保水剂对土壤持水特性的作用机理研究

分别将B1(北京华瑞祥科技有限公司高吸水树脂保水剂)、B2(广东东莞市安信保水有限公司农林保水剂)、B3(唐山博亚科技工业开发有限责任公司的高能抗旱保水剂)3种保水剂以不同用量(0.05%、0.10%和0.50%)施入无团聚体孔隙的风沙土中,测定各处理土壤在不同吸力时的含水量,并用V-G模型拟合各土壤水分特性曲线,获得各处理土壤的水分特性曲线参数和主要水分常数等结果,以期揭示使用保水剂在改善土壤持水性方面的作用特征和机理。结果表明:1使用保水剂后,除土壤无效水部分无显著变化外,各处理土壤饱和含水量、田间持水量、重力水和有效水部分均显著增加,保水剂用量为0.50%时处理土壤的田间持水量比对照高3~4.7倍,使用保水剂显著改善了土壤中、低水吸力段的持水容量,即土壤的"孔隙"持水部分。2各处理土壤的水分特征曲线右移,各吸力段的持水容量明显增加,n值均小于对照,表明使用保水剂显著增大了在失水过程中土壤的持水能力。3使用保水剂后,各处理土壤增加的吸水量主要来源于重力水和有效水,保水剂用量为0.05%时,各处理土壤重力水所占比重高于60%,随着保水剂用量增加,重力水所占比重下降,有效水分所占比重提高,表明保水剂对土壤持水特性的作用机理主要体现为增加了土壤的"毛管孔隙"持水比例,即在低使用量时显著改善土壤重力水部分,随着保水剂使用量的增加则显著增加土壤有效水部分。4综合比较保水剂类型和对土壤持水能力的改善作用,B3型保水剂在使用量为0.5%时的改善效果最好。由此得出,化学保水剂尽管是一种具有很强分子吸水能力的基质,却在土壤中能够极大地改变土壤"孔隙"持水性,增加土壤有效水贮量,应当受到应有的重视和广泛使用。     

保水剂用量对冬小麦生长及水肥利用的影响

为探明保水剂施用条件下冬小麦生长与水肥利用的特征,采用田间试验,以不施保水剂和氮肥为对照,研究了单施氮肥(T2:225 kg·km^-2)和其与不同用量保水剂配施(T3:N+保水剂30 kg·hm^-2、T4:N+保水剂60 kg·hm^-2、T5:N+保水剂90 kg· hm^-2)处理对冬小麦生长、土壤矿质氮含量以及水肥利用等影响。结果表明:保水剂与氮肥的施用显著提高了小麦各生育期的小麦总群体、株高、叶面积、土壤矿质氮含量及水肥利用率等。各处理中,以T4处理对于总群体数、株高、穗长和穗粒数的提高效果最为显著,而T5处理对于小麦叶面积和千粒重的提高作用明显。随小麦生育期的推进,保水剂处理的根冠比均较对照低,尤其是T3处理。而各生育期土壤矿质氮平均含量表现为T4＞T3＞T5＞T2＞CK。最终小麦产量、氮肥农学效率、氮素生产力和水分利用效率,随保水用量的增加而先增后将,且均匀以T4处理最高,其分别比单施氮肥处理(T2)14.5％、55.9％、34.6％和25.0％。说明各处理中,以T4处理对小麦的生长、增产及水肥利用的效果最佳。     

保水剂用量对土壤水分的影响

为确定保水剂的合理用量,于2008年5月在陕西米脂县进行保水剂不同用量玉米盆栽试验研究.盆栽试验设置了保水剂不同用量(0、30、40、50、60 g)五个处理及保水剂与风干黄绵土配比用量(0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.30%)6个处理,分别研究了保水剂不同用量与土壤水势、土壤含水量的关系及对土壤持水时间的影响.试验结果表明,土壤含水量高(>18%)时各处理土壤水吸力十分接近,在土壤吸水力相同时,随着保水剂用量的提高其土壤含水量也随着提高;保水剂用量越大的处理玉米存活的时间也越长,0.20%和0.30%处理玉米存活时间较对照长3 d;综合分析表明本试验中保水剂与黄绵土配比0.20%和0.3%应用效果较好.     

保水剂对不同质地土壤保肥性影响的研究

试验在三种不同质地的土壤中加入不同用量的保水剂和相同用量硫酸钾进行,利用花盆试验研究保水剂不同用量对不同质地土壤保持养分能力的影响。结果表明,(1) 保水剂能降低土壤淋洗液中钾离子浓度,且钾离子浓度与保水剂用量呈负相关,表明保水剂对三种质地土壤保持钾素的能力都有所提高;(2) 保水剂对三种质地土壤养分保持能力的影响大小程度依次为砂土、壤土、粘土;(3) 保水剂使土壤中硫酸钾残留量都较对照显著提高,砂土、壤土和粘土中分别加入0.25%保水剂较对照分别节钾25.51%、4.70%和2.06%。试验表明保水剂具有显著的保肥效果,在一定程度上减少了可溶性养分的淋溶损失,从而对土壤的持肥能力有较明显的增加作用。     

不同节水措施对马铃薯生长及水分利用的影响

结合地膜、保水剂和滴灌系统,研究其在不同土壤基质势下对马铃薯生长及水分利用的影响。结果发现:土壤20 cm处不同土壤基质势下,露地未施保水剂处理有较好的生长势和较高产量,地膜覆盖并施用保水剂处理能提高大中薯率、商品薯率和灌溉水利用率;土壤基质势在-20 kPa及-25 kPa下,马铃薯生长势、产量及块茎商品性差异不大,但较低的土壤基质势会削弱保水剂的保水性能。试验结果表明:晚播春马铃薯不适宜在整个生育期内覆盖地膜,采用保水剂与滴灌系统相结合可以达到节水增产的目的。     

保水剂对土壤的物理性质与水分入渗的动态影响

保水剂在农业上的应用对于缓解干旱具有重要的意义,但其应用后会发生降解而最终失去保水作用,因此了解其在降解过程中引起的土壤物理性质的动态变化及水分运动的机理,是其能否正确应用的关键,本试验以保水剂在农业应用中的典型用量为基础,研究了保水剂对土壤的物理性质动态影响及一维土壤水分。结果表明,保水剂施入土壤后其性能不断衰减是导致土壤物理性质不断变化的最根本原因;土壤中施用保水剂后土壤的质量饱和含水率明显增加,饱和导水率降低,但随着保水剂性能的逐渐衰减,饱和含水率呈现下降趋势,饱和导水率呈现上升趋势;施入保水剂后土壤的扩散率是一个曲面,并且随着保水剂自身性能的衰减,呈现逐渐扩展的趋势;施用保水剂后土壤入渗的湿润锋前进速度下降,这主要是由于施用保水剂土壤的饱和含水量增加和保水剂膨胀堵塞土壤孔隙造成的;通过对施用保水剂土壤的扩散率和导水率的分时段研究,最终建立施用保水剂土壤的一维水分运动方程,试验证明其可行,且精度在允许的范围内。     

农艺措施和保水剂对土壤蒸发和夏玉米 水分利用效率的影响

为进一步研究黄淮海地区免耕夏玉米栽培节水问题,于2011年进行大田试验,研究了农艺措施(播后镇压、秸秆覆盖)和保水剂对土壤蒸发和夏玉米水分利用效率的影响.结果表明,夏玉米整个生育期平均,处理A(播后镇压)、B(播后镇压+秸秆覆盖)、C(播后镇压+保水剂)和处理D(播后镇压结合秸秆平茬覆盖和保水剂)比处理E(播种后覆土)在0～40 cm土层,土壤含水量增加了4.78％、7.96％、5.50％和11.08％,水分蒸发减少了16.33％、103.78％、28.37％和128.77％,产量提高了9.68％、17.60％、11.78％和24.01％,水分利用效率也增加了9.64％、17.55％、11.71％、23.96％,效益增加了1 536.34、2 516.42、801.74、2 553.10元/hm2.这种作用在夏玉米的生长前期更明显,拔节前的土壤水分比较,处理A、B、C、D比E增加了8.74％、15.81％、10.48％和20.28％,水分蒸发减少了17.81％、164.68％、40.35％和209.43％.处理D集成了镇压、秸秆覆盖、保水剂的作用,能够充分提高土壤水分含量和抑制水分蒸发.建议在黄淮海区夏玉米实行播后镇压结合秸秆覆盖等农艺措施,有条件的地方可以再结合增加保水剂的应用.     

聚丙烯酸钠的释水特征及对土壤物理参数的影响

聚丙烯酸钠作为保水剂的一种,在农业应用中能够防止水土流失,改善土壤水分状况,促进作物增产,提高作物品质。通过室内试验分析了聚丙烯酸钠的释水特征及土壤中混施不同比例(0、0.3%、0.5%、1%和1.5%)聚丙烯酸钠对土壤饱和导水率、收缩比和紧实度的影响。研究结果表明,聚丙烯酸钠释水与混施土壤后释水存在较大差异,100%聚丙烯酸钠在1.5 MPa吸力条件下能保持46.4%的水分,而在干土中可以快速100%的释放水分;随着土壤聚丙烯酸钠用量的增加,土壤透水性急剧降低,均匀混施达到1%时,饱和导水率接近0 m·d~(-1);干燥后土壤紧实度和收缩比增加,导致聚丙烯酸钠的农业应用也存在一定的潜在风险。     

水分对旱稻土壤及植株中主要营养元素含量的影响

在防雨棚池栽条件下研究了不同水分处理下土壤矿质元素的释放及旱稻植株对矿质元素的吸收利用特点。结果表明：土壤水分对土壤N、P、K含量及植株养分吸收存在明显影响。随着土壤水分含量的提高,土壤硝态氪含量显著下降,氨态氪含量显著上升;磷素在低水分处理下先升高后基本保持较高水平,而在高水分处理下有一个升降升的变化过程;钾素在65％、100％水分处理下在分蘖中后期显著大于其它水分处理,而在分蘖前期各水分处理都有一个先降后升的变化趋势。在植株对矿质元素的吸收上,100％水分处理下植株体内的全氮含量一直呈下降趋势,65％、75％处理下磷素变化呈“U”型,其余各处理下植株体内的N、P、K含量都呈W型变化。随土壤含水量的增加,旱稻植株对N、P、K的吸收总量均增加。     

保水剂用量对冬小麦光合特性及水分利用的影响

研究了冬小麦不同生育期(拔节、孕穗、灌浆)、不同用量保水剂(处理1,0 kg/hm 2;处理2,45.0 kg/hm2;处理3,52.5 kg/hm2;处理 4,60.0 kg/hm2)下冬小麦的光合速率、蒸腾速率、水分利用效率以及作物水分生产效率.结果表明:整个生育期内,冬小麦的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)及水分利用效率(WUE)均表现为:孕穗期>灌浆期>拔节期.各生育期内,随保水剂用量的增加,光合速率、蒸腾速率和水分利用效率均增大.收获后,冬小麦水分生产效率各处理均优于对照,45.0、52.5和60.0 kg/hm2的处理分别比对照高:5. 4、5.5和10.4 kg/(mm*hm2).     

Residual phytotoxic activity of pethoxamid in soil and its concentration in soil water under different soil moisture conditions

The relationship between the residual phytotoxic activity of pethoxamid (2-chloro- N -[2-ethoxyethyl]- N- [2-methyl-1-phenyl-1-propenyl] acetamide) on rice ( Oryza sativa cv. Kiyohatamochi) seedlings and its behavior in soil was investigated under different moisture conditions. The phytotoxic activity of pethoxamid on the shoot growth of rice seedlings in soil was higher in 80% soil moisture content than in 70% and 60% soil moisture contents. The phytotoxic activity in soil in 70% and 80% soil moisture conditions decreased with the increasing time after application, but the phytotoxic activity was slight in 50% soil moisture conditions at any given time after application. The residues of pethoxamid in soil water, the amount adsorbed on soil solid, and the amount in total soil was reduced with the time after application in a similar manner among these soil moisture conditions. The residual phytotoxic activity of pethoxamid on the shoot growth of rice seedlings in soil was more highly correlated with the concentration in soil water than with the amounts adsorbed on soil solid and in total soil. The partition coefficients between the amounts of pethoxamid adsorbed on soil solid and its concentration in soil water were similar among the soils with different moisture conditions at each day, and the partition coefficient increased with the time after application. These results suggested that the residual phytotoxic activity of pethoxamid in soil depends on the decreasing concentration of pethoxamid in soil water with time, except in low soil-moisture conditions, which were insufficient for seedling growth.     

生物炭对塿土持水能力的影响

通过连续6年定位试验，探究较长时间施用生物炭对土壤保水作用的影响，以期为塿土区水土保持和土壤改良提供理论参考。田间试验于2011年开始，设4个生物炭施用梯度：对照，不施生物炭（B0）；5 t·hm^-2（B5）；10 t·hm^-2（B10）；20 t·hm^-2（B20）。在2017年测定了土壤含水量、土壤基础理化性质和水分累积蒸发量等。结果表明：生物炭能够显著减小土壤容重、增加土壤孔隙度、饱和含水量和田间持水量，且随着生物炭施入量的增加，各指标变化幅度也增大，B20与B0处理相比，土壤容重减少了8.28%，毛管孔隙度增加了20.17%，饱和含水量与田间持水量分别增加了22.17%和14.86%；生物炭显著增加了土壤团聚体稳定性，B20与B0处理相比，土壤水稳性团聚体含量增加了19.00%，团聚体破坏率和不稳定团粒指数分别降低了11.34%和9.61%；生物炭还可有效抑制土壤水分的蒸发，B10和B20处理的土壤累积蒸发量分别比B0处理减少了7.45%和10.18%。结合逐步回归分析与通径分析发现，生物炭对土壤结构的改良是其促进土壤持水能力的主要原因。土壤孔隙度和有机碳含量是影响土壤饱和含水量的主要因子，影响土壤毛管持水量的主要因子为有机碳含量和土壤毛管孔隙度，而毛管孔隙度与水稳性团聚体含量则解释了绝大部分土壤田间持水量的变化。研究表明生物炭施用可以显著改良土壤结构，提升塿土持水性能，增加干旱半干旱地区土壤的蓄水保墒能力。     

Phytotoxic activity of pethoxamid in soil under different moisture conditions

The phytotoxic activity of soil-applied pethoxamid [2-chloro- N -(2-ethoxyethyl)- N -(2-methyl-1-phenyl-1-propanyl) acetamide], (TKC-94), on the plant growth of rice ( Oryza sativa cv. Kiyohatamochi ) seedlings as an assay plant in soil was investigated under different soil moisture conditions. The phytotoxic activity of pethoxamid mixed with soil on the shoot and root growth of rice seedlings was uppermost under the highest soil moisture condition and it decreased with declining soil moisture content, while the inhibition was greater on the root growth than the shoot growth. The amount of pethoxamid adsorbed on soil solid and the concentration of pethoxamid in soil water from soil applied with this herbicide were not influenced by the soil moisture content. In addition, the phytotoxic activity on the growth of rice seedlings in sea sand culture applied with the soil water from the herbicide-applied soil was not influenced by the soil moisture content. In the sea sand culture, the phytotoxic activity of pethoxamid was significantly reduced in negative water potential as the concentration of polyethylene glycol-6000 added to the water increased. It is suggested that the phytotoxic activity of pethoxamid in the soil primarily depends on the concentration in soil water, but the phytotoxic activity was affected by soil moisture through the effect on absorption of this herbicide by rice seedlings.     

磁化水对不同土壤水分下黄瓜幼苗生长、光合和养分吸收的影响

采用二因素二水平完全试验设计，研究了砂培条件下磁化处理（分别为0.3T磁场强度处理的磁化蒸馏水和蒸馏水处理）对不同土壤水分条件下（正常水分处理：田间持水量的80%~85%；干旱处理：田间持水量的40%~45%，于黄瓜4~5叶期维持7 d）黄瓜幼苗生长、水分关系、光合作用和养分吸收的影响。结果表明，磁化水浇灌显著降低黄瓜幼苗的生长和水分利用，其中茎粗、地上部生物量、根生物量、总生物量、根体积、根表面积、整株耗水量和整株水分利用效率分别降低6.7%、8.9%、19.1%、9.9%、22.1%、18.5%、6.2%和10.9%；磁化水浇灌导致黄瓜幼苗叶SPAD值降低了3.7%，叶气孔导度和蒸腾速率则分别增加了21.8%和17.5%，叶瞬时水分利用效率降低了17.7%，但对净光合速率影响不大；磁化水浇灌使PSII最大光化学效率和电子传递速率分别降低了5.2%和18.6%，同时增加叶片中K含量。除叶片K含量外，干旱条件下磁化水对黄瓜生长和生理代谢影响不大，表明磁化水的作用依赖于土壤水分条件。     

3种因素对油松移植苗根系活力的影响

采用盆栽的方法,以3种不同的光照条件、土壤含水量及苗木含水量,对4 a生油松（Pinus tabulaeformis）移植苗进行处理,测定3种因素交互作用下油松移植苗的根系活力。结果表明：光照强度的降低、苗木含水率的减少及土壤含水量的增加,促使油松移植苗根系活力不断降低;油松移植苗的苗木含水量为63%或土壤含水量为30%时,自然光照下根系活力均显著大于遮光条件下根系活力;在自然光强、63%的苗木含水量及30%土壤含水量其中一种条件影响下,其他两个因素的变化均可引起根系活力的显著变化;在自然光强与53%自然光强条件下,或在土壤含水量为30%和50%条件下,苗木失水均导致根系活力降低。     

辽西易旱区不同耕作方式对土壤物理性能的影响

比较了不同耕作方式对土壤水分、温度、容重、孔隙性状和养分的影响。结果表明,保护性耕作有抑制蒸发保墒作用,分别表现在苗期0-20cm土层以及作物生长发育后期40cm以下土层,提高了水分利用率,其中留茬覆盖可以比传统耕作提高16.53%,增产幅度可达13.56%;保护性耕作的土壤温度低于传统耕作,尤其留茬覆盖表现最为明显,其降低土壤温度的效应主要发生在苗期和土壤表层;保护性耕作方式提高了毛管孔隙度,提高了涵养水分的作用,但土壤容重的增加影响作物的播种和出苗;保护性耕作对土壤有机质和速效养分的变化有着一定的影响,但各种方式间差异不显著;在辽宁省西部干旱和半干旱地区建议采用以留茬覆盖为主的保护性耕作方式。     

晋北黄土丘陵区不同林草措施的蓄水保土和土壤水分效应研究

以设在山西省阳高县的大型径流观测场为依托,以2005-2009年的野外实测数据为依据,研究了晋北黄土丘陵区人工植被与鱼鳞坑配合的蓄水保土及土壤水分效应,并与荒坡、苜蓿地进行了对比。结果表明:在观测的5年内,柠条、沙棘、油松的蓄水保土能力随种植年限延长无明显增加趋势,但鱼鳞坑的蓄水能力和保土能力分别高达84.7%～96.0%和95.2%～99.7%;荒坡和苜蓿(Medicago sativa)第一年和第二年的蓄水保土能力较差,第三年和第四年随植被盖度增加能力急剧增强,第四年蓄水能力分别达82.8%和91.2%,保土能力达97.0%和98.0%;土壤水份分析结果表明:不同小区4～9月土壤水分变异系数为7.0%～19.1%,油松区变异系数最大,其次为沙棘、苜蓿和柠条区,荒坡区和裸坡区变异较小,不同小区土壤水分亏缺率为23.98%～52.66%,亏缺顺序为柠条区>苜蓿区>油松区>沙棘区>荒坡区>裸坡区;林草植被有效地减少了水土流失,亦增加了土壤水分的变异及亏缺程度,应注意林草植被的合理选择和配置。     

秸秆还田对旱作冬小麦后茬土壤水分的影响及其APSIM模拟

模型作为一种作物生长机理模型,可敏感捕捉气候变化、土壤水分变化引致的系统组分响应,适用于降水不确定性地区的农业系统生产预测。为确定APSIM模型对秸秆还田等水土保持耕作拦截夏季降水的模拟功能,在甘肃黄土高原开展了秸秆还田处理,对冬小麦收获后休闲期土壤水分的影响及其APSIM模拟。结果表明：自然降水条件下,免耕+秸秆还田（S）处理下土壤水分蒸发量较休闲裸地（F）、耕作+覆草（TS）及传统耕作（T）降低16.7%~23.9%,裸地休闲或耕作会造成土壤水分流失,秸秆还田的保水作用明显,APSIM模拟可代表71%~92%的土壤水分变化;在人工模拟降水(66 mm·h^-1)情况下,土壤蒸发在2 t·hm^-2(SS)、4 t·hm^-2(LS)秸秆还田量下比裸露休闲地(F)分别降低了27.8%和49.4%,APSIM模拟值解释了96%~99%的土壤水分变化。表明本土化的APSIM模型可以描述研究区土壤水分变化,适用于农业系统研究。     

保墒灌溉对夏玉米地土壤水分迁移转化的影响

设置地膜覆盖、秸秆覆盖和PAM化学保水剂3种保墒处理,研究不同保墒灌溉下夏玉米地土壤水分沿剖面变化规律与夏玉米整个生育期耗水规律的异同.试验结果表明:在灌溉或非灌溉条件下,各保墒处理的土壤含水量在0～150 cm均高于相同条件下的对照,且各保墒灌溉对土壤储水量的提高,随着灌溉水量的增加而增加.试验结果还表明:地膜覆盖、...     

疏叶骆驼刺幼苗根系生态学特性对水分处理的响应

通过人工壕沟挖掘法,对疏叶骆驼刺幼苗在不同水分条件下的根系生态学特性的季节变化进行研究.结果表明:①在土壤水分较好的环境中,疏叶骆驼刺幼苗大量拓展水平根,并产生分蘖植株竞争光照资源;而在土壤水分相对缺乏时垂直根系发达,向深层土壤拓展资源空间.根系形态的可塑性是疏叶骆驼刺幼苗获取水分适应干旱环境的重要策略之一.②根冠比随土壤水分的减少而增加,且在生长季后期这种趋势更加明显,增加根冠比是疏叶骆驼刺幼苗适应干旱的策略之一.③幼苗根系的扎根深度和垂直生长速度随着土壤水分的减少而增加.④根系生物量、根系表面积随土壤深度的增加而减小,并在垂直剖面上呈倒金字塔状分布.根系生物量形成过程符合Logistic"慢-快-慢"的S型生长曲线,总生物量随着土壤干旱程度的增加而降低.