基于低场核磁技术研究土壤持水性能与孔隙特征

为研究常规水稻土和设施蔬菜地土壤持水性能与孔隙分布特征,利用低场核磁共振技术,获取田间持水量状态的土壤T_2谱线特征,在此基础上分析了土壤失水时信号幅值、弛豫时间与土壤含水量和孔隙大小分布的关系。结果表明:水稻土和设施蔬菜地土壤中孔隙分布均比较分散,小孔隙居多,大孔隙较少,水稻田转化为设施蔬菜地后,土壤孔隙半径整体变小,土壤结构恶化。在土壤失水过程中,波峰消减与谱线偏移同时发生,小峰优先消失且消减速率大于主峰,表明该过程中孔隙收缩与水分散失同时发生,土壤孔隙由大到小依次不断排水。低场核磁共振作为一种快速、无损的测量工具,能够更直接、更准确地反映出土壤水分迁移过程和孔隙分布规律,从而为设施栽培土壤退化机理和土壤改良提供新的理论和技术支撑。     

二滩水电站移民区土壤水分特性的研究

四川省攀枝花市盐边县二滩水电站红格移民安置区农耕地土壤水分性质与抗旱性能的研究结果表明,与当地土壤肥力水平相对较高的菜园土和水稻土相比较,安置区土壤层次性被打乱,无保水性的犁底层存在,水分渗漏强;土壤最大吸湿水,萎蔫系数,田间持水量和有效水含量与土壤〈０．０１ｍｍ物理性粘粒含量呈正相关,土壤保水性能主要取决于土壤〈０．０１ｍｍ物理性粘粒含量,只有有机质含量较高,结构良好的土壤,才能很好地协调土壤保     

天津市不同种植年限蔬菜地土壤水分特征对比研究

通过对天津市辛口镇蔬菜种植区不同种植年限(5年以上、10年以上及15年以上)土壤水分特征的比较分析后得知:(1)随着种植年限的延长,3种蔬菜地土壤饱和含水量、田间持水量、萎蔫含水量及有效水含量逐渐下降,种植5年以上的蔬菜地土壤,尤其是淀积层及母质层土壤的水分吸持能力高于种植10年以上和种植15年以上.(2)相比种植5年以上的蔬菜地土壤.种植15年以上的蔬菜地土壤总库容、贮水库容、有效水库容和无效水库容发生不同程度的水分亏缺.(3)随着种植年限的延长.蔬菜地土壤的孔隙减少,土壤结构变差,土壤的水分保持、供释能力及开发、利用潜力逐渐下降.该结果可为天津这种干旱地区的蔬菜地土壤,特别是耕作层土壤改良及水分的合理有效利用提供参考     

水耕历史对稻田-田埂过渡区土壤物理性质与水-氮分布的影响

选取水耕年限分别为2年、19年和>100年稻田,通过野外样品采集与室内分析相结合的方法,对比了稻田田内和田埂土壤物理性质与水-氮分布差异,揭示了水耕历史对稻田-田埂过渡区土壤物理性质与水-氮流失过程的影响机制。结果表明,耕作活动影响了稻田-田埂过渡区土壤容重、孔隙、土壤水分特征曲线和饱和导水率（Ks）等物理性质。随着水耕年限的增加,田内耕作层与田埂表土层、田内犁底层与田埂硬质层的容重差异增大;耕作层的中小孔隙（直径<0.03 mm）含量增加,其他土层的总孔隙和大孔隙（直径>0.3 mm和>0.03 mm）含量降低;田内土壤的Ks下降速度较田埂更快。在测定的吸力范围内（0～100 kPa）,2年和19年的耕作层与表土层持水能力相近,而100年耕作层持水能力高于表土层;2年和100年的硬质层与犁底层持水能力相近,而19年硬质层持水能力更强;19年和100年田埂底土层持水能力较田内强。随着水耕年限增加,耕作层与表土层Ks差异减小,硬质层与犁底层Ks差异增加,2年、19年和100年硬质层的Ks分别是对应犁底层的1.10倍、6.90倍和6.32倍,100年田埂底土层的Ks...     

太湖流域典型设施蔬菜地土壤结构特征研究

快速城市化背景下设施蔬菜产业迅速发展，研究设施蔬菜地土壤结构演变特征，对强烈人为作用下土壤资源的可持续利用具有重要意义。本文以太湖地区水稻田、露天菜地和设施菜地为研究对象，采集表层和犁底层土壤进行理化分析，以土壤大孔隙（>50μm）、土壤水稳性团聚体表征土壤结构，通过与当地传统的水稻田和露天蔬菜地两种土地利用方式对比，研究设施菜地土壤结构的变化特征，并分析了其影响因子。结果表明，设施蔬菜种植显著增加了土壤大孔隙，并提高了土壤团聚体的稳定性，大孔隙方面主要增加了耕层（0-15cm）50-500μm和>500μm部分的孔隙度，其孔隙度与水田相比分别提高了133%和141%，与露天菜地相比分别提高了120%和50.4%；土壤团聚体表现为小团聚体减少，大团聚体增加，相比于水稻田和露天菜地，耕层水稳性团聚体平均重量直径（MWD）提高了72.3%和26.6%，团聚体破坏率（PAD）降低了46.5%和37.8%；犁底层MWD分别提高83.9%和78.1%，PAD降低42.9%和44.8%。有机质和土壤质地与土壤传输孔隙和团聚体稳定性具有显著相关性。相关分析结果表明，土壤结构参数与有机质含量和砂粒粉粒含量显著相关，研究区土壤质地为粉砂壤土，质地轻，设施菜种植中有机肥施用量倍增，有机质含量显著提高，有利于增加设施蔬菜土壤的大孔隙，增加大团聚体含量，提高团聚体稳定性。轻质粉砂壤土进行设施蔬菜种植后每茬施用有机肥11.3t/ha，能改善土壤结构，有效避免集约化种植后土壤板结现象。     

田间原位试验分析长期机械作业下稻麦轮作地块土壤入渗性能

田间原位不同深度入渗试验是表达土壤分层状态、展示土层物理分异以及定量土壤剖面水功能变化的关键。为了探究不同深度水稻土的入渗能力及保水作用,该研究以华东稻麦轮作区小农户长期机械化耕整模式下代表地块的土层分异为目标,设计田间原位不同深度入渗试验。在试验地块内开挖7个不同深度的入渗坑并在坑底进行入渗试验,然后渗透48 h分层测取土壤含水率,研究不同坑底深度（坑深）土壤的入渗能力和入渗后各土层含水率的变化。结果表明,不同深度入渗试验准确表达了不同坑深土壤的水分入渗及土层持水分异,同时也能清晰地鉴别出犁底层所在位置和厚度,犁底层始于15 cm深,且耕作层与犁底层分异明显,耕作层平均紧实度为1 005.79 kPa,犁底层平均紧实度为1 910.73 kPa;土壤剖面分析表明,耕作层土壤形态疏松,根系分布稠密,犁底层土壤容重大,孔隙度小,透水性差,心土层土壤铁锰斑点较多,结构性差;土壤入渗参数随坑深的增加而减少,其中0～15 cm坑深范围内平均的平均入渗速率和累计入渗量分别为>20～30 cm的17.04倍和18.06倍;通过对比初始含水率和渗透48 h后含水率,得到坑深在15 cm范围内的...     

黄土高原坝地层状土壤剖面孔隙分布特征

以明确自然界中广泛存在的层状结构土壤孔隙分布特征为目的。选黄土高原典型坝地土壤剖面为研究对象，利用CT扫描技术分析耕作层、犁底层、心土层土壤三维结构，探讨层状土孔隙参数随土层结构变化及界面层孔隙特征。结果表明：(1)瘦长型孔隙(孔隙形状系数≤0.2)是各土层土壤孔隙的主要形态。各土层的孔隙参数具有明显差异。耕作层的总孔隙度最高，大孔隙(≥1 mm)分布较多；犁底层孔隙总数量最高，含有较多孤立的小孔隙(≥0.1～0.5 mm)和微小孔隙(≥0.06～0.1 mm),但连通性最差；心土层孔隙参数多数介于耕作层与犁底层之间。(2)坝地剖面层状土壤具有一定厚度的界面层，各孔隙参数均在土层界面位置存在突变点，具有明显分界现象。孔隙特征参数均呈过渡位置渐变、界面位置突变的规律。在界面层，犁底层土壤总孔隙度和连通性与耕作层相比，分别显著下降41.6%,69.8%;心土层在界面层的土壤总孔隙度和连通性与犁底层相比，分别显著增高30.4%,52.3%。(3)孔隙孔径大小与孔隙形态密切相关，大孔隙形态多呈瘦长型，而微小孔隙形状则多呈规则型。(4)土层越深，连通性与总孔隙度、孔隙总数量、孔径分布及孔隙形状的...     

三江平原草甸土不同种稻年限土壤理化性质演变特征

土壤质量是评价土壤好坏的重要指标,也是土壤管理判断准则。为明确三江平原草甸土旱田改为水田后,土壤质量随种稻时间延长的演变规律,以三江平原草甸土为调查对象,调查草甸土旱田改为水田后,不同种稻年限土壤物理、化学性质变化。结果表明:草甸土种稻后,耕层和心土层土壤有机碳含量随种稻年限增加呈增加趋势;还原物质总量在耕层、犁底层和心土层均呈增加趋势;耕层土壤中Fe~(2+)和Mn~(2+)在种稻6～10年达到最高值,然后向下迁移,到40年在心土层达最高值;土壤固相比率和总孔隙在种稻初期变化不规律,种稻40年时,土壤固相比率在心土层增加,直径0.000 2 mm孔隙增加明显;随种稻年限增加,耕层0.02～2 mm颗粒比率增加,0.002 mm颗粒降低并向下淋溶至心土层,心土层0.002 mm颗粒比率增加;草甸土种稻后,部分土壤物理、化学性质变化具有水稻土发育的特征。     

吉林玉米带现行耕作制度对黑土肥力退化的影响

该文从“体质”和“体型”两个方面探讨了吉林玉米带现行耕作制度对土壤肥力退化的影响。结果表明,现行的耕作制度下,土壤剖面中耕层与犁底层的界面为“波浪型”,而每年进行秋翻的玉米田,其耕层与梨底层的界面为“平面型”。“波浪型”犁底层的土壤容重、三相组成与“平面型”剖面相比有明显差异,而耕层中有机无机复合体及其有机碳分布特征无明显差异,与底层土壤有较大差异。但由于“平面型”剖面耕层的有效土量是“波浪型”有效土量的2倍,因此,在生产上“平面型”剖面土壤保水性能、玉米产量等多方面都普遍优于“波浪型”土壤。吉林玉米带黑土肥力退化的主要原因是耕层有效土量过少。     

旱地红壤与红壤性水稻土水分特性分析

对低丘红壤地区红壤性水稻土(黄筋泥田)和旱地红壤(黄筋泥)及不同利用方式下土壤的持水和供水特征进行了研究.结果表明,与红壤性水稻土相比,旱地红壤持水供水能力弱;红壤性水稻土各样品之间持水和释水能力的差异与有机质的变化相似,在红壤地区,培肥土壤有利于提高土壤抗旱能力,土壤利用方式不同改变了土壤孔隙的分布状况,使旱地红壤在低吸力段土壤的水分特征存在明显差异.     

不同水耕年限稻田土壤水分渗漏与保持特征

以江汉平原连续水耕年限大于100年(老稻田)和由旱耕改为水耕17年(新稻田)的稻田为研究对象,通过测定土壤剖面基本理化性质和水力学参数,揭示了2种稻田土壤水分渗漏和保持特征差异。结果表明:(1)新稻田土壤的平均饱和导水率(Ks)为32.05cm/d,显著高于老稻田(17.91cm/d)。新、老稻田土壤Ks均表现为耕作层底土层犁底层,新稻田耕作层Ks分别为犁底层和底土层的6.3倍和5.7倍,老稻田耕作层Ks分别是犁底层和底土层的6.9倍和4.0倍。(2)老稻田土壤持水能力高于新稻田,同一剖面不同土层持水能力表现为耕犁底层底土层耕作层。0.03mm当量孔径的孔隙比例随土壤剖面深度的增加而降低,新稻田各层土壤比例大于老稻田。(3)新、老稻田最大有效水含量随土壤深度的增加而降低,老稻田各土层(32.25%~46.59%)均高于新稻田(26.99%~36.74%)。老稻田平均总库容(135.8mm)大于新稻田(124.4mm),新稻田滞洪库容(11.21~38.74mm)大于老稻田(8.1~60.74mm)。旱耕改水耕加重了水资源的消耗,增加了浅层地下水污染风险。     

不同植稻年限土壤剖面基本性质与水-氮分布的关系

在江汉平原典型农业区选定不同水稻种植年限(2、18、100a)的稻田,采用野外调查与室内分析相结合的方法,量化不同稻田土壤剖面基本性质和水–氮分布特征,以揭示内在原因,探讨适宜不同水稻种植年限稻田的水–氮管理方式,为提高稻田水–氮利用率和减少稻田面源污染提供科学依据。结果表明:对于不同水稻种植年限农田,土壤剖面基本性质差异明显。耕作层和犁底层厚度随水稻种植年限的延长而增加;土壤有机质在耕作层富集,且随水稻种植年限的延长含量增加;耕作层土壤容重随水稻种植年限的延长而减小,犁底层土壤容重则增大;受耕作和淋溶条件的影响,犁底层和心土层的黏粒含量随水稻种植年限的延长而增加;饱和导水率(Ks)随水稻种植年限的延长而降低,犁底层Ks差异较大,2、18、100a稻田犁底层Ks分别为37.02、8.45、3.11cm/d。土壤剖面基本性质的差异影响水–氮的剖面分布特征。土壤水分和硝态氮含量随水稻种植年限的延长而增加,2、18、100 a稻田土壤剖面(0～100 cm)平均含水量分别为0.39、0.46、0.54cm3/cm3,硝态氮含量分别为3.75、6.27、9.85mg/kg。铵态氮储量远低于硝态氮储量,且受水稻种植年限影响较小;2、18、100 a稻田土壤剖面铵态氮与硝态氮储量比值分别为0.61、0.39和0.30。在灌溉和施肥方式上,水稻种植年限短的稻田适合少量多次的管理方式以减少渗漏损失;而年限长的稻田可适当提高单次灌溉量以减少灌溉次数,进而减少劳力消耗。     

亚热带红壤区不同土地利用方式下的土壤剖面水流特征

以江西省鹰潭市的典型旱地、稻田和林地为研究对象,采用野外亮蓝染色示踪试验结合室内图像处理的方法,量化了各样地土壤剖面染色特征参数,明确了水流类型的剖面分布规律,并揭示了土壤理化性质对水流特征的影响机制。结果表明:染色面积比(SAR)随着土层深度的增加急剧降低,0—60 cm土层的平均SAR表现为稻田(28.16%)高于旱地(21.95%)和林地(18.64%),SAR差异主要体现在5—25 cm土层;染色路径数(SPN)随着土层深度的增加先增加后减小,整个剖面的平均SPN为稻田最多(20条),旱地其次(12条),林地最少(9条)。各样地0—20 cm土层染色路径宽度(SPW)均以1—10 cm为主,水流类型从上至下依次为均质流、非均质指流和高相互作用大孔隙流;对于20 cm以下土层,旱地和稻田的SPW以1 cm为主,水流类型分别以低相互作用大孔隙流和混合作用大孔隙流为主,林地以1—10 cm的SPW为主,主要水流类型为高相互作用大孔隙流。有机质含量、根系密度和土壤机械组成等性质影响了土壤的孔隙特征,进而影响了土壤的饱和导水率和水流特征。为提高红壤区的水分利用效率、减少水土流失,可以通过破除旱地犁底层、减少稻田干湿交替下的裂隙发育,以及增加林地植被多样性等多种方式实现。     

耕深对土壤物理性质及小麦-玉米产量的影响

为了解不同犁底层破除程度对黄淮海平原农田土壤蓄水保墒、穿透阻力动态变化及作物产量的影响,在山东德州试验基地以冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,设置4个犁底层厚度处理,分别为犁底层不破除(RT15)、犁底层破除1/3(DL20)、犁底层破除2/3(DL25)和犁底层完全破除(DL40)。结果表明:1)完全或者部分破除犁底层均能够显著降低10~30 cm土层容重和穿透阻力,各处理降低幅度具体表现为DL40DL25DL20RT15。2)DL20、DL25和DL40处理有利于增加降水或灌溉后水分入渗,冬小麦苗期20~70 cm土壤平均含水率分别较RT15处理提高5.3%、15.9%和23.6%,且冬小麦季耗水量分别较RT15处理提高4.9%、10.2%和11.6%;DL20、DL25和DL40处理夏玉米苗期20~70 cm土壤平均含水率分别较RT15处理提高7.7%、14.2%和15.8%,但夏玉米季耗水量分别较RT15处理降低5.8%、7.6%和10.5%。3)冬小麦季0~15和15~30 cm土层穿透阻力均表现为双峰型,且2土层受冻融作用影响各处理在越冬期达到穿透阻力峰值1 489.2~2 128.1和1 925.4~4 423.7 kPa;30~45 cm土层各处理穿透阻力变化规律在两季作物生长后期差异较大,冬小麦生长后期表现为DL40DL25DL20RT155,而夏玉米后期表现为DL40DL25DL20RT15。4)相对完全打破犁底层,部分打破犁底层更有利于提高水分利用效率,显著增加作物产量,DL25处理冬小麦和夏玉米产量分别较DL40处理增加4.2%和2.4%。综合考虑,DL25是目前相对较好的犁底层改良方式,此时犁底层厚度适当,既可节省农机能耗,又可兼有透水、增产效能。     

太湖地区大棚菜地土壤养分与地下水水质调查

为了解和评价太湖地区大棚菜地土壤肥力及其周边地下水硝酸盐和氨氮含量状况,以直湖港小流域为研究区域,采集大棚和露天菜地土样192和54个,浅层地下水样26和10个,分析土壤速效养分、全氮和有机质含量,土壤pH和EC值,地下水硝酸盐和氨氮含量。结果表明,直湖港小流域大棚菜地耕层土壤速效氮含量为279 mg/kg,是露天菜地的2.6倍。大棚菜地耕层土壤速效磷、钾含量分别为188 mg/kg和203 mg/kg,与露天菜地无显著差异。大棚菜地耕层土壤速效氮磷钾含量均高于全国第二次土壤普查分级的最高标准,且氮磷钾养分表聚严重。耕层土壤有机质含量偏低为13/kg;大棚菜地耕层土壤pH值为5.6呈弱酸性,37%的该区大棚菜地种植面积土壤pH值低于作物生理障碍的临界值,该区16.4%的大棚蔬菜种植面积土壤EC值超过作物生育障碍临界值。参照我国生活饮用水卫生标准评价,结果表明,直湖港小流域大棚菜地周边浅层地下水硝酸盐超标率为35%,氨氮超标率为8%。     

新乡市大棚菜田土壤养分及盐分的演变

为了研究大棚菜田土壤养分及盐分演变特征,采集了不同种植年限(0、5、10、15、20、25、30a)的大棚菜田0～20、>20～40cm土壤样品,测定了主要土壤养分指标、水溶性盐分以及土壤pH值。结果表明:新乡市大棚菜田土壤的培肥期在0～15a,培肥后(15a)土壤有机质质量分数在30g/kg以上,达到较理想状态,碱解氮和速效磷含量表现为富集,质量分数分别在150、90g/kg以上。但是速效钾却在100g/kg以下,较缺乏,并且15a以后还在继续流失。各养分含量随着土壤深度的增加逐渐下降。土壤碱解氮、速效磷含量与有机质呈极显著相关。新乡市大棚菜田土壤中氮磷钾的比例严重失调,出现磷素过量而钾素供应严重不足。土壤盐渍化从大棚种植15a开始发生,与种植年限呈极显著正相关,并且与土壤pH值下降表现同步性。该研究结论期望给新乡市蔬菜大棚土壤的施肥决策提供参考。     

坡耕地局部打破犁底层对水分入渗的影响

针对我国东北半干旱地区坡耕地的耕作层逐年变薄,结构坚硬、紧密的犁底层上移变厚,造成土壤透水、通气性极差,土壤径流、泥沙侵蚀严重,严重影响水分的入渗。利用同心环有压入渗试验及野外模拟降雨试验,研究了在垄作区田的坡耕地中,根据区田土垱之间打破犁底层范围的不同,来分析坡耕地的犁底层对水分入渗的影响。结果表明局部打破犁底层后水分稳定入渗率提高,产流时间延长,径流和泥沙明显减少。     

耕作措施对双季稻田土壤碳及有机碳储量的影响

针对不同耕作措施对双季稻田的固碳效应和固碳潜力问题,选择湖南省宁乡县的双季稻区试验点进行了有机碳、活性有机碳以及耕层有机碳储量的研究,以期为制定适合于稻田条件下的合理耕作方式提供理论依据。结果表明,耕作措施和秸秆还田对有机碳（SOC）和活性有机碳（AOC）含量均产生不同程度的影响。免耕处理下,有机碳和活性有机碳含量皆随土壤深度的增加而减少,土壤0～5cm的SOC和AOC的含量最高,且与其他层次达到显著性差异水平（P＆lt;0.05）,具有明显的表层富集现象。与免耕相比,旋耕和翻耕则更利于5～10cm和10～20cm土层的有机碳和活性有机碳的积累。比较秸秆还田对SOC和AOC的影响表明,秸秆还田有效地提高了0～10cm有机碳含量,但对10～20cm并未产生显著影响,秸秆的输入并未增加土壤活性有机碳的含量。采用等质量方法计算了耕层土壤有机碳储量,结果显示旋耕秸秆还田使有机碳储量明显增加,而免耕只增加了土壤0～5cm和5～10cm土层有机碳储量,10～20cm有机碳储量有所降低,但耕作措施对有机碳储量的长效作用还有待于进一步研究。     

黑土稻田连续深耕改善土壤理化性质提高水稻产量大田试验

为了明确深耕对水田土壤理化性质及水稻产量影响,该文在黑土型水稻土上开展深耕研究,应用自主研发的水田深翻犁,开展深翻、浅翻与旋耕大区对比研究。结果表明:浅翻和深翻可以降低土壤固相比率和容重,与旋耕相比,土壤固相比率降低幅度分别为0.74%~4.80%和1.86%~3.90%;10~20 cm土层土壤容重分别下降0.09 g/cm~3和0.08 g/cm~3,20~30 cm土层深翻处理土壤容重比旋耕下降0.03 g/cm~3;10~20 cm土层土壤的通气系数和饱和透水系数浅翻处理比旋耕分别提高4.04倍和2.71倍,深翻提高4.42倍和2.14倍;20~30 cm深翻比旋耕提高1.86倍和2.87倍,2年趋势一致;深翻可使土壤养分指标在各层趋于平均化;深耕可促进水稻根系生长,根系的生长量与根长增加幅度为6.53%~16.33%和10.81%~21.62%,深翻好于浅翻;深耕提高水稻产量,2015年浅翻和深翻处理水稻实测产量分别比旋耕增产6.91%和9.81%,2016年增产6.59%和7.84%,2年增产趋势一致。