Characteristics of the microbial communities regulate soil multi-functionality under different cover crop amendments in Ultisol

The use of cover crops is a promising strategy for influencing the soil microbial consortium,which is essential for the delivery of multiple soil functions(i.e.,soil multifunctionality).Nonetheless,relatively little is known about the role of the soil microbial consortium in mediating soil multifunctionality under different cover crop amendments in dryland Ultisols.Here,we assessed the multifunctionality of soils subjected to four cover crop amendments(control,non-amended treatment;RD,radish monoculture;HV,hairy vetch monoculture;and RDHV,radish-hairy vetch mixture),and we investigated the contributions of soil microbial richness,network complexity,and ecological clusters to soil multifunctionality.Our results demonstrated that cover crops whose chemical composition differed from that of the main plant crop promoted higher multifunctionality,and the radish-hairy vetch mixture rendered the highest enhancement.We obtained evidence that changes in soil microbial richness and network complexity triggered by the cover crops were associated with higher soil multifunctionality.Specifically,specialized microbes in a key ecological cluster(ecological cluster 2)of the soil microbial network were particularly important for maintaining soil multifunctionality.Our results highlight the importance of cover crop-induced variations in functionally important taxa for promoting the soil multifunctionality of dryland Ultisols.

Characteristics of Phosphorous Adsorption and Desorption by Organo-Mineral Colloidal Complexes of Purple Paddy Soils

The kinetic characteristics of P adsorption and desorption by organo-mineral colloidal complexes (OMC)were studied using acid, calcareous and neutral purple paddy soils taken from Chongqing and Sichuan, China.The results showed that the P adsorption capacity of the organo-mineral colloidal complexes differed with the soil types, being higher for the acid and calcareous purple soils than for the neutral purple soils. Partial removal of the organic matter increased the adsorption capacity of the colloidal complexes. A very significant positive correlation was found between the amounts of P desorbed from OMC and the P saturation degrees.The P adsorption reaction was quick at the early stage and slowed later. The raise of temperature increased P adsorption capacity and P adsorption rate of the colloidal complexes. The adsorption processes could be described by the Elovich equation.

Characteristics of Organo－Mineral Complexing of Microaggregates in Paddy Soils Developed from Purple Soils

This paper deals with characteristics of organo-mineral complexing of microaggregates in the paddy soils developed from purple soils in Sichuan, China. Results show that the contents of organic matter in microaggregates are in the order of 1--0.25 mm > smaller than 0.05 mm > 0.05-0.25 mm. But the organic matter in 1-0.01 mm microaggregates accounts for 68.1%-78.7% of that in soil. The organic matter in<0.05 mm microaggregates is complexed humus on the whole, of which the degree of organo-mineral complexing varies between 96.1% and 99.5%, which is higher than that of the soil or>0.05 mm microaggregates. The contents of loosely combined humus and the ratios of loosely and tightly combined humus markedly decline with the size of microaggregates. Fresh soil humus formed from semi-decomposed organic material or organic manure added is combined first with<0.001 mm clay, and then aggregated with other organic and mineral particles to form larger microaggregates, in which the aging of humus happens at the same time; whereas organic matter of the light fraction is mainly involved in the formation of>0.05 mm microaggregates.

Composition and Characteristics of Organo-Mineral Complexes of Red Soils in South China

The objective of the present study is to reveal the composition and characteristics of organo-mineral complexes in red soils (red soil, lateritic red soil and latosol) of south China in terms of chemical dissolution and fractional peptization methods. In the combined humus, most of the extractable humus could dissolve in 0.1 M NaOH extractant and belonged to active humus (H1), and there was only a small amount of humus which could be further dissolved in 0.1 M Na4P2O7 extractant at pH 13 and was stably combined humus (H2). The H1/ H2 ratio ranged from 3.3 to 33.8 in red soils, and the proportions of both H, and total extractable organic carbon (H1+H2) in total soil organic carbon and the ratios of H1 to H2 and H1 to (H1 +H2) were all higher in lateritic red soil and latosol than in red soil. The. differences of combined humus composition in various red soils were directly related to the content of Fe and Al oxides. In organo-mineral complexes, the ratio of Na-dispersed fraction (G1) to Na-ground-dispersed fraction (G2) was generally smaller than 1 for red soils, but there was a higher G1 / G2 ratio in red soil than in lateritic red soil and latosol. G1 fraction had a higher content of fulvic acid (FA), but G2 fraction had a higher content of humic acid (HA). The ratios of H1 to H2 and HA to FA were higher in G2 than in G1. The differences in the composition and activity of humus between G1 and G2 fractions were related to the content of free Fe and Al oxides. The quantities of complex Fe and Al, the Fe/ C and Al/ C atomic ratios were higher in G2 than in G1, and the ratio of Al/ C was much higher than that of Fe/ C. It may be deduced that aluminum plays a more important role than iron in the formation process of organo-mineral complexes in red soils.

Preliminary Study on the Effect of Different Ecological Cultivation Modes on the Water Stability of Soil Aggregates in Rubber Based Agroforestry Systems

Rubber trees (Hevea brasiliensis Müll. Arg.) have been commercially cultivated for a century and a half in Asia, particularly in China, and they constitute a common element of plantation ecosystems in tropical regions. Soil health is fundamental to the sustainable development of rubber plantations. The objective of the study is to explore the influence of different complex ecological cultivation modes on the stability of soil aggregates in rubber based agroforestry systems. In this study, the ecological cultivation mode of rubber—Alpinia oxyphylla plantation, the ecological cultivation mode of rubber—Phrynium hainanense plantations, the ecological cultivation mode of rubber—Homalium ceylanicum plantations and monoculture rubber plantations were selected, and the particle size distribution of soil aggregates and their water stability characteristics were analyzed. The soil depth of 0 - 20 cm and 20 - 40 cm was collected for four cultivation modes. Soil was divided into 6 particle levels > 20 cm. soil was divided into 6 particle levels > 5 mm, 2 - 5 mm, 1 - 2 mm, 0.5 - 1 mm, 0.25 - 0.5 mm, and 0.053 - 0.25 mm according to the wet sieve method. The particle size proportion and water stability of soil aggregates were determined by the wet sieve method. The particle size proportion and water stability of soil aggregates under different ecological cultivation modes were analyzed. The results showed that under different ecological cultivation modes in the shallow soil layer (0 - 20 cm), the rubber—Alpinia oxyphylla plantation and the rubber—Phrynium hainanense plantation promoted the development of dominant soil aggregates towards larger size classes, whereas the situation is the opposite for rubber—Homalium ceylanicum plantation. In soil layer (20 - 40 cm), the ecological cultivation mode of rubber—Phrynium hainanense plantation developed the dominant radial level of soil aggregates to the diameter level of large aggregates. Rubber—Alpinia oxyphylla plantation and rubber—Homalium ceylanicum plantation, three indicators, including the water-stable aggregate content R0.25 (>0.25 mm water-stable aggregates), mean weight diameter (MWD), and geometric mean diameter (GMD), were all lower than those in the rubber monoculture mode. However, in the rubber—Phrynium hainanense plantation, the water-stable aggregate content R0.25, mean weight diameter, and geometric mean diameter were higher than in the rubber monoculture mode, although these differences did not reach statistical significance.

土木工程话土木

Civil Engineering这个学科在中国以两种天然材料土和木命名,称为土木工程,可见华夏文明与这两种材料间的密切关系。中国古代的殿堂庙宇基本都是木结构建筑,这与其他古文明主要以石料建造大型建筑物不同。该文从地理、历史、经济与文明属性对此进行分析,指出华夏文明的特殊性。土为人类提供了栖息、载体、武器、工具和材料,也是人类衣食之源。中国自古至今主要用土治水,所谓“水来土掩”;黄土高原自古至今窑洞都是当地居民重要的居所。几千年来,中国先民在不同的地域创建不同型式的木结构住房,雄伟壮丽的名楼殿宇代表了中国古代木结构工程的高超技艺。在治水过程中,中国古人因地制宜地将土与木相结合,创造了形式多样的加筋土。文章分析土的特殊性与多样性,指出岩土工程仍然需要依靠丰富的经验和成熟的案例进行工程决策。

上海轨道交通车站暗挖技术应用与探索

[目的]上海的城市轨道交通经过多年发展,现已面临极其复杂和严苛的工程建设环境,地下车站大开挖导致的交通拥堵、房屋拆迁和管线搬迁等问题已逐渐成为社会舆论的焦点。针对地铁建设与周边环境的冲突与矛盾,上海轨道交通通过持续科技攻关和试验论证,提出了多项软土地层暗挖技术。[方法]介绍了暗挖技术的发展历史和应用现状;基于上海轨道交通建设的特点,介绍了上海轨道交通暗挖技术中顶管法、冻结法和管棚法的具体内涵及应用情况;探讨了大断面顶管法、超长特大断面管幕法、超浅埋大断面冻结法和束合管幕法等新型暗挖车站建造技术的研究和试点应用情况。[结果及结论]上海轨道交通暗挖技术主要包括盾构法、顶管法、冻结法、管棚法以及其他特殊暗挖工法,已广泛应用于地下区间工程、区间联络通道工程、车站附属结构工程以及车站局部改造工程等;新型暗挖车站建造技术能够有效应对新条件下上海轨道交通建设的特点和面临的挑战。

山区“铁路工程-水土流失”系统关键要素识别

建立了一种识别山区铁路工程水土流失关键要素的模型。首先确定易引发水土流失的铁路重点专业,分析“铁路工程-水土流失”的交互影响关系,识别“铁路工程-水土流失”要素,并构建其指标体系。然后基于复杂网络模型,结合熵权法、层次分析法(IGAHP)法、DWNodeRank算法构建一种多层网络关键要素识别模型。最后以山区某铁路工程为例,该山区铁路工程关键要素有弃渣处置、路基边坡防护、路基截排水沟布设等,水土保持性能关键要素有大型临时土地扰动、渣土弃置等,水土流失关键要素有水文、地表植被、流失物质。在山区铁路工程水土流失控制时需重点针对以上关键要素进行水土保持措施和工程结构的设计,以期有效地控制区域水土流失,改善和恢复破坏的生态环境。

根土复合体抗剪特性变化特征及强度预估研究

根土复合体剪切特性受含根量与压实度的影响,为探究二者对根土复合体抗剪特性的影响程度,以黑麦草根土复合体重塑试样为研究对象,进行了不同含根量(0%、0.15%、0.3%、0.45%、0.6%)与不同压实度(85%、90%、95%)的根土复合体三轴压缩试验,分析了15%应变对应的极限主应力差与抗剪强度指标的变化规律,建立了抗剪强度计算公式。结果发现:①在相同围压下,根土复合体的极限主应力差相比于素土增加了6~79.9kPa,增幅为6.8%~65.5%。②压实度相同时,随着含根量的增加,根土复合体极限主应力差先增加后减小,压实度为85%、90%、95%时在含根量为0.3%、0.3%、0.45%时极限主应力差最大,即为最优含根量。③基于试验结果,建立了同时考虑含根量、压实度和围压的根土复合体抗剪强度计算公式,公式的拟合精度(R2)为0.943。采用原状土根土复合体试样对公式进行验证,发现公式的预测精度(R2)为0.96。研究结果为黑麦草根系固土提供理论依据。

根土复合体力学效应及其模型构建研究进展与展望

[目的]为探究根土复合体的力学效应机理及模型方法应用。[方法]采用文献分析和对比分析法,归纳分析根土复合体概念和内涵、根土复合体力学效应及力学模型原理、优缺点以及适用范围。[结果](1)根土复合体是根系与土体之间力学耦合效应的复合整体,根系在土体中交叉缠绕,起到加固作用;(2)根系与土体力学关系实质上是根土复合体土力、水力和复合力学特性作用的结果,土力特性、水力特性分别侧重研究根系对土体的影响和土中水分对土体和根系的影响,复合力学特性侧重于根土复合体自身特性对植物根系特征以及结构的直接影响,从而通过三者作用使根系与土体的力学关系处于动态平衡之中;(3)根土复合体复合力学模型研究较土力和水力学模型略少,土力学和水力学模型都是根据量化参数,通过参数间对比来衡量固土效果,但复合力学特性同时涉及土力特性和水力特性,考虑全面,应是未来研究的重点方向。[结论]未来在开展冻融循环、干湿交替、干热循环对不同地区根系与土体相互作用的影响、多类型植物混种抗剪强度、化学作用和微生物作用对土水特性影响机理及复合模型构建等方面有待深入研究。研究结果可为生态脆弱区植被恢复、水土保持和可持续发展等提供重要的理论价值和工程借鉴意义。

贵州泥质灰岩中性自然与耕作黄壤镉的表面络合模型

贵州省黄壤Cd污染形势严峻,而地域性及母质分异会引起土壤表面酸碱性质及其对重金属Cd吸附行为的差异.本研究以贵州省黔西林泉镇泥质灰岩发育的不同深度4层中性自然黄壤和耕作黄壤为研究对象,基于土壤理化性质、连续电位滴定实验、不同pH下两土壤对Cd的吸附实验,利用1-site/2-pKa表面络合模型(SCM)探究两土壤表面酸碱性质,模拟两土壤对Cd的吸附行为及其形态分布,同时探究耕作对土壤表面酸碱性质及其对Cd吸附行为的影响,并通过相关性分析解析两土壤组成与表面酸碱性质的关系.结果表明,基于电位滴定实验和SCM计算所得的两土壤表面位点浓度(Hs)和表面位点密度(D_(s))随土层深度基本呈下降趋势,自然黄壤Hs大于耕作黄壤,D_(s)反之.电荷零点的模型计算值(pHpzc,SCM)与实验值(pHpzc,M)十分接近且变化趋势一致,表明该模型对于泥质灰岩中性黄壤的表面酸碱性质具有较好的适用性.结合不同pH下两土壤对Cd的吸附实验,利用SCM拟合获得的吸附态、溶解态曲线与实验数据吻合好(r≥0.98),模型拟合≡SOH_(2)^(+)、≡SOH、≡SO−的3种表面位点的形态分布揭示Cd在不同pH下的吸附特征,说明1-site/2-pKa SCM可预测不同酸碱条件下Cd的存在形态及其在泥质灰岩中性土壤上的吸附行为.通过土壤酸碱性质参数和组分的相关性分析表明两土壤的表面酸碱活性位点主要受有机质影响,而土壤pHpzc基本由铁铝氧化铁决定.因耕作施肥造成自然黄壤与耕作黄壤之间有机质含量的差异,使耕作黄壤表现出较弱的缓冲能力和较大的缓冲范围;两土壤pHpzc较为接近,导致Cd的吸附行为无明显差异.研究显示,1-site/2-pKa SCM可用于准确描述泥质灰岩中性黄壤表面酸碱性质及Cd的吸附特征.

川西南山区县域数字土壤制图研究

【目的】研究环境变量的筛选和土壤类型空间推理方法的选择,为有效提高县域数字土壤制图精度提供参考。【方法】以四川省盐源县为研究区,将气候要素、地形数据和遥感影像作为推理制图的辅助因子,利用野外采样点数据和环境协变量因子,采用决策树分类方法对环境特征进行重要性排序,特征筛选和组合优选,通过对比决策树分类、支持向量机和随机森林3种土壤分类方法的制图精度,探索基于土壤-环境关系理论提高具有立体气候特征的山区县域数字土壤制图精度的途径。【结果】(1)气候和地形特征在研究区土壤分类中起重要作用,采用单一气候因素作为土壤筛选分类的环境变量可获得土壤分类筛选精度为83.22%,依次增加地形和生物特征可分别使筛选精度提升至85.78%和89.43%;(2)与其他模型相比,随机森林模型制图效果更好,对比采样点数据的土壤分类总体精度为77.10%,Kappa系数为0.72;(3)气候因子以及地形因素对水热条件的影响是决定研究区土壤类型空间分布异质性的主要原因,年均气温、年积温、年降水量、相对湿度、高程、地形湿润度等环境特征因子与研究区主要土壤类型的空间分布关系密切。【结论】在具有立体气候特征的山区,基于随机森林方法使用气候、地形和遥感数据进行数字土壤分类制图有较好的效果。

铅镉在玄武岩黄壤中的吸附行为及表面络合模型研究

【目的】为探究贵州黄壤对污染毒性较强的铅(Pb)和镉(Cd)元素的吸附特征及吸附机制,针对性地为农业土壤重金属Pb、Cd污染防治提供理论依据。【方法】以贵州省不同位点玄武岩母质黄壤为研究对象,根据1-site/2-p Ka广义复合表面络合模型(SCM)理论的相关公式,结合黄壤理化性质测定实验、电位滴定实验和Pb、Cd的吸附边实验,获得黄壤表面酸碱性质参数即模型参数,然后利用1-site/2-p Ka SCM模拟黄壤表面3种活性位点形态分布情况以及不同pH下的Pb、Cd吸附行为,探讨黄壤对Pb、Cd的吸附特征及吸附机理,进行相关性分析,解析影响黄壤对Pb、Cd吸附的因素。【结果】根据SCM理论相关公式,计算获得4个黄壤样品的电荷零点pHpzc,SCM分别为5.040、5.549、7.984、4.297,表面位点浓度(Hs)分别为0.137,0.183,0.181,0.308 mol/kg,表面位点密度(Ds)分别为4.519,2.571,2.122,3.664 sit/nm^(2);通过SCM模拟了不同pH条件下黄壤表面≡SOH2+、≡SOH、≡SO-形态的变化,并初步解释了Pb、Cd在黄壤表面的吸附机理,同时拟合了不同pH下Pb、Cd在黄壤表面的吸附行为(相关系数R≥0.96),说明SCM适用于描述黄壤表面Pb、Cd的吸附特征。吸附边实验表明Pb、Cd初始浓度以及土壤环境的pH均会影响Pb、Cd在黄壤表面的吸附行为,且Pb、Cd在黄壤表面的吸附存在差异;黄壤对Pb的吸附能力大于Cd,不仅源于Pb具有更小的水合离子半径和更大的水解常数,且由SCM计算络合平衡常数lg KSOPb大于lg KSOCd,表明Pb在黄壤表面形成的络合物比黄壤Cd的络合物稳定。相关性分析表明黄壤Hs主要受铁铝氧化物和有机质的影响,pH对黄壤pHpzc及lg KSOCd、lg KSOPb有重要影响。【结论】1-site/2-p Ka SCM对于准确描述贵州玄武岩母质黄壤表面Pb、Cd吸附特征及解释Pb、Cd的吸附机制具有很好的适用性,可为重金属在农业土壤中的迁移转化行为研究提供参考。

不同草本植物根系对土壤渗透性的影响

[目的]揭示当地排土场不同草本植物根系对土壤渗透性的影响,阐明预测草本植物根系提升土壤渗透性的最优指标,并得出草本植物根系提升土壤渗透性的最佳径级,为排土场生态修复植物选择提供重要依据。[方法]以海州露天矿排土场为研究地点,以轴根型紫花地丁、根蘖型苦荬菜和根茎型水麦冬为研究对象,采用图片像素换算法量化3种根系在不同土层深度范围内的根系分布特征;并结合渗透试验获取3种草本植物原状根土复合体的渗透参数,进而探究了根土复合体根系分布参数与渗透参数的关系。[结果]3种草本植物均能提升土壤的渗透性能,轴根型、根茎型和根蘖型根土复合体的初始入渗率、稳渗率、平均渗透速率、渗透总量相较于素土分别提升82.23%~254.99%,85.59%~307.63%,72.02%~325.91%,62.93%~246.98%。3种草本植物根系的根长密度和根表面积密度与根土复合体的渗透参数均呈现线性相关,根表面积密度的相关性强于根长密度。3种根系对土壤渗透性的增强作用主要归功于0.5 mm<D≤1.5 mm径级,它们均存在提升土壤渗透性的最佳径级。[结论]草本植物根系能够提升土壤渗透性,根表面积密度是最佳预测指标,且不同根系均存在最佳径级。

木纤维重构红壤下根系特征对根土复合体抗剪特性的影响

红壤黏性重、水分变化大、抗剪性能较低,通过根系特征参数研究草本植物根土复合体的力学特性具有一定意义。为探明不同质量分数(0、0.5%、2.5%和5.0%)木纤维重构红壤下,根系特征对草本植物根土复合体抗剪特性的影响机理,该研究通过直剪试验测定白三叶和黑麦草根土复合体的抗剪强度,并采用WinRHIZO根系分析系统测定根表面积指数、根系体积比、根系长度、地下生物量4个根系特征参数,并进一步揭示其对抗剪强度影响机理及规律。结果表明:适量的木纤维添加有利于须根系草本植物的生长,木纤维质量分数较低时,黑麦草的根系特征参数值高于白三叶3~5倍,木纤维质量分数较高时,黑麦草和白三叶的根系长度分别为456.27和438.35 cm,地下生物量分别为0.410和0.150 mg;随根系特征参数增加黑麦草根土复合体的抗剪强度增幅大于白三叶根土复合体,增幅范围分别为26.55%~47.20%、26.21%~35.07%,但存在一定的变化阈值。采用摩尔-库伦模型对根土复合体的抗剪特性参数的模拟效果较好,根系特征参数达到变化阈值时,黏聚力变化差异明显,对内摩擦角影响较小。该研究对深入研究红壤区的边坡防护、植被恢复和土地整治等具有重要的理论和工程实践价值。

钚(Ⅳ)-胶体-不动介质(花岗岩)间的作用机制:实验,表面配位和DLVO作用力

为了准确模拟钚在地下水中的大尺度迁移行为,需要掌握地下水三相体系中钚(Ⅳ)-天然胶体-不动介质(花岗岩)间的作用机制。实验结果表明,钚(Ⅳ)吸附在土壤胶体表面生成的钚(假)胶体有很强的运动能力(钚(假)胶体在装有孔隙介质的柱体中传输后钚的回收率R反映其运动能力),其运动能力R随土壤胶体质量浓度ρ的增大而增大(0≤ρ≤375.4 mg/L,1.3%≤R≤52.5%)。钚(Ⅳ)在土壤胶体表面生成的主要配位种态是≡SOPu(OH)_(3),种态百分数>95%,且种态百分数与胶体浓度正相关。实验和表面配位计算证实,钚(假)胶体增强了钚的运动能力,比水溶态钚污染远场水域的风险更大。DLVO作用势计算结果指出,随着胶体浓度的继续增大,胶体-介质间第二能量最小值(Ф_(min2))的波谷深度加深。该引力相互作用势导致钚(假)胶体在介质表面的吸着沉积效率增大,且与实验观察到的逐渐变弱的钚(假)胶体的运动能力一致(375.4 mg/L≤ρ≤2017.8 mg/L,52.5%≤R≤12.7%)。

软基中多向受荷大直径单桩桩土相互作用试验研究

为了研究多向循环受荷大直径单桩的水平变形响应及桩土相互作用机理,开展多向受荷大直径单桩的1g大比尺模型试验,探讨不同竖向和水平循环荷载比下的桩侧受力及变形响应.试验结果表明,施加竖向循环荷载会增大桩身水平位移的发展速率;最大弯矩出现在2.0倍桩径深度处,随着循环次数的增大,桩身弯矩表现出减小的趋势;在循环荷载作用下,最大土抗力所在的位置随着循环次数的增大逐渐从1.5倍桩径深度处向2.0倍桩径深度处移动,循环土体抗力-桩身水平变形(p-y)曲线的退化主要发生在表层土体;施加竖向循环荷载会增大桩土界面的初始刚度,但同时也会加速桩土体系的刚度退化.建议在海上风电大直径单桩的设计中,特别注意竖向循环荷载对长期循环荷载作用下桩身位移及桩土相互作用的不利影响.

基于地形复杂度的山区水土流失风险评价

水土流失研究中通常以大范围区域数据为主导,探究小范围山地地区精细化表达,这对评价小范围山地地区水土流失情况具有重大现实意义。利用无人机数据生成高精度的数字高程模型(DEM)与三维模型,基于DEM数据计算多个地形因子,结合相关性分析、聚类分析实现地形因子的分类,再使用变异系数法和主成分分析法实现地形因子的筛选与确权并建立地形复杂度模型;随后,在地形复杂度模型中引入常数偏移量,并进行归一化处理,得到水土流失风险评价因子模型;最后,将其与三维模型和实地踏勘数据进行验证分析。结果表明:1)水土流失风险评价因子模型中坡度、地表切割深度、剖面曲率、平面曲率的系数分别为1.933、0.338、0.206和2.633;2)对于整个试验区,中风险区面积比例为28.50%,分布较为分散。极高风险区比例为4.42%,集中分布在南侧以及西北侧。总体而言,该区域以中低风险为主;3)F1和F2区域水土流失风险较高,因为其存在陡峭地形、低植被覆盖率和土壤沙化等问题。F3区域由于平坦地形和种植大量农作物,表现出相对轻微的水土流失情况。该模型能够准确提取水土流失区域,为小范围山地地区的水土流失和土壤侵蚀等地学研究提供有益的参考。

长期施钾红壤中铁铝氧化物调控有机无机复合体钾素分布

【目的】探究长期施用钾肥如何调控有机无机复合体中速效钾的分布及作用机制,为红壤钾库健康培育提供理论依据。【方法】旱地红壤长期定位试验始于1986年,2022年玉米收获后采集不施肥(CK)、化学氮磷肥配施(NP)、化学氮磷钾肥配施(NPK)3个处理的土样,通过干筛法获得各处理大团聚体(>2 mm)、小团聚体(0.25~2 mm)和微团聚体(<0.25 mm)土样,结合虹吸法进一步分离得到各级团聚体下的有机无机复合体(<2、2~10、10~50和>50μm)样品,分析各粒级有机无机复合体颗粒组成、速效钾和铁铝氧化物含量与分布,探究铁铝氧化物与速效钾之间的相互关系。【结果】1)与CK和NP处理相比,NPK处理大团聚体中<2μm粒级复合体含量占比分别提高20.5%和149.0%,10~50μm粒级复合体含量占比分别提高18.6%和降低31.0%。2)在0~50μm粒级复合体范围内,大、小和微团聚体中10~50μm粒级复合体速效钾含量均为最低水平。土壤速效钾主要存在于<2μm粒级复合体中,占比为54.6%~85.9%。与CK和NP处理相比,NPK处理大团聚体中<2μm粒级复合体速效钾含量占比分别提高44.6%和23.0%。3)与NP处理相比,NPK处理大团聚体<2μm粒级复合体游离铁、铝氧化物含量分别提高30.0%、467.0%,无定形态铁、铝氧化物含量分别降低79.7%、59.3%。与NP处理相比,NPK处理大团聚体<2μm粒级复合体有机络合态铝氧化物含量提高9.8%;10~50μm粒级复合体有机络合态铝氧化物含量降低33.2%。4)在<2μm粒级复合体中,游离态铁铝氧化物、无定形态铝氧化物和有机络合态铝氧化物与速效钾之间存在极显著的正相关关系。无定形态和有机络合态铝氧化物对速效钾含量分布解释度较高,分别为11.2%和11.0%。【结论】长期施用钾肥显著提高红壤旱地土壤大团聚体<2μm粒级复合体速效钾含量占比和游离态铁铝氧化物含量,降低无定形态铝氧化物含量。且无定形态、有机络合态铝氧化物对<2μm粒级复合体速效钾具有正向调控作用,有助于增加土壤钾库。

缙云山典型林地根系分布对土壤土水特征和渗透性的影响

森林土壤的土-水特征曲线和渗透系数是衡量土体非饱和特性中土壤持水能力和渗透能力的重要方式。为了了解不同林地根系表层土壤土水特征和渗透性,基于经典VG模型,通过土壤变水头渗透试验和离心机试验研究缙云山针阔混交林、常绿阔叶林、毛竹林和灌木林4种林地土土水特征和渗透性,同时建立土壤根系含量影响非饱和渗透系数的归一化数学模型。结果表明:1)毛竹林根系分布最多,且粗根比例较大,针阔混交林和常绿阔叶林各径级的根系分布范围均较广,但是每层数量较少;灌木林每层根系分布均数量较多,且细根分布范围最广;2)针阔混交林、常绿阔叶林、毛竹林和灌木林的表层饱和渗透系数k_(s)分别为7.00、7.04、0.69、3.70μm/s,4种林地土壤的k_(s)整体呈随深度增加而减小的趋势,毛竹林第一土层与此规律反常;3)4种林地土壤的进气参数值随土层深度整体呈现先增大后降低的趋势,孔径参数则基本随土层深度增大而减小;4)4种林地土壤的饱和渗透系数与根系数量均呈幂函数关系,R^(2)≥0.95976,考虑根系影响的林地土体非饱和渗透性函数可用归一化数学模型来描述和预测。研究结果可为含根土体水力特性及非饱和土渗流机理的研究提供理论基础。