评估土壤团聚体稳定性的超声能量测量技术探索研究

摘要

土壤团聚体稳定性是表征土壤结构和物理性状的重要指标。传统的 Yoder 湿筛法、水滴法等团聚体稳定性评估方法都是在定性水平上评价土壤团聚体稳定性，存在一定的局限性。超声激励法可通过量化土壤团聚体分散能在定量水平上研究团聚体稳定性，并可检测团聚体的动态分散过程。目前超声激励法测试对象大部分是稳定性较强的土壤，而对于黄土丘陵区，弱稳定性土壤团聚体稳定性评估更具有实践意义，因此本研究采用黄土丘陵区四种不同类型土壤作为测试对象，探索三种超声分散系统的适用性，提出一种可用于测量黄土丘陵区土壤团聚体稳定性的超声能量测量技术。 本文的主要研究内容及主要结论如下： （1）采用现有槽式超声波粉碎仪搭建了一个简易试验平台，并通过分析黄土丘陵区不同土样在超声激励下团聚体粒径分布（PSD）和平均重量直径（MWD）值的变化获得土壤动态破碎特征，从而证明槽式超声分散系统对团聚体稳定性的可检测性。研究结果表明，槽式超声分散系统作用下安塞（AS）、靖边（JB）、关中（GZ）三处样地土样具备不同的动态破碎特性，300s的槽式超声分散系统作用下JB土样接近完全分散状态，而GZ土样的分散程度较小。然而，当前系统难以保证计算土壤团聚体分散能的前提要求，即系统损耗功率一致，因此存在一定局限性。 （2）在实验分析微锥探头式超声分散系统对土壤团聚体动态破碎过程可检测的基础上，对黄土丘陵区四种土样进行团聚体稳定性的测定，通过能量转化过程分析，获得基于土水溶液消耗总超声能量的土壤团聚体分解特性曲线（ADCC）。研究结果表明，微锥探头式超声分散系统360s作用下可充分分散AS、JB、GZ土样；由ADCC知，AS、JB、GZ、秦岭（QL）四种土壤类型具备不同的动态分散特征，JB土样单位质量土壤团聚体消耗的超声能量约150 J时接近完全分散状态，土壤团聚体稳定性最弱。 （3）对实验室圆柱形探头式超声分散系统进行了改进，实验测量了黄土丘陵区四种土样团聚体稳定性，量化得到土水溶液消耗的超声能量，并提出了可以表征土壤相对稳定性的RSA指数，RSA越小，土壤团聚体相对稳定性越强。研究结果表明，圆柱形探头式超声分散系统作用下 AS、JB、GZ、QL 四种土样具备不同的土壤动态分散特征，不同土样50~2000μm团聚体完全分散时土水溶液消耗的超声能量和RSA均不同，JB土样消耗的超声能量最大，RSA最小，而GZ土样分散消耗的超声能量最小，RSA最大。 （4）通过槽式、微锥探针式、圆柱探针式三种超声分散系统的对比分析，阐明圆柱探头式超声分散系统分散效率最高，目前最适合黄土丘陵区团聚体稳定性的测定；在此基础上，对比分析团聚体相对稳定指数（RSA）值与MWD、几何平均直径（GMD）、土壤可蚀性KTorri.D值、以及土壤基本理化性质的相关性，采用因子分析方法综合分析四种典型土样的团聚体稳定性，结果表明：不同稳定性指标量化得到的四种土样团聚体稳定性的结果相近，MWD与GMD均为QL>GZ>AS>JB，RSA为GZ>QL>AS>JB，而KTorri.D表征的稳定性结果为GZ>QL>JB>AS；与KTorri.D值相反，MWD、GMD和RSA与全氮、全磷、黏粒等胶结物质含量呈正相关，与砂砾含量呈负相关；四种土样团聚体稳定性综合评价结果为GZ>QL>AS>JB；GZ土样黏粒物质和全磷含量高，抗超声分散能力最大， JB土样有机质含量少，砂砾含量高，抗超声分散能力最小。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究的背景和意义

1.2超声激励下土壤团聚体稳定性测量研究概述

1.3土壤团聚体稳定性评价指标

1.4研究内容

1.5技术路线

1.6论文组织结构

第二章 槽式超声分散系统评估土壤团聚体稳定性的研究

2.1检测样品

2.2槽式超声分散系统

2.3槽式超声分散系统能量转化过程

2.4槽式超声分散系统土壤团聚体破碎能力

2.5本章小结

第三章 微锥探头式超声分散系统评估土壤团聚体稳定性的研究

3.1微锥探头式超声分散系统

3.2微锥探头式超声分散系统土壤分散能测量

3.3微锥探头式超声分散系统土壤团聚体稳定性测量

3.4本章小结

第四章 圆柱探头式超声分散系统评估土壤团聚体稳定性的研究

4.1圆柱探头式超声分散系统

4.2圆柱探头式超声分散系统测定土壤团聚体动态破碎过程

4.3圆柱探头式超声分散系统作用下土壤粒径分布与分散能量特征关系

4.4本章小结

第五章 三种超声分散系统在黄土丘陵区应用的比较分析

5.1对比分析槽式、微锥探头式以及圆柱探头式超声分散系统

5.2团聚体稳定性指标对比分析

5.3团聚体稳定性指标与土壤理化性质的相关性分析

5.4基于因子分析方法综合评价土壤团聚体稳定性

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1结论

6.2创新点

6.3展望

参考文献

缩略词

致谢

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