森林土壤范文（精选10篇）
森林土壤 第1篇
土壤温湿度是树木生长的重要生态因素,对森林土壤温湿度进行采集和掌握其变化规律具有重要意义。随着计算机和智能化检测技术的不断发展,嵌入式系统已成为各类数据采集的首选方案。同时,基于CDMA 1X的无线传输技术大大提高了嵌入式数据采集系统的可靠性和智能化程度[1]。中国联通CDMA 1X网络是在原有CDMA IS- 95基础上发展起来的,它支持TCP/IP、X.25协议,可长期在线,非常适合于森林土壤监测数据的无线传输。本文主要介绍了基于CDMA 1X的土壤温湿度数据采集的子系统方案[2]。
1系统组成及工作原理
整个系统由土壤温湿度数据采集子系统和远程监测接收子系统两部分组成,如图1所示。系统具有对土壤温湿度查询、存储、定时上报和预警(火灾或水灾)等功能。现场数据采集子系统由数据采集模块、CDMA模块和电源模块构成;监测接收子系统由服务器、显示控制计算机及监测服务器组成。系统的工作流程为:土壤温湿度传感器将检测到的数据通过CPU处理,以串行通信模式输出到CDMA DTU(Data Terminal Unit数据终端),DTU由CDMA 1X无线网络经Internet公网连接到数据接收系统。只要有CDMA网络的地方,就可进行无线的数据采集和传输,应用地域非常广泛。由于数据采集系统设置在森林里,采用了“太阳能电池板+蓄电池”的形式为采集系统供电[3]。
2 数据采集子系统硬件电路设计
数据采集子系统的结构如图2所示。
2.1 采集子系统控制模块
CPU控制器是整个采集子系统的核心。考虑到成本和高处理性能的需要,嵌入式CPU选用SAMSUNG公司的低功耗32位RISC微处理器S3C44B0X。该芯片在ARM7TDMI基础上增加了8kB的Cache,内部集成了SDRAM控制器、2个串行接口控制器、5个PWM定时器及1个内部定时器、1个多主的I2C控制器和具有日历功能的实时时钟、看门狗、8路10位ADC等外围控制模块,具有功耗低、功能多及价格便宜等优点。S3C44B0X通过COM0转换成RS-232接口后直接与DTU模块相连接,完成对DTU模块的初始化和基于CDMA的数据收发功能。系统中的GPS模块则通过S3C44B0X的COM1与CPU进行通信[4]。
S3C44B0X自身不具有ROM,需外接ROM来存储掉电后仍需要保存的代码和数据。本系统采用SST39VF160闪速存储器(Flash Memory)作为系统的ROM,可轻易擦写。器件容量为1MB×16,与S3C44B0X接口如图3所示。
SST39VF160为程序存储器(内含处理器的启动代码),映射在处理器的Bank0区域内,其片选端与处理器的nGCS0相连。为提高程序运行的速度和效率,系统扩展了SDRAM作为程序数据暂存空间,其型号为IS42S16400,存储空间为1MB×16×4Bank,共64MB,数据总线宽度为16,其接口电路如图4所示[5]。
土壤温湿度传感器为昆仑工控公司的JWSL-5保护型温湿度变送器,输出模拟信号电压为0-5V,输入到S3C44B0X的AIN引脚,由S3C44B0X内部ADC进行模数转换;S3C44B0X具有一个8通道的ADC,每通道的分辨率为10bit,最高转换速率为100KSPS,输入带宽为0～100Hz,输入电压范围为0～2.5V,可以满足系统数据巡回采集的需要。
2.2 CDMA 1X传输模块
远程数据传输CDMA DTU对上建立CDMA 1X无线通信链路,对下提供RS-232用户数据接口。DTU选用中兴公司的移动Modem MG801A,该模块内嵌TCP/IP协议栈,最高支持153.6kbit/s的数据传输速率,直接提供RS232/422/485接口,为用户的数据设备提供透明、全双工和对等的数据传输通道。采集子系统开机就能自动附着到CDMA 1X网络上,与数据接收子系统建立通信链路,随时收发数据。DTU使用前,需对其进行初始化配置,选择适宜的工作模式。其主要配置为:每一个DTU设定唯一的SIM卡号,该卡号可以作为下位机的ID被数据中心识别和管理。设定通信波特率,可根据森林土壤温湿度检测实际需要。本设计方案选用1200bit/s,同时设定上位机数据中心的IP地址,给予数据流指向。
2.3 GPS经纬度采集模块
本设计选用Motorola公司出品的M12模块进行现场的经纬度数据采集。该模块具有12个并行通道,可同时接收12颗卫星信号。无SA时,单点定位模式的精度优于25m,采用串行通信输出口,具有丰富的输出信息(纬度、经度、高程、速度、航向和时间),用软件可选输出速率(连续式或询问式),采用TTL电平接口(0～3 v)和RTCM数据接口。M12模块支持Motorola二进制和NMEA0183两种数据格式输出模式。在二进制模式下,M12以9600bps速率输出数据和接收指令;在NMEA0183格式下,以4800bps速率输出数据和接收指令,M12默认Motorola二进制工作模式。S3C44B0X提供了两个独立的异步串行I/O口,本方案选择COM1口接收M12的数据,并对其发送相应的控制指令[6]。
3 数据采集子系统软件设计
数据采集子系统软件主要包括操作系统移植模块、主体程序设计模块和A/D转换程序设计模块等。因为土壤监测要求实时性,本设计将具有较好实时性的嵌入式操作系统μC/OS-II移植到S3C44B0X上,要求系统在主函数中完成S3C44B0X的硬件初始化,然后进行操作系统各功能模块的初始化。操作系统共有3个任务模块,分别为主任务(传感器数据采集)、 CDMA通信、 GPS定位及数据采集。其中,主任务的优先级别最高,每隔4h进行一次数据采集、处理和发送。在接收PC机端,利用Matlab语言环境,采用其自带的TCP/IP控件,编制远程监测服务器(PC机)数据采集、储存、监测控制及操作界面等相关程序[7]。
4 结束语
本设计采用嵌入式处理器为数据采集子系统的核心,以μC/OS-II为平台来开发采集子系统的监控程序。利用CDMA 1X网络和Internet为载体将数据发送至远程监测中心,实现了森林土壤参数的远程监测。根据实际需要,对系统中的相关模块进行裁减或改变采集子系统的传感器,也可用于其它的环境监测领域,具有广范的应用前景。
摘要：以μC/OS-II操作系统为软件开发基础,设计了以S3C44B0X为核心的森林土壤温湿度无线采集系统,采集数据通过CDMA1X无线网络实时传送到远程监测服务器。为此,主要分析了现场采集系统各组成模块的硬件结构及软件功能。
关键词：土壤墒情,数据采集,S3C44B0X,CDMA,GPS
参考文献
[1]郭杨,葛化敏,焦圣明,等.基于CDMA1X网络的远程无线数据采集系统[J].微计算机信息,2007(3):86-87.
[2]李爱军,朱翔,赵碧云,等.生态环境动态监测与评价指标体系探讨[J].中国环境监测,2004,20(4):35-38.
[3]刘作炜,吉国力.基于CDMA1X的远程监控系统设计[J].现代电子技术,2006,29(15):21-24.
[4]黄伟锋,俞龙,孙道宗.基于S3C44B0X和M12模块的GPS简易接收机的设计[J].现代电子技术,2007,30(21):22-24.
[5]田泽.嵌入式系统开发与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005:374-378.
[6]Motorola.Motorola GPS Product-Oncore User’s Guide[M].USA:Motorola,2002:11-13.
森林土壤 第2篇
在绿化造林和速生丰产林培育中,从树种和造林地选择(适地适树)、造林前整地方式、幼林抚育乃至成林后的施肥灌水,都需根据土壤的特性采取相应措施。立地类型是造林设计中落实技术措施的基本单元,无论山区或是平原都根据土壤某些属性如土层厚度、腐殖质层厚度、土壤质地等择其要者作为立地类型划分的主要因子。在造林中树种选择是关键环节,本着适地适树的原则,选择生态特性与土壤条件相适应的树种,以获取最大效益。
3.2 在森林经营中的应用
森林土壤中有效磷比色方法的改进 第3篇
关键词：有效磷 比色 指示剂 溴酚蓝
Forest soil efficientive phosphorus reductive spectrophotometeric improvement
XING Yan, GENG Hai-yan, WANG Wen-xiu
(Xinjiang Central Laboratory of Ministry of Geology and Minerals, Urumqi 830000, China)
Abstract: Reductive spectrophotometer of forest soil efficientive phosphorus use 2, 4-2 nitro phenol as a regulation, the acidity indicator color range from dark yellow to pale yellow color, does not change significantly. This article through the improvement, the use of bromophenol blue indicator, color change instructions is obvious. pH range easy to control. And through experiment and the industry standard method for matching, no obvious difference, the accuracy and precision of the method to meet requirements.
Keywords: efficientive phosphorus; spectrophotometer; indicator; bromophenol blue
土壤有效磷的含量水平，是土壤磷素供应水平的指标之一，对于合理施肥、改良土壤、提高作物产量、保护环境有重要指导意义。目前，森林土壤中有效磷的测定方法【1】主要是根据土壤性质使用不同浸提剂浸提后，利用钼锑抗比色法进行测定。比色法对酸度要求较为严格【2-3】，要求pH精确控制在很小的范围内，因此，要求指示剂在很小的pH范围内颜色发生很明显的变化。国标方法中使用2,4-二硝基酚作为指示剂，其变色范围从2.4~4.4，颜色从深黄到浅黄，颜色变化不明显，pH调节范围较难控制，对操作人员要求较高。溴酚蓝作为酸碱指示剂，其pH变色范围在3.0~4.6，与2,4-二硝基酚相近，但指示剂颜色从蓝到黄，容易掌握。本文以碱性土壤为例，采用溴酚蓝作为指示劑，与行业方法进行比对，认为两种方法无显著差异，满足试际生产需要。
1.实验部分
1.1 仪器与设备
分光光度计：EV300 Thermoelectron
往复振荡机：
电子天平：
50mL容量瓶：
1.2试剂
浸提剂（0.5 mol/L 碳酸氢钠，pH 8.5）：称取42.0 g碳酸氢钠，加水至近1 L。如pH不在8.5，则用4 mol/L氢氧化钠溶液调pH到8.5，然后定容至1 L。
钼锑储备液：称取酒石酸锑钾(KSbOC4H4O6)0.3 g，溶于100 mL水中，制成3％的溶液。另称取钼酸铵10 g溶于300 mL水中，徐徐加入181 mL浓硫酸，边加边搅动，冷却。将0.3％的酒石酸锑钾溶液100 mL加入到钼酸铵液中，最后加至2 L，充分摇匀，贮于棕色瓶中，此为钼锑混合液。
钼锑抗显色剂：称取1.5 g左旋抗坏血酸溶液于100 mL钼锑储备液中，混匀。
磷标准溶液：称取0.439 g KH2PO4(105℃烘2小时)溶于200 mL水中，加入5 mL浓H2SO4，转入1 L容量瓶中，用水定容，此为100 mg kg-1磷标准液，可较长时间保存。取此溶液稀释20倍即为5 mg kg-1磷标准液，此液不宜久存。
A：称取0.04 g溴酚蓝，溶于乙醇(95 %)，用乙醇（95 %）稀释至100 mL。
B：称取0.2 g 2,4-二硝基酚溶于100 mL水中。
除非特殊说明，本方法采用超纯水。
1.3实验方法
称取5.0 g（精确到0.01 g）通过2 mm筛孔的风干土样于浸提瓶中，加100 mL 0.5 mol L-1碳酸氢钠，塞紧瓶塞，在25±2 ℃下振荡30分钟，用干燥漏斗和无磷滤纸过滤于烘干的三角瓶中。吸取滤液2~10 mL于50 mL量瓶中，加入1滴酸碱指示剂，用1mol L-1硫酸溶液调pH至溶液等当点，中和时有强烈气泡发生，要一滴一滴加入并边加边摇，勿使二氧化碳气泡溢出瓶口，等气泡不在发生后加入钼锑抗试剂5 mL，定容，摇匀，25℃下放置30分钟，700 nm进行比色。
吸取含5 μg g-1磷标准溶液0、1、2、3、4、5、6 mL，分别加入50 mL容量瓶中，加0.5 mol/L NaHCO3液10 mL，与待测溶液一同比色。
2结果分析
2.1 空白实验
分别使用溴酚蓝和2,4-二硝基酚作指示剂，测定空白，结果见表1。对表1结果进行F检验：F=Smax2/Smin2=1.09，查F表，F0.05(4,4)=6.39>F，故两组方差无显著性差异。
2.2回归实验
对两中显色剂做标准曲线，结果见表2。对标准曲线采用回归统计检验：检验SEA=SEB，F=Smax2/Smin2=0.004532/0.004372=1.036，查F表，F0.05(6,6)=4.28>F，故SEA和SEB无显著差异。因FA=FB，SC= =0.00445，检验bA=bB，t= = =0.134，查t表，t0.05(12)=2.179>t，故bA与bB无显著性差异。检验aA=aB, t= = =1.04，查t表，t0.05(12)=2.179>t，故aA与aB无显著性差异。
2.3精密度实验
对有效磷国标物质用两种显色剂测定结果见表3。F=3.55*10-7/2.95*10-7=1.20，查F表，F0.05(5,5)=4.28>F，故两组方差无显著性差异。t= =0.304, t0.05(10)=2.228>t, 故两组均数无显著性差异。由此可以看出，A、B两组均符合精密度要求。
2.4准确度实验
一般用测量值与真值的相对误差来表示测量值的准确度，结果见表5。测量值都在真值的不确定度范围内。相对误差也满足行业标准要求。
3.结论
通过以上实验证明，用溴酚蓝作为指示剂与2,4-二硝基酚作指示剂进行比色无差异。且用溴酚蓝作为指示剂终点突变明显，易于判断，便于在试际中推广应用。
参考文献
1.LY/T 1233-1999,中国林业科学院林业研究所森林土壤研究室，森林土壤有效磷的测定，91-94.
2.试论酸度对钼兰比色法测定磷的影响，易唐玲，标准计量与质量(广西)，2000，4.
3.张祥胜.钼锑抗比色法测定磷细菌发酵液中有效磷含量测定值的影响因素分析[J].安徽农业科学,2008,36(12):4822-4823.
森林土壤及其在林业发展中的作用 第4篇
在林业开发以及发展过程中, 森林土壤是最根本的因素, 林业植物的生长中需要的养分、水分、光能、热量、空气等除了个别的是大气作用, 水分以及养分还有部分氧都是依靠森林泥土的供给, 同时依赖于泥土的撑持, 植物才能够进行成长。泥土中具有肥力特征, 是泥土为植被生长供应和协调养分、水分、空气和能量的能力, 是泥土物理化学以及生物属性的集中表现。它的形成和发展受限于水分、养分、通气以及温度状况, 简称水、肥、气、热这四个因素的综合。所以, 森林泥土肥力状况不仅是自然再生产过程的产物, 也能够经过人类生产活动进行调节。森林泥土是一种天然形成的产物, 不仅能够哺育现有植物的生长并且还有使之再生的能力。
2 与林木生长密切相关的森林土壤属性
2.1 土壤质地
质地是由大小不同的土粒以各种比例组合而成。根据各种土粒级百分比, 土壤质地划分为砂土、砂壤土、壤土和黏土。质地在化验室用比重计法或吸管法测定, 在野外用手感法也能确定。森林土壤质地影响土壤有效水含量、养分含量和土壤保水保肥性能和通气性、透水性及温度变化, 因而质地与林木生长关系密切。南方低山丘陵林地土壤多黏土、壤土, 结持力紧密, 易于板结, 通透性差, 保肥力强, 但易导致地表水土流失, 这种性状不利于杉木生长, 对毛竹繁衍、生长尤为不利。在林业集约经营中应重视土壤质地的调查研究, 在速生丰产林培育中尽可能施加有机肥或间种绿肥, 并强化幼林阶段的土壤管理, 增加松土锄草次数。黄泛平原林地土壤多砂土或砂壤上, 通气透水性强, 适宜杨树、泡桐等生长, 但由于土壤水肥保蓄性能差, 加之降水较少, 土壤干旱缺水成为肥力发挥的主要障碍。
2.2 土层厚度
土层厚度就是在种植植被的地区内植被的根系活动范围。它直接影响到泥土中水、气的含量以及植被需要的养分含量, 同时也会对根系的成长以及树木抗风能力。在山区一定要特别注意土层的厚度情况, 因为在山区山地中森林泥土石块多、土层厚度不厚, 所以在山区造林一定要按照土层厚度选择种植区域。在勘测探索时土层的厚度要区分为两层, 两层厚度之和为准, 少于三十厘米是薄土层, 三十到六十厘米之间是中土层, 六十厘米以上是厚土层。山地土壤的厚度和地貌情况以及岩石破碎形成结构疏松的风化壳有关, 大多坡底因为岩石破碎形成的结构疏松风化壳较厚, 土层厚度也厚, 坡中以及坡上土层厚度就比较薄, 所以其分布是具有规律的, 在选择植林造林时或者策划图纸时可以根据地形位置当做土层厚度的参照, 同时进行勘测作为证明。
2.3 土壤水分
泥土的含水量对泥土中物理化学以及生物的成长产生作用, 在树木生长有着限制影响。泥土中的每种作用力都会对水分产生作用, 划分为重力水、吸着水、毛纲管水以及膜状水。重力水因为受到重力的作用都会渗流出土层中, 不会被树木所吸收。吸着水以及膜状水在泥土中受泥土颗粒的分子引力作用下, 仅仅的束缚在土粒表面, 接近固态水的性质, 也很难会被树木所吸收。毛纲管水受毛管压力作用而保持在土壤孔隙中的水分, 能够被树木根系吸收, 是树木吸收水分的主要来源。
3 森林土壤在林业发展中的应用
3.1 在造林中的应用
在绿化造林和速生丰产林培育中, 从树种和造林地选择 (适地适树) 、造林前整地方式、幼林抚育乃至成林后的施肥灌水, 都需根据土壤的特性采取相应措施。立地类型是造林设计中落实技术措施的基本单元, 无论山区或是平原都根据土壤某些属性如土层厚度、腐殖质层厚度、土壤质地等择其要者作为立地类型划分的主要因子。在造林中树种选择是关键环节, 本着适地适树的原则, 选择生态特性与土壤条件相适应的树种, 以获取最大效益。
3.2 在森林经营中的应用
树木郁闭度大于等于20%的天然、人工林地的培育以及采伐, 对成过熟林的砍伐以及天然森林被砍伐后再次自然生长繁衍所形成的森林的改革, 都要按照土壤的状况, 使用有关的办法。在黑龙江大兴安岭地区的天然森林内, 更新换代一直很好, 每公顷能够有十万棵树苗, 互相排挤, 相互制约, 成长比较慢, 急需砍伐一部分进行培养, 不过受限于现在的人力条件以及资金情况, 不能实现整体的治理, 只能选择泥土土质较好的地方开展砍伐培养。国内各个林区都有很多面积广阔的次生林, 所成长以及发展的地质情况不一样, 生长发展差别很大, 应该按照泥土土壤情况进行改进, 留住地质条件不错地区的树苗, 砍伐掉地质条件不好地区的树苗。对成过熟林的砍伐可能会影响当地的土壤条件以及小范围内环境产生影响, 对于后期森林的还原有不利影响, 所以不一样的森林状况要选择不一样的砍伐方式。一般对于泥土肥力条件好的全部伐除, 之后再人工进行造林;泥土肥力差的地方大多使用分次砍伐的方法, 砍伐之后人工或者自然更新;综合因素以及作用下产生的历史自然体。
参考文献
[1]李庆逵.我国土壤科学发展与展望[J].土壤学报, 1989, 26 (3) :207-216.
森林土壤 第5篇
作 者：莫江明 方运霆 李德军 林而达 李玉娥 MO Jiang-ming FANG Yun-ting LI De-jun LIN E-da LI Yu-e 作者单位：莫江明,方运霆,李德军,MO Jiang-ming,FANG Yun-ting,LI De-jun(中国科学院,华南植物园,广东,肇庆,526070)
林而达,李玉娥,LIN E-da,LI Yu-e(中国农业科学院,农业气象研究所,北京,100081)
森林土壤 第6篇
土壤有机碳库是陆地碳库的重要组成部分, 在陆地碳循环研究中有着重要的作用。由于碳循环对全球生态系统循环有着重要的影响, 因此, 土壤有机碳研究受到人们普遍关注, 已成为全球变化研究的三大热点之一[1]。要研究有机碳, 就必须了解有机碳的储存方式和它的存储位置。据研究者发现, 全球约有1 400~1 500Gt的有机碳储存在土壤中, 是陆地植物碳库 (500~600Gt) 的2~3 倍, 是大气碳库 (750Gt) 的2 倍[2,3]。根据《2005年全球森林资源评估报告》, 2005年全球森林面积39.52 亿hm2, 占陆地面积 (不含内陆水域) 的30.3%。因此, 研究森林土壤有机碳对研究全球碳循环有着重要的意义。林火是影响森林生态系统的重要因子, 火烧不但会对生态系统中的动物、植物、微生物产生影响, 而且还会影响到土壤的物理性质 (包括土壤结构、土壤湿度和土壤温度) 、化学性质 (包括有机质、矿物质、土壤呼吸和土壤养分) 土壤动物、土壤酶等。不同的火烧强度所产生的影响也会有所差异, 但影响程度会随火烧强度的增强而增加。
2 国内外对土壤有机碳的研究
中国早在1946年就正式成立中国土壤研究学会, 在土壤有机碳研究方面也取得了许多积极的进展。如周玉[11]荣等通过实验研究估算出中国主要森林生态系统的土壤碳储备量约为2.10×1010t, 在全国森林生态系统碳总储量中占据74.6%的比例, 在全球森林土壤碳储量中占据2.7%的比例;方精云[12]等通过利用我国1949~1998年间进行的7次森林资源清查资料, 对我国近50年来森林碳库的变化进行了推算, 结果显示在20世纪70年代中期以前由于对森林的不合理采伐利用, 使中国森林碳库不断减少, 据推算在这期间碳总储量减少了约0.62×1015g, 平均每年约减少0.024×1015g, 但之后通过对森林利用加强管理和开展植树造林运动, 土壤碳库储量呈增加趋势;周莉[13]等对土壤有机碳的主导影响因子进行的研究及进展, 对影响土壤有机碳的多种因子 (气候、大气成分、植被、土壤理化性质等) 进行具体分析。这些科研工作者们在各方面取得的积极进展对我国在土壤研究方面都做出了巨大的贡献。
国外对土壤有机碳的研究开始较早, 在20世纪60年代, 就有学者开始研究林火对土壤有机碳的影响, 如Rashid.GH[4]等人研究火灾对阿尔及利亚地中海橡树林土壤有机碳的影响;Johnson.SE[5]等对北美不同林火影响下土壤有机碳变化进行分析;Dikici[6]等研究了泥炭火对土壤有机碳的影响;Czimczik[7]等研究了火烧对美国俄亥俄州阔叶栎林土壤有机碳的影响;Garc, a-O liva[8]等研究了火烧对热带落叶阔叶林土壤有机碳的影响。也有学者对全球土壤有机碳总库存量进行研究, 但早期对土壤有机碳库存量的估算大都是根据少数土壤剖面数据进行的, 因此对有机碳储存量的估算也有着很大的差异, 但有两位学者的估算值成为当前全球土壤有机碳储量的上下限值, 分别是1976年Bohn[9]利用土壤分布图及相关土组的有机碳含量, 估计出全球土壤有机碳库存量为2 946Pg, 1951 年Rubey[10]根据不同研究者发表的关于美国9个土壤剖面的有机碳含量, 推算出全球土壤有机碳库存量为710Pg。由此也可以看出, 在土壤有机碳研究方面仍有很多问题等待人们去探索和研究。
3 土壤有机碳的测定方法
土壤有机碳根据微生物可利用程度分为易分解有机碳、难分解有机碳和惰性有机碳。易分解者有较高的生物利用率与损失率, 难分解者则有较高的残留率, 一般占土壤有机质的60%~80%。虽然有机碳在土壤有机质中占据很大的比例, 但在日常的实验当中如何能够快速而又精确的对土壤有机碳进行测量呢?对于这个问题, 科学界一直在不断地研究、探讨和改进, 但方法大都不尽相同。前人在测量时有的是通过干烧法测定CO2, 干烧法是先通过稀盐溶液把土壤中的DOM有机物提取出来, 紧接着放入蒸箱内在低温下将溶液蒸干, 然后在高于700℃的环境下将其与适量的氧气接触, 从而产生出CO2, 再用红外监测仪器对CO2测定, 也有用重铬酸钾和浓硫酸先进行湿硝化, 然后再通过滴定法来测定其中的碳。
相比之下, 干烧法有着较高的精度, 但是有机碳氧化需要用的仪器价格昂贵, 样品分析用量少 (3~5mg) , 且必须干燥和细磨, 而且当温度高于500 ℃时, 实验结果会因为无机碳的分解而受到影响, 尤其在测量石灰性土壤时这种影响会更加明显。因此很多研究人员会采用湿氧化法, 湿氧化法通常采用的方法是重铬酸钾氧化滴定技术, 但同样有不足之处。主要表现在测定有机碳效果较差, 因为滴定过程中不能保证所测样品被完全氧化, 所以要对测量的结果进行校正。另外湿氧化法测定所需要的时间较长, 这样就很难消除滴定液中的铬和强酸对样品的持续影响, 而且一些干扰离子在滴定和比色时也会引起误差[14]。总的来说这些方法都有它们的局限性, 而且实验测量的结果往往会与实际值有着或多或少的偏差。现在, 人们多采用TOC (总有机碳) 分析仪直接测定提取液, 这种方法相对简便而且能够有效地避免一些相关条件的影响, 因此测量的结果也相对真实可靠。
4 不同强度林火对土壤有机碳的影响
林火强度被分为3个等级, 即低强度、中强度和高强度 (重度) 。在不同的森林地段上, 由于可燃物的种类和载物量是不同的, 因此发生在不同森林地段上的林火行为是有所差异的。
一般情况下, 中、低强度的火烧仅烧毁了草本灌木层, 以及部分乔木[15], 可以促进林分的更新并减少可燃物, 不但不会对林分的碳汇功能造成巨大影响, 而且还会增加土壤有机碳的含量, 这是因为火烧将地表的枯枝落叶燃烧后留下的灰分中含有剩余的碳, 随着雨水进入土壤, 土壤碳含量也随之增加。如李纫兰等[16]在研究南方突发性火灾对土壤碳储量的影响时, 发现中低强度火烧会显著的增加土壤有机碳的含量。包旭[17]通过研究火烧对大兴安岭湿地生态系统碳循环的影响, 发现轻度火烧较未火烧样地土壤碳含量并没有显著的变化, 重度火烧样地的生物碳量和土壤碳含量都有显著降低的趋势, 而且仅重度火烧样地与未火烧样地存在着显著差异性。孙学明[18]在研究林火对不同林型土壤有机质时也发现轻度火烧后土壤有机质升高的趋势会明显加大。
而高强度的火烧灼伤高度可达到乔木林冠层[15], 致使大量乔木被烧死, 而且会显著降低土壤有机碳的含量。火烧的高温不但会直接导致地表及土壤浅层的有机碳含量减少, 而且还会通过影响土壤的理化性质、酶、pH值等来间接地影响土壤对有机碳的储存能力。因此, 高强度的林火对土壤有机碳的储存起着不利的影响。如崔晓阳等[19]在研究发现, 低、中强度的林火在短时间内对土壤有机碳影响是不明显的, 但在高强度的林火干扰下土壤有机碳的含量是明显下降的, 平均降幅达到14.6%。Wang等[20]总结了200多个火烧迹地土壤有机碳的变化情况, 发现高强度的林火会使土壤有机碳减少约25.3%, 而预定火烧 (低强度火) 对土壤有机碳没有显著影响。方东明等[21]在模拟大兴安岭火烧试验时发现高强度火烧后土壤总碳库减少了1.4% ~5.4%, 变化幅度也均高于中低强度火烧。
5 林火对不同深度土壤有机碳的影响
林火会烧除林地表面的凋落物, 改变土壤的温度, 并且随着火烧强度的增强土壤有机碳受到的影响也随之增大, 但是随着土壤深度的增加受到的影响也会随之减小。有研究表明, 地表有焰燃烧能够在短时间内迅速放热, 产生300~1 400 ℃的高温, 严重时会使土壤表面的温度达到500~700 ℃[22], 甚至超过1 500 ℃的情况都有瞬时记录[23], 在这种情况下土壤表层有机质 (碳) 会随之急剧减少。但随着土壤深度的增加, 影响程度会逐渐减小, 在土壤5cm深处的温度通常不会超过150℃, 对土壤20cm深处及以下的土壤基本没有影响。如何斌[24]等在对皆伐炼山的马尾松林地调查时发现, 炼山后0~20cm层的土壤有机质含量明显减少, 但在20~40cm层的土壤有机质含量却没有变化。这些研究表明在发生林火的短期内土壤有机碳会受到不同程度的影响。
例如有些学者对火灾发生数年后土壤有机碳的变化情况进行研究, 发现森林火灾对土壤有机碳含量是起着积极的影响作用的。如Johnson和Curtis[25]通过对48个森林火烧迹地的土壤有机碳的研究, 发现火灾10年后森林土壤中有机碳的含量相比火灾发生前是增加的。方东明用CENTURE模型模拟[21]了林火对兴安岭土壤碳的影响, 发现在火后6~8年内, 土壤碳是高于火烧前的。因此, 林火对土壤有机碳的影响一般具有以下几个特点: (1) 林火对土壤有机碳的影响具有不确定性; (2) 火烧强度越高、火烧时间越长, 影响越大; (3) 森林土壤有机碳的含量受着火及其它因子共同的影响。
6 问题与展望
由于土壤有机碳的生成和存储本身就受到很多因素的影响, 因此, 在研究土壤有机碳的过程中也存在很多的不确定性, 这也使得研究结果具有一定的局限性和不确定性。因为在不同的环境下土壤有机碳的变化机理存在差异, 所以研究局部地区土壤有机碳的变化是不具有代表性和广泛性的。在今后的研究过程中, 应该将研究范围扩大化, 通过对不同环境下土壤有机碳变化机理的研究来发现更多关于有机碳的活动变化规律。
森林土壤 第7篇
土壤的温度和湿度是重要的土壤信息,也是农作物和树木生长的重要生态因素之一[1],利用土壤温湿度数据可以预报洪水和干旱灾害。进行土壤温湿度的测定,掌握土壤墒情变化规律,是实施生态环境保护和建设的重要步骤,对农田、果园和森林的生态状况监测与预报具有重要意义[2]。传统的土壤温湿度数据采集一般使用人工采集或卫星遥测两种方法人工采集耗费大量的人力物力,覆盖面积小,且容易出错;卫星遥测覆盖面积大,但精度不高。
当前,智能检测技术不断发展,嵌入式系统已成为构建各类数据采集的首选方案。同时,基于通用分组无线业务GPRS(GeneralPacketRadioService)网络的无线数据传输技术为实现温湿度数据的远程传输提供了可行的手段。本文介绍的森林土壤温湿度嵌入式远程实时监测系统将嵌入式软硬件技术、GPRS网络技术和GPS技术结合在一起,应用到森林土壤温湿度的监测中,为实现土壤墒情的远程监控进行了一部分前期基础研究。
1 系统组成
监测系统由现场数据采集子系统和信息接收中心两部分组成。其中,数据采集单元利用土壤湿温度传感器采集数据,数据经嵌入式微控制器MCU(MicroControllerUnit)处理后[3],通过GPRS网络发送至远程土壤信息接收中心,中心计算机收集温湿度数据,并自动显示相关信息。
现场数据采集子系统主要由土壤温湿度传感器模块、嵌入式MCU和GPRS数据传输模块以及电源管理模块组成,其结构如图1所示。
传感器输出的信号被信号调理电路处理后传送到子系统内部的模数转换器ADC(Analog-to-Digital Converter)。MCU定时启动ADC,进行模数转换并取走数据,然后把经过处理的数据通过串行口传送到GPRS模块,并启动该模块将数据发送到GPRS无线网络。数据被GPRS网络接收后经由网关转送至Internet,最后被连接到Internet的土壤信息接收中心接收。另外,为了确定被监测点的地理位置,数据采集子系统通过GPS模块进行定位信息的采集。由于数据采集单元放置在森林里,采用“太阳能电池板+蓄电池”的形式为采集单元供电。
信息接收中心主要由网络服务器和土壤墒情数据处理计算机构成具有公网固定其功能是进行数据的实时接收、处理和显示。信息中心软件采用Matlab语言编写,在Matlab环境下调测,并生成最终可执行代码。该软件具有实现信息接收中心的数据接收、存储和显示等功能。信息接收中心的结构如图2所示。
2 采集子系统硬件电路设计
数据采集子系统在硬件方面主要包括核心控制模块、温湿度传感器、信号调理及接口电路、远程数据传输模块、经纬度数据采集模块和电源模块。核心控制模块负责子系统任务总调度与数据运算,其余模块配合其工作,共同实现温湿度数据的采集、处理与传送。
2.1 核心控制模块
MCU是整个采集系统的核心,考虑到成本和高处理性能的需要,嵌入式MCU选用SAMSUNG公司生产的低功耗32位RISC微处理器S3C 44B 0X作为数据采集子系统的处理器芯片。该芯片硬件资源丰富,具有功耗低、功能多、价格便宜和性能强大等优点。S3C 44B 0X通过COM 0转换成RS-232接口后直接与GPRS模块相连接,完成对GPRS模块的初始化和基于GPRS网络的数据传输功能。系统中的GPS模块则通过S3C 44B 0X的COM 1与CPU进行通信[4]。
S3C 44B 0X自身不具有ROM[5],因此必须外接ROM来存储掉电后仍需要保存的代码和数据。本系统采用SST39VF160闪速存储器(FlashMemory)作为系统的ROM,此器件具有数据非易失和擦写容易的特点。该器件容量为1M×16Bit,与S3C 44B 0X接口如图3所示。SST39VF160作为系统的程序存储器,内含处理器的启动代码,将SST39VF160映射在处理器S3C 44B 0X的Bank0区域内,所以它的片选端与处理器的nGCS0引脚相连。
为了提高程序运行的速度和效率,在核心控制模块中扩展了SDRAM器件作为程序数据暂存空间。器件的型号为IS42S16400,其存储空间组织方式为1Mb×16b×4Bank,共64Mb,与S3C 44B 0X的接口如图4所示
2.2 传感器信号调理及接口电路
系统中,土壤温湿度传感器为昆仑海岸公司生产的JWSL-5VB保护型温湿度变送器,其输出信号为直流电压信号,范围为0～5V,温度与湿度信号从各自的通道输出,相互独立。传感器输出的信号经过线性转换处理后输入到S3C 44B 0X的AIN引脚,由S3C 44B 0X内部的ADC进行模数转换。S3C 44B 0X内部的ADC具有8个通道,每通道的分辨率为10bit,最高转换速率为100kSPS,输入带宽为0～100Hz,输入电压范围为0～2.5V,能够满足该系统数据巡回采集的需要。传感器信号调理及与S3C 44B 0X的接口电路如图5所示。
传感器输出的电压信号进入该电路之后,首先经过低通滤波。传感器输出的电压信号本身可能有不稳定因素,加上经过长电缆传送,此过程中还会受到其他设备的干扰,很多中高频噪声叠加到信号中,所以在信号进入处理器的ADC之前,先通过低通滤波器尽可能地把噪声和干扰滤除。这里使用一阶RC低通滤波器进行滤波,截止频率为15.92Hz,可以有效地衰减中高频干扰成分,较好地反映出信号的变化。传感器输出信号通过滤波器后,再经一级电压跟随器缓冲,由R 1和R 3组成的分压电路转换成0～2.5V的电压信号后,再经一级缓冲,最后送入处理器的AIN端口(温度信号送AIN 1,湿度信号送AIN 2)。
2.3 远程数据传输模块
系统利用GPRS网络进行无线通信,GPRS在分组交换模式下发送和接收数据,可以使不同的数据传输分享传输带宽,从而提供了一种高效和低成本的无线数据传输业务。将GPRS用于土壤温湿度的监测中,具有接入范围广、传输速率高、实时性好和维护容易等优点。
系统中采用Motorola公司的GPRS通信模块G 20[6],该模块内嵌TCP/IP和UDP/IP协议栈,在进行数据传输的时候无需花费额外的软件资源去实现网络通信协议。该模块的开发板上面有一个标准RS-232数据输出口(九针D-Sub接口),S3C 44B 0X自身的串口经过电平转换后便可与G 20模块进行通信。
使用ARM控制GPRS模块进行数据传输一般有两种方式:一是在移动GPRS网内利用APN业务进行点对点的数据传输,要求收发双方都包含GPRS模块;二是使用GPRS模块登陆GGSN网关,通过无线上网的方式将数据传到远端的PC机上。
基于保证实时性和降低通信成本的目的,选用方式二和UDP协议进行数据传输。
S3C 44B 0X初始化GPRS无线模块,使之登陆GPRS网络,通过拨号过程(号码、用户名和密码)建立PPP连接,获得网络运营商ISP动态分配给数传终端的IP地址,并与服务器固定IP之间建立Socket链接。该链接成功便可以进行远程数据传输了。
2.4 经纬度数据采集模块
系统选用Motorola公司出品的M 12模块[7]进行经纬度数据采集。该模块具有12个并行通道,可同时接收12颗卫星信号;定位精度为100m 2dRMS(有SA),无SA时,单点定位模式的精度优于25m;采用串行通信输出口;具有丰富的输出信息(纬度、经度、高程、速度、航向和时间),用软件可选输出速率(连续式或询问式电平接口数据接口M 12模块支持Motorola二进制格式和NMEA 0183格式两种的数据输出模式。在Motorola二进制模式下,M 12以9600bps的速率输出数据和接收指令;在NMEA 0183,M 12以4800bps的速率输出数据和接收指令。默认状态下,M 12模块工作在Motorola二进制模式下。S3C 44B 0X提供了两个独立的异步串行I/O口,这里使用COM 1接收来自M 12的数据,并对其发送相应的控制信息,保持M 12默认的Motorola二进制工作模式。
2.5 电源管理模块
数据采集子系统使用12V/40AH的铅酸免维护蓄电池供电。白天太阳能电池通过充电器对蓄电池充电,太阳能电池额定功率为34W,输出电压17V,输出电流2A;充电器过压和过流保护点分别设置为17.5V和2.5A,超过此值则停止充电。一般夏季7h就可充满,蓄电池可连续供电6d以上。为了防雷击,在太阳能电池上方设置避雷针。
3 软件设计
采集子系统的软件设计工作主要包括操作系统移植、主体程序设计和A/D转换微处理器程序设计3大部分。信息接收中心软件主要包括上位机软件、服务器应用界面和温湿度数据库等部分。
监测系统对实时性要求比较高,同时为了提高程序开发的效率,将实时性能比较好的嵌入式操作系统μC/OS-II移植到S3C 44B 0X上[8]。首先,系统在主函数中完成S3C 44B 0X的硬件初始化,接着完成操作系统中各功能模块的初始化,创建操作系统的5个任务,即主任务(传感器数据采集任务)、LCD显示任务、键盘扫描任务、GPS定位及数据采集任务和GPRS通信任务;其次,操作系统开始任务调度,其中主任务的优先级别最高。每1s进行一次数据的采集、处理和发送操作
PC机端在MatlabR 2007a的开发环境下,利用其自带的UDP/IP控件编制远程监测信息中心的数据采集、储存、处理及操作界面等相关程序。
4 结束语
本文研究建立土壤温湿度的嵌入式实时远程监测系统,该系统由现场数据采集子系统和信息接收中心两部分。数据采集子系统以嵌入式处理器S3C 44B 0X处理为核心,以μC/OS-II为平台开发采集器的控制程序,并以GPRS网络和Internet为载体将数据发送至远程信息中心。信息中心计算机收集数据,并自动处理、存储和显示相关信息。现场采集单元使用太阳能电池和蓄电池组合供电,并充分利用GPRS网络完善的无线接入和管理能力,使土壤温湿度数据的采集不受距离限制。用户可以根据实际需要将系统中的相关模块进行裁减和组合后用于其他监测领域。
摘要：针对森林土壤温湿度采集系统中的数据采集问题,以μC/OS-II操作系统为软件开发基础,设计了以S3C44B0X为核心的土壤温湿度数据远程实时监测系统。系统以土壤的温湿度和监测点的地理位置为监测对象,实时将温湿度和经纬度数据通过GPRS网络传送到远程的监测服务器。分析了系统各组成模块软硬件的功能与实现方法。
关键词：土壤墒情,温湿度,S3C44B0X,GPRS,GPS
参考文献
[1]何新林,郭生练,盛东,等.土壤墒情自动测报系统在绿洲农业区的应用[J].农业工程学报,2007(8):170-175.
[2]赵丽,刘兵.土壤墒情监测预报技术研究进展[J].现代农业装备,2007(11):38-41.
[3]李春杰,刘瑞霞.基于一种新型嵌入式系统级芯片的无线数据采集系统的设计[J].现代电子技术,2006(3):36-38.
[4]黄伟锋,俞龙,孙道宗.基于S3C44B0X和M12模块的GPS简易接收机的设计[J].现代电子技术,2007,30(21):22-24.
[5]田泽.嵌入式系统开发与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[6]Motorola.G20 cellular engine description[M].Aviv:Mo-torola Commun ications Israel Ltd.,2003.
[7]Motorola.Motorola GPS product-oncore user's guide[M].USA:Motorola Inc,2002.
森林土壤 第8篇
1 森林现状
解放以来, 我国建设林业生态工程项目的开始实施为我国改善生态环境、经济和社会的发展做出了巨大的贡献。然而, 在这个过程中的对林业生产项目和分析的结果进行研究, 发现当前我国林业生态工程建设也有很多问题, 面临着严峻的形势, 因此, 应加快实施林业生态工程的步伐, 进一步推动我国经济, 生态, 可持续发展。
2 森林土壤的作用
森林生长取决于土壤的肥力养分、水分、空气、温度、水、肥、气、热和协调的四个状态。因此, 林土壤的肥力水平的土壤条件的影响, 也可以通过相应的管理措施来进行完善, 进而实现人工控制要求。森林作为一种自然资源, 不仅是赋予现有的森林植物和其他物种的繁育基地的土壤, 也为森林提供给再生功能的依据。森林和森林资源的收集、使用以及及时采取更新的恢复措施, 是保持良好的土壤肥力的关键, 这也是继续确保森林植物的持续增长, 实现森林的可持续利用与发展的基础前提。在这个意义上, 它也可以使用很长一段时间, 具有再生能力的生产手段。从林业生产角度分析而言, 林地土壤气候、生物、母材、地形和时间在森林生态系统中的外部因素是系统的重要组成部分。同时这些因素和其他的相关生态环境共同组成了系统化的生态体系, 如太阳辐射, 降水, 温度, 森林植物, 微生物, 动物成一个连续的交换物质和能量的森林生态系统, 促进发展和演变。这是由于几种类型的土壤, 林地土壤的形成因素的综合作用下的结果, 因此它的地位和特点, 但也为森林生态系统等生态因子的研究提供参考。
3 土壤与森林生长之间的关系
3.1 土壤质地影响
土壤形成成分是由不同尺寸的颗粒与各种比例。根据各种土壤结实率, 土壤质地分为沙、沙壤土、壤土和粘土。纹理比重计法测定稻草, 在野外与交付方法可以在实验室中确定森林土壤质地影响土壤含水量、养分和水、保肥性能和通风、透气性和温度的变化。因此密切相关的质感和树木的生长要求要具有相应的土壤。南部的低丘陵林地土壤粘土, 节点承载接近, 容易板结、通透性差、生育能力强的特性, 但其容易引起土壤侵蚀的现象造成了林业生产的不足, 这种特质是不利于中国杉木生长的, 同时对于竹子繁殖、生长特别不利。在密集的森林管理应更加注重在研究土壤质地, 在施用有机肥的快速增长和高收益的森林培育或间作绿肥, 和, 加强幼树阶段土壤管理, 增加土壤除草倍。黄河冲积平原森林土土或壤土, 透气性, 杨树, 泡桐的增长是合适的, 但是, 由于土壤保水性能差, 降水少, 土壤干旱和水资源短缺已成为生育能力发挥的主要障碍。该区域土地沙埋的土壤改良措施的落叶, 施用农家肥, 增加土壤有机质, 有条件的地方也可以采取胶粘剂的改性砂的措施, 从根本上改善土壤质地。
3.2 土层厚度
土壤厚度是指可用于森林根系生长活动的土壤的厚度。它关系到土壤湿度, 风量和森林养分所需的存储空间, 而且还影响根系舒展, 林风的阻力降低性能。土壤厚度是特别重要的, 在山上, 山森林中的岩石, 土层薄, 土壤土层厚度的主要因素是适合造林的土地。
3.3 土壤水分
土壤水分条件 (水分) 的影响的物理, 化学和生物过程, 显着抑制对树木生长的影响。水在土壤中的各种力量, 分为重力水, 水, 土壤水与膜的水。重力水的重力影响容易泄漏或丢失, 和很少使用的森林。吸湿水和膜水强烈吸附到土壤颗粒, 很难将树木吸收。毛细管水久在土壤孔隙被困, 可以充分吸收根, 树水类型。
3.4 土壤养分
土壤养分的基本构成物质是森林生物提供生长资源的关键, 森林的生命活动中所必需营养素约20%碳, 氢, 氧和其他元素的空气和水, 以及其他营养元素对土壤供应。氮、磷、钾、钙、镁、铁和其他器官在森林中的含量, 土壤中含量也较丰富, 称为主要元素。硫、锰、铜、锌、硼在森林和土壤含量小, 称为微量元素。树木各器官的含氮为0.1%~0.3%, 施氮量, 它的根, 茎叶生长受到抑制。森林土壤氮含量为0.1%~0.3%, 速效氮少。森林组织0.1%~磷0.2%, 生长停滞, 干形发展差异。森林土壤磷的含量在0.02%~0.10%, 速效磷含量0.5~50毫克/公斤。树的组织0.3%~2%含有钾, 钾对树木生理学具有重要的调节功能, 缺乏短时间会严重削弱抵抗树。森林土壤全钾含量为2.5%~5%, 速效钾含量20~200毫克/千克, 速效钾含量20~200毫克/公斤。微量元素在树体内酶, 维生素和生长激素成分, 并直接参与代谢过程, 不是缺乏树木正常生长。土壤中这些元素含量较低, 但它能满足需要的森林。
4 森林土壤在林业发展中的应用
森林土壤是一门以科学技术和方法来研究土壤和土壤成分的学科, 也是对于土壤进行综合管理的学科。发展林业, 提高森林生产力是林业工作中的重点, 是以森林土壤为科学的指导, 加以采用先进的技术的基础上生产的土壤性质和林木生长的关系。目前造林, 森林管理和森林做法的主要在于对林业土壤的研究与观察。
4.1 在造林中的应用
从树和人工造林和速生丰产林培育者 (适合树) 分析, 造林前整地、施肥和灌溉是十分重要的, 现阶段的植树活动中必须采取适当措施来改善土壤特性。对于以网状为类型的基本单位在工作中主要应用在山区和平原绿化工作中, 并对于树木的栽植是以土壤性质为基础决定的。
4.2 在森林经营中的应用
森林地变薄是造成林业影响最为严重的环节, 在工作中通过利用成熟的森林来进行天然改造自然林的土壤, 同时对这些地区加以控制和管理。天然林是以大面积的森林为主的林业分布情况, 同时在这种林业现象中土壤条件各不相同, 在不同的生长条件下, 应根据土壤性质来选择不同的树种, 进而进行适宜的植树活动, 以增加森林的成活率。
结束语
森林是一种十分有效的基础资源, 为当代人们带来经济效益的同时, 也造福于后代。在同一时间, 它们是可再生资源, 同时, 它们也能为后代子孙带来福音, 因此在工作中需要加以治理与维护。
摘要：自工业革命以来, 世界环境已大大受损, 在社会发展的过程中, 由于缺乏环境的重要性认识, 使得环境在过去经济发展中受到严重的破坏。随着社会的发展, 人们的生活意识和需求的不断增加, 在社会的发展对环境的要求也在不断提高。本文就森林土壤对于林业发展的重要性进行分析和探讨, 旨在为森林工作的更好开展提供参考。
森林土壤 第9篇
关键词：黄前流域,森林类型,土壤化学
0前言
森林植被类型是影响土壤化学和生物化学性质的主要因素, 以往的研究表明, 不同的森林植被类型, 其土壤化学性质存在一定的差异性。本文在对不同林分土壤化学性质比较的基础上, 重点比较不同森林植被土壤化学性质的变异性, 对该区不同森林土壤化学性质进行评价, 同时为城市水源地高效节水及静水型植被的选择提供理论依据。
1 试验材料与方法
1.1 试验材料
本文共选取7种森林植被类型进行试验研究, 7种林分类型分别为:侧柏, 赤松, 荒草坡, 麻栎, 板栗, 赤松五角枫混交林阴阳坡。
1.2 土壤样品的采集与制备和保存
在所设定的标准地内, 按对角线随机选5个样点, 挖取0~20cm层土样, 带回实验室, 将同一标准地不同样点的样品经混合供分析。
从野外取回的土样, 经登记编号后, 都需要经过一个制备过程———风干、磨细、过筛、混均、装瓶, 以备各项测定之用。
1.3 测定方法
1.3.1 土壤全氮量的测定
土壤全氮测定采用半微量开氏法 (凯氏定氮法) 。
1.3.2 土壤全磷的测定
全磷用酸溶-钼锑抗比色法。
1.3.3 土壤速效磷的测定
速效磷采用的碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法。
1.3.4 土壤全钾的测定
采用Na OH熔融、火焰光度法。
1.3.5 土壤速效钾的测定
NH4OAC浸提, 火焰光度法。
1.3.6 钙镁的测定
钙镁用EDTA容量法测定。
2 结果与分析
2.1 土壤氮素含量分析
土壤中的氮绝大数是储藏在土壤有机质中的有机态含氮化合物。在土壤剖面上, 土壤中全氮与硝态氮含量随着土层厚度的增加向下逐渐减少, 土壤中的全氮与硝态氮含量呈现一致的趋势。这主要归结于土壤表层生物量富集和生物作用强烈的缘故。大气降水给土壤带来的氮素只占全量的很小部分, 土壤母质含量也很小, 土壤中的氮素绝大部分是储藏在土壤有机质的有机态化合物。
土壤全氮的含量表现为:侧柏林﹥赤松五角枫混交林阴坡﹥赤松五角枫混交林阳坡﹥荒草坡﹥麻栎林﹥赤松林﹥板栗林, 土壤全氮为侧柏林含量最多而板栗林含量最小。丰富的枯枝落叶可补充土壤养分的耗竭。侧柏林、赤松五角枫混交林阴坡随着土层厚度的增加含量的变化较明显, 而赤松与板栗林变化较少。板栗林由于人为的因素如施肥、翻耕及管理措施等劳作使表层土的全氮含量较为均匀。在土壤剖面上, 土壤中氨态氮含量随着土层厚度的增加向下逐渐增加, 氨态氮的含量表现为:赤松五角枫混交林阴坡﹥板栗林﹥赤松林﹥荒草坡﹥侧柏林﹥赤松五角枫混交林阳坡﹥麻栎林, 不同林分下的氨态氮的含量较为平均, 含量相差不是很多;硝态氮的含量顺序为:侧柏林﹥板栗林﹥赤松林﹥荒草坡﹥赤松五角枫混交林阴坡﹥赤松五角枫混交林阳坡﹥麻栎林。侧柏林的硝态氮含量最高。我国森林土壤研究一般测中速效氮的研究, 氨态氨和硝态氮的研究较少。
土壤有机氮含量体现了土壤中可供植物吸收的氮素供应水平。其高低取决于土壤有机质、全氮含量和有机质的分解速度。氨态氮和硝态氮在土壤中的转化和移动具有明显区别。土壤中氨态氮含量随着土层厚度的增加向下逐渐增大, 而硝态氮与此相反。
2.2 土壤磷素含量分析
土壤中的磷可分为无机磷和有机磷两类。有机磷是植物磷素养分的重要来源, 存在于土壤有机质中, 磷的含量与有机质含量呈一定的正相关, 土壤速效磷含量是衡量磷素供应的较好指标, 主要受土壤有机质含量的影响。随着有机质的分解, 有机磷可逐步转化成速效磷供植物吸收利用。同时, 在土壤有机质和微生物参与下的还原作用, 也可以使磷酸高铁还原而释放出磷全磷的含量表现为:赤松五角枫混交林阴坡﹥麻栎林﹥板栗林﹥荒草坡﹥赤松林﹥侧柏林﹥赤松五角枫混交林阳坡, 总体水平差异不显著;而速效磷的含量表现为:侧柏林﹥荒草坡﹥赤松五角枫混交林阴坡﹥麻栎林﹥赤松五角枫混交林阳坡﹥板栗林>赤松林。
侧柏林远大于其它林分中土壤的速效磷含量。土壤全磷中只有速效磷能被植物直接吸收利用, 该变化趋势不是很明显, 也缺乏顺次递增的规律。这可能与森林植物对磷的吸收和富集有关, 也可能与磷形态转换和转换潜能的复杂性有关。侧柏林地的速效磷含量最大, 且与其它林地差异显著。土壤中全磷含量以及速效磷含量在纵断面上有向下减少的趋势, 但是也有例外。荒草坡中全氮和速效氮的含量随着土层厚度的增加而增加。这可能跟荒草坡地表裸露, 没有枯枝落叶层有关系;而板栗林的全氮也呈这种趋势是由于人为施肥耕作的结果。土壤中磷含量的变化规律与氮基本一致。
2.3 土壤钾素含量分析
土壤全钾量 (K2O) 能反映土壤钾素的潜在供应能力。土壤速效钾则是土壤全钾的现实供应指标。土壤中的全钾含量为:赤松五角枫混交林阳坡﹥麻栎林﹥赤松林﹥板栗林﹥侧柏林﹥赤松五角枫混交林阴坡﹥荒草坡;速效钾的含量表现为:板栗林﹥侧柏林﹥赤松五角枫混交林阴坡﹥荒草坡﹥麻栎林﹥赤松林﹥赤松五角枫混交林阳坡﹥板栗林。
速效钾的含量在剖面上的相关性上与氮磷保持一致。侧柏林的速效钾含量比其它林地的含量要多, 侧柏林每年向土壤表层提供大量的凋落物, 又以丰富的根系补充土壤, 因此增加了土壤速效K含量。制约土壤中钾含量变化趋势的是植被的返还能力, 在剖面上, 随着深度的加大, 生物的返还影响减弱, 代之的是成土母质, 成土母质的差异导致了上述特点, 而钾的有效性一般随p H值得增大而增高。土壤钾素中绝大部分是难以利用钾和缓效钾, 土壤全钾量主要受母质类型的影响, 且和土壤风化程度成反比。通常用速效钾含量作为衡量土壤钾素供应水平的指标。森林对速效钾具有正效应。虽然森林凋落物能归还土壤钾素, 但钾在植物中移动性强, 凋落物含钾量相对较低, 并减少交换钾的固定, 从而增加土壤速效钾土壤速效钾的含量。从变异性看, 林地对土壤表层及表下层的速效K改良效果均很显著, 板栗林则通过大量施肥来调整土壤K素含量。
2.4 土壤中的钙、镁含量分析
土壤中钙镁的含量分别为:板栗林﹥麻栎林﹥侧柏林﹥赤松林﹥赤松五角枫混交林阴坡﹥赤松五角枫混交林阳坡﹥荒草坡;侧柏林﹥板栗林﹥赤松林﹥荒草坡﹥赤松五角枫混交林阴坡﹥赤松林﹥赤松五角枫混交林阳坡。土层土壤中钙镁含量丰富, 表层含量明显高于土壤的背景值。因为土壤的盐碱化最基本的表征恰就是钙镁在土壤表层的富集。这种现象可能与土壤中水溶态和代还态钙镁具有随p H增大而降低的地球化学行为有关。
3 讨论与结论
3.1 不同森林植被下土壤化学性质的深度不同, 土壤化学特征也不同。
土壤各化学性质在深度一般上表现为, 表层土壤的N, P, K大多高于下层 (全磷和速效磷中荒草坡低于下层, 可能与地表破坏有关系) 。不同森林植被类型条件下, 氨态氮与全氮的含量相差不是很大, 差异不明显。
但是铵态氮是随着土壤深度的增加含量增加, 而硝态氮与此相反, 这可能与母质及林分综合影响有关。有机质、微量元素和钙镁则有时会出现表层低于地表下层, 且变化不明显, 但上下变化不剧烈, 这跟林地地表与地下补给物数量以及特定林份对土壤养分吸收不同有关。
3.2 土地利用方式对土壤的化学性质有较大的景响。
森林土壤 第10篇
土壤生态系统中存在着大量的微生物群落,它们在土壤的物质转化和能量流动中起着重要的作用,参与土壤中有机物质的分解和土壤腐殖质的形成和分解过程,以及土壤养分的转化和循环等[1]。喀斯特地区因岩石溶蚀作用,与常态地貌相比,形成差异很大的小地形,其土壤、小气候等有较大差异,有石面、土面、石沟、石槽、石缝、石洞等6种小生境[2],因各小生境的枯枝落叶和土壤聚积的差异,导致土壤质量不同,另一方面,随退化森林的恢复,土壤垂直剖面及根际、非根际的土壤可能具有一定的差异。土壤微生物生物量碳(SMBC)是土壤营养库的一个重要组成部分,其与土壤有机碳的比值是衡量土壤有机碳积累或缺失的一个重要指标[3,4]。因此,研究退化喀斯特森林恢复过程中SMBC及微生物熵(q SMBC)的变化,可以直接或间接地反映不同森林群落对土壤的改良作用,为不同程度的退化喀斯特生态系统森林恢复模式的选择提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区地处贵州省西南部贞丰县北盘江镇板围村105°38′487″E,25°38′982″N,是国家“十五”科技攻关计划项目“喀斯特高原生态综合治理技术与示范”的试验示范区。出露岩石主要以纯质石灰岩和白云岩为主,裸露型喀斯特峡谷地貌,海拔800~1150m;河谷气候日照充足,平均气温15.8℃,年均极端最高气温为32.4℃,≥10℃积温6542℃;平均年降水量1100mm,10月至次年4月为干旱季节,5-10月为雨季,降水占全年的90%以上;土层浅薄且不连续,pH为6.5-8.0,土体持水能力很弱,土壤经常处于干旱状态,特别是冬季干旱非常明显。与常态地貌相比,生境复杂多样,有石面、石沟、石洞、土面等多种小生境类型。该区内不同年限裸露喀斯特地貌经过天然恢复形成4个阶段,分别为裸地阶段(Ⅰ)、草本群落阶段(Ⅱ)、灌木阶段(Ⅲ)和乔木阶段(Ⅳ)四个阶段[2]。各阶段样地森林盖度和主要组成物种如表1。
1.2 供试土样采集
以空间代替时间的方法[5],在有代表性的地段,选择坡度、坡向、坡位和裸岩率等基本一致的裸地、草本群落、灌木群落、乔木群落四种类型的样地(面积分别为800 m2)。在春(2007年3月)、夏(2007年8月)、秋(2007年11月)、冬(2008年1月)四个季节用锄头、铁铲及土壤刀以S型或梅花型五点混合取样法。对每一类型样地分不同生境(土面、石沟、石槽),不同层次(在土壤剖面上根据颜色不同划分A、B层,先取B层土,再取A层土),根际和非根际(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三个恢复阶段分别随机选出的优势物种各5株作为采样点)采集土壤样品。同一样地分别按相同生境、相同层次、相同的取样区域(根际和非根际)的5个点的土样等比例混匀为一个混合样,编号,除去杂物和石块,迅速将混合样放入无菌袋内并装入带冰块的取样箱中运回。在实验室的无菌台上将混合样除去可见的土壤动植物残体,过2 mm筛,将其分为2份,1份鲜样保存于4℃冰箱中,立即进行土壤微生物学指标分析;另1份土样经风干、磨细、过100目筛,备用。供试土壤的基本情况见表2。
注:数据为每一恢复阶段供试样品的平均值,同列不同小写字母间表示LSD检验差异达显著水平(n=(3×2+2)×4×3=96(裸荒地为72,P<0.05)。下表同。
1.3 测定方法
土壤密度和含水量用常规方法测定[6],有机碳的测定采用重铬酸钾-硫酸外加热法[6];土壤p H采用蒸馏水(土水质量比1∶2.5)浸提30min,用pH S-3C精密pH计测定。
SMBC的测定采用熏蒸-浸提法[7],按下式计算:
Cmic=FC/KC
式中FC为熏蒸土壤所提取的有机碳与未熏蒸土壤所提取的有机碳的差值,KC为SMBC的转换系数,取0.38[8]。
qSMBC=Cmic/Corg
式中qSMBC为微生物熵,Cmic为微生物生物量碳,Corg为土壤有机碳。
1.4 数据处理
一般的数据处理应用Excel计算,应用SPSS及DPS统计软件进行ANOVA分析、LSD多重比较及T检验。
2 结果与分析
土壤微生物生物量碳(SMBC)是指土壤中体积小于5×103um活的微生物生物量碳,SMBC是所有进入土壤的有机物必须通过的“针眼”[9],是促使土壤中有机物和植物养分转化、循环的动力因素,是植物矿质养分的源和汇,是稳定态养分转变为有效态养分的催化剂[10,11]。SMBC在土壤中的含量较大程度上代表着土壤生物活性有机碳的储量,虽然只占土壤总有机碳的1%-3%,但这一部分的有机碳却影响着所有土壤有机质的转化,是整个森林生态系统中养分和能源循环的“动力”[12]。SMBC也已作为土壤质量变化的敏感指标[13]。土壤微生物熵(qSMBC)是SMBC与有机碳的比值。qSMBC可以作为有机碳生物有效性指标[14],可以指示土壤质量的变化和土壤健康状况或土壤肥力的指标。在同一地区qSMBC可以作为反映因土壤管理措施变化而造成有机质变化的一个指标,能预测土壤有机质长期变化或监测土地退化及恢复状况[15]。
2.1 S MBC及qSMBC的垂直变化
SMBC不仅是土壤肥力的一项重要参数,而且也是保持土壤质量可持续性演变的重要指标之一[8]。qSMBC是衡量一个生态系统土壤有机碳积累或损失的一个重要指标,该比值越高表示土壤碳的积累越多[16]。SMBC及qSMBC总体平均值的垂直变化规律如图1所示。
从图1(A)可以看出,SMBC在土壤剖面上表现出垂直分布特征,表现为A>B层。四个恢复阶段的A层SMBC分别是B层的1.224、1.209、1.146和1.126倍,t-检验表明,同一森林恢复阶段不同土层SMBC差异显著(p<0.05),其垂直分布与已有其它地区研究结果基本一致[17,18],主要原因是A层土壤通常比B层土壤具有更适合微生物生长的小生境,表层土壤质地好,有机质含量高且具有丰富密集的植物根系,许多根系分泌物及脱落物都利于微生物的生长繁殖[19,20]。A和B层土壤中,SMBC均呈现出随森林的恢复而增加的变化特点,指示土壤质量逐渐恢复。从图1(B)我们还可以看出,qSMBC的垂直变化规律与SMBC的刚好相反,即qSMBC随土层深度的增加而增加,表现为B>A层的特点,T检验表明差异显著(p<0.05)。四个恢复阶段的A层土壤的qSMBC分别是B层的0.841、0.853、0.837和0.822倍,而且土壤剖面上qSMBC均呈现出随森林的恢复而增加的变化特点,表现为乔木群落阶段>灌木群落阶段>草木群落阶段>裸地阶段,这说明森林恢复过程中土壤碳处于积累过程中。
2.2 不同生境S MBC及qSMBC的变化
喀斯特地区的生境具有小生境类型多样,生境的异质性高,土被不连续,土壤浅薄,根系生存空间狭小。破碎化程度较高,生境类型的异质性、小生境分布的无序性及条件的严酷性,使得SMBC及qSMBC在不同生境间存在一定差异。
森林恢复过程中不同生境中土壤生物量碳及qSMBC的测定结果如图2所示。从图中可以看出,SMBC的生境分布在四个恢复阶段有一定的差异,大小顺序裸地阶段为石槽、石沟、土面;草本群落阶段均为石沟、石槽、土面;灌木及乔木群落阶段为石沟、土面、石槽的特点;而qSMBC在森林恢复中的生境变化特点与SMBC的相反。相同生境土壤生物量碳与qSMBC在森林恢复过程中均表现出相同的变化规律,即随森林的恢复而逐渐增加,表现为乔木群落阶段>灌木群落阶段>草木群落阶段>裸地阶段,但qSMBC在森林恢复过程中的增加幅度较小,统计分析表明前者差异显著(P<0.05),后者差异不显著(P>0.05)。
注:n=24,不同小写字母间表示LSD检验差异达显著水平(P<0.05)
2.3 SMBC及qSMBC的根际和非根际变化
根际区土壤微生物数量明显高于非根际区,这显然与植物根系代谢能够提供较多的能源物质有关。森林恢复过程中根际、非根际SMBC及qSMBC的变化分析结果见表3。
注:R表示根际,S表示非根际,表中数据为四个季节所有生境的平均值(n=12)。
根际是微生物发育的一个特殊生境,通常把土壤与根接触的区域称为根际,根际效应的大小常用根际土和根外散土中微生物的数量(生物量)的比值(R/S)来表示,R/S比值越大,根际效应越明显[21]。表3结果表明,根际、非根际SMBC的变化随森林恢复而增加,三个恢复阶段均表现出R>S的特点,统计分析表明其差异显著(P<0.05),但根际效应(R/S)随着森林的恢复而呈现下降的趋势,草本群落阶段、灌木群落阶段及乔木群落阶段SMBC的R/S值分别是1.331、1.212和1.197。其中草本群落阶段的根际效应比其它几个阶段的明显,这与土壤微生物数量分布的根际效应一致[22]。根际、非根际qSMBC变化表现出随森林恢复而上升的趋势,但三个恢复阶段均表现出R
3 结论与讨论
3.1退化喀斯特森林恢复(裸地阶段→草本群落阶段→灌木群落阶段→乔木群落阶段)过程中,不同层次、不同生境及根际、非根际的SMBC及qSMBC随森林恢复而上升,土壤微生物生物量高的土壤中微生物碳的周转量较大,碳素的周转还带动了其他营养元素的周转[23],这揭示退化喀斯特森林不同恢复阶段的土壤处于碳积累过程中,表明土壤质量在逐渐的恢复,生态环境逐渐得以改善,有利于生态系统的生存和持续发展。
3.2四个恢复阶段SMBC的含量均随土层的加深而递减,表现为A层>B层的变化特点,这与易志刚等报道的结果相一致[24]。森林恢复过程中不同森林类型间SMBC含量的垂直变化差异较大,主要受植物根生物量的垂直分布的影响[21]。土壤微生物主要包括根际微生物和自由生活的微生物两部分,表层根分布较多且均匀,根际微生物数量多,SMBC含量也大。但土壤剖面上qSMBC的变化特点与SMBC的相反。
3.3不同生境间SMBC和qSMBC测定结果表明:退化喀斯特森林恢复过程中,SMBC在不同生境间的变化除裸地阶段上表现为石槽生境偏高外,其它几个阶段总体表现为石沟小生境偏大的特点,这是因为石沟生境具有排水、土壤物质交换较通畅,抗涝抗旱能力强的特点,有利于微生物类群及土壤动物群体的繁殖,但qSMBC的生境变化特点与SMBC的相反。退化喀斯特森林演替过程中SMBC和qSMBC变化既受恢复阶段森林组成的影响,又受不同阶段小生境所导致的温度、湿度变化的影响,远较常态地貌复杂,因此有待于对其进行深入的研究。