土体单向冻结对土中水分迁移的影响_张婷
第37卷第1期2013年1月
南京林业大学学报（自然科学版）
Journal of Nanjing Forestry University （Natural Science Edition ）
Vol．37，No．1Jan．，2013
收稿日期：2012－05－20修回日期：2012－10－14
基金项目：苏州市科技局苏州轨道交通专项课题（ZXJ0802）；南京地下铁道有限公司科研项目（2011）
第一作者：张婷，讲师，博士生。*通信作者：杨平，教授。E-mail ：yangping@njfu．com．cn 。引文格式：张婷，杨平．土体单向冻结对土中水分迁移的影响［J ］．南京林业大学学报：自然科学版，
2013，37（1）：117－121．土体单向冻结对土中水分迁移的影响
张
婷，杨
平
*
（南京林业大学土木工程学院，江苏南京210037）
摘要：以江苏南京、苏州、无锡等地区典型的浅表土为研究对象，对非饱和土进行了单向冻结试验，研究了不同含
水率、干密度以及冻结时间对土中水分迁移特性的影响。结果表明：试样冻结锋面的位置与冻结时间有关，冻结2h 后的发展速度（1．20cm /h ）略小于前2h 的发展速度（1．55cm /h ）；土中水分迁移量及迁移范围与干密度成反比，试样顶端含水率减小值及底端含水率增加值与干密度大小有关；处于非饱和状态的淤泥质黏土初始含水率越大，经单向冻结后造成的水分迁移效果越明显；粉砂中易形成快速冻结，初始含水率对水分迁移能力影响不大；相同冻结条件下淤泥质粉质黏土冻结后各冻土段含水率增量基本相同。关键词：土质；单向冻结；水分迁移；含水率；干密度中图分类号：TU445文献标志码：A
文章编号：1000－2006（2013）01－0117－05
Effects of unilateralist freezing on the moisture migration of soil
ZHANG Ting ，YANG Ping *
（College of Civil Engineering ，Nanjing Forestry University ，Nanjing 210037，China ）
Abstract ：The test object was column sample of shallow top soil in Nanjing ，Suzhou and Wuxi ，the unsaturated soil was tested by unilateralist freezing way tests on unsaturated soil ，the soil's moisture migration behaviors were analyzed under the influence of moisture content ，dry density and freezing time．The following conclusions could be drawn ：the sample's freezing front position was relationship with freezing time ，the freeze frontal movement speed of begin two hours （1．55cm /h ）was slightly higher than the end of the two hours （1．20cm /h ）．The moisture migration capacity and scope were negative correlation with the soil's dry density ，
the top and bottom moisture variation of sample was relationship with dry density．After unilateralist freezing ，the moisture migration was remarkable in unsaturated muddy clay when soil's mois-ture content was higher．The results also showed that mealy sand was apt to quickly freeze ，
and moisture migration capacity of that was little impacted by initial moisture content of soil．The water content increment was the same in each frozen sec-tion of silty clay under the same freezing conditions．
Key words ：soil ；unilateralist freezing ；soil's moisture migration ；moisture content ；dry density
人工冻结技术在富含水软土地层的应用，可增强地基土强度并有效止水，确保施工安全，该技术已越来越多地应用于城市地下工程中，如盾构进出
洞的端头加固［1］、地铁联络通道施工［2］
、江河湖底近距离隧道工程
［3］
等。
由于冻结时土中水分向冻结锋面迁移和积聚，研究土中水分迁移特性对预测冻胀变形有重要意
义。Konrad 、
Gilpin 等学者研究了正冻土在外荷载作用下的水分迁移规律及成冰机制
［4－5］
；Li 等［6］基于
冻土中的热质迁移进行了冻胀数值模拟；Harlan 、Sheppard 等提出冻土中热质迁移与水分迁移相互作
用的流体动力学模型
［7－8］
；李述训等［9］结合土体冻
结过程及融化过程中气态水迁移与液态水迁移，研
究了冻融作用对系统与环境间能量交换的影响；杨更社等
［10］
研究了寒区冻融环境条件下软岩材料的
水热迁移机制及与冻土材料水热迁移的一致性与差
异性；李萍等［11］
指出不连续分凝冰的发育模式与土体冻结速度及水分迁移速度有着密切的关系；柯洁
铭等［12］
论述了冻土冻胀研究现状，指出应对冻胀水、热、力、位移的耦合作用进行理论和试验研究；Yang 等［13］建立了考虑水分、温度和应力场的冻胀研究模型，通过数值模拟得到各因素对土体冻胀的
南京林业大学学报（自然科学版）第37卷
影响规律；赵刚等［14］结合原状土冻融引起的水分迁移现象，分析了土体冻融前后的含水率变化情况。
目前冻土水分迁移研究多以天然冻融土为研究对象，对于人工冻土的水分迁移问题研究较少。人工冻土形成时间短，冻结锋面扩展速度及方向受冻结管布置影响，且处于地下，属三维问题，温度场分布较为复杂，即人工冻土中水分迁移的方向及程度与冻结管布置等冻结条件有关；天然冻土位于地表，受气温影响大，与外载基本无关，属一维冻结，水分基本向着地表温度较低的位置迁移。因此土中水分迁移受土层地下水位、温度梯度等因素影响，迁移过程极其复杂。笔者开展了室内单向冻结引起的土中水分迁移试验，研究了非饱和人工冻土单向冻结时时间、土体密度、初始含水率对水分迁移影响的基本规律。
1材料与方法
1．1试验土样
试验采用的淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、粉砂是南京、苏州等苏南地区常见的3种典型浅表土层，土样基本物理性质见表1。
表1土样基本物理性质
Table1Basic physical properties of soils
土质soil W L/%W P/%
击实特性hitting speciality
W opt/%ρ
max
/（g·cm－3）
密度/（g·cm－3）
density
含水率/%
moisture content
分类
classification
淤泥质黏土3719．017．21．781．76 2．0035 42中液限黏土
淤泥质粉质黏土3517．516．01．691．85 1．9530 40中液限黏土
粉砂2812．31．85 2．1014 28粉质低液限砂土注：W L为液限；W P为塑限；W opt为最优含水率；ρmax为最大干密度。
1．2试验方法及步骤
在自行研制试验装置中（图1）进行土体单向
冻结试验，该装置由试样筒、恒温箱、制冷与温度控
制、变形监测等系统组成，温度、位移由计算机自动
采集，满足土体单向冻结要求
。
图1冻胀仪原理示意图
Fig．1Test equipment to measure frost heaving
注：1．试样筒；2．恒温箱；3．制冷块；4．热电偶测温点；5．水
流散热管进出口；6．保温材料；7．供水装置；8．变形监测；9．加压
装置；10．透水石；11．土样。
（1）试验重塑土试样制备符合GB/T50123—
1999《土工试验方法标准》规定，采用分层（5层）
压样法塑成直径60mm、高度80mm的圆柱体；试
样实际密度与设计密度误差为?0．01g/cm3，实际
含水率与设计含水率误差为?1%。
（2）试样放入0?低温柜内，周围包裹30mm
厚泡沫塑料保温，将7个热电偶插入试样筒侧边小
孔内，在试样顶面放滤纸和透水石，稍加力使土样
上下与装置各部分紧密接触，试样在0?环境中恒
温放置12h。
（3）试样一端保持低温，另一端保持0?，在
设定冷端温度的情况下进行不同干密度、含水率试
样的单向冻结试验，同时监测试样不同高度的温
度，整个试验过程中试样未接受外界水源补给。
1．3试验方案设计
冻土水分迁移程度与地层物理性质及冻结条
件有关，提供地层冻结的温度越低，冻结壁形成速
度越快，土中水分来不及迁移，多以原位水冻结为
主，当地层有外界水源补给时，在温度梯度影响下
水分迁移的范围及程度被加强。考虑人工冻结工
程大都按照－10?设计，因此试验仅在－10?冷
端温度下研究不同含水率、不同干密度的试样冻结
后土中水分迁移情况。试验方案设计如表2所示。
表2人工冻土水分迁移试验方案设计
Table2Experimental design of artificial frozen
soil's water translocation
编号
No．
土质
soil
含水率/%
moisture
content
干密度/
（g·cm－3）
dry density
起始始冻
结温度/?
initial freezing
temperature
1淤泥质黏土26．221．57－2．15
2淤泥质黏土21．731．54－2．36
3淤泥质黏土21．731．57－2．35
4淤泥质黏土21．731．60－2．36
5淤泥质黏土21．731．63－2．36
6淤泥质黏土20．701．55－2．42
7淤泥质黏土25．051．55－2．28
8淤泥质黏土15．991．55－2．57
9粉砂17．871．55－1．72
10淤泥质粉质黏土21．621．55－1．62
11淤泥质粉质黏土25．231．55－1．57 811
第1期张婷，等：土体单向冻结对土中水分迁移的影响
2结果与分析
温度梯度作用下土中水向着冻土区积聚，冻土与未冻土之间会形成一个高含水率区［15］。因此单向冻结试验结束后迅速切取不同高度的试样测含水率。经过冻结后试样下端各点含水率增加，上部各点含水率降低，在试样中间某段有水分积聚现象。迁移到试样底端的水分相对较多，由于冻结成冰效应，下部试样中有明显的冰晶体出现。
2．1冻结时间对土中水分迁移的影响
冻结时间对冻土水分迁移影响较大，淤泥质黏土经不同冻结时间后，试样剖面含水率发生显著变化，水分迁移曲线如图2所示。水分迁移曲线特指土体单向冻结后含水率重分布与试样高度之间的关系，试样完全冻透以试样顶端温度达到相应状态下的土体初始冻结温度为标志
。
图2不同冻结时间时淤泥质黏土中水分迁移曲线
Fig．2Effects of different freezing time on moisture migration of muddy clay
淤泥质黏土不同冻结时间对水分迁移影响表明：试样下部含水率增加，上部含水率减少。试验冻结后在5cm以下有冰积聚现象，这也与曲线形态基本吻合。试样底端持续－10?低温供冷，冻结2h后，试样顶端含水率减小0．23%，冻结锋面位于距离试样底端3．1cm处（锋面1）；冻结4h后顶端含水率减小2．02%，是冻结2h后顶端含水率减小值的近9倍，冻结锋面位于距离试样底端5．5 cm处（锋面2）；冻结后2h冻结锋面发展速度（1.20cm/h）略小于前2h发展速度（1．55cm/h）。因此冻结时间越长，试样中水分迁移量越大，迁移范围越广。
另外曲线形态表明冻结2h后淤泥质黏土试样未冻土段含水率分布存在含水率偏低区（试样高度距底端5cm左右），该区域基本处于试样疏干段中间位置。说明冻结初始时刻，距离冻结锋面较近位置的水分受到迁移驱动力最大，最先发生迁移，冻结锋面位置处试样含水率较试验前增加了0．85%，试样高度5cm以上至试样顶端试样含水率减少0．49%，5cm以下至冻结锋面处试样含水率平均增加0．93%。
随冻结时间延长，试样温度逐渐降低，土中冰水比例发生变化，且未冻水含量逐渐减少，冰含量相对增加引起体积膨胀，同时伴随着水分迁移过程，必然导致冻结过程中的物质迁移［15］。温度降低使毛细水自由能发生了变化，促使水分朝着温度更低的方向迁移，初始含水率均匀分布的试样剖面含水率发生变化。对于人工冻结大范围地层而言，过多的水分迁移还会引起土的导热系数、比热容等热参数发生变化，对温度场产生较大影响。
2．2不同干密度对水分迁移的影响
在相同含水率条件下，不同干密度的淤泥质黏土经－10?冷端温度完全冻透作用后水分迁移曲线见图3，结果表明干密度最小的试样冻结后含水率变化范围最大。试样顶端与底端含水率经冻结后相差7．62%，干密度最大的试样差值为4．39%，说明干密度越小，土中自由水流动的孔隙空间越大，同等冻结条件下水分迁移量也越大
。
图3不同干密度淤泥质黏土中水分迁移曲线
Fig．3Different dry density muddy clay moisture
migration curve
这是因为初始含水率相同且干密度不同的淤泥质黏土试样饱水程度不同，减小干密度相当于增大了土中孔隙体积含量，使饱和度相对降低。当干密度较小时，土中有足够的孔隙空间任水流动，单向冻结引起的水分迁移现象尤为显著；而干密度越大，土越密实，提供水分迁移的空间较小，水分迁移能力就越弱。
单向冻结后，试样底端含水率增加量和顶端含水率减小量与土体干密度有关，二者关系曲线如图4所示。结果表明：干密度较小时，试样顶端含水率减小值小于底端含水率增加值；随干密度增加，试样
911
南京林业大学学报（自然科学版）第37卷
中水分含量相对减少，顶端含水率减小值大于底端
含水率增加值。干密度每增加0．01g /cm 3
，试样底端含水率增加0．23%、顶端含水率减小0.13%
。
图4不同干密度时淤泥质黏土试样顶端及底端含水率变化曲线
Fig．4
Different dry density muddy clay sample's top and end moisture content
单向冻结后试样含水率分段变化现象是温度梯度作用下水分迁移的结果，温度相同时，土体干密度的变化对未冻水含量虽未产生明显影响，但干密度不同，
固体颗粒排列方式不同。当干密度较大时，土颗粒间接触紧密，导致水分迁移量减少；干密度较小，则有足够的孔隙用作水分迁移的通道。因此干密度变化在一定程度上影响了人工冻土的水分迁移程度
。图5不同含水率及不同土质条件下土体冻结后含水率与高度关系
Fig．5
Different moisture content and different soil's curve between moisture content and specimen height
2．3
不同土质及初始含水率对水分迁移的影响
淤泥质黏土、粉砂两种土质在不同初始含水
率、
试样完全冻透后的水分迁移曲线见图5。研究结果表明：淤泥质黏土初始含水率较大时，水分迁移能力较强，
经单向冻结后顶端含水率比冻结前减少了3．08%；淤泥质黏土初始含水率较小时，受温
度梯度影响的水分迁移能力也较小，
试样底端的含水率变化量最大，水分总是向温度较低方向迁移，底端含水率较试验前增加了0．97%，而顶端含水率则较试验前减少了0．90%。因此淤泥质黏土处于非饱和状态时含水率越大，
单向冻结引起的水分迁移效果越明显。
单向冻结引起粉砂土的水分迁移曲线与淤泥质黏土明显不同：粉砂冻结后含水率沿高度的变化规律基本不受初始含水率大小影响。离试样顶端3cm 范围内，初始含水率不同，但冻结后含水率变
化情况基本相同：较初始含水率均减小且减小程度相当，均比冻结前含水率减小了3．20%；而迁移到距离粉砂试样底端2 3cm 范围内的水量较多，较试验前含水率增加了3．50%左右。
不同含水率的淤泥质粉质黏土试样完全冻结后的水分迁移曲线见图6，曲线形态介于淤泥质黏土和粉砂之间。相同冻结条件下，粉质黏土中未冻
水含量最大，
相同高度的试样冻结后含水率的增加段较长，不同初始含水率试样经单向冻结试样底部
5cm 范围内含水率均有所增加，但增加程度在整个含水率增加段基本一致，试样顶端2cm 范围内由于水分迁移含水率平均减小了2．13%
。
图6淤泥质粉质黏土冻结后含水率与高度关系Fig．6
Silty clay's curve between moisture content and specimen height
当试样底端提供冷源的温度不变（维持
－10?冻结）时，比较3种土质冻结结束的时间，发现粉砂试样完全冻透需要的时间最短，仅需要3h 左右，淤泥质黏土4．5h 左右，粉质黏土4h 左
右。砂性土颗粒较粗，比表面积较小，土中水分以毛细水为主，冻结时体积膨胀，产生了把孔隙中未冻的毛细水挤出的正压力，从而减小了整个水分迁移量，相同温度梯度作用下粉砂中水在很短的时间内更容易迁移到某一集中部位，易形成快速冻结。
21
第1期张婷，等：土体单向冻结对土中水分迁移的影响
综上所述，即使没有外界水源补给，土体冻结引起的能量转换，使土水体系转换成为土水冰体系，在土体内部发生了水分迁移。从试验结果来看，冻结时间越长，水分迁移量越大，迁移范围越广；且随干密度增加，水分迁移量减少，但试样疏干段增长。含水率变化对3种土质的水分迁移特性影响不同，处于非饱和状态的淤泥质黏土初始含水率越大，经单向冻结后造成的水分迁移效果越明显；粉砂冻结后水分在很短时间内积聚到土中某一部位，形成快速冻结，水分迁移能力与初始含水率的大小无关；与前两种土质相比，淤泥质粉质黏土冻结后各冻土段含水率增量基本相同。
3结论
（1）即使没有外界水源补给，土体冻结时由于能量转换，土水体系转换成为土水冰体系，引起土中原位水重新分布，这种水分迁移特性会影响土层冻胀特性。
（2）单向冻结引起的水分迁移程度受温度梯度影响较大，土体冻结时间越长，土中水分迁移量越大，迁移范围越广。随干密度增加，水分迁移量减少，但试样疏干段增长。
（3）处于非饱和状态的淤泥质黏土初始含水率越大，经单向冻结后造成的水分迁移效果越明显；粉砂冻结后水分在很短时间内积聚到土中某一部位，形成快速冻结，水分迁移能力大小与初始含水率无关；与前两种土质相比，淤泥质粉质黏土冻结后各冻土段含水率增量基本相同。
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(责任编辑李燕文)
121
肥料对植物生长的影响
肥料对植物生长的影响 植物除了从土壤中吸收水分外，还要吸收矿质元素和氮素以及有机物质，以维持正常的生命活动。所以，土壤中矿质元素和有机物质的多少直接影响植物的生长和发育。在栽培条件下，肥料的种类和使用量可改变土壤中养分的比例关系，为植物生长提供良好的养分环境。1．氮 1．1氮对植物生长的影响 根系吸收氮肥主要是无机态氮，即铵态氮和硝态氮。也可吸收一部分有机态氮，如尿素。氮是蛋白质（包括一些酶和辅酶）、核酸、磷脂的主要成分，他们是原生质、细胞核和生物膜的重要组成部分，在植物生命活动中具有特殊的作用。氮也是某些植物激素的成分，他们对生命具有调节作用。氮是叶绿素的成分，与光合作用有密切关系。因此氮的多少会直接影响细胞分裂和生长。当氮肥供应充足时，枝叶繁茂，植株高大，分枝能力强，果实活种植中蛋白质含量高。植物的必须元素中，除碳、氢、氧外，氮的需求量最大。因此在农业生产中要特别需要氮肥的供应，常用人粪尿、尿素、硝酸铵、硫酸铵碳酸氢铵等肥料，主要提供氮元素。 缺氮时，蛋白质、核酸、磷脂等合成受阻，植物生长矮小、分枝能力弱，叶片小而薄，花果少且易脱落。缺氮，叶绿素合成受阻，枝叶变黄，甚至干枯，导致产量降低。氮在植物体内移动性大，老叶中的氮分解后可运输到幼嫩组织中去重复利用，所以缺氮时叶片发黄，并由下部叶片开始逐渐向上。 氮过多时，叶片大而深绿，柔软披散，植株徒长。另外，氮素过多时，体内含糖量相对不足，茎干中的机械组织不发达，易倒伏和被病虫危害。 1．2氮的测定 1．2．1肥料中硝态氮含量测定 1．2．1．1还原法 复混肥料中硝态氮和铵态氮在检测中的差别是两者样品在处理过程。前者需要通过铬粉（不含酰氨态氮时用定氮合金）还原处理，使硝态氮还原成铵态氮；后者对试样不需作还原处理。目前，肥料中硝态氮含量的测定常用定氮合金法(德瓦达合金还原法)和铬－盐酸还原法。 两种方法的原理基本相同，一般采取三步检测：第一步，在样品处理中使用铬粉（不含酰氨态氮时用定氮合金）还原硝态氮后，按标准检测方法检测复混肥试样中总氮含量；第二步，在试样处理过程中不使用还原剂，按标准检测方法检测复混肥试样中不含硝态氮时复混肥料中的总氮含量；第三步，用第一步检测结果减去第二步检测结果，即可得出复混肥料中硝态氮含量。 1．2．1．2高效液相色谱法 通常测定硝态氮的方法有：气体法、还原法、重量法、扣除法、比色法、紫外线吸收法。高效液相色谱法测定肥料中的硝态氮含量，其原理是硝酸根在紫外光区190～240nm有较强吸收，通过色谱柱分离后在紫外分光光度计上检测硝酸根含量，再将其换算为氮含量。 高效液相色谱法使用C18柱，以0.04molL－1磷酸二氢钾水溶液为流动相，在230nm波长下测定硝态氮含量，相关系数为0.9997，最低检测浓度为1×106mgmL。此法具有准确度和精密度高，定量分析简便、快捷、准确的特点。 1．2．2复合肥料中总氮测定 1．2．2．1凯氏定氮法 测定原理：将硝酸盐在酸性介质环境中还原成铵盐；在触媒存在下，用浓硫酸进行消化，将有机态氮或尿素态氮和氰氨态氮转化为硫酸铵；将从碱性溶液中蒸馏出的氮，吸收在硼酸溶液中；在甲基红、甲酚绿混合指示剂存在下，用硫酸或盐酸标准溶液进行滴定分析。 凯氏定氮法测定复合肥料总氮含量的实测结果与理论值非常接近，该方法检测速度快，消耗
全球变化条件下的土壤呼吸效应_彭少麟
第17卷第5期2002年10月 地球科学进展 ADVANCE IN EARTH SCIENCES Vol.17 No.5 Oct.,2002 文章编号:1001-8166(2002)05-0705-09 全球变化条件下的土壤呼吸效应 彭少麟,李跃林,任 海,赵 平 (中国科学院华南植物研究所,广东 广州 510650) 摘 要:土壤呼吸是陆地植物固定CO2尔后又释放CO2返回大气的主要途径,是与全球变化有关的一个重要过程。综述了全球变化下CO2浓度上升、全球增温、耕作方式的改变及氮沉降增加的土壤呼吸效应。大气CO2浓度的上升将增加土壤中CO2的释放通量,同时将促进土壤的碳吸存; 在全球增温的情形下,土壤可能向大气中释放更多的CO2,传统的土地利用方式可能是引发温室气体CO2产生的重要原因,所有这些全球变化对土壤呼吸的作用具有不确定性。认为土壤碳库的碳储量增加并不能减缓21世纪大气CO2浓度的上升。据此讨论了该问题的对策并提出了今后土壤呼吸的一些研究方向。其中强调,尽管森林土壤碳固定能力有限,但植树造林、森林保护是一项缓解大气CO2上升的可行性对策;基于现有田间尺度CO2通量测定在不确定性方面的进展,今后应继续朝大尺度田间和模拟程序方面努力;着重回答全球变化条件下的土壤呼吸过程机理;区分土壤呼吸的不同来源以及弄清土壤呼吸黑箱系统中土壤微生物及土壤动物的功能。当然,土壤呼吸的测定方法尚有待改善。 关 键 词:土壤呼吸;碳循环;全球变化 中图分类号:Q142.3 文献标识码:A 土壤呼吸是植物固定碳后,又以CO2形式返回大气的主要途径。土壤碳库在全球变化研究中的地位已日益突出,而土壤呼吸作为土壤碳库碳平衡的一个重要相关过程不容忽视,研究土壤呼吸有助于揭示土壤碳库动态机理。在大气与土壤界面,土壤CO2释放的驱动因子是多种多样的,在全球变化条件下研究相关因子与土壤呼吸是全球变化研究的一个重要内容。全球变化有不同的定义,1990年美国的《全球变化研究议案》,将全球变化定义为“可能改变地球承载生物能力的全球环境变化(包括气候、土地生产力、海洋和其它水资源、大气化学以及生态系统的改变)”。狭义的全球变化问题主要指大气臭氧层的损耗、大气中氧化作用的减弱和全球气候变暖[1,2]。土壤呼吸研究工作的开展,从研究对象来说,涉及农田、森林、草地等,从研究的地域来说从低纬至高纬均有研究,其中大部分研究集中于中纬度的草地和森林,目前,北极冻原也有研究报道[3]。 本文对在全球CO2浓度升高、气温上升、大气氮沉降等发生变化的背景下,土壤呼吸的响应作一综述,以促进土壤呼吸的研究,加深人们(特别是政策决策层)对土壤呼吸的认识。 1 大气CO2浓度升高的土壤呼吸效应 早期的土壤呼吸的测定基于表土层CO2的释放,开始于80多年前[4]。随着科学研究的发展,时至今日,土壤呼吸因为其全球的CO2总释放量已被 收稿日期:2002-01-04;修回日期:2002-05-31. ＊基金项目:国家自然科学基金重大项目“中国东部样带主要农业生态系统与全球变化相互作用机理研究”(编号:39899370);中国科学院知识创新工程重要方向项目“南方丘陵坡地农林复合生态系统构建机理与可持续性研究”(编号:KZCX2-407);广东省重大基金项目“广东省主要农业生态系统与全球变化相互作用机理研究”(编号:980952)资助. 作者简介:彭少麟(1957-),男,广东人,研究员,主要从事生态学方面的研究工作.E-mail:slpeng@https://www.360docs.net/doc/926687896.html,
《探究水分对植物生存的影响》教学设计
《探究水分对植物生存的影响》教学设计 一、设计思路： 1.指导思想： 面向全体学生、提高生物科学素养、倡导探究性学习，秉承着《课程标准》的理念我设计了本次实验。本次实验是继“尝试探究水温的变化对金鱼呼吸的影响”后的又一重要探究实验。在上次的实验中，学生的探究实验效果不是很好，毕竟第一次接触探究实验，出现这种情况是可以理解的，第二次实验我对学生的期望要稍微高一点，因为具备一定的生物科学素养是中学生必备的。教师在指导学生进行探究活动时，要在怎样控制实验变量和怎样设置对照实验上多加指导，以便为日后的实验设计打好基础。 2.理论依据： 本节内容主要是通过“探究水分对植物生存的影响”，使学生了解水分是影响生物生存的一个环境因素。在此基础上，通过多种方式引导学生“分析非生物因素对生物生存的影响”和“分析生物因素对生物生存的影响”，认识环境（因素）对生物生存的影响，从而让学生理解生物的生存依赖于一定的环境。 3.教学特色： 教材中提供的实验材料是雏菊、玉米、青菜等植物的多株幼苗，对于我们宁夏中卫地区来说，由于受温度的影响，此时大地里的这些植物还没发芽，即使室内自己培育也需要很长时间，所以，取材不容易。吊兰作为一种常见的室内植物，其最大的特点在于成熟的植株会不时长出走茎，先端均会长出小植株。小植株用水泡几天就可长出新根来，利用吊兰的这一生长特点，可以很方便地取得植株进行实验，并且泡出新根的植物体插在口杯或透明烧杯中即可观察生长情况，省去了很多不必要的步骤。所以，本次实验改进其实更大程度上是对实验材料的选取上。 二、实验教学分析： 1.内容分析： 本节内容主要是通过“探究水分对植物生存的影响”，使学生了解水分是影响生物生存的一个环境因素。生物的生命活动离不开水，土壤里的水分过多或过少，植物都会萎蔫，但是原因各不相同。土壤里缺少水分会影响植物吸收水分；土壤里水分过多，会导致土壤里的氧气减少，影响植物呼吸，进而影响植物的生存。 2.学情分析： 七年级学生刚开始接触探究实验，虽然在第一章中已经学习了科学探究的基本过程，但也只停留在理论层面，学生对基本操作步骤还不很熟悉，所以，在本次实验中，我对他们的要求
土壤呼吸强度的测定
土壤呼吸强度的测定 土壤空气的变化过程主要是氧的消耗和二氧化碳的累积。土壤空气中二氧化碳浓度大，对作物根系是不利的，若排出二氧化碳，不仅可消除其不利影响，而且可促进作物光合作用。因此，反映土壤排出二氧化碳能力的土壤呼吸强度是—个重要的土壤性质。 土壤中的生物活动，包括根系呼吸及微生物活动，是产生二氧化碳的主要来源，因此测定土壤呼吸强度还可反映土壤中生物活性，作为土壤肥力的一项指标。 (一)测定原理 用Na0H吸收土壤呼吸放出的CO2，生成Na2CO3： 2Na0H+C02——→Na2CO3+H20 (1) 先以酚酞作指示剂，用HCl滴定，中和剩余的Na0H，并使(1)式生成的Na2CO3转变为NaHCO3： Na0H + HCl——→NaCl+H20 (2) Na2CO3+ HCl——→NaHCO3十NaCl (3) 再以甲基橙作指示剂，用HCl滴定，这时所有的NaHC03均变为NaCl： NaHCO3+ HCl——→ NaCl+H20+CO2 (4) 从(3)、(4)式可见，用甲基橙作指示剂时所消耗HCl量的2倍，即为中和Na2CO3的用量，从而可计算出吸收CO2的数量。 (二)测定方法 方法(一) 1、称取相当于干土重20克的新鲜土样，置于150毫升烧杯或铝盒中(也可用容重圈采取原状土)； 2、准确吸取2molL-1NaOH l0毫升于另一150毫升烧杯中； 3、将两只烧杯同时放入无干燥剂的干燥器中，加盖密闭，放置1—2天； 4、取出盛Na0H的烧杯，洗入250毫升容量瓶中，稀释至刻度； 5、吸取稀释液25毫升，加酚酞1滴，用标准0.05molL-1HCl滴定至无色，再加甲基橙1滴，继续用0.05 molL-1 HCl滴定至溶液由橙黄色变为桔红色，记录后者所用HCl的毫升数(或用溴酚兰代替甲基橙，滴定颜色由兰变黄)； 6、再在另一干燥器中，只放NaOH，不放土壤，用同法测定，作为空白。 7、计算：
土壤水分对农业生产的影响讨论
土壤水分对农业生产的影响讨论 土壤水分是影响农业生产的重要因子之一，掌握土壤水分资料对农业生产实践有重要意义。土壤中水分的变化不仅与水分消耗有关，而且也与水分收入诸如降水、融雪和地下水流以及其它因素有关。在作物地，还与地面特性、作物种类及其发育期、作物地上部和根系状况有关。因此，土壤水分在时间和空间上的变化是很大的。 为了确切地取得土壤水分的可靠数据，近年来研究出不少测定和计算方法，本文不讨论这些具体测定和计算方法，主要目的是讨论有关土壤水分测定中几个共同性问题。 1 试验资料 本文所用数据取自北京农业大学曲周实验站土壤水分试验场，该地属半湿润季风气候区，对黄淮海平原有一定的代表性，测定地段为裸地和冬小麦地，土壤水分用土壤水分仪测定一次，取4次重复，每10cm为一土层，测至1.5m或2.om深度。土壤为盐化潮土，地下水埋深3.5~4.om,测定时间为1981年~1987年。 2 讨论和分析 浏定深度根据河北曲周1982年（属典型年份）裸地各季土壤水分垂直变化资料分析〔功，按土壤垂直剖面的水分变化状况，作出了土壤水分垂直分层，所划分的三个层次为
土壤水分极活跃层，土壤水分活跃层和土壤水分稳定层。各层的特点见表1.另据1986~1987年冬小麦地（施氮肥15kg/亩）于麦收后选100x100cm2五行麦茬地挖土壤剖面，修平剖面后，用水冲去土粒露出根系，统计smm长的根数，其根量随剖面深度的分布“幻如表2所示。 分析表1,2,3中的数据，可以看出：在上述条件下，为了掌握土壤水分不同时间的垂直变化特点，通常在裸地测定深度达lm即可，因为在lm深以下的土层中，土壤水分垂直分布的季节变化和各季水分的垂直梯度均不大。在作物地，从冬小麦根系随深度的分布和不同作物利用水分的有效土层来看，测至lm深度也够了。在一些作物的生育初期和浅根作物的一些生育期，利用水分的有效土层较浅，一般在sm 左右，这主要是由于根系分布状况所决定的。在冬小麦生育后期，0~50cm土层的根系数量占。~100”m土层根般的90%以上，因此侧定深度不能浅于50cm.0~20cm土层内冬小麦根量占。~100cm土层的2邝左右，且该土层土壤水分变化激烈，故。~20cm土层是土壤水分测定的重要土层。 2.2N.J定层次按A.A.罗杰的说法，测定层次的确定要考虑土壤发生层，即一个测定层次不要包括两个上壤发生层，也就是在同一土壤发生层内考虑选取测定层次，因为在不同土壤发生层内土壤水分的差异可能较大，如此才能清晰地看出土壤水分的垂直变化川。通常，在土壤水分垂直梯度大的
空气湿度对植物生长的影响
空气湿度对植物生长的影响 温室内空气湿度环境概况: 温室内的空气湿度是由土壤水分的蒸发、喷雾补充水分和植物体内水分的蒸腾在设施密闭情况下形成的。 温室内作物生长势强、代谢旺盛、作物叶面积指数高,通过蒸腾作用释放出大量水蒸气。同时,由于设施内的空间小、气流比较稳定,在密不透风的环境下,棚室内水蒸气经常接近或者达到饱和状态,空气绝对湿度和相对湿度均比露地栽培高得多。（空气绝对湿度：单位体积空气内水汽的含量。空气相对湿度：空气中的实际水气压与同温度下的饱和水气压的比值） 高湿是园艺设施湿度环境的突出特点。尤其是在夜间,设施处于密闭状态,室内空气湿度大,外界气温低,会引起室内空气骤冷而形成雾。到了白天,在室外气温和太阳辐射的共同作用下,设施内温度迅速升高,结雾消散,空气湿度相对下降(相对湿度下降)。在温暖季节,白天棚室往往开窗通风,室内空气湿度进一步下降(绝对湿度下降),与室外趋于一致。在采暖季节,夜间需进行加温,空气绝对湿度不变,而相对湿度降低,也会减少结雾现象。此外,伴随着结雾现象的产生,还常常发生结露,主要是作物体表面结露以及塑料薄膜内表面严重结露而密布水滴,这是由温差造成的。温差的存在使得相对湿度分布差异较大,因此,在冷的地方就会出现冷凝水,冷凝水的出现与积聚就会出现物体表面的结露现象。作物表面的结露造成了作物沾湿,此外,塑料
薄膜上露滴落到叶面上以及由于根压使作物体内的水分从叶片水孔排出溢液(吐水现象)也会造成作物沾湿,这是作物很易发生病害的重要原因。 综上可知,设施内空气湿度主要与土壤蒸发、喷雾补水和植物蒸腾有关,其次,就是通风和加热,另外,棚室内壁等对水分的吸收和蒸发也会在一定程度上影响到室内湿度。 温室内的空气湿度对温室作物的蒸腾、光合、病害发生及生理失调具有显著影响。 1、空气湿度影响蒸腾作用，蒸腾作用除了是水分吸收的动力，还是矿质营养运输的动力。空气湿度大，蒸腾作用弱，植物运输矿质营养的能力就下降。蒸腾作用还可调节叶片的温度，如果温度高，空气湿度大，蒸腾作用弱，叶片就有可能被灼伤。对蒸腾作用的影响会间接的影响盆土的干湿交替，不利于肥水管理；空气湿度长期过低，会造成叶片边缘以及叶尖的坏死，主要原因是因为叶片内部气腔水气压与外界水气压相差过大，造成叶片内部水汽供应不足而坏死 2、空气湿度的大小影响植物气孔的开闭，空气湿度过大或过小都会导致气孔关闭，植物气孔关闭，CO2不能进入叶肉细胞，光合作用减慢甚至停止。 3、空气湿度的过大有利于病菌的繁殖，大多数真菌孢子的萌发、菌丝的发育都需要较高湿度，过低有利于虫害的的发生，比如红蜘蛛等螨类的发生一般在高温低湿的环境中
溶解性有机质及对重金属迁移转化的影响
溶解性有机质及对重金属迁移转化的影响 摘要：溶解性有机质（Dissolved organic matter, DOM ）由于含有羧基、羟基、羰基等活性功能团，是生态系统中极为活跃的一种有机组分，具有很强的反应活性和迁移特性。DOM 可以作为有机和无机污染物的载体，通过与水体、土壤和沉积物中的金属离子之间的离子交换吸附、络合、螯合、氧化还原等一系列反应，影响金属离子的吸附解吸，从而影响重金属的最终归宿。因此，具体介绍了DOM的来源、提取方法和种类组成以及不同来源DOM的性质的表征，同时综述了溶解性有机质对重金属的影响迁移转化的影响尤其是对土壤中重金属吸附的影响及其影响机理的研究进展。 关键词：溶解性有机质；重金属；迁移转化；影响 引言 重金属是指密度高于4.5g·cm-3（也有文章指出为5g·cm-3）的常见金属。重金属污染则是指因人类活动导致环境中的重金属或其化合物含量增加，超出正常范围并导致环境质量恶化。重金属污染主要来源于工业生产，如金属采矿和冶炼产生的废渣、废水、废气排入
环境；其次来源于交通和生活活动产生的污染，如汽车尾气和家庭燃煤产生的金属污染等。重金属污染与其他有机化合物的污染不同，大多数有机化合物可以通过自然净化作用降解消除危害。生物体内的各种酶和蛋白质能和重金属在发生强烈的相互作用失去活性。重金属也可能在人体的某些器官中富集会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，如果超过人体所能耐受的临界限度，对人体会造成很大的危害。 溶解性有机质（（Dissolved organic matter, DOM）能结合对环境和生物有重要影响的Hg、Cu、Pb、Cd、Ni 等重金属，从而改变这些物质的迁移、生物可利用性[1,2]。从而越来越多的研究开始关注DOM 与重金属作用对金属迁移转化及其生物利用性的影响。在DOM 与金属离子的络合反应中,普遍认为低分子量DOM 易与重金属络合，高分子量DOM 则与重金属反应多形成难溶络合物[3]。研究同时表示DOM 主要通过氢键、范德华力、疏水作用等作用与金属离子以及其它污染物发生，形成溶解度不同的络合物，通过改变金属自由离子浓度来改变其迁移性[3-5]。从而可能影响重金属的迁移转化和生物利用性。 1. 溶解性有机质（DOM）的概念、来源和提取 1.1 DOM的概念 DOM 指能通过0.45 um的滤膜，具有不同结构及分子量大小的有机物（如低分子量的游离氨基酸、碳水化合物、有机酸等和大分子量的酶、多糖、酚和腐殖质等）的连续体或混合体。它是陆生生态系统和水生生态系统中极为活跃的一种有机组分，具有很强的反应活性和迁移特性[6]。其主要成分可以分为腐殖质类和非腐殖质类，腐殖质分为富里酸、胡敏酸和胡敏素等；非腐殖质主要包括为碳水化合物、碳氢化合物、脂肪族、醇类、醛类和含氮化合物等[9]。 DOM作为环境中许多有机、无机污染物的迁移载体或配位体，其自身在环境中的行为和性质直接影响这些污染物在环境中的毒性。通常认为，DOM中移动性强的组分能够提高污染物在介质中的运移能力；反之，如果DOM在迁移过程中易被介质吸附固定，则可为污染物提供吸附位点，从而降低了与其相结合的污染物的迁移性或活性[10]。 因此，溶解性有机质DOM对于重金属的迁移转化（尤其土壤和沉积物中的重金属）有很大的影响作用。 1.2 DOM的来源 在自然生态系统中，DOM主要来自植物凋落物、根系分泌物和微生物体的分解、渗滤、腐殖化等。在农业生态系统中，DOM除上述来源外，施用的外源有机物料（如：还田秸秆、
植物生长的水分环境
第四章植物生长的水分环境 第一节水分对植物的生态作用 一、植物对水分的吸收 （一）水分对植物的生理作用 水是细胞原生质的重要成分；水是代谢过程的重要物质；水是各种生理生化反应和物质运输 的介质；水分使植物保持固有的姿态；水分具有重要的生态作用。 （二）植物细胞吸水 细胞吸水有三种方式： 1．渗透吸水——由于胞外溶液浓度低而引起的细胞吸水。 2．吸胀吸水——如干燥的种子对水分的吸收。 3．降压吸水——指因压力势降低而引发的细胞吸水。 （三）植物根系吸水 1．水在植物体内外的吸收和运输途径 2．植物根系吸水的动力根系吸水的动力主要有根压和蒸腾拉力两种。 3．植物根系吸水的途径水分在根内的径向运转也有两种途径，即质外体途径和共质体途径。 4．影响根系吸水的主要因素有土壤水分、土壤温度、土壤通气状况、土壤溶液浓度等。 二、植物的蒸腾作用 蒸腾作用是指植物体内的水分以气态散失到大气中去的过程。 （一）蒸腾作用的生理意义 1.能产生蒸腾拉力 2.能促进矿物质的运输和合理分配 3.能降低植物体的温度 4.有利于CO2的同化 （二）蒸腾作用的方式 1.角质蒸腾植物体内水分通过角质层蒸腾。 2.气孔蒸腾植物体内的水分通过气孔蒸腾。植物以气孔蒸腾为主。 （三）蒸腾作用的指标 1.蒸腾速率植物在单位时间、单位叶面积上通过蒸腾作用散失的水量。单位：g/（m2 h）、 mg/（dm2 h）。多数植物白天为 15～250 g/（m2 h），晚上为1～20 g/（m2 h）。 2.蒸腾效率植物每蒸腾1千克水时所生成的干物质的克数。单位：g/kg。一般植物的蒸腾效率为1～8 g/kg。 3.蒸腾系数指植物每制造1克干物质所消耗水分的克数。一般植物的蒸腾系数在125～1 000之间。 （四）蒸腾作用的影响因素与调节 1．影响蒸腾作用的因素（1）内部因素；（2）光照；（3）空气湿度；（4）温度；（5）风速； （6）土壤条件。 2．蒸腾作用的调节在植物生产上，采取有效措施可适当减少蒸腾消耗：（1）减少蒸腾面积。 移栽植物时，可去掉一些枝叶;（2）降低蒸腾速率。在午后或阴天移栽植物，或栽后搭棚遮阳， 或实行设施栽培;（3）使用抗蒸腾剂，如叶面喷洒脱落酸等抗蒸腾剂。 三、植物的需水规律和合理灌溉 （一）植物的需水规律植物有两个关键需水时期：一是植物需水临界期。二是植物最大需水期。 （二）合理灌溉的指标 1．土壤指标植物根系活动层土壤含水量低于田间持水量的60%～80%，应及时灌溉。 2．形态指标植物幼嫩的茎叶在中午前后发生萎蔫，生长速度下降，叶、茎颜色呈绿色 或有时变红等情况下，要及时进行灌溉。
谈重金属铅在水体中的迁移与转化特征
谈重金属铅在水体中的迁移与转化特征 （武汉大学） 一，前言 铅是一种重金属，由铅组成的盐类大部分是不溶于水的，当水体中铅的浓度达到一定范围时就会对人体、渔业、农业灌溉等等都会产生极大的危害，铅在人体内富集可以使铅中毒。伴随着社会上出现的一系列铅污染问题，例如儿童铅中毒、孕妇铅中毒等，科学家对铅的了解和研究进一步的加深。水圈与大气圈和岩石圈共同组成了生物圈，可见水环境的重要，铅在水体中的迁移与转化也必然随之成为社会的焦点问题。 二，铅在水体中的存在形态 关于铅元素在水体中的存在形态，一般按其总量分为“可溶态”和“颗粒态”，一些+2价铅和+4价铅离子都是可溶态的，可溶态的铅毒性较大，可以为人、生物直接吸收，储积性强。悬浮物和沉积物中的铅是颗粒态的。 三，铅在水体中迁移转化的类型和规律 和其他重金属一样，铅在水体中不能为生物所降解，只能产生各种形态之间的相互转化、分散和富集，这就是铅的迁移与转化，按照其运动的形式可以分为机械迁移转化、物理化学迁移转化、生物迁移转化。⑴对于铅的机械迁移转化，主要是铅在水体中被包含于矿物质或是有机胶体中，或是被吸附在悬浮物上，以溶解态或是颗粒态的形态随水流迁移转化。⑵铅在水体中的物理化学迁移转化主要分为沉淀作用、吸附作用和氧化还原作用。在此笔者详细的讨论一下其转化过程。从高中的知识我们知道铅盐的溶解度都非常小，在偏酸性的水体中Pb 的浓度被PbSO 和PbS等限制着，水体中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，Pb +SO ─PbSO (沉淀)，Pb +S ─PbS(沉淀)，生成的PbSO ,PbS不溶于酸；在偏碱性的水体中铅的浓度受Pb(OH) 的限制，Pb(OH)─Pb + 2OH ，此反应是可逆的，水中OH 较多，使得平衡向逆向移动，又水解反应Pb +2H O─Pb(OH)+H ，OH 中和H 使得平衡向正向移动。另外铅离子在水体中会发生络合反应生成一些络合物，所以铅通过沉淀作用可以使铅在水体中的扩散速度和范围得到限制。铅离子带正电被水中带负电的胶体吸附，发生聚沉现象，这也如沉淀作用有着相同之处，最后大量的铅沉积在排污口的底泥中，实现了铅从水体转化到表层沉积物中，在一些
森林土壤呼吸及其对全球变化的响应_杨玉盛
第24卷第3期 2004年3月生 态 学 报ACT A ECOLOGICA SINICA V ol.24,N o.3M ar.,2004 森林土壤呼吸及其对全球变化的响应 杨玉盛1,董 彬2,谢锦升2,陈光水1,高 人1,李 灵2,王小国2,郭剑芬 2 (1.福建师范大学地理科学学院,福建福州 350007;2.福建农林大学林学院,福建南平 353001)基金项目:高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划资助项目;福建省重大基础研究资助项目(2000F004)收稿日期:2003-11-20;修订日期:2004-02-15 作者简介:杨玉盛(1964～),男,福建仙游人,博士,教授,主要从事亚热带常绿阔叶林C 、N 等元素循环的研究。E-mail:ffcyys@pub lic.np https://www.360docs.net/doc/926687896.html, Foundation item :T he T eaching an d Res earch Aw ard Prog ram for M OE P.R. C.(TRAPOYT )and th e Key Basic Res earch Project of Fujian Province (No.2000F004) Received date :2003-11-20;Accepted date :2004-03-15 Biography :YANG Yu -S heng,Ph.D.Profes sor,rincipally engaged in study on C an d N cycling in sub tropical evergreen br oad-leaved fores ts.E-mail :ffcyys @public .npptt .fj .cn 摘要:森林土壤呼吸是全球碳循环的重要流通途径之一,其动态变化将直接影响全球C 平衡。森林土壤呼吸由自养呼吸和异养呼吸组成,不同森林类型、测定季节和测定方法等直接影响其所占比例。土壤温度和湿度是影响森林土壤呼吸的最主要因素,共同解释了森林土壤呼吸变化的大部分。因树种组成、生产力和枯落物数量等不同而使不同森林类型土壤呼吸速率表现出明显差异。采伐对森林土壤呼吸的影响结果有增加、降低或无影响,因采伐方式、森林类型、采伐迹地上植被恢复进程和气候条件等而异。火烧一般导致土壤呼吸速率降低。因肥料种类、施用剂量和立地条件不同,施肥对森林土壤呼吸的影响出现增加、降低或无影响等不同结果。大气CO 2浓度升高和升温均可促进森林土壤呼吸。N 沉降有可能刺激了土壤呼吸,而酸沉降则可能降低了土壤呼吸。臭氧浓度和U V -B 辐射强度亦会在一定程度上影响森林土壤呼吸。但目前全球变化对森林土壤呼吸的综合影响尚不清楚,深入探讨森林土壤呼吸的调控因素及其对全球变化和营林措施的响应等仍是今后努力的主要方向。 关键词:森林土壤呼吸;全球变化;碳循环;影响因素 Soil respiration of forest ecosystems and its respondence to global change YANG Yu -Sheng 1,DONG Bin 2,XIE Jin -Sheng 2,CHEN Guang -Shui 1,GAO Ren 1,LI Ling 2,WAN G Xiao-Guo 2,GU O Jian-Fen 2 (1.College of Geogr ap hy S cience ,Fuj ian N or mal Unive rsity ,F uz hou 350007,China ; 2.College of Forestry ,Fuj ian A gr icultur e and F or estry Univ ersity ,N anp ing 353001,China ).Acta Ecologica Sinica ,2004,24(3):583～591. Abstract :Soil r espir ation in for est ecosystems is o ne of the major pat hway s of C flux in the g lo bal C cy cle,seco nd only t o the gr o ss prim ary pr oductivity ,a nd is markablely a ffect ed by the global chang e .T he rev iew summar ized t he im po rta nt r ole of for est soil r espir ation in g lo bal car bo n cy cle ,its components ,its co ntro lling factor s ,and its r esponse to the global chang e . Fo r est so il r espirat ion is the sum of heter otr ophic (micr obes ,so il fauna )and a uto tr ophic (r oo t )r espir atio n .T he contr ibutio n o f each g r oup needs to be under st oo d to evaluate the implicatio ns o f env ir onmental chang es o n so il car bon cycling and car bon sequestrat ion .T here is a larg e var iation in t he r elat ive contr ibutio ns of auto tr ophic and heter ot ro phic r espir ation to to tal so il CO 2efflux ,and t he est imated contr ibutio ns fr om ro ot respir atio n rang e fro m 10%to as hig h as 90%.Some o f this var iat ion may co me fr om differ ences in methodolog y a nd fro m differences in for est and so il types .T he cr itical facto rs influencing for est so il r espirat ion include soil temperatur e ,soil moistur e ,for est t ypes (subst rate qualit y ,net eco system pro ductiv ity ,t he r elat ive allocatio n o f N PP abo ve -and below g ro und )and for est management (land -use and /or dist ur bance reg imes ,fert ilizatio n ).T he temperat ur e effect is alw ay s described as an ex ponent ial function .T he effect o f soil mo isture ,in contr ast,has been descr ibed by numer ous equations including linear ,log arithmic,quadr atic,and parabo lic functio ns.Soil respir atio n is frequent ly max imized when soil is at an inter mediate w ater co ntent.So il temperatur e and so il humidity t og ether ex plain a larg e par t of var iat ions in so il r espirat ion.F or est types m ay affect so il r espirat ion by influencing the soil micr oclimate and str uctur e,the quant ity and quality of substr ate,and the o ver all ra te o f ro ot r espiration.A t the global scale,soil
土壤呼吸的影响因素及全球尺度下温度的影响
土壤呼吸的影响因素及全球尺度下温度的影响 土壤呼吸是指土壤释放CO 2的过程, 主要是由微生物氧化有机物和根系呼吸产生, 另有极少的部分来 自于土壤动物的呼吸和化学氧化 土壤生物 活性和土壤肥力乃至透气性的指标受到重视[ 通量（flux）是物理学的用语，是指单位时间内通过一定面积输送的能量和物质等物理量的数量。 二氧化碳通量就是一定时间通过一定面积的二氧化碳的量。 土壤作为 一个巨大的碳库(11394×1018gC[12]), 是大气CO 2的重要的源或汇, 其通量(约68±4×1015gC?a[13])如此巨 大(燃料燃烧每年释放约512×1015gC[14]), 使得即使轻微的变化也会引起大气中CO 2浓度的明显改变。因 此, 在土壤呼吸的研究中, CO 2通量的精确测定已成为十分迫切的问题。 土壤呼吸影响因素：土壤温度，湿度，透气性，有机质含量，生物，植被及地表覆盖，土地利用，施肥，PH，风速，其他因素。诸如单宁酸 [25]、可溶性有机物(DOM)中的 低分子化合物(LMW )[62]等都对土壤CO2释放速率有显著 的影响.,,,采伐，火烧， 有关生物过程的影响 绝大部 分的CO 2是由于土壤中的生物过程产生的。土壤呼吸的实质是土壤微生物、土壤无脊椎动物和植物根系呼 吸的总和 地表凋落物作为土壤有 机质的主要来源以及作为影响地表环境条件——如温度、湿度等因子对土壤呼吸也产生显著作用
土壤呼吸与土壤温度、水分含量之间的关系 在土壤水分含量充 足、不成为限制因素的条件下土壤呼吸与土壤温度 呈正相关(表1)[4, 15, 19, 21, 25～32]。而在水分含量成为限 制因子的干旱、半干旱地区, 水分含量和温度共同 起作用[18, 3 抑制作用的影响 目前已有文献表明对根系和微生物呼吸的抑制作用在土壤空气CO 2浓度较高时会发生 这也就意味着在大气CO 2浓度升高 时, 土壤呼吸也会受到抑制。 土壤呼吸随纬度的变化 从图3可知, 土壤呼吸量随着纬度的增加而逐渐降低, 可得到一拟合方程: y = 1586e- 010237x(R2= 0147) (1) 其中, y 为土壤呼吸量, x 为纬度 温度与土壤呼吸的关系 最终得到全球尺度下温度对土壤呼吸的影响大小的尺度——Q 10值。Q10值表示温度每升高10度,土壤呼吸速率增加的 倍数 [45 - 46 ] 得到了全球森林植被的土壤呼吸速率与年均温的关系, 即: y = 349166e010449x(R3= 0147) (3) 其中, y 为呼吸速率, x 为年均温。 得到了全球范围的Q 10值= 1157。与已报道的各样点的Q 10值相比全球尺度下的Q 10 值较低, 也就是就, 随温度的上升, 呼吸速率的增加较慢一些 土壤呼吸的测量方法问题及其影响 。测量方法可以分为直接测量和间接测量法[51]。直接测量法中又包括静态法和动态法[52]。其中, 由于实 际工作中具体条件的限制, 目前采用较为广泛的是静态法。CO 2的具体测量技术又有碱吸收法和红外吸收
土壤离心机测量土壤水分特征曲线的方法及应用意义
土壤离心机测量土壤水分特征曲线的方法及应用意义 土壤水分特征曲线一般也叫做土壤特征曲线或土壤pF曲线，它表述了土壤水势（土壤水吸力）和土壤水分含量之间的关系。通常土壤含水量Q以体积百分数表示，土壤吸力S以大气压表示。由于在土壤吸水和释水过程中土壤空气的作用和固、液而接触角不同的影响，实测土壤水分特征曲线不是一个单值函数曲线。 用非线性函数表示土壤水分特征曲线与渗透系数变化的理论模型有Van Genuchten模型 (V-G模型)、Brooks-Corey模型等。这些理论模型的参数需要通过对土壤水分特征曲线的 观测加以确定。 土壤水分特征曲线是重要的土壤水力性质参数之一： 土壤水的基质势或土壤水吸力是随土壤含水率而变化的,其关系曲线称为土壤水分特征曲线。该曲线反映了土壤水分能量和数量之间的关系，属于土壤的基本物理性质，是研究土壤水动力学性质比不可少的重要参数，对研究土壤水运动及其溶质运移有重要作用，在生产实践中具有重要意义。 已有的土壤水分特征曲线测定方法主要包括负压计法、砂性漏斗法、压力仪法、离心机法等。土壤的渗透系数也随含水率变化,表现为曲线关系。 以土壤吸力表示土壤水分的状态，干燥的土壤对土壤水分的吸力强，湿润的土壤对水分的吸力弱，所以用土壤对水分吸力的大小，在一定范围内可以表示土壤水分状态和土壤水势。土壤吸力一般用大气压表示，干燥土壤的吸水极强，可达几千甚至上万个大气压，为了书写方便起见，一般用与大气压相当的水柱高度的厘米数（负值）对数来表示，称pF。 检测土壤水分特征pF曲线高速冷冻离心机HR21M
怎样用离心机法测土壤水分特征曲线? 用土壤离心机测土壤水分特征曲线方法：去取原状土或者扰动土,在不同转速和时间下测量含水量做水分特征曲线即可。根据离心机实测试验数据,分析不同质地土壤水分特征曲线变化趋势。相同离心力下，随着黏粒含量增加,最佳离心时间变长。 用离心机法测土壤水分特征曲线意义： 土壤水分对植物的有效程度最终决定于土水势的高低，而不是自身的含水量。如果测得土壤的含水量，可根据土壤水分土特征曲线查得基质势值，从而可判断该土壤含水量对植物的有效程度。 土壤水分特征曲线可反映不同土壤的持水和释水特性，也可从中了解给定土类的一些土壤水分常数和特征指标。曲线的斜率倒数称为比水容量，是用扩散理论求解水分运动时的重要参数。曲线的拐点可反映相应含水量下的土壤水分状态，如当吸力趋于0时，土壤接近饱和，水分状态以毛管重力水为主；吸力稍有增加，含水量急剧减少时，用负压水头表示的吸力值约相当于支持毛管水的上升高度；吸力增加而含水量减少微弱时，以土壤中的毛管悬着水为主，含水量接近于田间持水量；饱和含水量和田间持水量间的差值，可反映土壤给水度等。故土壤水分特征曲线是研究土壤水分运动、调节利用土壤水、进行土壤改良等方面的最重要和最基本的工具。 土壤水分特征曲线主要有以下几方面的应用： 1.进行基质势和含水量的相互换算。 根据土壤水分特征曲线可将土壤湿度换算成土壤基质势，依据基质势可判断土壤水分对作物的有效度。也可将基质势换算成含水量，根据土壤水分特征曲线可查得田间持水量、凋萎湿度和相应的有效水范围。土壤水分特征曲线斜率的倒数，即单位基质势变化所引起含水量的变化，称之为比水容重，是衡量土壤水分对植物的有效性和反映土壤持水性能的一个重要重要指标。 2.表示比水容重。 土壤水分特征曲线斜率的倒数，即单位基质势变化所引起含水量的变化，称之为比水容重，是衡量土壤水分对植物的有效性和反映土壤持水性能的一个重要重要指标。 3.可以间接反映土壤孔隙的分布。 若将土壤中的孔隙设想为各种孔径的圆形毛细管，那么S和毛细管直径d的关系可简单的表示为S=4σd。式中σ为水的表面张力系数，室温条件下一般为75×105N/cm。应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定量分析时，水分特征曲线是不可缺少的重要参数。 4.可以判断土壤质地状况和土壤水分在吸力段的分布状况。 曲线的拐点可反映相应含水量下的土壤水分状态，如当吸力趋于0 时，土壤接近饱和，水分状态以毛管重力水为主；吸力稍有增加，含水量急剧减少时，用负压水头表示的吸力值约相当于支持毛管水的上升高度；吸力增加而含水量减少微弱时，以土壤中的毛管悬着水为主，含水量接近于田间持水量；饱和含水量和田间持水量间的差值，可反映土壤给水度等。故土壤水分特征曲线是研究土壤水分运动、调节利用土壤水、进行土壤改良等方面的最重要和最基本的工具。
避灾露营对城市公共绿地土壤呼吸的短期影响
第28卷第12期2008年12月生态学报ACT A ECOLOGI CA SI N I CA Vol .28,No .12Dec .,2008 基金项目:中国科学院西部行动计划资助项目(KZCX22XB2202);国家自然科学基金资助项目(No .40701181);国家“十一五”科技支撑计划资助项目(2006BAC01A15);领域前沿创新资助项目(No .C I B 220072LY QY 202);茂县生态站资助项目 收稿日期:2008209218;修订日期:2008212203 作者简介:庞学勇(1974～),男,四川巴中人,博士生,主要从事土壤生态与恢复生态学研究.E 2mail:pangxy@cib .ac .cn 3通讯作者Corres ponding author .E 2mail:baowk@cib .ac .cn Founda ti on ite m :The p r oject was financially supported by the CAS acti on 2p lan f orW est Devel opment (No .KZCX22XB2202),nati onal natural science fundati on of china (No .40701181),key p r ojects in the nati onal science &technol ogy p illar p r ogram in the eleventh five 2year p lan (2006BAC01A15),the talent p lan of the CAS (No .C I B 220072LY QY 202)and Maoxian ecol ogical stati on,Chengdu I nstitute of B i ol ogy,CAS . Rece i ved da te:2008209218;Accepted da te:2008212203 B i ography:P ANG Xue 2Yong,Ph .D.candidate,mainly engaged in s oil ecol ogy and rest orati on ecol ogy .E 2mail:pangxy@cib .ac .cn 避灾露营对城市公共绿地土壤呼吸的短期影响 庞学勇1,2,丁建林1,吴福忠1,2,王红梅1,2,吴 宁1,包维楷1,3 (1中国科学院成都生物研究所成都 610041;2中国科学院研究生院北京 100039) 摘要:2008年5月12日四川汶川发生里氏8.0级大地震后,城市居民大规模在公共绿地上露宿避灾,而这些强人为干扰活动对绿地植被和土壤影响的科学研究却十分少。选择不同时间露营点和出入帐棚必经的践踏区域,测量土壤CO 2通量的变化及相关环境因子(空气温湿度、土壤容重、孔隙度和微生物生物量等)。结果发现土壤C O 2通量明显地受露营和人为践踏的影响,露营和人为践踏区土壤CO 2通量明显地低于对照区。随着露营的增加,土壤C O 2通量呈现先降低(大约10d 后)后略有增加(大约20d 后),后期又下降的趋势(大约25d 后)。在露营区,土壤紧实和遮荫是土壤CO 2通量减少的两个主要过程,在早期,严重遮荫后引起根系呼吸下降是主要过程,而在后期,随着人入睡帐棚次数的增加,土壤紧实是控制土壤CO 2通量的主要过程;而在践踏区,踩踏引起土壤紧实是土壤呼吸下降的主要原因。因此地震露营避灾后退化草坪恢复的一个关键措施是松土改善土壤的物理状况。 关键词:5.12汶川大地震;土壤呼吸;土壤CO 2通量;公共绿地;踩踏;露营 文章编号:100020933(2008)1225884208 中图分类号:Q945,Q948 文献标识码:A The short 2term effect of f i eld cam p i n g on so il CO 2efflux i n urban gra ssl and P ANG Xue 2Yong 1,2,D ING J ian 2L in 1,WU Fu 2Zhong 1,2,WANG Hong 2Mei 1,2,WU N ing 1,BAO W ei 2Kai 1,3 1Chengdu Institute of B iology,Chinese Acade m y of Sciences,Chengdu 610041,China 2Graduate School of Chinese Acade m y of Sciences,B eijing 100039,China A cta Ecologica S in ica,2008,28(12):5884～5891.Abstract:On 12May,2008,a great sized earthquake of magnitude M s =8.0occurred in W enchuan County,Sichuan Province,southwest China .Many residents established a great of tents on all urban public and residential greenbelt for searching safe sites .However,there are few reports about the effect of these activities on s oil and vegetation .W e deter m ined s oil CO 2efflux and relative environmental factors (i .e .,bulk density,porosity,air temperature and hum idity,and m icrobial bi omass )in the field camp ing sites of different established ti m e and tramp le area .Soil CO 2efflux was significantly affected by field camp ing and tramp le .Soil CO 2efflux was significantly l ower in the different field camp ing sites and tramp le area than in CK treat m ent .Soil CO 2efflux decreased firstly (after about 10days ),then increased little (after about 20days )and again decreased (after 25days )foll owing field car mp ing ti m e increasing .Soil compaction and shade was t wo main p r ocesses contr olling s oil CO 2efflux in field camp ing sites .In early periods,shade that caused r oot res p iration decline was main p rocess .W ith the increase of extent of co mpacti on,s oil physical p r operties were main factors .