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关键词:土壤水分;土壤物理性质;土地利用;容重;土壤表层
中图分类号:S152.7
文献标识码:A文章编号:1674-9944(2016)22-0023-02
1引言
土壤水分主要受降水、地形、土壤物理性质和土地利用的影响。笔者的课题探究在西双版纳热带植物园,选取森林、草地、裸地3种不同土地利用类型,研究了不同土地利用类型对土壤水分及容重的影响。为当地的土壤评价提供科学参考。
2材料与方法
2.1研究区概况
中国科学院西双版纳热带植物园位于中国云南省西双版纳傣族自治州景洪市勐腊县勐仑镇葫芦岛,距离景洪市有96km,距勐腊县城有100多km,东经101°25′,北纬21°41′。中国科学院西双版纳热带植物园地处北回归线以南,年平均气温21.4℃,属北热带季风气候,其特点是热量丰富、夏无酷热、冬无严寒、降水充沛,旱雨两季分明。虽降水充沛,但80%的降水集中在5~10月。研究时间在1月下旬,属于当地旱季,降水较少。
2.2样品的采集
2016年1月24日在中科学院西双版纳热带植物园选取森林、草地、裸地3种不同土地利用类型(表1)。在坡中取0~50cm刨面样品,从土壤表层开始每10cm分为一层,每层平行取样3份用于测定土壤含水量,取出样品后立即装入塑料密封袋中(防止水分蒸发)。
2.3测定指标与方法
土样含水量是指土样在105~110℃的温度下烘干至恒重时所失去的水分质量与烘干土质量的比值,用百分数表示。
2.3.1烘干法仪器设备
①恒温烘箱:一般要求在50~200℃范围内能在任一点保持一定恒温范围。采用的温度是105℃,控制温度的精度高于±2℃;
②电子天平;
③附属设备:铝盒(称量盒)、温度计等。
2.3.2测定方法
①称样品(>1mm风干土)10g左右,置于已知重量的称皿中;将数据记录在标签上;
②放入烘箱,在105℃(温度过高,有机质易碳化散逸)温度下烘至恒重;
③取出放干燥器(干燥器中的干燥剂氯化钙或变色硅酸要常更换)中冷却约20min,立即称重。
2.4指标的计算
含水量=(烘干前铝盒及土样质量-烘干后铝盒及土样质量)/(烘干后铝盒及土样质量-烘干空铝盒质量)×100%,
容重=纯干土质量(g)/环刀体积(200cm3)。
2.5数据的处理
研究中的图表均在MicrosoftOfficeExcel工作表中计算和处理。
3结果与分析
3.1不同土地利用类型下的土壤含水量变化特征与分析
3.1.1裸地土壤刨面含水量变化
坡面土壤未经人类过多的扰动。在该区域内无植被,其下表层土壤含水量在0.171~0.202之间,极差可达0.031。可见荒地土壤含水量随深度变化较小,这可能因为旱季降水少,水体下渗作用较弱,冬季气温不高,蒸发较少。
3.1.2草地土壤刨面含水量变化
草地土壤曾经过人类的扰动,2011年园内研究楼建成,建筑垃圾多填埋于草地中。在该区域内植被为草地,其下表层土壤含水量在0.168~0.204之间,极差可达0.036。可见草地含水量随深度变化较小,这可能因为旱季降水少,水体下渗作用较弱,冬季气温不高,蒸发较少。同时20~50cm处建筑垃圾较多,多为石头,可能对含水量影响较大。
3.1.3森林土壤刨面含水量变化
森林土壤未经人类过多扰动,在该区域内植被为热带季雨林,其下表层土壤含水量在0.305~0.351之间,极差可达0.046。可见森林含水量随深度变化较大,这可能因为枯落物较多,水体蒸发较少,0~10cm含水量较多,10~50cm根系较少,故土地含水量较少且变化趋势趋于平缓(图1)。
3.2不同土地利用类型下的土壤表层容重变化特征与分析
对3种样地容重的3个测量值剔掉一个最偏值后取平均值。结果发现土壤表层容重中裸地最大,可达1.72095g/(200cm3),草地土壤容重为1.658475g/(200cm3),比裸地降低0.062425,森林土壤容重仅为1.08795g/(200cm3),比裸地降低0.633,减少约36.8%。裸地与草地的土壤表层容重较高,且差异较小,森林的土壤表层容重明显低于裸地与草地,这可能与人为活动有关(图2)。
4结论与讨论
0~50cm土壤含水量的变化次序为:森林>草地,森林>裸地,草地与裸地差别不明显;表层土容重的变化次序为:森林>草地>裸地。
在该区域内,裸地与草地土壤含水量变化不大,但森林的含水量明显高于裸地与草地,这可能是森林的树冠郁闭度和枯枝落叶层大于裸地与草地,能够较大减少地面蒸发,起到保水作用所致。
土壤表层容重以裸地最大,可达1.72095g/(200cm3),草地,森林依次降低,其中森林最低。这可能与土地利用类型、人为活动和土壤性质有关,其原因和裸地与草地经常受到人类踩踏有关。
5结语
裸地的容重大,含水量低,不利于地表水下渗,从而加大地表径流,减少地下水,携带表面土层造成水土流失,土层变薄,这片土地就会越来越贫瘠,这不利于农作物的生长,降低农作物产量,而地表水加大,会携带泥沙到河流下游,导致下游含沙量增高,洪涝灾害就会越来越频繁;反之,林地的容重小,有利于地表水的下渗,植物就会更多的通过蒸腾作用把地下水转变为大气中的水蒸气,所以当地在旱季也会减少发生旱灾的可能性。
通过分析,表明自然地理的五大要素(气地水生土)是互相关联的,所以要在利用这些土地时不能只看中土地产生的经济效益,还要考虑该地区生态环境的可持续发展,这样才能实现经济、社会、生态3方面的可持续发展。
通过这次的实验活动,了解到不同土地利用类型含水量和容重的差异,以指导今后的生产生活,让人们更好的理解了可持续发展的思想。
参考文献:
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[2]冯广龙,刘昌明.土壤水分对作物根系生长及分布的调控作用[J].生态农业研究,1996,4(3):5~9.
关键词:可溶性有机氮;土壤氮素;氮素转化
中图分类号:S141 文献标识码:A
引言
农作物的生长需要大量的氮素,需要施用大量的化肥来增强农业土壤的氮素肥力,但是化肥氮不能长久地留存在土壤中,大量施用有机肥才是培育土壤氮素肥力的有效途径。目前,随着对农业生态问题的关注,可溶性有机氮在农业土壤中的作用已经备受重视,所以,研究农业土壤中SON的测定方法、在土壤氮素供应和转化中的作用,具有重要的理论和现实意义。
1 SON的测定方法
农业土壤中的可溶性氮可用水浸提,但水浸提会造成土壤扩散,导致难以获得精确的数据进行分析。部分盐溶液已用于氮的浸提,但盐浸提会破坏土表的吸收平衡而释放出有机氮,不利于溶解。农业土壤中的SON不能直接通过浸提测量,必须从总的可溶性N(TSN)浓度中排除矿质N的浓度进行判定。近几年,一些简易、快捷和自动化的测定方法已运用于TSN的常规分析,推动了SON的测定。在对农业土壤中的可溶性氮的测定中,可采用电超滤法(EUF),该方法不仅能提取矿质N(EUF-NO3)有机N(EUF-Norg),还能够判定营养释放的速率,相比其他方法更具优越性,但EUF法工作量较大、成本较高,并且与土壤浸提法相比存在结果差异。
2 SON在N转化中的作用
DON是有机氮的重要构成部分,因其具有流动性和有效性的特点,在氮的矿化、固定、淋溶、植物吸收等动态过程中具有不可替代的作用。
2.1 DON与矿化
矿化主要是研究土壤矿质N大小的变化,没有重视SON及其转化。然而,N的形态决定了它的利用价值,所以判定有机质是矿化成NH4+-N还是转化为SON是非常有必要的。DON含有许多难溶、难分解的物质,但其在氮的矿化过程中占据非常重要的位置。Mehgel和Appel指出CaC12浸提的SON量是砂质土中可矿化有机N库的确切指标,这是由于这个库与净N矿化量有关;Kielland指出极地冻土氮基酸的迅速换新造成高速率的总N矿化;Mengel研究了17块农田、1座森林、2片草原的土壤中氮矿化与土壤可溶性氮库之间的关系,他们发现氨基N与净N矿化之间的密切相关[1]。
2.2 DON与固定
NH4+是被土壤微生物消化和固定的N的主要形式,经典的矿化作用,即固定作用理论(MIT)认为全部吸收的N都源于矿质N,但是,许多微生物能够直接利用低分子量的可溶性有机氮化合物,这表示经典的MIT理论可能不准确,而且所涵盖的信息太单一或简化。Barraclough实验发现,在冬小麦的土壤中,全部的氨基N都被土壤微生物群体直接吸收,这表示在矿质N固定的同时SON的浓度显著增加,改变了过去对土壤中N转化过于简单的观点[2]。
2.3 DON与琳溶
农业土壤淋溶液中的DON的浓度超过矿质N的浓度,并且DON是淋溶到农业土壤中的主要N源,而有机态氮是氮素融入江河湖泊的主要形态,温带气候条件下农业土壤中的NO3--N是排水中的主要N源,其中一部分有机态氮来源于农作物有机生产系统,DON也是导致农业土壤中N流失的重要原因。Bergstrom等采取渗漏计法分析了有机肥的淋失状况,发现在使用等量氮素时,有机肥淋溶掉的N多于无机N,造成有机农业倡导使用有机肥,简单地以为施有机肥能够生产出无污染的绿色安全食品,其实实际情况并不是如此。土壤有机质会阻碍土壤矿物质的活性部分,使得淋溶的有机质的吸着力减弱,因此,应重视有机态养分在土壤中的移动和损耗,可溶性有机态氮在其中的影响需要进一步探究[3]。
2.4 植物与徽生物对DON吸收的相互竞争
由SOM的矿化及植物残渣释放的N一直以来被认为是植物吸收的主要N源,植物可以直接吸收NO3--N,在某些特定环境下,可溶性有机氮是植物可吸收的主要氮源。土壤中的有机氮是不断变化的,植物以及微生物都能吸收利用土壤中的有机氮,因此,植物与微生物在对DON吸收方面存在对立关系。在农业土壤中,有机N化合物对植物根的有效性较小,但并不表示这部分不更新或者不向植物提供N,有关研究表明,植物与微生物能较快地主动吸收施入土壤中的氨基酸,但两者之间存在相互的竞争。Henry等的实验结果表明,微生物吸收的氮比植物高出许多倍,这表明微生物竞争N素养分能力比植物强,但Hodge等则认为,植物竞争N素养分能力比微生物强,所以需要进一步的研究才能确定浸提的SON中究竟有多大部分被植物吸收并利用。
3 结语
农业土壤中淋溶出的NO3--N影响了人类健康以及生存环境,及其在作物营养中的重要性已引起研究者的注意,但是农业土壤中的SON的转化和通过DON淋溶的流失却未能获得足够的重视。在未来的研究过程中,还需要进一步探究SON与其他形式N的有效性指数之间关系,以明确SON的最终去向。
参考文献
[1] 郭景恒,张逸,何骞.氮沉降影响下酸性森林土壤中水溶性有机氮的分布特征[J].环境化学,2011,30(06):1121-1124.
关键词:离子选择电极;土壤;氟离子;熔融
中图分类号:S151.9+3 文献标识码:A 文章编号:1003-6997(2012)23-0059-02
氟是与人类健康密切相关的必需微量元素,土壤环境中的氟是水和食物中氟的主要来源。土壤受到氟化物的污染且浓度超过一定时,首先会影响农作物生长,使农产品有毒物质含量增高,继而通过食物链影响人的身体健康。因此对土壤中氟化物进行监督监测十分重要。
在本次全国土壤普查中,采用离子选择电极法测定土壤中氟含量,离子选择电极能大范围内对氟离子活度给以能斯特线形响应关系,并能在许多其他离子存在的条件下对氟具有高度的选择性,通过反复实验,能够满足土壤样品量大时间紧的要求。
1 方法依据
依据《土壤元素的近代分析方法》[1],中国环境监测总站,中国环境科学出版社,1992,土壤中氟的测定――离子选择电极法。
2 方法原理
氟电极电位与待测溶液中氟离子活度遵循能斯特方程,样品用氢氧化钠在高温熔融后,用热水浸取并加入适量盐酸,使有干扰作用的阳离子变为不溶的氢氧化物,经澄清除去。然后调节溶液的pH至近中性,在总离子强度缓冲液存在的条件下,直接用电极法测定。
3 主要仪器
氟离子选择电极和饱和甘汞电极;
PHS-4智能酸度计;
镍坩埚50 mL;
马福炉(SX3-4-10A天津);
电子天平(万分之一);
玻璃量器:容量瓶、移液管、量筒。
4 试验步骤
4.1 试液的制备
准确称取样品0.5 000 g于50 mL镍坩埚中,加入4 g氢氧化钠(3 g与样品混匀,1 g均匀覆盖于表面),放入马福炉中550 ℃加热,保温20 min。取出冷却,用约50 mL刚煮沸的水分几次浸取,直至熔块完全溶解,移入100 mL烧杯中,缓缓加入5~8 mL盐酸,不断搅拌,并在电炉上加热至近沸,冷却后将溶液和沉淀物等全部转入100 mL容量瓶中,加水稀释至标线,摇匀。放置澄清,取上清液待测。不加样品,按同样的操作步骤制备一份全程序试剂空白溶液。
4.2 试验部分
4.2.1 提高加热温度,保温时间不变对样品进行熔融。以下同试液的制备(见表1)。
由表1可知,加热温度为650 ℃时相对误差较小。
4.2.2 加热温度不变,减少保温时间对样品进行熔融。以下同试液的制备(见表2)。
由表2可知,保温时间为20 min时相对误差较小。
4.2.3 同时改变加热温度和保温时间对样品进行熔融。以下同试液的制备(见表3)。
由表3可知,加热温度为700 ℃、保温时间为7 min时相对误差较小。
4.2.4 加标回收实验[2]。
4.2.4.1 空白加标回收实验 分别向空白溶液中加入相当于100 mg/kg氟,其余操作方法同前.测定结果(见表4)。
4.2.4.2 基体加标回收实验分别另取土壤样品G 027、C 103、F 125,向土样中加入相当于300~600 mg/kg氟,将水分蒸干,其余操作方法同前,测定结果(见表5)。
4.2.4.3 方法精密度和准确度试验(见表6)。
5 试验结果与讨论
通过实验表明本方法最佳熔融温度为700 ℃、时间为7 min,为防止内容物起泡上爬而溢出,采用50 mL镍坩埚。
经样品的平行样、质控样、加标回收率测试均达到了满意的结果,并多次通过甘肃省环境中心站密码样考核。
6 结论
该方法在样品预处理过程中,熔融时间从原来的20 min缩短为7 min,极大地提高了工作效率,其精密度和准确度均达到标准,能够满足土壤样品大批量分析的要求。
参考文献:
关键词:森林土壤;土壤有机质;土壤性质;
前言:在凉水自然保护区选取具有代表性的6种森林类型(人工红松幼林、枫桦幼林、白桦次生林、落叶松人工林、云冷杉人工林、椴树红松林),36个土壤样品,用来比较不同森林类型土壤在(0-30cm)深度的理化性质及土壤有机质含量的关系,并对其分布规律进行研究。
2不同森林类型土壤理化性质的研究
2.1土壤容重
不同森林类型,土壤容重平均值在0.390~0.449g/cm-3 之间,6种森林类型中,土壤容重从高到低的排序为:人工红松幼林(0.449g/cm-3)>白桦次生林(0.448g/cm-3)>枫桦幼林(0.440g/cm-3)>云冷杉人工林(0.437g/cm-3)>落叶松人工林(0.396g/cm-3)>椴树红松林(0.390g/cm-3),含量差异不显著(P>0.05)人工红松幼林含量最高,椴树红松林含量最低,前者比后者高5.9%,不同森林土壤容重有一定的差异,但差异不显著(P>0.05);不同土层深度,土壤容重变化不规律,土壤剖面容重在0.255~0.591g/cm-3 之间,其中在5-10cm土层深度的椴树红松林土壤容重最高,而在15-20cm土层深度的椴树红松林土壤容重最低,其次是落叶松人工林15-20cm土层深度土壤容重为0.396g/cm-3。在中间层10-15cm土层深度,各林型的变化趋势分别是人工红松幼林(0.543g/cm-3)>白桦次生林(0.470g/cm-3)>云冷杉人工林(0.436g/cm-3)>落叶松人工林(0.432/g•cm-3)>枫桦幼林(0.343g/cm-3)>椴树红松林(0.322g/cm-3),人工红松幼林比其它林型土壤容重分别增加了6.3%,10.7%,11.1%,10.0%,22.1%,不同土层,各森林土壤容重有变化但幅度不大。同一林型不同土层土壤容重差异均显著(P<0.05)。
根据凉水自然保护区不同林型土壤容重的调查结果可知:人工红松幼林的土壤缺少团粒结构,而椴树红松林的土壤就相对疏松多孔,结构性要比其它林型土壤好。
2.2土壤含水量
不同森林类型,土壤含水量平均值在11.71~13.81%之间。不同土层深度,落叶松人工林、椴树红松林、云冷杉人工林土壤含水量变化有一定的规律性,土壤含水量随土层深度的增加而增加,差异达显著水平(P<0.05),在落叶松人工林、椴树红松林、云冷杉人工林25-30cm土层土壤含水量分别比0-5cm土层增加了,且土层间的含水量均显著(P<0.05)。
不同森林类型6层土壤深度的土壤含水量在7.34~19.90% 之间,其中以落叶松人工林表层土壤含水量最低,而云冷杉人工林底层土壤含水量最高。
落叶松人工林、云冷杉人工林、人工红松幼林土壤表层0-5cm含水量均较低且较接近,分别为7.34%、7.45%、 7.90%,而10cm以下土层含水量逐渐增高,表现为:云冷杉人工林(13.77%)>落叶松人工林(13.44%)>枫桦幼林(12.00%)>椴树红松林(11.00%)>白桦次生林(10.88%)>人工红松幼林(9.13%)。云冷杉人工林比其它林型含水量分别大0.33%、1.77%、2.77%、2.89%。
2.3土壤Ph值
不同森林类型,土壤pH的变化稳定在8.43左右,差异不显著(P>0.05)。pH值处于6-8时,说明凉水自然保护区各林型土壤的养分有效性总体较好。
关键词:土壤物理因子;湿地;信叶高速公路
中图分类号:S151.9+2 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2013)16-3805-03
湿地是地球上广泛分布的陆地生态系统之一,它支撑着独具特色的物种和较高的自然生产力,其生产力仅次于森林和农田,它不仅为人类的生产、生活提供多种资源,而且具有巨大的环境功能和效益,被誉为自然之肾、生物基因库[1-3]。土壤理化性质是评价湿地土壤质量的重要内容,是生态系统中极其重要的生态因子,直接影响湿地生态系统的生产力[4],伴随着对湿地生态系统研究的深入,对湿地土壤的研究也越来越受到关注。目前,对湿地生态系统的研究主要集中在农田、湖泊以及滨海等湿地的土壤养分、酶活性、土壤动物变化等[5-8],而对高速公路沿线人工湿地土壤物理化学性质研究较少。因此,对信叶高速公路沿线湿地土壤理化因子进行深入分析,以期探讨在高速公路建设过程中加强沿线湿地保护、促进湿地生态系统良性循环的措施。
1 材料与方法
1.1 土壤样品的采集
1.1.1 采样时间及地点 根据信叶(信阳—叶集)高速公路沿线湿地实际情况,于2010年6月选择五里店镇、仙居水库、卜塔集镇、汪家集镇、上石桥镇及武庙乡距高速公路两侧20 m范围内的湿地区域作为研究样地。
1.1.2 土壤剖面的设置及样品采集方法 在选定的6个样地内,针对每个样地至少挖掘两个土壤剖面,规格视立地条件而确定,大约为长1.5 m,宽0.8 m,深1.2 m。由下而上分层(45~60 cm、30~45 cm、15~30cm和0~15cm土层)采集土样,在每层中均匀取样。采集的土样分别装入已经编号的保鲜袋中,重约1 kg。
1.2 土壤样品测定指标及方法
测定土壤含水量、机械组成、容重和孔隙度。土壤含水量采用烘干法测定;土壤容重采用环刀法测定;土壤孔隙度测定:将环刀内的原状土放入水中浸泡24 h后迅速取出称重,计算其总孔隙度,将称重后的土样放置2 h后称重,计算其毛管孔隙度,非毛管孔隙度=总孔隙度-毛管孔隙度;土壤机械组成采用比重计法测定。
1.3 数据统计处理
对同类型数据先做平均处理,原始数据的平均化处理、合成以及统计分析和图表制作采用Excel 2003和SPSS l7.0统计分析软件完成。
2 结果与分析
2.1 土壤物理因子水平变化
对信叶高速公路沿线湿地各研究地的土壤含水量、容重和孔隙度进行测定,结果(表1)表明,含水量较大的研究地为仙居(18.54%),最小的为武庙(16.83%),各研究地土壤含水量变化幅度较小,含水量均值为16.83%~18.54%;土壤容重是衡量土壤结构优劣的重要指标,土壤容重的大小受土壤机械组成、结构以及有机质含量和各种自然因素的影响,各研究地土壤容重均值在1.15~1.40 g/cm3之间;土壤孔隙度是反映土壤结构的基本指标,一般用土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度表示,两者反映了土壤通气性、透水性和持水能力。卜塔集研究地毛管孔隙度最大,五里店研究地最小;非毛管孔隙度五里店最大,汪家集最小。原生状态的湿地扰后土壤容重和孔隙度呈现较大变化[9,10],此次研究各研究地土壤容重和孔隙度偏离原生状态较大,原因是在高速公路建设过程中对湿地的干扰。土壤机械组成是用3种粒径不同的土壤颗粒所占比例表示的,第一种是沙粒(0.050~1.000 mm),土壤粒间孔隙大,蓄水量较差;第二种是粉粒(0.005~0.050 mm),呈壤性,是比较理想的土壤,第三种是黏粒(
2.2 土壤物理因子垂直变化
在所研究的土壤深度范围内(表1),除了上石桥各层土壤含水量呈现从表层到深层先增大后减少外,其余研究地基本呈现逐渐减小趋势;多数研究地土壤剖面0~15 cm范围容重最小,上下层的变异系数变化不大;随土壤深度增加,毛管孔隙度变化规律是:五里店、仙居、卜塔集先减小再增加,最后又减小;武庙先增加后减小,上石桥呈现逐渐减小趋势,对非毛管孔隙度而言,武庙先减小后增加,汪家集呈现递增趋势,其他研究地规律性不强。随土壤纵向深度增加,各研究地土壤机械组成变化情况多样,五里店、仙居、卜塔集和武庙土壤粉粒含量先增再减,汪家集和上石桥呈现递减趋势;对黏粒而言,卜塔集呈现递增趋势,汪家集呈现先增后减趋势,五里店、仙居呈现先减后增趋势,上石桥及武庙呈现减-增-减趋势。不同层次土壤容重、粉粒和黏粒差异显著,土壤层次对含水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度无显著影响。
3 结论与讨论
信叶高速公路沿线各研究地湿地土壤含水量均值在16.83%~18.54%之间;土壤容重均值在1.15~1.40 g/cm3之间;毛管孔隙度为28.47%~33.06%,非毛管孔隙度为5.40%~8.76%;土壤粉粒及黏粒含量分别为47.13%~67.31%和18.43%~42.14%。在垂直分布上,多数研究地各层土壤含水量呈现从表层到深层呈减小趋势,土壤容重上下层变化幅度小,随土壤纵向深度增加,各研究地土壤孔隙度和机械组成变化情况多样,原因是各研究地湿地在建设时就地取土且扰动较大,还没有形成稳定的土壤组成。
不同研究地的土壤含水量、非毛管孔隙度差异显著,容重、毛管孔隙度、粉粒及黏粒差异极显著。不同层次土壤容重、粉粒和黏粒差异显著,土壤层次对含水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度无显著影响。水分也是植物生长的必要因素之一,但过高的水分对植物生长也有一定的抑制作用,多数研究地湿地土壤含水量相对较大,因此在选择高速公路沿线湿地景观植物时,要考虑植物的耐水湿性;大多数研究地土壤的孔隙度均较高,通透性较好,有利于土壤水分的贮存,能满足多数植物的生长要求;各研究地土壤粉粒及黏粒差异极显著,主要是由于在高速公路建设时取土扰动大,还未形成稳定的土壤机械组成,蓄水量较差,应加强保护。
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