發(fā)布時間：2020-11-20 00:05

　　 以免耕為代表的保護性耕作被視為能夠促進土壤團聚性,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構變化尚不夠深入。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)土壤結構特征。研究內容及相關測定方法如下:(1)采用定水頭法測定土壤飽和導水率,沙箱法測定土壤充氣孔隙度,烘干法測定土壤容重,進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)土壤孔隙三維結構利用Image J軟件處理,相關孔隙參數(各向異性、分形維數、連通度、平均孔徑、最大孔徑等)的提取均在插件Bone J中實現。主要研究結果如下:(1)NT和ST處理顯著提高了0-10 cm土層中的飽和導水率,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,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量直徑等結構參數之間相互影響,需要綜合多種參數定量分析土壤結構狀況�？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,有助于改善土壤結構以及土壤質量狀況。
【學位單位】：中國地質大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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、半濕潤季風氣候區(qū)。年均日照小時數為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試中心進行，并用工業(yè)CT設備（PhoenixNanotomX-rayμ-CT,GE,SensingandInspectionTechnologies）對原狀土柱進行掃描。該CT主要應用在醫(yī)學領域，為保證掃描土壤樣品圖像的質量和精度，通過預實驗確定在脊柱（spine）掃描參數的基礎上設定土芯掃描的參數。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，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，3個平行。利用ImageJ軟件進行圖像重建并獲取孔隙結構參數(李文昭,2014)，定量研究不同耕作措施下土壤孔隙結構特征。（2）CT圖像處理與孔隙參數提取圖2-2CT圖像處理與孔隙參數提取步驟Fig.2-2CTimageprocessingandporeparameterextractionsteps本文中利用ImageJ軟件完成土柱三維結構的可視化、定量化(房煥等,2018)，并按照圖2-2所示進行圖像處理與土壤孔隙參數提齲首先利用ImageJ中的Normalize命令對圖像進行歸一化處理。然后利用中值濾波法（medianfilter）消除CT掃描過程中會產生的偽影及噪聲。為減小邊際效應選取了土柱中間部分（1260x1260pixel2）作為感興趣區(qū)域進行圖像分析。通過對灰度圖像進行閾值實現了CT圖像的二值分割，將土壤基質與孔隙區(qū)分開來。土壤大孔隙的定義一直沒有一個統(tǒng)一的標準。近年來，隨著CT掃描技術的發(fā)展，學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

中國地質大學（北京）工程碩士學位論文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飽和導水率圖3-1不同耕作措施下小麥土土壤飽和導水率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)，豎線為平均值的標準誤差。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】

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本文編號：2890633