土壤
图4
块状结构体(block structure) 块状结构体属于立方体型,其长、宽、高三轴大体近似,边面棱不甚明显,块状结构在土壤质地比较粘重、乏有机质的土壤中容易形成,特别是土壤过湿
核状结构体(nutty structure) 核结构体长、宽、高三轴大体近似,边面棱角明显,比块状结构体小,核状结构体般多为石灰或铁质作为胶结剂,在结构面上胶膜出现,故常具水稳性,这类结构体在粘重而缺乏有
柱状结构体(columnar structure) 构体呈立柱状,棱角明显有定形者称为棱柱状结构体,棱角不明显无定形者称为拟状结构体,其柱状横截面大小不等。柱状结构常出现于半干旱地带的表下层,以碱土、碱化土表下层或
片状结体(plate structure) 结构体呈扁状,其厚度可<1cm,也可>5cm。这种结构体往往由于流水沉积作用或某些机械压力所成,常出现于森林土壤的灰化层、碱化土壤的表层耕地土壤的犁底层。此外,在雨后或土壤灌溉后所形成的地表结
团粒结体(granular structure) 团粒结构体通常土壤中近乎球状的小团聚体,其直径约为0.25-10mm,具有水稳定性,对土壤肥力诸因素具有良好用,农林业生产中最理想的团粒粒径为2-3mm。粒径<>
黄土高原不同土壤结构体有机碳库的分布
3 黄土高原不同土
1, 2 1 2 1, 23 3 刘毅李世清邵明安张月霞
1 2 (西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业
)杨凌 712100
【要 】 据不同植被型和土壤类型 ,分别从黄土高原不同地域分层 ( 0 ,20 cm、20 ,40 cm 和 40 ,60 )cm 采集 22土壤剖面样品 ,研究土壤有机碳库在不同结构体中的分布特征. 结果表明 ,所有结构 ,从 表层向下机碳含量和贮量皆呈递减趋势 ;而各土层 ,从 > 5 mm、2 ,5 mm、1 ,2 mm 到 0125 ,1 mm 结构 体有机碳含量呈递增趋势 ,而从 0125,1 mm 到 < 0125="" mm="" 呈下趋势="" ,以="" 0125,1="" mm="" 结构体中有机含="" 量最高.="" 由于不大小结构体所占比例不同="" ,因此不同结构体中的有机碳量与含量不完一致="" :从=""> 5 mm、2,5 mm 到 1,2 mm 结构体中有机碳贮量呈递减趋势 ,而从 1 ,2 mm、0125 ,1 mm 到 < 0125="" mm="" 呈="" 递增趋势="" ,以="" 1,2="" mm="" 结构体有机碳贮量最低.="" 有机碳含量除土垫旱耕人为土在="">< 0125="" mm="" 构体中最大="" 外="" ,干湿砂质新土="" 、黄土正常新成土和简育干润均腐土在="" 0125="" ,1="" mm="" 结构体中最高="" ;="" 但机碳贮量在="" 干湿砂质新成土和黄土正常新成土中以="">< 0125="" mm="" 结构体所占比例最大="" ,在简育干润均腐土和土垫旱耕="" 人为土中以=""> 5 mm 结构体所占比例最. 在不同植被下有机碳含量 、贮量不同 ,表现为自林地 >裸地 > 人工林地 >农
关键词 有机碳 土壤结构体 碳库
( ) 文章编号 1001 - 9332 200606 - 1003 - 06 中图分类号 S15912 文献标识码 A
1, 2 D istr ibu t ion of organ ic ca rbon poo ls in d ifferen t s ize s of so il a ggrega te s in L oe ss P la tea u. L IU Yi, L I 1, 2 1 2 1 ( Sh iq ing, SHAO M ing’an, ZHAN G YuexiaS ta te Key L abora tory of S oil E rosion and D ry land Fa rm ing on L o2 ess P la teau, N orthw est S cience and Technology U n iversity of A g ricu ltu re and Forestry, Yang ling 712100, Ch ina; 2 C ollege of R esou rces and Environm en ta l S ciences, N orthw est S cience and Technology U n iversity of A g ricu ltu re and Forestry, Yang ling 712100, Ch ina) . 2C h in. J. A ppl. Ecol. , 2006, 17 ( 6) : 1003,1008.
A cco rd ing to the typ e s of vege ta tion and so il, 22 so il p rofile samp le s ( 0 ,20 cm , 20 ,40 cm and 40 ,60 cm ) we re co llec ted from d iffe ren t region s of Loe ss P la teau to app roach the d istribu tion of o rgan ic ca rbon poo ls in d iffe r2 en t size s of so il aggrega te s. The re su lts showed tha t the o rgan ic ca rbon con ten t and sto rage in a ll size s of so il ag2 grega te s we re dec rea sed w ith inc rea sing so il dep th. Fo r each so il laye r, the o rgan ic ca rbon con ten t had an inc rea s2 ing trend in the aggrega te s w ith the size s from > 5 mm , 2,5 mm , 1,2 mm to 0125,1 mm , and a de sc rea sing trend from 0125,1 mm to < 0125="" mm.="" b="" ecau="" se="" of="" the="" d="" iffe="" ren="" t="" p="" ropo="" rtion="" s="" of="" each="" size="" of="" so="" il="" aggrega="" te="" s,="" the="" o="" rgan="" ic="" ca="" rbon="" sto="" rage="" and="" con="" ten="" t="" in="" d="" iffe="" ren="" t="" size="" s="" of="" so="" il="" aggrega="" te="" s="" we="" re="" no="" t="" the="" sam="" e,="" i.="" e.="" ,="" the="" sto="" rage="" wa="" s="" dec="" rea="" sed="" w="" ith="" the="" size="" s="" from=""> 5 mm , 2,5 mm to 1,2 mm , wh ile inc rea sed from 1,2 mm , 0125 ,1 mm to < 0125="" mm.="" excep="" t="" eum="" 2o="" rth="" ic="" a="" n="" th="" ro="" so="" ls="" had="" the="" h="" ighe="" st="" o="" rgan="" ic="" ca="" rbon="" con="" ten="" t="" in="" its="" aggrega="" te="" of="">< 0125="" ,="" u="" st2sand="" iic="" en="" tiso="" ls,="" lo="" s2o="" rth="" ic="" en="" tiso="" ls="" and="" h="" ap="" 2u="" stic="" isohum="" iso="" ls="" had="" a="" p="" eak="" va="" lue="" in="" the="" ir="" aggrega="" te="" of="" 0125="" ,1="" mm.="" the="" o="" rgan="" ic="" ca="" rbon="" sto="" rage="" wa="" s="" the="" h="" ighe="" st="" in="" the="" aggrega="" te="" of="">< 0125="" mm="" in="" u="" st2sand="" iic="" en="" tiso="" ls="" and="" lo="" s2o="" rth="" ic="" en="" tiso="" ls,="" and="" in="" the="" aggrega="" te="" of=""> 5 mm in H ap 2U stic Isohum iso ls and Eum 2O rth ic A n th ro so ls. The so il o rgan ic ca rbon con ten t and sto rage unde r d iffe ren t typ e s of vege ta tion had the trend of na tu ra l fo re stland > ba re land > a rtific ia l fo re st land > fa rm ing land.
Key word s So il o rgan ic ca rbon, So il aggrega te, Ca rbon poo l.
储存有利于促进陆地生态系统对大气 CO固定和 2 言 1 引 [ 8 , 27 ] 延缓温室效应 ;同时 ,土壤有机碳对稳定和增加
土壤生产力具有不可替代的作用. 因此 ,深入研究土
[ 8 ] 壤有机碳储量及分布特征 ,对维持地球各圈层物 库 ,碳库的变化深刻影响大气 CO 度的变 2 质环和健全生态系统具
( ) 3 国家自然科学基金项目 30571116 , 30230230 、西北农林科技大学 燃料的节制燃烧 ,毁林开荒和改变土地利用方式 创团 队 项 目、2002 年 度 育 部 全 国 优 秀 青 年 教 师 项 目 等活动 ,碳在地球各圈层特别是气圈和土壤圈之间 ( ) 20022096 、西北农林科技大学研究
( ) 壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室基金助项目 10501 2104 . 的平衡发生显著变化 , 造成气 CO浓度持续增 2 3 3 通讯联系人. E2m a il: sq li@m s. iswc. ac. cn [ 20 ] [ 7 ] 高 ,直接
应 用 生 态
(来 ,国内外对土壤有机碳库及其在土壤不同构体 构体有机
)中分布研究取得了显著进展 ,国内对土壤有碳库 土壤团聚
[ 4 , 12 , 14 , 15 , 25 ] 及其影响因素的研究报道不断涌现 . 李恋 确评价土壤有机碳库分布特征 ,理解土原土壤对 [ 10 ]卿等 研究现 , 植被恢尤其是科 2禾本科植 生态环境变化的响应 ,具有一定的理论和科学价值. 物轮作能够快增加土壤有机碳储存 ,促进了土壤 本文以黄高原从北向南不同地区土壤为对象 ,研究 碳截存 , 显著贡献于陆地系统对大气 CO的汇作 土壤有机碳
用 ;同时发现这种碳存储
[ 3 ] 2 材料与方法 团聚
组成的优势粒级均为 0101 ,0105 mm ,次优势粒级 211 供试土壤
(从黄土高原不同地域 由北向南依次为神木、安塞、
)()洛川、杨凌 分别采取不同植被 林地、草地、
() 20 cm、20,40 cm 和 40,60 cm 土层土样 表 1 ,并记录海拔 黄土高原地区是我国乃世界生态环境非常脆[ 6 ] 高度和经、纬度 ; 土类型据中国土壤系统分类标准 确 弱的地区之一 ,土有机碳库增加是生态系改善 . 土壤样品采集后装入密封袋 ,带回实验室风后筛分不同的重要标志. 对黄土高原地区土壤有机碳库虽 大小的土壤结构体 ,确定各级结构体含量 ,同时测定土壤和 [ 24 , 26 ] 进行了大量卓有成效的研究作 ,但绝大部分 同结构体有机质含量. 不同土层土壤有机质含量见表 2. 研
表 1 供试土壤
Ta b le 1 So il sam p le s 编号 采样点 经、纬度 海 拔 地 形 被 土壤类型 ()No. Samp ling p lace Longitude, L a titude A ltitude m Te rrain V ege ta tion So il typ e E110 ?22 ′1138 ″ 黄豆 坡地 )) 17 神木六道沟 干湿砂质新成土 1 1198 N38 ?47 ′35122 ″ Slop ing land Soybean E110 ?22 ′2122 ″ 坡地 弃耕土壤 神木道沟 干湿砂质新成 N38 ?47 ′3511 ″ 2 1202 Slop ing land D ecu ltiva ted so il E110 ?22 ′6178 ″ 坡地 苜蓿 N38 ?47 ′3415 ″ 神木六道沟 干湿砂质新成土 3 1291 E100 ?22 ′3166 ″ Slop ing land A lfa lfa N38 ?47 ′40144 ″ 坡 弃耕土壤 神木六道沟 干湿砂质新成土 E110 ?21 ′5716 ″ 4 1216 Slop ing land D ecu ltiva ted so il N38 ?47 ′41128 ″ 坡地 苜蓿 E110 ?21 ′5617 ″ 神六道沟 干湿砂质新成土 5 1189 Slop ing land A lfa lfa N38 ?47 ′42105 ″ E109 ?18 ′51118 ″ 坡地 黄豆 干湿砂质新成土 神木六道沟 6 1188 N36 ?51 ′13156 ″ Slop ing land Soybean E109 ?18 ′48124 ″ )2坡地 谷子 ) 8安塞墩山 N36 ?51 ′12172 ″ 黄土正常新成土 7 1289 Slop ing land M ille t E109 ?19 ′5188 ″ 坡地 沙旺 N36 ?51 ′3316 ″ 安塞山 黄土正常新成土 8 1293 E109 ?15 ′9172 ″ A straga lus adsu rgens Slop ing land N36 ?44 ′5218 ″ 刺槐 坡地 黄土正常新成土 安墩山 E109 ?15 ′13102 ″ 9 1193 R obinn ia pseudoscacia Slop ing land N36 ?44 ′3316 ″ )3刺槐 坡地 E109 ?15 ′9148 ″ 安塞纸坊沟 黄土正常新成土 10 1137 R obinn ia pseudoscacia Slop ing land N36 ?44 ′2512 ″ E109 ?08 ′5512 ″ 柠条 安塞纸坊沟 黄正常新成土 11 1250 N36 ?05 ′27148 ″ Ca ragana korsh insk ii Slop ing land E109 ?08 ′5512 ″ 谷子 坡地 N36 ?05 ′27148 ″ 黄土正常新成土 安塞纸坊沟 12 1123 M ille t Slop ing land E109 ?08 ′5512 ″ )4裸地 (开垦时间短 ) 坡地 N36 ?05 ′27148 ″ 富县子午岭 黄土正常新成土 13 1228 E109 ?08 ′5512 ″ B a re so il Slop ing land N36 ?05 ′27148 ″ 松树 坡地 富县子午岭 黄土常新成 E109 ?26 ′5917 ″ 14 1228 P ine Slop ing land N35 ?59 ′34144 ″ 裸地 (开垦时间较短 ) 坡地 E109 ?26 ′5917 ″ 黄土正常新成土 富县子午岭 15 1228 B a re so il Slop ing land N35 ?59 ′34144 ″ E109 ?24 ′2518 ″ 混交林 坡地 富县子午岭 黄土正常新成土 16 1196 N35 ?43 ′5215 ″ M ixed fo rest Slop ing land E109 ?24 ′2518 ″ 蒿草 坡地 )9 N35 ?43 ′51188 ″ 富县子午岭 简育干润均腐土 17 1196 Kobresia capillifolia Slop ing land E108 ?5 ′10171 ″ 蒿草 坡地 N34 ?17 ′4135 ″ 简育干润均腐土 富县子午岭 18 1196 E108 ?5 ′10171 ″ Kobresia capillifolia Slop ing land N34 ?17 ′4135 ″ )5苜蓿 平地 洛 川 育干润均腐土 19 1116 A lfa lfa F la t land 玉米 平地 洛 川 简干润均腐 20 1115 M a ize F la t land 小麦 平地 ) )106 土垫旱耕人为土 21
6期 刘 毅等 :黄土高原不
土壤有机碳与土壤有机质密切相关. 不同土壤 表 2 供试土壤各层有机质含量 - 1 Ta b le 2 O rgan ic m a tter con ten t in so il sam p le s ( g?kg ) 结构体因胶结物不同 ,其有机碳含
4125 184 153 1 22 ,有机碳含量皆呈递减趋势 ,与整体土壤有机碳变 2195 1130 1173 2 化趋势相同. 同一层次不同土壤结构体 ,其有机碳含 321194 100 180 3 3100 1199 2119 4 量显著不同. 有机碳含量随土壤结构体大到小呈 6175 3105 5106 5 6 5119 3131 3143 “?”形分布 ,各土从 > 5 mm、2 ,5 mm、1 ,2 mm10129 7192 6104 7 到 0125,1 mm 结构体有机碳含量呈递增趋势 , 从8 10129 3184 7148 9 12154 4163 5125 0125,1 mm 到 < 0125="" mm="" 结构体="" ,有机碳含量呈下="" 10="" 14129="" 4196="" 3183="" 降趋势="" ,="" 0125,1="" mm="" 结构体有机碳含量最大="" ,各="" 11="" 15115="" 7196="" 6107="" -="" 1="" 12="" 15189="" 10175="" 8182="" 层分别为="" 11127、5137="" 和="" 4137="" g="" g,="" 表层土壤="" 13="" 14112="" 6187="" 5198="" 14="" 40164="" 14199="" 9152="" 0125,1="" mm="" 与=""> 5 mm 结构体中有机碳平均含量存 15 262211153 186 135 在显著性差异. 土壤有机碳很少以游离态形式存在 16 30140 15157 9163 17 17192 - - 于土壤中 ,而是与土壤矿质颗粒 ,特别是与粘粒结合 18 18188 - - 形成有机 2无机复合体 ,因此质土壤结合有碳的 19 11197 9102 7146 [ 30 ] 20 8174 10110 13139 多少与聚体颗粒直径 、表面积大小有关 . O ade s 21 18109 13147 9132 [ 16 ] 22 24157 14140 11150 等 证实 011 ,012 mm 团聚体的核心是
物质. 本研究结构体中机碳含量以 0125 ,1 mm 212 测定方法 [ 13 ] 粒径范围内最高 ,说明土
然风干的土壤除去植物残体及小石块后 ,称取 500 g,放 ( ( ))壤颗粒从
( )大孔径土壤筛 5 mm 上面 ,套筛下面土壤筛孔径依次 2、1 的转化过程中 ,有
依次取样 ,称重 ,求得结构体组成. 结构体分析用海华东仪 固定主
[ 5 ] 器厂生产的动振筛机. 合 .有机碳含量用重铬酸钾外加热法. 有机贮 =有机碳 土壤各结构体有机碳
500 g土壤各粒级结构体有机碳贮存量. 含量与相应
试验结果采用 SPSS软件进行显著性检验和重比较. 映土壤
() 究发现 表 3 ,
呈递减趋势. 从 > 5 mm、2 ,5 mm 到 1 ,2 mm 结
311 不结构体中有机碳的分异 1 mm到 < 0="" 1="" 2="" 5="" mm结="" 体呈="" 增趋="" 势="" ,="" 1="" ,2="" 表="" 3="">
22 185 a 97185 b 46177 c 77167 b 135185 a 1410 ,20 A
20 ,40 161191 a 104141 b 44122 c 59120 c 130127 ab 20
40 ,60 148134 a 93143 b 39182 c 58193 c 159148 a 20
0 ,20 678111022 178 b 174 ab 161 ab 127 a 120 ab B
20 ,40 20 4123 a 4143 a 4176 a 5137 a 5118 a
40 ,60 20 3145 a 3157 a 3186 a 4137 a 3172 a
0 ,20 22 1107 a 0178 ab 0144 b 0194 a 1100 a C
20 ,40 20 0180 a 0147 b 0123 b 0135 b 0148 b 40 ,60 20 0158 a 0133 bc 0116 c 0127 c 0153 ab - 1 )) ) ( ) )( ( ) A 结构体重量 A ggrega te we igh t g; B 有机碳含量 O rgan ic ca rbon con ten t g?kg ; C有机碳贮量 O rgan ic ca rbon stockp iling quan tity g. 结构体重量为每 500 g土壤各粒级结构体的重量 ,贮量为每 500 g土壤各级构体有机碳的贮存量 A ggrega te we igh t is the we igh t in each cla ss of aggrega te p e r 500 g so il, Stockp iling quan tity is the we igh t of o rgan ic carbon in each c la ss of aggrega te p er 500 g so il. 同一行中不同字母表示差异显 ( ) 著 D ifferen t le tte rs in sam e row m ean sign ifican t d iffe rence P < 0105="" .="">
应 用 生 态
结构体出现最低值方差分析表明 , 对 0 ,20 cm 土 量以 < 0125="" mm="" 结构体所占比例最大="" ,而简育干润均="" 层="" ,="" 1,2="" mm="" 与=""> 5 mm、0125,1 mm、< 0125="" mm="" 结="" 腐土和土垫旱耕人为土机碳贮量以=""> 5 mm 结构体 构体碳贮量存在显著差异 ;对 20,40 cm 土层 , > 所占比例最大 ,差异均达
5 mm 结构体碳贮量与它各结构体间均达显著性结构体质量分布不
[ 2 ] mm、0125 ,1 mm 结构体间碳贮量差异显水平 ,且 程以及每年输入土的有机碳有关 . 1 ,2 mm 与 > 5 mm、< 0125="" mm="" 团聚体中碳贮量均="" 313="" 植被类型对不同结构体有机碳分布的影响="" 土达显著性差异.="" 显然有机碳贮量随着土壤结构体从="">
系统碳释放 , 增加大气 CO浓度的主要原因之一. 大到小呈“?”形
构体中贮量最高 , 0 ,20 cm、20 ,40 cm 和 40 ,60 土地利用方式的变化直接和间接影响土壤有机碳含
[ 22 ] cm 土层 > 5 mm 结构体中有机碳贮量分别占每层有 和分布 . 本文以黄土正常新成 0 ,20 cm 土
() 结 构 体 贮 量 最 , 仅 占 每 层 有 机 碳 总 贮 量 的 和贮量的影响. 结果表 表 5 ,不同植被土壤
() 与土壤结构体质量的分异具有相同特征 表 3 , 人工林地 >农地. 自然林地具有丰的植物多样性 , 见不同大小结构体所占比例不结构体有机碳贮 地面枯落物较多 ,土很少扰动 ,有于增加土有 量起主导作用 ,而不同结构体有碳含量对其贮量 机碳含量和贮量 ;试验所裸地由自然林地开垦且 影响相对较小. 时间不长 ,土壤有机碳含量较高 ;人工林地由农田土 312 土壤类型对不同结构体有机碳分布的影响 壤退耕形成 ,
土壤水平地带分布是土壤发生性状与气候生 碳有限 ,
[ 9 ] 带分布相吻合的壤类型分布 . 从表 4可以看出 , ;而农地由于耕种时间较长 ,表通气好 ,微生物 对于黄土高原地区土
[ 23 ] 体含量降低 , < 0125="" mm="" 结构体含量增="" ,因此其土="" 较低.="" 吴建国等="" 指出="" ,农田和草地土壤有机碳含="" 壤结构体量分也具有明显地带性.="" 总体上="" 量分别比天然次生林地低="" 54="" %和="" 27="" %="" ,其原因可能="" ()="" 表="" 4="" ,土垫旱耕人为土有机碳含量最高="" ,干湿砂质="">
[ 11 ] 新成土有机碳量最低. 刘国华等 发现 ,土地风 的入量减少和耕作土壤温度增加导土有机碳 沙化过程会显著降低土壤有机碳含
[ 1 ] 果基本一致. 有机碳含量除垫旱耕人为土
() 0125 mm 结构体中最大外 ,干湿砂质新成土、黄土 对于不同结构体 表 5 ,农地人工林地有机常新成土和简育干润均腐土在 0125 ,1 mm 结构体 碳含量以 0125 ,1 mm 结构体最 , 然林地和裸 中最高 ,其中干湿砂质新成土黄土正常新成土间差 地有机碳含量以 < 0125="" mm="" 结构体最高="" ;="" 而农地和="" 异显著.="" 干湿质新成土和黄土正常新成土有机碳贮="" 人工林地有机碳贮量以="">< 0125="" mm="" 结构体所占比例="" 表="" 4="">
Ta b le 4 W e igh t, con ten t an d stockp il in g quan t ity of organ ic ca rbon in d ifferen t so il a ggrega tes w ith d ifferen t so il type s ( 0 ,20 cm a vera ge) 土壤类型 样品数 指 标 团聚体类型 A ggregate typ e (mm ) So il typ e Index Samp le 2 ,5 1 ,2 0125 ,1 num be r > 5 < 0125="" )7="" 107196="" b="" 102="" b="" 178="" c="" 185="" bc="" 139="" a="" a="" 964064190干湿沙质新成土="" 6="" 1196="" b="" 2132="" ab="" 2171="" ab="" 3152="" a="" 2166="" ab="" b="" c="" 0121="" b="" 0122="" b="" 0111="" b="" 0123="" b="" 0149="" a="" )8="" 117147="" ab="" 93128="" b="" 47144="" c="" 89125="" b="" 152155="" a="" a="" 10="" 黄土正常新成土="" b="" 8145="" b="" 9178="" ab="" 11113="" ab="" 15124="" a="" 13158="" ab="" c="" 1106="" ab="" 0195="" ab="" 0159="" b="" 1142="" a="" 1150="" a="" )9="" a="" 200134="" a="" 104135="" b="" 52131="" c="" 76141="" c="" 66160="" c="">
6期 刘 毅等 :黄土高原不
表 5 不
农 地 125 b 169 bc 132 d 115 c 159 a A 1158734671953 7111 a 7117 a 7123 a 9115 a 6115 a B Fa rm ing land C 0185 ab 0162 bc 0124 c 0161 bc 1122 a 人工林地 A 103128 b 88147 bc 35128 d 58192 cd 214106 a 3 B 5110 b 6119 b 8178 b 15149 a 8140 b A rtific ia l fo re st land C 0152 bc 0153 bc 0130 c 0190 b 1180 a 自然林地 A 158166 a 108146 b 63183 c 113184 b 55121 c 2 B 13165 b 17181 ab 20129 ab 26195 ab 32112 a N a tu ra l fo re st land C 2116 ab 1194 ab 1130 b 3109 a 1180 ab 裸 地 A 100192 ab 93170 ab 68197 b 143131 a 93110 ab 2 B 10128 a 11104 a 11132 a 12129 a 13199 a B a re land C 1108 a 1109 a 0183 a 1175 a 1115 a 黄土正常新成土 0 ,20 cm
地有机碳贮量以最大 ,自然林地和裸地有机碳以 0125 ,1 mm
地和裸地有机碳贮量以 0125 ,1 mm 占比例最 体所
大.土壤团聚化过程而
[ 19 ]
4 结 论 Bouwm an A F, L eem an s R. 1995. The ro le of fo re st so ils in the 1 globa l ca rbon cyc le. In: M cFee WW , Ke lly JM , ed s. Ca rbon Fo rm s 土壤团聚体的形成不仅受自然过程影响 ,也
Science Soc ie ty of Am e rica, Inc. 503 ,525 人类活动影响 ,如土地利用方式 、耕干 、有机肥 Chen Q 2M (庆美 ) , W ang S2Q (王绍强 ) , Yu G2R (于贵瑞 ) . 2 施用以及种植制
Inner Mongo lia. C h in J A ppl Ecol (应用生态学报 ) , 14 ( 5 ) : 699 形成产生深刻影响. 良好的土壤结构不仅取决于输 ,704 ( in Ch ine se)
Dou S (窦 ) , W ang Q 2C (王其存 ) , D a i X2Y (代晓燕 ) . 3 入的 有 机 碳 总 量 , 而 且 与 有 机 质 组 成 和 特 征 有 1991. Effec t of so il o rgan ism app lies fe rtilize r on m icro2aggrega te [ 18 ] [ 28 , 29 ] 关 . 大量研究表明 ,土壤有机质团聚体之 compo sing and the d istribu ting and ac tive of ca rbon, n itrogen. J J i2 () ( ) ( lin A g ric U n iv 吉林农业大学学报 , 13 2 : 43 ,48 in Ch i2 间存在密切关系. 本研究对黄土高原不同生态环境 )nese 条件下 0,20 cm、20 ,40 cm 和 40 ,60 cm 土层土 ) () (Gao Q 2Z 高全 , Tao Z 陶 贞 . 2003. A dvance s in stud ie s 4 on tran spo rted flux and p rop ertie s of rive rine o rgan ic ca rbon. Ch in J 壤结构体有机碳库分布特征的研究结果表明 ,不同 () ( ) ( )A ppl Ecol 应用生态学报 , 14 6 : 1000 ,1002 in Ch inese 结构体机碳含量和贮量不同 :
m endm en ts. S oil S ci S oc Am J , 65: 352 ,358 构体中最大 ;而有机贮量随土壤结构从大到小 (In stitu te of So il Sc ience, Ch ine se A cadem y of Sc ience s 中国科学 6 呈“?”形分布 ,在 1 ,2 mm 结构体中最低. 不同土 ) 院南京 土壤研究 所 . 1995. Ch ine se So il Taxonom y. B eijing: ( )Ch ina A gricu ltu ra l Sc ience and Techno logy P re ss. in Ch ine se 壤结构体有机分布不同 ,具有明显的地带性差异 , Jenk in son D S, A dam s D E, W ild A. 1991. Mode l e stim a tes of CO 7 2黄土高原南部土垫旱耕人有机碳含量最高 ,北 em ission s from so il in respon se to globa l wa rn ing. N a tu re, 351: 304 ,306 部干湿砂质新成土最低 ; 从不同构体有机碳含量 L a l R , Kim b le JM , Fo lle tt R F, et a l. 1998. Po ten tia l of U. S. 8 看 ,除土垫旱耕人为土在 < 0125="" mm="" 结构体中最大="" c="" rop="" land="" to="" seque="" ster="" c="" and="" m="" itiga="" te="" the="" greenhou="" se="" effect.="" boca="" r="" a="" ton,="" fl:="" crc="" ew="" is="" pub="" lishe="" rs.="" 128="" 外="" ,干湿砂质新成土、黄土正新土和简育干润="" )="" (l="" i="" k2r="" 李克让="" .="" 2002.="" l="" and="" u="" se="" change="" and="" n="" e="" t="" em="" ission="" of="" 9="" greenhou="" se="" ga="" s="" and="" terre="" stria="" l="" eco="" system="" ca="" rbon="" cyc="" le.="" b="" eijing:="" 腐土在="" 0125="" ,1="" mm="" 结构中最高="" ;="" 从不同结构体="" (="" )ch="" ina="" m="" e="" teo="" ro="" logica="" l="" p="" re="" ss.="" 168="" ,172="" in="" ch="" ine="" se="" 有机碳贮量看="" ,干湿砂质新成土、黄土正常新成土以="" )="" )="" )="" (((l="" i="" l="" 2q="" 李恋卿="" ,="" pan="" g2x="" 潘根兴="" ,="" zhang="" x2h="" 张旭辉="" .="" 10="" 2000.="" the="" d="" istribu="" ting="" va="" rie="" ty="" of="" so="" il="" m="" ic="" ro2aggregate="" and="" o="" rgan="" ic="">< 0125="" mm="" 结构体中所占比例最大="" ,而简育干润均="" carbon="" in="" top="" so="" il="" of="" re="" trogre="" ssion="" red="" so="" il="" in="" re="" sum="" ing.="" c="" h="" in="" j="" s="" oil="" 腐土和土旱耕人为土以=""> 5 mm 结体中所占比 () ( ) ( )S ci 土壤通报 , 35 5 : 193 ,195 in Ch ine se L iu G2H (刘国华 ) , Fu B 2J (傅伯杰 ) , W u G (吴 钢 ) , et a l. 11 例最大. 不同植被下有机碳含量 、贮量不同 ,表现为 2003. So il o rgan ic ca rbon poo l and its sp a tia l d istribu tion p a tte rn in () the C ircum Bohai R egion. Ch in J A ppl Ecol 应用生态学报 , 14 然林地 >裸地 >人工林地 >农地. 农地和人工林 ( ) ( )9 : 1489 ,1493 in Ch ine se 地
应 用 生 态
gate. B u ll S oil W a ter C onserv (土保持 ) , 20 ( 4 ) : 24 ,26 Ecol (应用生学报 ) , 15 ( 4 ) : 593 ,599 ( in Ch ine se) ( )W u J 2S (吴金水 ) , Tong C2L (童成立 ) , L iu S2L (刘守龙 ) . in Ch ine se 24 () 2Y 刘孝义 . L iu X1982. The R e sea rch M ethod of So il Physic s and 2004. R e spon se s of so il o rgan ic ca rbon to global c lim a te change s in 13 ( So il M e lio ra tion. Shanghai: Shanghai Techno logy P re ss. in Ch i2 cu ltiva ted so ils in the sub trop ica l and the loe ss p la teau region s. A dv )() ( ) ( )ne se Ea rth S ci 地球科学 , 19 1 : 131 ,137 in Ch ine se ) ) ((N i J 2Z (倪进治 ) , Xu J 2M (徐建民 ) , X ie Z2M (谢正苗 ) . 2001. W u T2Y 武天云 , Schoenau JJ , L i F2M 李凤民 , et a l. 2003. 14 25 The size and characte rization of b io logically ac tive o rgan ic ca rbon Inf1 uence of cu ltivation on o rgan ic carbon in th ree typ ica l so ils of () poo l in so ils. P lan t N u tr Fertil S ci 植物营养与料报 , 7 (Ch ina Loe ss P la teau and Canada P ra irie s. C h in J A ppl Ecol 应用 ( ) ( )1 : 56 ,63 in Ch ine se ) ( ) ( )生态学报 , 14 12 : 2213 ,2218 in Ch ine se ) ) ) (((N i J 2Z 倪进治 , Xu J 2M 徐建民 , X ie Z2M 谢正苗 . 2003. 15 ) ) ) (((Xu X2L 徐香兰 , Zhang K2L 张科利 , Xu X2L 宪立 , et 26 A dvance s in so il wa te r2so lub le o rgan ic carbon re sea rch. Ecol Environ a l. 2003. Sp atia l d istribu tion and estim ating of so il o rgan ic ca rbon () ( ) ( )生态环境 , 12 1 : 71 ,75 in Ch ine se on Loe ss P lateau. J S oil W a ter C onserv (水土保持学报 ) , 17 ( 3 ) : O ade s JM , W a te rs A G. 1991. A ggrega te h ie ra rchy in so ils. A ust J 16 13 ,15 ( in Ch ine se) S oil R es, 29: 815 ,828 Zd ru li P, E swa ran H , Kim b le J. 1995. O rgan ic ca rbon con ten t and 27 Po st WM , Peng TH , Em anue l W R , et a l. 1990. The globa l ca rbon 17 ra te s of seque stra tion in so ils of A lban ia. S oil S ci S oc Am J , 59: cyc le. Am S cien tist, 78: 310 ,326 1684 ,1687 Sh i Y (史 奕 ) , Chen X (陈 欣 ) , ) (Shen S2M 沈敏 . 18 ) ) ((Zhang X2C 张兴昌 , Shao M 2A 邵明安 . 2000. So il n itrogen 28 2002. Stab le m echan ism s of so il aggrega te and effec ts of hum an ac2 (and o rgan ic m a tte lo sse s unde r wa te r ero sion. Ch in J A ppl Ecol 应 () ( ) tivitie s. Ch in J A ppl Ecol 应用生态学报 , 13 11 : 1491 ,1494 ) ( ) ( )用生态学报 , 11 2 : 231 ,234 in Ch inese ( )in Ch ine se ) ) ) Zhao C2Y (赵传燕 ) , L i L (李 林 ) . 2003. Compo sition of stab le (((Sun T2C 孙天聪 , L i S2Q 李清 , Shao M 2A 邵明安 . 29 19 2005. Effec ts of long2te rm fe rtiliza tion on d istribu tion of o rgan ic m at2 m ic ro2aggrega te s in the so il of L anzhou subu rb s. J L anzhou U n iv (te rs and n itrogen in cinnamon so il aggrega te s. S ci A g ric S in 中国农 () () ( ) ( N at Sc i兰州大学学报 ?自然科学版 , 39 6 : 90 ,94 in ) ( ) ( )业科学 , 38 9 : 1841 ,1848 in Ch ine se )Ch ine se V itou sek PM , Mooney HA , L ubchenco J , et a l. 1997. H um an 20 ) () ) ((Zhao L 2P 赵坡 , W ang J 王 杰 , L iu J 2S 刘景双 , et 30 dom ina tion of ea rth′s eco system s. S cience, 277: 494 ,499 a l. 2005. H um u s compo sition of b lack so il and its o rgan ic2m inera l () () () W ang Q 2B 王其兵 , L i L 2H 李凌浩 , L iu X2H 刘先华 , et 21 (comp lexe s unde r d iffe ren t fe rtility leve l. C h in J A ppl Ecol 应用生 a l. 1998. Sp atia l he te rogene ity of so il o rgan ic ca rbon and to tal n itro2 ) ( ) ( )态学报 , 16 1 : 93 ,99 in Ch ine se gen in a X ilin R ive r ba sin gra ssland, InnerMongo lia. A cta Phy toecol () ( ) ( )S in 植物生态学报 , 22 5 : 409 ,414 in Ch ine se ) ) ((W ang Y2F 王艳芬 , Chen Z2Z 陈佐忠 , Tie szen L T. 1998. 22 作者简
土壤结构
第二节 土壤结构
一、 土壤结构的类型及其特性
掌握五类土壤结构,即:
1.块状结构
特点近立方体型,纵轴横轴大致相等,边面与棱角不明显。块状结构按其大小分:
块状结构在土壤粘重,缺乏有机质的表土中常见之,特别是
2.核状结构
近立方体,边面和棱角较为明显,轴长 0.5-1.5 cm ,一般多分布于缺乏有机质的心、底土层中。
3.柱状结构
特点:这类结构纵轴远大于横轴,在土体中程直立状态。按
这类结构往往存在于心、底土层中,是在干湿交替的作用下形成的。有柱状结构的壤,土体紧实,结构体内孔隙小,
4.片状结构
横轴远大于纵轴呈薄片状,老耕地的犁底层中常见到,此外,在雨后或
特点:片状结构不利于通气、透水。会影响种子发芽和幼苗
5. 团粒结构
是指近似球形,疏松多孔的小团聚体,其直径约为 0.25-10mm 。粒径 <0.25mm 以下的="" ,="" 称微团粒="">0.25mm>
生产中最理想的团粒结构粒径为 2-3mm, 是一种较好的土壤结构类型 .
团粒结构分 (1) 稳性团粒结构 : 经水浸泡较长时间不散的叫水稳粒结构 (2) 非水稳性团
我国东北地区黑土含量的水稳性团粒结构 , 粒径 >0.25mm
( 1 )协调土壤水、气矛盾
团粒结构的土壤 , 大小孔隙比例适当 , 团粒内部为小孔隙 , 而在粒之间是大孔隙 , 能同时供给植物水分和空气 , 水、肥、气、热协调,能同时满作物需要。具体来讲:在水分方面,降雨或灌水时,十分很快通过大孔隙入土层,又能较快的进入团粒内部的小孔内,使团粒结构充满水分,减少了地表径流和侵蚀,由于通气孔隙占有一定的比例,不致因水
当土壤干燥时,表土团粒结构的水分蒸发,慢慢变干,干燥后,团粒的体收,与下面团粒间空隙加大:
下层土壤上升蒸发,使下层团内的水分仍被保存着,因此,对于团粒结构的土壤而言,无论是多雨还是旱,土壤下层团粒内总保持有一定的水分,可
( 2 )协调土
在养分方面,由于团粒结构大孔隙内有空气存在,故团结构表面的有机质
团粒内部则一方面因为由水充塞,另一方面,因为外部进行的好气解消耗了 O2 ,而造成气境,腐殖质得以累积,养分可以得到保
( 3 )能稳定
( 4 )改良土壤耕性,有利于根系伸展
因此,团粒结构是改进土壤固、液、气三相比的一个重要。有团粒结构的土壤
6.块状与核状结构
7.片状与鳞片状结构
8.柱状与棱柱状结构
二、土壤团粒结构的形成
1 .土壤团粒结构的形成过程
包括“多级团聚说”和“粘团说”两种。
第一阶段:有单粒在胶体凝聚、水膜
第二阶段:初级复粒进一步逐级粘合、胶、团聚,依次
2 .团粒结构形成的必备条件
①胶结物质:有机胶
②成型动力
包括:土壤生物的作用、
三、土壤结构的改善与恢复
1.精耕细作,增施有机肥料
精耕细作结合施用有机肥料是我
在耕层的浅土壤上,采用深耕,加深耕层,结合施用有机肥料,加速土壤熟。当时施用有机肥料必须与精细作结合,是土粒与有机质混合均匀,做到土
2.合理轮作倒茬、
各种作物本身的生物学特点相应的耕作管理制度对土壤团粒结构形成具有很大的影响。 如麦、谷子等密植作物,根系密集,本
而棉花、玉米等中耕作物,由于植株密度小,根系数量少,
豆科和(禾本科绿肥物)不仅根系密集,而且还能够吸收大量钙质(前者),留耕层,这对创造水稳性团粒
3.科学的土壤管理
喷、滴灌、地下灌溉,酸
4.土壤结构改良剂的应用
土壤结构改良剂是用来促进壤形成团粒,提高土壤肥力和固定表土、保护耕层、防止水土冲刷的质制剂、腐殖质制剂和人工合成聚合物
第三节 土壤物理机械性和耕性
一、土壤物理机械性
土壤的物理机械性是土壤多项动力学性质的统称,它包括粘结性、粘着、可塑性、胀缩性以及其它受
1.土壤粘结性
粘结性:土壤粘结性指土粒与土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起性。由于土壤具有粘结性,是
在湿润时,(由于土壤含有一定的水分)土壤板
2.土壤粘着性
土壤粘着性是指土壤在一定含量的情况下,土粒粘着外物表面的性能。如土壤过湿时进行耕作,土壤着具,增加土壤与金属的摩擦力;使耕作
3.可塑性
土壤在一定含水量范围内,可被外力任意改变成各种形,当外力解除和土
影响土壤可塑性的因素:
① 水分含量:干土没有可塑性,
下塑限(塑限):土壤开始
上塑限(流限):土壤失去可
② 土壤质地:土壤中粘粒
上塑限、下塑限和塑性值
③ 代换性阳离子
④ 土壤有机质
二、土壤耕性
1 .土壤耕性的概念
是土壤耕作时或耕作后一系列
2 .土壤结持性与宜耕性
土壤宜耕性是 是指土壤适于耕作的性, 土壤结
三、耕作对土壤的影响
1.对土壤耕作的要求
2.旱地耕作的基本作业及其在作用
①深耕②耙耱③镇压④中耕
3.水田耕作的基本作业及其作用
4.土壤压板问题及防止(介绍少免耕法)
土壤结构改良剂研究综述
土壤结构改良剂研究综述
韩 小 霞
() 安徽建筑工业学院总务
摘 要 :综述了目前土壤结构改剂的分类 、
关键词 :土壤 ;改良剂 ;研究
+ 中图分类号 S15214 9 ( ) 文章编号 1007 - 7731 200919 - 110 - 03 文献标识码 A
Re sea rch Rev iew on So il C on d it ion er
()Han X ia ox ia O ffice of Gene ra l Se rvice s, A nhu i A rch itec tu re in du stry in stitu te, H efe i 230022 , Ch ina A b stra c t: Th is p ap e r reviewed c la ssifica tion, ro le and func tion s of so il cond itione r, and in troduced the re sea rch p rogre ss of it.
Key word s: So il; imp rove r; re sea rch
,如酸性土壤改良研制出具有特定功效的复合
剂 、碱性土壤改良剂和营型土壤改良剂 , 以达到改土和 土结构改良剂的研究开始于 19 纪末 ,距今己有[ 1 ] 促进植
() 用天然高分子 如瓜儿豆提取液 、淀粉共聚物等 改良土 2 土壤结构改良剂的分类壤的研 ,但是由于天然改良剂容易被土壤微生物分解且 ( ) 土壤改良剂又称为土壤调理剂 so il cond itione r, 是 用量较大 ,难以在农业生产上广泛应 ,于是人工合成改 一类主要用于改良土壤性
可生产出不同的产品 ,如能促进土壤团粒结构的壤结构 质 ,之
( ) ( ) ( ) H PAN 、聚乙烯醇 PVA 、丙酞胺 PAM 、沥青乳
()A SP及多种共聚物进行了较为深入的研究 ,其中聚丙 碱度的土壤调酸剂等 ,这类制剂目在国内外均统称为 [ 3 ] ( ) 酞胺 PAM 是目前应用较多的土壤改良剂之一 。目前 , 土壤调理剂 。 土壤构改良剂主要应用于美国 、前苏联 、利亚 、科威 土壤改良剂往往由多种成分混合 , 很 难 进 行 严 格 分 特 、比利时等石油产丰富的国家 ,一些石油化工副产品 类 ,一般按其材料来源可分为 4 种类型 ,即高分子类 、有机 类的土壤结构
类 、矿物类和其他类型 。其中 , 高分子类土壤良剂主要 在土壤
较多的为聚丙烯酰胺 、聚乙烯醇和沥青乳剂等 ,应范围 有天然的多
除农作物外 ,要用于海港固沙 ,菜地和观赏植物 。 人工合成的聚丙烯胺 、氨基聚合物 、聚乙烯醇类物质等 ;国内过也有些单位曾研究过聚 丙 烯 腈 、聚 丙 烯 醇 有机类壤良剂主要有秸秆类 、壳质粗粉 、绿肥 、饼肥 、 ,后来由于种种原因在长一段时间止了这项研究 。 堆肥 、粪肥等 ;矿物类土壤改剂主要有沸石 、珍珠岩 、海 最近几年 ,随着化工化学的发展和国外土壤结构改良 泡石 、石膏 、蛙石 、膨润土等 ;此 ,可用作土壤改良剂的还 剂的研究和应用 ,国内许多单位
3 土壤结构改良剂的主要作用和功能烯胺和沥青乳剂 ,
311 改善土壤特性
良剂能有效改善土壤物理结
化学性质 ,加强土壤微生物活动 ,节土壤水 、肥 、气 、状[ 2 ] 种草 、防止水流失 、旱地增温 、保墒等方面 。因此 ,在 况 ,可以促使分的土壤颗粒团聚形成团粒 , 增加土壤中[ 4 ] 水稳性团粒的含量和稳定性 ,改善通气透水性 , 最终达现代人工制剂中 ,人们往往根据
子 ,应用植物秸秆 、氟石 、磷石灰 、炭土 、膨胀
膏 、食用菌下脚料等 ,并加入植物生长所需要的营
( ) 基金项目 :安徽建筑
( ) 作者简介 :韩小霞 1981 - ,女 ,安徽人 , 主要从事于校园
111 15 卷 19 期
国内外在土壤改良剂能有效改善土壤物理特性方面进行,研究 NH- 沸石
了大量且较为深入的研究 。施用土壤改剂不仅能增加 土壤累积难溶性磷 。结果表明 , NH- 沸石具有很强的 4 土壤中水性团体的含量 , 显著提高聚体的质量 ,而 释磷作用 ,土壤中有效磷及作物体内磷素的含量均有增 且还可以增大土壤总孔隙度 ,降低土壤容重 ,调节三相比 ,
改善其通气性 、透水性 ,最终达到提高土壤农学价值
( )的 。改良机理方面的研表明 ,天然沸石 Zeo lite是一 湿地植物遗体被埋入地下后 ,在气较低 、雨水较少缺 多孔状碱金属和碱
铝 、氧三种素组成 ,它们组成了沸石的四面体结构 。在而形成的特殊有机物 ,多呈黄色或浅褐色 。我国北方地 3 + 4 + 石的四面体结构中 A1 替代 Si 使铝氧四面体出现电 区森林中分布较多 ,这种草炭土略显酸性或呈强酸性 ,+ + 荷不平 衡 , 剩 余 的 电 荷 要 由 其 它 阳 离 子 如 N a 、K 、c pH 值为 510,519 ,具有很高的持水量 ,一般有 52% ,且通 + 2 + 扩 、M g 等来补偿 , 使得沸石有离子交换能力 。同时 气性良好 ,通气空隙在 27% ,29% 。由于草炭土结构疏 沸石内部有较多的孔隙和通道 , 使得沸石的比表面积很 松 ,透气好 ,持水量大 ,能有效改善土壤团粒结构 ,
大 ,容易与土壤中其它阳离子发生交换吸附 。另外 ,由于 土壤孔隙
沸石颗粒密度小 、孔隙度较大 ,将天然沸石掺入土 ,可以 机质 、矿
疏松土壤 ,增加土壤孔隙度 ,增加土壤透气性 ,改善土壤物 充足的钙 、镁中量元素和锌 、硼等微量元素 ,良
保水剂 ,属于高分子物质 。研究表明 ,由于高分子电解质 31113 土壤改良剂对土壤生物学性的影响 土壤微生 物的离子排斥作用引起子扩和网状结构引起阻碍分子 数量直接影响土壤的生物化学活及土壤养分的组成 与的扩张相互作用 ,使得聚丙烯酸类土壤改良剂不仅具有保 转化 ,土壤酶是土壤中的生物催化
的重要指标 。邢世和等通过田间验 ,表明用石灰 、粉 煤[ 7 ] 持土水分的作用 ,还可以使土体膨胀 ,总孔隙度 灰 、废菌棒和化肥构成的不
,其微生物数量 、土壤酶活性均较对照有不同程度提高 。壤 试验 ,保 水 剂 能 降
1 % 、015%的 Te rra - so rb,在饱和含水量时 ,土壤容重分别目前土壤改良剂的施用土壤生物特性影响方面的研究 3 比对照低 0169、0146、0126g / cm。 1996 年何腾兵等 研 相对较少 ,但己得到学者们的日益重视 。了保水剂对土壤结构的改良作用 ,证明施用保水剂具有增 312 土壤改良剂对植物生
强土壤水稳定性团粒形成的作用 ,尤其有利于较粒级的善了土壤理
团聚体形成和保持 ;但其良作用受保水剂种类 、施用量 、 活 ,增加了土壤保肥增肥性 , 植物的生长提供了良好土壤质地等因素影
促进作用 ,特别是对土壤中 015 ,5mm 粒径团粒结构形行的天然沸石混施化肥的盆试验研究结果表明 ,作为一 成最显著 。随壤保水剂含量的增加 ,土壤胶结形成团 种载体肥料 ,石提高土壤阳离子交换量和盐基饱和度聚体多以团聚体状态出现 ,这些大团聚体对稳定土壤 等 ,改善了土壤基质的性质 。在土壤养分的物有效性 ,构 ,改善土壤通透性 ,防止表土结皮 ,减少土面蒸发有较好 氮肥的利用率提高的同时 ,也增
收 ,从而著促进了米的生长 。 1995 年李录久的盆 31112 土壤改良剂对土壤化学性质的影响 最有关化 和田间试验也表明 NH- 沸石的释磷作用使作物体内 4 学特性方面研究主要集中改良介质的施用对氮 、 、 磷素的含量均有增加 ,从而促进的作物的生长 , 达到产钾等分的保蓄效应上 。 2000 年龙明杰等人通过对几类 效果 。随着食用菌生产的发展 ,其下脚料的 2 次利用被更高聚合物土改良剂试验证明 ,性和两性型聚合物改良 多的人重视起来 。食用菌下脚料有多的有机质 ,氮 、 剂能增加土壤对养分离子的吸附量并提高土壤含肥料 磷 、钾等营养元素 ,以及各种活性酶 、腐殖酸 、激等物 , 元素离子 的 抗 淋 溶 作 用 , 阴 离 子 型 聚 合 物 增 加 土 壤 对 因此也可作为一种土壤改剂 ,具有保肥增产的作用 。 4 + + - NH、K的吸附量及其抗淋溶作用 , 降低土壤对 NO 、 将草炭土 、食用菌下脚料等作为基质用于容器育苗 、无3 3 - PO的吸附量及其抗淋溶作用并提出以两性聚合物或栽培等的研究已有很多 。 2004 年庄应强
珠岩 、煤渣 、锯末粉按照不同比例配成不同基质 ,究对切 离子聚合
花非洲菊生长及开花的促进作用 ,从中筛选比适合切花离子的氮
性质的改良作用的研究也有很多 。 1996 年 A llen E R 指 非洲菊无土栽的基质配方 。W a llce, N sd le r A , Pe rfec t E, 出 ,添加石可以强土壤对铵离子 、硫酸根离子及钾离 Kay BD , Kitchen N R 及 Shock 等 人 的 研 究 表 明 , 改 良 剂 子等的吸附交换作用 ,从而增加土壤中碱解氮 、有效磷 、有 PAM 能够降低土壤板结
效钾等养分的含量 , 提高了肥料的有效性 。 1996 年李录国
( ) 21 : 31 稻 、麦及水果龙眼上 ,其结果显示植株长势良好增产效 ( ) [ 3 ]卫志东 1重视土壤调理剂的应用 1监督与选择 , 1996 11 : 331 果明 。[ 4 ] D an ie H ille l1 R esearch in so il p hysic s [ J ] 1So il Sc ience, 1991 , 15 土壤改良剂的研究具有悠久的历史 ,它是用于改良土 ( ) 1 : 151 - 1531 壤性质以便更适宜于植物生长 ,而并非为主要提供植物养 [ 5 ]申少华 ,张术根 ,王大伟 1天然沸石及其开利用研进展 1 矿 分的物料 ,能有效施改善土壤物理构 ,降低土壤容重 ,改 ( ) 产保护与利用 , 2000 4 : 34 - 381 [ 6 ]姜福 ,孙阳 1天然沸石在土壤改良和肥料生中的应用研究 变土壤学性质 ,加强土壤微生物活动 ,调节土壤水 、肥 、 ( ) 进展 1草业科学 12004 , 21 4 : 48 - 511 气 、热状况 ,可以促使分散的土壤颗粒团聚形成团粒 ,增加 [ 7 ] A la sda ir B a re roft1 SuPe r ab so rben ts imp rove p lan t su rviva l1 W o rd 土壤中水稳性团粒的含量和稳定性 , 改善气透水性 ,增 c rop , 1984 , 12: 7 - 101 强微生物活动 ,提高土壤酶活性 ,增加壤保肥增肥性 ,为 [ 8 ]郭群召 ,殷英 1草炭对烟田土壤理化性状及对烤烟生长发育 、烟 植物的生长提供了良好的条件 。( ) 叶产质的影响 1耕
[ 9 ]秦玲 ,魏钦平 ,李嘉瑞 ,等 1草炭对
( ) 业工程学报 , 2005 , 21 10 : 51 - 541 [ 1 ]许晓平 ,汪有科 , 等 1 土壤改良剂改土培 肥增产 效应 研究综 述
( ) () 12007 , 23 9 : 311 - 3341 责编 :张琪琪 [ 2 ]巫东堂 ,
(),带动农户建立无公害生产基地 ,进标准化生产 、采组织 接 26页 四是要建立完善社员度 ,明确社员的权利 与义务 ,使入社员真享受到应有的权利和合作社各 收 、加工 、分级 、贮
413 加强技术创新 , 建立农民专业合作经济
一批 ,提高一批的原则 ,对那些产业带动力强 ,内管理规 台 ,指
专业合作组织政府网站 ,为农民专业合作组织提供公
策咨询 、搜集和发布价格信息 、市场供求信息 、科技信息等提高
健康发展 。方面的服务 ,实
() 责编 :陶学军 信息服务和
2 ()上接 67 页 即每 667m用种量 215 ,315kg。通过降低播 215 病虫害综合防治 播种前药剂浸种防好种传病害 ,
种量 ,协调群体与个体的系 ,建立合理的群体结构 ,实现 播种要重视防雀害 ,苗期主要做好象 、稻蓟马防治 ,足穗基础上争大穗夺高
均匀播种 ,出苗后至 3 叶期视情做好删补稀 。验观察
214 改进施肥技术 ,增施穗肥 直播前期土肥能力 培要围绕“稀
术环节 ,实现科学运筹 。强 ,加苗期个体生长量
参考文献 减少 。随苗增大 ,分蘖增多 ,吸肥量逐步提高 ,后期供肥不
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() 责编 :张琪琪
双层土壤结构的简化分析
CN 11-2223/N
清华大学学报 (自然科学版 ) J T singh ua Un iv (Sci &Tech ) , 2002年 第 42卷 第 3期
2002, V o l. 42, N o. 317/37
349-352
双层土壤结构的简化分析
高延庆 , 曾 嵘 , 何金良 , 梁曦东
(清华大学 电机工程与应用
收稿日期 :2000-10-25
(, (, 要 :针对在接地系统 进行简单设计和接 地电阻估算 , 采用多层土壤结构模型进行计算非常复 杂问题 , 论文 将多 层土壤结构等效为均匀土壤模型 , 提出双层土壤结构 的等 效 简化方 法 , 分析了 各个 参数 对等效 匀 土壤 阻 率的 影 响。 双层土壤结构对应的等效均土壤电阻率 只与地网的面 积有关 , 而与地网的形状不大。接地系统的垂直接 地极 长度对等效的均匀土壤电阻率有大的 影响 , 影响程度 与土 壤的反射系数有关。 采等效均匀土壤模型可 以对接地网接 地电 阻进行估算 , 但却 不适于对地 网的
关 键词 :双层 土壤 结构 ; 等 效均 匀土 壤电 阻率 ; 垂 直接 地
极 ; 接地系统
中图分类号 :T M 862
文献标识码 :A
文章编号 :1000-0054(2002) 03-0349-04
Simplified analysis on two -layer
soil structure
GAO Yanqing , ZE NG Rong , HE Jinliang , LIANG Xidong
(Department of Electrical Engineering , T s inghua University , Beij ing 100084, China )
Abstract :T he mu ltilayer soil structu re model can not be eas ily us ed to design a grounding s ystem and calculate its gr ou nding res istan ce. T herefor ce, a u niform soil model is needed that is equal to the multilayer soil stru cture. T he s implification meth od for a tw o-layer soil s tr ucture is proposed, and the influ ence of different parameters on the equivalent soil resis tivity is analyzed. T he equivalent soil resistivity of a mu ltilayer s oil structure depen ds on the soil parameters , the structure and the s ize of the gr ou nding sys tems. T he equivalent un iform s oil m odel can be us ed to estimate the groundin g r esistance of a groun ding sys tem, but it can not be us ed to analyze the s tep an d touch voltages. Key words :two-layer
soil
structure;
equivalent
uniform
soil
res istivity; ver tical ground ing electrode;
grounding
sys tems
发、 变电站接地装置的主要目是为保障电力 系统能够安全可靠地运行 , 以及保障人身和设备的 电阻 , 保故障时地电位升于电气设备安全所要
电压来确保人身安全。因此 , 接地电阻、 接触电和 跨步电压 对于
在我国接地规程 [1]
及 IEEE Std. 80-1986[2]
中都 推荐采用式 (1) 对均匀
R =
e
2S
. (1)
其中 :Q e 为均匀土壤的电阻率 , S 为地网面积。 在接 地系统初步设计及对地系统的接地电阻进行粗 略估计时 , 采用上进行计算是非常方便的。 但在工 程实际中 , 很少会遇到均匀土壤情 , 大部分地区 的土质比较复杂 , 不可能找到一个等效均匀土壤 结构来代替实的土壤结构 ; 而用一个两层的等效 土壤来代替际的任意复杂的土壤构往往是可能 的。 但是 , 由于在双层土壤模型中接地电阻的公 式比较复杂 , 不便于工程人员进行设计和估算 , 因 此 , 若据此双层土壤再找到一个与之等效的均匀 土壤 , 便可应用式 (1) , 从而使问题得到简化。 本文的 主要工作就是分析将任意双层土壤结构等效为均匀 土壤的律。 分析中采用了从加拿大引进的 CDEGS
[4, 5]
。
1 土壤参数对等效均匀土壤电阻率的影响
从原则上来讲 , 要得到一个杂土壤结构的等 效均匀土壤电阻率只有一方法 , 就是将一个半球 或平网埋设在该土壤中 , 测量半球或接地网
与该半球接地极或水平接地网结构有关的土壤的 等效均匀土壤电阻率。何一个复杂土壤结构的等 效均土电阻率都与接地装置的结构有关。任意 一
K =(Q 2-Q
1) /(Q 2+Q 1) , Q 2为下
原理已在文 [6]中进行了介绍 , 这里不再论述。计算 等效匀壤电阻率的思路是先分析
得到该接地电阻对
由计算知 , 等效的均匀土壤电阻率 Q e 与双层土 壤参数 (射系 K 及上层土壤厚度 h ) 以及地面 积有关。 图 1是地网面积为 50m ×50m 计得到 的 Q e 与 K , h 的关系曲线 , 计算时上层土壤电率 取 1008m 。 从图 1可看出 , 当 K >0, 即下层土壤电 阻率高于上层土壤电阻率时 , 随层土壤厚度的 增加 , 等效的均匀土壤电阻率逐渐降低 , 直至趋近于 上层土壤电阻率。 当 K <0, 即下层壤电阻率低于="" 上层土壤电阻率时="" ,="" 随着上层土壤厚度的增加="" ,="" 等效="">0,>
壤电阻率。
图 1 双 层土壤结构中 50m ×50m 地网的 Q e -h 曲线 图 2为反射系数 K
对等效均匀土壤电阻率的
m ×50m e K 曲线 影响。 可看出 :当上层土壤厚
土壤电阻 率的增大 ) 而增 ; 当反射系 数 K 为 负 时 , 等效匀土壤电阻率 Q e 随着上层土
2 地网面积对等效均匀土壤电阻率的影响
计算表明 , 在不同的地网面积下等效均匀土壤 电阻率 Q e 双土壤参数 h 和 K 的变化趋势是一 样的。但等效均匀土壤电阻率并不是脱离地网结构 而只属双层土壤的一种客观存在 , 它与地网面 积是一定关系的。可以这理解 :同面积的地 网在散流时对土壤利用的广度和深是不同的 , 地 网面积越大 , 其用来散流的土壤也越多。因此 , 同样的双层土壤对于不同面积的地网对应的等效 均匀土壤电阻率 Q e 并不相同。 图 3是上层土壤厚度 h =10m 时在不同的反射系数 K 下等效均匀土壤
图 3 双层土壤结构中 Q e -
S 关系曲线 从图 3可看出 , 对于同样的双层土 , 不同面积 的地
土壤的反射系数 K 越接
e 的 影响就越小。当 K 小于零时 , 等效均匀土壤电阻率
Q e 随地网面积的增大而
均匀土壤电阻率 Q e 随地网面积的增大而增大。 这主 要是因为地网越大 , 其用来散流的有效
3 地网形状对等效均匀土壤电阻率的影响
以面积均为 10000m 2
, 但长宽比不同的形地 网为例来分析同样面积的矩形地网的长宽比对等 均匀土壤电阻率的影响。不同
算时的土壤条件为 :上层土壤电阻率 Q
1=1008m, 上层土壤厚度 h =20m , 反射系数 K =-0. 3。 由图
, 350
清 华 大 学 学 报 (自
对等效均匀土壤电阻率的影很小。当地网由正方 形变为长宽比 15的细条状长方形时 , 等效电阻率 只增加 3%。 也就
等效均匀土壤电阻
图 4 Q e
与地网的长宽比 a /b 的关
影响
在高土壤电阻率地区 , 为了降低接地电 , 垂直 接地极在接地工中得到了大量的应用。 事实证明 , 增设垂直极是降低地网的接地电阻以及地表接触电 压和步电压的一种非常有效的措施。水平接地 网相比 , 双层土壤中有垂直极的立体接地网的接 地电阻计算式更加复杂 , 更加不便于工程人员进 行设计和估算 , 因此对于立体地网时的双层土
分析时 , 先对任意双层土壤中不同垂直极长 的立体接地网进行模拟计算 , 然后根据计算得到的 接地电阻到此立体地网在均匀土壤中的等效模 型 , 经过次反计算后 , 根据计算得到的数 , 绘 得 Q e 与反射系 K 和垂直极深度 H 的关系曲线如
如图 5所示 , 增设垂直极对等效规律是有影响 的。当反射数 K 大于零 (即下层土壤电阻率大 上层土壤电阻率 ) 时 , 随垂直极长度的增 , 等效的 均匀土壤电阻率逐渐增大 ; 当射系数 K 小于零 (即下土壤电阻率小于上层土壤电阻率 ) 时 , 随着 垂直极长度的增加 , 等效的均匀土壤阻率逐渐减 小。其原因 :增设垂直接地极降低接地电阻主要 原因就是利用垂直极将故障电流引入土壤深层 , 使 深层土壤得到更加充分的利用 , 增设垂直极后地网 的接地电
, 到下层土壤后 , 随着垂直极长度的增加而导致等效 的土壤电阻率增加 ; 反之 , 当下层土壤电阻率低 , 即 K <0时 ,="" 当垂直极达到下层土壤后="" ,="" 随着垂极="" 长度的增加而导致等效的土壤电阻率的减小。如果="" 直接地的长度固定不变="" ,="" 随着射系数="" k="" 的增加="" 或减小="" ,="" 垂直接地极对效电阻率的影响也将增加。="" 如接地极的长度为="" 100m="" ,="" 在考虑垂直接地极后="" ,="" 当="" k="0." 6时="" ,="" 等效阻率增加="" 19.="" 3%(相对于没有垂="" 直极时的等效电率="" )="" ,="" k="-0." 6时="" ,="" 等效电阻率="" 降低="" 41%。="" 可见="" ,="">0时>
图 5 不同反射系
5 采用等效均匀土
以 上层 土壤 厚度 h =10m 、积 为 100m ×100m 的地网为例 , 对双层土壤模型和对应的等 效均匀土壤模型下接地网的最大接触电和跨步 压进行比较 , 以分析采用效均匀土壤模型后对接 地网地表大接触电压和跨步电压的影响。图 6为 层土壤中地网的跨步电压和对应的等效均匀土壤 中地网的跨步电压的比较图 , 接触电压
图 6类似。 可看出 , 采用等效均匀土壤模型后对接地 网地表最大接触电压和跨电有很大影响。当反 射系数 K
351
高延庆 , 等 : 双层土壤结构的简化分析
高 , 且 K 值越大相
恰好相反。两种土壤模型中的
可见 , 采用等效均匀土模型可以对接地网接 地电阻进行估 , 但却不适于对地网安性能进 行考核 , 否则会带来很
等效的均土壤电率随着反射系数 K 的增 大 (即随着下层土壤电阻率的增大 ) 而增大。当反射 系数为负时 , 等效均匀土壤电阻率随着上层土壤厚 的增加而增加 ; 当反射系数为正时 , 等效均匀土 壤电阻率随着上层土壤厚的增而减小。 相同的双层土壤 , 当反射系数小于零时 , 等效均 土壤电阻率随地网面积的增大减小 ; 当 K 大 于零时 , 等效均匀土壤电阻率随网面积的增大而 增大。两层土壤结构对应的等效均匀土壤电阻率只 与地网的面积有关 , 而与地的状系不大。 接地 系统的垂直接地极长度对等效的均匀土壤电阻率有 较大的影响 , 影响程度与土壤的反射系数有关。 采用等效均匀土壤模型可对接地网进行简设 计以及对接地电阻进行估算 , 但却不适于对地网的 安全性能进行考核 , 否则会带来很大的误差。 接地 统设计的理想方法还是采用基于多层土壤模型数值 计算
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e)
书 讯
《 数字与模拟通信系统》 (第五版 )
该书在继承前四版传统的基础上作了最新的处理。 它提供了良好的理基知识 , 也包括了通信系统的 实际问。 新版还包括了大量的学习辅助例子和家庭作业 , 其中多作业要借助个人计算机来求解。 全书有 8和 3个附录 :1. 引论 ; 2. 信号与频谱 ; 3. 基带脉冲与数信号 ; 4. 带通信号原理和电路 ; 5. AM 、 调频 FM 和数字调制系统 ; 6. 随机理和频谱分析 ; 7. 通信系统性能 ; 8. 通信系统举例。 附录 :A . 各种数学公式、 表格 ; B . 概率和
该书由清华大学出版社出版。
352清 华 大 学 学 报 (
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