壤硒含量的主要因素。

宁夏荒漠草原沙漠化过程中土壤粒径分形特征

研究宁夏荒漠草原沙漠化过程中土壤性状、土壤粒径分形维数的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明:草地沙漠化对土壤分形维数(D)影响显著,D值为1.69~2.62.除在10~20 cm土层出现较小波动外,随着沙漠化程度加剧,0~30 cm土层D值整体呈减小趋势.在荒漠草原沙漠化过程中,荒漠草地D值最大,黏粒和粉粒体积百分含量最高,极细砂粒和细砂粒体积百分含量最低;流动沙地D值最小,黏粒和粉粒体积百分含量最小,极细砂粒和细砂粒体积百分含量最高.D与<50μm和>50μm粒径的土壤颗粒存在显著正相关和负相关,表明50μm粒径是决定草地沙漠化过程中土壤分形维数与土壤粒径关系的临界粒径.随着荒漠草原沙漠化加剧,土壤有机质和全氮含量逐渐降低,土壤容重逐渐升高,固定沙地至半固定沙地是荒漠草原沙漠化的质变过程,其中土壤粘粒体积百分含量、粉粒体积百分含量、土壤有机质含量、土壤全氮含量骤减,极细砂粒体积百分含量、细砂粒体积百分含量和土壤容重骤增.分形维数与土壤有机质、土壤全氮和土壤容重显著相关,固定沙地与半固定沙地分形维数的临界值为2.58,因此分形维数2.58可作为荒漠草原沙漠化的退化指标.

绿洲边缘不同土地利用方式下的土壤质量变化及分析

绿洲化进程加剧导致绿洲边缘土地覆被状况发生变化,为探讨绿洲边缘不同土地利用方式对土壤属性及土壤质量的影响,以塔里木盆地南缘策勒绿洲边缘人为垦殖的棉田、果园、沙拐枣林地及自然状态下骆驼刺覆被样地等4种土地利用方式为研究对象,利用土壤质量相对指数(RI)及土壤质量综合指数(SQI)分别探讨各样地间在0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm内土壤质量变化状况;同时利用分形理论对各样地表层土壤的粒径分布(PSD)属性进行分析.结果表明,土壤有机质及总氮指标在各样地间均存在显著性差异;各样地每层土壤的RI及SQI排序相同,棉田及果园利用方式对0～20 cm的土壤质量有明显促进作用;但随着土壤深度增加,自然覆被骆驼刺样地土壤质量逐渐高于其余样地;而对自然植被进行替代的沙拐枣林地,其各层土壤指标及土壤质量均处于最低水平,表层土壤PSD分形维数分析也表明沙拐枣林地保持土壤细粒成分能力最差.