土壤的形态特征
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土壤的形态特征范文第1篇
中图分类号：S151+.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）21-5182-04
Modeling Method of the Wild Morphalogical Development Integrated Index of Soil Profile
JIANG Ying-ying，ZHOU Chong-jun，SUN Zhong-xiu，ZHANG Guang-cai，LIU Yang，GAO Hua
（College of Land and Environment，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China）
Abstract： Based on the soil morphological properties of 17 representative soil profiles in Chaoyang of western Liaoning， a soil morphological index system was measured for evaluating the development of paleosol. The wild soil profile development integrated index model was established.
Key words： soil profile morphology； development integrated index； modeling method
成土母质在各种自然因素和人为因素的影响下，发育成为具有不同属性的土壤。这些土壤属性的内在表现为土壤物质的转化及其迁移，而这些土壤属性的外在表现则反映于土壤剖面形态和土体构造上。为了用简单的数量方法来表达复杂的历史自然体——土壤的发育状况，多年来，人们进行了不断的探索。土壤学家和地质学家需要一种指数来定量评价土壤的发育程度，通过量化土壤野外形态如土壤颜色、胶膜、质地和其他随时间发生变化的性质来实现性质的量化和比较。
很多学者用土壤中微量元素间的比值作为判别土壤发育程度的手段，如黄成敏等[1]利用土壤中微量元素间的比值对海南岛北部玄武岩上土壤发育进行了研究；Dasch[2]曾对各种母岩在风化作用下Rb、Sr迁移规律进行了较详细的研究，指出Rb/Sr反映了母岩风化作用强度。Gallet等[3]也对洛川黄土剖面中的Rb/Sr分布进行了初步研究，发现该比值可识别古土壤地层单元。国内一些学者通过对我国北方黄土和长江下游地区下蜀黄土典型剖面的Rb和Rb/Sr研究发现，它们能更精确地反映古气候环境的变化，是区域环境演变研究中较理想的替代指标[4，5]。
土壤发育指数是将量化的土壤野外属性转化成一个综合指数来对整个土壤的发育程度进行评价。土壤剖面野外形态发育综合指数是评价、比较不同土壤发育程度的一种方法，是量化土壤野外属性以便在野外研究成土过程的方法。这种方法对于土壤发生学、土壤形态学、土壤系统分类学、地貌学、地层学的研究都有十分重要的应用价值。例如，当时间序列缺失时，土壤发育指数可以初步指示土壤的相对年龄，而应用土壤剖面形态发育综合指数可以在野外方便、高效、相对准确地鉴别古土壤[6]。
1977年Bilzi等[7]根据土层和母质之间性质的差异对土壤属性赋分。Leamy等[8]提出土壤形态指数这一概念，是一种应用几个土壤属性赋分平均值来评价土壤发育程度的方法。他们用这种方法对奥塔戈部分地区的古土壤的特征进行了初步量化。何磊等[9]研究认为剖面发育指数（PDI）和加权平均剖面发育指数（WPDI）作为剖面累积发育指标，可以用于不同土壤序列的发育速率比较。隋玉柱[10]在确认“黄土也是古土壤”的前提下，采用统一的半定量指标（主要包括反映成土强度的Munsell色调、彩度、明度、结构、粒度、色度、 CaCO3含量等）来确定古土壤的发育强度。
土壤剖面中土壤的形态属性含有丰富的成土环境信息，是环境变化与恢复和重建气候的重要依据，如基于古土壤的形态观测推断了洛川古土壤发育时期的古环境[11]。
总之，目前的研究主要集中于土壤发育程度方面，对应用土壤发育指数来鉴别古土壤的研究资料较少。古土壤的鉴别是利用黄土—古土壤序列研究气候与环境变化的重要手段。在野外识别古土壤有一定困难，尤其是识别弱发育的古土壤极其困难。李叙勇[12]用土壤发育指数来鉴别古土壤取得了令人满意的结果。本研究借鉴Harden[6]和Bilzi等[7]的思想，通过对土壤的红化作用、黑化作用、胶膜、结构、干时结持性、润时结持性、总质地、发生层边界等综合状况进行评价，建立土壤剖面野外形态发育综合指数模型，反映土壤的发育程度，以期为辽西朝阳古土壤鉴别研究奠定基础。
1 研究方法
研究剖面位于朝阳市凤凰山、建平县富山乡马家沟村、喀左县公营子镇端正沟梁村东大梁和北票市桃花吐4个地点。这4个采样点均有古土壤分布，并且存在一个从上到下红土与黄土相互交错的大剖面，并在其周围分布着由于上层被剥蚀掉而出露于地表（残遗、剥露）的古土壤剖面。
在4个采样点分别找到符合标准的剖面进行采挖，挖好剖面后进行土壤发生层的划分。根据中国科学院南京土壤研究所土壤系统分类课题组《土壤剖面描述规范》进行系统、规范的土壤剖面野外形态特征描述和记录。最后根据发生层进行土样采集，共采集70个土壤发生层，17个土壤剖面的土样。观测的主要项目有颜色、结构、质地、胶膜、结持性、发生层边界等。
2 土壤剖面野外形态发育综合指数模型的建立
2.1 土壤剖面野外形态发育综合指数的公式及确定
土地评价研究中，常用指数法和土地潜力分级法来评价土壤的生产力或农业潜力。土壤剖面野外形态发育综合指数的计算公式为：
PI=■ （1）
式中PI为某土壤剖面的野外形态发育综合指数，Xjn为某层某个土壤形态属性赋分后的标准化值，k为所选指标数，hi为某土层的厚度。确定土壤剖面野外形态发育综合指数的步骤如图1所示。
2.2 土壤剖面野外形态发育指标体系的确定
众所周知，野外调查作为土壤学研究的传统有效方法之一具有不可替代性，土壤剖面野外形态发育描述指标不能定量制约了其应用；土壤微形态的古环境意义虽然明确，但直观性较低，形态描述与表达繁琐，术语晦涩难懂，不能进行定量等问题仍然制约其应用[13]。此次研究尝试建立综合量化指标——土壤剖面野外形态发育综合指数，以期解决这一矛盾，并且具有土壤发生学的理论依据[14]。反映土壤发育的土壤剖面野外形态发育指标有很多，关键是所用指标能反映成土强度，并能进行定量或半定量研究。为了在野外方便、高效、相对准确完成古土壤鉴别，结合研究剖面的具体情况，尽量选取通过野外观察就能够直接获得的土壤剖面野外形态发育的指标。在众多反映成土强度的指标中，土壤形态特征较好地反映了成土过程中成土母质的累积变化。但土壤形态特征很多（如土壤颜色、土层厚度、质地、胶膜、结持性、发生层边界等），仅以某一特征不能全面反映土壤的发育状况，也不能进行土壤发育的定量评价。研究所建立的土壤野外形态发育指标体系见表1。对表1的各单项野外形态发育指标作以下说明，并着重从土壤发生学角度作出解释：
1）土壤颜色（Soil color）。土壤颜色是土壤对太阳辐射在视觉器官能够感受到的光谱范围内（280～760 nm）的选择吸收和漫反射的结果。土壤反射的那部分可见光的颜色决定土壤的颜色。影响土壤颜色的因素有很多，如土壤中的腐殖质含量、水分含量、暗色矿物（如氧化铁、氧化锰、黑云母等）含量、浅色矿物（如二氧化硅、氧化铝、碳酸钙等）含量，因此，颜色是表征许多性质的重要形态特征，它是人们认识土壤最直接的依据之一。土壤发育程度通常以颜色变化为特征[15]。伴随土壤发育，土壤中赤铁矿增加，导致土壤色调变红和土壤彩度增加[1]。土壤颜色跟土壤的成分和垒结状态直接相关，划分剖面发生层，颜色是首要的形态特征，颜色的各种变化是土壤内在性质变化的反映。土壤颜色的剖面变化对诊断土壤具有重要意义。根据土壤颜色也可以对土壤的形成过程、发育程度进行初步判断。研究将土壤颜色属性分解为红化作用和黑化作用两个指标，随着土壤发育的增强，色调变红、彩度变鲜艳的变化称为红化作用，黑化作用是指由于土壤有机质累积而使土壤变暗的作用，它是用芒赛尔颜色值中的明度来表示的，随明度的增加而降低。红化作用和黑化作用的赋分参照Harden[6]的方法，但为了排除在低彩度时有机质染色对彩度的干扰，将彩度为1～4时赋分的增值减小为5分。
2）土壤胶膜。土壤胶膜是在土壤形成发育过程中由土壤中的细粒物质（如黏粒、游离氧化物、碳酸盐、腐殖质等）通过浓聚、淀积或析离等作用，在土壤裂隙或孔隙壁表面以及土壤结构体或颗粒表面形成的膜状物。它是与土壤孔隙、裂隙、孔道、土胚（Ped）和骨骼碎屑颗粒在自然表面相结合的一种可识别的土壤形成物。若将土壤物质分为骨骼颗粒和细土物质，黏粒胶膜是细土物质中黏粒组分的扩散、移动或淀积形成的聚合物，或是黏粒组分原地变化形成的分离物。黏粒胶膜被认为是“土壤颗粒或土块的皮肤”，表示土壤表面或孔隙在经过悬浊液淋洗后被沉淀的黏粒所覆盖[16]。
土壤胶膜是土壤长期演化过程中逐渐形成的，其物质多来源于本体土壤的淋溶和淀积。胶膜的形态、结构和元素组成特点等是相应成土过程和环境条件的产物，记录着土壤的发生过程，包含了成土的气候变化和环境变迁的信息，可作为识别土壤在不同时期的发生过程和环境变化的重要依据[17]。
3）土壤结构。土壤结构是指土壤颗粒（包括团聚体）的排列与组合形式。主要功能是使土体中同一空间里同时存在固、液、气三相，并且具有调节水、肥、气、热的作用。土壤结构是土粒有规律性的结合体。结构体内部与结构体之间有着截然不同的孔隙状况，土壤结构的功能就是靠它形成不同的孔隙及其分布密度的差异来实现的。
土壤结构是土壤中各种过程进行的物理框架。观察土壤剖面中的结构类型，可大致判别土壤的成土过程。如具有团粒结构的剖面与生草过程有关；淀积层中有柱状或圆柱状结构则与碱化过程有关。土壤结构影响土壤中水、气、热以及养分的保持和移动，也直接影响植物根系的生长发育。土壤结构的定量化对土壤水、气、热和土壤生物、化学过程定量化研究具有重要意义。
4）干时结持性（硬结性）、润时结持性（坚实性）。结持性是指土粒（
5）土壤质地。土壤质地是指土壤中各粒级重量占土壤重量的百分比组合。质地野外判别采用Shaw的简易质地类型进行快速判定。土壤质地是土壤的最基本物理性质之一，对土壤的各种性状都有很大的影响。因为野外鉴定的质地类型无法对黏粒含量作出较准确的估计，所以通过采用包括质地类型、黏着性、可塑性在内的综合指标即总质地来评价某些质地类型黏粒含量的较大差异性[6]。
6）发生层边界。发生层边界是指相邻发生层之间的过渡状况。土体是以土壤性质侧向变化的最大均一性为界限的土壤地理个体，它是土壤在空间上一个立体的单元。在土体内由于物质的重力和张力以及溶解和沉淀等影响，在垂直方向上产生了自然的质地分异形成土层。因此，发生层边界的类型可以很好地指示土壤的发育状况[17]。
土壤剖面野外形态发育各项指标分级赋分中，红化作用、黑化作用参照李叙勇[12]的方案，总质地、干时结持性、润时结持性参照Harden[6]的方案，发生层边界参照Bilzi等[7]的方案。由此构建了评价辽西朝阳第四纪古土壤剖面野外形态发育的指标体系（表1）。
2.3 土壤剖面野外形态发育综合指数的计算
2.3.1 土壤剖面野外形态属性的量化和标准化 经详细描述的土壤剖面野外形态发育各项属性，按照表1中的标准赋予分值即是其数量化。标准化的目的是使各项土壤属性的量化值在同一个数量级范围之内，使不同土壤之间具有可比性，其计算公式为表1中所列各标准化公式。
2.3.2 土壤剖面野外形态发育综合指数的计算 土壤剖面野外形态发育综合指数的计算按公式（1）进行，计算步骤见图1。据此计算了辽西朝阳挖掘的具有代表性的17个土壤剖面的野外形态发育综合发育指数。
3 小结
通过研究确定了评价古土壤发育的8项土壤剖面野外形态发育指标体系，建立了土壤剖面野外形态发育综合指数模型。土壤剖面野外形态发育综合指数模型虽然已经建立，但需要进一步研究来验证其适用范围和准确性。
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土壤的形态特征范文第2篇
关键词：坡耕地；养分流失；优先流；壤中流；地下径流
作者简介：刘 海（1984―），女,山西榆社人,西南林业大学环境与工程学院硕士研究生。
通讯作者：陈奇伯(1965―)，男,甘肃通渭人,博士,教授,主要从事土壤侵蚀与流域管理方向的科研与教学工作研究。
中图分类号：S152.7
文献标识码：A
文章编号：16749944(2011)10009904
お
1 引言
坡耕地作为山区落后生产条件下人口与资源矛盾冲突中出现的产物,是重要的农业生产资源,其养分随水土流失进入河流及湖泊,使得水体富营养化。到20 世纪70 年代初坡耕地养分流失问题才引起人们的重视。湖泊的严重污染和肥料投入的增加都是养分迁移造成的,据统计,农业非点源污染已占中国全部污染的1/3,并有继续恶化的趋势[1],研究发现造成水体污染的真正根源是土壤养分的流失[2]。前人对养分随地表径流流失做了大量的研究工作,而对土壤养分随地下径流流失研究则较少,对优先流、壤中流等水分运动过程影响养分流失的研究还处于探索阶段。因此全面认识水分运动对养分流失的影响,能够有效减少土壤养分流失,防止面源污染。オ
2 坡耕地养分流失特征、途径及影响因素研究
降雨作用于表土,从而引起坡耕地养分流失,其与区域降雨过程密切相关而具有随机性，养分流失随径流进入水体且遍及广大地区而具有广泛性，养分流失在某个固定点无法监测到而具不确定性,随时间空间变化幅度大而具时空性,因养分流失达到一定数量,才反映土壤的贫瘠和退化而具滞后性与潜在威胁性,养分伴随径流产生分布于径流和泥沙中,使得监测、控制和处理的难度增加而具复杂性[3~4]。
土壤养分流失是受降雨特征及下垫面因素综合影响的物理化学过程,土壤养分淋失,土壤养分流失及通过气态挥发或粉尘进入大气是其3个主要途径。李俊波认为土壤养分流失途径为径流泥沙携带和径流水携带[5]。前人从不同角度认识养分流失途径,得到大量研究成果。近年来氮素淋失的研究受到众研究者广泛关注,国外采用同位素示踪等技术研究氮素淋失很多,氮素流失较少,二者相结合的研究更少。我国北方主要集中在降水条件和灌溉水对土壤氮磷淋失影响的研究，南方地区主要集中在红壤养分淋失规律及水稻土氮素流失的研究。
养分流失的特征及途径决定了其影响因素的多面性。降水是产流和产沙的原动力,径流又是携带养分的介质,所以降雨强度是坡耕地养分流失的主要影响因素之一[3,6],而降雨时间、地面坡度、坡长、土壤的理化性质、作物覆盖度、土地利用方式、整地方式等下垫面因素直接影响到坡面径流,故也是影响养分流失的主要因素。前人在人工降雨法或自然降雨条件下就不同影响因素展开地表径流造成的养分淋失、流失规律的研究[7-27],但通常把淋失与流失分开研究,使全面评估农田养分流失对面源污染的影响受到局限。オ
3 土壤水分运动对坡耕地养分流失影响研究
3.1 优先流对坡耕地养分流失的影响研究
优先流是近年来针对土壤水运动所提出的术语,是一种较为常见的快速非平衡的土壤水分运动形式[28,29],作为快速到达深层土壤甚至地下的非均匀流,极大地影响了地表径流、地下径流的形成和运动过程与养分流失过程,诱发泥石流、滑坡及崩塌等灾害事件形成,其所运移的溶质会造成严重的地下水质恶化[29]。优先流现象作为土壤水分一种特殊运动形式成为当今世界水文学研究的重点和难点问题之一[30]。
目前优先流对坡耕地养分流失的影响的研究在国内报道较少,众学者从优先流的特征及影响因素进行研究[29~32],认为由于入渗水没有充分时间与土壤基质缓慢运移的其他部分保持平衡,使优先流在流动路径具有非平衡性。影响优先流的静态因素主要是土壤理化性质、生物因素和土壤初始含水量,动态因素为降雨强度、灌溉方法、耕作方式及干湿和冻融交替4个方面。一般呈聚集状分布的土壤大孔隙作为土壤中优先路径,一定区域内其数量、联通状况及分布特征影响优先流现象的发生[30];土壤初始含水量反映层状土壤上层物理特征,对优先流产生具有重要作用;Edwards和Essington研究表明土壤初始含水量较高时,施加农药,短时间的降雨使得农药的迁移路径很深[33~34]。降雨强度和灌溉方法影响优先流运动过程,耕作方式、冻融和干湿交替过程改变土壤的结构和孔隙度,从而导致优先流的形成。Gish认为免耕方式在增加土壤渗透性的同时,使得流向地下水中的污染物增加[35],牛健植也认为免耕地中的大型脊髓动物能够极大地驱动优先流产生[31]。区自清采用环割PVC土柱研究表明冻融和干湿交替过程造成土壤大孔隙及由此形成优先流[36]。秦耀东对关于土壤中大孔隙流方面的研究现状与进展做了详细论述[37]。何凡认为优先流流量主要决定于产流次雨量及前期影响雨量,当优先流与地表径流流量过程线为单峰时,二者线性关系随着产流次雨量及前期影响雨量的不同而有所差异[38]。牛健植研究表明土壤松散、多孔、孔隙度较大,低强度、低雨量级和长历时降雨,并具有较厚的地被物层和丰富的根系层这些诱发因素的存在,是优先流形成的条件[39]。王伟使用亮蓝染色法划分林地优先流发生区域,结果表明随土壤深度增加,大孔隙呈现出聚集态的分布且数量逐渐减少,“漏斗”状的孔隙有利于水分优先运移[40]。掌握优先流产生的影响因素,结合养分流失的特征,从而研究优先流对养分流失的影响对全面认识坡耕地养分流失有重要意义。
3.2 壤中流对坡耕地养分流失的影响研究
壤中流的形成源于土壤水在土壤内的流动,其与地表径流、地下径流一起构成流域的径流过程[41],也坡地径流的重要组成部分,对径流产生与养分流失等都有重要影响[42]。对壤中流的研究,国外集中于壤中流模型的研究,国内侧重于紫壤、红壤这两类土质坡耕地壤中流的形成、影响因素、产流特征及养分输出特征。
3.2.1 紫壤区坡耕地壤中流养分流失特征
壤中流的存在使得地表侵蚀状况发生变化,对养分输出特征产生影响。徐佩利用模拟降雨对紫色土坡耕地壤中产流特征进行研究,表明壤中流增大的主导因素在于土层较浅,耕作改善了土壤结构,增加水分入渗,以及缓坡条件,同时壤中流峰值流量随雨强增大而显著增加[43]。丁文峰,贾海燕采用人工降雨法研究三峡库区紫壤坡耕地壤中流形成,表明壤中流活跃,且土质越松散壤中流越大。在重力侵蚀中活跃的壤中流起到相当重要的促发作用,甚至由此促发的侵蚀量要远远高于片蚀、沟蚀等坡面侵蚀形式[44~45],这与以往研究的长江流域坡面侵蚀以面蚀为主的结论有所不同。郑侃应用坡面流-壤中流的耦合产流模型表明坡度对壤中流流量的影响也不明显[46],这与丁文峰等的研究有所不同。丁文峰采用4个不同坡度与5个不同雨强的组合实验来研究,表明虽总径流量中壤中流总量比例不高,但其携带养分含量却为地表径流养分含量的4.32~63倍[47],这与贾海燕研究结果不一致。壤中流携带而流失的养分还不成熟,仍需进一步的研究。
3.2.2 红壤区坡耕地壤中流养分流失特征
尹忠东在红壤缓坡面以地表植被覆盖、死地被物敷盖、裸地三类坡面和雨强的交互作用为研究对象,表明裸地壤中流量远小于采取保水措施后的地块,敷盖地各层壤中流量及总量均大于覆盖;覆盖小区底层壤中流量小于表层,而其它两小区则相反[48,49]。王峰以不同土地利用类型为基点,结合不同的降雨类型表明红壤区壤中流的形成因降雨类型不同而异[50]。褚利平研究表明烤烟坡耕地不同坡位各层壤中流总氮和总磷浓度变化趋势基本一致,但不同坡位壤中流中总磷浓度随深度的变化呈波动递减规律,随深度的增加变异系数变小[51]。
前人对壤中流的形成对养分流失研究的范围较小,且涉及到具体的养分流失量时,大多都与地表径流相结合研究,对氮、磷养分的研究较多,但欠缺对钾的研究。因此,在实践生产中,不仅要控制地表径流,更重要的是要提高土壤的持水能力,减少壤中流,从而能够控制养分流失。
3.3 地下径流对坡耕地养分流失的影响研究
地下径流是指渗入地下成为地下水,并以泉水或渗透水的形式泄入河道的那部分降水。国内对地下径流的研究集中在数字模拟法预报地下径流过程[52],其与地表径流的关系[53],地表-地下径流耦合模型在流域中的应用[54],以及对地下径流退水过程规律[55]等方面,而对地下径流影响土壤养分流失的研究则很少。李新虎采用大型土壤渗漏装置对百喜草覆盖、百喜草敷盖、3种生态措施的地下径流养分流失问题进行了研究[56],表明3种生态措施下敷盖养分流失量最大,其次为覆盖,最小;地下径流的养分主要来自上部土体养分的淋溶,淋溶作用越强则地下径流越大,养分流失也越多。目前对地下径流养分流失问题的研究很少且还处于探索阶段,要掌握地下径流对土壤养分流失影响需对养分随地下径流流失进行进一步的研究。
4 结语
从目前的研究来看,对坡耕地养分流失的体系研究不够完善,地表径流影响养分流失的研究趋于成熟,而忽视了优先流、壤中流和地下径流对养分流失影响的过程研究。优先流影响土壤养分流失还未定量化;对壤中流影响养分流失的研究较少,通常结合地表径流来研究,而缺乏与地下径流等其他过程的结合;对地下径流影响养分流失的研究甚少,还存在较大研究空间。
研究中注重坡耕地养分流失的机理,开展多重因素影响研究,能使目前定性的研究逐渐定量化,逐一解决尚未研究的方面,能有效掌握坡耕地养分流失的体系,减少水土流失,提高土壤质量,控制面源污染,实现坡耕地可持续发展。
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Review of the Impacts on Nutrient Loss of Sloped Farmland due to Soil water movement
Liu Hai1,Chen Qibo1,Zhou Ling2,Tang Zuoxin1
（1.The Faculty of Environment Science and Engineering,Southwest Forestry University,
Kunming 650224,China;2.Kunming Engineering & Reasearch Instltute of Nonferrous
Metallurgy Co.Ltd,Kunming 650051,China）
土壤的形态特征范文第3篇
关键词：吉林中部；黑土区；土壤-作物系统；营养元素；地球化学特征
中图分类号：Q781文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）05-0072-05
吉林中部黑土区是东北平原黑土地的核心地带，也是世界上著名的黄金玉米带。该区黑土土层深厚，营养良好，是我国农业可持续发展的重要保障。但随着植被的破坏、化肥的过度使用以及传统耕作习惯的影响，该区土壤中的营养成分有了一定程度的缺失。因此，有必要对黑土区土壤的营养状况进行调查与分析。土壤是植物获得营养元素的主要来源[1]，近年来，有关土壤与作物营养及营养施肥的研究备受关注[2～7]。元素在土壤-作物系统中的迁移转化具有一定的规律性[8～13]，研究土壤-作物系统中营养元素的地球化学特征，对指导研究区的合理施肥、作物合理种植规划及保障作物的正常生长有着重要意义。
1材料与方法
1.1样品采集
本次研究以吉林中部黑土区的公主岭-梨树、九台-德惠、榆树-松原地区为工作区。以1∶5万地形图为参照，结合工作区地形地貌，使用GPS进行野外定位，设定采样点62个，样品采集时间为9月底。
表层土壤样品采集时，在玉米根系周围连续取20 cm深土柱，每个采样点的样品由该点周围50 m范围内的10个采样点的土壤样品组成，充分混合后用四分法取样，取1 kg放入样品袋。土壤样品自然晾干后，过20目筛后送实验室测试。
玉米籽粒样品采样点与土壤采样点相对应，选取6～10株为代表株，采摘玉米穗，室内自然风干，人工脱粒，晾干后玉米样品总质量不少于5 kg。
1.2样品的分析测试
表层土壤样品中营养元素的全量、有效量的测试在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所完成，测试分析方法及检出限如表1和表2所示。玉米籽粒样品中营养元素的含量采用ICP-AES和X-荧光光谱仪等方法测试，测试工作在河南岩矿测试中心完成。
1.3数据处理方法
采用SPSS 19.0和Excel 2010软件进行数据统计处理与分析。
2结果与分析
2.1研究区营养元素全量含量特征
作物的生长发育需要不断吸收各种营养元素。按照作物对每种营养元素的需求量，可将营养元素分为大量、中量、微量营养元素。以K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B、Zn、Mo九种元素为研究对象，分别对其全量的测试数据进行正态检验，结果均服从正态分布，故统计时采用算术平均值。
2.2研究区营养元素有效态含量特征
土壤营养元素以有效态的形式被植物吸收，元素有效态的含量相对来说更能反映土壤的营养供应水平[12]。分别对九种营养元素有效态含量的测试数据进行正态检验，结果均服从正态分布，故统计时采用算术平均值（表4）。
从表4可以看出，九种营养元素有效态空间离散程度由高到低排序为Mn>Fe>Zn>Cu>B>Ca>Mo>Mg>K。从变异系数来看，有效态Mo的变异系数为88.57%，属于强分异型，说明有效态Mo在研究区含量分布不均匀。其他营养元素有效态为从弱分异型到中等分异型，说明这几种营养元素有效态在研究区分布比较均匀。根据土壤肥力分级标准，K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效态含量很充足，B元素有效态含量适中，Mo元素有效态含量不足，说明B、Mo元素的活化率相对较低[13]。为保障土壤营养供应水平，可以有针对性地施用肥料以满足作物生长要求。
比较三个工作区营养元素有效态含量特征（表5），K、Ca、Mg有效态平均含量差异不大，Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量以公主岭-梨树地区最高，B、Mo有效态含量以九台-德惠地区最高。从变异系数来看，K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B、Zn有效态在三个工作区均为弱分异型到中等分异型，说明这八种营养元素有效态含量空间差异较小。有效态Mo含量在公主岭-梨树地区空间差异较小，但在九台-德惠、榆树-松原地区空间差异相对较大。根据土壤肥力分级标准（表6），Mo元素有效态含量在三个工作区相对偏低；B元素含量适中；Zn元素有效态含量在公主岭-梨树、榆树-松原地区含量丰富，在九台-德惠地区含量适中。
2.3研究区玉米籽粒营养元素含量特征
对玉米籽粒中九种营养元素的测试数据进行正态检验，结果均服从正态分布，故统计时采用算术平均值（表7、表8）。
从表7和表8可以看出，研究区依然是Mo元素在玉米籽粒中的含量差异较大，其他营养元素在玉米籽粒中的含量总体上趋于一致。Cu、Zn又被称为微量重金属元素，若含量超标，则会对人体健康带来危害。根据《中华人民共和国农业行业标准NY861-2004》，Cu≤10 mg/kg， Zn≤50 mg/kg，与表中数据相比较，Cu、Zn元素含量均未超标。
2.4土壤营养元素全量、有效态含量及玉米籽粒元素含量与土壤pH值的相关性
元素在土壤-作物系统中的转换吸收受土壤pH、土壤元素全量、土壤水分等多种因素的影响。全量是元素有效态含量的重要来源，有效态含量是植物营养元素的来源，而土壤pH在元素的迁移转换中起着重要作用[14～17]，因此，着重探讨全量、有效态含量、玉米籽粒中元素含量与土壤pH之间的关系。
对九种营养元素全量与有效态相关性进行分析，Ca、Mg、Mn、Mo元素全量与有效态之间呈显著或极显著正相关，说明这4种元素有效态含量受全量影响较大，增施相应肥料在农业生产中会有直接效用。针对研究区有效Mo缺乏现象，增施相应肥料为补充营养的重要途径。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈现的相关性不明显（表9）。
对土壤pH值与有效态含量相关性进行分析，K、Ca、B元素有效态含量随pH值升高而升高，呈显著或极显著相关；Fe、Mn、Mo元素有效态含量随pH值的升高而降低，呈显著或极显著负相关。因此，可以通过降低土壤pH值，增加Mo元素有效态含量。Mg、Cu、Zn元素有效态含量与pH值有一定相关性，但不明显。
对玉米籽粒中营养元素含量与土壤pH值的相关性进行分析，Mn元素与土壤pH值呈显著负相关，Mo元素与土壤pH值呈显著正相关，说明在酸性环境中有利于Mn元素的吸收，在碱性环境中有利于Mo元素的吸收，其他几种营养元素的吸收与土壤pH值的相关性不大。
表9土壤营养元素全量、有效态含量及玉米籽粒元素含量与土壤pH的相关性
元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效态1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效态10.252*10.724**1-0.9901-0.697**1-0.817**10.24310.544**10.1021-0.293*pH-玉米籽粒10.14010.10910.04710.1751-0.388**10.07510.0461-0.00110.654** 注：n=62，*表示在0.05水平上显著相关，**表示在0.01水平上显著相关。
3结论
3.1与吉林省土壤背景值相比，吉林中部黑土区的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等营养元素含量相对比较丰富，Zn、Mo元素相对缺乏。但与全国土壤背景值相比，吉林中部黑土区Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。
3.2吉林中部黑土区K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效态含量充足，B元素有效态含量适中，Mo元素有效态含量缺乏，是影响玉米生长的限制性肥力因素，应采取相应的肥力措施。
3.3K、Ca、Mg元素有效态含量在公主岭-梨树、九台-德惠、榆树-松原三个工作区差异不大，Fe、Mn、Cu、Zn元素有效态含量在公主岭-梨树地区最高，B、Mo元素有效态含量在九台-德惠地区最高。
3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量与有效态呈显著或极显著正相关，K、Ca、B元素有效态含量与pH值呈显著或极显著正相关，Fe、Mn、Mo元素有效态含量与pH值呈显著或极显著负相关。针对研究区有效态Mo缺乏现象，可以施用含Mo元素的肥料及降低土壤pH值的方法增加Mo元素有效态含量。
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土壤的形态特征范文第4篇
一、灌淤土剖面形态特征
经普查分析,红古区境内灌淤土类为人为土纲,分两个亚类:即灌淤土、盐化灌淤土;四个土属:即厚层灌淤土、薄层灌淤土、氯化物硫酸盐、硫酸盐;六个土种:即淤砂土、中层漏砂土、红吃劲土、黄吃劲土、厚层漏砂土、灰茬土。全区灌淤土类中厚层灌淤土54821亩,占灌溉土类面积的95.82%,占川水地面积的89.87%。其中红吃劲土53955亩,占厚层灌淤土属面积的98.42%,为此,现以红吃劲土种为例,说明物理性质的发展趋势和规律情况。
(一)红吃劲土剖面特征
全区川水地共挖土壤剖面64个,其中红吃劲土剖面30个,占总剖面的46.88%。经分析对比,综合为红吃劲土剖面形态基本特征。(见表1)红吃劲土主要分布在红古区境内西起旋子村、东至河湾村湟水河北岸川地,其中平安镇分布面积最大。从土壤剖面形态特征分析,可得以下结论。
1.红吃劲土剖面构型40%为夹粘型。这种类型剖面结构总的趋势是耕作层以下,是由冲积、洪积、坡积物沉积和堆积而成的重壤和黏土夹粘层,颜色为黄红间隔或砖红色,分布深度为22~27cm。在这个夹粘层中,一般存在20cm左右的不透水层。这样的构型保水保肥,肥劲足、后劲大,供肥供水性能好;不利因素是通气和透水性能差,会导致农作物烂根和死苗。耕作上应进行深翻、掺砂、疏松土壤、增施有机肥等措施。
2.碳酸钙含量。因灌淤淋溶作用分布均匀,含量一般大于5%,属石灰性土壤,PH值在8.2~8.5之间,呈弱碱性反应。但磷的有效性在PH值6.5~7.5范围内活性最大(中性土壤),因此,土壤中的速效磷在碳酸钙含量高和PH值偏大的条件下,可溶性磷酸一钙和磷酸二钙形成了难溶性的磷酸三钙被储备起来,使作物不能直接吸收利用。即使增施一定量的磷肥,在短时期内也不容易提高磷肥的有效水平。所以说红吃劲土是贫磷土壤。如何提高磷肥的利用率,我认为一是磷肥应做基肥,与有机肥和氮肥混合施用,减少磷肥和土壤的接触面,缓解磷素的固定;二是采取精耕细作、疏松土壤、地膜覆盖等提高地温、活化土壤磷素;三是合理灌溉,协调土壤水气关系,提高土壤水温,增加磷的溶解度。
3.红吃劲土容重和其它物理性状特征。土壤容重是土壤的重要物理指标之一,容重的大小表明土壤质地、松紧度、有机质的优劣。经分析,红吃劲土容重在土壤剖面中有两种分布形式:一是两头小中间大的趋势,即耕作层1.42g/cm3,犁底层1.53g/cm3,心土层1.50g/cm3,底土层1.40g/cm3。剖面中的质地和松紧度的分布规律与容重的分布规律基本相似,之间存在着一定的相关性,是相互制约、相互促进的关系。各自的特征均与土壤的孔性和耕性相关。这一特性更进一步证明红吃劲土土壤中存在不透水层,该类土壤约占红吃劲土面积的40%左右。二是容重在剖面中从上而下呈递增趋势,即上松下实的土体构型。分布规律为耕作层1.43g/cm3,犁底层1.45g/cm3,心土层1.50g/cm3,底土层1.56g/cm3。这种形式约占红吃劲土面积的60%左右。
(二)厚层灌淤土属中其它土种物理性状
1.灰茬土面积484亩,占灌淤土面积的0.85%,占川水地面积的0.79%。分布在窑街辖区红山、大砂、上街三个村,成土母质成分复杂,其主要成分是搬运堆垫的城市可利用废杂物质,经过长期耕作,施用大量有机肥料,深翻等技术措施,而培育的一种肥力较高的地带性土壤,耕作灌溉时间悠久,特别是种植各种蔬菜时间较长,剖面观测结果表示土层深厚疏松,颜色较暗呈灰色,一米之内有炉渣、石砾等人类活动的痕迹,由上而下PH值在7.5~8.3,容重1.22~1.45g/cm3,质地轻,结构适中,属中性土壤土质。
2.厚层漏砂土面积278亩,分布于红古乡新庄村尕车,土壤剖面层次发育明显,0~20cm为耕作层,20~65cm为淤积层,65~90cm为粉砂层,90cm以下为卵石层,质地由轻壤、砂壤、粉砂、卵石逐渐变粗,颜色由灰栗、灰红、灰黄逐渐变淡,土层松紧度由6.21kg/cm3变为4.54kg/cm3,主要物理性状自上而下呈梯度变化趋势。
3.黄吃劲土面积104亩,分布于平安镇岗子村。成土母质主要是黄土状物质,质地较红吃劲土轻,容重自上而下由1.61g/cm3向1.35g/cm3递减,耕作层比较紧实,是上实下紧的土体构型。生产上应增施有机肥和秸秆还田,增加有机质含量,以便改善耕性。二、薄层灌淤土属划分为两个土种,面积2125亩,占川水地面积的3.5%,占灌淤土面积的3.71%。主要分布在湟水河沿岸的低阶地带和河漫滩上,土层厚度40~50cm左右,质地较轻,多为砂壤,土层以下是粉砂层或砂石混合淤积层或砂土间隔二元结构,保水保肥性能差,由于灌溉的淋溶作用,土壤养分渗漏到沙砾层及其以下,不能被作物吸收利用,造成高投入低效益的局面。改良措施应以防止土壤侵蚀为主,采取客土和引洪淤积的方法,加厚土体厚度。
另外,在平安镇平安村河滩分布淤砂土65亩,其土是沙砾上引洪淤积而成。剖面显示0~30cm为粉砂,30~64cm为淤积土,64cm以下为粉砂,这是一种两头松中间紧实土体结构。特点是发苗快,但不保肥保水,后劲不足,种植作物宜稀不宜密,今后应引洪淤积,加厚土层。
三、盐化灌淤土
全区现有盐化灌淤土265亩,占灌淤土面积的0.064%。主要分布在红古乡水车湾村、窑街红山村和海石湾虎头崖村,前两个村盐化灌淤土是地势低洼地带,由于降水、灌溉,提高了地下水位,加之排水不畅,造成盐分大量聚积而形成,剖面中下层有潜育化现象;后者是由于灌溉水含盐量较高而形成,盐化过程有明显的季节性变化,总的趋势是早春和深秋两季比较强烈。主要表现特征是盐随水来,盐随水去,随着季节性降雨和人为灌溉作用的不同,土壤形成干湿交替现象,从而导致雨季或灌水压盐,旱季返盐的季节性变化,严重影响作物的生长发育。土壤化学性质尚未测定,故该土的详细特征有待进一步分类分析。
土壤的形态特征范文第5篇
中图分类号：S158 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2017）07-0081-05
Abstract In this paper， the spatial variability characteristics of available microelements in farmland soils in Wendeng District of Weihai City were studied by means of geostatistics and ArcGIS. The results of statistical analysis showed that the available B， Fe， Mn， Cu and Zn accorded with the logarithmic normal distribution， and the contents of trace elements were all within the normal range， but the total level was lower. The variation coefficients of soil microelements had greater differences and the distribution was not balanced. The available Fe， Mn， Zn and Cu belonged to moderate degree of variation （10%～100%）， while the available B belonged to low degree of variation （
Keywords Plow layer soil； Trace elements； Spatial variability； Kriging interpolation
微量元素是土壤的重要?M成成分，是表征土壤质量的重要因子[1]，虽然在土壤中含量比较低，但对作物正常生长影响广泛，有重要探究意义。近年来，许多国内外学者对土壤微量元素进行了多方面探究，基于地统计学的内插方法能够更好地反映微量元素的空间分布特征，推动对微量元素空间异质性研究探讨，比如徐尚平等[2]用克里格法分析了内蒙地区土壤微量元素的空间结构，发现母质和以土类为代表的表生地球化学作用是影响分布模式的主要因素。张庆利等[3]对城郊蔬菜基地、赵彦峰等[4]对城乡交错区分析耕层土壤有效微量元素空间分布的影响因素认为，有效锌和有效铜的含量主要受人类活动影响。农业生产中施用的氮、磷肥等将导致土壤-植物系统中微量营养元素的失衡，从而引起微量元素的缺乏[5]。
本文在前人对文登区研究的基础上，结合文登区土地类型、地形、利用现状等因素分析了土壤有效态微量元素的空间分布规律，有效弥补了文登区土壤养分分析的不足，以更全面直观地了解文登区微量元素分布现状，有助于精准施肥，因地制宜，对农业生产有重要指导意义。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
文登位于山东半岛东部，在北纬36°52′～37°23′、东经121°43′～122°19′之间。西阻于昆嵛山，与烟台市牟平区和乳山市相接，北连威海市环翠区，东邻荣成市，南濒黄海。总面积1 645 km2，海岸线155.88 km。全市土地总面积161 461.77 hm2，农用地占土地总面积的74.90%。文登位于新华夏系第二隆起的东部，总的地质特点是：地质简单，岩浆岩分布广泛，构造不太发育。全境两侧高，中间低，北部高，南部低，像一个簸箕，口向南，伸向黄海。境内地形复杂，丘陵起伏，沟壑纵横，平原沿河谷两岸及滨海地区呈带状展布。山地占总面积19%，丘陵占58.4%，平原占22.6%。文登地处北温带，属大陆性季风气候，四季分明。降水分布不均，夏季较为集中，春秋季降水偏少，常发生干旱。根据全区第二次土壤普查资料，全区土壤有6个土类，10个亚类，14个土属，97个土种，179个变种。棕壤是全区主要土壤类型，分布于各地，可利用土地面积13.15×104 hm2，占可利用总面积的83.59%。
1.2 研究方法
1.2.1 样品采集与分析 2011 年 9 月（作物收割后） 进行耕层土壤（0～20 cm）的取样，以威海市文登区土地利用现状图为基础图件，结合研究区实地情况，根据均匀布点原则并进行实地采样，采取多点混合和四分法采集 0～20 cm 耕作层土壤，用手持GPS定位采样点，共布设2 387个土壤采样点，经筛选选取1 086个采样点（图1）。
土壤有效铁的测定采用邻二氮菲分光光度法[6]；有效锌、锰的测定采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法[7]；土壤有效硼通常是指以沸水提取的硼，用甲亚胺比色法测定；有效铜采用火焰原子吸收分光光度法测定。
1.2.2 数据处理与统计分析 利用 SPSS 19.0 对数据进行K-S检验和一般描述性统计，剔除原始数据中的异常值后，如不符合正态分布，需进行对数转换。利用GS+7.0和ArcGIS10.0软件互相辅助对数据进行半方差分析和拟合，依据变异函数理论模型参数，选取最优拟合方法，在地统计模块中进行普通Kriging插值，生成微量元素空间变异分布图。
半变异函数的理论模型可用来分析土壤理化性质空间变异的随机性和结构性，它是地统计学特有的工具和分析的基础[8]。变异函数是研究空间变异的关键函数[9]，该函数为：
r（h）=12δ2[Z（x+h）-Z（x）]。
式中：h―样本间距；Z（x）―在位置x处的数值；Z（x+h）―在距离x+h处的数值[10]。
实际工作中区域化变量的变异性往往很复杂，它可能在不同的方向上呈现不同的变异性，或者在同一方向上包含着不同尺度的多层次的变异性。
2 结果与分析
2.1 土壤有效态微量元素的统计分析特征
土壤有效态微量元素指标的描述统计结果见表1。按照全国第二次土壤普查养分分级标准，文登区土壤有效态微量元素含量差异较大，有效Fe、Mn、Cu、Zn、B 含量的变化范围分别为2.02～9.32、1.63～8.52、0.03～0.94、0.01～0.72、0.10～0.26 mg/kg，其平均含量分?e为4.26、4.35、0.31、0.22、0.24 mg/kg，其中有效Mn的平均含量最高，有效Zn的平均含量最低。按照山东省土壤有效态微量元素分级标准，从平均含量来看，有效态Fe 处于低等水平（2.5～4.5 mg/kg），有效Mn处于低等水平（1～5 mg/kg），有效Cu处于中等水平（0.2～1.0 mg/kg），有效Zn处于低等水平（
2.2 土壤有效态微量元素空间异质性特征分析
块金值也叫块金方差，反映的是最小抽样尺度以下变量的变异性及测量误差，表示随机部分的空间异质性。块金值与基台值的比值为空间相关度，表示可度量空间自相关的变异所占的比例，表明系统变量的空间相关性的程度。如果比值75%说明空间相关性很弱。如表2所示，各个微量元素块金值/基台值均小于25%，说明具有强烈的空间相关性，说明在该研究区内，受人为因素（耕作、施肥、种植制度等） 的影响较小。由表2可知，土壤微量元素的半方差函数拟合效果最优，有效Fe、Mn、Cu、Zn用指数模型拟合效果最优，有效B用球状模型拟合效果最优。
2.3 土壤有效态微量元素含量的空间局部插值分析
空间插值分布图可以更直观地体现土壤微量元素含量的变化，为便于全面、直观地揭示土壤微量元素的空间分布规律，在 ArcGIS10.0 中，对各个微量元素采用普通Kriging插值（图2）。中部低山丘陵区有效Fe含量较高，在 6.0 mg/kg 以上，中南部边界地带有效Fe 含量最低，且有区域性特征，基本在小观镇范围内，土地利用类型是菜地和果园。有效Mn的分布特征与有效Fe有一定的相似性，环绕在铁元素密集区周围。有效Cu在北部山区、中北部圣经山以及中南部低山丘陵一带较为集中。有效Zn和有效B地域差异不明显，分布较为细碎化，说明受人类活动、地形和土地利用类型影响比较少。张忠启等[12]研究了江苏省沛县土壤全氮空间变异性，土壤类型对土壤全氮含量有着重要影响，成土母质是影响空间分布的重要因素。微量元素空间分布较为复杂，产生这种现象的原因主要与研究区的成土母质有关，成土母质是影响微量元素含量和空间分布的首要因素[13]，文登区成土母质大部分为酸性岩风化物，土壤代换量平均在6.5 cmol/kg土，保肥能力弱。
3 讨论
通过对文登区土壤有效态微量元素的分析，应从以下两个方面加强研究：
（1）全面统计微量元素的空间信息，利用ArcGIS空间分析功能，结合土地利用现状、类型、地形、气候等相关数据，整合土壤有机质与氮磷钾大量元素信息，进行土壤养分综合分析，提高插值精度，为进一步开展文登区土壤监察与改良提供理论依据。
（2）文登区土壤有效态微量元素含量均在正常范围之内，总体偏低，施肥是土壤养分补给的重要来源，在施肥过程中土壤微量元素也会产生动态变化，应根据不同乡镇农业农村经济发展阶段和科学施肥水平，因地制宜加快配方肥推广，绿色防控，逐步淘汰高毒、高残留化学农药应用，规范化、标准化使用化学投入品，不断改良土壤，使土壤养分达到生态平衡，改善缺乏现状，助力农业生产。
4 结论
本研究运用经典统计学和地统计学的方法，借助GS+软件辅助调参，运用克里格内插的方法分析了威海市文登区耕层土壤微量元素空间变异特征，主要结论如下：
（1）统计分析结果表明，有效B、Fe、Mn、Cu和Zn 符合对数正态分布，土壤中有效态微量元素含量均在正常范??之内，总体偏低，有效Cu 处于中等水平，其他元素均处在低等水平，处于普遍缺乏状态。土壤微量元素的变异系数差异较大，分配不均衡，有效Fe、Mn、Zn、Cu均属中等变异程度（10%～100%） ，而有效B属低等变异程度（
