黄土高原旱地连续施用锰肥的土壤效应研究

采用连续浸提形态分级方法，研究了连续施用锰肥17a后锰的土壤化学特性变化。结果表明：经过长期连续施用锰肥，土壤全锰和DTPA—Mn含量增加不多。土壤DTPA—Mn含量随试验时间的延长呈增加趋势，施锰土壤有效锰提高不多，土壤DTPA—Mn含量只增加了0．4～1．7mgkg^-1。土壤中的锰主要以矿物态存在，占土壤全锰含量的比例为87．3％～91.8％。碳酸盐态、氧化锰态和紧结有机态锰占全锰的比例相当，土壤中各形态锰按含量大致呈矿物态〉碳酸盐态〉氧化锰态〉紧结有机态〉松结有机态〉交换态的顺序。施入土壤的锰肥有91．1％～98．6％进入碳酸盐结合态、氧化锰结合态、紧结有机态和矿物态，只有很少一部分仍留在有效态锰库中。交换态和松结有机态锰对土壤锰的有效性起着主要作用，可以反映土壤锰的供给状况，碳酸盐态和紧结有机态锰不能反映土壤锰的有效性。

黄土高原沟壑区小流域坡地土壤养分分布特征

坡地土壤质量退化以及生产力下降是限制坡地植被恢复的主要因素，而坡地土壤质量和生产力在很大程度上取决于土壤养分状况。通过野外调查和室内分析相结合的方法，研究了黄土高原沟壑区坡地土壤养分分布特征，结果表明坡地土壤主要养分含量均随土壤层次的加深而降低，其中以有机碳和全氮降低最多，而硝、铵态氮和全磷降低较少；坡地不同土层土壤有机碳和全氮表现出较大的变异性，土壤铵态氮和全磷的变异较小。0．005～0．05mm土壤颗粒含量随土层加深而增加，0．05～1mm颗粒含量随土层加深而降低；〈0．005mm土壤颗粒含量在0～40cm土层变异很大，而0．005～0．05mm和0．05～1mm的土壤颗粒在所有土层变异都很小。有机碳、全氮、全磷和〈0．005mm颗粒从坡顶向下呈增加的趋势，其分布与坡度和坡长有关，其变异性随坡度和坡长的增加而增大。坡面较长时，〈0．005mm颗粒易于在坡面中、下部累积，坡度较大时则易于迁移出坡面。坡面土壤有机碳、全氮和全磷均在坡底部富集，其富集程度和位置因坡长和坡度而异，长缓坡有利于养分富集，短陡坡利于养分迁出。坡度较小时坡面不同位置土壤养分剖面分布主要由坡面土壤性质变异引起，随坡度的增加，土壤侵蚀便逐渐成为坡面养分分布的主导因子。坡上部碳、氮养分流失的深度也随坡度的增加而加深，而不同坡位全磷的剖面分布与坡度的关系较差。因此，在坡地土壤养分调控中必须综合考虑坡度和坡长因素。

黄土高原地区连续施锌条件下土壤锌的形态及有效性

采用连续浸提形态分级方法,研究了连续施用锌肥后锌的土壤化学特性变化。结果表明,经过17年连续施用锌肥,锌在土壤中有明显的累积。0～60cm各土层土壤全锌和有效锌(DTPA-Zn)含量均高于对照,并且表现出锌在表层土壤(0～15cm)累积和向深层土壤迁移的特点。土壤中的锌主要以矿物态锌存在,占土壤全锌含量的95.57%～99.11%。其次为松结态锌,约占全锌的0.82%～3.58%。其它形态锌占全锌的比例很小,不到1.00%。锌肥施入土壤后各形态锌的含量都有较大幅度的增加,施入土壤中的锌有很大一部分转化为矿物态锌,只有一小部分进入土壤溶液,或与有机质、碳酸盐及氧化锰相结合。在土壤各形态锌中,交换态、松结态和碳酸盐态锌均能不同程度反映土壤锌的有效性。长期施用锌肥改善了小麦的锌营养状况,促进了小麦对锌的吸收,施锌小麦各器官锌含量和吸锌量均高于对照。

黄土区薄厚层浮土土质道路降雨侵蚀过程差异

土质道路经长期碾压产生了大量浮土,加剧了道路侵蚀。本文通过人工模拟降雨试验,研究不同雨强及坡度条件下薄层1.0 cm和厚层4.0 cm浮土土质道路的产流产沙特征。根据侵蚀物质的差异,将浮土道路侵蚀过程分为单独浮土侵蚀阶段和浮土、道路混合侵蚀阶段。结果表明:(1)浮土侵蚀阶段、混合侵蚀阶段薄层浮土平均径流率为厚层浮土的1.01倍~1.52倍、1.26倍~2.44倍。2.5 mm·min^(–1)雨强时3个坡度下的平均次降雨产流量为43.44 L,较1.0~2.0 mm·min^(-1)雨强提高37.36%~82.05%;(2)混合侵蚀阶段16°坡面平均含沙量均值为227.30 g·L^(-1),为4°和8°的2.14倍和1.37倍。小雨强(1.0、1.5 mm·min^(-1))时厚层浮土次降雨产沙量为薄层浮土的1.39倍~2.14倍;大雨强(2.0、2.5 mm·min^(-1))时薄层浮土次降雨产沙量为厚层浮土的1.14倍~1.67倍。1.0 mm·min^(-1)雨强时3个坡度下的平均次降雨产沙量为2.08 kg,占1.5~2.5 mm·min^(-1)雨强的23.57%~68.59%;(3)混合侵蚀阶段及次降雨过程薄层浮土含沙量与径流率相关性较厚层浮土均增强。结果可为黄土区浮土道路侵蚀防治工作的开展提供科学依据。

土壤导热率测定及其计算模型的对比分析

土壤导热率是重要的热参数之一,为了获得预测导热率的准确方法,该文对比分析了确定土壤导热率的热脉冲直接测定法和模型间接推求法。根据热脉冲原理在相同体积质量下,测定了不同质地和含水率土壤的导热率值。结果表明在相同含水率条件下,砂粒含量越高,土壤的导热率越大,土壤导热能力越强。利用Horton经验公式对实测值进行了拟合,结果显示Horton经验模型基本可以反映土壤导热率变化特征,并得到了Horton公式经验系数。利用实测值与Campbell模型计算值进行了比较,结果显示Campbell模型计算结果偏差较大,并对其进行了修正。并且用实测值与Johansen模型及其2种改进模型(Coté-Konrad模型和Lu-Ren模型)的计算值进行了对比分析,结果表明Johansen模型计算结果与实测值偏差较大,2种改进型模型的计算结果与实测值更接近。该研究表明土壤导热率可以利用土壤质地、含水率、孔隙度和体积质量进行计算,3种理论模型的计算值与实测值的相关系数均值分别为:0.643、0.937、0.943,推荐使用Coté-Konrad模型和Lu-Ren模型计算土壤导热率,Lu-Ren模型比Coté-Konrad模型的适用范围更广。

生物炭添加对半干旱区土壤细菌群落的影响

以半干旱区固原生态试验站生物炭修复4a的表层土壤为对象,采用高通量测序技术研究了不同添加类型(槐树皮生物炭、锯末生物炭)和比例(1%、3%、5%,质量百分比)的生物炭对土壤细菌多样性及群落结构的影响.结果表明,生物炭应用提高了土壤细菌群落的多样性,锯末生物炭优于槐树皮生物炭,且3%锯末生物炭对细菌群落的多样性影响最佳,其香农指数为6.22;优势门主要为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)和Saccharibacteria,相对丰度共占76.80%～85.31%;优势纲有放线菌纲(Actinobacteria)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、酸杆菌纲(Acidobacteria),其相对丰度占48.13%～57.08%;属水平上,施加生物炭增加了芽孢杆菌属(Bacillus)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)的相对丰度,降低了土微菌属(Pedomicrobium)、根瘤菌属(Rhizobium)的相对丰度;层级聚类及冗余分析(RDA)发现,施加生物炭对细菌群落结构有影响,其中,微生物量碳、含水率、铵态氮、有机碳对细菌群落结构的影响较大.细菌优势门与环境因子相关性热图分析表明,铵态氮与放线菌门、绿弯菌门呈显著相关性.铵态氮是影响细菌群落的主要理化因子.

黑河中游绿洲麦田土壤水气热参数田间尺度空间分布特征

为了明确黑河中游绿洲麦田土壤水气热传输动力学特征的空间变异性,该文采用地理信息系统和地统计学相结合的方法,以黑河中游临泽县麦田的水气热参数的空间分布特征为基础进行相关研究。结果表明地统计学方法可以较好地模拟土壤水气热参数的空间结构和变异特征;水气热参数的拱高与基态值之比均高于75%,采样间隔距离设为10m可以达到较为理想的研究目标;Kringing插值研究结果表明,该区域土壤水气参数变化具有良好的一致性;总的来说,研究区域的土壤导热率具有中间高,南北两侧低的马鞍形变化趋势。该研究将为当地土壤水气热参数田间尺度空间变异研究提供一定的参考。

初始含水率对土壤垂直线源入渗特征的影响

为解决现有渗灌系统在深根系植物应用中存在的问题,该文设计了一种垂直线源灌水器,并通过室内土箱试验研究了不同初始含水率条件下砂黄土和塿土的垂直线源入渗特征。结果表明:Philip入渗公式的形式能够较好地描述2种土壤的三维入渗过程;入渗时间一定时,砂黄土和塿土的累积入渗量均与初始含水率之间呈二次函数递减关系;2种土壤入渗的最大径向距离、最大垂向距离、宽深比均与初始含水率之间呈二次函数抛物线关系;2种土壤相比,偏砂性的砂黄土累积入渗量在低初始含水率下较塿土大,但随着初始含水率的增加其减小速度较塿土快,偏黏重的塿土入渗临界初始含水率较砂黄土大,但其入渗范围较砂黄土小。这些结果可为不同土壤条件下的垂直线源灌水技术发展提供参考。

确定侵蚀细沟集中水流剥离速率的解析方法

细沟中的泥沙主要来源于细沟流对土壤的剥蚀作用 ,细沟剥蚀作用的大小由剥蚀率来表述。剥蚀率是侵蚀过程预报模型的重要物理参数 ,本文创造性提出了一种确定侵蚀细沟集中水流剥离速率的解析方法。该方法用细沟侵蚀模拟试验所确定的沟长与水流载沙量的函数关系 ,以及相应的回归参数 ,通过将函数对距离求导数 ,得到了水流的剥离速率与细沟长度的函数关系。由此 ,进一步确定了剥离速率与水流载沙量的函数关系。将由解析法得到的剥离速率与由试验数据直接计算得到的结果进行了对比 ,得到不同坡度的确定系数下R2 值最小为 0 .65(坡度为 5) ,n=1 6 ,最好的拟合R2 值 0 .96(坡度为 2 0°) ,n =2 4 ,证明了该解析方法的可行性。

不同碎石含量及直径对土壤水分入渗过程的影响

由于成土原因或人类活动，一些土壤中含有不同含量及大小的碎石。碎石的存在改变了土壤的某些物理特性，入渗过程也因此受到影响。本研究采用定水头入渗试验装置，对7种不同碎石含量（0％，10％，20％，30％，40％，50％，60％）及4种不同碎石直径（0．2～0．5cm，0．5～1．0cm，1．0～3．0cm，3．0～4．0cm）的土壤水分入渗过程进行室内研究，旨在分析碎石含量及直径对土壤入渗过程的影响及其原因，为土石混合介质的研究提供一些理论基础。

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。

田间滴灌入渗与蒸发条件下土壤水盐分布特征

2006年在新疆阿克苏阿瓦提丰收灌区通过田间试验,研究了滴灌入渗和蒸发条件下土壤水盐分布规律。结果表明:滴头流量增加时水平方向含水量增加,纵向含水量减小;滴头下方土壤含盐量与滴头流量成负相关关系,随着滴头流量的增加,盐分累积的深度依次减小;土壤盐分的淋洗效率和压盐深度均与灌水历时成正比;覆膜不仅对表层土壤含水量减小具有显著抑制作用,而且对表层土壤盐分累积有较好的抑制作用,不覆膜处理在0～10 cm深度处土壤盐分增加值最大,覆膜处理盐分增加值的最大值出现在20～30 cm深度处。

初始含水率对土壤中原油入渗的影响

为确定土壤初始含水率对原油在土壤中入渗的影响,该文利用3种土壤,根据设定不同初始含水率进行配置,开展土柱模拟试验,研究了不同初始含水率条件下原油在土壤中的入渗。试验结果表明:对于同一质地土壤,随着初始含水率的增加,原油在土壤中入渗的湿润距离和湿润推进速率均增加。原油在土壤中的入渗与土壤粉粒含量密切相关,当土壤初始含水率较低时,不同质地土壤,粉粒含量越高,原油在土壤中入渗越慢;随土壤深度增加,土壤中原油残留物的含量呈波动递减趋势;原油在土壤中入渗的湿润距离随时间的变化可用对数函数拟合,湿润推进速率与时间的关系可用Kostiakov公式拟合。

胡敏酸在土壤中的迁移

研究了不同条件下胡敏酸在土壤中的迁移过程.结果表明,其迁移过程表现出较大的差异,在溶液pH值、胡敏酸浓度和溶液流速均较高时,胡敏酸迁移的阻滞因子和在土壤中的吸附系数均较低,有利于胡敏酸在土壤中的迁移;在溶液pH值、胡敏酸浓度和溶液流速均较低时,土壤对胡敏酸迁移的阻滞作用较大.胡敏酸的迁移还与土壤性质有关,土壤黏粒含量和阳离子交换量越高,胡敏酸在土壤中吸附的越多,越不利于迁移.在土壤中的吸附是胡敏酸迁移的主要控制因素,在预测胡敏酸在水土环境中迁移时,应该充分考虑不同条件下胡敏酸在不同性质土壤中的吸附.

马家塔露天煤矿复垦区不同土地利用类型的土壤水分入渗过程研究

煤矿复垦区土壤结构重组,严重改变了其某些土壤物理性质,入渗过程也必然受到影响。因此以马家塔露天煤矿为研究对象,利用圆盘入渗仪研究分析复垦区4种土地利用类型(荒地、草地、灌木、林地)下土壤在3种负压(-15 cm,-3 cm,0 cm)下水分入渗过程及其影响机理,探讨了土地利用类型及复垦方式对煤矿复垦区土壤的水分运动过程的影响,为矿区土壤复垦及植被恢复提供理论基础。

省域尺度土壤水气热参数空间变异特征及主控因子分析

为了研究土壤物理基本参数、水气热参数在省域尺度上的空间分布特征,以实地调研测量的数据为基础,结合GIS技术与统计学原理对陕西省13处采样点的土壤物理基本参数进行空间变异特征分析.运用方差分析和回归分析将土壤质地、土壤类型和土地利用方式对土壤水气热参数的影响做出评价.结果表明:反距离加权插值法(IDW)构建的空间变异分布图显示陕西省自北向南土壤中砂粒含量逐渐减少,黏粒含量逐渐升高;土壤饱和导水率、导气率和热导率随砂粒含量的减少而减小;土壤质地、土壤类型和土地利用方式均与土壤水气热参数空间分布有着较强的关联性;土壤类型对土壤水气热参数空间变异的解释能力大于土地利用方式且小于土壤质地;建议在省域尺度上对土壤水气热参数进行空间分布预测时,应将土壤质地、土壤类型和土地利用方式3因子结合分析,从而提高对土壤水气热参数空间变异的预测准确性.

非硬化路面与原生地面侵蚀水动力参数对比研究

非硬化路面是神府煤田重要的侵蚀单元,其侵蚀过程和方式与原生地面存在一定差别。通过野外人工模拟降雨试验,对比分析了非硬化路面和原生地面水沙响应的过程和机制。结果表明：（1）非硬化路面径流主要为过渡流,原生地面主要为层流,且均为缓流;（2）非硬化路面水流流速、剪切力、佛汝德数、雷诺数、功率大于原生地面,曼宁系数、达西系数小于原生地面;（3）非硬化路面水力参数随坡度、雨强变化趋势与原生地面不完全一致;（4）非硬化路面产沙量随径流量增大,原生地面产沙量为非硬化路面的0.8%~14%;（5）非硬化路面侵蚀模数对水动力参数响应紧密程度表现为：径流总动能〉平均水流功率〉平均水流剪切力。

土壤入渗性能线源测量方法的近似算法研究

土壤入渗性能的确定对于水文过程模拟,如地表产流、土壤侵蚀以及降雨向土壤水和地下水的转换等均具有十分重要的意义。本文提出了一种土壤入渗性能线源入流测量方法的快速近似算法。该方法在水量平衡原理的基础上,将各时刻的土壤入渗率在湿润地表的空间范围内进行平均,确定土壤入渗性能随时间的变化过程;所提出的新的计算模型可以简单地计算土壤入渗性能。文中利用3组土壤入渗性能线源入流测量方法得到的试验数据,将该近似算法得到的结果与之前提出的数值解法计算得到的结果进行比较,并基于水量平衡原理估计了数值方法和该近似算法的误差。结果表明,该近似算法得到的结果比数值解法得到的结果偏大,比实际供水量偏大25.3%;该近似算法的计算结果稳定,可以作为试验过程中数值计算得到的土壤入渗性能的参照值。

坡面土壤分散—径流挟沙动力学模型及应用

将坡面土壤侵蚀过程中的受力状态变化分为粘聚态、分散态、挟沙扩散态三种动力结构状态,揭示出土壤分散与径流挟沙的动力学机理;建立降雨、径流、土壤水、入渗、土壤阻力等动力—能量转化方程,进而建立以土壤分散、径流挟沙物理模型为核心的坡面土壤侵蚀动力学模型及参数体系,研发出土壤侵蚀动力学模型基本参数的有效辨识途径与方法.利用陕西子洲团山沟径流小区7次径流泥沙观测资料进行模拟,断面单宽输沙率模拟平均误差率为11.71%,复相关系数达到0.9512.WEPP模型模拟平均误差率在40%以上,USLE模型模拟平均误差率在18%以上;本文模型模拟优度、精度良好,实用性、有效性明显提高,可为加快土壤侵蚀机理和物理模型的深化研发提供新的思路和途径.

土壤导气率日变化特征分析

土壤含水率处于较低水平时,可以忽略其对地表导气率的影响,单一研究温度与导气率之间的关系。针对陕西长武地区玉米地、果树地的土壤表层导气率、地表下5cm导气率进行全天跟踪测量,同时监测地温、气温,从而分析导气率日变化特征。结果表明,玉米地地表导气率随温度的变化而变化,玉米地和果树地表层导气率与气温存在显著线性关系,建立了当地通过地温预测导气率的关系式,为当地土壤导气率的测量提供参考值。