陇东黄土高原苜蓿草地土壤水分消耗及水分生态效应（英）

黄土高原地区土壤干化导致林草植被大面积衰退,研究苜蓿草地土壤水分消耗规律对该区农业持续发展及生态环境恢复具有重要的理论意义。该文研究了黄土高原地区不同生长年限苜蓿草地1 000 cm土层土壤水分的变化特征及其对土壤水分生态环境的影响。结果表明：在0～1 000 cm土层,4年、6年生苜蓿草地土壤水分条件最好;12年、18年、26年生苜蓿草地土壤水分条件最差。在黄土高原地区,苜蓿地土壤干层出现的区域及发生的程度不同。4年、6年、8年生苜蓿草地,对土壤水分生态环境不会产生不利影响;12年、18年、26年生苜蓿草地,对土壤水分生态环境产生深刻负面影响。研究表明在陇东黄土高原地区苜蓿生长6 a后,应实施粮草轮作,以恢复土壤水分,持续提高土地生产力水平。     

黄土高原半干旱偏旱区苜蓿-粮食轮作土壤水分恢复效应

该文测定和分析了黄土高原半干旱偏旱区不同生长年限苜蓿草地以及轮作不同年限粮食作物后0～1000 cm深层土壤水分变化规律.结果表明:随着苜蓿生长年限的延长,苜蓿草地土壤干层厚度逐渐增加,3年生苜蓿草地土壤干层深度达到760 cm,6、7、10年生苜蓿草地土壤干层深度均超过1000 cm,6年生苜蓿地1000～1500 cm土层仍为干燥层,土壤平均湿度为9.68%;采用草粮轮作能明显减小苜蓿草地干层的厚度和范围,0～1000 cm土壤水分较10年生苜蓿草地都有不同程度的恢复,轮作2、6、8、12和18 a粮田平均土壤水分恢复速率25.2 mm/a,年均累积恢复土层厚度123.1 cm,0～300 cm土层水分恢复程度较高,且轮作年限愈长,土壤水分恢复效果越好,轮作18 a粮食作物后0～660 cm土层土壤水分恢复量达到了531.1 mm;苜蓿草地适宜翻耕年限为5～6 a,且6年生苜蓿草地0～1000 cm土壤水分恢复到当地土壤稳定湿度值需要23.8 a,该地区适宜的苜蓿-粮食轮作模式为"5～6年生苜蓿→24年粮食作物".     

黄土高原沟壑区苜蓿地土壤水分剖面特征研究

对黄土高原沟壑区不同种植年限苜蓿地土壤深层水分特征的分析表明,受降水影响0～2m土层水分变化较大,2m以下由于没有水分的补给,出现了干燥化现象。苜蓿在生长前期主要利用上层土壤水分,土壤水分恢复也是从上层开始,下层的干层则难予恢复。10、15、23年生苜蓿分别在9、10.8和11m处水分含量趋于稳定,达到土壤干层的下限。土壤水分的变异系数随土层深度的增加而减小,水分含量趋于稳定。在0～9m土层土壤水分亏缺较大,亏缺量大于年均降水量。     

黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤氮素消耗特征研究

本文研究了黄土高原地区生长年限分别为4a、6a、10a、12a、18a及26a苜蓿草地土壤氮素的变化特征。结果表明,在0—1000 cm土层,不同生长年限苜蓿草地土壤全氮与碱解氮含量呈现规律性的变化,即随土层深度的增加,全氮及碱解氮含量下降,350cm土层以下,变化趋势平缓。在0—200 cm土层,26a苜蓿草地全氮、碱解氮含量低于4a、6a苜蓿草地,高于10a、12a苜蓿草地;在200—1000 cm土层,土壤全氮、碱解氮含量在不同生长年限之间差异不大,表明苜蓿生长超过一定年限,土壤氮素有一定恢复,但受土壤氮素累计消耗的影响,只能使土壤上层的氮素逐步得到恢复,而深层土壤氮素难以恢复;苜蓿草地有机碳与全氮、碱解氮及C:N之间均为正相关关系。苜蓿生长6a以后,应对苜蓿草地进行合理施肥,以维持苜蓿草地氮素平衡。     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落生长季土壤水分动态和蒸散量估算

以流动沙丘和不同恢复年限的人工和天然小叶锦鸡儿群落为研究对象,从土壤水分平衡角度对小叶锦鸡儿群落生长季土壤水分动态和蒸散量进行了研究.结果表明,与天然小叶锦鸡儿群落的土壤含水量相比,人工小叶锦鸡儿群落内土壤含水量较低,且呈现出随植被生长发育年限的增加而不断减少的趋势;从土层垂直方向看,流动沙丘土壤含水量较稳定,6年生和天然小叶锦鸡儿群落土壤含水量大致随深度的增加而逐渐增加,但11年生和22年生小叶锦鸡儿群落土壤含水量基本呈下降趋势,绝大多数土层含水量均低于1.50%,水分状况较差;在生长季,人工植被区绝大部分的降雨都通过蒸散丧失,在时间分布上,各样地蒸散量呈现单峰型曲线模式.     

晋西北黄土丘陵区小叶锦鸡儿人工灌丛土壤水分动态研究

土壤水分是黄土丘陵区植被成活与正常生长的关键因素。对黄土丘陵区不同生长年限小叶锦鸡儿灌丛及其撂荒地土壤水分的动态监测表明,随种植年限延长,小叶锦鸡儿灌丛下土壤水分含量呈持续下降趋势,40年灌丛下土壤含水量明显低于20年和10年的小叶锦鸡儿灌丛,且所有种植年限的灌丛土壤含水量均低于撂荒地。从周年内土壤水分季节变化看,整体呈下降趋势,4~6月不断降低,6~7月达到最低值,8~10月逐渐回升。对0~200cm土体剖面土壤水分分布研究表明,随种植年限增加,小叶锦鸡儿灌丛各深度土层土壤含水量呈递减趋势,在40~80cm土层随种植年限增加土壤含水量减少幅度明显。整个生长季各年限灌丛的土壤水分循环水平不高,40年灌丛只有4.63%,与撂荒地比较相差2.92%,而各年限灌丛土壤水分表观平衡均表现为亏缺状态。表明目前黄土丘陵区人工种植的小叶锦鸡儿灌丛土壤水分环境不容乐观,长期处于水分胁迫状态,不利于其生存生长,存在灌丛衰退甚至死亡的风险。     

马铃薯连作栽培的土壤水分效应研究

以宁南山区连作1年、3年、6年、10年的马铃薯地块为研究对象,利用定位观测数据,对不同连作年限下马铃薯生长特性及土壤水分变化规律进行研究。结果表明:马铃薯植株高度、叶面积和日净光合速率随连作年限的增加而降低;开花前后是马铃薯需水的高峰期,各连作年限马铃薯地块土壤水分的季节变化趋势一致,但连作6年、10年土壤含水量明显低于连作1年、3年;开花期不同连作年限土壤水分均在40～60cm层出现水分含量较低的干土层,干化程度随连作年限的增加而加重;连作6年的马铃薯地块在40～60cm处土壤水分含量降至11.63%,开始出现轻度干层迹象,连作10年40～60cm处土壤含水量为10.54%,逐步向中度干层过渡;且连作年限超过3年土壤水分利用效率明显降低。由于宁南山区土层深厚,土壤表层水分可通过降雨得到恢复,而连作超过3年深层土壤水分难以恢复,并对土壤水分环境产生深刻的负面影响。     

黄土丘陵区不同树龄旱作枣园土壤水分动态

采用Trime-IPH管式TDR系统,对黄土丘陵区2龄、6龄、10龄、15龄旱作红枣林(Ziziphus jujube cv.Junzao)生育期内土壤剖面含水率进行连续监测,以探讨旱作枣林土壤含水率随树龄的变化特征。结果表明:2014年0.4 m以下土层、2015年0.6 m以下土层土壤含水率随红枣林树龄增加,呈减少趋势。2014年常态年红枣林土壤水分随生育期变化整体呈上升趋势;2015年干旱年红枣林土壤水分随生育期变化整体呈下降趋势。各树龄红枣林0~0.6 m土层土壤水分波动较大;0.6~1.8 m土层干旱年时形成季节性低湿层;1.8~3.0 m土层土壤水分呈常年低湿状态。持续干旱条件下,2龄、6龄红枣林雨后7 d土壤水分损失率分别为20%和19%,显著高于10龄、15龄红枣林土壤水分损失率(13%和18%),而雨后18 d,2龄、6龄红枣林土壤水分损失率增速缓和,10龄、15龄红枣林土壤水分损失率呈显著上升趋势。干旱年时红枣林在开花坐果期和果实膨大期需增加水分管理措施以有效降低枣树自身奢侈性耗水和非生产性耗水,实现红枣林可持续发展。     

不同生长年限紫花苜蓿草地土壤团聚体有机碳分布特征

对黄土高原地区不同生长年限紫花苜蓿(Medicago sativa L.)草地土壤团聚体0~40 cm土层的分布及其有机碳含量特征进行研究。结果表明:土壤总有机碳随着生长年限的增加而呈先增加后减小的趋势,各年限0~10 cm土壤有机碳含量均最高,呈表聚现象。不同生长年限紫花苜蓿湿筛处理下土壤团聚体均以0.106 mm粒级团聚体为主,约为40%~90%,随土层深度增加而减小;0.25 mm粒级团聚体在4年时含量最高,并随生长年限的增加呈先增加后减小的趋势。不同年限紫花苜蓿土壤团聚体有机碳以0.106 mm粒级团聚体含量最高,随粒级的减小而增加;不同年限紫花苜蓿土壤20~40 cm团聚体有机碳含量高于0~20 cm土层,并随生长年限增加呈先增加后减小的趋势。     

黄土塬区土壤水分分布特征及其对不同土地利用方式的响应

该文就陕西省长武黄土塬区主要土地利用方式下0～20 m土壤剖面水分分布特征及其与土壤质地的关系进行了调查与分析,以期服务于土地利用方式的优化配置及区域水文水资源研究。结果表明,黄土剖面古土壤层物理黏粒含量较黄土层高约2%～6%,质地较重;0～20 m剖面田间持水率和萎蔫湿度分别为(21.39±0.13)%和(8.06±0.45)%。黄土深层土壤水分分布特征与黄土-古土壤序列有关,一般情况下,一层黄土和一层古土壤构成一次湿度高低起伏,并有随深度增加湿度变大的趋势。荒草地、18年苹果园地、8年生及23年生苜蓿草地0～20 m土层平均湿度分别为18.89%、15.45%、14.77%和10.59%,连作高产小麦地0～13 m土层平均湿度为18.74%。高产麦田和荒草地3 m以下土层没有发生干燥化现象;18年苹果园地在10 m以上土层发生了中度和轻度为主的土壤干燥化现象;8年苜蓿草地在10 m以上土层发生了重度、中度和轻度的土壤干燥化现象,其中重度干燥化现象出现在4 m以上土层;而23年苜蓿在整个20 m土层都发生了重度和中度的土壤干燥化现象,其中重度干燥化现象出现在17 m以上土层。可以看出,高耗水型人工林草因水分负平衡所导致土壤干燥化,随年限增加渐进地向深层土层发展,这在苜蓿草地上表现的更为突出。     

不同根型苜蓿根颈变化特征分析

在甘肃省3个不同生态区(天水半湿润区、兰州半干旱区和武威干旱区),应用Marquez-Ortiz法和Johnson法对根茎型“清水”苜蓿(Medicago sativa L.cv.“Qingshui”)、根蘖型野生黄花苜蓿(native M.falcata material)和“甘农2号”杂花苜蓿(M.varia Martin.cv.“Gannong No.2”)及直根型“陇东”苜蓿(M.sativaL.c v.“Longdong”)生长前3年的根颈特性进行了连续研究,结果表明,在3个生态区,不同根型苜蓿根颈特性差异显著,其中根茎型“清水”苜蓿根颈直径和分枝直径均较细,根颈入土深度较深,根颈分枝数较多;根蘖型野生黄花苜蓿和“甘农2号”杂花苜蓿的根颈直径和分枝直径均较粗,根颈入土深度相对较浅,根颈分枝数与根茎型“清水”苜蓿差异不显著;直根型“陇东”苜蓿的各项指标介于根茎型与根蘖型苜蓿之间,与根蘖型苜蓿更接近.根茎型、根蘖型苜蓿的水平伸展特性在不同生态区和不同土壤质地生长当年和生长第2年均未表现,生长第3年根茎/根蘖性状在3个生态区均得到表达,但根茎率/根蘖率不同.根茎率在天水半湿润区最高,盛威干旱区最低;根蘖率在武威干旱区和兰州半干旱区较高,天水半湿润区较低,且根茎率/根蘖率随生育时期的延长呈增加趋势.结荚期根茎型“清水”苜蓿在天水半湿润区根茎率为76.7％,兰州半干旱区、武威干旱区分别为43.5％和39.0％.根蘖型黄花苜蓿和“甘农2号”杂花苜蓿的根蘖率在兰州半干旱区为61.2％和50.6％,在武威干旱区为58.7％和54.7％,在天水半湿润区为44.5％和36.3％.     

不同种植年限苜蓿对土壤理化性质、微生物群落和苜蓿品质的影响

随着种植年限的延长,苜蓿地土壤质量及牧草品质逐步退化。通过对不同种植年限苜蓿土壤理化性质、牧草品质的测定,分析比较了土壤质量及牧草质量的变化。结果表明:在苜蓿生长季内,土壤含水量随月份的递增其变化规律各异,随取土深度的增加呈先增加后降低的变化趋势;随种植年限的延长,碱解氮和速效钾含量逐渐下降,速效磷含量呈先增加后降低的变化规律;各种植年限苜蓿地土壤微生物区系以细菌为主,真菌数量最少,微生物总数以4年生苜蓿地最高,3年生最低;苜蓿品质随种植年限延长而逐渐下降,即栽培年限对苜蓿地的土壤质量及牧草品质均有不同程度的影响。     

苜蓿生产力动态及其水分生态环境效应

根据长期田间试验实测数据 ,分析了苜蓿人工草地鲜草产量水平 ,产量随生长年限的变化 ,以及产草量和降水量的关系 ;苜蓿对肥料的敏感性较低 ,但肥料有延长苜蓿经济性生长年限的功能 ;水量平衡法计算苜蓿耗水量时 ,土层计算深度具有重要意义。当采用2m和 1 0m两种不同计算深度时 ,所得耗水量差值巨大 ,特别是在揭露水分生态环境演变趋势上 ,会得到不同结论。 1 0m测深研究结果表明 ,在黄土高原 ,苜蓿草地年蒸散量大于年降水量 ,根系吸水层达 1 0m以下 ,多年连续种植会导致土壤干燥化 ,形成生物性土壤下伏干层 ,从而对陆地水分循环路径发生影响。据此提出黄土高原草地生产要改高产目标为适度生产力目标 ,以减缓或阻止下伏干层的形成 ,并提出了相应的农业技术措施。     

水、磷对紫花苜蓿产量及水肥利用效率的影响

【目的】紫花苜蓿作为畜牧业生产中最主要的优质绿色饲料,是发展草食畜牧业的物质基础,同时它也是一种需水需肥较多的作物。如何从技术方面提高单位面积苜蓿产量,实现苜蓿高产栽培是科学研究人员及生产者研究的重点。北京市东南部接壤的蓟县、宝坻及南部接壤的廊坊、武清等地区,是北京市在生态和环境优先发展原则下畜牧养殖业外移的重要承接区域,苜蓿在当地种植缺乏科学指导,年干重产量仅为7500~10000 kg/hm2,盐碱地年产量更低,为4500~6000 kg/hm2。本研究通过苜蓿水肥试验确立紫花苜蓿达到高产的最佳磷肥施用水平和灌水量,为京南地区苜蓿高产及水肥的高效利用提供可借鉴的水肥管理技术。【方法】实验在低磷砂壤土条件下进行,选用紫花苜蓿中苜2号品种,设置全生育期不灌水（W0）、以及返青后及第1、2茬刈割后灌水且每次灌水25 mm （W1）、50 mm （W2）、75 mm （W3）4个灌水处理;每个灌水处理下设置不施磷（F0）、施P2O5 105 kg/hm2（F1）、210 kg/hm2（F2）3个施磷量处理,研究了灌水和施磷对紫花苜蓿产量、水分和磷肥利用效率的影响。【结果】1）灌水对1、2茬苜蓿产量的影响有显著差异,对3、4茬及全年产量的影响无显著差异;施磷肥对第3茬苜蓿产量没有显著影响,但对第1、2、4茬及全年苜蓿产量的影响均存在显著差异。2）灌水和施磷肥对紫花苜蓿的水分和肥料利用效率均有显著影响,随着施磷量的增加,苜蓿的水分利用率逐渐增大,说明施磷可以提高水分利用效率;随着灌水量的增加,苜蓿的磷肥利用效率呈先增加后降低的趋势,说明适当的增加灌水量可以提高苜蓿的磷肥利用效率。【结论】综合考虑紫花苜蓿产量、水分和肥料利用效率等指标,最优试验处理为每次灌水量50 mm,施P2O5 210 kg/hm2,其次为每次灌水量25 mm, 施P2O5 210 kg/hm2。     

半干旱区草粮轮作田土壤水分恢复效应

采用野外实地观测和作物模型模拟相结合的方法,研究了不同轮作模式黄土高原半干旱区长期种植苜蓿地农田土壤水分恢复状况。结果表明：长期连作苜蓿地土壤干燥化进程与不同轮作模式下土壤湿度恢复的进程均表现为前期快后期慢;8～10 m深层土壤湿度恢复困难,6～8年生苜蓿草地翻耕后适宜采用PPW轮作模式（马铃薯→马铃薯→春小麦）以恢复土壤水分,种植16～20 a粮食作物后可以再次种植苜蓿。该研究结果可为黄土高原半干旱区苜蓿草地的土壤水分利用和恢复提供参考。     

施肥对不同品种苜蓿生产力及土壤肥力的影响

研究了不同施肥处理对生长7年的3个紫花苜蓿品种的产量及土壤养分的影响。结果表明,NP配施和单施K肥对苜蓿均有显著的增产效果,不同施肥对不同品种的生产力影响效果不同。N30P120处理巨人201+Z和牧歌401+Z产量最高,分别比对照增产41.1%和74.8%;单施K60处理,路宝比对照增产了76.7%。种植苜蓿可以提高土壤氮的有效性,生长7年的苜蓿根系固氮在土壤仍有累积。种植苜蓿,不施肥处理土壤全氮含量均有不同程度增加,而土壤全磷和全钾略有下降。随磷肥用量的增加而增加,N30P120处理土壤速效磷增加11.45～41.7 mg/kg;单施钾肥,土壤速效磷含量提高了3.71～4.41 mg/kg,全钾含量增加了0.06～1.69 mg/kg。     

Soil carbon pool and effects of soil fertility in seeded alfalfa fields on the semi-arid Loess Plateau in China

The dynamics of the soil organic carbon pool and soil fertility were studied in soils with different number of growing years of alfalfa (Medicago sativa L.) in the semiarid Loess Plateau of China. The soil water content and soil water potential decreased and the depth of desiccated layers grew with the number of growing years of alfalfa. The soil organic C (SOC) cannot be enhanced on short timescales in these unfertilized and mowed-alfalfa grasslands in the topsoil, but the light fraction of organic C (LFOC), soil microbial biomass C (MBC) and microbial biomass N (MBN) all increased with the number of growing years. When alfalfa had been growing for more than 13 yr, the soil MBC increased slowly, suggesting that the MBC value is likely to reach a constant level. SOC, soil total P (STP), available P (AvaiP) and the ratio of SOC to soil total N (C/N) all decreased monotonically with the growing years of alfalfa up to 13 yr and then increased. SOC was significantly positively correlated with STP, AvaiP, soil total C (STC) and soil total N (STN) (R=0.627**, 0.691**, 0.497*, 0.546*, respectively). MBC and LFOC were significantly positively correlated with the number of growing years of alfalfa (R=0.873*** and 0.521*, respectively), and LFOC was more sensitive to vegetation components, degree of cover and landform than to the number of years of growth. SOC showed a significant negative correlation with LFOC/SOC and MBC/SOC (R=−0.689**, −0.693**, respectively). A significant positive correlation exists between MBC and soil inorganic C (SIC). LFOC, MBC, LFOC/SOC and MBC/SOC were all significantly positively correlated with each other. Therefore, practices that involve water-harvesting technologies and add residues and phosphate fertilizer to soils should be promoted to improve soil nutrients and hydration and to postpone the degradation of alfalfa grasslands under long-term alfalfa production.