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探地雷达功率谱模型在砂壤含水率和紧实度探测中的应用 总被引：4，自引：3，他引：1
为了快速、高效地探测中国西部地区土地整治后砂壤的物理特性,该研究使用探地雷达对砂壤进行探测,利用自回归移动平均(auto regressive and moving average,ARMA)功率谱估计方法处理数据,建立砂壤物理模型,分析对比不同含水率和紧实度砂壤的功率谱分布特征,分别建立与含水率和紧实度具有最优拟合度的关系模型。结果表明:在频率670 MHz时,低频功率谱能量占全部功率谱能量比值(L/(H+L))与砂壤含水率相关性最强,相关系数达0.952;频率为1 000 MHz时,高频功率谱能量占全部功率谱能量比值(H/(H+L))与紧实度倒数的相关性最强,相关系数达到0.947。通过实际探测验证,该模型可以获得连续、准确、高效的砂壤含水率和紧实度数据,为土地整治工程的质量检测提供技术支持。 相似文献
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基于探地雷达早期信号振幅包络值的黏性土壤含水率探测 总被引：3，自引：3，他引：0
为了验证探地雷达探测黏性土壤含水率的精确性,利用探地雷达早期信号振幅包络法平均值方法(average amplitude envelope, AEA)对降雨前后野外农田表层(0.3 m)土壤含水率进行探测,并利用TDR探测土壤含水率以作对比。研究结果显示,土壤水分含量与黏粒含量具有一定相关性。在大面积范围内(1 000 m长测线),TDR2次探测土壤平均含水率分别为14.16、16.91 cm~3/cm~3;AEA方法 2次探测土壤平均含水率分别为14.62、17.88 cm~3/cm~3,与TDR实测含水率差值分别为0.46、0.97 cm~3/cm~3,2种方法探测所得含水率具有极显著的相关性(P0.01),相关系数分别为0.825、0.814。小范围内(40 m×40 m)降雨前后TDR 2次探测黏性土壤含水率分别为14.11、16.77 cm~3/cm~3。AEA 2次探测土壤平均含水率分别为14.86 cm、17.46 cm~3/cm~3,比TDR实测含水率分别大0.74、0.69 cm~3/cm~3。AEA与TDR探测所得含水率相关系数分别为0.701、0.827(P0.01),研究结果表明利用探地雷达AEA方法能够获得与TDR实测精度相近的黏性土壤含水率。利用常规探地雷达共中心点法及共偏移距方法对研究区黏性土壤含水率探测结果显示,这2种方法均不能有效地探测黏性土壤含水率。 相似文献
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基于探地雷达波振幅包络平均值确定土壤含水率 总被引：4，自引：3，他引：4
为了评估探地雷达探测地表土壤含水率的准确性,该研究使用雷达波振幅包络平均值(average envelope amplitude,AEA)方法在室内对含水率为0.05、0.15及0.25 cm3/cm3的砂质土壤进行了探测,并与时域反射仪(time domain reflectometry,TDR)所得土壤含水率进行了对比。结果表明,在实验室内,在0.05、0.15及0.25 cm3/cm3的土壤含水率条件下,使用AEA方法探测所得土壤含水率均比TDR所得含水率大,均方根误差分别为0.026、0.015及0.01 cm3/cm3,这3个含水率条件下,AEA方法探测土壤水分的有效深度分别为0.9、0.6和0.3 m。利用AEA方法在野外进行地表含水率探测,并与TDR和钻孔取样探测的地表含水率进行对比。野外探测结果表明,AEA方法所得含水率与TDR探测所得含水率的均方根误差为0.020 cm3/cm3,与取样实测所得含水率的均方根误差为0.031 cm3/cm3,使用AEA方法能够得到与TDR及钻孔取样精度相近的土壤含水率分布图。研究表明利用探地雷达AEA方法在探测浅部地层土壤含水率是可行的。 相似文献
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基于AEA法的黄土高原矿区复垦农田土壤含水率特征研究 总被引：1，自引：1，他引：1
为了快速、有效的测定复垦区农田尺度上土壤含水率变化以及空间分布特征,评价探地雷达对土壤含水率的探测精度,通过研究雷达信号属性振幅与土壤含水率的关系,采用振幅包络平均值(AEA)法对复垦区农田地块土壤含水率进行反演,并与雷达测线上时域反射仪(TDR)法测量所得土壤含水率结果进行对比。结果表明:探地雷达振幅信号属性与土壤含水率有着显著的关系,在研究的四种关系模型中对数模型的拟合结果最好,R~2达到0.995,根据拟合的曲线得知,振幅越大,含水率越小,只要获取地下相应位置雷达信号的振幅值,就可通过本试验拟合的关系式计算出该位置的土壤含水率。通过对比发现,AEA法所得土壤含水率要高于TDR法所测土壤含水率,两者平均相对误差为0.023 cm~3cm~(-3),两种方法所得土壤含水率变化趋势基本一致,相关系数达到0.98。研究表明,使用探地雷达AEA法用于黄土高原矿区复垦农田浅部地层土壤含水率的探测,可以获得更加连续、准确的土壤含水率分布图。 相似文献
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探地雷达结合钻孔探测采煤塌陷区土壤剖面层次及含水率 总被引：1，自引：1，他引：0
为分析煤层开采对地层结构及含水率的影响,利用探地雷达对西部煤矿开采区开采前后地表浅层土壤剖面、土壤含水率分布特征进行了探测研究。通过钻孔地质编录对雷达探测地层分布进行了矫正,并利用实验室实测含水率验证了雷达探测含水率精度。结果表明:1)雷达探测钻探结果显示,煤矿开采区浅层(10 m)土壤介质结构从上之下主要包含砂层、黏土层和风化层3类。2)探地雷达探测含水率与实测含水率随深度变化规律相似,4个钻孔两种方法探测所得含水率相关系数分别为0.875、0.88、0.94和0.84,表明探地雷达反演浅部地层含水率的可行性,黏土、含砂黏土的含水率远远大于砂层含水率。3)煤矿开采对浅部地层土壤剖面具有一定影响,但土壤剖面整体不变。煤矿开采后浅层土壤含水率下降明显,第1、3次探测L1测线砂层和黏土层含水率损失率平均为28.26%、12.85%。这表明煤层开采对砂层结构土壤含水率影响较大。第二、四次探测砂层平均含水率分别为5.31%,7.44%,含水率增大2.11%,土壤含水率增大范围在5%～56%之间,平均增大范围为27.89%示。黏土层两次探测含水率分别为11.46%、11.96%,含水率增大0.5%,含水率增大范围在-19.13%～19.59%,平均增大范围为4.79%。即黏土类结构层含水量变化较小,砂层结构含水量变化较大,说明黏土类地层受降雨影响较小,砂层结构地层含水量受降雨影响较大,表明浅部地层土壤水分主要受降雨影响。 相似文献
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探地雷达地波法测定红壤区土壤水分的参数律定研究 总被引：1，自引：1，他引：0
《土壤通报》2020,(2):332-342
探地雷达地波法是一种农田尺度快速测量土壤体积含水量的有效技术,能够弥补传统方法和卫星遥感方法在含水量监测上的不足。但地波法在红壤地区进行含水量反演的最佳参数仍未确定,相关研究鲜有报道。本研究以位于南方红壤区江西省鹰潭市孙家流域为例,采用地波法对区域土壤体积含水量进行了探测:先使用共中心点法确定所用雷达的系统延时、有效反演深度,并利用Topp、Roth、Ferre和朱安宁四种常用的经验模型由介电常数ε反演土壤含水量;然后通过固定间距法进行区域性的土壤体积含水量测量,确定雷达测量时的最佳天线间距。这一系列过程中,土壤含水量实测值是用烘干法校正的管式时域反射仪(time domain reflectometry,TDR)测定的土壤体积含水量。研究的目的是为了律定地波法在红壤区测定土壤含水量的有效反演深度、最优模型和最佳天线间距等参数。结果表明:60 MHz探地雷达地波法反演0～40 cm土层的土壤体积含水量时精度最高,误差最小;Roth经验模型更适合于红壤地区0～40 cm土层土壤含水量的反演,均方根误差(root mean square error,RMSE)为0.022 m3m-3;地波法的最佳天线间距为1.0 m,能够准确地反演土壤体积含水量;土地利用类型对雷达的探测精度具有一定影响,在1.0 m天线间距下,旱地上的反演精度优于果园,旱地和果园的RMSE分别为0.004和0.020 m3m-3。 相似文献
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透射式探地雷达探测土壤含水率 总被引：1，自引：1，他引：1
探地雷达可以进行土壤含水率的快速探测,但普通反射式雷达容易受反射层位难确定的影响造成探测误差。该研究使用透射式探地雷达对不饱和含水壤土及砂土所构建的物理模型进行透射式探测,通过起跳时间对比标定的方法,精确计算了介质中雷达波波速和土壤的相对介电常数。最后通过统计分析,发现以Topp模型公式形式为基础的三次多项式具有最高拟合优度,并修正了Topp公式中的参数后,分别建立起非饱和壤土和砂土体积含水率与介电常数的经验公式及其适用范围。最后,通过试验对比验证了该方法对砂土含水率的测量相对误差为13.20%,较时域反射TDR(time domain reflectometry)方法低14.34%,壤土为9.48%,较TDR方法低15.79%,测量精度明显高于TDR方法。因此该方法可替代TDR方法用于特定条件下土壤含水率的准确检测。 相似文献
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《土壤通报》2017,(6):1329-1337
本研究选取了17个植被类型不同或长势不同的典型地块,利用250 MHz中心频率探地雷达,采用固定间距法和共中心点法两种测量方法,分析电磁波信号对土壤剖面特性变异分层的响应特征,提取地面波和表层反射波的传播速度,代入常用的11个土壤介电常数—含水量经验模型,反演表层土壤(0~30 cm)体积含水量。GPR图像可清晰识别0~1m土层的空气波、地面波和反射波信号;GPR反演体积含水量与农田表层土壤实测质量含水量的相关系数可达0.8以上,其中以Topp模型与巨兆强模型的相关系数最高,朱安宁粉砂黏潮土的θ~ε经验模型的平均反演误差为0.012 m~3 m~(-3);对于表层土壤盐分较高的地块,反射波信号反演表层土壤含水量的效果优于地面波;表层土壤扰动越大,雷达波信号提取误差越大,GPR反演含水量的精确度越低。 相似文献
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土壤盐渍化问题严重制约着农业经济发展,快速准确地掌握农田土壤的盐渍化信息是盐渍化防治的前提。为准确快速地了解滴灌棉田土壤盐分含量情况,该研究采用探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)多频天线(250 MHz和1 000 MHz)对典型滴灌棉田土壤进行探测,通过GPR振幅包络平均值法(Average Envelope Amplitude,AEA)获取土壤视在介电常数,以Dobson盐渍土介电模型(Dobson dielectric model of saline soil,Dobson)为理论工具,估算滴灌棉田土壤的盐分含量。同时,将视在介电常数、土壤容重、含水率和土壤黏粒含量5个参数设置为模型输入变量,采用多元线性回归方法(Multiple Linear Regression,MLR),建立膜下滴灌棉田土壤盐分反演模型,并使用BP神经网络(Back Propagation neural network,BP)进行模拟预测。最终,以实测盐分为基准,评价MLR模型、BP模型和Dobson模型反演盐分含量的效果。结果表明:1)探地雷达250 MHz和1 000 MHz频率天线AEA法探测的有效深度均为0～30 cm。2)1 000MHz频率天线AEA法获取的介电常数与实测含水量有较好的多项式关系,且实测含水量和反演含水量拟合效果和精度较好,决定系数R~2为0.96,均方根误差RMSE为1.61%,平均误差率MER为7.25%。3)3种盐分反演模型中,Dobson盐渍土介电模型反演精度明显高于其他2种方法,R~2达到0.91,RMSE为0.313 g/kg。因此,利用GPR多频天线AEA法估算滴灌棉田土壤盐分含量是可行且可靠的。该法为反演土壤盐分含量提供新途径,丰富了盐分含量探测的方法及手段。 相似文献
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《南方农业》2014,(15)
采用河源新一代天气雷达所探测的数据,该雷达站海拔1 056 m,相对高度接近1 000 m,周围无遮挡,是广东省海拔最高、净空环境最好的一个台站,也是广东省唯一的高山站,其获取的数据质量高,具有一般高山站的特点。对2013年,发生在其探测范围内的3次大范围降雹天气过程雷达产品进行分析,发现:当满足以下2~3个条件(CR产品强度大于等于65 dBZ;VIL值大于等55 kg/m2;MEHS大于等于4;ET在短时间内有较大幅度的上升)时,基本就能确定将会有降雹发生或者已经开始降雹,夏季相对于春季以上各数值需要适当的上调,当距离雷达站很近时,各数据需相应的下调。另外,当开始降雹前,VIL值在短时间内有一次陡降然后陡升的过程。 相似文献
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原状土与装填土热特性的比较 总被引：2，自引：2，他引：0
土壤热特性是研究土壤—植物—大气系统中能量传输的必要参数。目前的研究集中在室内装填土柱上热特性与含水率、质地、温度和体积质量(容重)等因素的关系,田间条件下土壤结构对热特性影响的报道很少。该研究通过比较2种质地土壤田间原状土和室内装填土热特性的差异,初步探讨了不同含水率范围内结构形成对土壤热特性的影响。采集田间原状土,在室内利用热脉冲技术测定其热容量、热导率和热扩散率;然后将样品磨碎、过2mm土筛,填装后得到相同体积质量和含水率的装填土壤样品,并测定其热特性。结果表明,装填土和原状土的热容量基本一致;在中等含水率区域(砂壤土:0.07～0.24m3/m3;壤土:0.15～0.31m3/m3),重新装填后砂壤土和壤土的热导率分别降低了9.7%和9.8%。另外,结构形成增加了土壤热扩散率,在中等含水率区域尤其明显;在接近饱和区域,原状土与装填土的热扩散率趋于一致。因此,土壤结构形成对土壤热容量没有显著影响,但提高了中等含水率区域土壤的热导率和热扩散率。 相似文献
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毛管埋深和层状质地对番茄滴灌水氮利用效率的影响 总被引：7，自引：3，他引：4
为了确定不同质地土壤中地下滴灌的适宜毛管埋深,通过两年日光温室滴灌施肥灌溉试验,研究了毛管埋深、土壤层状质地和施氮量对番茄产量、品质及水分利用效率（WUE）、氮肥表观利用率（AFUE）和氮肥偏生产力（PFP）的影响。研究结果表明,均质壤土中,毛管埋深、施氮量及其交互作用对番茄产量和WUE影响不显著,地下滴灌番茄Vc含量比地表滴灌低;番茄AFUE随毛管埋深增加而降低,施氮量由150 kg/hm2增加到225 kg/hm2时,番茄PFP显著降低。对均质壤土,建议毛管埋深15 cm、施氮量150 kg/hm2,以获得较高的PFP。土壤的层状质地结构明显降低番茄的产量、WUE和PFP,与均质壤土处理相比,上砂下壤和砂土夹层处理WUE分别低32%和11%,产量和PFP分别低33%和12%,从提高水氮利用效率的角度出发,建议在上粗下细（上砂下壤）的层状土壤中慎重使用地下滴灌。 相似文献
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Soil tilth has been defined in terms of a ‘Physical Index’ based on the product of the ratings of eight physical properties — soil depth, bulk density, available water storage capacity, cumulative infiltration or apparent hydraulic conductivity, aggregation or organic matter, non-capillary pore space, water table depth and slope. The Physical Index and a tillage guide were used to identify the tillage requirements of different soils varying in texture from loamy sand to clay in the semi-arid tropics. The physical index was 0.389 for a loamy sand, 0.518 for a black clay loam and 0.540 for a red sandy loam soil and the cumulative rating indices in summer and winter seasons were 45 and 44 for loamy sand, 52 and 51 for red sandy loam and 54 and 52 for black clay loam soils, respectively. The compaction of the loamy sand by eight passes of a 490 kg tractor-driven roller (0.75 m diameter and 1.00 m length) increased the physical index to 0.658 and chiselling of the red sandy loam and black clay loam increased the physical indices to 0.686 and 0.729, respectively. The grain yields of rainfed pearl millet and guar and irrigated pearl millet, wheat and barley increased significantly over the control (no compaction) yields by compaction.
The chiselling of the soils varying in texture from loamy sand to clay at 50 to 120-cm intervals up to 30–40 cm depth, depending upon the row spacing of seedlines and depth of the high mechanical impedance layer, increased the grain yields of rainfed and irrigated maize on alluvial loamy sand, rainfed maize on alluvial sandy loam and red sandy loam, rainfed sorghum on red sandy loam and black clay loam, irrigated sorghum on black clay loam and rainfed black gram on red sandy loam, pod yield of rainfed groundnut, tuber yield of irrigated tapioca and fresh fruit yield of rainfed tomato on red sandy loam and sugarcane yield on black clay soil, significantly over the yields of no-chiselling systems of tillage such as disc harrow and country plough. 相似文献
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准确测定表层土壤水分对陆地-大气间水热交换研究具有重要意义。由于对土壤结构影响轻微,热脉冲技术在原位监测含水率方面具有较大优越性,但目前田间应用集中在5 cm以下土层。该研究利用多针热脉冲传感器测定土壤容积热容量,然后基于热脉冲含水率法和热脉冲含水率变化法分别得到了3、9、21和39 mm的土壤含水率。结果表明,与烘干法含水率比较,热脉冲含水率变化法含水率在4个深度的均方根误差分别为0.022、0.006、0.004和0.006 m3/m3,均小于相应深度上热脉冲含水率法含水率的均方根误差。另外,热脉冲含水率变化法也降低了4个热脉冲传感器测定含水率的变异性。因此,热脉冲技术能够监测表层的土壤水分动态,表层土壤含水率的均方根误差在0.022 m3/m3以内。 相似文献
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水平微润灌湿润体HYDRUS-2D模拟及其影响因素分析 总被引：7，自引：6，他引：1
为探索土壤质地、初始含水率、压力水头和埋深对水平微润灌土壤湿润体特性的影响机理,利用试验数据验证了水平微润灌HYDRUS-2 D模拟结果的可靠性,模拟值与实测值非常吻合。在此基础上,模拟研究了3种土壤质地(砂壤土、壤土、粉壤土)以及壤土中不同初始含水率(0.085、0.106、0.130 cm~3/cm~3)、压力水头(0.6、1.2、1.8 m)和埋深(20、30、40 cm)条件下土壤湿润体动态变化规律。结果表明:土壤湿润锋运移距离皆符合垂直向下水平方向垂直向上的规律,湿润体在形状上差异不大,土壤含水率等值线均为近似"同心圆";土壤质地对湿润体特性有显著影响,土壤质地越黏重,湿润锋运移速率越慢,湿润体体积越小,土壤含水率等值线越密集,其"圆心"越靠近微润管,灌水结束时,壤土和砂壤土湿润体体积分别是粉壤土的1.3倍和2.5倍;在确定的土壤质地条件下,初始含水率和压力水头对湿润体特性有较大影响,湿润锋运移距离及湿润体体积均随土壤初始含水率、压力水头的增大而增大,初始含水率为0.106和0.130 cm~3/cm~3的湿润体体积分别是0.085 cm~3/cm~3的1.2倍和1.5倍,压力水头为1.2和1.8 m的湿润体体积分别是0.6 m的1.6倍和2.2倍;微润管埋深对湿润体分布位置有显著影响,埋深较浅时,湿润锋容易到达地表,埋深较深时,土壤湿润体随埋深下移而同步下移。 相似文献
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《Communications in Soil Science and Plant Analysis》2012,43(22):2935-2946
The concern for groundwater pollution by agrichemicals through solute movement within the soil is widespread. Zeolite is a type of soil amendment that is utilized to improve physical properties of soil and ameliorate polluted soil. The high negative charge of the zeolite and its open space structure allows adsorption and access of heavy metals and other cations and anions. The objectives of this research were (i) to determine the effects of different application rates of zeolite (0, 2, 4, and 8 g kg?1) on the immobile water content and mass exchange coefficient in a loam soil and then (ii) to determine the effects of optimum application rate of zeolite on the immobile water content and mass exchange coefficient of sandy loam and clay loam soils in saturated conditions by a mobile and immobile (MIM) model. In a disturbed soil column, a method was proposed for determination of MIM model parameters, that is, immobile water content (θim), mass exchange coefficient (α), and hydrodynamic dispersion coefficient (Dh). Breakthrough curves were obtained for different soil textures with different zeolite applications in three replicates, by miscible displacement of chloride (Cl?1) in disturbed soil column. Cl?1 breakthrough curves were evaluated in terms of the MIM model. The results showed that the pore water velocity calculated based on the total soil volumetric water content (θim+ θm) and real pore water velocity calculated based on the mobile water content (θm) increased in the loam soil with an increase in zeolite application rate, so that, between these different rates of zeolite application, the maximum value of pore water velocity and real pore water velocity occurred at zeolite application rates of 8.6 and 11.5 g kg?1, which are indicated as the optimum application rates. However, the comparison between different soils showed that the zeolite application rate of 8 g kg?1 could increase pore water velocity of sandy loam and loam soils by 31% more than that of clay loam soil. The immobile water content and mass exchange coefficient of loam soil were correlated with the zeolite application rate and reduced with an increase in the rate of applied zeolite. In a comparison between different soils at zeolite application rate of 8 g kg?1, the immobile water contents of the zeolite-treated soil decreased by 57%, 60%, and 39% on sandy loam, loam, and clay loam soils, respectively, compared with the untreated soil. Furthermore, zeolite application could reduce mass exchange coefficient by 9%, 43%, and 21% on sandy loam, loam, and clay loam soils, respectively. A positive linear relationship was found between θim and α. Zeolite application increased real pore water velocity of sandy loam soil by 39% and 46% compared with loam and clay loam soils, respectively. In other studies there was a decrease in ammonium and nitrate leaching due to the zeolite application, and therefore, an increase in real pore water velocity due to zeolite application in sandy loam soil, as compared with the loam and clay loam soils, may not show more rapid movement of solute and agrichemicals to the groundwater. 相似文献
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Soil organic matter distribution as influenced by enchytraeid and earthworm activity 总被引：3，自引：0，他引：3
Loam and sandy soils, and the earthworm casts produced with 14C-labelled plant material in both soils, were incubated in airtight glass vessels with and without enchytraeids to evaluate the effects of soil fauna on the distribution and fragmentation of organic matter. After 1, 3, and 6 weeks, the amount of C mineralised was determined in soils and earthworm casts, and the soil was fractionated into particulate organic matter (POM), the most active pool of soil organic matter, after complete physical dispersion in water. The percentage weight of fine fractions (0-50 µm) was 67.4% in the loam soil. Sand (coarse, i.e. 150-2,000 µm and fine 50-150 µm) represented 87.2% of total weight in sandy soil, while the percentages of C (PC) were 23.2% in coarse POM (2,000-150 µm) and 11.9% in fine POM (150-50 µm). These percentages were higher than those in loam soil, i.e. 3.4% (coarse POM) and 5.4% (fine POM). The PC in coarse POM (9.50%) and fine POM (16.4%) remained higher in casts from sandy soil than in casts from loam soil (4.7% in coarse and 14.3% in fine POM). The highest percentages of 14C-labelled leaves were found in fine fractions, 55.9% in casts from loam soil and 48.8% in casts from sandy soil. The C mineralisation of the added plant material was higher in casts from the sandy soil (20.3%) than from the loam soil (13.5%). Enchytraeids enhanced C mineralisation in the bulk sandy soil, but did not affect the mineralisation of added plant material in either soil. The main enchytraeid effect was enhancement of the humification process in the bulk sandy soil, the casts from this soil, and the bulk loam soil. 相似文献