土壤学研究方向范文第1篇

关键词　土壤退化；概况；进展；方向

中图分类号　S158.1

文献标识码　A

文章编号　1000－3037(2000)03－0280－05

鉴于土壤及土地退化对全球食物安全、环境质量及人畜健康的负面影响日益严重的现实，从土壤圈与地圈—生物圈系统及其它圈层间的相互作用的角度研究土壤退化，特别是人为因素诱导的土壤退化的发生机制与演变动态、时空分布规律及未来变化预测与恢复重建对策，已成为研究全球变化的最重要的组成部分，并将继续成为 21 世纪国际土壤学、农学及环境科学界共同关注的热点问题。但是，迄今为止，有关土壤退化的许多理论问题及过程机理尚不清楚，还没有公认的或统一的土壤退化指标和定量化评价方法[1]。因此，及时了解国际土壤退化研究的最新动向，并结合我国实际创造性地开展该领域的研究工作，具有重要的学术价值和现实生产意义。

1 土壤退化的概念

土壤退化 (Soil degradation)是指在各种自然，特别是人为因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力，即土壤质量及其可持续性下降（包括暂时性的和永久性的）甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征的过程，包括过去的、现在的和将来的退化过程，是土地退化的核心部分。土壤质量 (Soil quality)则是指土壤的生产力状态或健康 (Health) 状况，特别是维持生态系统的生产力和持续土地利用及环境管理、促进动植物健康的能力[2]。土壤质量的核心是土壤生产力，其基础是土壤肥力。土壤肥力是土壤维持植物生长的自然能力，它一方面是五大自然成土因素，即成土母质、气候、生物、地形和时间因素长期相互作用的结果，带有明显的响应主导成土因素的物理、化学和生物学特性；另一方面，人类活动也深刻影响着自然成土过程，改变土壤肥力及土壤质量的变化方向。因此，土壤质量的下降或土壤退化往往是一个自然和人为因素综合作用的动态过程。根据土壤退化的表现形式，土壤退化可分为显型退化和隐型退化两大类型。前者是指退化过程（有些甚至是短暂的）可导致明显的退化结果，后者则是指有些退化过程虽然已经开始或已经进行较长时间，但尚未导致明显的退化结果。

2 全球土壤退化概况

当前，因各种不合理的人类活动所引起的土壤和土地退化问题，已严重威胁着世界农业发展的可持续性。据统计，全球土壤退化面积达 1965万km2。就地区分布来看，地处热带亚热带地区的亚洲、非洲土壤退化尤为突出，约 300万km2 的严重退化土壤中有 120万km2 分布在非洲、110万km2 分布于亚洲；就土壤退化类型来看，土壤侵蚀退化占总退化面积的 84%，是造成土壤退化的最主要原因之一；就退化等级来看，土壤退化以中度、严重和极严重退化为主，轻度退化仅占总退化面积的

38%[3～6]。

全球土壤退化评价 (Global Assessment of Soil Degradation) 研究结果[3～6]显示，土壤侵蚀是最重要的土壤退化形式，全球退化土壤中水蚀影响占 56%，风蚀占 28%；至于水蚀的动因，43% 是由于森林的破坏、29% 是由于过度放牧、24% 是由于不合理的农业管理，而风蚀的动因，60% 是由于过度放牧、16% 是由于不合理的农业管理、16% 是由于自然植被的过度开发、8% 是由于森林破坏；全球受土壤化学退化（包括土壤养分衰减、盐碱化、酸化、污染等）影响的总面积达 240万km2，其主要原因是农业的不合理利用 (56%) 和森林的破坏 (28%)；全球物理退化的土壤总面积约 83万km2，主要集中于温带地区，可能绝大部分与农业机械的压实有关。

3 我国土壤退化状况

首先，我国水土流失状况相当严重，在部分地区有进一步加重的趋势。据统计资料[7]，1996 年我国水土流失面积已达 183万km2，占国土总面积的 19%。仅南方红黄壤地区土壤侵蚀面积就达 6153万km2，占该区土地总面积的 1/4[8]。同时，对长江流域 13 个重点流失县水土流失面积调查结果表明，在过去的 30 年中，其土壤侵蚀面积以平均每年 1.2%～2.5% 的速率增加[9]，水土流失形势不容乐观。

其次，从土壤肥力状况来看，我国耕地的有机质含量一般较低，水田土壤大多在 1%～3%，而旱地土壤有机质含量较水田低，＜1% 的就占 31.2%；我国大部分耕地土壤全氮都在 0.2% 以下，其中山东、河北、河南、山西、新疆等 5 省（区）严重缺氮面积占其耕地总面积的一半以上；缺磷土壤面积为 67.3万km2，其中有 20 多个省（区）有一半以上耕地严重缺磷；缺钾土壤面积比例较小，约有 18.5万km2，但在南方缺钾较为普遍，其中海南、广东、广西、江西等省（区）有 75% 以上的耕地缺钾，而且近年来，全国各地农田养分平衡中，钾素均亏缺，因而，无论在南方还是北方，农田土壤速效钾含量均有普遍下降的趋势；缺乏中量元素的耕地占 63.3%[10]。对全国土壤综合肥力状况的评价尚未见报道，就东部红壤丘陵区而言，选择土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾、pH 值、CEC、物理性粘粒含量、粉/粘比、表层土壤厚度等 11 项土壤肥力指标进行土壤肥力综合评价的结果表明，其大部分土壤均不同程度遭受肥力退化的影响，处于中、下等水平，高、中、低肥力等级的土壤的面积分别占该区总面积的 25.9%、40.8% 和 33.3%，在广东丘陵山区、广西百色地区、江西吉泰盆地以及福建南部等地区肥力退化已十分严重[11]。

此外，其它形式的土壤退化问题也十分严重。以南方红壤区为例，约 20万km2 的土壤由于酸化问题而影响其生产潜力的发挥；化肥、农药施用量逐年上升，地下水污染不断加剧，在部分沿海地区其地下水硝态氮含量已远远高于 WHO 建议的最高允许浓度 10mg/l；同时，在一些矿区附近和复垦地及沿海地区土壤重金属污染也相当严重[8]。

4 土壤退化研究进展

自 1971 年 FAO 提出土壤退化问题并出版“土壤退化 " 专著以来，土壤退化问题日益受到人们的关注。第一次与土地退化有关的全球性会议——联合国土地荒漠化 (desertification) 会议于 1977 在肯尼亚内罗毕召开。联合国环境署 (UNEP) 又分别于 1990 年和 1992 年资助了 Olde man等开展全球土壤退化评价 (GLASOD)、编制全球土壤退化图和干旱土地的土地退化（即荒漠化）评估的项目计划。1993 年 FAO 等又召开国际土壤退化会议，决定开展热带亚热带地区部级土壤退化和 SOTER（土壤和地体数字化数据库）试点研究。在 1994 年墨西哥第 15 届国际土壤学大会上，土壤退化，尤其是热带亚热带的土壤退化问题倍受与会者的重视，不少科学家指出，今后 20 年热带亚热带将有 1/3 耕地沦为荒地，117 个国家粮食将大幅度减产，呼吁加强土壤退化及土地退化恢复重建研究，并在土壤退化的概念、退化动态数据库、退化指标及评价模型与地理信息系统、退化的遥感与定位动态监测和模拟建模及预测、土壤复退性能研究、退化系统恢复重建的专家决策系统等研究方面有了新的发展。国际水土保持学会也于 1997 在加拿大多伦多组织召开了以流域为基础的生态系统管理的全球挑战国际研讨会，从生态系统、流域的角度探讨土壤侵蚀等土壤退化等问题。而且，国际土壤联合会于 1996 年和 1999 年分别在土耳其和泰国举行了直接以土地退化为主题的第一届和第二届国际土地退化会议，并在第一届会议上决定成立了土壤退化研究工作组专门研究土壤退化，在第二届会议上则对土壤退化问题更为重视，并有学者倡议将土壤退化研究提高到退化科学的高度来认识，并决定于 2001 年在巴西召开第三届国际土壤退化会议[12]。同时，在亚洲，由 UNDP 和 FAO 支持的“亚洲湿润热带土壤保持网 (ASOCON)”和“亚洲问题土壤网”也在亚太土地退化评估与控制方面开展了大量的卓有成效的研究工作。总的说来，国际上土壤退化研究在以下方面取得了重要进展：①从土壤退化的内在动因和外部影响因子（包括自然和社会经济因素）的综合角度，研究土壤退化的评价指标及分级标准与评价方法体系；②从土壤的物理、化学和生物学过程及其相互作用入手，研究土壤退化的过程与本质及机理；③从历史的角度出发，结合定位动态监测，研究各类土壤退化的演变过程及发展趋向和速率，并对其进行模拟和预测；④侧重人类活动（特别是土地利用方式和土壤经营管理措施）对土壤退化和土壤质量影响的研究，并将土壤退化的理论研究与退化土壤的治理和开发相结合，进行土地更新技术和土壤生态功能保护的试验示范和推广；⑤注重传统技术（野外调查、田间试验、盆栽试验、实验室分析测试、定位观测试验等）与高新技术（遥感、地理信息系统、地面定位系统、模拟仿真、专家系统等）的结合；⑥从社会经济学角度研究土壤退化对土壤质量及其生产力的影响。

我国土壤学研究工作在过去几十年主要集中在土壤发生、分类和制图（特别是土壤资源清查）；土壤基本物理、化学和生物学性质（特别是土壤肥力性状）；土壤资源开发利用与改良（特别是土壤培肥，盐渍土和红壤的改良等）等方面。这些工作虽然在广义上与土壤退化科学密切相关，但直接以土壤退化为主题的研究工作主要集中在最近 10 多年，其中又以热带亚热带土壤退化研究工作较为系统和深入，并在 80 年代参与了热带亚热带土壤退化图的编制，完成了海南岛 1∶100万SOTER 图的编制工作。90 年代以来，中国科学院南京土壤研究所结合承担国家“八五”科技攻关专题“南方红壤退化机制及防治措施研究”和国家自然科学基金重点项目“我国东部红壤地区土壤退化的时空变化、机理及调控对策的研究”任务，将宏观调研与田间定位动态观测和实验室模拟试验相结合，将遥感、地理信息系统等高新技术与传统技术相结合，将自然与社会经济因素相结合，将时间演变与空间分布研究相结合，将退化机理与调控对策研究相结合，对南方红壤丘陵区土壤退化的基本过程、作用机理及调控对策进行了有益的探索，并在以下方面取得了重要进展[8、13]：①初步定义了土壤退化的概念，阐明了红壤退化的基本过程、机制、特点。②在土壤侵蚀方面，利用遥感资料和地理信息系统技术编制了东部红壤区 1∶400万90 年代土壤侵蚀图与叠加类型图及典型地区 70、80、90 年代叠加土壤侵蚀图，并在土壤侵蚀图、土地利用图、土壤母质图等基础上，编制了 1∶400 万土壤侵蚀退化分区概图；对南方主要类型土壤可蚀性 K 值进行了田间测定，并利用全国第二次土壤普查数据和校正的 Wischmeier 方程，计算我国南方主要类型土壤可蚀性 K，编制了相关图件。③在肥力退化机理方面，建立了南方红壤区土壤肥力数据库，初步提出了肥力退化评价指标体系，进行了土壤肥力退化评价的尝试，并绘制了红壤退化评价有关图件；将养分平衡与土壤养分退化研究相结合总结了我国南方农田养分平衡 10 年变化规律及其与土壤肥力退化的关系，认为土壤侵蚀、酸化养分淋失等造成的养分赤字循环及养分的不平衡是土壤养分退化的根本原因；应用遥感手段及历史资料，编制了 0～20cm 及 0～100cm 土层的土壤有机碳密度图，探讨了红壤有机碳库的消长与转化及腐殖质组成性质的变化规律；提出了磷素固定是红壤磷素退化的主要原因，磷素有效性衰减的实质是磷素的双核化和向固相的扩散，解决了红壤磷素退化的实质问题。④在土壤酸化方面，研究了红壤的酸化特点，根据土壤的酸缓冲性能，建立了土壤酸敏感性分级标准，进行了红壤酸敏感性分级和分区，首次绘制了有关地区土壤酸敏感性分区概图；采用 MAGIC 模型，并进行校正对我国红壤酸化进行预测，揭示红壤酸度的时空变化规律；并在作物耐铝快速评估方面取得了重要进展。⑤在土壤污染方面，利用多参数对重金属的土壤污染进行了综合评估，建立了综合污染指数 (CPI) 值的计算方法，对不同地区的污染状况进行了评估，绘制了重金属污染概图；应用农药在土壤中的吸附系数 (Kd) 和半衰期 (t1/2) 及基质迁移模式，阐明了土壤农药污染的机理；在重金属污染对土壤肥力的影响方面的研究结果表明，重金属污染可降低土壤对钾的保持能力，促进钾的淋失；而对氮和磷而言，主要是降低与其催化降解和循环相关的酶的活性。⑥红壤退化防治方面，提出了区域治理调控对策，“顶林—腰果—谷农—塘鱼”等立体种养模式等，并对一些开发模式进行示范和评价。

然而，我国幅员辽阔，自然和社会经济条件复杂多样，地区间差异明显。各类型区在农业和农村发展过程中均不同程度地面临着各种资源环境退化问题，有些问题是全区共存的，有些则是特定类型区所特有的。过去的工作仅集中于江南红壤丘陵区，而对其它地区触及较少。而且，在研究工作中，也往往偏重于单项指标及单个过程的研究。土壤退化综合评价指标体系的研究基本处于空白，对退化过程的相互作用研究不够。同时，在合理选择碱性物质改良剂种类、提高经济效益以及长期施用改良剂对土壤物理、化学，特别是生物学性质的影响等方面还有许多问题有待进一步研究，对耐酸（铝）作物品种的选择研究也亟待加强。此外，对其它土壤退化问题，如集约化农业和乡镇企业及矿产开发引起的土壤及水体污染、土壤生物多样性衰减等问题，尚未开展系统研究。

5 土壤退化的研究方向

土壤退化是一个非常综合和复杂的、具有时间上的动态性和空间上的各异性以及高度非线性特征的过程。土壤退化科学涉及很多研究领域，不仅涉及到土壤学、农学、生态学及环境科学，而且也与社会科学和经济学及相关方针政策密切相关。然而，迄今为止，国内外的大多数研究工作偏重于对特定区域或特定土壤类型的某些土壤性状在空间上的变化或退化的评价，而很少涉及不同退化类型在时间序列上的变化。而且，在土壤退化评价方法论及评价指标体系定量化、动态化、综合性和实用性以及尺度转换等方面的研究工作大多处于探索阶段。

我国土壤退化研究虽然在某些方面取得了一定的、有特色的进展，但整体上还处于起步阶段。为此，作者认为，今后我国土壤退化的研究工作应从更广和更深的层次上系统综合地开展土壤退化的综合评价与主要退化类型农业生态系统的重建和恢复研究，并逐步向土地退化或环境退化方向拓展。具体来说，应加强以下几个方面的研究工作：

(1) 土壤与土地退化指标评价体系研究。主要包括用于评价不同土壤及土地退化类型的单项和综合评价指标、分级标准、阈值和弹性，定量化的和综合的评价方法与评价模型等；

(2) 土壤退化的监测与预警系统研究。主要包括建立土壤退化监测研究网络，对重点区域和国家在不同尺度水平上的土壤及土地退化的类型、范围及退化程度进行监测和评价，并进行分类区划，为退化土地整治提供依据；

(3) 土壤与土地退化过程、机理及影响因素研究。重点研究几种主要退化形式（如土壤侵蚀、土壤肥力衰减、土壤酸化、土壤污染及土壤盐渍化等）的发生条件、过程、影响因子（包括自然的和社会经济的）及其相互作用机理；

(4) 土壤与土地退化动态监测与动态数据库及其管理信息系统的研究。主要包括土壤退化监测网点或基准点 (Benchmark sites)的选建、3S(GIS、GPS、RS) 技术和信息网络及尺度转换等现代技术和手段的应用与发展、土壤退化属性数据库和 GIS 图件及其动态更新、土壤退化趋向的模拟预测与预警等方面的工作；

(5) 土壤退化与全球变化关系研究。主要包括土壤退化与水体富营养化、地下水污染、温室气体释放等；

(6) 退化土壤生态系统的恢复与重建研究。主要包括运用生态经济学原理及专家系统等技术，研究和开发适用于不同土壤退化类型区的、以持续农业为目标的土壤和环境综合整治决策支持系统与优化模式，主要退化生态系统类型土壤质量恢复重建的关键技术及其集成运用的试验示范研究等方面的工作，为土壤退化防治提供决策咨询和示范样板；

(7) 加强土壤退化对生产力的影响及其经济分析研究，协助政府制定有利于持续土地利用，防治土壤退化的政策。

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10 鲁如坤．土壤—植物营养学[M]．北京：化学工业出版社，1998.

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12 C Anecksamphant, C Charoenchamratcheep, T

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International Conference on Land Degradation [R].

土壤学研究方向范文第2篇

关键词 土壤盐分；遥感影像；光谱特征；光谱指数；模型

中图分类号 TP79 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）19-0185-02

Abstract Remote sensing could be a good tool for precision soil salinization. Progress in studies of spectroscopy characteristic index，simulation methods，modeling applicability were reviewed in this paper. The research showed that with the rapid development of space information technology，the application of remote sensing technology in soil salinity monitoring had the wide prospects.The applicability of simulating modeling in land cover/use patterns，soil moisture，groundwater depth and soil types，the choice of the spectroscopy characteristics and dynamic，combination of remote sensing and electromagnetic induction and establishing national and even global scale monitoring model could be the future researcher fields.

Key words soil salinity；remote sensing data；spectroscopy characteristic；spectral indices；model

我国盐渍土总面积约0.36亿hm2，土壤盐分是盐渍土农业生产的重要限制因子之一[1-2]，及时掌握土壤盐分的空间差异，准确快速获取大面积土壤的盐渍化程度是当前盐渍化监测的研究热点。

传统的土壤盐分测定一般需要野外定点挖掘、土钻法和透度计等侵入式土壤剖面采样，然后将采集的样品进行室内实验分析，该方法费时费力、成本高，且无法全面获取数据[3]。遥感具有波段多、信息量丰富、范围广等技术优势，能很好弥补传统方法的不足，为大面积动态实时监测土壤盐渍化状况提供了可能[4-6]。

目前土壤盐分遥感监测主要是从获取的多光谱、高光谱、雷达等遥感影像中提取有用的信息，采用建模的思路对土壤盐分进行反演[7]。一个模型反演是否成功，不仅与观测数据对反演参数的敏感程度有关，还与反演方法及模型适用性有关。土壤盐分遥感监测中所使用的观测数据，都是从作物冠层光谱和土壤光谱中提取的与土壤盐分密切相关的光谱特征指标[3-7]。为此，本文从光谱特征指标的选择、反演方法的比较和反演模型的适用性3个方面介绍土壤盐分遥感监测的应用进展。

1 光谱特征指标

原始反射光谱常常受到干扰，往往不能直接反映出光谱与土壤盐分含量之间的关系。因此，实际中往往采用原始光谱的变换形式作为反映土壤盐分变化的光谱特征指标，变换形式主要包括光谱形状特征参数的数学运算和光谱指数两大类。

1.1 光谱形状特征及其运算形式

光谱的形状特征参数包括特征谱段的斜率和特征位置的反射率，其中反射率在土壤盐分监测中应用相对较多。一般情况下，盐渍土光谱反射率大于其他类型的土壤，光谱曲线与土壤含盐量之间有良好的线性关系，盐分含量越高，光谱反射能力就越强[8-9]。目前，大量研究人员采用原始光谱的运算形式作为光谱特征指标，运算形式主要包括代数运算和微分运算，其中代数运算主要包括对原始光谱取对数、倒数、倒数的对数、对数的倒数和均方根；微分运算包括一阶微分和二阶微分，一阶微分形式有一阶导数、均方根一阶导数、对数一阶导数、倒数的一阶导数和对数的倒数的一阶导数，二阶微分形式有二阶微分、对数的二阶微分和对数的倒数的二阶微分。大量研究表明，土壤发射率光谱经过数学变换后与实测盐分数据的相关性会发生变化[10-12]。有研究人员将上述光谱变换形式与土壤的实测含盐量数据进行相关分析，发现一阶导数[10]和对数的二阶微分[12]变换与土壤含盐量的相关性较好。

1.2 光谱指数

利用遥感影像中提取的各类光谱指数构建特征空间进行土壤盐分信息的反演和监测是当前土壤盐分遥感监测研究的前沿方法。目前常用到的有干旱指数、植被指数、盐分指数、亮度指数、湿度指数、水体指数、组成物指数、黏土指数等[13-14]，不同的光谱指数又包含多种形式，比如：植被指数包括归一化植被指数、差值植被指数、比值植被指数、土壤调节植被指数、增强型植被指数等[13]，盐分指数SI包含SI1、SI2、SI3、NDSI和BI[15-16]；随着实际应用的不断开展，光谱指数又衍生出许多新形式，比如引入短波红外数据对传统植被指数进行扩展得到改进植被指数[13]，为消除近红外波段中无法准确辨识盐渍土和植被的问题而只利用可见光波段建立的盐分指数OLI-SI[17]等。同时，光谱指数在使用过程中要与遥感影像进行比较分析，选择遥感影像波段反射率数据反演结果相关性较好的用于建模。研究表明，土壤盐分反演模型中光谱指数的选择与地物类型[18]、土壤盐渍化程度[18]、土壤深度[19]等有关。还有研究显示，使用单一光谱指数建立模型适用性较差[15，18]，多个指数综合建模或多个指数比较建模可以提高模型精度[14，18]。

2 反演方法

构建反演模型的方法大多使用统计学方法。除了传统的直线回归、指数回归、多元逐步回归以外，偏最小二乘回归分析法、BP神经网络、支持向量机等其他高级统计和机器学习方法也被广泛用于土壤盐分的反演[20-23]。从目前来看，各种建模方法比较分析，寻找具有较好稳定性和较高精度的反演模型是广大学者需要努力研究的方向。

多元线性回归模型能准确计量各因素之间的相关程度与回归拟合程度的高低，在土壤盐分反演中是比较常规的建模方法[11-12]，而当变量数目远远大于样本数量时，往往采用引入主成分分析思想的偏最小二乘回归法[24]。研究表明，偏最小二乘回归分析方法在保证信息量最大的基础上，降低光谱数据维数，提高了分析效率[25-26]。有研究显示，利用偏最小二乘回归建立的土壤盐分预测模型，对全盐、EC值、Na++K+、Cl-、HCO3-有较好的反演精度，其中对EC值的模型判定系数高达0.879[3]。除此以外，BP神经网络和支持向量机在土壤盐分遥感监测中应用也备受瞩目[13，22，27-28]。由于受植物、水分、土壤系统的影响，土壤盐分空间分布与后向散射特性存在着复杂的非线性函数关系，而神经网络正是基于非线性函数逼近理论的方法，其成熟的BP技术可为研究土壤盐分遥感监测中非线性函数逼近问题提供了新的思维方法和建模手段。有研究表明，在盐渍土盐分的遥感反演中，BP神经网络较多元线性回归法有较高的精度[27]，但BP神经网络有收敛速度慢、存在局部极小值和结构确定无理论支撑等缺点。支持向量机法是基于结构风险最小化原则、收敛速度及泛化误差的界等定理的统计学习理论，从线性可分扩展到线性不可分的一种新型机器学习方法，只考虑输入和输出，能较好地解决局部极小点、非线性和高维数等实际问题。有研究表明，支持向量机较多元线性回归和BP神经网络，模型精度显著提高[13]。

3 反演模型适用性

输入变量和建模方法是影响函数模型的主要因素，研究表明选用不同光谱指数，采用不同的建模方法会给模型的精度带来很大影响。但同样的输入和建模方法也可能得到不同反演模型，这与复杂的土壤环境密不可分。

不同地区具有不同的土壤环境，植被覆盖度也不尽相同，这给模型的普适性带来障碍。研究显示适合吉林大安市盐土的土壤盐分反演模型不适合新疆和田县的盐渍水稻土[29]。有研究表明，灌溉区域土壤盐分反演模型相关性系数低于荒漠区，因为土壤水分对盐分观测影响较大[30]；还有研究认为植被覆盖度对反射光谱的影响超过土壤水分[31]。此外，土壤盐分还受盐分矿物及其含量、土壤颜色、表面粗糙度、土壤质地、土壤有机质、地下水埋深、地下水矿化度、地形、气候等因素影响[27，29，32-33]。

同一反演模型针对土壤不同盐分离子反演精度有所差异。研究显示土壤盐分预测模型对全盐、EC值、Na++K+、Cl-、HCO3-反演结果较理想，但pH值、Ca2+反演精度不高，CO32-、SO42-、Mg2+预测精度尚未达到显著水平[25]。此外，相同土壤模型在不同深度的土壤盐分反演结果也不完全相同。研究显示同一模型在不同深度土壤上反演精度差异明显，而且表层土壤（0～10 cm）反演精度普遍高于深层土壤（10～30 cm，30～50 cm）[34]。还有研究表明，随着土壤深度的增加模型预测精度降低，主要因为土层深度的加深使得遥感影像反映的土壤的信息量减少[34]。研究表明，将所有地区的土样汇总来建立统一的全局反演模型精度低于针对不同地区的土样建立单独的局部反演模型[29]。这表明，某一地区土壤盐分遥感反演模型可以适用于该地区表层土壤或深层土壤，但可能不适用于其他地区，建立更大尺度、更广泛适用的反演模型非常必要。

4 结语

土壤盐分的遥感反演虽然取得了一定的研究进展，但仍存在以下问题：①主要是对土壤表层盐分进行解析，整体剖面的盐分动态涉及较少；②模型研究尺度主要是区域，建立国家尺度甚至全球尺度的统一土壤盐渍化定量反演模型还较少涉及。目前，将遥感技术与电磁感应相结合是监测土壤盐分的新方法[15]。为此，今后可从以下几个方面进一步探索：一是进一步发现和完善与土壤盐分高度相关的光谱特征指标，提高模型预测的精度；二是针对不同的土地覆盖/利用模式、土壤湿度、地下水埋深、土壤类型进一步研究遥感数据用于预测土壤盐分的可能性；三是将遥感与电磁感应技术相结合，研究土壤盐分时空变异特征；四是建立国家甚至全球尺度的统一土壤盐分定量反演模型来满足大面积监测的需要。

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土壤学研究方向范文第3篇

关键词：离散元；土壤行为；模型；参数

中图分类号：S151文献标识码：A

1离散元研究土壤行为的概况

1.1离散元研究土壤行为的意义

为了更好地利用土壤，解决机械作业问题［1］，使用局限于连续介质理论的土壤力学理论、边界元法及有限元法等方法来研究土壤。与离散元法相比，这些方法不能很好地揭示土壤的非连续性。离散元法把土壤看成具有一定形状和数量的颗粒，在相互接触的土壤颗粒间及土壤颗粒与机械部件间建立相应的接触力学模型，进行时间步长迭代，再利用动态松弛法、中心差分法及牛顿第二定律来求解每个土壤颗粒的受力和运动。这样，不仅可以分析土壤颗粒的运动及破坏过程，还可以分析土壤颗粒与机械部件的相互作用［2］，进而优化设计机械部件。

1.2土壤行为的离散元研究现状及存在的问题

迄今为止，已有不少学者致力于离散元在土壤行为方面的研究。1996年Thnaka用离散元模拟金属棒插入土壤，根据土壤的变形和阻力提出了离散元模拟土壤的优越性。分别对松土机松土和深松铲铲土过程进行了离散元模拟，指出机械作用于土壤时，土壤存在破碎，并算出了导致这种破碎的拉伸弹性力，认为改进的离散元能更好地模拟土壤行为［3］。2000　年Cleary用二维圆盘、椭圆盘及矩形的离散元模型模拟了挖掘机铲斗桶形和抓料过程。2001年Horner用三维离散元模拟犁与土壤相互作用，得出定性而不定量的结果。2002年Hofstetter用三维离散元模拟，发现推土机刀刃和土壤相互作用的水平方向与实验结果有良好的相关性。2003年Momozu用离散元对摆式铲旋转刀刃的切土过程进行了模拟。2005年Franco提出了如何确定粘性土壤离散元参数的方法。2006年Asaf用离散元模拟土壤链接相互作用时提出了难以确定特定土壤参数，他研究出了反解技术与原位测试的方法来解决这个问题。2008年钱立彬通过离散元模拟开沟器，揭示了开沟器开沟过程阻力的变化。2012年周解慧［4］用离散元模拟并建立了考虑级配的二维直剪模型，蒋明镜通过离散元双轴试验，探究了能源土宏观力学特性随反压的变化规律。

但是由于土壤结构复杂，土壤颗粒离散元模型的建立还不完善，机械在土壤中运动的定性和定量分析还不十分确切，因此，土壤行为的离散元法还有待进一步研究。

2土壤行为离散元模型研究

2.1土壤颗粒离散元模型的建立

接触模型是离散元研究的核心，常见的种类有：线性和非线性粘弹性模型、Hertz粘弹性模型、湿颗粒模型等。物质不同，选用的接触模型不同。完全干颗粒具有刚性、不能拉伸、形变较小等特点，适合用线性和非线性粘弹性模型、Hertz模型。而对于土壤来说，虽然椭圆、椭球、超圆、超球与土壤颗粒接近，但是其接触算法复杂；而多边形或多面体不能很好地模拟沙土，所以选择圆盘或球体来模拟土壤颗粒。又由于土壤中含有水分，土壤颗粒间存在一定的粘性，因此采用湿颗粒模型比较接近实际。

在研究土壤方面，建立的传统离散元模型如图1所示：

由于粘湿土壤颗粒来说，土壤颗粒间存在液桥力和粘附力。因此，在离散元研究土壤行为时需要把液桥力和粘附力加到模型中如图2和图3所示：

2.2土壤行为离散元参数的选择

土壤行为离散元参数主要包括土壤颗粒的数量、结构形状、分布等，土壤颗粒接触模型的法向和切向刚度、弹性模量、泊松比、时间步长等。

一般来说，土壤颗粒过少，在离散元软件模拟时几何体生成的土壤厚度小，对于研究某些特定的机械来说，不符合要求。如深松铲，至少生成的土壤厚度应使深松铲能有松土的效果；颗粒数量过多，加大了软件运行任务，比较费时。土壤颗粒结构大小的选择应视实际情况而定，一般选取半径为0.3～1mm之间，采用均匀分布的方式生成。对于法向刚度和切向刚度可以现场测试或参照文献获得。时间步长过大不能更好地接近实际，也不便于观察；过小，计算机运行慢，效率低［6］。

3土壤行为的离散元模拟及其分析

首先，需要根据土壤的不同含水量，将要研究的农机具用CAD或Proe等软件绘制出来，并将其导入离散元软件中。然后，按本文所述方法选择合理的模型、参数，从而模拟机具的运动状况。最后，根据模拟结果，找到不同表面形态的农机具在进入土壤不同的角度、深度、行走速度下受力大小、位置等，进而改进、优化设计农机具。

4结语

本文从理论上对离散元模拟土壤行为方面进行了概括介绍，分析了传统的散元模型没有考虑机械在土壤中运动时土壤的变形、破坏等，不能更好地接近实际。提出了实际中不能忽略造成土壤拉伸或断裂破碎的法向模量增量。此外，提出了应该考虑粘湿土壤的粘结力及液桥力，并将这两种力也加到土壤行为的离散元模型中。至于如何将以上理论用于实际，指出该理论与实际是否相符，模拟并改进某种农机具是下一步工作的重点。

参考文献

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［2］郭志军，周志立，张毅，等．土壤耕作部件仿生优化设计研究［J］．技术科学，2009，39（04）：720－728．

［3］Tanaka，Koji　Inooku，Osamu　Sumikawa，et　al．Simulation　of　soil　behavior　at　subsoiling　by　the　distinct　element　method．Proceedings　of　the　6th　Asia-Pacific　Conference　of　the　International　Society　for　Terrain-Vehicle　Systems，Bangkok，Thailand，2001：194－200．

［4］周解慧，冯春辉．粗粒土大型直剪试验的二维离散元模拟［J］．土工基础，2012，26（04）：69－71．

土壤学研究方向范文第4篇

关键词：保护地；土壤质量；现状；微形态

保护地土壤是指玻璃温室、塑料大棚及日光温室等设施内土壤的总称。与同地区的露地土壤比较，主要生态特点是：全年温度（含地温）高于露地，冬季缩短；没有雨淋，土壤湿度完全由灌溉量调节，但由于土壤及植物的水分蒸发，空气湿度较大；光照时间较短，光照强度较弱，光质也与露地有所不同；蔬菜栽培茬次多，几乎全年都可栽种，土壤耕作次数频繁，施肥量也大；室内空气流动性差，无论是有害或有毒气体的作用都比较强烈等。在这种特殊的栽培、生产管理及小气候条件下，形成了特定条件下的土壤系统。

1 保护地土壤物理性质

1.1 保护地土壤的容重和团聚体特性

容重是衡量土壤结构状况的一个间接指标。但凡结构状况良好的土壤，多孔疏松，通透性良好，容重则小。关于保护地土壤容重的研究结果不尽相同。 赵风艳[1]、陈为京[2]分别对大庆市和哈尔滨市及寿光保护地土壤容重的研究发现，保护地土壤容重低于露地土壤。王菊兰[3]对宁夏日光温室土壤容重的研究发现，随着种植年限（1～9年）的延长，土壤容重的变化趋势呈抛物线形式（二次三项），即在种植的前5～6年，容重逐渐下降，之后逐渐增大。

目前，关于保护地土壤团聚体的研究较少。与露地土壤相比较，保护地土壤随着种植年限的增加，其水稳性团聚体（0.25～2.0mm）数量有所增加，土壤容重变小，总孔隙度增大，土壤物理结构性能有所改善，毛管孔隙较发达，持水性变好，通气性增强[4-7]。保护地土壤的耕作层厚度减少了5～15cm，容重降低了0.07～0.10g/cm3，总孔隙度增加了1.3%～5.9%，毛管孔隙度增加了1.1%～ 6.1%。0～0.25mm水稳性团聚体增加了9.5%～50.3%[1]。保护地耕作层变浅，通气透水性变差，则是限制产量的障碍因子之一[5，8]。对于土壤整体结构，有人认为设施土壤的结构性得到明显改善；但也有人推测，保护地管理精细，踩踏频繁，土壤结构严重破坏，但目前尚无试验研究结果的支持。

1.2 土壤微形态学特征

土壤微形态学是应用显微镜技术研究土壤的微形态特征和微粒组成[9]。土壤微形态学对研究土壤结构及孔隙发育有重要作用。关于保护地土壤微形态特征的研究较少，如表1所示：温室土壤微形态结构随种植时间长短、耕作管理措施不同而产生较大变化，土壤微形态结构以种植4年为较佳，超过4年温室土壤结构体、孔性逐渐变差[10，11]。关于不同的土壤微形态特征与作物之间关系的研究还无报道。

1.3 保护地土壤的水分

保护地由于密闭性和保温性好，其内的气温和土温均高，使土壤水分特点不同于露地土壤。保护地作物生长过程中，虽灌溉次数多，用水量大，但由于气温、地温较高，易形成较为干旱的土体生态环境[12，13]。保护地内土壤水分的运行方向有别于露地土壤，灌溉后第1天由于重力作用及土壤较高的吸力，水分向土体下部渗透运行，其余时间土壤水分的运行方向都是向地表方向进行[14]。由于地面蒸发强烈，土体内水分沿着毛细管向上运行，所以形成上升水流[15]。土壤水分的这种运动方向会减少养分的淋溶流失，但易造成表层土壤次生盐渍化[16]。对田间持水量的比较研究发现，保护地内土壤的田间持水量有升高也有降低，这可能与保护地土壤类型有关[5]。但耗水量大是保护地蔬菜生产的一个重要特点，保证充足水分供给是获得高产的必要措施之一[17]。

2 保护地土壤的化学性质

2.1 保护地土壤的盐分

在20世纪70年代，日本的内海修一和矢吹万寿指出，日本保护地土壤盐分含量超过露地土壤，可溶性盐分含量为10.0～16.0g/kg，高盐分含量保护地土壤面积占保护地总面积的40%以上，适宜蔬菜生长的保护地面积仅占保护地总面积的20%～30%[18，19]。直到20世纪80年代中后期，我国才相继出现关于保护地土壤盐分问题的报道。侯云霞的研究表明，上海栽培了5年的大棚土壤表层盐分含量比露地增加了4～5倍[20]；童有为则发现，上海菜区玻璃和塑料温室耕层积盐均较明显，全盐含量分别是露地的11.8倍和4.0倍，一般3～5年便出现盐害，造成蔬菜大幅度减产[21]。天津、山东、兰州、河北等地蔬菜保护地土壤也出现了盐分浓度明显高于露地且表聚的现象，盐分的积累还随保护地种植时间的延长而加剧[22-30]。因此，保护地土壤盐分含量过量（即土壤反盐或次生盐渍化）在设施栽培中普遍存在。

保护地土壤次生盐渍化的形成，受其特殊环境和水肥管理措施的影响，其盐分的组成与露地土壤不同。保护地土壤中的阳离子主要有K+、Ca2+、Mg2+等，并以Ca2+含量约占阳离子总量的60%；阴离子主要以NO3-、SO42-为主，NO3-含量占阴离子总量的56%～76%。保护地土壤中硝酸盐的积累既是土壤次生盐渍化的主要特征之一，也是引起作物生理障碍的主导因子[21，31，32]。露地土壤中的阳离子主要有Ca2+、Na+，并以Na+为主；阴离子主要以HCO3-、Cl-为主[33]。但对温室土壤阴离子组成方面，不同研究者的结果不同。薛继澄[31]和童有为[21]研究结果发现NO3-占主导地位；李先珍[25]、葛箐萍[26]、陈为峰[34]的结果则是SO42-为主。艾天成等[35]的研究认为，设施土壤的阴离子主要是NO3-，其次是Cl-[36]；阳离子是Na+。温室土壤中的主要阳离子和阴离子都是肥料的重要组成部分，不同研究结果与施肥的种类有关[37]。

保护地土壤盐分含量受作物生长的季节性影响明显。3～5月，由于处于作物生长的初期，各种肥料的投入量大，是盐分积累的高峰期 [31]。保护地土壤次生盐渍化的形成及其程度与其内的环境及管理措施密切相关。根据土壤工作者的研究结果、综合总结及推测，目前被大家公认的、致使保护地土壤盐分积聚的原因[38-41]主要有：

（1）水分蒸发强烈而改变了运动方向。设施栽培由于长年覆盖或季节性覆盖，使得其内的温度一直较高，较高的温度导致土壤水分的蒸发作用较为强烈，水分的运动方向总是由下向上移动，使深层水分不断通过毛细管作用上移，溶解在其中的盐分随之移至土壤表层而聚积。

（2）盲目大量施肥：设施栽培复种指数高、产出量大，超量施用化肥特别偏施N肥是保护地盐分积累的直接原因。

（3）缺少降水的淋溶：由于较长时间的覆盖，特别在雨水充沛和降雪频繁的季节，使得土壤很少接受自然降水的淋溶，因此，累积的盐分很少随降水而下渗。

盐分积累会对保护地土壤养分的平衡供应，以及作物对养分的均衡吸收产生影响。当保护地土壤中的盐分与养分离子发生交互作用时，导致某些养分的有效性降低，从而破坏了土壤中养分的平衡供应，如Ca2+对P的固定作用，使P的有效性降低[42]。当保护地土壤中某些盐分离子累积时，会破坏作物对养分的均衡吸收，造成作物营养失衡甚至单盐毒害[43]。研究结果已表明，土壤中轻度硝酸盐积累可使蔬菜作物对各种营养元素的吸收不平衡，在酸性土壤上可引起缺Fe症和Mn中毒；石灰性土壤上可引起缺Fe、Zn、Cu等症。同时，土壤硝酸盐的积累也影响作物对Ca、Mg的吸收，导致Ca生理病害加重[43，44]，且造成体内NO3--N含量增高[45]。此外，Cl-对NO3-和H2PO4-的吸收，Na+对K+、Ca2+、Mg2+的吸收，K+对Mn和Mg的吸收都有一定的抑制作用[42，43，46]。

土壤盐分过多会对作物的生长发育产生影响，这已被大量的研究结果证实[47-49]。关于保护地土壤中盐分含量是否对作物的生长发育产生影响或者构成胁迫，目前还未见研究者对保护地栽培的作物和露地栽培的作物进行比较研究。而土壤中的NO3--N较高会对地下水质产生污染，这是无庸置疑的。

2.2 保护地土壤的pH值

从多数研究结果来看，保护地土壤pH值随着种植年限的增长呈下降趋势[50]。露地改作保护地后，土壤pH值一般呈降低趋势，如南京市尧化镇地区土壤pH值降低了0.8～2.0，沈阳市、哈尔滨市和大庆市土壤pH值最大可降低0.50[51]。当土壤pH值降到5.52以下的临界值时，蔬菜吸收功能开始受抑制，当超过临界值时会产生吸收障碍，从而严重制约蔬菜生长[52]。造成土壤pH值降低的原因主要是大量施用氮肥和生理酸性化肥所致[53-60]。盐分之所以导致土壤趋酸化，一部分原因是盐分中的Ca2+将酸性胶基上的H+置换到土壤溶液中；另外盐分中的强酸性阴离子SO42-和NO3-的累积等都可加快土壤趋酸化过程。土壤酸化可增大金属离子和部分微量元素的有效性， 但会抑制根系对P、 Ca、 Mg的吸收， 易造成金属毒害及潜在的微量元素缺乏[56]。大棚土壤表层（0～5cm）的pH值与电导率之间有极显著的负相关关系[61]。电导率是指示土壤盐分含量的指标，电导率高，盐分含量也高。因此，可以说盐分积累是导致土壤趋酸化的重要因子。在对云南设施土壤的pH值和有机质演变特征的研究中发现，pH值和有机质的变化趋势完全相反，亦即有机质含量高的土壤，其pH值则小[62]。有机质致使pH值降低的原因是有机质中含有的有机酸。

对酸性土壤或中性土壤而言，土壤趋酸化可增大金属离子的有效性，易使作物受金属离子的毒害[63]，也会对微生物的种群产生影响[64]。但对石灰性土壤而言，趋酸化不会造成较大的影响。

2.3 保护地土壤的养分

土壤养分是作物生产的基本要素，因此保护地土壤养分状况就成为各菜区的重要研究内容。保护地土壤与露地土壤相比，土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、有效铜、铁、锰含量均高于相邻粮田，且随着种植年限的延长呈增加趋势，但土壤有效钙、铁含量呈下降趋势[65-69]。保护地栽培条件下，土壤Cu、Fe、Mn表现为积累，有效Ca、Mg、Si、B表现为亏缺。土壤酸化会提高Zn、Cu、Fe、Mn、Mg、B等元素的有效性。与露地土壤相比，保护地土壤重金属含量随种植年限（除1年棚龄）的延长有所增加，5年后达相对稳定阶段，且微量元素（除Mo外）含量之间呈线性相关，导致保护地土壤重金属含量升高的主要原因是大量施用复合肥，但尚未引起土壤污染。

2.4 保护地土壤的硝态氮

保护地土壤中的硝态氮也会随种植年限的延长而增加[70]。无论种植年限的长短，大棚土壤硝酸盐含量均极显著增加，这种增加表现在整个土壤剖面而非仅仅表土。大棚土壤0～100cm的土层中，各层的硝酸盐含量均高于大田各土层，且自上而下，含量逐步降低。但在部分土壤的80～100cm土层中，NO3--N含量仍然是大田表土的数倍[71]。大棚土壤硝酸盐含量的增加与土壤质地关系密切，质地细的土壤各层NO3--N含量高于质地粗的土壤，这在一定程度上表明砂土中硝酸盐淋溶更加强烈。研究结果还表明，棚区地下水中较非棚区含有更多的硝酸盐，而且在大棚种植时间较长的地区，硝酸盐增加更明显。导致土壤中硝酸盐含量增大的主要原因就是大量施用氮肥。硝酸盐含量增大不仅导致土壤趋酸化，引起土壤盐分的积累，还会使农产品中的硝酸盐积累，危害人体安全[72-77]，危害作物的生长[78]，也会使地下水受到污染[79]。

2.5 保护地土壤的有机质

土壤有机质是土壤肥力的重要组成部分，它不仅可以疏松土壤，促进团粒结构的形成，还能够调节土壤酸碱度，增强土壤的保肥性，促进土壤微生物活动。保护地土壤由于大量有机肥（鸡粪、牛粪等）的施入及蔬菜大量残枝废叶枯根的遗留，致使土壤有机质含量明显高于露地土壤，而且其含量还随种植年限的延长而增加。山东泰安地区保护地土壤有机质含量为22.97g/kg，是露地土壤（为11.40g/kg）的2.1倍[80]，江苏、辽宁保护地土壤有机质的含量也高于露地土壤[81，82]。京郊日光温室土壤有机质含量与种植年限之间呈显著的正相关关系[83]。

3 保护地土壤生物学特性

3.1 保护地土壤的微生物

微生物是土壤的重要组成部分，是土壤生态系统中的重要分解者和消费者，部分微生物还是生产者，也是土壤有机质转化过程的主导者。20世纪90年代的研究发现，保护地土壤微生物的数量高于露地，且随着种植年限的延长，真菌和细菌的种类和数量均减少，但有害真菌的种类和数量增加；细菌的种类和数量随着连作年限的增加而减少[84-90]。唐咏等人的研究表明，氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌数量分别比棚外增加了1.07～2.28倍、50.47～68.79倍和4.33～9.32倍，真菌主要是腐霉菌数量增加，木霉菌数量降低。

3.2 保护地土壤的酶活性

土壤酶活性是土壤代谢作用强弱的标志，土壤中酶的种类较多，每种酶的作用各不相同，如过氧化氢酶活性关系到土壤的解毒能力，脲酶使尿素水解生成氨，其活性影响着土壤氮素代谢状况[91]。大棚土壤的磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶含量均大于露地[92-94]，脲酶含量在3年棚龄的大棚中达到高峰，之后随棚龄增加而减少， 碱性磷酸酶含量随着棚龄的增加而增加。贾继文等[94]的研究表明，山东大棚土壤过氧化氢酶、脲酶、中性磷酸酶、酸性磷酸酶的活性均与土壤有机质含量呈显著正相关。

3.3 土壤根结线虫危害

在保护地栽培条件下，由于种植品种单一，作物连作后，根系自毒产物增多，抵抗力下降，为线虫侵染提供了条件，客观上促进了线虫的发生与发育。在高温、干早、沙性土壤中，大棚连作黄瓜、番茄的线虫发生和危害相当严重，虫口密度可达1g土中含300条[95]。

4 保护地土壤的连作障碍

保护地栽培中，由于设施的固定性，因此连作是保护地栽培的主要形式。连作障碍是指同一种作物或近缘作物连续种植多茬后，即使在正常的管理情况下，也会导致作物生长发育不良、产量降低、品质变劣、土传病虫害增多等现象。王志刚等[96]报道，大棚韭菜的产量及品质构成要素的株高、鳞茎直径、Vc含量、粗纤维含量均随连作年限的延长而降低。吴凤芝等[101]对大棚番茄的研究也表明，随着连作年限的增加番茄的品质变差，Vc含量和糖酸比降低，硝酸盐累积，根系活力下降。而钱皆兵等[97]的研究结果是，连作5年的温室可使柑桔的着色提早、可溶性固形物含量及糖酸比提高，因此他们认为桔橙类柑桔通过温室的晚熟栽培可以明显提升品质。

陈志杰等[98]对日光温室连作黄瓜的研究发现，随着连作年限的延长，叶片中的叶绿素含量、光合速率及营养物质含量下降；多酚氧化酶和过氧化物酶活性降低，植株的抗性减弱；土壤中的细菌和真菌数量增加，放线菌数量下降；黄瓜的气传病害（霜霉病、白粉病、灰霉病）和土传病害（根腐病、疫病）的病情指数或病株率均增大。

长期的连作可使作物过度消耗土壤中的某些养分，使某些养分缺乏，作物由于缺少这些被过度消耗的养分而产生生理病害。

5 保护地土壤质量研究存在的问题

土壤质量（Soilquality）是指维持生态系统生产力和动植物健康，而不发生土壤退化及其它生态环境问题的能力[99]。 它是土壤的许多物理性质、化学性质和生物学性质以及形成这些性质的一些重要过程的综合体[100]。迄今为止，还没有评价土壤质量的统一标准。

评价土壤质量的主要体系有：土壤系统、作物系统、水环境系统、植物营养系统、食品质量系统等。就土壤系统而言，包括土壤的化学性质、土壤的物理性质及土壤的生物学性质。

综观温室土壤质量的研究状况，研究的重点主要集中在以下几个方面：一是对土壤化学性质包括pH值变化、盐分含量变化、硝态氮的积累等进行了系统研究；二是对土壤中养分的变化情况包括有机质含量的变化、磷素水平的变化及其它营养素水平的变化等进行了研究；三是对影响土壤生物学性质的土壤酶活性变化进行了研究。

但是目前温室土壤的改良方法及其改良后对植物生长发育和果实品质的影响及其机理的研究缺乏；温室土壤改良对水环境系统的影响研究较少；温室土壤改良对有益微生物和有害微生物的种类及数量变化研究不足。土壤环境状况与作物的生长状况密切相关，以往的研究仅仅着重于土壤自身的性质，忽视了温室土壤的改良及改良后作物的反应，这是以往研究的最大缺陷。（收稿：2012-12-06）

参考文献

[1]赵风艳，姚禾雨，吴凤芝等.大棚菜地土壤理化特性的研究[J].土壤肥料，2000，（2）：11～13.

土壤学研究方向范文第5篇

关键词：围场；植被恢复；土壤理化性质

中图分类号：S-3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170431001

前言

荒漠化（desertification）是由于干旱少雨、植被破坏、大风吹蚀、流水侵蚀、土壤盐渍化等因素造成的大片土壤生产力下降或丧失的自然（非自然）现象[1]。在全世界一百多个国家当中，超过10亿人口受到荒漠化影响[2]。我国河北省北部超过60万人口，经境内贫困人口众多，而且集中，人口的逐渐增长与土地利用面积减少的矛盾逐渐凸显。当地在极端暴雨或干旱天气下极易造成泥沙流或沙尘暴，造成植被破坏，侵蚀土壤，导致薄土层全部流失，造成严重水土流失和荒漠化，水分、养分调蓄能力迅速降低[3]。水土流失和荒漠化已经成为制约我国冀北地区区域经济发展和人类生存的重大生态问题，然而，目前我国冀北地区恢复生态学理论研究远远落后于荒漠化治理实践，荒漠化生态系统恢复重建严重缺乏相关理论研究的科学支撑，导致荒漠化治理成效不明显，存在荒漠化治理后的生态系统结构简单、稳定性差、抵抗力弱，治理成果难以维系等一系列问题[4]。

土壤是陆地生态系统的重要组成部分，是生态系统诸多生态过程的载体，是植物群落更新演替过程中不可或缺的研究内容[5-8]。通过对特定环境条件下生态系统演替过程中土壤理化性质变化的研究，将有助于认识生态系统演变过程中地上与地下相互作用关系及机理，进而为实现人工调控草原更新演替的进程提供科学依据[9-12]。但到目前为止，尽管对冀北地区生态系统单一生态过程的研究较为深入，但对冀北地区生态系统植物多样性和土壤理化性质缺乏深入研究，其时空分异及其对荒漠化演替过程的响应尚无研究； 荒漠化环境经过人工更新演替后，植物多样性和土壤理化性质特征及变化趋势如何，人工植被演替又怎样影响地下土壤的演变，以及构建怎样的草原植被才有利于该区域土壤性质的改善等问题，尚缺乏研究[13-18]。为此，本研究以冀北地区围场满族自治县环境为研究对象，研究不同植被恢复措施后植物多样性和土壤理化性质特征及其两者之间的相关性，探讨荒漠化过程中植物多样性和土壤理化性质的变化规律及其响应机制，以期为冀北地区乃至中国北方草原生态保护和荒漠化生态系统恢复重建提供理论支撑。

1 研究区概况与方法

1.1 研究区概况

研究区位于围场满族蒙古族自治县卡伦后沟牧场，牧场中心坐标N41°56’8.78”，E116°45’45.09”，平均海拔高度1021m，处于内蒙古高原与华北山地的交接带、冀北山地森林与内蒙古草原的过渡带。研究区夏短冬长，盛行偏南风，属半干旱向半湿润过度、寒温带向中温带过度、大陆性季风型山地气候。多年平均降水373mm，其中6―8月降水占全年降水的70%～80%，极端最高气温39.4℃，极端最低气温-28.7℃，多年平均气温5.1℃，全年日照时数为2704h，平均冻土深度90.2cm，土壤以山地棕壤、褐土为主，兼有少量的栗钙土、风沙土、草甸土、灰色森林土、沼泽土，研究区位置图如下图1所示：

1.2 样方设置

在对研究区详细踏查的基础上，选取恢复治理荒漠化过程中的5个植被恢复措施为研究ο螅分别为空白区（对照）、水区（用洒水车洒水）、藻区（用洒水车对藻液进行喷洒）、草区（撒播苜蓿和沙打旺）和藻草区（用洒水车对藻液进行喷洒并撒播苜蓿和沙打旺）。针对这5个不同的植被恢复处理，分别在每个处理按照坡上、坡中、坡下进行样方设置，共设立了5×3个研究样方，每个样方的面积为20 m × 20 m，样方的详细情况见表1。

1.3 土壤样品的采集及其理化性质分析

1.3.1 土壤样品采集

在各样地中心按蛇形方式选3个采样点，各点间距在5m之内。在各样点按照0～5cm、5～10cm和10～20cm的层次收集土壤样品，每个土壤层3次重复，均匀混合组成待测土样。荒漠化区域土壤很薄，部分仅有15cm左右，因此以0～20 cm土壤层中作为研究对象。

1.3.2 土壤理化性质测定

容重、自然含水量采用环刀法和烘干法[19]； pH值采用2.5：1的水土比，用电位计法测定； 水解N采用碱解扩散法测定[20]； 速效P采用碳酸氢钠浸提为钼锑抗比色法测定[21]； 速效K采用中性乙酸铵提取为火焰光度计法测定[22]；以上分析方法见土壤农业化学分析方法[23]。

1.4 数据处理与分析

采用Excel软件进行绘图，利用SPSS16.0软件进行方差分析、t 检验、多重比较（Duncan检验） 、相关性分析和主成分分析等统计分析。

2 结果分析与讨论

2.1 不同处理土壤的pH、容重、土壤含水量变化特征

如表2所示，不同处理土壤的pH、容重和土壤含水量不同，处理内的不同坡位的土壤pH、容重及含水量也不同。在同一区域内，坡上的土壤pH要大于坡中及坡下部位，即坡上部位的土壤更为碱性些。从土壤容重来看，有撒播草种的区域，其土壤容重要大于未撒播的，这可能与植物根系对土壤性质的改良作用有关。5个区域中的土壤含水量，空白区和洒水区域呈现典型的冀北干旱特征，其有些土壤层的土壤含水量不足1%，但喷洒藻种的藻区，其土壤含水量有一定程度的提升，但仍不足草区和藻草区的含水量大，这说明草区和藻草区对改善当地土壤环境具有显著作用。

2.2 不同处理土壤的速效氮、磷、钾的变化特征

如图2所示，不同处理的各层土壤速效氮含量呈现不同的变化特征，总体来说，空白区和只洒水的区域中，速效氮的含量要显著低于藻区、草区和藻草区（P

如图3所示，同处理的各层土壤速效磷含量呈现不同的变化特征，总体来说，5个处理区域的速效磷含量并无相差太大，有撒草种的草区及藻草区内速效磷含量要显著低于其它3区域（P0.05），根据以上特征变化可以得出，有草种的区域生长的植被较为丰富，可能对土壤速效磷的吸收更为强烈[26]，因此在检测的土壤样品中含有的速效磷较少，而水区、空白区域及藻区内的植被种类和盖度几乎一样，该区植被对土壤速效磷含量的吸收也一样[27]，并能维持较高的水平。

如图4所示，同处理的各层土壤速效钾含量呈现不同的变化特征，总体来说，空白区和水区内的速效钾含量要显著高于其它3个区域（P草区>藻草区，根据研究区内的植被生长状况可以看出，藻草区的植被盖度和多样性最好，草区次之，藻区最差，植被生长良好和旺盛的区域对钾肥的吸收利用率更高，所以造成钾肥的含量呈现这样的梯度变化。

3 结论

总的来说，围场荒漠区土壤理化性质总体变化特征：土壤pH为6.06～7.39，土壤容重，土壤含水量0.21%～6.32%，土壤速效氮0.3～34.64mg/kg，速效磷0.08～0.8mg/kg，速效钾10.9～34.9mg/kg。此场荒漠^的土壤理化性质随不同的植被恢复模式呈现一定的差异性，总体来说，草区和藻草区的土壤容重和速效氮含量要高于其它区域，但速效磷和速效钾含量要低于其它区域，土壤pH的含量在5个处理区域内无显著差异。撒播草种的区域的土壤理化性质和土壤含水量要比未散播的区域好，增加降水对改善和提高土壤理化性质无显著影响，藻液区和空白区的土壤理化性质相同，这是由于藻液喷洒后的时间段尚未完全发挥改良土壤改善土壤理化性质的作用。本研究尚未对土壤有机质进行分析处理，再接下来的研究可以综合前几年的土壤理化性质对荒漠区植被恢复模式做更为深入的探讨。

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