玉米茎秆汁液对土壤的减水减沙效益及其机理

为研究土壤改良剂玉米茎秆汁液对中国西部地区水土流失的影响和机理,该文通过室内土壤理化性质测定和人工模拟降雨试验,研究了地表施加玉米茎秆汁液对土壤团聚体的平均重量直径、土壤有机质质量分数和土壤减水减沙效益的影响。试验以未施加任何玉米茎秆汁液的黄土坡面为对照,设计单位面积玉米茎秆汁液施加量1 041.7 mL/m2,施加汁液体积分数25%和50%,降雨强度为50 mm/h,研究玉米茎秆汁液施加对土壤减水减沙的影响。结果表明,玉米茎秆汁液的施加可以增加土壤有机质的含量,提高土壤团聚体的平均重量直径,降低产流产沙速率。对照、体积分数25%和50%汁液施加下的土壤团聚体平均重量直径分别为0.18、0.46和0.51 mm,土壤有机质质量分数分别为5.70%、6.75%和7.17%。较对照,体积分数25%和50%汁液施加下,土壤的减水效益分别为45.81%和48.34%,减沙效益分别为65.00%和75.47%。玉米茎秆汁液的减水减沙效益随时间的推移而降低,月均减水、减沙效益降低量约为1.25%和1.41%,研究中施加体积分数25%和50%汁液的土壤减水减沙效益约可持续3和4.5 a。综上,玉米茎秆汁液作为土壤改良剂在施加量为1 041.7 mL/m2时,茎秆汁液与水的体积比为1:1时,效果较好。该研究可以为将玉米茎秆汁液作为土壤改良剂用于土壤侵蚀的防治提供施放参考。     

几种侵蚀红壤中有机质和团聚体的关系

以3种侵蚀红壤（轻度、中度、严重）为供试材料,利用干湿筛法获得其不同粒径的水稳性团聚体（〉4 mm,2～4 mm,1～2 mm,0.5～1 mm,0.25～0.5 mm）,分析团聚体中有机质的分布。结果显示,随着侵蚀程度的增强,〉0.25mm水稳性团聚体的含量逐渐下降,而团聚体的分散度却依次升高;无论何种侵蚀程度,湿筛后团聚体的组成均以小粒径团聚体（〈0.25 mm）占优势。轻度和中度侵蚀的红壤,其有机质含量随着团聚体粒径的增大而增大,严重侵蚀的则相反;侵蚀红壤有机质含量和〉0.25 mm水稳定性团聚体呈显著正相关,3种侵蚀红壤团聚体对土壤有机质的贡献为轻度侵蚀〉中度侵蚀〉严重侵蚀。     

不同水肥管理对苕子－玉米轮作农田土壤水稳性团聚体和持水能力的影响

  目的  为了探讨苕子-玉米轮作模式下不同水肥管理对苕子养分累积量及玉米季土壤含水量、水分特征曲线、水稳性团聚体组成、有机质、玉米籽粒产量的影响。  方法  于2017年在云南省农业科学院嵩明县试验基地布置苕子-玉米轮作大田试验。将玉米季部分肥料前移至绿肥季、在绿肥季设置灌溉处理作为调控措施,设10个处理。于苕子盛花期采样测定苕子养分累积量,于玉米生长时期实时监测土壤温度和含水量,于玉米收获期采样测定各处理的玉米产量、土壤有机质、水分特征曲线和团聚体组分等指标。  结果  绿肥季施氮磷肥和灌溉处理玉米籽粒产量最高。整个玉米季,冬闲处理土壤含水量总体最低,绿肥季施氮磷肥处理土壤含水量总体较高。冬闲处理土壤饱和含水量最低,各种绿肥季施肥处理土壤饱和含水量和田间持水量较对照处理均有提高。绿肥季灌溉和施肥措施不同程度的增加了土壤 > 2 mm团聚体含量,减少了0.25 ~ 2 mm和 < 0.053 mm团聚体含量。绿肥季不施肥,进行灌溉处理的 > 0.25 mm水稳性团聚体含量（WSAC_0.25）、几何平均直径（GMD）和团聚体系数（K_CTP）较对照处理分别降低了9.10%、17.52%和33.25%,其中WSAC_0.25降幅显著。  结论  玉米季肥料前移至绿肥季不仅不影响玉米籽粒产量,绿肥季进行施肥灌溉还可有效增加后茬玉米籽粒产量。种植绿肥可以提升土壤持水能力,绿肥季施肥或灌溉处理可在土壤低吸力范围内进一步优化土壤持水性能。绿肥季施肥处理可通过较大幅度增加土壤中 > 2 mm团聚体含量来提高水稳性团聚体的稳定性,而绿肥季不施肥,进行灌溉处理则是通过更大幅度减少0.25 ~ 2 mm团聚体含量来降低水稳性团聚体的稳定性。     

玉米茎秆汁液防治坡面土壤侵蚀的室内模拟试验

该文通过室内人工模拟降雨试验,研究了地表施加玉米茎秆汁液对降雨产流产沙强度的影响,旨在探索玉米茎秆汁液是否可以作为土壤改良剂来减少产流产沙强度。试验设计了2种玉米茎秆汁液的施加量(400和800 g)、4种施加浓度(10%、25%、50%和75%)和4种降雨强度(50、25、75、100 mm/h)。结果表明,各施加浓度和施加量的玉米茎秆汁液都能够减少降雨产流产沙强度,且相同条件下的产沙强度减小程度大于产流强度减小程度。当玉米茎秆汁液的施加量为400 g时,随着施加浓度从10%增加至25%、50%和75%,减流百分比分别为31.243%、31.685%、34.595%和39.475%,减沙百分比分别为23.167%、41.993%、37.918%和64.606%;当玉米茎秆汁液的施加量为800 g时,随着施加浓度从10%增加至25%、50%、75%,减流百分比分别为37.583%、56.433%、63.170%和76.360%,减沙百分比分别为48.214%、77.219%、88.572%和95.539%。当施加量和降雨强度相同时,产流产沙强度与施加浓度之间呈显著的指数函数递减关系,产沙强度随降雨强度的变化呈显著的幂函数递增关系。当施加量为400 g时,各施加浓度下的产流强度与降雨强度之间呈显著的线性函数递增关系,当施加量为800 g时,各施加浓度下的产流强度随降雨强度呈显著的指数函数递增关系。研究为水力侵蚀的防治提供了新思路,为水蚀荒漠化的防治提供了新方法。     

荆条对辽西地区棕壤改良作用的研究

以荆条和玉米地为研究对象,从土壤孔隙特征、土壤团聚体含量及稳定性的角度系统地分析荆条对辽西地区棕壤改良作用的效果。结果表明:1)荆条可以较好地改善土壤孔隙结构,增加了土壤有机质,提高土壤的蓄水保土能力。2)荆条土壤团聚体分布较均匀,>0.25 mm风干土团聚体含量(92.58%)高于玉米地(90.28%),>0.25mm团聚体含量较玉米地提高32.29%。3)荆条的土壤团聚体破损率始终小于玉米地,荆条土壤团聚体破损率为60%,玉米地为94%;荆条土壤团聚体水稳性指数为56.6%,玉米地为22.3%。     

青海省东部山区旱作农田土壤团聚体特征研究

比较了青海省东部山区垂直梯度分布的三种旱作农田土壤(黑钙土、栗钙土、灰钙土),在0~60 cm土层的不同粒级土壤风干团聚体和水稳性团聚体含量间的差异,并结合其它土壤质量指标(有机质、粘粒)对不同土壤结构和抗侵蚀能力进行了综合评价。结果表明,>0.25mm风干团聚体、>0.25mm水稳性团聚体含量和土壤有机质含量与土壤类型间有密切关系。均表现为黑钙土>栗钙土>灰钙土。黑钙土和栗钙土的土壤有机质含量与>0.25mm水稳性团聚体间存在显著正相关关系(P<0.05),灰钙土则无明显相关性;三种土壤粘粒含量与>0.25mm风干团聚体和0.25mm水稳性团聚体含量间无明显相关性。各项指标综合比较,三种土壤抗侵蚀能力大小为:黑钙土>栗钙土>灰钙土。     

侵蚀程度对不同粒径团聚体中养分含量和红壤有机质稳定性的影响

以三种侵蚀程度的红壤(轻度、中度、严重)为供试材料,研究其>0.25 mm水稳性团聚体中的养分(全氮、全磷、全钾、有机质)和不同形态有机碳(易氧化态和难氧化态)的含量状况和分布特点。结果表明:随着红壤由轻度、中度到严重侵蚀的变化,>0.25 mm水稳性团聚体中有机质、全氮和全磷含量逐渐降低;>0.25 mm水稳性团聚体中的养分对土壤养分的贡献率为[>4 mm]>[0.5～1 mm]>[1～2 mm]>[2～4 mm]>[0.25～0.5 mm];侵蚀红壤的全氮、全磷和有机质均与>0.25 mm水稳性团聚体含量显著正相关。土壤有机碳、易氧化碳和难氧化碳的含量随着红壤侵蚀程度的增强逐渐降低,并且均与>0.25 mm水稳性团聚体、有机质、全氮、全磷呈极显著正相关。有机质氧化稳定性系数与不同粒径水稳性团聚体、土壤有机质、全氮和全磷均呈负相关。     

沈阳市郊玉米连作土壤有机质组成及其对土壤结构的影响

通过对沈阳市郊玉米连作土壤的有机质、结构情况以及二者相互关系研究表明,土壤中有机质大致范围在16.31gkg-1～23.72gkg-1,腐殖质大致范围在15.17gkg-1～21.49gkg-1,非腐殖质大致范围在1.14gkg-1～2.59gkg-1;在腐殖质各组分中,胡敏素的含量最高,约占腐殖质总量的58.93%～66.34%,胡敏酸约占16.26%～22.87%,富里酸约占16.82%～18.20%,胡富比约在0.95～1.32之间;干筛处理后>0.25mm的土壤团聚体占到80%以上,其中以>2mm团聚体为主,湿筛处理后>0.25mm的土壤团聚体仅占20%左右,其中0.25～0.5mm团聚体为主,水稳性系数在17.33%～35.67%。对有机质及其各组分与土壤各级团聚体做的相关分析结果表明,有机质与0.25～5mm粒径组的团聚体呈显著相关,与>5mm团聚体不相关,且胡敏酸主要影响1～5mm大团聚体的形成。     

轮作休耕模式对土壤团聚体及有机碳含量的影响

为探究轮作休耕模式对红壤坡耕地团聚体稳定性及有机碳含量的影响,通过田间试验设置了休闲地、玉米单作、玉米-豌豆-玉米和玉米-苕子-玉米4个处理,分析了不同种植模式下土壤团聚体稳定性及有机碳含量,结果表明:(1)不同种植模式下土壤机械稳定性和水稳定性团聚体组成均以≥0.25 mm粒径占比最高,机械稳定性团聚体占比在80.68%以上,水稳定性团聚体达到了77.05%以上,且≥0.25 mm团聚体所占比例大小顺序为:休闲地>玉米-豌豆-玉米>玉米-苕子-玉米>玉米单作。(2)根据不同团聚体稳定指数(MWD,GMD,R_0.25和PAD)显示,休闲地的团聚体稳定性最好,与玉米单作之间差异显著,且休闲地和玉米轮作两种模式下团聚体稳定性均优于玉米单作。(3)玉米单作土壤团聚体有机碳含量最低,玉米轮作和休闲地能显著提高有机碳含量,并且玉米-苕子-玉米轮作效果最优; ≥0.25 mm粒径范围的团聚体储存的有机碳含量最高。(4)通过对土壤水稳性团聚体稳定指数与有机碳含量的相关性分析表明,4个不同团聚体稳定指数与有机碳含量都呈极显著正相关关系,与R_0.25相关程度最高。研究结果可为试验区域坡耕地水土流失防治提供理论依据。     

玉米残体分解对不同肥力棕壤团聚体组成及有机碳分布的影响

以棕壤肥料长期定位试验(29 a)形成的高、低两种肥力水平棕壤为研究对象,采用不同部位玉米残体为试验试材,分别向两种土壤中加入玉米根茬和茎叶,进行田间原位培养试验,试验设置6个处理:低肥力土壤添加玉米根茬(LF+R)、低肥力土壤添加玉米茎叶(LF+S)、高肥力土壤添加玉米根茬(HF+R)、高肥力土壤添加玉米茎叶(HF+S)和未添加玉米残体的对照处理(LF,HF)。本研究旨在探明玉米根茬、茎叶添加后不同肥力土壤团聚体组成及有机碳分布的变化规律,为构建合理的秸秆还田与施肥措施,减少土壤侵蚀提供理论依据。结果表明:1)添加玉米残体后低肥力棕壤团聚体稳定性、较大级别团聚体(2 mm和1~2 mm)有机碳贡献率的提升幅度比高肥力棕壤大,说明低肥力土壤对外源有机质的响应更敏感,向大团聚体转化的速率更快。2)培养结束时,高肥力棕壤添加茎叶处理团聚体稳定性显著高于添加根茬处理,而添加根茬处理各粒级团聚体有机碳含量显著高于添加茎叶处理;低肥力棕壤中根茬和茎叶添加处理团聚体稳定性及有机碳含量之间差异不明显。3)在田间原位培养过程中,棕壤2 mm和1~2 mm团聚体所占比例和团聚体稳定性呈现出前期(0~360 d)快速增加,后期(360~720 d)趋于稳定的趋势。可以看出,玉米残体对土壤团聚体团聚化过程的作用强度逐渐减弱。以上结果表明,作物残体输入对棕壤团聚体组成及有机碳分布的影响与棕壤肥力水平和不同残体部位间的差异关系密切。     

东北黑土区土壤团聚体迁移特征的模拟降雨试验研究

坡面侵蚀过程中土壤团聚体迁移反映了团聚体的破碎程度以及雨滴打击和径流搬运之间的相互作用。基于模拟降雨试验,研究了黑土坡面不同粒级土壤团聚体的迁移特征。研究结果表明,同干筛处理相比,湿筛后≥0.25mm粒径的水稳性团聚体含量为52%,其较干筛处理减少24%。湿筛后土壤团聚体的粒级分布以<0.25mm团聚体居多;湿筛处理后>1mm粒级的团聚体含量较干筛处理减少了83.8%。在50和100mm/h两个降雨强度下,团聚体流失以<0.25mm的微团聚体为主,其流失量占团聚体流失总量的80%以上,且不同降雨强度下微团聚体流失量与含沙浓度存在显著正相关关系。50mm/h降雨强度下微团聚体流失量随降雨历时的增加呈先快速增加后递减,最后趋于相对稳定的变化趋势;而100mm/h降雨强度下,其变化趋势则表现为先快速增加后缓慢上升趋势。≥0.25mm各粒级团聚体的流失比例和流失团聚体的平均重量直径(MWD)均随降雨强度的增加而减小,反映了大雨强下雨滴打击对团聚体的分散作用。     

雨强和植被覆盖度对红壤坡面产流产沙的影响

为探究雨强和植被覆盖度对花岗岩红壤坡面产流产沙的影响,通过室内人工模拟降雨试验,分析了不同雨强(0.5,1.0,1.5 mm/min)和植被覆盖度(0,20%,40%,60%)下坡面侵蚀的产流、产沙规律及相关关系。结果表明:(1)同一雨强下,初始产流时间随植被覆盖度增加而延迟,并随雨强增大而提前,雨强越大,产流时间提前越明显;(2)各坡面径流率、侵蚀率随植被覆盖度增加而减小,且植被覆盖度越高,径流率和侵蚀率波动范围越小,侵蚀过程越稳定;(3)有植被覆盖的坡面,产沙主要以0.25 mm的水稳性团聚体为主,侵蚀泥沙中0.25 mm水稳性团聚体比重随雨强增大而增加,且增加的幅度随覆盖度的提高而减小;(4)雨强、植被覆盖度均与产流时间、径流率、侵蚀率呈现极显著相关关系(P0.01),且坡面产流过程与雨强变化的相关性大于其与植被覆盖度变化的相关性,坡面产沙过程与植被覆盖度变化的相关性大于其与雨强变化的相关性,不同雨强下植被覆盖坡面累积径流量和累积产沙量关系符合幂函数模型(R~20.98)。研究结果可为南方红壤丘陵区水土流失治理与生态恢复提供科学参考。     

青贮玉米氮投入对坡耕地土壤侵蚀及水稳性团聚体的影响

为探讨不同氮投入对红壤坡耕地水土流失及土壤水稳性团聚体的影响,在种植青贮玉米的坡耕地上设置4个不同氮投入处理(N1:300.00 kg/hm~2;N2:225.00 kg/hm~2;N3:150.00 kg/hm~2和N4:75.00 kg/hm~2),用湿筛法获得2,1～2,0.5～1,0.25～0.5,0.25 mm粒径的团聚体组分并计算出水稳性团聚体含量(WSA_(0.25))、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和分形维数(PD)的含量。结果表明:(1)不同氮投入处理的坡面产流产沙特征与降雨强度关系密切,在低强度、中强度和高强度降雨条件下,N1和N2处理的径流量和产沙量均显著小于N3和N4处理(P0.05),N2与N1处理径流量及产沙量差异均未达到显著水平(P0.05),但在极高强度降雨下,各处理径流量和产沙量的差异均不显著(P0.05)。(2)N2处理的WSA_(0.25)、MWD和GMD比其他3个处理大,而PD却比较小,此外,WSA_(0.25)、MWD和GMD三者之间相互存在极显著正相关性(P0.01),而与PD、径流量和产沙量均呈现出极显著负相关关系(P0.01)。(3)N1和N2处理土壤容重显著低于N3和N4处理的容重(P0.05),但其孔隙度和田间持水量显著高于N3和N4处理(P0.05)。因此,在当地常规施肥水平上减少25%氮投入量不会加剧土壤侵蚀,还可通过改善土壤物理性质以维持红壤坡耕地的生产能力。     

添加玉米秸秆对白浆土重组有机碳及团聚体组成的影响

研究添加有机物料后,土壤重组有机碳含量变化及其对土壤团聚体组成的影响,对于科学评价秸秆还田对土壤的培肥作用及其环境效应具有重要意义。采用室内培养试验,培养120 d,研究耕作白浆土耕层土壤和母质层中添加不同比例秸秆对土壤重组有机碳积累量、团聚体组成及各粒级团聚体中有机碳分布的影响。结果表明:随秸秆施用量增加,耕层土壤和母质的重组有机碳含量均呈同步增加趋势,耕层土壤和母质相比,重组有机碳增量差异不大,两者增量差值仅为0.34 g kg-1,但两者的有机碳增率差异很大,耕层土壤仅为85.51%,母质则高达556.23%。说明在成土过程中,耕层土壤中有机质的累积会降低其固碳潜力,而在母质层中,其固碳"位点"处于"空置"状态,因此有很强的固碳潜力。同时,秸秆的添加,促进了土壤中小粒径团聚体(0.25 mm)向大团聚体(0.25mm)的转化,耕层土壤和母质土壤在秸秆添加量为3%和2%时大团聚体中有机碳的贡献率最高,分别为69.90%和65.48%。在白浆土中添加玉米秸秆培养后,其母质的固碳能力大于耕层土壤。     

人工模拟降雨条件下红壤团聚体流失特征研究

以第四纪红粘土发育红壤为研究对象,通过室内模拟降雨和放水冲刷组合试验,研究了不同降雨强度(0,60,90,120mm/h)和放水流量(5,7.5L/min)下红壤坡面团聚体流失特征,分析了团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GDM)、分形维数(D)和平均重量比表面积(MWSSA)的变化特征。结果表明:侵蚀泥沙中0.05mm微团聚体初始含量在19%~58%之间,随产流时间的延长先降低后趋于稳定;0.25mm大团聚体含量最高,随产流时间的延长先升高后趋于稳定。相同降雨强度下,当放水流量由5L/min增大到7.5L/min时,团聚体MWD和GMD有所增大,D和MWSSA有所减小。无降雨时,泥沙中团聚体的MWD和GMD低于有降雨时的MWD和GMD,而D和MWSSA高于有降雨时的D和MWSSA。相同放水流量下,随着降雨强度增强,团聚体的MWD和GMD呈增大趋势,D和MWSSA呈减小趋势。     

片蚀过程中■土团聚体活性有机碳流失特征及其量估算

[目的]揭示土壤团聚体破碎、迁移对活性有机碳流失的影响,建立活性有机碳流失量估算方程,为评估水蚀作用下土壤有机碳流失与矿化的定量关系提供理论支撑。[方法]以黄土高原典型■土为研究对象,设计3种降雨强度(60mm/h,90mm/h,120mm/h)和3个坡度(5°,10°,15°),采用人工模拟降雨技术,通过建立经验方程,对活性有机碳流失量进行估算。[结果]相较雨强,坡度对土壤轻组有机碳(light fraction of soil organic carbon,LFoc)流失的影响更明显,片蚀与溅蚀泥沙LFoc含量均随坡度的增大先减小后增大,而雨强对片蚀泥沙LFoc含量无显著影响(p<0.05);溅蚀泥沙LFoc含量明显低于片蚀,且溅蚀泥沙LFoc未发生明显富集,片蚀泥沙中LFoc发生明显富集;对比不同粒级团聚体LFoc含量发现,<0.05mm黏粉粒、0.05～0.25mm团聚体中LFoc更易于发生富集,而0.25～2mm团聚体LFoc只在小雨强和小坡度条件下发生富集;由于<0.02mm粒级团聚体迁移为LFoc流失的主导因素,基于<0.02mm粒级团聚体迁移量相...     

黄土区沟道阶梯状边坡水土流失防治措施与机理

陕北地区治沟造地工程中新修沟道阶梯状边坡抗蚀性较弱。研究利用室内人工模拟降雨试验,研究新开挖沟道阶梯状边坡在降雨作用下不同水土保持措施的水沙效应,并观测其侵蚀发育过程。结果表明:极端气象条件(120mm/h雨强)与坡顶部区域汇水作用是导致阶梯状边坡产生快速侵蚀破坏的两个主要条件。当边坡仅受到降雨作用,雨强在60mm/h~90mm/h之间变化时,产沙速率稳定,不同雨强下产沙速率呈现倍率关系,坡面侵蚀现象无明显差异,坡体无明显破坏;120mm/h雨强条件下,产沙速率显著上升,侵蚀发育过程出现明显变化,坡体破坏明显。阶梯状边坡平台反坡措施能有效减少60mm/h,90mm/h,120mm/h三种雨强下产沙量58.4%,35.2%,62.1%,减少径流量69.6%,26.6%,60.8%,并有效减缓坡体表面破坏及侵蚀发育速度。用放水试验模拟无截排水措施情况,发现截排水措施能够有效降低产沙量92.7%,同时改变了侵蚀发育的现象,将急剧下切发育的细沟侵蚀转变为了发育较为缓慢的层状面蚀。从减水减沙的角度,坡顶截排水措施与平台反坡措施皆为有效的阶梯状边坡水土流失防治措施。     

模拟玉米茎秆流对土壤侵蚀的影响

玉米茎秆流是降雨过程中经玉米冠层截留后沿茎秆流向根部的水量,是种植坡地地表径流的重要组成部分,对植物根部的土壤侵蚀过程具有重要影响。采用人工模拟降雨方法,研究了成熟期玉米茎秆流对坡地土壤侵蚀的影响。试验土槽长为0.40 m、宽为0.23 m、深为0.14 m;采用直径为2 cm的PVC管模拟成熟期玉米茎秆,高度为1.2 m;模拟茎秆流量为5,10,15 g/s,用相同降雨条件下无茎秆流坡地作为对照措施;降雨强度为60,90,120 mm/h,降雨历时108 min,坡度为10°。结果表明:(1)与对照措施相比,茎秆流具有加快坡地地表产流的作用;(2)模拟茎秆流条件下地表产流量和产沙量均高于对照,相较无茎秆流坡地,3个降雨强度下各茎秆流量的产流贡献率为14.90%~43.10%,产沙贡献率为12.47%~26.75%;(3)茎秆流在茎秆周围地表形成细小股流,促使坡地土壤侵蚀过程由面蚀向细沟侵蚀转变,从而增加了坡地土壤侵蚀量。因此,在坡地水土流失计算与评价中应考虑茎秆流的土壤侵蚀作用。