甘蔗种植方式对蔗地土壤侵蚀及氮素流失特征的影响

[目的] 探讨自然降雨条件下甘蔗种植方式(宿根和新植)对坡地的土壤侵蚀及氮素流失特征的影响，为区域水土流失防治和甘蔗合理种植提供理论依据。 [方法] 基于径流小区原位观测试验，以10°赤红壤植蔗坡地为研究对象，设置甘蔗宿根和新植两种种植方式，测定自然降雨条件下坡面径流、侵蚀量及硝态氮和铵态氮流失量，获得自然降雨条件下宿根蔗和新植蔗坡地土壤侵蚀特征和氮素流失的特征。 [结果] ①2021年5-10月宿根蔗和新植蔗地分别发生侵蚀性降雨40场和43场，累计侵蚀性降雨981.8 mm和1 013.0 mm。蔗地径流、侵蚀量及氮素流失量均集中在6月，径流和侵蚀泥沙中硝态氮和铵态氮主要随地表径流流失，占径流侵蚀氮素流失总量的96.0%以上；径流中的氮流失以硝态氮为主(＞70.0%)，而侵蚀泥沙中则以铵态氮流失为主(＞80.0%)。宿根蔗坡面径流、侵蚀量较新植蔗减少了31.8%和83.5%，径流中硝态氮和铵态氮流失量减少了56.7%和51.9%，侵蚀泥沙中则减少了85.4%和60.2%。 ②次降雨条件下，蔗地坡面径流、侵蚀和氮素流失随降雨量波动变化，宿根蔗和新植蔗地的径流、侵蚀量及氮素流失量主要发生在2021年6月3-24日降雨中，且整体上均表现为宿根蔗小于新植蔗。随着甘蔗的生长，蔗地坡面径流、侵蚀及其携带氮素流失量均逐渐减小。 ③最大30 min降雨强度(I₃₀)和降雨量是影响蔗地径流中和侵蚀泥沙中氮素流失的主要因子；最大60 min降雨强度(I₆₀)和I₃₀分别是影响宿根蔗和新植蔗坡面径流侵蚀的最主要降雨因子。 [结论] 蔗地坡面土壤径流、侵蚀泥沙中的硝态氮和铵态氮流失以地表径流中的硝态氮流失为主；与新植蔗相比，宿根蔗在甘蔗苗期和分蘖期可以有效降低坡面径流侵蚀及氮素流失，伸长后期二者差异逐渐变小。     

减量施氮与大豆间作对蔗田土壤温室气体排放的影响

采用静态箱 气相色谱法对常规施氮(N2, 525 kg·hm^-2)y和减量施氮(N1, 300 kg·hm^-2)处理下甘蔗与大豆按行数比1∶1(SB1)和1∶2(SB2)间作、甘蔗单作(MS)、大豆单作(MB)种植模式下蔗田土壤CO₂、N₂O、CH₄排放通量及土地当量比(LER)进行观测和对比分析, 以探讨不同间作模式及施氮水平下甘蔗//大豆间作农田土壤温室气体排放的动态变化规律及对作物产量的影响, 为制定农田温室气体减排措施提供合理的依据。研究结果表明, 减量施氮处理甘蔗//大豆(1∶2)间作模式(SB2-N1)农田土壤CO₂排放总量较甘蔗单作(MS)显著降低35.58%, N₂O累积排放总量较甘蔗单作降低56.36%, CH₄累积排放总量较甘蔗单作升高7.02%; 不同种植模式和施氮处理蔗田土壤均表现为CO₂和N₂O的排放源, CH₄吸收汇, 追施氮肥后土壤对CH₄的吸收速率降低, 但CO₂和N₂O的排放速率增加。MS-N1、SB1-N1、SB2-N1、MS-N2、SB1-N2、SB2-N2和MB处理土壤CO₂年累积排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为5 096.89、6 422.69、3 283.20、4 103.29、4 475.84、4 775.31和4 780.35, 土壤N₂O年累积排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为4.61、5.11、2.15、3.13、3.72、5.60和3.11, 土壤CH₄年累积排放总量(kg·hm^-2·a^-1)分别为 13.68、 21.78、 12.72、 5.53、 11.36、 4.77和 9.97。甘蔗//大豆间作系统2009-2012年土地当量比(LER)均大于1, 且减量施氮水平下, 甘蔗//大豆(1∶2)间作模式优势最明显。     

蔗区小流域泥沙有机碳入河负荷的时空变化特征及其影响因素

[目的] 针对广西红壤区典型小流域坡耕地甘蔗土壤有机碳流失问题,探究其流失时空特征和影响因素,解析流域泥沙有机碳在甘蔗不同生长时期入河负荷时空变化,为揭示自然降雨侵蚀下土壤有机碳流失的影响机制提供科学依据。[方法] 试验区位于广西壮族自治区崇左市扶绥县客兰水库水源区那辣小流域,流域分为下游子流域(S₁)和上游子流域(S₂,S₃)。利用无人机技术和径流泥沙自动监测—采样系统对甘蔗4个生长时期(苗期、分蘖期、伸长期和成熟期)入河泥沙有机碳及植被覆盖度等进行监测,并利用皮尔逊相关分析,确定入河泥沙有机碳与降雨径流、植被覆盖度和施肥等影响因素的关系。[结果] ①甘蔗苗期的流域泥沙有机碳入河负荷占整个生长期总流失量的61.1%,显著高于其他生长期,其特征为苗期(5.1 kg/hm²)＞成熟期(1.6 kg/hm²)＞伸长期(1.4 kg/hm²)＞分蘖期(0.3 kg/hm²)。②流域降雨径流和植被覆盖度与泥沙有机碳入河负荷呈极显著相关,分别解释了泥沙有机碳入河负荷生长期变化的45%和54%;而流域施肥和土壤容重与泥沙有机碳入河负荷呈显著相关,分别解释了泥沙有机碳入河负荷生长期变化的79%和36%。[结论] 流域入河泥沙有机碳流失变化主要是由降雨径流、植被覆盖度、施肥和土壤容重所引起。在蔗区小流域,通过增加植被覆盖以减少地表径流的冲刷及调控施肥时间,对降低土壤有机碳流失具有重要作用。     

降雨强度对黄土坡面矿质氮素流失的影响

利用室内模拟降雨试验，研究了黄土区土壤矿质氮素随地表径流迁移流失和入渗的动态变化，初步探讨了径流与土壤矿质氮素的作用深度EDI，并提出了EDI深度的确定方法。结果表明：土壤矿质氮素流失是降雨、径流与表层土壤矿质氮素作用的结果，随径流流失量显著高于随泥沙流失量，地表产流过程径流养分浓度呈现高—低—较高变化；降雨(降雨强度)和径流是土壤溶质迁移的动力，对土壤矿质氮素随径流流失和入渗有着重要影响。雨强增大，土壤矿质氮素流失量、径流作用深度(EDI)和土壤硝态氮入渗锋值深度均增加；同一坡面不同坡位土壤NO^－₃-N与径流有效作用深度(EDI)和浓度锋值深度不同，坡中下部最深，坡顶部和坡底部较浅；土壤NO^－₃-N和土壤NH⁺₄-N入渗和再分布过程截然不同。     

区域性土壤流失预测方程的初步研究

应用我国南方花岗岩侵蚀红壤区的径流小区观测资料,采用数值分析方法推导出适合花岗岩侵蚀红壤区,计算各次降雨吋土壤流失量和年土壤流失量方程:A₁=4·y_s·K·LS;并利用野外调查量测资料,推导出适合长江三峡低中山区的土壤流失方程:A₂=(152.5D-1016)·R·LS·C^-2.3利用上述方程可以预测特定区域的土壤流失量。     

岩溶槽谷区坡面土壤磷素流失过程与影响因素——以中梁山龙凤槽谷试验场为例

为揭示自然降雨条件下岩溶槽谷区坡面土壤磷素流失规律，分析坡面径流和侵蚀泥沙中各形态磷素的迁移流失过程，并着重探讨降雨条件、土地利用方式因素对磷素流失的影响。在重庆市中梁山龙凤槽谷区设置耕地、林地和果园地3个标准径流小区（20 m×5 m），对坡面径流及泥沙中的磷素流失开展为期1年的监测。结果表明：（1）坡面土壤磷素流失强烈依赖于坡面产流产沙过程，槽谷区土壤磷素流失以径流流失为主，泥沙流失为辅；（2）总体来看，不同土地利用方式总磷（TP）流失总负荷表现为耕地 > 果园地 > 林地，耕地TP流失总负荷为0.17 kg/hm²，约是果园地的1.76倍和林地的4.68倍；（3）径流中磷素浓度变化受降雨强度控制，雨季初期径流中磷素流失形态以水溶性总磷（TDP）为主，其余降雨事件则以颗粒态磷（PP）为主，ρ（PP）/ρ（TP）的比例为63.92%~96.97%；（4）泥沙中磷素浓度变化受降雨强度影响较小，泥沙磷素存在富集现象，且全磷富集比（ER_STP）与雨强无明显相关关系。     

藏东南高寒土坡面细沟水流输沙能力变化特征

为探究高寒土坡面细沟侵蚀过程机理,建立科学的坡面细沟输沙能力因子模型,服务高寒坡面水土流失治理工作,以藏东南高寒土壤为研究对象,采用室内径流放水冲刷试验,探讨不同流量和坡度条件下细沟水流输沙能力特征。结果表明：（1）高寒土坡面细沟水流输沙能力的临界坡长随输沙能力的增加而变短,范围为3.27~8.31 m;坡度在15°~25°时,临界坡长大约稳定在5.0 m;（2）不同坡度下,高寒土细沟水流输沙能力与流量表现为明显的线性正相关关系（T_c=Aq）;小坡度的输沙能力受流量的影响程度大于大坡度;（3）高寒土细沟水流输沙能力与坡度可以用指数方程较好地表示（T_c=-ae^（-S/b）+c）,输沙能力随坡度的增大先快速增大,后逐渐过渡到平稳,当坡度达到15°时增幅平缓;（4）坡面细沟水流输沙能力可以用二元幂函数方程T_c=1697.83S^0.491q^1.043表示。通过本模型与其他模型的比较分析,ANSWERS模型在计算高寒土的坡面细沟水流输沙能力还值得商榷,本试验模型、Lei模型与Gao模型均能较好地模拟高寒区细沟侵蚀输沙能力。     

持续秸秆还田减施化肥对水稻产量和氮磷流失的影响

[目的] 探究持续性秸秆还田减施化肥对水稻产量和氮磷随径流流失的影响,为当地农业资源循环再利用和防控农业面源污染提供科学依据。[方法] 在四川省广汉市开展连续3 a (2018—2020年)的田间小区试验,设置常规施肥处理(T₁)和秸秆还田+常规施肥减氮28.57%,减磷25.11%(T₂)2种施肥方式,分别测定了地表径流中氮磷浓度、流失量,水稻秸秆、籽粒的产量和氮磷吸收量、水稻收获时土壤养分。[结果] 随着秸秆还田年限的增加,T₂可达到显著的增产效果,其中2020年T₂比T₁增产16.93%。与T₁相比,T₂的总氮和硝态氮流失量分别增加6.25%～14.97%,6.99%～15.03%,可溶性总氮、总磷和可溶性总磷流失量分别降低0.94%～6.03%,4.66%～10.32%和5.77%～21.15%。土壤中全磷、速效磷、硝态氮和铵态氮含量的年际变化显著(p<0.05)。与T₁相比,T₂处理显著降低了土壤8.79%的全磷和30.56%的速效磷。[结论] 持续秸秆还田与减施化肥在保证作物产量的同时,减少了化肥投入量,降低了磷素的径流流失量,但增加了氮素径流流失的风险,在实际农业生产中应进一步优化处理。     

基于三维激光扫描技术的冻结黑土细沟发育模拟

为探究融雪径流与冻结状态对黑土细沟网络发育的影响,该研究开展了冻结与非冻结处理黑土坡面的融雪径流模拟冲刷试验,利用三维激光扫描技术获取多次定时径流冲刷并直至侵蚀形态稳定的坡面点云,结合数字表面模型差异（digital surface model of difference, DoD）微地形变化监测方法与点云逆向工程,获取细沟网络发育过程的侵蚀面积、侵蚀体积、细沟长度和细沟密度等侵蚀参数。结果表明,冻结因素与温度变化对细沟网络发育过程与程度有重要影响：1）冻结处理的黑土坡面更容易发展出细沟网络,达到坡面侵蚀形态基本稳定后的侵蚀面积、侵蚀体积以及侵蚀细沟长度是非冻结处理黑土坡面的291%、557%和437%。2）冻结处理与非冻结处理沿坡面细沟截面形态变化差异明显。冻结坡面细沟交叉时宽深比R_W/D快速减小,下切速度加快,随后宽度与深度呈比例稳定增加;非冻结坡面汇水处的R_W/D随冲刷次数增加而增大,侧蚀速度加快,其他截面R_W/D随着冲刷次数的增加而减小,下切速度加快。3）采用ArcGIS与点云逆向工程模型联合获取的冻结状态下细沟形态参数与发育过程DoD相对误差范围为-12.70%～4.42%,提取精度在95%以上。该联合方法在冻结土体条件下获取细沟参数具有较高精度,可作为土壤侵蚀参数高精度提取的一种手段。     

三氯异氰尿酸对马铃薯连作障碍土壤微生物群落组成的影响

采用盆栽试验，选择三氯异氰尿酸(TCCA)为土壤消毒剂，研究不同施用量TCCA对马铃薯连作障碍土壤微生物群落组成的影响。TCCA施用量设置分别为：0(CK)，30 kg/hm²(S₃₀)，60 kg/hm²(S₆₀)和120 kg/hm²(S₁₂₀)。结果表明：与CK处理相比，S₆₀和S₁₂₀处理显著提高土壤pH(P<0.05)，分别提高0.15个和0.26个单位；显著增加土壤可溶性有机碳含量 (P<0.05)，增幅分别为30.4% 和83.5%；显著提高土壤铵态氮含量(P<0.05)，分别提高3.3倍和9.7倍。同时，S₆₀和S₁₂₀处理显著影响了土壤微生物优势菌属的相对丰度(P<0.05)。与CK处理相比，在门水平上，S₆₀和S₁₂₀处理下土壤变形菌门(Proteobacteria)的增幅达55.3% 和85.9%，子囊菌门(Ascomycota)的增幅达16.7% 和35.1%；在属水平上，S₆₀和S₁₂₀处理下显著降低马铃薯致病菌链霉菌属(Streptomyces)的相对丰度(P<0.05)，降幅达35.7% 和57.1%。主坐标(PCoA)分析表明，S₆₀和S₁₂₀处理与CK处理的细菌和真菌的群落结构截然不同。除了TCCA直接杀菌的影响，冗余分析(RDA)显示，土壤pH和铵态氮含量亦是影响微生物群落组成变化的关键因子。     

T型三通管水力特性的数值模拟与试验研究

为研究T型三通管水流的流动特性,该文进行了试验研究和数值模拟。试验中使用压力传感器监测管道动水压强,数值模拟采用SIMPLEC的求解方法求解Navier-Stokes方程和κ-ε湍流方程。分析不同工况下水头损失的产生机理,得到了不同分流比、入口流速、管径比对水头损失系数的影响:单管通水时水头损失系数比双管通水时的水头损失系数约大1.01～1.94倍,当入口雷诺数Re相同时垂直支管的水头损失系数比水平支管的水头损失系数约大2.20～2.55倍,不同管径比对垂直支管的水头损失系数影响不明显,水平支管的水头损失系数随管径比的增大而减小。研究结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好,得出的结果对工程有指导意义。     

湘潭农业生态系统的能值分析及其可持续性评价

为提高湘潭市农业生产力水平,促进农业生态系统可持续发展,运用能值分析理论和方法,对湘潭市2000—2008年农业生态系统的能值投入产出、运行效率、ELR进行定量分析。结果表明:湘潭市农业生态系统能值投入以可更新的有机能为主,主要依赖于人力,其所占能值比重由2000年的0.58下降到2008年的0.49,尚处于从传统农业阶段向现代农业阶段转变的过渡时期;能值产出中林业能值产出较大,而种植业和渔业所占比例较小,尤其是渔业,未达到整个能值产出的0.01%;湘潭市农业生态经济环境负载率低,资源空间利用未达到优化配置,具有较大的发展空间。湘潭农业生态系统的可持续发展指数变化较大,波动范围在0.03~0.11之间,说明湘潭农业生态系统属于消费型经济系统。应根据农业的需要合理调整农业产业结构及能值投入结构,促进农业生态经济系统的良性循环。     

Drought effects on C,N, and P nutrition and the antioxidative system of beech seedlings depend on geographic origin

In future, prolonged summer drought and heat will constitute a major risk for the cultivation of shallow‐rooting beech in Central Europe and will negatively affect the productivity of beech forests. In a pot experiment under controlled conditions, the influence of long‐term (28 d) water deprivation on nitrogen (N), carbon (C), phosphate (P_i), and ascorbate (ASC) concentrations was examined in leaves and fine roots of beech seedlings (Fagus sylvatica L.) from six provenances originating from Central Europe (Germany: Neidenstein and Illertissen, intermediate habitats), the Balkan peninsula (Croatia: Zagreb and Gospic, wet habitats), and Southeast Europe (Bulgaria: Kotel, Greece: Paikos; dry habitats). The goal of the study was to identify beech provenances well adapted to water limitation during summer drought events. Our results suggest that N might be involved in the alleviation of water scarcity, whereas P_i might become a limiting factor for forest growth during drought periods. Drought stress resulted in significant changes of ASC pools in leaves and fine roots and the ASC redox state. Under well‐watered and under drought conditions, ASC in leaves was the most important factor causing differences between the provenances examined. Finally, a link between P nutrition and the capacity of antioxidative stress defense by ascorbate could be highlighted. Based on observations from this study, beech seedlings from three origins (Paikos, Zagreb, and Neidenstein) might constitute beech provenances well adapted to water shortage in summer. This conclusion is drawn from the high potential of these provenances to alleviate oxidative stress during water shortage.     

Impact of deposition on the enrichment of organic carbon in eroded sediment

A substantial part of eroded material can be deposited along the runoff pathway. This deposition process may alter the composition of the transported material. Topography- and vegetation-induced deposition processes were examined under laboratory conditions and at the hillslope and watershed scale. The laboratory experiments showed that the enrichment ratio of the specific surface area, ER_SSA, of the transported sediment followed an exponential increase with decreasing sediment delivery ratio, SDR, regardless of the type of deposition process. However, the increase in ER_SSA with decreasing SDR values was lower than expected. The upper limit of the ER_SSA was estimated to be 1.66, which is much lower than the calculated theoretical upper limit of 5.22. This difference can be attributed to the transport of the eroded material in micro-aggregated form. It was also found that the specific surface area, SSA, is a good predictor of organic carbon, OC. The observations on field plots confirmed the results of the laboratory experiments. Measurements at the watershed level indicated that the intensity of the erosion process had a more important influence on sediment enrichment, while the impact of deposition tended to be rather limited. However, sediment monitoring over a longer period is required to reveal the importance of the different erosion processes with regard to OC losses at the field and watershed level.     

噪音污染影响种鸡生产性能试验

该文测定了宣州龙威公司两栋鸡舍噪音强度和产蛋率、受精率等指标。A栋鸡舍靠近公路15 m，与饲料车间只隔一墙，白天声压级在85 dB以上，噪声污染十分严重；B栋鸡舍环境良好，白天声压级在63 dB左右。试验结果表明：B栋鸡舍产蛋率比A栋鸡舍提高13.6%，破蛋率降低3.73%，受精率提高1.3%，差异显著(P＜0.05)。     

利用放射化学及地球化学方法追踪德基水库集水区之泥沙来源

用土壤中放射性原子落尘¹³⁷Cs因地表植生,坡度及土层厚度不同而有不同含量以及矿物抗风化及冲蚀程度不同,其所获石英或云母（抗风化）与长石（易风化）矿物含量比,可探测集水区内水库泥沙淤积之来源。就本研究结果,¹³⁷Cs在果园土壤最高,平均为302μμCi/kg,森林土壤次之为203μμCi/kg,而以崩塌地土壤147μμCi/kg最低,显示因地表坡度及植生不同造成表土厚度之差异,徒而影响¹³⁷Cs原子落坐在土壤中之分布。矿物抗风化及冲蚀作用因种类而异,石英/长石比（Q/F）或云母/长石比（Mi/F）之值愈高,表示抗风化之矿物含量高,矿物安定度大或不易受风化及冲蚀。由分析结果获知森林土壤Q/F值与果园土壤相近,而崩塌地土壤最低,就Q/F值或Mi/F值比较,果园土壤似较森林土壤更为安定,此与果园土壤之坡度较平坦,表土较厚有关。此项结果与放射化学方法所测得之¹³⁷Cs含量所表示之意义一致。无论以原子落尘或矿物比值测值,均显示不同植生这有其显着差异,用以追踪水库淤沙来源,具有辨异性辨就方法之设备及分析之难易与时间耗费,笔者建议采用地球化学之矿物测定法,更有应用价值。     

基于GIS的黄土高原土地坡度构成及垦殖率地域分异研究

土地坡度构成和土地开垦情况是影响土壤侵蚀强度的重要方面。利用 GIS方法对黄土高原土地资源进行分析 ,探讨了利用地理信息系统技术来确定黄土高原县域不同坡度级的土地面积比例、耕地面积比例和垦殖率及其空间分布。研究表明 :黄土高原地区土地和耕地≥ 15°和≥ 2 5°比例较大的县主要集中在黄河中游几条支流流域和六盘山及以西地区。在这些地区 ,≥ 15°陡坡地的垦殖率在 0 .1以上 ,有些地区达 0 .5 ,是黄土高原陡坡耕地主要集中区 ,也是侵蚀严重的地区。     

地上输料通道对浅圆仓仓壁和通道受力的影响

为揭示地上输料通道对浅圆仓仓壁和通道受力的影响,开展了不同高径比、不同偏心率的缩尺筒仓模型装卸料试验,并将测试结果与筒仓标准GB 50077—2017有关规定进行对比分析。装料试验结果表明,通道的存在影响了仓壁底部的侧压力分布,仓壁侧压力在通道高度范围内明显小于筒仓标准预测值。整个卸料过程可以归纳为一个倒锥不断下切的过程,倒锥的顶点位于卸料口的正上方。卸料试验中没有观测到超压系数随着卸料偏心率增大而增大的现象。高径比在0.69以下时,仓壁和通道上超压系数普遍较小;高径比接近1.0时,仓壁和通道上超压系数迅速上升。当通道依据标准GB 50077—2017判定为深埋时,通道压力预测值明显小于测试值,偏于不安全。主次通道顶壁及侧壁的静载压力依据本文提出的浅埋公式计算更加合理,其中贮料高度应取为通道计算点的实际贮料高度。建议浅圆仓设计时适当考虑通道的顶壁和侧壁超压系数,可取1.2～1.3。     

Growth and composition of corn,alfalfa, and orchardgrass grown on soils contaminated with airborne dust containing Ca and Mg

Abstract

A greenhouse experiment was conducted with soils allegedly contaminated with airbourne dust containing Mg and Ca oxides and carbonates to study the growth and composition of corn, orchardgrass, and alfalfa plants. Soils were obtained from sites varying in distance from the alleged source of airbourne dust.

Soil pH values ranged from 6.2 to 8.7. Plant yields decreased only when the soil pH increased above 7.7. There was no apparent relationship between the observed yield decrease and the N, P, K, and B concentrations in the plants. Although the Mn and Zn concentrations generally decreased with increasing soil pH, the decrease was not great enough to account for the yield depressions. The obviously minor symptoms occurring on the plants growing on the most affected soils could not be associated with a deficiency or excess of any other element.

The Ca/Mg ratio in the alfalfa plants decreased as soil pH increased over the range from 6.2 to 8.7. However, the Ca/Mg ratios in the corn and orchardgrass plants decreased only when the soil pH values increased above 7.7. The apparent imbalance of Ca and Mg in the tissues may account for the yield depressions.     

关于侵蚀率的探讨

本文提出用侵蚀率(单位径流深度所产生的侵蚀深度)来描述土壤的抗蚀能力，并用侵蚀率比较同一地区不同时段或同一时段不同地区土壤抗蚀能力的变化，以监测人为活动，包括植树造林等水土保持措施，以及人为不合理的社会经济活动，对水土流失的影响。据笔者对浑泥港流域水土流失趋势的分析结果，用侵蚀率描述水土流失有明显的优越性。