發(fā)布時間：2020-11-20 00:05

　　 以免耕為代表的保護(hù)性耕作被視為能夠促進(jìn)土壤團聚性,改善孔隙分布和持水性能的有效措施,但該措施下如何定量研究土壤結(jié)構(gòu)變化尚不夠深入。本研究基于我國黃土高原干旱區(qū)長期耕作定位試驗,選取三種耕作方式,包括傳統(tǒng)翻耕(CK)、淺松秸稈覆蓋(ST)和免耕秸稈覆蓋(NT),通過分析土壤基本理化性狀、團聚體分布和穩(wěn)定性以及CT掃描方法定量分析耕作層(0-20 cm)土壤結(jié)構(gòu)特征。研究內(nèi)容及相關(guān)測定方法如下:(1)采用定水頭法測定土壤飽和導(dǎo)水率,沙箱法測定土壤充氣孔隙度,烘干法測定土壤容重,進(jìn)而計算得出土壤總孔隙度;(2)土壤各級團聚體含量的測定采用濕篩法,并用平均當(dāng)量直徑和土壤大團聚體占比來衡量團聚體穩(wěn)定性;(3)土壤孔隙三維結(jié)構(gòu)利用Image J軟件處理,相關(guān)孔隙參數(shù)(各向異性、分形維數(shù)、連通度、平均孔徑、最大孔徑等)的提取均在插件Bone J中實現(xiàn)。主要研究結(jié)果如下:(1)NT和ST處理顯著提高了0-10 cm土層中的飽和導(dǎo)水率,在10-20 cm土層中,ST處理顯著提高了總孔隙度,NT處理顯著增加了充氣孔隙度,表明NT處理改善了耕層土壤物理性狀,提升了耕層土壤的通氣和透水性;(2)NT處理能夠顯著提高0-10 cm土層深度中土壤大團聚體含量及團聚體穩(wěn)定性,表明耕作方式是影響0-10 cm土層中土壤大團聚體含量及團聚體穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素;(3)長期免耕顯著提高了0-10 cm土層中孔隙連通性,降低孔隙分形維數(shù),改善了孔隙形態(tài);此外,在10-20 cm土層中,NT處理增加了生物性大孔隙和平均孔徑,顯著提高了大孔隙度。(4)土壤容重、大孔隙度、孔隙連通度、大團聚體占比和團聚體平均當(dāng)量直徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)之間相互影響,需要綜合多種參數(shù)定量分析土壤結(jié)構(gòu)狀況�？傊�,本研究表明實施免耕處理對耕層土壤(尤其是0-10 cm)中基本物理特性、土壤團聚狀況和孔隙狀況均有不同程度的改善,有助于改善土壤結(jié)構(gòu)以及土壤質(zhì)量狀況。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：S152.4
【部分圖文】：

第二章研究區(qū)域與方法10第二章研究區(qū)域與方法2.1研究區(qū)域長期保護(hù)性耕作試驗點位于黃土高原區(qū)山西省臨汾市城隍鄉(xiāng)（35°23′~36°57′N，110°22′~112°34′E），地處半干旱、半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。年均日照小時數(shù)為1748.4~2512.6h，年均氣溫9.0-12.9℃，≥0℃年積溫在4500~5200℃，全年無霜期在127~280天，年均降雨量為500~822mm。地帶性土壤為褐土，同時也是山西省的主要耕作土壤，土壤質(zhì)地為壤土，土壤類型為石灰性褐土。該定位試驗始于1997年7月，耕作制度為一年一熟冬小麥，小麥在每年9月下旬播種并在次年6月上旬收獲。圖2-1山西臨汾長期免耕試驗地研究區(qū)位圖Fig.2-1Locationmapofalong-termno-tillagetestareainLinfen,Shanxi

第二章研究區(qū)域與方法14試中心進(jìn)行，并用工業(yè)CT設(shè)備（PhoenixNanotomX-rayμ-CT,GE,SensingandInspectionTechnologies）對原狀土柱進(jìn)行掃描。該CT主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為保證掃描土壤樣品圖像的質(zhì)量和精度，通過預(yù)實驗確定在脊柱（spine）掃描參數(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)定土芯掃描的參數(shù)。掃描電壓為110kV，電流110μA，樣品臺沿水平方向從0到360°勻速旋轉(zhuǎn)，共采集約2000幅圖像，圖像分辨率為30μm。共掃描54個土柱，其中包含2個土層，3個處理，3個重復(fù)，3個平行。利用ImageJ軟件進(jìn)行圖像重建并獲取孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)(李文昭,2014)，定量研究不同耕作措施下土壤孔隙結(jié)構(gòu)特征。（2）CT圖像處理與孔隙參數(shù)提取圖2-2CT圖像處理與孔隙參數(shù)提取步驟Fig.2-2CTimageprocessingandporeparameterextractionsteps本文中利用ImageJ軟件完成土柱三維結(jié)構(gòu)的可視化、定量化(房煥等,2018)，并按照圖2-2所示進(jìn)行圖像處理與土壤孔隙參數(shù)提齲首先利用ImageJ中的Normalize命令對圖像進(jìn)行歸一化處理。然后利用中值濾波法（medianfilter）消除CT掃描過程中會產(chǎn)生的偽影及噪聲。為減小邊際效應(yīng)選取了土柱中間部分（1260x1260pixel2）作為感興趣區(qū)域進(jìn)行圖像分析。通過對灰度圖像進(jìn)行閾值實現(xiàn)了CT圖像的二值分割，將土壤基質(zhì)與孔隙區(qū)分開來。土壤大孔隙的定義一直沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。近年來，隨著CT掃描技術(shù)的發(fā)展，學(xué)者們將研究中高于分辨率的土壤孔隙定義為大孔隙(Pituelloetal.,2016;周虎等,2010)。本研究中由

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程碩士學(xué)位論文17異（P>0.05）。其中，CK、ST和NT處理的總孔隙度分別為53.3%、51.6%和51.6%。而在10-20cm土層中，ST與CK處理之間的總孔隙度差異（P<0.05）顯著，ST和NT處理的總孔隙度比CK處理分別提高了8.9%和6.7%。3.1.3充氣孔隙度如表3-1所示，0-10cm土層中CK、ST和NT處理的充氣孔隙度孔隙度分別為10.7%、10.0%和7.0%，0-10cm土層中的充氣孔隙度隨著耕作強度的增加而增大。其中，ST和CK處理下的土壤充氣孔隙度ε100顯著高于NT處理(P<0.05)，CK和ST處理下的充氣孔隙度分別比NT處理增加了53.1%和42.5%。在10-20cm土層中，CK處理、ST處理和NT處理的ε100分別為5.6%、6.1%和7.7%，NT處理下的ε100顯著高于CK和ST處理(P<0.05)。3.1.4飽和導(dǎo)水率圖3-1不同耕作措施下小麥土土壤飽和導(dǎo)水率Fig.3-1Saturatedsoilhydraulicconductivityofwheatsoilunderdifferenttillagemeasures注：傳統(tǒng)翻耕(CK)、淺松秸稈還田(ST)、免耕秸稈還田(NT)，不同字母代表不同耕作處理之間的顯著性水平(P<0.05)，豎線為平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差。Note:CK:conventionaltillagewithoutresidue,ST:shallowtillagewithresidue,NT:notillagewithresidue.Valuesfollowedbyadifferentlowercaseletterwithinadepthandamongtreatmentsaresignificantlydifferent(P<0.05).Barsarestandarderror.耕作和秸稈管理措施對Ks的影響見圖3-1。由圖可知，在0-10cm土層深度
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李景;吳會軍;武雪萍;蔡典雄;姚宇卿;呂軍杰;鄭凱;劉志平;;長期保護(hù)性耕作提高土壤大團聚體含量及團聚體有機碳的作用[J];植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報;2015年02期

2 孔維萍;成自勇;張芮;何釗全;何正乾;張曉霞;劉靜霞;高陽;;保護(hù)性耕作在黃土高原的應(yīng)用和發(fā)展[J];干旱區(qū)研究;2015年02期

3 李玉潔;王慧;趙建寧;皇甫超河;楊殿林;;耕作方式對農(nóng)田土壤理化因子和生物學(xué)特性的影響[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報;2015年03期

4 王恩姮;趙雨森;夏祥友;陳祥偉;;凍融交替后不同尺度黑土結(jié)構(gòu)變化特征[J];生態(tài)學(xué)報;2014年21期

5 高朝俠;徐學(xué)選;趙嬌娜;趙傳普;張少妮;;土壤大孔隙流研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];生態(tài)學(xué)報;2014年11期

6 李文昭;周虎;陳效民;彭新華;余喜初;;基于同步輻射顯微CT研究不同施肥措施下水稻土團聚體微結(jié)構(gòu)特征[J];土壤學(xué)報;2014年01期

7 李雙喜;鄭憲清;袁大偉;張娟琴;何七勇;呂衛(wèi)光;;生物耕作對菜田土壤微生物區(qū)系及細(xì)菌生理類群的影響[J];華北農(nóng)學(xué)報;2012年S1期

8 程亞南;劉建立;張佳寶;;土壤孔隙結(jié)構(gòu)定量化研究進(jìn)展[J];土壤通報;2012年04期

9 周虎;李保國;呂貽忠;鄭金玉;劉武仁;;不同耕作措施下土壤孔隙的多重分形特征[J];土壤學(xué)報;2010年06期

10 趙世偉;趙勇鋼;吳金水;;黃土高原植被演替下土壤孔隙的定量分析[J];中國科學(xué):地球科學(xué);2010年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 潘雅文;不同管理措施對土壤水氣傳輸性質(zhì)的影響研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2017年

2 劉濤;黃土區(qū)露天煤礦大型機械壓實對土壤孔隙特性的影響[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2017年

3 劉威;連續(xù)秸稈還田對土壤結(jié)構(gòu)性、養(yǎng)分和有機碳組分的影響[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

4 譚春薦;保護(hù)性耕作對坡耕地土壤養(yǎng)分維持及水蝕防控效應(yīng)研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

5 孫芳芳;土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與孔隙的定量研究[D];浙江大學(xué);2013年

6 劉禹池;保護(hù)性耕作下不同施肥處理對作物產(chǎn)量和土壤理化性質(zhì)的影響[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

7 張曉艷;保護(hù)性耕作條件下土壤物理性狀及土壤侵蝕研究[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年

8 趙海濤;山西旱地機械化保護(hù)性耕作技術(shù)效益研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2005年

本文編號：2890633