微咸水对生物炭作用下盐碱土水盐运移特征影响

为了合理利用微咸水资源并结合生物炭改良剂,在节水基础上探究施用生物炭微咸水矿化度对盐碱土水盐运移规律影响.以黄三角中度盐碱土为研究对象,在室内进行一维垂直入渗试验,包括对照共设置8个处理:CK,W1,W2,W3,C1,W1C,W2C,W3C.结果表明:相同入渗时间下,累积入渗量和湿润锋运移深度随微咸水矿化度增加先增加后降低;低矿化度条件下,掺生物炭的土壤入渗性能优于未掺生物炭的,提升幅度2.16%~8.54%,且处理W2C效果最优,W1C略小于W2C,Kostiakov模型能够更好地描述微咸水矿化度对生物炭作用下盐碱土的土壤水分入渗过程.相同土壤条件下,各处理0~20 cm土层土壤含水率随着微咸水矿化度增加先增加后降低,掺生物炭的土壤含水率比未掺生物炭高2.53%~3.95%,且处理W2C增幅显著,W1C略小于W2C.各处理的土壤含盐量随着微咸水矿化度增加而增加,生物炭处理的脱盐效果略小于未掺生物炭的,其中2 g/L微咸水处理的脱盐效果最优,脱盐率高达47.4%.综合考虑,对黄河三角洲地区中度盐碱土,建议掺加生物炭并采用2 g/L微咸水进行灌溉.     

生物炭、河沙对盐碱土水盐、氮素及玉米产量的影响

【目的】探究连续施用生物炭与河沙1 a和3 a对黄河三角洲地区中度盐碱土的改良效果、氮素及夏玉米产量的影响。【方法】采用田间小区试验,共设置CK、C1[5 t/(hm~2·a)生物炭]、C2[10 t/(hm~2·a)生物炭]、C3[20 t/(hm~2·a)生物炭]、S1(5%沙)、S2(10%沙)、S3(15%沙)7个处理。【结果】(1)施加生物炭对掺炭层土壤含水率提升效果显著,施用1 a较CK增加2.20%～7.34%,第3年较CK增加5.08%～16.38%。其中,C3处理效果较优;随施沙量增加,掺沙层的土壤含水率呈降低趋势。(2)3 a累积效应下,掺沙处理土壤降盐效果要优于生物炭处理,掺沙10%～15%的脱盐效果较好,较CK脱盐率达15.52%,且3 a累积效果优于1 a。(3)施加生物炭能明显提高0～40 cm土层的硝态氮(第1年:10.34%～60.60%;第3年:14.24%～41.92%)、铵态氮量(第1年:0.96%～16.96%;第3年:-4.56%～7.37%),其中,C3处理增幅显著,掺沙处理则仅提升了20～40cm土层氮素量。(4)生物炭处理对夏玉米产量的提升优于掺沙处理,第3年较第1年增幅为2.40%～19.86%,且随施炭量增加而增大。【结论】添加生物炭对盐碱地的改良效果、氮素量及作物产量的提升要优于掺沙,且3a的累积效果较优,因此,建议对黄河三角洲地区的中度盐碱地长期掺加20 t/(hm~2·a)的生物炭。     

生物炭种类与施量对新复垦区土壤水分入渗过程的影响

为探究不同种类生物炭与其施量对新复垦区土壤水分入渗过程的影响,设置2个生物炭种类（玉米秸秆生物炭A、水稻稻壳生物炭B）和3个施量梯度（2%、4%和8%）以及不施加生物炭（CK）共7个处理,进行垂直一维积水入渗试验。结果表明：除低施量水稻稻壳生物炭处理（B2）外,添加生物炭延缓了新复垦区土壤水分入渗过程,玉米秸秆生物炭优于水稻稻壳生物炭。添加2%、4%和8%玉米秸秆生物炭处理（A2、A4、A8）随施量增加,入渗时间逐渐延长,与CK相比,入渗时间分别延长35.0%、46.0%和59.1%;而水稻稻壳生物炭组中仅4%施量处理（B4）延缓了水分入渗,入渗时间较CK增加28.5%。同时,添加生物炭降低了土壤初始入渗率及相同入渗时间内的湿润锋运移距离和累积入渗量,生物炭种类及其施量对这3项指标的影响与对入渗时间的影响规律相似。添加生物炭均提高了土壤表层含水率,增幅2.2%～20.3%,且两种生物炭在高施量处理条件下土壤保水能力明显优于中、低施量。湿润锋运移距离与时间符合幂函数关系,Philip模型能较好地模拟不同种类及施量生物炭处理下新复垦土壤的水分入渗过程。总体来讲,添加8%玉米秸秆生物炭处理有利于改善新复垦区土壤水分下渗快、保水能力弱的问题。     

咸淡轮灌和生物炭对滨海盐渍土水盐运移特征的影响

为利用滨海地区微咸水改良盐渍土,进行了不同咸淡水轮灌(淡淡、淡咸、咸淡、咸咸)和施用生物炭(0、15、30 t/hm^2)的室内入渗试验,探讨了咸淡轮灌和生物炭施用下滨海盐渍土水盐运移过程。结果表明:滨海盐渍土水分运动主要受初始入渗水质的影响,先咸后淡的轮灌方式更有利于土壤水分入渗,入渗速率增加了8.2%~46.9%,并小幅提高了土壤含水率;生物炭可促进咸淡轮灌下的水分运移,增加了相同时间内的湿润锋距离、累计入渗量、入渗速率及入渗后的土壤含水率,添加量为15 t/hm^2时入渗增益最佳,入渗速率提高了3.5%~22.0%;淡咸和咸淡处理的土壤含盐量均低于咸咸处理,脱盐率和脱盐区深度系数更高,咸淡处理可增加脱盐率,而淡咸处理可提高脱盐区深度系数;生物炭有利于咸淡轮灌下的土壤盐分淋洗,脱盐率和脱盐区深度系数分别提高了9.1%~15.0%和1.1%~7.5%,并增加了Ca^2+和Mg^2+含量,促进Na+淋洗,进而降低了微咸水利用风险,但在30 t/hm^2时盐分淋洗效果有所减弱。研究表明,添加15 t/hm^2生物炭配合微咸水-淡水轮灌能够改善滨海盐渍土的入渗特性、持水能力和盐分分布,可为该区盐渍土和微咸水开发利用提供参考。     

生物炭在微咸水-淡水轮灌下对土壤含水量与含盐量的影响

【目的】为利用好盐碱土,使其有利于植物的生长发育。【方法】本研究在微咸水-淡水交替灌溉下,进行了室内土柱试验,观察施加不同生物炭的不同质量比的盐碱土（1%、2%、3%、5%）的含水率与含盐量,并通过脱盐率的计算推测最有利于土壤脱盐效果的生物炭以及相应的质量比。【结果】加入生物炭后,土壤的入渗能力提升、含水量增加、脱盐效果提高;在掺入相同质量比的条件下,稻壳生物炭的脱盐效果优于小麦秸秆生物炭;小麦秸秆生物炭使用2%的质量比效果更佳,但对于质量比5%的生物炭而言,效果不如纯土本身的脱盐效果。【结论】建议使用质量比为1%～3%的稻壳生物炭或者质量比为2%左右的小麦生物炭对盐碱土进行改良。     

改善原始盐碱荒地入渗能力措施的试验研究

通过室内不同处理的盐碱土柱的积水入渗试验,分析比较了掺沙、掺肥、掺沙肥、掺石膏4种措施对盐碱土壤入渗能力改善的效果。结果表明,采取的4种措施都有助于盐碱土壤入渗能力的改善,但改善效果差异较大;掺沙肥措施的效果好于单独掺沙、掺肥措施,掺石膏措施的效果更好于掺沙、掺肥、掺沙肥的效果。比较4种措施的优缺点,建议采用多种措施相结合的方式。     

微咸水水质对压砂地土壤入渗性能的影响

为研究土壤容重以及供水水质对土壤水分垂直入渗性能的影响,以香山地区不同容重(1.35、1.45 g/cm3)的土壤为研究对象,通过室内土柱一维垂直入渗试验,选择供水水质为影响因子,设置4种不同电导率的供水水质(0、2.5、5.0、7.5 mS/cm)对土壤入渗时间、入渗率,盐分分布特征以及含水率分布特征进行研究,并用P...     

秸秆条施对土壤水分运移分布的影响

通过室内试验,研究了秸秆条施深度对一维垂直入渗情况下土壤水分入渗和分布的影响。结果表明,1秸秆条施深度对累计入渗量有影响,相同入渗时间下不同条施深度的累计入渗量大小顺序为:深6 cm宽4 cm深4 cm宽4 cm深2 cm宽4 cm不施秸秆;2秸秆条施深度对垂直湿润锋运移距离大小顺序与累积入渗量大小顺序相同;3不同秸秆条施深度的土壤含水率的分布规律相似,土壤含水率等值线在秸秆条施附近近似呈半圆形,在湿润锋附近近似为直线,且距离秸秆条施处越远,土壤含水率分布曲线越密集;相同入渗时间下,深6 cm宽4 cm处理土壤平均含水率最高,其次是深4 cm宽4 cm处理。秸秆条施深度对于土壤水分运移分布有影响。     

生物炭改良棉花-甜菜间作土壤理化性质与盐分效果分析

土壤盐渍化问题已成为制约新疆地区农业发展的主要因素,近年来生物炭在改良土壤方面发挥了极大优势。为研究不同生物炭施用量对土壤理化性质以及盐分分布的影响,于2018—2020年在新疆地区开展生物炭改良盐碱土试验,种植作物为棉花-甜菜间作,模式为当地传统“一膜两管四行”栽培模式。2018年试验设置4个生物炭水平,分别为0、10、50、100 t/hm²。2019年增加设置25 t/hm²。综合分析2018年和2019年的试验结果,2020年生物炭施用量调整为0、10、25、30 t/hm²。生物炭混合深度为30 cm。在作物的不同生育期对各个处理不同剖面深度取土测定电导率、pH值和有机质含量,分析不同生物炭施用量对土壤pH值、有机质和盐分的影响。结果表明,添加生物炭显著降低生育初期和生育末期0～30 cm土层的pH值,且降低幅度与生物炭施用量成正比。生物炭对30～40 cm土层的pH值有降低作用,但效果不显著。因生物炭自身有机质丰富,生物炭施用10～100 t/hm²可增加土壤有机质含量31.8%～135...     

不同灌溉方式下施用生物炭对土壤水盐运移规律及玉米水分利用效率的影响

【目的】研究不同灌溉方式下生物炭对土壤水盐运移特征、作物生长及水分利用效率的中长期综合影响效应,推荐适宜的灌溉方式和生物炭用量,为内蒙古河套灌区农田水资源高效利用及盐碱化耕地治理提供理论依据和技术支撑。【方法】以灌溉方式、玉米秸秆生物炭用量为二因素,设计完全随机区组田间小区试验,共设置6个处理,其中灌溉方式为地下水滴灌、地下水畦灌、黄河水畦灌,生物炭用量为0、30 t/hm~2。生物炭在2016年玉米播种前施入土壤表面并通过旋耕机混入土壤耕层,2017年和2018年不再施用生物炭。2018年玉米生长季考察并分析不同灌溉条件-生物炭耦合处理下的土壤水分动态、降盐效果、玉米产量、蒸散量和水分利用效率。【结果】地下水滴灌条件下,与未施加生物炭的处理相比,施加生物炭的脱盐量增加13.3%,作物蒸散量提高10.5%,水分利用效率6.0%,产量提高3.5%。而畦灌条件下,施用生物炭的处理的脱盐量增加5.0%,蒸散量提高1.3%,产量提高4.8%,水分利用效率增加3.1%。【结论】生物炭施用后的第3年仍能抑制不同灌溉方式下玉米农田0～100 cm土壤的盐分积累,提高作物水分利用效率,增加作物产量,相比而言,膜下滴灌下施用30 t/hm~2的生物炭的节水降盐增产效果更优。     

添加生物炭对降低冬小麦幼苗盐害并促进其生长的效果研究

黄河三角洲盐碱农田具有"盐、板、瘦"的特点,以NaCl为主要成分的盐渍危害直接影响着滨海土壤质量。生物炭添加可改善土壤性质,促进作物生长。【目的】明晰炭添加对盐渍土盐分离子和冬小麦幼苗生长的影响。【方法】研究依托田间试验探究了低剂量(0～4 g/kg)的芦苇炭添加对盐渍土盐离子、麦苗体内钾钠比、钾素利用率及幼苗生物量的影响。【结果】施用生物炭可降低土壤溶液中的盐离子、增加冬小麦幼苗体内钾钠比和麦苗钾素利用率,有助于提升幼苗生物量;以4 g/kg炭添加量下的降盐、增量效果最为明显。土壤溶液中的Na+较CK降低了9.43%,幼苗K/Na和钾素利用率分别提升了56.80%和25.48%,麦苗生物量增加了15.72%。【结论】炭添加可通过固持土壤溶液中的Na+、提升麦苗K/Na和钾素利用率来促进其生物量的增加。研究可为生物炭用于盐渍土改良的降盐培肥和增效增产的过程机理提供理论依据,为生物炭用于盐渍化土壤改良的可行性提供初步指导。     

黄河三角洲盐碱地生物措施改良效果研究

为了合理利用黄河三角洲盐碱土地资源,改善盐碱地的生态环境,在黄河三角洲滨州市阳信县盐碱地试验区,选取5种有代表性的耐盐植物(田菁、紫花苜蓿、菊苣、甜高粱、白花草木樨)进行改良试验,探究不同类型耐盐植物对盐碱土的改良效果及机理。经过3年(2011-2013)的人工种植试验,结果表明:1种植5种耐盐改良植物耕作层土壤容重均发生了不同程度的降低,表层(0~20cm)容重降低最为显著,与基础数据对照平均容重降低率为:紫花苜蓿21.27%白花草木樨20.69%田菁16.77%甜高粱10.58%菊苣10.31%。2与基础数据相比:田菁、紫花苜蓿、菊苣、甜高粱、白花草木樨土壤的初始入渗率分别是对照的2.53倍、3.80倍、2.30倍2.46倍和3.55倍,稳定入渗率分别是对照的2.88倍、4.76倍、2.39倍、2.42倍和4.08倍。3耐盐植物具有明显的脱盐效果,表层土壤0~20cm的脱盐率大于深层20~60cm,土壤平均盐分降低为:紫花苜蓿41.81%田菁35.93%白花草木樨30.82%菊苣27.52%甜高粱24.21%。4土壤pH轻度降低,0~20cm土壤pH的降低大于20~40cm和40~60cm土层。由此可知,5种耐盐植物对盐碱土都有明显的生物改良作用,且不同类型耐盐植物的改良效果具有一定差异。     

基于地物高光谱和无人机多光谱的黄河三角洲土壤盐分机器学习反演模型

土壤盐渍化是限制黄河三角洲地区农业经济发展的重要因素,进一步阻碍了农业生产。为了探索无人机影像在地表无植被覆盖条件下的土壤盐分含量反演状况,以黄河三角洲典型区域为研究区,获取地物高光谱和无人机多光谱两种数据源与样点土壤盐分含量,通过优选敏感光谱参量,使用偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression,PLSR）和随机森林（Random Forest,RF）两种机器学习算法建立土壤盐分含量反演模型,实现研究区的土壤盐分含量反演。结果表明：（1）高光谱1972 nm波段与土壤盐分含量间的敏感性最高,相关系数为-0.31。（2）两种不同数据源优化后的RF模型均优于PLSR,且稳定性更好。（3）基于地物高光谱的RF模型（R² =0.54,RMSEv＝3.30 g/kg）优于基于无人机多光谱的RF模型（R² =0.54,验证RMSRv＝3.35 g/kg）。（4）结合无人机影像采用多光谱RF模型对研究区耕地的土壤盐分含量进行反演,研究区总体以轻、中度盐渍化土壤为主,对作物的耕种具有一定程度的限制。本研究构建并对比了两种不同源数据的黄河三角洲土壤盐分反演模型,并结合各自数据源的优势进行优化,探索了地表无植被覆盖情况下的土壤盐分含量反演方法,对更精准反演土地盐渍化程度提供了参考。     

黄河三角洲盐渍土蒸发对土壤盐分变化的响应特征

为了探明黄河三角洲盐渍土蒸发对土壤盐分变化的响应特征,采用矿化度分别为5,10,30,50,70,90 g/L的咸水灌溉黄河三角洲0~40 cm土壤,获得不同盐分梯度的盐渍土处理,依次标记为处理T1—T6,并测定各处理的土壤含水率和电导率、蒸发强度和累积蒸发量等指标.结果表明,蒸发过程中表层土壤含水率和电导率均随土壤含盐量增加呈逐渐增加趋势;蒸发结束时,处理T1—T6的土壤表层平均含水率比试验初期降低了80.0%~95.8%,表层含水率的降低幅度随着含盐量增加而逐渐降低;土壤表层电导率分别增加135%~330%,且蒸发前期表层电导率增加幅度明显高于蒸发后期.土壤含盐量对土壤剖面含水率及电导率分布影响差异具有统计学意义,蒸发结束时,处理T1—T6表层0~2 cm比3~6 cm土壤含水率低了8.3%~30.5%,土壤电导率则高了82%~196%,且随着土壤含盐量增加,盐分对土壤剖面盐分分布的影响逐渐增强,表层与深层土壤含盐量差异逐渐增大.蒸发过程中,土壤平均蒸发强度和累积蒸发量随土壤含盐量增加呈降低趋势,处理T1—T6的平均蒸发强度为3.5×10^-4,3.5×10^-4,3.4×10^-4,3.2×10^-4,3.0×10^-4和2.7×10^-4 mm/d,土壤累积蒸发量分别为26.13,26.20,25.50,24.26,22.50和20.58 mm,且蒸发前期各处理的土壤平均蒸发强度及累积蒸发量均高于蒸发后期,土壤含盐量对土壤蒸发的抑制作用主要在蒸发前期.研究表明土壤含盐量可影响土壤剖面含水率与电导率分布以及土壤蒸发强度和累积蒸发量.     

Infiltration of melting saline ice water in soil columns: Consequences on soil moisture and salt content

A soil column experiment was conducted to study the water and salt redistribution in a coastal saline soil under infiltration of saline ice meltwater. Four salinity levels (0, 5000, 10,000, and 15,000 mg l⁻¹ diluted seawater) and three volumes (1800, 2700, and 3600 ml) of source water were used. The results indicated that the soil water content increased with the volume of applied ice. In the top soil layers, water content was higher under salt-free ice treatment than under saline ice treatments. In the deeper soil layers, however, the saline ice treatments showed higher water content than the salt-free ice treatment. While infiltration of meltwater reduced the salt content of the surface layer of all the treatments, the desalting depths of the saline ice treatments were greater than the desalting depth of the salt-free ice treatment. The results demonstrated that in the monsoon regions, saline soils could be improved through infiltration with meltwater of saline ice.     

基于SALTMOD模型的灌溉水矿化度对土壤盐分的影响

以河套灌区沙壕渠灌域为例,运用SALTMOD模型探讨了区域尺度灌溉水矿化度对根层土壤盐分的影响。结果表明,根层土壤盐分随灌溉水矿化度的增大而增加,加大排水沟深度和提高渠道衬砌水平可缓解高矿化度灌溉水对土壤积盐的影响;采用地下微咸水和黄河水混合灌溉可有效控制盐渍化的发展,混合比在1∶1范围内时,根层土壤处于脱盐状态,最高脱盐率为23%,脱盐率高于引用黄河水灌溉的脱盐率(4%)。因此,适度利用地下微咸水灌溉,可有效的控制地下水位,节约淡水资源。     

压砂条件下水分一维垂直入渗试验研究

为研究压砂对土壤水分垂直入渗规律的影响,选取沙土和壤土这2种土壤作为研究对象,采用土柱试验模拟压砂条件下沙土和壤土的水分入渗垂直运动的影响规律,并分别设置2种土壤无压砂处理的对照试验,分析压砂对2种土壤的水分入渗垂直运动的影响规律.结果表明:压砂提高了包含砂层在内的土壤入渗能力,但抑制了砂层下土壤的入渗性能;通过函数拟合得到了累积入渗量随入渗时间变化的经验方程式,拟合程度较高;压砂条件对土壤初渗速率有较大影响,压砂条件下的沙土的初渗速率为不压砂的1.67倍,壤土为2.37倍,压砂对壤土初渗速率影响更为明显;稳渗速率均较小,且压砂对2种土壤的稳渗速率无明显影响;压砂对2种土壤的湿润深度随累积入渗量的变化均起到抑制作用,且对壤土抑制作用更强,2种土壤去除砂层影响后土层的湿润锋深度与累积入渗量的关系均近似呈线性规律.