深层干化土壤水分恢复试验研究

为探索黄土丘陵区深层干化土壤在不同覆盖措施下的土壤水分恢复特征,在陕西省米脂县丘陵山地建造大型模拟干化土壤土柱,地表分别进行薄膜覆盖、石子覆盖、树枝覆盖、栽植枣树、刺槐及裸地6个处理,对2014—2017年土壤水分进行定位监测。数据分析结果表明:至试验期结束,薄膜覆盖、石子覆盖、树枝覆盖、裸地土壤水分恢复深度分别为1 000、1 000、700、480 cm,薄膜覆盖、石子覆盖、树枝覆盖、裸地、枣树、刺槐0～1 000 cm深度范围内土壤储水量变化量分别为1 211. 4、853. 4、662. 5、523. 2、17. 8、-235. 7 mm,全年覆盖降雨贮存效率分别为63. 4%、42. 4%、29. 4%、23. 0%、-8. 5%、-20. 3%,4年生枣树耗水区域为0～300 cm范围,刺槐耗水深度达1 000 cm,枣树年均蒸散量为586. 4 mm、刺槐年均蒸散量为666. 5 mm,是枣树的1. 1倍。该研究结果对黄土区大面积干化土壤修复及合理选择人工栽植植物具有积极意义。     

秸秆覆盖与耕作方式对土壤水分特性的影响

通过分析不同秸秆覆盖量以及耕作方式对0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土层土壤孔隙度、土壤持水性、土壤供水能力以及土壤水分有效性的影响,揭示黑土区秸秆覆盖、耕作方式对土壤水分特性的影响机制。结果表明:土壤持水性、土壤供水能力及土壤水分有效性与土壤孔隙度密切相关。0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土层的土壤总孔隙度、毛管孔隙度、相同土壤水吸力下土壤含水率、比水容量以及有效水含量,在传统耕作条件下,秸秆覆盖均高于无覆盖;在秸秆覆盖条件下,免耕均高于传统耕作。免耕秸秆覆盖处理影响土壤孔隙度、土壤持水性、土壤供水能力及土壤水分有效性,随秸秆覆盖量增加,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、相同土壤水吸力下土壤含水率、比水容量以及有效水含量逐渐增大,随土层加深,各处理土壤孔隙度、土壤持水性及土壤供水能力逐渐减小。本研究区最适宜的秸秆覆盖与耕作方式为免耕150%秸秆覆盖处理。     

秸秆腐解物覆盖对园林土壤理化性质的影响

为了了解不同类型不同厚度的作物秸秆腐解物的覆盖在园林上的应用效果,采用玉米、小麦、棉花秸秆的腐解物为覆盖材料,覆盖3、6、9 cm,研究了不同秸秆腐解物及不同厚度覆盖对土壤理化性状的影响。结果表明,覆盖可以显著降低表层（0～10 cm）土壤体积质量,提高土壤渗透性,具有显著的保水作用,如覆盖1 a,各材料覆盖6 cm效果理想,如覆盖2 a,玉米秸秆和小麦秸秆覆盖最佳覆盖厚度为9 cm,棉花秸秆最佳覆盖厚度为6 cm;3种秸秆覆盖6 cm时,杂草减少96%以上,覆盖9 cm时,杂草抑制率达100%;覆盖1 a后土壤中有机质和养分含量显著增加;覆盖后地面径流浑浊度减少90%以上;覆盖还能减缓土壤温度变化幅度。农业废弃物园林覆盖省水、省肥、省工,符合节约型园林的要求,生态效益显著,值得推广应用。     

玉米秸秆覆盖免耕对土壤紧实度及水分的影响

为研究秸秆覆盖免耕措施对土壤紧实度、水分等物理性质的影响,以吉林省梨树县高家村试验田为研究对象,探讨免耕秸秆不同覆盖量和免耕秸秆不同覆盖年限条件下,不同耕层深度土壤紧实度及水分变化特征。结果表明:秸秆覆盖免耕地0~20cm耕层土壤紧实度高于传统耕作(CK),20~50cm耕层土壤紧实度低于CK,因免耕年限的增加,犁底层逐渐消失。秸秆覆盖免耕地0~50cm土壤含水量较CK提高了14.78%~23.64%,且随秸秆覆盖量、秸秆还田年限的增加而增大;随耕层深度的增加,水分含量先增加后减少。因此,在雨养农业区,因地制宜地采取秸秆覆盖免耕措施对促进作物生长、保证粮食高产稳产具有重要意义。     

覆盖物对冻融土壤热量空间分布与传递效率的影响

为了明确覆盖物对冻融土壤热量传递阻碍作用的机理和特性,基于冬季大田试验(2016年11月1日—2017年4月30日),设置裸地、自然降雪覆盖、5 cm秸秆覆盖+自然降雪、10 cm秸秆覆盖+自然降雪4种处理,分别测定了不同处理条件下10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 cm深度的土壤总含水率、液态含水率和温度等数据,计算了不同处理条件下冻融土壤的热容量、相变热量和热量变化量等相关参数,进而分析了覆盖物对冻融土壤热量空间分布和传递效率的影响。结果表明:试验期30 cm深度范围内土壤热量交换量占比较大,不同时期内热量变化占比可达54.57%~81.17%;在冻结期4种处理条件下,土壤热量传递整体呈现出热量散失的趋势,在融化期4种处理条件下,土壤热量传递整体呈现出热量吸收的趋势;自然降雪覆盖、5 cm秸秆覆盖和10 cm秸秆覆盖对于热量传递的影响率分别为17%、8%和17%;4种处理条件下土壤热量无变化时间段均较长,分别为29.17%、39.41%、43.33%、50.88%。     

秸秆覆盖对滴灌棉花土壤盐分分布的调控影响

为探索秸杆覆盖对土壤盐分分布的调控作用,采用测坑试验,设置了表层覆盖、地表下30cm覆盖和无覆盖三种处理进行对比试验研究,结果表明:盐碱土秸秆覆盖后影响了土壤盐分的运移和分布,不同位置秸秆覆盖可以抑制盐分上移,调控盐分在秸秆覆盖层下方的分布。地表下30cm处覆盖秸秆后0～20cm土层盐分含量较低,30～40cm深处土层盐分小幅聚集。地表下30cm秸秆覆盖具有明显的抑制盐分上移作用,且抑盐效果高于表层覆盖。秸秆覆盖能够起到调控盐分分布,在一定程度上改良盐碱土。     

秸秆覆盖对季节性冻融期土壤水分特征的影响

以北方高寒区典型城市哈尔滨市为研究区域,通过冬季大田试验(试验周期2013-11-01—2014-04-30),设置自然无覆盖、覆盖秸秆厚度5、10、15 cm 4个处理,分别测定不同处理下20、40、60、100、140、180 cm深度土壤液态含水率以及气象数据,分析季节性冻融期秸秆覆盖对土壤水分变化特征的影响。研究结果表明:秸秆覆盖使0~60cm土层内液态含水率增加或减小的时间拐点发生延迟,随着秸秆覆盖厚度的增加其延迟效果越明显,但土壤冻结期的延迟效果比冻土融化期明显;秸秆覆盖阻碍了冻土融化初期融雪水入渗,使自然无覆盖处理液态含水率在20、40、60 cm土壤深度出现短暂的峰值,而在冻土融化末期秸秆覆盖抑制了土壤水蒸发,使各秸秆覆盖处理液态含水率在20、40、60 cm土壤深度又高于自然无覆盖。秸秆覆盖可有效平抑冻融期0~60 cm土层土壤液态含水率的变化幅度,且随着土壤深度的增加其平抑效果具有减弱趋势;积雪融水和秸秆覆盖的双重作用能够有效增加土壤墒情,但其增墒能力随着土壤深度的增加而降低,不同秸秆覆盖处理对0~60 cm土层的平均增墒能力由大到小排序依次为:15、10、5 cm。     

不同覆盖条件对土壤水分蒸发的影响

通过对景泰县兰州理工大学大规模荒漠改良工化试验基地土壤在不同覆盖条件下的水分蒸发量进行了对比试验研究。试验结果表明:土壤表面增加覆盖物可以有效的降低土壤蒸发;随覆盖物厚度的增加,土壤水分蒸发量逐渐降低;1、3、57、cm麦秸覆盖条件下土壤水分蒸发量比纯土分别降低20.9%、51.5%、67.5%、74.5%;1、3、5、7cm沙石覆盖条件下土壤水分蒸发量分别比纯土降低25.9%、48.9%、60.6%、70.8%;同时,连续17天测定结果表明,相同厚度情况下,麦秸覆盖下土壤蒸发量明显小于砂石覆盖的土壤水分蒸发量,5 cm厚覆盖物时,砂石是纯土的60.6%,麦秸是纯土的67.5%。试验表明同一时间段内不同覆盖条件下的土壤水分蒸发差异明显。     

时域反射仪对水分非均匀分布土壤含水率的测定

为了评估时域反射仪测定水分非均匀分布土壤的含水率的性能，该研究在室内试验中将土柱纵向分为上下2层，设置土壤水分差为0.05、0.10和0.15 cm3/cm3 3种情况，进行不同含水率梯度下水分非均匀分布对该仪器测定土壤含水率的影响试验，并在田间试验中进行了实地测试。结果表明，在室内新型时域反射仪随着上下2层土壤含水率梯度差的增加，测定土壤含水率的均方根误差略有增大，在水分分布相对均匀的土壤中测定土壤含水率的均方根误差小于 0.028 cm3/cm3。在田间竖直埋设探头，上湿下干和上干下湿的土壤     

污水中氮素在无植物生长土壤中的迁移与去除试验研究

通过土柱模型试验,模拟研究了在无植物生长条件下,污水中不同形式氮素在土壤处理过程中的渗透、淋溶、转化、去除等特征。试验结果表明,在土柱上层土壤中(从土柱上端计10cm深度以内)铵氮浓度随着土壤深度的增加而呈现明显降低的趋势。在土柱上层土壤以下,铵氮浓度基本较小。对于硝酸盐氮和总氮来说,试验初期未出现排水前,在土柱中、上层土壤中(从土柱上端计70cm深度以上),硝酸盐氮和总氮的浓度呈现先增加、后下降的变化趋势;当土柱底部出现排水后一段时间,土柱中、上层土壤中硝酸盐氮和总氮浓度仍呈现出持续弱增长的趋势;随着排水次数的增加,土柱下层土壤中硝酸盐氮和总氮浓度则呈现出明显持续下降的变化趋势。同时,实验结果还表明,在无植物生长条件下,土壤对污水中氮素的去除作用明显,就本文使用污水来说,总氮去除率在30%以上;另外,值得注意的是,由于长期污水排放将会增加地下水等水体污染概率。     

黄土丘陵区退耕还林土壤不同大小颗粒固碳过程与速率

为揭示黄土丘陵区退耕还林土壤固碳过程及其变化机制,采用物理分组法探讨了安塞纸坊沟退耕15~45 a刺槐与柠条林地土壤砂粒、粉粒、黏粒截存有机碳的效应与速率。结果表明,对比坡耕地,两种退耕林地土壤颗粒结合碳含量均随退耕年限延长显著增加,并且表层0~10 cm土壤增幅最高,10~60 cm各土层增幅基本接近。退耕15~45 a期间,刺槐与柠条林0~20 cm土层均以粉粒碳密度增速最高,分别达0.21、0.11 Mg/(hm2·a),砂粒碳和黏粒碳增速相近,平均分别为0.13、0.06 Mg/(hm2·a)。同样的变化发生在0~60 cm土层,但各颗粒碳密度增速为0~20 cm土层的1.6~2.5倍。按此增速到退耕45 a时柠条林地砂粒碳、粉粒碳、黏粒碳相比坡耕地分别增大了2.6、1.1、0.8倍,刺槐林地则分别增大了8.3、2.2、2.8倍,并且对总有机碳累积贡献的平均比率为:砂粒碳(23%)等于黏粒碳(26%)且均小于粉粒碳(51%)。此外碳库管理指数比碳库活度与土壤总有机碳库变化有更显著的线性相关性。综上分析,该区域退耕刺槐林比柠条林土壤有更强的固碳效应,两种林地均以粉粒碳为主要固碳组分,以砂粒碳周转速率最快。     

黄土丘陵区旱作枣树规格与枣林耗水量关系研究

以枣树为研究对象,通过对自然生长枣林与矮化密植枣林、截干枣林、极端矮化的枣树及不同修剪强度枣林土壤水分进行监测,采用水量平衡法分析上述情况下枣林耗水特点及枣树水分利用效率。结果表明:自然生长枣林每年在土壤中耗水量较矮化密植枣林大6.54 mm,耗水深度较矮化密植枣林大13.3 cm,水分利用效率最小,2014、2015年分别为2.1、1.8 kg/m~3;12龄枣林实施截干处理3年,其林下土壤水分恢复深度达460 cm,每年恢复深度达153.3 cm,是形成干层速度的3.41倍;极端矮化枣树规格降低1/2,其耗水量为同龄枣林的25%,水分利用效率是同龄枣林的1.26倍;枣树不同修剪强度与其蒸腾耗水关系紧密,随着修剪强度加大枣树蒸腾耗水量减小,林下土壤含水率可提高。研究显示,枣林可以通过对枣树规格的缩小来实现枣林耗水量及水分利用效率的调控,黄土高原半干旱区年降水量波动较大,确定当地适宜修剪强度指标时,建议参考多年平均降水量来制定。     

不同颜色地膜覆盖对玉米土壤水热状况及产量的影响

针对河套灌区普通农用白色地膜造成的玉米早衰现象,试验设置黑色地膜覆盖、白色地膜覆盖和不覆膜3个处理,研究了不同颜色地膜覆盖对土壤水热效应及玉米产量和水分利用效率的影响。结果表明:黑色地膜在各生育期内0~15 cm土壤温度要显著的低于白色地膜覆盖(P0.05),平均低0.77℃,且在一日内气温最高时段差异更为明显,这也使得玉米免遭高温的危害,有利于其正常生长发育。黑色地膜覆盖条件下0~100cm土壤含水率与白色地膜覆盖无显著性差异(P0.05),具有较好的土壤保墒效果,但0~60 cm土壤含水率均显著或极显著高于不覆膜处理(P0.05或P0.01)。黑色地膜显著提高了玉米百粒重和产量,平均较白色地膜和不覆膜处理高百粒重平均高6.46%、9.86%,产量平均高5.99%和25.60%。黑色地膜覆盖明显提高了作物水分利用效率,平均较白色地膜和不覆膜处理高4.76%和34.24%。因此,玉米黑色地膜覆盖的农作措施较适宜在灌区推广应用。     

滴灌方式对南疆沙区成龄红枣土壤水分的影响

【目的】确定南疆沙区红枣适宜的滴灌制度和滴灌方式。【方法】以7 a生矮化密植骏枣树为材料,设置枣树根部1个滴头灌水和多点滴灌灌水2种滴灌方式,每种方式设置3个灌水量(900、1 050、1 200 mm),进行了田间小区试验。【结果】多点滴灌方式下,不同灌水量土壤剖面水分分布有显著规律,表现为50 cm以上土层同层水平距离20 cm土壤含水率小于水平距离40 cm,50 cm以下土层则相反。110 cm土层以下单点滴灌土壤水分显著高于多点滴灌,110 cm以上土层单点滴灌土壤水分显著低于多点滴灌。受灌水量和滴灌方式的影响,同一处理不同土层土壤水分随时间推移其变化规律并不一致。【结论】单点滴灌与多点滴灌土壤水分分布规律差异显著,但耗水量无显著差异。     

黄土丘陵区红枣经济林根系分布与土壤水分关系研究

为明确半干旱黄土丘陵区不同年龄无灌溉旱作矮化修剪密植枣林的根系分布范围与其土壤水分的空间关系,利用根钻法测定枣林株间不同深度的根系分布、枣树主干就近位置的根系量,并采用土钻取土和中子仪定位测定结合了解不同年龄的枣林10 m深度的土壤水分。结果表明:随着树龄增加,1、3、5、12 a枣树根系最大深度年平均增值在减小,12 a枣林垂直根系达520 cm。枣树株间100 cm处向下的根系深度较浅,枣林的垂直根系最大和最小值之差先增加后减小,12 a枣林垂直根系之差只有180 cm。研究区枣树株间水平根系在枣林3 a时开始交汇,枣树水平根系延伸无法确定,所得到的水平方向根系实际是枣林多株树汇集的根系。枣林垂直根系对土壤水分的垂直变化作用显著,但矮化修剪密植枣林株间根系深度差异并没有造成土壤水分因此而波动。随着枣树树龄的增加根系深度和土壤水分干层均增加,0~2 m土层的土壤水分年内变化幅度也增加,而且根层范围的土壤水分随着树龄增加在降低,但是土壤干层深度稍大于测得的根系深度。     

塔里木灌区膜下滴灌棉田土壤水分动态与耗水特性

土壤水分条件是棉花生长和发育的重要因素。为了研究塔里木灌区膜下滴灌棉田土壤水分特征,于2014年4月18日至10月31日采用中子仪对膜下滴灌棉田0~120cm土壤水分进行观测,分析了不同生育期土壤含水率的时空变化,采用水量平衡原理计算了膜下滴灌棉田耗水量。结果表明:4月中旬到7月中旬为土壤水分稳定期,7月中旬到8月底为土壤水分剧烈变化期,8月底到10月底为缓慢消耗期;0~20cm为土壤水分活跃层,20~60cm为土壤水分次活跃层,60~120cm为土壤水分稳定层;灌溉入渗水主要分布在0~40cm;膜下滴灌棉田苗期、蕾期、花铃期、吐絮期的耗水强度分别为0.63、2.62、7.01、0.71mm/d。     

开沟覆膜滴灌条件下土壤水、温变化规律研究

新疆是中国葡萄重要的生产基地,但每年因盐碱与缺水导致减产现象严重。开沟覆膜滴灌技术结合膜下滴灌与开沟技术优点,理论上可有效改善作物生长的水土环境。为研究桁架葡萄下开沟覆膜滴灌技术对土壤水分与温度变化的影响,在石河子147团6连试验地用EM50仪器开展土壤水分、温度监测试验。研究结果表明:①在开沟模式为20 cm×100 cm,灌水定额为300 m3/hm~2时,无论是膜中还是膜边,灌水前后土壤含水量维持在0.22~0.38,满足作物根系吸水。加大灌水定额,在覆膜影响下,滴灌带表面积水区面积增大,使得在滴头下方形成饱和区增大;随着开沟深度的增大,覆膜中土壤含水量变化不明显,覆膜边呈下降趋势。②温度监测表明,无论是温度上升期(12时),还是夜间下降期(24时),土体温度变化幅度均在15~31℃,给葡萄生长提供良好的温度环境,利于葡萄产量与品质的提高。     

不同保墒措施对枣园土壤温、湿度及枣树生长特征的影响

通过定位试验,研究了不同覆盖方式对山地枣林土壤温、湿度及枣树生长的影响。结果表明,几种保墒措施的土壤水分,随时间变化和剖面分布,相对于对照均有明显提高,其中地下25 cm处铺玉米秸秆+地表铺玉米秸秆和地膜覆盖处理效果最好,但是二者土壤含水量相差0.72%。地膜覆盖有明显的增温效应,覆盖玉米秸秆对温度的影响则表现出"双重"效应:高温时具有降温效应,低温时具有保温特点。不同的保墒处理对枣树生长有不同影响,但各处理的新梢生长量、干周净增量、百叶鲜物质量、平均单果重比对照均有提高。     

微咸水膜下滴灌棉花根区土壤水盐运移规律研究

研究了微咸水膜下滴灌条件下,不同矿化度的微咸水灌溉对棉花根区土壤水分、盐分变化的影响。结果表明,在相同灌水定额条件下,棉花根系对高配比微咸水混灌后的土壤水分消耗小,土壤盐分对棉花根系耗水具有抑制作用。当微咸水灌水定额小于25 mm时,易导致土壤盐分的表聚现象。根据土壤含水率与土壤电导率之间的相关关系,建立了宽行土壤电导率计算模型。通过实测值验证,试验地宽行深度为0～30 cm时,土壤电导率计算值与实测值误差率不大于5%,故在此土壤深度范围内可通过模型预测土壤电导率值。     

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。