土壤退化研究的进展与趋向论文

土壤退化研究的进展与趋向论文（通用6篇）

土壤退化研究的进展与趋向论文 篇1

土壤退化研究的进展与趋向

摘要：定义了土壤退化的概念,总结了全球及我国土壤退化概况,回顾了土壤退化研究的进展,最后提出了土壤退化的研究方向.作 者：张翠莲 玛喜 ZHANG Cui-lian MA Xi 作者单位：鄂尔多斯市环境保护监测站,内蒙古,017000期 刊：北方环境 Journal：INNER MONGOLIA ENVIRONMENTAL SCIENCES年，卷(期)：,22(3)分类号：X53关键词：土壤退化 概况 进展 方向

土壤退化研究的进展与趋向论文 篇2

1 试验区自然概况

试验在青海省玉树藏族自治州玉树县不同退化程度高寒草甸进行。玉树县平均海拔4 493.4 m, 地貌以高山峡谷和山原地带为主, 间有许多小盆地和湖盆。境内河流密布, 长江水系主要小支流和支沟发源于玉树县的有结曲河、治河、扎曲、益曲、折涌等。澜沧江水系主要小支流流经或发源于玉树县的有孜曲、盖曲、草曲等。气候属于青藏高原气象系统, 只有冷暖季之别, 没有明显的四季之分, 年温差小, 日温差大, 日照长, 辐射强, 植物生长期短, 没有绝对的无霜期, 年平均气温为2.9℃。土壤为高山草甸土和高山灌丛草甸土, 土壤表层和亚表层中有机质含量丰富。该地区常见的伴生种类有黑褐苔草 (Carex alrofusca) 、高山嵩草 (Kobresia pygmaea) 、二柱头藨草 (Scirpus distigmaticus) 、垂穗披碱草 (Elymus nutans) 、早熟禾 (Poa spp.) 、异针茅 (Stipa aliena) 、短穗兔耳草、矮火绒草 (Leontopodium nanum) 、细叶亚菊 (Ajania tenuifolia) 、兰石草 (Lancea tibetica) 、美丽凤毛菊 (Saussurea superba) 、三裂叶碱毛茛 (Halerpestes tricuspis) 等。

2 材料与方法

2.1 植物

短穗兔耳草为玄参科兔耳草属植物, 是青藏高原上一种常见的、以有性和无性两种方式进行繁殖的多年生草本植物。主要分布于青藏高原海拔2 600~4 600 m的地区, 主要生长在河边滩地、弃耕地和山坡撂荒地等生境中[8]。在一些人为活动所形成的次生裸地上, 该植物常会成为植被恢复演替过程中的先锋植物[9]。

2.2 试验设计

1) 在未退化草地 (围栏封育5年以上) 、轻度退化、中度退化、重度退化和极重度退化草地中选择5个样地, 各样地的生境特征等详见表1。

2) 在各样地中, 随机挖取短穗兔耳草基株及与其相连的匍匐茎和无性系分株, 并保持相连部分完整、不断裂。将采集的样品洗去泥砂, 测定各样品匍匐茎数量及长度, 然后取下匍匐茎和无性系分株, 分别将基株、匍匐茎和无性系分株装入不同的纸袋, 在80℃烘箱中烘至恒重, 称重, 进行有关计算。

2.3 数据的统计分析

试验数据采用Excel、SPSS软件进行分析。

3 结果与分析

3.1 匍匐茎数量变化及相关性 (见图1、表2)

注:*表示相关性显著 (P<0.05) , **表示相关性极显著 (P<0.01) 。

由图1可以看出:随着草地退化程度的加剧 (从A样地到E样地) 全氮含量先升高后降低, 在轻度退化草地 (B样地) 中达到最大值;全磷含量变化规律不明显, 在轻度退化草地 (B样地) 中最高, 在重度退化草地 (D样地) 中最低;全钾含量变化规律不明显, 在重度退化草地 (D样地) 中最高, 在极重度退化草地 (E样地) 中最低, 变化幅度较小;p H值随着退化程度的加剧而逐渐升高。短穗兔耳草的匍匐茎数随着草地退化程度的加剧 (从A样地到E样地) 先增多后减少, 在中度退化草地 (C样地) 达到最大值。由图1还可以看出, 匍匐茎数变化与全氮含量变化基本一致。说明土壤中全氮含量在某一阈值内的变化将促进短穗兔耳草匍匐茎数量的增加。匍匐茎数与土壤全磷、全钾含量的相关关系不明显, 说明土壤中全磷、全钾含量的多少对短穗兔耳草匍匐茎数量影响不大。匍匐茎数随着p H值的逐渐增大先增多后减少, 说明土壤p H值在一定阈值点内逐渐增大对匍匐茎数量的增加有利, 但超过阈值点对匍匐茎数的增加起到抑制作用。

3.2 新株数变化及相关性 (见图2、表2)

短穗兔耳草的新株数随着草地退化程度的加剧 (从A样地到E样地) 先增多后减少, 在重度退化草地 (D样地) 数量达到最大值, 在未退化草地 (A样地) 中达到最小值;新株数变化趋势与全氮含量变化趋势基本一致。说明重度退化草地由于种间竞争相对较弱, 有利于短穗兔耳草新株的成活和生长发育;而在未退化草地由于种间竞争激烈, 不利于短穗兔耳草新株的生长发育。土壤中全氮含量对短穗兔耳草新株数的生长发育有一定影响, 但影响程度不大。短穗兔耳草的新株数与土壤全磷含量的变化规律不明显。说明土壤中全磷含量的多少对短穗兔耳草新株数影响不大。新株数最大值与土壤全钾含量的最大值重合, 均在重度退化草地 (D样地) 中。说明重度退化草地土壤的全钾含量对新株的生长发育有利, 可以起到促进作用。新株数随着p H值的逐渐增大先增加后减少, 说明p H值对短穗兔耳草新株的生长发育有一个阈值点, 在阈值点以内p H值的增加有利于新株的生长发育, 超过阈值点p H值继续增大对新株的生长发育起到抑制作用。

3.3 种子数变化及相关性 (见图3、表2)

短穗兔耳草的种子数随着草地退化程度的加剧 (从A样地到E样地) 逐渐减少, 在未退化草地 (A样地) 数量最多, 在极重度退化草地 (E样地) 最少;种子数变化趋势与全氮含量变化趋势不一致。说明随着退化程度的加剧, 短穗兔耳草的种子数逐渐减少, 草地退化程度的加剧不利于短穗兔耳草有性繁殖。短穗兔耳草的种子数与土壤全磷、全钾含量的相关关系不明显, 说明土壤中全磷含量的多少对短穗兔耳草有性繁殖影响不大。短穗兔耳草的种子数变化规律与p H值情况相反, 从中度退化草地 (C样地) 开始随着p H值的逐渐增大, 种子数明显减少。说明在阈值点以内p H值的增加有利于短穗兔耳草的有性繁殖, 超过阈值点p H值继续增大对有性繁殖起到抑制作用。

4 讨论

克隆繁殖和生长的能力与植物本身的遗传特性有关, 也与环境条件有密切的关系。不同退化草地的小环境是在土壤养分、群落结构等生态因子方面具有较大差别的复合环境。本试验结果表明:随着草地退化程度的增大, 匍匐茎数先增多后减少, 匍匐茎数在中度退化草地中最多, 新株数在重度退化草地中最多。重度退化草地由于种间竞争相对较弱, 有利于短穗兔耳草新株的成活和生长发育;而在未退化草地由于种间竞争激烈, 不利于新株的生长发育。这主要是由于克隆生长一方面使基株死亡风险降低;另一方面使整个短穗兔耳草无性系占据大面积生境成为可能, 有利于对资源的摄取和利用。短穗兔耳草无性系因克隆生长而具有的这种拓展性, 使其在植物群落中的竞争力很强[10]。短穗兔耳草的种子数随着草地退化程度的加剧逐渐减少。这主要是由于在未退化和轻度退化草地种间竞争激烈, 抑制了短穗兔耳草的克隆繁殖, 因而大部分营养分配至有性繁殖;而在中度、重度、极重度退化草地由于种间竞争相对较弱, 空间较大, 有利于短穗兔耳草的克隆生长, 因而大部分营养分配至克隆生长, 从而加强了植株自身的繁殖能力, 这也是植物适应环境的一种策略。王顺忠等[5]的研究结果显示, 青海湖鸟岛地区植物群落物种多样性和丰富度随着土壤N、P、K含量及p H值等土壤因子的增加而减少。说明土壤全磷含量对短穗兔耳草繁殖生长的影响不明显, 全氮含量对匍匐茎数和新株数的生长影响较大, 全钾含量对新株数的生长也有较大的影响, p H值对短穗兔耳草种子的生长发育影响较大。群落中不同植物, 甚至不同植物的不同器官对土壤养分的需求各不相同, 如全钾含量对短穗兔耳草个体生长有利, 对繁殖生长的影响则不明显。

参考文献

[1]DONG M, De KROON H.Plasticity in morphology and biomass allocation in Cynodon dactylon, a grass species forming stolons and rhizomes[J].Oikos, 1994, 70:99-106.

[2]HE W M.Why does asexual regeneration of Sabina vulgaris populations dominate in nature?[J].Acta Phytoecol Sin, 2002, 26 (2) :235-238.

[3]MATLACK GR.Resource allocation among clonal shoots of the fire-toler-ant shrub Gaylussacia baccata[J].Oikos, 1997, 80:509-518.

[4]HUAI HY.ZHANG B.ZHANG G Y.JIANG L.Characteristics of vegetative growth of Verinica persica and their contribution to its sexual reproduction[J].J Yangzhou Univ:Agriz&Life Sci Ed, 2004, 25 (3) :70-73.

[5]王顺忠, 陈桂琛, 柏玉平, 等.青海湖鸟岛地区植物群落物种多样性与土壤环境因子的关系[J].应用生态学报, 2005, 16:186-188.

[6]刘忠宽, 智建飞, 李英杰, 等.休牧后土壤养分空间异质性和植物群落多样性[J].河北农业科学, 2004 (4) :1-8.

[7]王琳, 张金屯, 欧阳华, 等.历山山地草甸的生态关系[J].山地学报, 2004, 22 (6) :669-674.

[8]刘尚武, 卢生莲.青海植物志[M].西宁:青海人民出版社, 1999.

[9]淮虎银, 魏万红, 张镱锂, 等.不同海拔高度短穗兔耳草克隆生长及克隆繁殖特征[J].应用与环境生物学报, 2005, 11 (1) :18-22.

土壤退化研究的进展与趋向论文 篇3

摘 要：本文以天津市文化中心景观绿地为例，分析了城市绿地存在土壤盐碱化、养分贫瘠化、压实板结化、污染毒化、生物环境恶化的潜在威胁，对新建绿地土壤采用全面培育和保护技术，即建设栽植土床、实施暗管排盐、增施有机肥和改良剂，并提出城市绿地土壤退化预警对策和建议。

关键词：城市绿地；土壤退化；文化中心

中图分类号：TU986 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.10.028

Abstract： In this paper， taking green landscape of Tianjin Cultural Center for example， urban green space presence potential threat of soil salinization， nutrient depletion， compaction compaction， pollution poisoned， the deterioration of the biological environment were analyzed. For new green soil， comprehensive cultivation and protection technology was used，namely the construction planting bed soil， implementation of underground pipe row salt， exert organic fertilizers and amendments. And urban green space soil degradation early warning measures and suggestions were proposed.

Key words： urban green space；soil degradation；cultural center

1 背 景

城市绿地土壤相对于传统土壤学是一个全新的概念。绿地土壤是园林植物立地生长的载体，直接供给植物生长所必须的营养元素，提供树木生长所必须的机械支撑，是绿地生态系统中物质与能量交换的重要场所。由于城市绿地系统是城市系统内唯一执行自然“纳污吐新”的负反馈调节机制的子系统，绿地土壤遭受到城市活动和城市化过程带来的环境压力，造成绿地土壤的物理和化学性质发生变化，土壤质量降低。这些变化将影响到园林植物的正常生长和绿化景观效果。因此，抓好土壤质量建设，科学地进行改良和管理，是景观绿地建设的重要保障。

天津市文化中心总占地面积90万m2，以中心湖为中心，环绕着博物馆、美术馆、图书馆、大剧院、银河购物中心，构成了天津规模最大的公共文化设施。配植了姿态优美且能增添建筑美感的园林植物，景观绿地面积约15万m2。文化中心景观绿化地区原土不符合天津市园林种植土标准，新建绿地的土壤全部需要客土，土源来自天津市静海区。静海区盐化潮土多为氯化物-硫酸盐型和硫酸盐-氯化物型，土壤偏碱性，有机质含量较低，氮、磷营养元素缺乏，钾素较丰富。

2 绿地土壤退化的潜在威胁分析

土壤具有多种功能，当土壤一个或多个功能不能发挥时，便可以看作土壤退化（soil degradation）。在诸多功能中，最主要的是土壤生产力和环境调节功能的下降都视作为土壤发生了退化。土壤退化主要表现为土壤形成发展过程导致的退化和人为活动引起的退化。一般来说，土壤退化更多的是指人为引起的土壤质量降低过程。

文化中心的绿化土壤是盐化潮土经过人工搬运和强烈干扰垫积而形成的。土壤生态环境不仅发生了根本的变化，同时还将逐渐受到城市化过程和工业化过程的影响。根据天津市的自然因素和文化中心区域环境，综合国内外研究成果分析，项目所在范围内的绿地土壤潜伏着物理退化（压实、通气阻滞、水分不平衡、径流侵蚀等）、化学退化（盐碱化、化学物质污染、养分贫瘠化、淋溶、养分不平衡等）、生物退化（有机碳衰减、微生物量衰减、土壤生物多样性降低等）的威胁。随着时间的推移，均将逐步有所表现。现就土壤退化的主要潜在因子进行分析。

2.1 土壤盐碱化

土壤盐碱化包括盐化和碱化。当今，土壤次生盐化和次生碱化是土壤退化的重要原因。城市绿地土壤在本质上看是一种复杂的人为新成土[1]，它遵循着区域土壤的发展和演变规律。

2.1.1 土壤次生盐化 文化中心绿地土壤的次生盐化威胁可从该地土壤的盐分平衡来研究和分析。绿地土壤中盐分的积累或损失决定盐分的输入和输出过程的平衡。在输入大于输出时，盐分积累到一定程度时产生盐渍化；当输出大于输入时，盐分降低。从文化中心绿地的生态环境看，除基质土壤为轻度盐化外，外来输入盐分的因子主要是灌溉水、地下水、降雨和施肥等；输出盐分的因子主要是灌溉和降水的淋溶以及植物同化吸收等。根据天津市1971—2000年近30年的气象要素统计分析，年蒸发量平均为1 730 mm，为同期降水量的3.06倍。由此看来，在自然状态下绿地土体中盐分垂直运行的主体方向是趋向地表，特别是春季干旱季节，表层土壤很容易形成盐渍化。在盐分平衡中，灌溉是引起土壤盐分变化的主要人为因子[2]。采取科学灌溉措施，维持盐平衡为负值，就可以控制绿地土壤次生盐渍化。

2.1.2 土壤次生碱化 次生碱化土壤是一类特殊的盐土。在土壤脱盐过程中，土壤中可溶性盐不断被淋洗，土壤溶液浓度下降，土壤胶体上吸附的钠离子随之解离，造成土壤碱度增加。此外，当输入到土壤中的盐分组成以碱性钠盐为主的情况下，在积盐同时也可以发生次生碱化过程。刘刚[3]认为，当今城市绿地土壤的显著特征是土壤均呈碱性。2009年，天津北方园林生态科研所曾对友谊路行道树土壤、天津宾馆内绿地土壤，海河下游沿线土壤进行调查，pH值分别为8.77，8.20和8.0，可见中心城区绿地土壤有碱化趋势。天津开发区二十多年的绿化建设经验也表现，在绿地土壤改良中，伴随着脱盐过程，表层土壤（0～20 cm）pH值上升到8.7[4]。这些均与上海[5]、广州[6]、南京[7]、长春[3]等地的研究报告相吻合。

2.2 土壤养分贫瘠化

土壤养分是土壤肥力的重要物质基础，土壤有机质和矿物质是土壤土壤养分的重要来源。王文山[8]研究，土壤有机质在自然状态下的矿质化作用能导致土壤有机质衰减，从而也使氮、磷、钾等速效养分显著降低。土壤养分不可能全部都有效，根据已有的农田土壤研究结果估计，在完全不施肥的情况下，农田土壤实际可以利用的有效部分，消耗极限大概是：氮为20～40年，磷为10～20年，钾为80～130年。

客土进入城市，固有的生态环境被打破，然后在城市绿地土壤生态系统中建立新的平衡，但限于环境条件的影响，它的养分循环过程单一，植物营养主要靠自身供给和降水输入等。如无外来有机质和营养元素的输入，自身循环和消耗的结果将使土壤养分逐渐降低。城市生态环境中，热岛效应很明显，土温升高，加速土壤有机质的矿质化。虽然土壤在短期内释放较多养分，除土壤吸附和植物吸收部分外，相当数量的营养元素被挥发和流失。

全国很多的研究结果说明，城市绿地土壤有机质下降属于共性问题。据天津市园林绿化研究所调查，市区公园土壤比郊区土壤的有机质和速效氮、磷、钾均有显著降低。北京林业大学对北京市绿地土壤的研究也表明，土壤有机质与山地森林土壤相比总体偏低[9]，上海新建绿地土壤有机质也同样偏低[10]。由于城市绿地土壤有机质衰减，自身分解的养分减少，导致保持养分能力差，可给态养分相对含量低，使得土壤中有效养分逐渐贫乏。

2.3 土壤压实板结化

土壤压实是土壤紧实和结构破坏并使总孔隙和通气孔隙减少、导致土壤一个或多个功能丧失或下降的过程。因为客土后，原来的结构体破坏，结构碎片相互结合，结构体之间和结构体内部孔隙锐减，总孔隙度减少，紧实度增加，容重增大。机械施工和人为践踏也是造成土壤压实和板结的重要原因。

土壤压实是世界上城市绿地土壤相当普遍的退化现象。研究表明，土壤压实板结后，土壤通透性降低，根系与大气进行气体交换受到影响，直接阻碍植物根系发育。所以，紧实土壤中的根系不能为地上部分提供充足的水分和养分，从而导致地上部分生长受到限制[11]。压实还破坏土壤结构，储水能力下降，土壤水库库容萎缩，降雨时易形成地表径流，干旱时不能为植物提供水分。

2.4 土壤污染毒化

土壤污染源主要来自大气沉降物、污水灌溉、固体废弃物、农药和化肥的施用等。随着城市中人口的增加与工业的发展，城市绿地土壤重金属的污染问题日益突出。所以，目前对城市绿地土壤重金属污染的研究较多。在全世界范围内，城市绿地土壤不同程度的已经受到了重金属污染[12-13]。我国绿地土壤重金属的研究较有机污染物研究开展的早，而且研究更为广泛、深入。各类研究结果表明，北京城市绿地土壤存在程度较轻的重金属污染现象，其中Zn、Cu和Pb浓度均显著高于北京市土壤背景值，属轻度污染[8]；上海公园土壤中Pb、Zn、Cu、Cr、Cd和Ni的平均值分别为55.06， 198.54，44.57，77.01，0.40和31.17 mg·kg-1，同上海土壤背景值相比，均有不同程度的超标[14]。

交通运输与工业生产是导致城市绿地土壤重金属污染的主要原因。尾气排放和轮胎磨损以及工业活动产生的固体废弃物直接对城市绿地土壤进行污染，或者汽车尾气和工业废气排放出的重金属进入空气中，再经大气的沉降富集到城市土壤中。冬季用氯化钠盐溶液作为主干道路的融雪剂，融化的盐水也构成影响植物生存的一个新污染源。因此，不同地区植物体内的累积量差异很大。

重金属不能被微生物分解，但被生物富集。从而影响植物正常的生长发育，严重时甚至导致植株死亡[15]。土壤一旦被重金属污染，其自然净化和人工治理都非常困难。如果超过土壤生态系统的生态阈限，必然导致绿地土壤的生态退化。

2.5 土壤生物环境恶化

土壤是一个重要的地下物种库和基因库，拥有丰富、数量巨大的土壤生物，主要包括土壤微生物、土壤动物和一些低等动物。其中，土壤微生物最为重要，它参与土壤中能量流动与物质循环的各种生化过程，如呼吸作用、纤维素分解作用、氨化作用等。

城市绿地土壤由于人为破坏、压实、封闭、扰动等使微生物的自然生存环境消失，微生物的多样性减少，群落结构发生一定变化，生物的数量、生物量和种类远比农业土壤或自然土壤少[16]。此外，城市绿地土壤中的碳素、氮素和有机质的贫乏，土壤通气透水性差、结构紧实，也会限制许多土壤动物、微生物的活动与生存，从而直接降低了土壤的生态服务功能。

郑州市的研究发现，不同绿地类型土壤的微生物数量、微生物量、理化指标差异较大。地表植被种类多样、土壤疏松、有机质含量丰富的绿地土壤的微生物数量、微生物量均高于那些植被单一、土壤裸露、土壤硬度大、碱性的绿地土壤[17]。因此，张常宝[18]认为，土壤微生物数量、微生物量可作为土壤质量变化的敏感指标。张安才等[19]从研究北京市不同健康程度的银杏树时也表明，健康银杏树立地（根际和非根际）土壤中微生物数量、土壤养分含量、土壤微生物作用强度均高于衰弱银杏树。由此说明，有机质丰富和良好的土壤环境，有利于土壤生物生存和提高活性，绿地土壤则能持续发挥其生态功能。

3 绿地土壤改良和保护技术

城市绿地的持续稳定发展首先决定于城市绿地土壤的质量。为了保证新建绿地系统的土壤质量， 改良和培育土壤，保持“地力常新”是一项具有战略地位的重要工作。在文化中心景观建设中，重点强化了土壤基础建设，全面实施土壤改良和保护工程。

3.1 精细填土和整地，建造松软适度的栽植土床

文化中心新垫种植土壤的下层是排水管网和石硝淋层，上层栽植苗木，这个有限的空间是植物扎根和生长发育的土床。因此，建造好松软适度的栽植土床，对保证土壤良性发育，绿色永续极为重要。

栽植土床表层土壤的平整是控制土壤次生盐碱化的重要环节。因为土壤中盐分的积聚不仅与中小地形有关，而且与微地形的关系也十分密切。局部微地形的变化会引起土壤中盐分的再分配。当降雨或灌溉洗盐在平地或稍低的地上有暂时积水时，局部微起的高地则淹不到水或淹水时间很短，水层很薄，使得低平地上的土壤脱盐较好而微高地的脱盐差。旱季时，低平地的水分和盐分向微高地侧向移动，水分蒸发后，盐分就留在微高地。年复一年，局部微高地上就形成一层盐斑。在苗木生长过程中，地面平整的园区，灌溉和降水能均匀渗入土壤，既节约用水，又有利于植物吸收。

此外，绿地的平整工作还严格按照设计标高和要求进行。对不同用途绿地和不同地形部位因地制宜，依据地下排盐管道的走向，保证平整后地面的坡度和坡向符合种植要求。绿地栽植的园林植物包括数量较多的大乔木，根系群体大，活动旺盛，移栽后要求土质疏松、深厚肥沃的土壤。因此，对于这些区域抬高了地面标高，相对降低地下水位，控制地下水随毛管作用上升，再配合暗管排盐、土壤培肥和改良等其他措施，以快速形成适合大树生长的土壤环境。

3.2 实施暗管排盐，防止土壤次生盐碱化

土壤次生盐碱化是文化中心绿地土壤退化的重要方面。同时，文化中心及周边地区地势低平，夏季有积水的危险。因此，采用暗管排盐技术，实施水盐统一治理，防止次生土壤盐碱化。

水盐兼治的实质是对土壤中水盐运动的科学管理。土壤中多余的可溶性盐分，通过水分管理在排水的同时带走土壤中多余的盐分。在水分管理中，遵循两条原理：一是系统原理，即把水盐的来源、运输、再分配和排除看成是一个统一的、连续的运动系统；二是平衡原理，即运用水盐平衡的理论和方法去观察、分析和管理区域的水盐运动。水盐管理的主要内容包括排水、灌溉、洗盐、水源的水质管理和盐碱变化动态监测。排水可以加速水分运动，调节土壤中水盐的运动和平衡，所以是控制土壤次生盐碱化的关键技术。

场地完成基础填垫和粗平整后建设排盐工程。排盐工程采用暗管排盐盲管、支排水管和主排水管模式。施工时还多次与设计方和监理沟通，在执行设计方案的基础上，针对现场的栽植模式和地下水位，因地制宜的进行调整。

3.3 增施有机肥和改良剂，全面培育绿地土壤

有机肥可有效提高土壤有机质含量，改善土壤物理性质，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，从而加强淋盐作用，减少蒸发，抑制返盐；有机肥中的腐殖酸还可对土壤中的盐分起缓和作用，减弱盐分对植物的危害；有机肥为微生物提供能源和营养，促进土壤微生物的繁殖和活性；有机物可促使土壤溶液中的活性金属形成络合物或螯合物，或使重金属以碱化物形式沉淀，降低活性；有机肥补充植物必须的多种营养元素，使苗木更快适应环境，恢复长势，增加苗木的抗性，提高成活率，并维持茁壮成长。

土壤改良剂是以钙质化合物为主的一种混合物。其作用如下：一是使土壤中钙离子浓度增加，以代换出土壤胶体上的钠离子，降低土壤碱化度；二是钙作为电解质可以改善钠质土在冲洗改良期间水的传导度，从而增加粘质土的渗透性，提高脱盐效果；三是石灰可使许多重金属（如Cd、Hg、Zn、Pb等）形成氢氧化物沉淀，降低毒性。

4 绿地土壤退化预警对策和建议

4.1 制定绿地土壤保护的管理办法

对于城市景观绿地，应严禁一切可能污染土壤以及破坏土壤保护相关的活动。应严禁游人向绿地排放垃圾和其他废弃物，防止游人践踏，冬季降雪时严格控制融雪剂的危害等。借鉴国内外经验制定城市绿地土壤保护管理办法。

4.2 加强绿地土壤保护的长效管理

主要是加强土壤肥水的长效管理。改变园林植物不需施肥的习惯，要在园林植物各个不同生长阶段增施有机肥料和速效性复合肥料。对重点树种和重点区域，还应结合施肥适当深翻，以刺激新根发生，保证树木随树龄的增长对肥、水的需要，促使树体健壮。每年生长期应中耕除草，以减少水分蒸发和养分消耗，防止土壤返盐，使踏实的园土恢复疏松。合理灌溉和排水，保持土壤水盐平衡。在园林植物生长过程中，发现土壤生态功能低下时，还要松土、深翻、补施微生物肥料等。通过各种长效管理措施，改善土壤理化性状，促进土壤生物活性，实现土壤养分有效供给，保障绿地土壤可持续利用。

4.3 建立绿地土壤质量退化预警系统

土壤本身具有的潜在性和滞后性特点，使得土壤总是在严重退化后才被人们发现和认知，后果严重且很难恢复。因此，园林管理部门要加强土壤退化的监测与预警系统研究，在园区设置土壤退化监测基准点，定期开展土壤水盐动态和土壤质量演变的监测，建立土壤退化动态监测与动态数据库及其管理信息系统。对中心绿地土壤质量演变进行预测预报，及时采取措施，防止进一步退化。

4.4 开展退化土壤生态系统恢复与重建的研究

主要运用生态学原理及专家系统等技术，研究和开发以绿地土壤持续利用为目标的土壤和环境综合整治决策支持系统与优化模式，退化土壤质量恢复重建的关键技术及其集成运用的试验示范研究等，为城市绿地土壤退化防治提供决策咨询和示范样板。

参考文献：

[1] 张甘霖，龚子园.城市土壤与环境保护[J].科学新闻用刊，2000（37）：7.

[2]陈怀满.环境土壤学[M].北京：科学出版社，2005：384.

[3]刘刚.长春市朝阳区绿地土壤质量分析[D].长春：吉林农业大学，2011.

[4]毛建华，陆文龙，潘洁，等.天津滨海盐土的脱盐碱化及其防治[J].华北农学报，1996，11（1）：87-92.

[5]项建光，方海兰，杨意，等.上海典型新建绿地的土壤质量评价[J].土壤，2004，36（4）：424-429.

[6]卓文珊，唐建锋，管东生.城市绿地土壤特性及人类活动的影响[J].中山大学学报（自然科学版），2007，46（2）：32-35， 58.

[7]龚子同，张甘霖，卢瑛.南京城市土壤的特性及其分类的初步研究[J].土壤，2001，33（1）：47-51.

[8]王文山，王维敏，蔡典雅，等.北京地区农用土壤有机质矿化率的研究[R].北京：中国农科院土肥所，1987：224-225.

[9]邹明珠，王艳春，刘燕.北京城市绿地土壤研究现状及问题[J].中国土壤与肥料，2012 （3）：1-6.

[10]方海兰，陈玲，黄懿珍，等.上海新建绿地的土壤质量现状和对策[J].林业科学，2007，43（S1）：89-94.

[11]杨晓娟，李春俭.机械压实对土壤质量，作物生长，土壤生物及环境的影响[J].中国农业科学，2008，41（7）：2008-2015.

[12]刘艳.北京市崇文区绿地表层土壤质量研究与评价[D].北京：中国林业科学研究院，2009.

[13]卢瑛，龚子同，张甘霖，等.南京城市土壤重金属含量及其影响因素[J].应用生态学报，2004，15（1）：123-126.

[14]林啸，刘敏，侯立军，等.上海城市土壤和地表灰尘重金属污染现状及评价[J].中国环境科学，2007，27（5）：613-618.

[15]李丽雅，丁蕴铮，侯晓丽，等.城市土壤特性与绿化树生长势衰弱关系研究[J].东北师大学报（自然科学版），2006，38（3）：124-127.

[16]王焕华.南京市不同功能区表上重金属污染特点与微生物活性的研究[D].南京：南京农业大学，2004.

[17]王良睦，王文卿，林鹏.城市土壤与城市绿化[J].城市环境与城市生态，2003，16（6）：180-181.

[18]张崇宝.长春城市绿地植物群落生态脆弱度分析[J].城市环境与城市生态，2005，18（6）：37-39.

土壤退化研究的进展与趋向论文 篇4

伴随着计算机技术以及网络技术的快速发展，传统广播电视的音效画面已不能对受众产生更为强烈的试听效果。而网络电视的则是在传统试听技术的基础上进行了很大程度的提高，其视听效果更为清晰，生动。现如今的3D、4D音像效果更为网络电视画面的丰富、真实增添了绚丽的一笔。

网络电视发展中存在的问题及分析

网络电视虽然具备互动性、个性化、高视听等方面的优势，发展态势良好，但我们在网络电视的发展过程中，任然能发现很多方面的问题。社会的快速发展、网络的迅速普及，使得人们还不能真正消化网络电视这些突如其来的新型产业。面对网络服务的众多种类，网站区域的繁多，在线注册的复杂流程等多方面都可能让受众望而生畏，不能参与到网络电视中去。网络化的发展普及迅速，使得我们的网络环境尚未得到规范，从而出现一些本没有节目播放权的网站擅自播放节目却没有交付相关节目及其工作人员相应的费用，出现重大版权问题以及各网站之间的版权纠纷问题。网络电视的发展虽然使得观众可以不用受到电视台的限制自由选择节目，但仍旧受到网络宽带的限制。例如在周末休息的时间段期间，就常常出现因为上网人数过多导致网络拥挤的情况，导致网络连接慢或是出现网络连接中断的现象。由于颁布的电信与广电禁止互相渗透的条例，使得广电与电信处在一个非常尴尬的环境中，而这种现象的持续不仅严重阻碍了网络技术的发展，还阻碍了网络电视的发展。

网络电视的发展趋势

早在十几年前，网络电视就以渗透到发达国家的日常生活中，因此，早为新兴起的电视产业，我们仍然面临着很大的挑战。首先，作为新兴产业，我国尚未发展完善与之相适应的产业设备，国家相关不能应该加强相关产业设备的研发，同时建立健全相应的法律法规，以此来确保网络电视的健康、快速发展;其次，由于我国的网络电视尚处于发展阶段，没有充足的经验，在此环境下，我们就更应该将受众放在首位，根据观众的兴趣爱好来设定、丰富节目的内容，通过吸引观众的主意来确保网络电视的快速发展;最后，广电与电信作为我国网络事业的龙头企业，只有相互帮助，相互合作，才能做到真正地互利共赢，才能获得真正地发展。

网络电视虽然刚刚崛起，但其独特性、互动性却吸引了很多受众的眼球，并且其潜力尚未挖掘，还有很大的`潜力。与此同时，无线网络的蓬勃发展也为网络电视的发展提供了强有力的支持。因此，只要我们重视网络电视的发展，抓住其优势进行完善，定会取得辉煌的成果。

广播电视的发展趋势与分析

网络电视的出现以虽然在一定程度上阻碍了广播电视的发展，但还有一定的观众喜爱传统广播电视的形势。近年来卫星通讯等技术的发展以及电台不断地自我优化，也为我国广播电视的发展开拓着崭新的局面。首先，数字化电视的出现为受众提供了良好的视听体验，其强大的信号功能，也是吸引广大观众的一项重要原因，也就很大程度缓解了网络电视视听效果极好的冲击，确保了广播电视的受众人群。其次，世代的进步不可阻挡，不能改变它，我们只能去适应它。因此，在传统的广播电视的发展过程中，也要积极吸取先进的技术以及理念，可以将广播电视与网络相互结合，依靠网络技术可提前公告近期的节目花絮，增进电视信息的传播。还可以更具观众的反馈信息来制定节目播放时间的安排，以此来吸引观众的注意。

土壤退化研究的进展与趋向论文 篇5

近年来,复合材料以其高比强度、高比模量等优越于传统金属材料的性能,广泛应用于航空航天、汽车以及机械制造等行业。对工程结构的事故分析表明,复合材料内部微裂纹或微缺陷等损伤的发展和聚合是导致结构失效的重要原因之一[1],所以对复合材料结构损伤过程与强度评价方法的研究是工程中最为关心的问题之一。

针对任何一种工程材料,建立适当的强度模型,研究结构的损伤和强度特性,对于判断材料的承载情况,保证结构的正常工作与安全具有理论和实际意义。纤维增强复合材料是一种存在微观缺陷的细观微结构材料,呈现出不均匀和各向异性的特点,其损伤演化过程异常复杂,给复合材料结构损伤和强度特性的研究工作带来了很大的难度。因此,近年来国内外学者针对复合材料结构的损伤问题进行了大量深入的研究,早期的评述文献可见文献[2,3]。本文首先说明了复合材料结构损伤问题的分析基础,然后对此方面的研究方法和研究进展进行了较为全面地评述和讨论,最后提出了复合材料结构损伤方面今后应深入研究的问题。

1 强度失效准则的分析

“复合材料损伤”是美国Reifsnider教授于1977年在研究复合材料破坏时明确提出的[4],其损伤用强度失效理论来判定。

早期,类比材料力学的强度理论得到了最大应力和应变强度失效准则等,但因为复合材料与金属存在本质上的区别,即细观结构不同,所以针对不同的复合材料结构形式,产生了不同复合材料强度失效准则。近年来,国内外学者对不同的强度失效准则进行了研究,分析其对不同工况、不同结构形式的损伤预测精度。

强度准则属于一种近似准则,其中模式无关的失效准则并不考虑具体的失效模式,而是根据实验数据,通过构建基于应力分量的函数来近似地表示。其中,最简单、应用最广泛的是二次多项式失效准则,例如Tsai-Wu各向异性强度准则[5,6,7,8]:

式中:Fi,Fij为材料主轴方向的二阶和四阶强度张量。

Tsai-Wu强度失效准则由于考虑了应力之间的相互作用,对实体型复合材料结构损伤的预测精度较高,缺点是无法预测结构的损伤模式。为了克服此缺点,Zhao[6]和Engelstad[7]等运用Tsai-Wu准则时使用了失效指数来确定结构失效模式的方法。

另有一类失效准则可预测结构失效模式,例如Hashin失效准则、Puck失效准则等,其中Puck失效准则[9]是在Hashin失效准则的基础上得到的,不仅可以预测微裂纹的出现,还可以确定微裂纹的方向。此类失效准则中,Hashin失效准则[10]及其改进形式应用最为广泛,例如Nikishkov[11]和Shi[9]等均基于此研究层合板的失效模式和强度特性,Mohammadi[12]等在Hashin失效准则的基础上,增加了判断剪切损伤准则,重点研究了层合结构的非线性剪切行为。但是Hashin失效准则对于实体型结构形式则不太适用[13],其原因是实体型结构的细观编织形式比较复杂,无法区分其损伤模式是纤维、基体或剪切的损伤形式。

Hou等[14]考虑非线性因素对Chang-Chang准则的影响,得到了著名的Hou准则,此准则对于层合板结构在拉伸载荷作用下的纤维损伤具有较高的精度。古兴瑾[15]和马凯[16]等以Hashin准则为基础,考虑应变率效应对强度参数进行了修正,针对层合板结构在高速冲击下的损伤研究有较高的预测精度。陆晓华[17]在理论分析和试验研究的基础上,推导出一种新的强度准则,并对双轴纤维增强复合材料的损伤特性进行了研究。陈博等[18]分析总结了一些常用准则的特点和不足之处,考虑应力之间耦合效应对最大应力准则进行了修正,并考虑偏轴角度和纤维模量与基体模量之间差异的影响,应用于复合材料层合板结构,通过验证具有广泛的适用性。赵士洋等[19]通过分析强度失效准则的构成方法和特点,提出了一种新的强度失效准则,并对复合材料层合板的损伤进行了数值模拟。

2 结构损伤模型的研究进展

连续介质损伤力学方法研究复合材料的损伤破坏时,将含损伤介质视为连续体,侧重于研究细观损伤的宏观表现。宏观损伤模型的建立过程通常分为4个步骤:(1)选择标量或张量型损伤内变量、可观测的外变量来表征材料内部细观缺陷的变化;(2)基于连续介质力学和有限元法推导出损伤本构关系;(3)用损伤广义力表征微细观缺陷损伤的相互作用和影响,建立唯象的损伤演变方程;(4)根据初始和边界条件求解材料各点的应力、应变和损伤值。

基于复合材料的结构损伤模型,求解复合材料结构损伤的计算方法分为解析方法和数值方法。解析方法适合比较简单的结构形式,利用材料力学、势能原理等获得结构损伤的解析表达式,计算量小,但是精度不高。数值方法主要包括有限元法、边界元法、杂交元法等,其中应用最广泛的是有限元法,可有效地研究结构在不同载荷下的损伤形式和强度特性,并且有利于进行参数研究。

2.1 损伤变量

一种损伤模型的有效与否,很大程度上取决于模型采用的损伤变量。损伤变量是根据材料内部存在的微细观缺陷的特征引入的,以便于建立合适的损伤模型来描述受损材料的力学效应。

如工程结构常用的为弹性常数损伤变量,即只考虑微缺陷对材料性质影响的一阶效应,认为损伤时是各向同性的,比较典型的为Lemaitre等[4]定义的损伤变量:

式中:为受损材料的弹性系数;E为无损材料的弹性系数。

另外,还可用多个标量、矢量、二阶或更高阶的张量等来描述材料的损伤状态,例如Vasiukov等[20]采用四阶张量形式定义结构的损伤。

2.2 损伤本构关系

实际应用中,一般将复合材料的力学行为直接类比为正交各向异性材料,从而得到本构关系。复合材料结构在加载过程中出现局部破坏后,一般还能继续承受载荷。材料损伤导致结构的性能退化,从而使失效区域的承载能力下降,所以确定复合材料结构的静强度问题需要确定损伤后复合材料的本构关系。

(1)损伤应力-应变关系

在确定损伤变量的形式后,一般使用能量等效性原理、应变等效性原理以及应力等效性原理推导出含损伤的复合材料结构本构关系。

文献[21]中,推导出损伤应力-应变之间的关系为:

由于损伤后弹性模量的对称性,损伤张量Dijrs不是对称的。虽然比较准确,但是对于纤维增强复合材料来说比较复杂,且需建立多个损伤增长表达式,不利于工程应用。

针对层合板结构形式,van Paepegem等[22]把损伤分为两种形式———层内损伤(基体开裂、纤维断裂等)和面外损伤(分层等)。假设面内的应力只受面内损伤的影响,面外的应力只受面外损伤的影响。

当材料出现损伤时,结构承载能力发生变化。在宏观上表现为刚度的退化,因此可引入刚度退化因子M[13]:

使用应变能等价定理可推出实际损伤刚度矩阵C和线弹性刚度矩阵C0的关系为:

2015年,Lee等根据试验结果,在损伤本构关系中引入控制参数,认为剪切损伤参数由基体拉伸和压缩损伤参数以及控制参数所决定,而与纤维损伤无关,详见文献[23]。

(2)应变率效应

复合材料是一种应变率非常明显的材料,其弹性模量、破坏应变和强度等均存在一定程度的应变率强化或软化特性。现有研究表明[24],基体在高应变率下为粘弹性,是复合材料应变率效应的主要原因,且均匀各向同性材料的粘弹性模型可用一个线弹性单元与Maxwell体并联,例如Karim[25]在进行高应变率下复合材料本构关系的研究中指出,用含有2个Maxwell体的分析模型描述材料的粘弹性行为,应力-应变关系为:

式中:Er为材料的松弛模量,一般可在常应变下的松弛实验测得。

2015年,Park等[26]建立了与应变率相关的复合材料结构的损伤本构模型,研究了不同应变率下面内剪切载荷作用下结构的应力、应变变化规律,同时分析了结构弹性模量与应变率的关系,并用试验验证了损伤本构模型的正确性。Shojaei等[27]从理论上推导了动态损伤的结构本构关系,在此基础上,进行了层合板结构的损伤研究。

2.3 损伤演变方程

损伤变量作为材料的内部状态变量,随着外载荷的变化而变化,其演变方程可确定结构刚度退化的程度,但是如何建立损伤演化方程从理论上还没有很好的解决方法。目前,此方程的建立主要有以下3种方法:实验(或经验)方法、不可逆热力学方法以及等价位移法等,其中后两者均是基于能量角度确定的。

(1)实验(或经验)方法

使用实验(或经验)方法确定复合材料结构的损伤演变方程,比较简单,易在工程上应用,但是物理意义不明确。例如,其中的突然退化模型因数值模拟比较简单,在复合材料的失效分析中被广泛应用[28],但是没有模拟出材料性能随损伤加剧逐渐变化的过程,导致结构的强度预测误差较大。

McCarthy等[29]采用三次样条方程式对试验数据进行处理,得到了结构损伤演变方程;Kilic等[30]采用的损伤变化形式与其应变成正比,即当损伤参数在μεf(εf为首次失效时的应变)达到其极限值1,其中μ的取值依靠试验获得;王成华等[13]综合理论分析和试验研究,建立了一种与各方向应力相关的六分量指数型刚度退化模型;Nikishkov等[11]在研究复合材料层合板的疲劳损伤时,损伤演变方程为与时间有关的参量的指数形式。

(2)不可逆热力学方法

使用不可逆热力学方法推导复合材料结构的损伤演化方程时,只有应用Clausius-Duhem不等式。此方法具有较强的物理背景,但是在公式推导过程中需一定的假设条件,比较复杂,且公式中的参数需要实验确定。在等位条件下的公式如式(7)所示[31]:

式中:γ是损伤引起的能量耗散的功率,且是与时间有关的功率;ρ是材料密度;ψ是自由能。

其损伤演化过程的推导过程在等温条件下,单位质量的Helmhltz自由能公式如式(8)所示。

式中:ψe是弹性变形自由能,ψd是损伤硬化自由能,κ是内部参量,ρ是材料密度。Dii(=1,2,6)各个标量分别代表纤维、基体和剪切损伤。

国内外学者等基于一定的假设对式(7)进行推导,得到复合材料结构的损伤演化规律,详见文献[32]]。损伤演变方程的形式一般为指数型,且需复合材料损伤试验确定方程中的待定参数。此方法的优点是通过对损伤的理论分析和公式推导,可对结构的损伤扩展进行深入研究,缺点是无法考虑温度的影响。

(3)等价位移法

在研究复合材料结构损伤时,因为刚度退化体现为局部软化特征,减小有限元网格大小,能量释放也随之减小,所以复合材料的损伤演化过程对于有限元计算分析时的网格依赖性很高。使用等价位移法建立此方程可削弱计算结果对网格尺寸的依赖性,因为此方法在推导结构的损伤演变方程时考虑了有限元网格特征长度的影响,所以国内外很多学者利用此方法确定损伤演方程,例如Zhang[33]、Zhou[34]和Ridha[8]等。

文献[9]将层合板结构的损伤演化分为拉伸失效模式和压缩失效模式。纤维和基体拉伸的损伤变量为:

式中:dT1,2为1,2方向的损伤变量,下角标1,2代表纤维和横向方向,ε0T1,2为损伤初始的应变,因为损伤的不可逆性,每一步的应变,为了避免零或负能量的产生,最终失效应变εfT1,2>ε0T1,2。

Guo等[35]假定一种破坏模式的断裂能密度保持不变,当某一部位失效时,其单元消散能量等于其弹性能量,使用位移参量推导出结构的损伤演变方程,其形式与式(9)类似。

(4)总结与分析

从损伤变量的相关物理背景可知,损伤变量必须满足热力学不可逆定理,即损伤过程是不可逆的。可假设损伤变量d是某一函数f的表达式:

式中:f是与结构应力状态和强度失效准则有关的函数表达式。

同样,损伤变量可通过多个内部函数表示:

式中:f1、f2···fn是多个单调递增函数,其值域为(0,1)。

理论上,只要函数满足式(10),均可以用来定义损伤演变方程。可根据材料以及实际情况,选择函数的个数和形式。采用不同的函数形式,其变化形式基本相同,均是从0单调递增到1,但是变化过程的趋势是不同的,主要是在初始阶段的曲率不同。综合相关文献可得,损伤演变方程一般为直线型和指数型,通过分析结构损伤的实际演化规律可得,在损伤初始时刻,损伤发展较快,但是随着损伤扩展,损伤发展更趋于平缓,损伤参数趋近于1,所以指数型更符合结构的实际工况,参见文献[36-38]。

今后,如果按照不同的工程材料在不同的工况下选择合适的函数表达式,然后再根据试验结果确定或修正结构的损伤演化方程,可建立一种更为精确的损伤模型,从而获得更好的数值结果。并且可进一步建立工程材料损伤模型的数据库,这具有重大的工程意义。

3 不同载荷的结构损伤研究进展

3.1 静力载荷

纤维增强复合材料结构在静载荷下的损伤研究是其他载荷形式的研究基础,国内外学者的研究也最充分,但是大多集中在简单结构件。Spottswood等[39]重点研究了有曲率的层合板在横向载荷下的渐进损伤。Zhang等[40]首先考虑温度效应,从理论上推导出单轴拉伸和双轴拉伸作用下复合材料的损伤应力-应变关系和结构的损伤演变方程,对层合结构在双轴拉伸和热载荷作用下的力学性能退化作了研究。Li等[41]考虑了非弹性应变对结构损伤的影响。Ridha等[8]研究了不同尺寸和不同层叠顺序的结构损伤和强度特性。

2015年,由于复合材料的多向加载问题的结构损伤机理还不是很清楚,因此,Lee等[42]认为Tsai-Wu等的研究中相互作用失效准则均是单向层合板在单向载荷作用下获得的,但是对多向载荷下的复合材料结构不一定适用,从理论上研究了多向载荷作用下复合材料板壳结构的二维应力相互影响失效理论,并经过试验验证了二维应力相互影响失效理论的正确性。

3.2 疲劳载荷

复合材料结构在静载荷和疲劳载荷下的损伤特性都受到材料内部初始缺陷的影响,不同点是不同的加载方式引起不同特征的损伤。Whitworth等[43]将结构损伤模型代入到S-N曲线中,从理论上推导了疲劳载荷作用下的剩余刚度和强度表达式。van Paepegem等[44]采用有限元法对试验构件进行了数值模拟,得到了结构在疲劳载荷作用下剩余刚度[46]。Vallons等[47]重点研究了复合材料在低载荷循环下的刚度退化形式,得出结构在疲劳载荷下的损伤特性与其在静载荷下的结构损伤具有相似性,并用试验验证了数值仿真的正确性。

近年来,国内外学者对变幅值载荷作用下的结构疲劳损伤作了大量深入的研究。2011年,Eliopoulos等[49]]针对变幅值循环载荷下的层合板,假设其处于平面应力状态,计算了结构的剩余强度并用试验验证模型的正确性。同年,Passipoularidis等[50]在Puck失效准则的基础上,对变幅值疲劳载荷下的结构寿命进行了预测。

2015年,Shiri等[51]基于对结构剩余刚度和强度的研究修正了疲劳模型,重点研究了不同幅值的疲劳拉伸载荷作用下,复合材料层合板的疲劳损伤和强度特性,并研究了材料强度分散性对结构疲劳寿命的影响。

3.3 冲击载荷

复合材料结构的冲击损伤分析过程是一个高度非线性问题,包括材料非线性、结构大变形引起的几何非线性和接触非线性等。国内外学者不考虑应变率对损伤的影响,在结构静强度损伤模型的基础上,对冲击损伤做了大量的研究,例如文献[52]中分析了冲击力随时间的变化和冲击次数对结构损伤的影响,得到了结构损伤参数随冲击次数的变化规律。Donadon等[53]研究了结构冲击损伤有限元模型中网格的划分和单元的选择对计算结果的影响。Feng[54]和Shi等[55]重点考虑了结构的非线性剪切行为,采用试验和数值方法对结构的冲击载荷和冲击损伤作了研究。文献[56]从理论上研究了不同相位、不同质量的多个冲击物对层合结构的冲击损伤和强度特性。

近年来,国内外学者Tagarielli[57]和Tabiei等[58]考虑了复合材料的应变率效应对冲击损伤的影响。2015年,Xin等[59]对结构在冲击载荷下的强度失效准则进行了分析,并使用等效位移法建立的损伤演化方程模拟了结构在低速和高速冲击载荷下的渐进损伤过程,并重点研究了应变率对本构模型的影响。同年,Park等[26]研究了不同应变率的载荷作用下结构的应力、应变变化规律以及结构弹性模量与应变率的关系,并用试验验证了损伤模型的正确性。Shojaei等[27]基于连续损伤力学方法从理论上推导了动态损伤的结构本构关系,在此基础上对复合材料层合板的渐进损伤进行了研究。

4 结语

根据以上分析和讨论,建议今后的研究应关注以下几个问题:

(1)强度失效准则的适用性和修正

复合材料的强度失效准则是在经验理论的指导下得出的,不同形式的准则均存在其局限性,所以可通过大量的理论分析、数值模拟和试验研究,得到不同强度失效准则的适用范围和精确性。在此基础上,可对不同的强度失效准则进行修正,主要通过引入修正系数和非线性项等方法,并结合失效准则的构建方法对其进行深度研究。

(2)多向加载问题

目前,复合材料结构在多个方向受载时的损伤研究均是基于结构单向受载的损伤和强度特性,但是多向加载的结构损伤机理还不是很清楚,而复合材料结构的力学环境非常复杂,所以此问题的研究具有必要性和工程适用性。

(3)热力耦合问题

当纤维增强复合材料受到温度载荷时,由于纤维和基体的热膨胀系数不同,结构会产生热残余应力,因此结构的承载能力会降低。目前,复合材料失效准则表征的复杂性以及温度对结构本构关系、损伤特性的影响等研究都不是很充分。但是复合材料在航天结构的应用非常广泛,其温度环境复杂多变,所以研究复合材料结构在热力耦合作用下的损伤问题对航天复合材料结构的设计、优化以及故障诊断等具有重大意义。

(4)应变率效应

土壤退化研究的进展与趋向论文 篇6

1 土壤养分的常规浸提与测定

土壤有效养分的浸提和测定内容主要包括氮、磷、钾和部分微量元素。我国土壤浸提剂的研究和应用相对落后,目前仍然普遍采用传统方法,每一种有效养分采用一种浸提剂,操作复杂,化验室测试能力难以满足测土施肥工作的需要。

1.1 土壤有效氮的浸提与测定

土壤有效氮包括无机氮和部分易分解的简单形态的有机态氮,主要是铵态氮、硝态氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白质氮[1]。目前国内外土壤有效氮的测定方法主要有生物方法和化学方法。由于有效氮的释放主要与生物学过程有关,目前尚无理想的化学测定方法。采用生物培养法测定的有效氮与作物生长有较高的相关性,但需要较长的培养试验时间,操作复杂,难以适应推荐施肥的需要。化学方法测定虽然快速简便,但测定结果与作物生长的相关性较差。化学方法一般用于测定土壤水解氮,主要有酸水解和碱水解2种。酸水解适用于有机质较高的酸性土壤,不适用于有机质含量低的石灰性土壤,而且操作复杂,较费时。碱水解又分为碱解扩散和碱解蒸馏2种形式,我国一般采用碱解扩散法,其操作快速简单。除了碱水解法外,目前常用的化学方法还有水或盐溶液浸提法。

1.2 土壤有效磷的浸提与测定

土壤有效磷的浸提剂主要有3种[1,2]:(1)0.5 mol/L Na HCO3(Olsen-P),主要适用于石灰性土壤,也可以用于中性和酸性土壤,受温度的影响较大,一般需要局部恒温或通过试验进行温度校正。(2)0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl(Bray 1-P),适用于酸性土壤有效磷的测定,但不适用于水稻土。(3)0.05mol/L HCl-0.025 mol/L H2SO4(Mehlich 1-P),只适用于有机质含量低、阳离子交换量小的酸性土壤,不能用于石灰性土壤,但此法不仅能提取土壤有效磷,同时能提取NO3-、NH4+、K+、Ca2+、Mg2+等,可以作为联合浸提剂。浸出液中的磷可以通过钼锑抗比色法测定。

1.3 土壤有效钾的浸提与测定

对土壤有效钾的分析包括速效钾和缓效钾。土壤速效钾包括水溶性钾和交换性钾,通常用1mol/L NH4OAc作为标准浸提剂,其重现性好,同时和作物吸收量也有较好的相关性,浸提液用火焰光度计测定较为方便。土壤缓效钾的测定一般用煮沸的1 mol/L HNO3浸提,除去速效钾的含量即为缓效钾的量。土壤缓效钾与稻、麦等禾谷类作物吸收量有显著的相关性。

1.4 土壤有效锌、铜等元素的浸提与测定

对土壤有效锌、铜的测定,酸性土壤常用0.1 mol/L HC浸提,中性和石灰性土壤通常用DTPA(二乙基三胺五乙酸)溶液浸提,普遍采用原子吸收分光光度法测定。土壤有效锰包括水溶态、交换态和易还原态3种形式,一般用1mol/LNH4OAc溶液和NH4OAc加对苯二酚提取,原子吸收分光光度法测定。土壤有效钼的提取剂应用较广泛的是p H值为3.3的草酸—草酸铵溶液,与生物反应的相关性较好,浸提液用催化极谱法测定[1]。土壤有效硼的测定普遍采用Berger和Troug在1939年提出的热水回流浸提法[3],或用姜黄素比色法、甲亚胺比色法测定,此方法与许多大田作物和蔬菜的吸收相关性较好。我国为适应科学施肥推广的需要,土壤有效铜、锌、铁、锰采用DTPA一次提取,用原子吸收分光光度法测定,以提高测试的速度。

2 通用浸提剂的发展

土壤养分测定过程主要包括样品的前处理、有效养分的浸提和养分含量的测定。随着现代分析技术和大型自动化精密分析仪器的快速发展,化验室具备了对待测液中养分含量进行快速和准确测定的能力。同时在土壤养分测定中除了要测定大量元素,还增加了微量元素的测定,因而样品有效养分的浸提成为影响测试速度和准确度的关键因素。在土壤养分常规测定中,针对不同的土壤类型采用不同的浸提剂,而且一种土壤有效养分采用一种浸提剂,浸提时间长,操作复杂,费工、费时、效率低、成本高,因此不利于大批量和快速测定。为了提高测试工作效率,增强化验室测土推荐施肥的工作能力,人们又致力于联合和通用浸提剂的研究和应用。联合浸提剂即可以同时提取多种元素的浸提剂,通用浸提剂是指适用于多种类型土壤的浸提剂,一般来说通用浸提剂都能够同时提取多种元素,统称为通用浸提剂。

当前对土壤通用浸提剂的研究已经取得了很好的效果,最著名的有:Morgan试剂、Mehlich 1试剂(简称M1)、Soltanpour-Swab(AB-DTPA)试剂、Morgan-Wolf试剂、Mehlich 3试剂(简称M3)和ASI浸提剂等[4]。最早提出的是1941年的Morgan试剂,由研究者的名字命名。1954年Mehlich提出了Mehlich 1浸提剂,即双酸法,适用于酸性砂质土壤,可以同时提取P、K、Ca、Mg、Na、Mn、Zn等多种元素。1977年Soltanpour提出了用于碱性土壤的Soltanpour试剂。Wolf于1982年对Morgan试剂进行改进,成为MorganWolf试剂(AB-DTPA)。Mehlich 3试剂是在1982年正式提出的,被广泛应用于各类土壤[5,6,7]。美国农化服务公司(ASI)采用的浸提剂(0.25 mol/L Na HCO3-0.01 mol/L EDTA-0.01mol/L NH4F)可以同时浸提有效P、K、Fe、Mn、Cu、Zn。表1列出了几种浸提剂的比较。

以上几种通用浸提剂中,Morgan和Morgan-Wolf试剂目前使用已经较少,Mehlich 1在我国南方酸性土壤上应用较为普遍。ASI试剂由加拿大磷钾研究所中国项目引进,试验研究表明,ASI浸提的土壤有效磷、钾和相对产量有较好的相关性[8]。Mehlich 3试剂早期由李酉开引进我国[9],并对M3-ICP法在石灰性土壤上与常用测试方法的相关性以及与作物吸收量的相关性进行了研究。结果表明M3测定值不仅与相应的参比法测定值(除DTPA-Mn外)有极显著的相关,而且M3-B、Mn、Cu、Zn、Mo值与植物吸收量的相关性也达到显著和极显著水平,其中M3-B、Mn值与植物吸收量的相关性优于热水-B和DTPA-Mn的相关性[9,10,11,12]。

3 Mehlich 3试剂的应用

3.1 浸提原理

M3浸提剂中的HOAc、NH4NO3和HNO3提供了p H为2.4~2.6的缓冲环境,H+和NH4+可浸出交换态K、Na、Ca、Mg、Mn、Cu和Zn等阳离子;NO3-和OAc-有利于交换态Mo和S的浸提;F-可与Al、Fe以及B等离子络合,促使Al-P、Fe-P和B的解吸;HOAc和HNO3的存在增加了酸溶液有效养分和Ca-P的解吸;EDTA适于对Fe、Mn、Cu、Zn等微量金属元素的浸提[5]。

3.2 优点

(1)M3浸提剂不仅适用于各类酸性和中性土壤,在一定范围内也可用于碱性和石灰性土壤中多种有效大量和微量元素的浸提。

(2)M3浸提的多种有效养分,与植物反应有很好的相关性,可以表征土壤中这些有效养分的丰缺水平。

(3)M3浸提剂本身很稳定,便于配制和长期贮存。

(4)浸提剂反应速度快,浸提过程仅需在室温振荡5 min即可完成。

(5)容易取得清亮的浸提液,因土壤有机和无机胶体在酸性介质中被絮凝滤出。

(6)M3浸提剂与多元素分析仪器联用,可大大提高土壤测试工作效率。

(7)用ICP或AAS定量各元素时不留“盐疤”,无基质影响,干扰因素较少。

(8)M3测定值一般较高,便于养分水平的分级。

3.3 应用M3试剂的主要问题

(1)在石灰性土壤上使用M3浸提液,其pH值上升。浸提剂虽有较好的缓冲性,但对CaCO3含量高的土壤,可能因不同土壤的pH值差异大或浸提能力不一致而影响测定值的可比性。

(2)M3法的土壤浸提液常带颜色。浸提液从淡黄至橙黄或红色,深浅不一,因土而异。溶液的颜色对ICP和AAS定量各元素虽无影响,但若用比色法定量P和B等则有一定的干扰。

(3)M3法尚缺乏系统的丰缺指标,目前虽然可依靠M3法与常规方法的相关性换算出试用指标,但还应广泛开展M3法测试值与作物吸收量的相关性研究,建立系统的丰缺指标体系。

4 展望

M3浸提剂适合包括石灰性土壤在内的各类土壤有效P、K、Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Cu、Zn多种大量及微量元素的浸提,M3浸提剂与ICP光谱分析结合的技术(M3-ICP)是当前较理想的高效土壤测试方法。随着我国土壤测试技术的发展和测土施肥技术的推广普及,土壤测试化验室也开始走向市场,为农民提供社会化服务。为提高测试能力和工作效率,研究、采用通用浸提剂是今后发展的重要内容之一。M3浸提剂在我国测土推荐施肥中前途广阔。

摘要：土壤有效养分分析是推荐施肥的关键环节。其分析方法已经形成较为成熟的体系,测试技术开始向联合、通用浸提剂和多元素同时测定方向发展。通过对几种通用浸提剂的分析比较,Mehlich3土壤浸提剂以其多元素联合浸提、通用性强以及与参比方法和作物吸收量具有较好的相关性成为适合我国土壤有效养分分析的通用浸提剂,其与等离子体发射光谱联合应用的M3-ICP技术在我国推荐施肥中具有广阔的前景。

关键词：Mehlich 3,土壤通用浸提剂,有效养分,相关性

参考文献

[1]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社,1999.

[2]杜森,高祥照.土壤分析技术规范[M].北京:农业出版社,2006.

[3]BERGER K C,TRUOG E.Boron determination in soils and plants[J].Ind Eng Chem,1939,11(10):540-545.

[4]JONES J B.Universal soil extractants:Their composition and use[J].Commun Soil Sci Plant Anal,1990,21(13-16):1091-1101.

[5]MEHLICH A.Mehlich3soil test extractant:A modification of Mehlich2extractant[J].Commun Soil Sci Plant Anal,1984,15(12):1409-1416.

[6]SIMS J T.Comparison of Mehlich1and Mehlich3extractants for P、K、Ca、Mg、Mn、Cu and Zn in Atlantic coastal plain soils[J].Commun Soil Sci Plant Anal,1989,20(17-18):1707-1726.

[7]MICHAELSON G J,PING C L,MITCHELL G A.Correlation of Mehlich3,Bray1,and ammonium acetate extractable P,K,Ca and Mg for Alaska agricultural soils[J].Commun Soil Sci Plant Anal,1987,18(9):1003-1015.

[8]杨俐苹,金继运,梁鸣早,等.ASI法测定土壤有效P、K、Zn、Cu、Mn与我国常规化学方法的相关性研究[J].土壤通报,2000,31(6):277-279.

[9]刘肃,李酉开.Mehlich3通用浸提剂的研究[J].土壤学报,1995,32(2):132-141.

[10]SHUMAN L M,BANDEL V A,DONOHUE S J,et al.Comparison of Mehlich-1and Mehlich-3extractable soil boron with hot-water extractable boron[J].Commun Soil Sci Plant Anal,1992,23(1-2):1-14.

[11]刘秀珍,孙立艳,马骏,等.Mehlich3通用浸提剂测定石灰性土壤中有效养分的测定[J].山西农业大学学报:自然科学版,2007,27(3):299-302.