生物质炭对旱作农田土壤持水特性的影响

为确定添加生物质炭对旱作农田土壤持水特性的影响,在隆中黄土高原典型旱作农田区设置相关定位试验,对不同生物质炭输入水平的土壤容重、土壤孔隙度、土壤水分常数及土壤水分特征曲线进行测定。结果表明,生物质炭的添加能够减小土壤容重,增加土壤孔隙度。随着生物质炭输入水平的增加,土壤容重的减小及土壤孔隙度的增加幅度加大。生物质炭达到50t/hm~2时土壤结构变化最为明显,0—5,5—10,10—30cm土层中土壤容重相比对照分别减小7.01%,9.91%,16.60%,土壤毛管孔隙度分别增加19.47%,21.02%,29.94%;并且生物质炭的施入可以增加土壤饱和含水量、土壤田间持水量、土壤有效水分含量。随着生物质炭输入水平的不断加大,各水分常数呈现出上升趋势,但当生物质炭输入水平达到40t/hm~2后涨幅空间开始减小。说明生物质炭的添加能够提高旱作农田的持水性能,但输入水平达到40t/hm~2后,土壤持水性能趋于稳定。     

烟杆生物炭对砒砂岩与沙复配土壤理化性状及玉米生长的影响

为明确施用生物炭对砒砂岩与沙复配土壤水分保持及肥力提升的影响,采用盆栽试验,研究了不同生物炭施用量(0,10,20,30,50g/kg(以风干土计))对砒砂岩与沙复配土壤理化性状及玉米生长的影响。结果表明:在种植玉米一季后,施用生物炭可显著降低复配土壤容重,尤其当生物炭施用量达到30g/kg时,土壤容重可降低至1.37g/cm3,但当生物炭施用量增加到50g/kg时,土壤容重又出现增加的趋势;土壤田间持水量随生物炭施用量的增加呈显著增加趋势,但当施用量增加到50g/kg时又会出现下降趋势;土壤pH、全盐量随生物炭添加量的增加显著增加,尤其当生物炭添加量为50g/kg时,土壤pH可达8.80,全盐量可达2.51g/kg;土壤有机质、有效磷、速效钾含量也随生物炭施用量的增加而显著增加,但有效磷在生物炭施用量增加至50g/kg时出现下降趋势。进一步分析不同生物炭处理对玉米生物量的影响,发现玉米根干重、地上部分干重、百粒重、单株产量均随生物炭施用量的增加呈显著增加趋势,但当生物炭施用量增加到50g/kg时,上述各指标反而显著降低。生物炭对于砒砂岩与沙复配土壤理化性状、水分保持、肥力提升、作物生长及产量等诸多方面都有明显改善效果,在施用过程中需要注意使用量,在本试验条件下,生物炭推荐施用量为30g/kg干土。     

生物炭不同粒径及不同添加量对土壤收缩特征的影响

土壤收缩特征在准确定量评价土壤结构和水力学特性中发挥重要作用。生物炭孔隙结构发达、比表面积巨大,施加生物炭不仅可以改变土壤的生物、化学性质,而且还影响到土壤的收缩特性。利用离心机法测定了添加不同粒径(2～1mm,1～0.25mm,<0.25mm)、不同比例(0,10,50,100,150g/kg)生物炭的土壤收缩特征,并采用三直线模型进行了模拟,得出如下结果:相同压力下,土壤比容积随着生物炭含量增加而增大,生物炭有效地限制了土壤收缩。土壤收缩变化过程适用三直线模型描述,伪饱和段和结构段的收缩特征值随生物炭含量增加而减小,超正常段的土壤特征值随生物炭含量增加而增大;生物炭粒径对土壤收缩特征值变化的影响不显著。研究表明,向土壤中添加生物炭能有效降低土壤干燥过程中的收缩程度,改善土壤结构,提高土壤持水性能。     

微塑料对土壤持水性能的影响

为探究微塑料对土壤持水性能的影响,选用粒径为1 mm和25 μm的聚乙烯微塑料（PE—MPs）颗粒进行土培处理后,采用高速离心机法测得不同处理下的土壤水分特征曲线,并使用Gardner模型进行拟合分析。结果表明：（1）土壤中累积少量的PE—MPs （0~5.00 g/kg）能增强土壤持水性,但当累积量超过一定阈值（5.00~50.00 g/kg）会导致土壤持水能力显著降低。（2）1 mm大粒径PE—MPs大量积累对土壤持水性的降低效应更显著;25 μm小粒径PE—MPs少量积累对土壤持水性的提升效应更显著。（3）1 mm大粒径PE—MPs进入土壤后主要影响大孔隙与有效孔隙,对土壤有效含水率的影响较大;25 μm小粒径PE—MPs进入土壤后主要影响微小孔隙,对萎焉系数影响较大。该研究可为高农膜残留地区水分迁移模拟和农业生态风险评价提供理论依据。     

生物炭对粉黏壤土水力参数及胀缩性的影响

该文选取2种粒径（细炭0.013～0.048 mm、粗炭0.3～0.7 mm）的生物炭,以2种质量百分比（3%、6%）施入一种粉黏壤土,通过测定不同粒径生物炭及施加比例下土壤的水分特征曲线、饱和水力传导度、收缩性及饱和膨胀率,研究生物炭对粉黏壤土水力参数及胀缩性的影响。结果表明,2种粒径及添加比例的生物炭均降低了粉黏壤土的持水能力。但4种添加生物炭处理相互之间持水能力差异不显著。生物炭可降低粉黏壤土中极微孔隙和中大孔隙的比例,提高微孔隙和小孔隙所占的比例。生物炭的添加降低了该粉黏壤土的饱和含水率和凋萎系数。细炭对粉黏壤土的田间持水率没有显著影响,粗炭降低了粉黏壤土的田间持水率。两种粒径的生物炭均可提高粉黏壤土的有效含水率,并降低离心失水过程中土壤的收缩,在这2方面细炭的影响效果比粗炭显著;细炭的添加对粉黏壤土饱和膨胀率没有显著影响,粗炭则降低了粉黏壤土的饱和膨胀率。2种粒径生物炭的添加均降低了该粉黏壤土的饱和水力传导度。3%和6%的添加比例在大部分研究指标中未表现出明显差异。该研究可为生物炭在土壤环境修复应用方面提供一定的理论指导。     

生物炭添加对皖南旱地土壤物理性质及水分特征的影响

为明确生物炭添加对皖南旱地典型土壤供水能力的影响,采用室内模拟实验,研究了3种生物炭(竹炭、稻炭和烟炭)及3种添加比例(2%,5%,10%)对皖南旱地土壤物理性质及水分特征的影响。结果显示:土壤容重随生物炭添加量的增加而减小,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、吸湿系数、凋萎湿度、饱和持水量及田间持水量随生物炭的添加而呈增加的趋势,竹炭2%、5%和10%添加处理及稻炭与烟炭5%和10%添加处理在降低土壤容重、增加孔隙度、吸湿系数、凋萎湿度、饱和持水量和田间持水量较对照有差异显著(P0.05)。随着生物炭添加量的增加,土壤有效水分范围进一步增大,速效水与中效水含量增加,提高了土壤对作物的供水能力;同时,生物炭在一定程度上减少了水分蒸发,提高了土壤的保水保湿能力。因此,合理施用生物炭对改善土壤供水能力有着重要作用,在我国南方红壤旱地中有很强的适用性。     

生物炭对宁南山区土壤持水性能影响的定位研究

为确定生物炭作为土壤改良剂对半干旱地区土壤持水性能的影响,以中国科学院固原生态试验站为研究基地,通过添加不同种类(锯末、槐树皮)、不同比例(1％,3％,5％,以干土质量计)生物炭的小区定位试验,研究生物炭添加6个月后表层土壤容重、田间持水量及持水性能的变化.结果表明:施入生物炭可以有效地改善土壤容重,提高土壤田间持水量和土壤的导水性能.其中槐树皮生物炭的作用效果优于锯末生物炭,且土壤的持水性能与生物炭掺量呈正相关关系.     

添加γ-聚谷氨酸对土壤结构及持水特性的影响

为进一步探究γ-聚谷氨酸在农业方面应用,将不同γ-PGA含量(0,0.1%,0.2%,0.5%,1%)施入无团粒结构的砂壤土与粉壤土中,研究了γ-PGA在土壤物理结构及持水特征方面的作用。结果表明:随γ-PGA含量的增加,同一吸力下土壤持水量增加,VG模型中参数α值均大于对照组,n值递减。γ-PGA添加至1%时,砂壤土中容重降低0.087g/cm3,孔隙度增加3.28%,粉壤土中容重降低0.108g/cm3,孔隙度增加4.08%,添加γ-PGA降低了毛管孔隙比例,提高无效孔隙比例,表明γ-PGA对粉壤土物理特性影响大于砂壤土。饱和含水量与γ-PGA含量呈幂函数正相关,饱和扩散率则呈负相关关系,粉壤土中VG模型参数所计算饱和扩散率与水平入渗法计算值间相对误差值小于10%。除凋萎系数外,γ-PGA对其余土壤水分常数影响显著,均随γ-PGA含量增加而增大。土壤中薄膜水、毛管水比例提高,重力水比例显著下降。γ-PGA含量为1%时,粉壤土中有效水比例为64.83%,砂壤土中仅为56.14%。添加γ-PGA有利于改良土壤内孔隙分布,提高持水能力,防止土壤水分的深层渗漏。     

不同生物炭施加量的土壤水分入渗及其分布特性

为了揭示生物炭施加到黑土区土壤后形成的特殊双层土壤结构对土壤水分入渗及其分布的影响,该研究采取室内与田间试验相结合的方法,探讨了积水入渗条件下不同生物炭施加量(0、10、20、40和80 t/hm~2)的土壤水分入渗特性,并建立了生物炭-土壤双层土壤结构水分分布模型,对不同生物炭施加量的农田土壤水分分布进行了模拟。结果显示,生物炭-土壤双层结构土壤水分入渗过程表现为斜率由大变小的两段非线性曲线,转折点为入渗锋面到达生物炭-土壤交界面后暂停继续下渗,上层土壤质量含水率累积到界面含水率超过临界含水率42.5%的时间;生物炭的施加使土壤入渗率、饱和导水率和临界吸力与对照相比提高的比例范围分别为21.95%~112.20%、14.29%~52.38%和13.75~78.69%,同时也可显著增强上、下层土壤的持水性能。在上层土壤厚度为20 cm时,影响临界吸力的因素只有生物炭的施加量,且其与施炭量的相关性大于土壤入渗率和饱和导水率;施用生物炭条件下的土壤水分分布规律可以用本研究所建立的生物炭-土壤双层土壤结构水分分布模型来表达。研究表明,生物炭添加能够改善黑土区土壤持水能力和水分入渗特性,有利于作物生长,减少地表径流和水土流失;同时也为生物炭在黑土区农业生产上的应用选择合理施加量提供科学参考。     

生物炭添加对黄绵土水分补给和消退的影响

[目的]明确雨季生物炭添加对黄绵土储水、保水能力的影响,为科学利用生物炭改良黄土高原地区土壤以及确定合理的生物炭施用量提供基本理论支持。[方法]采用多层一体式土壤水分温度测量系统(JDTS-01)对黄土高原地区土壤水分进行野外定点观测,并使用烘干法对监测数据进行校正,研究黄绵土0—40 cm土层水分动态变化与补给、消退情况。基于双变量相关分析探讨了不同生物炭添加量下土壤水分补给和消退变化的影响因素及其相对重要性。[结果](1)整体上生物炭添加能在一定程度上增加土壤水分含量,低生物炭添加量增加了深层土壤水分,而高生物炭添加量增加了表层土壤水分,2.5%左右的生物炭添加量可能是影响土壤水分入渗和蒸发的拐点。(2)添加生物炭后,0—20 cm土层水分补给量增大,20—40 cm土层水分补给量减小。降雨带来的水分补给能够很大程度上滞留在土壤耕层,添加生物炭量较大时土壤水分补给效果更好;0—20 cm土层中添加生物炭处理的水分消退更快,而不添加生物炭的土壤水分入渗土层更深。(3)生物炭添加可以促进黄绵土土壤水分补给,减弱土壤水分消退,有利于降雨后土壤储水。[结论]生物炭添加能够改善黄土高原地区土...     

稻壳炭对红壤理化特性及芥菜生长的影响

本文探讨了不同热解温度制备的稻壳炭的基本性质,并通过盆栽试验研究了500℃热解稻壳炭添加量对南方红壤理化性质和芥菜产量的影响。结果表明:稻壳炭添加量3%、5%和10%三个处理显著改善了红壤的理化性质,土壤体积质量较对照处理依次降低0.11、0.28和0.42 g/cm~3,p H由4.5分别增加到7.5、7.8、8.4,CEC依次增加52.16%、187.02%和214.35%,土壤有机质、速效磷和速效钾显著增加,但稻壳炭添加量10%处理的土壤碱解氮含量降低。稻壳炭对芥菜的养分含量、产量等指标影响较为显著,随着施炭量的增加,芥菜的生物量增加,叶片全氮从1.63 g/kg增加到2.44 g/kg,全磷从2.32 g/kg增加到3.09 g/kg,全钾从47.1 g/kg增加到56.7 g/kg,产量由108.37 g/盆增加到608.7 g/盆。总之,添加5%的500℃热解稻壳炭有效改善了酸度较强的红壤的理化性质,促进了芥菜的生长和增收以及对氮磷钾养分的吸收和储存。在红壤改良上,稻壳炭的最佳添加比例为5%。     

夏尔希里自然保护区典型植被土壤水源涵养功能探究

为了探究夏尔希里自然保护区不同植被类型土壤水源涵养功能特征,在保护区内选取具有代表性的草地、灌木、森林样地共13个,以不同植被类型的土壤为试验材料,采用野外调查与室内试验相结合的方法,分别对保护区内的草地区、灌木区、森林区的土壤水源涵养能力进行定量分析。结果表明:(1)随着土层深度的增加,研究区草地土壤容重逐渐增大,在土壤层0-10 cm处出现最小值为0.69 g/cm^3。草地土壤持水能力和蓄水能力变化规律一致,均表现为0-10 cm>10-20 cm>20-30 cm。(2)随着土层深度的增加,灌木土壤容重变化差异较大,变化范围为0.98~1.63 g/cm^3,最小值出现在土壤层0-10 cm处。各水源涵养能力指标含量在不同的土层深度上差异性显著(P<0.05),灌木持水能力大体表现为0-10 cm>10-20 cm>20-30 cm>30-40 cm>40-50 cm,蓄水能力随着土层深度的增加,呈现先增加后减小的趋势。(3)森林土壤水文物理性质和土壤水源涵养指标之间存在显著性差异(P<0.05),随着土层深度的增加,土壤容重逐渐增大,在土层0-10 cm处出现最小值为0.45 g/cm^3。森林土壤持水能力主要以0-10,20-30,40-50 cm为主,占总持水量的71.6%,蓄水量在水源涵养功能中占比较小。     

生物炭对东北黑土持水特性的影响

为探究生物炭对东北黑土持水特性的影响,系统研究3种添加比例(2%、5%、10%)、3种粒径(0.25、0.5、1 mm)的杨木炭和竹炭对3种质地东北黑土(壤土、砂壤土、砂土)田间持水量和含水率的影响规律,构建添加生物炭黑土的水分特征曲线,并采用Van-Genuchten和Broods-Corey模型进行拟合。结果表明:生物炭能显著提高不同质地东北黑土的持水能力,黑土的田间持水量与生物炭的添加比例呈显著正相关,而与生物炭的粒径呈负相关,0.5 mm和1 mm粒径的生物炭对黑土田间持水量的影响差异不显著,杨木炭显著优于竹炭,0.25 mm、10%添加比例的杨木炭对东北黑土持水能力的提高效果最优,壤土、砂壤土、砂土3种质地黑土的田间持水量和饱和含水率分别可提高64.97%、66.42%、69.39%和47.60%、38.93%、31.18%;Van-Genuchten模型能更精确的模拟添加生物炭黑土的水分特征曲线,最佳离心时间为100 min,三次函数曲线能够较好的拟合添加生物炭黑土的体积含水率与离心吸力之间的多元动态关系,为生物炭对各种质地东北黑土水分运动规律的深入研究提供理论依据。     

土壤混掺生物炭对微咸水蒸发特性的影响

为探究不同生物炭混掺量对微咸水蒸发特性的影响,采用离心机试验和室内土柱模拟试验,设置3个生物炭质量添加比例(B₀、B₂、B₄)和4个微咸水矿化度(W₀、W₁、W₃、W₅),分析不同处理对微咸水蒸发下的土壤水分特征曲线、孔隙分布、累积蒸发量、盐分运移、土壤温度日变幅的影响,并应用蒸发模型进行拟合分析。结果表明:生物炭和微咸水联合应用下能提高土壤持水能力,增加土壤中的较大孔隙和较小孔隙的比例;土壤累积蒸发量随着生物炭混掺量的增加先减少后增加,生物炭混掺量为2%时可以更好地抑制微咸水蒸发;Rose蒸发模型可以较好地拟合微咸水蒸发;土壤中混掺生物炭可以降低盐分表聚,使其在土壤中均匀分布;混掺生物炭可以有效降低土壤温度日变幅;相同生物炭施用量下,矿化度为3 g/L的微咸水,可以降低0—10 cm土层土壤平均温度,提高10—50 cm土层土壤平均温度。综合考虑各项指标,处理B₂W₃的生物炭和微咸水更适宜农田施用,为西北干旱地区更好地利用微咸水灌溉提供理论依据。     

碳氮添加对雨养农田土壤物理性状的影响

为探明添加不同碳源及不同量氮肥4年后对土壤物理性质、产量的影响,依托布设于甘肃省定西市安定区李家堡镇的不同碳源田间定位试验,设置2种碳源(生物质炭15t/hm^2,秸秆4.5t/hm^2),3个氮肥施用量(0,50,100kg/hm^2),共计9个处理。研究了生物质炭、秸秆配施氮肥对试区土壤容重、总孔隙度、土壤饱和导水率、土壤团聚体稳定性、产量的影响。结果表明:较之无碳添加处理,添加生物质炭或秸秆均可改善土壤物理性质,但生物质炭效果最好。秸秆输入对0-5cm土层土壤容重的降低和总孔隙度、水稳性团聚体稳定性的提升具有显著效应,对土壤饱和导水率和0-30cm各土层机械稳定性团聚体稳定性的提升具有显著效应,而生物质炭对0-30cm各土层的土壤物理指标的改善均具有显著效应。氮素添加对土壤物理指标影响较小。生物质炭、秸秆、氮素均可促进作物增产,总体而言,生物质炭增产效果优于秸秆,尤其是生物质炭15t/hm^2+施纯氮100kg/hm^2处理。因此,添加生物质炭更有利于该区土壤物理性质的改善和产量的增加。     

不同耕作深度对红壤坡耕地耕层土壤特性的影响

红壤坡耕地不同耕作深度对耕层质量和作物产量具有重要影响。以江西红壤坡耕地示范区耕层为研究对象,从土壤属性角度,对红壤坡耕地不同耕作深度处理下垂直深度土壤水分、容重、孔隙度、土壤紧实度、土壤抗剪强度、土壤有机质、有效磷和速效钾等进行分析。结果表明:(1)不同耕作深度对土壤孔隙度、饱和含水量和田间持水量的影响为免耕翻耕20 cm翻耕10 cm常规耕作翻耕30 cm,对容重的影响为翻耕30 cm常规耕作翻耕10 cm免耕翻耕20 cm;与常规耕作比较,翻耕30 cm使土壤饱和含水量、田间持水量和土壤孔隙度分别提高了18.17%,12.67%,5.94%,土壤容重降低6.90%。(2)不同耕作深度下土壤紧实度表现为翻耕30 cm翻耕10 cm翻耕20 cm免耕常规耕作,土壤抗剪强度表现为翻耕30 cm常规耕作翻耕10 cm免耕翻耕20 cm;与常规耕作对照,翻耕30 cm使土壤紧实度和抗剪强度分别降低27.07%和24.82%。(3)土壤有机质含量以翻耕20 cm处理下最高(13.48 g/kg),免耕处理含量最低(9.39 g/kg),土壤速效养分主要集中分布在0-20 cm土层,但20-40 cm土层中翻耕处理较免耕处理有不同程度的增加,以翻耕20 cm和常规耕作表现显著。(4)主成分分析结果表明,翻耕30 cm处理对红壤坡耕地土壤的综合改善效果最好。研究结果可为红壤坡耕地耕层土壤改善和合理耕层构建提供技术参考。     

腐植酸接枝共聚物对赤红壤改良的研究

研究了腐植酸与丙烯酸、丙烯酰胺的接枝共聚物对赤红壤改良的作用。试验结果表明，该类共聚物显著改善了赤红壤的结构性能，大于0.25mm水稳性团粒结构由空白样的26.9%提高到43.7%～67.5%，渗透系数由1.8×10