不同筛分方式对土壤团聚体及土壤微生物群落的影响

探究土壤团聚体组成、稳定性、有机碳含量及微生物数量在不同土壤筛分方式下的变化,对团聚体筛分方式进行优化。以黑土为研究对象,设置不同筛分方式处理,比较干土干筛、干土湿筛、润土干筛、润土湿筛4种筛分方式的优缺点。结果表明,润土干筛比干土湿筛处理≥2 mm粒径的土壤团聚体高出约85.97%,而在2～0.25、≤0.25 mm粒级中团聚体所占比例最高的干土湿筛比最低的润土干筛分别高出约80.90%、91.82%。>0.25 mm水稳性团聚体含量(R_0.25)在润土干筛下达到最高,为99.35%,该指标与土壤团聚体稳定性成正相关,其值越高则表示土壤抗蚀能力越强。干土湿筛处理下各粒级团聚体土壤有机碳分布平均。干土湿筛处理下,土壤细菌和放线菌的数量最高。而润土干筛处理下土壤真菌数量较高,与润土湿筛、干土干筛、干土湿筛3个处理方式相比有显著性差异。综上发现,干土湿筛处理下土壤团聚体稳定性更好,土壤微生物数量较高,在一定程度上对土壤结构、土壤质量起到优化的作用。     

干湿交替过程中土壤胀缩特征的实验研究

土壤胀缩是土壤在干燥、湿润交替变化过程中所表现出的土壤容积随含水量改变的现象。本文通过测定4种土壤脱水和吸水过程中的土柱高度和直径的变化,分析了胀缩过程中土壤容积与含水量的关系及土壤的胀缩特征。结果显示:三直线模型能够很好地拟合4种土壤的收缩、膨胀过程;土壤收缩、膨胀曲线各段的特征值均小于1,这说明土壤胀缩过程中土壤容积的变化速率小于含水量的变化速率;4种土壤胀缩过程中几何因子rs大于1而小于3,且收缩初期几何因子rs等于1,表明土壤的胀缩是各向异性的,并且在土壤收缩的最初阶段只有垂直收缩。     

土壤干湿收缩特征研究进展

土壤收缩特征是土壤在干燥、湿润交替变化过程中所表现出的土壤容积随含水量改变的关系。本文就土壤容积变化表示方法、土壤收缩特征曲线模型、膨胀土水分运动等方面进行总结和归纳,以便为优先流运动和土壤胀缩运动提供重要的参考价值。     

再生水灌溉对亚热带典型土壤干缩裂缝演变特征的影响

为揭示再生水灌溉对亚热带土壤干缩裂缝及其发育过程的影响,该研究选取红壤、潮土、紫色土、水稻土作为供试土壤,采用再生水原液(RW)及稀释2倍(RW-2)、4倍(RW-4)、6倍(RW-6)4种不同浓度再生水进行持续模拟灌溉,并进行脱湿开裂试验,提取干缩裂缝参数。结果表明:1)再生水灌溉抑制红壤及促进其余3种土壤干缩裂缝形成与发育,除RW-4处理促进作用存在异常外,其余处理呈再生水浓度增高,抑制或促进作用增大;2)再生水灌溉下,红壤干缩开裂过程更为平缓,其余3种土壤干缩裂缝面积发育更集中于前期,低浓度再生水集中作用更大;3)土壤类型与再生水浓度对干缩裂缝具有交互作用,土壤类型对面积密度及其发育过程减缓段变化速率影响较大,再生水浓度对面积发育过程初始段变化速率、减缓段长度、加速段变化速率、长度发育过程变化速率峰值影响较大;4)土壤裂缝面积密度发育程度与含水率的关系可用三直线模型拟合,长度密度及连通性系数发育程度与含水率的关系可用log-logistic模型拟合。研究结果可为亚热带地区再生水水质标准制定及其灌溉制度设计提供参考。     

干旱区灌溉及施肥措施下棉田土壤的呼吸特征

为探讨干旱区不同灌溉方式及施肥措施对棉田土壤呼吸速率的影响及其与水热的关系,在新疆绿洲农田棉花生长季设滴灌和漫灌2种灌溉方式,每种灌溉方式设有机肥(OM)、氮磷钾化肥(NPK)、氮磷钾化肥与有机肥配施(NPK+OM)3种施肥处理,以不施肥处理为对照(CK),对不同灌溉方式及施肥措施下土壤呼吸速率及土壤温度、土壤含水率进行了测定和分析。结果表明,不同灌溉方式及施肥措施下,棉田土壤呼吸速率具有明显的季节变化特征,在7月中旬达到峰值,10月中旬降至最低;日变化呈单峰曲线,盛花期峰值出现在15:00～17:00,盛铃期峰值均出现在15:00,最低值均出现在04:00。滴灌各施肥处理平均土壤呼吸速率显著大于漫灌,施肥处理间平均土壤呼吸速率大小顺序为(NPK+OM)>OM>CK>NPK,灌溉与施肥互作条件下,滴灌方式下NPK+OM处理平均土壤呼吸速率最大。滴灌和漫灌方式下各施肥处理的温度敏感性系数(Q10值)平均值分别为2.03和2.43,不同年份漫灌Q10值均大于滴灌。不同灌溉方式及施肥措施下,用复合方程预测土壤呼吸速率的准确性较高,R2值均在0.64～0.72。综合考虑土壤温度和土壤含水率对土壤呼吸速率的影响,能够提高区域土壤呼吸作用研究的准确性。     

不同施肥方式下土壤氨氧化细菌的群落特征

为了研究长期定位施肥对棕壤中氨氧化细菌（ammonia-oxidizing bacteria,AOB）种群结构多样性和垂直分布特征的影响,本研究采用化学分析、荧光定量PCR（qPCR）和变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术,针对沈阳农业大学试验区不同施肥方式（不施肥、低量无机氮肥、高量无机氮肥、无机氮肥与有机肥配施）下不同土壤深度（0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm）的土壤理化性质、AOB丰度及种群多样性进行分析,比较不同施肥方式对土壤AOB种群的影响。结果显示,与不施肥相比,施肥会降低土壤pH,增加土壤铵态氮（70.5%~939.21%）和硝态氮（253.20%~625.48%）含量。随土壤深度增加,土壤pH升高,铵态氮和硝态氮含量除低量无机氮肥处理外,多呈降低趋势。土壤增施氮肥可提高AOB丰度,降低总细菌丰度。其中,0~20 cm土层中AOB丰度较高,且高量无机氮肥处理的AOB数量最高,为9.65×10⁵拷贝数·g^-1（干土）。DGGE图谱分析显示,不同处理下,AOB群落结构多样性指数存在明显差异（P<0.05）,各多样性指数均在表层（0~20 cm）最高,增施氮肥则显著降低AOB的多样性。聚类分析表明,4个施肥处理中,高量无机氮肥处理聚为一类,其他处理则因土壤深度不同而异;3个土壤深度中,除不施肥处理外,所有施肥处理均表现为0~20 cm、20~40 cm土层发生聚类,40~60 cm则明显与其他两层分开。冗余梯度分析（RDA）显示,硝态氮（P=0.027）是造成影响AOB群落结构差异的主要原因。上述研究结果表明,长期定位施肥土壤AOB的数量和群落结构多样性受施肥方式显著影响,并表现出明显的垂直分布特征。与无机氮肥相比,有机无机配施处理有助于改善土壤pH,维持不同土壤深度下AOB群落结构多样性。     

不同水氮管理下稻田氨挥发损失特征及模拟

为了探讨减少稻田氨挥发的合理水氮管理措施,基于田间试验资料,分析了不同水氮管理稻田氨挥发损失规律及其交互影响,并用DNDC(土壤碳氮循环模型)模型模拟了节水灌溉条件下不同氮肥管理稻田氨挥发损失动态特征。结果表明,控制灌溉和实地氮肥管理的联合应用既大幅降低了稻田氨挥发峰值,又降低了稻田大部分无施肥时段的氨挥发损失,稻田氨挥发损失量为39.63kg/hm2,较常规水肥管理稻田降低44.69%。采用DNDC模型模拟节水灌溉条件下不同氮肥管理稻田氨挥发损失量是可行的,稻季氨挥发总量模拟值与实测值相对误差均在±10%以内。节水灌溉和实地氮肥管理的水氮联合调控显著降低了稻田氨挥发损失量,且实地氮肥管理对氨挥发损失降低的贡献率要大于节水灌溉。该文研究结果可为稻田的水肥科学管理,减少稻田氨挥发损失提供依据。     

华北平原农田裂缝对硝态氮淋溶的影响

土壤干缩开裂是常见的自然现象。目前关于土壤干缩开裂的研究主要集中于裂缝的最终形态特征,并且以室内试验为主。本研究通过室外大田试验,结合动态计算机图像分析及水氮运移模拟软件WHCNS,研究土壤干缩开裂的动力学过程、特征及其对农田水氮运移的影响。利用原位熔化石蜡浇筑得到了裂缝三维结构形态,借助三维激光扫描仪量化裂缝的几何特征,发现每平米裂缝平均长度为4.58m,裂缝上表面平均宽度为5.72 mm,平均深度为9.06 cm。基于三维扫描仪提取得到的裂缝几何参数,通过WHCNS仿真模拟,发现相较于无裂隙情况,裂隙的存在分别增加了传统施肥和优化施肥情况下97.40%和256.43%的硝态氮淋失量;与优化施肥模式相比,传统施肥模式更容易造成硝态氮的淋失风险。在模拟灌溉模式对硝态氮淋洗情况的影响时,其差异不明显;强降雨的设置同样增加了硝态氮的淋失风险,导致硝态氮的年均淋洗量增加83.61%。裂缝的存在严重影响农田作物对肥料的吸收和利用,通过优化施肥量、更改灌溉模式以及避免强降雨前施肥都可以减少肥料的损失。     

施氮及灌溉方式对玉米地土壤硝化潜势及微生物量碳的影响

研究了不同施氮量及灌溉方式下玉米地土壤的微生物量碳及硝化潜势.结果表明:未施氮肥条件下,喷灌比漫灌土壤平均硝化潜势低0.57～4.77 mg/(kg·d);不同时期喷灌施肥土壤平均硝化潜势变化量为2.18～4.77 mg/(kg·d),幅度较小;而漫灌施肥土壤硝化潜势的变化量为-0.57～28.4 mg/(kg·d),幅度较大.土壤微生物量碳的变化受施肥与灌溉方式的影响,9月份土壤微生物量碳均低于7月份,未施氮肥条件下,喷灌下降9.05 mg/kg,变化幅度较小;而漫灌下降176.52 mg/kg,变化幅度较大.施氮肥均降低土壤微生物碳量;不同时期漫灌施肥与漫灌未施肥、喷灌施肥与喷灌未施肥相比分别降低土壤平均微生物量碳108.78～0.57 mg/kg,58.82～86.71 mg/kg.     

土壤胀缩研究的现状与展望

土壤胀缩是土壤在干燥、湿润交替变化过程中所表现出的土壤容积随含水量改变的关系。就土壤容积变化的表示方法、土壤干裂特征、变性土土壤水运动机理,土壤的收缩特征曲线和影响土壤收缩的相关因素五个方面进行了总结和回顾,同时,就以后的研究工作提出了展望。     

干湿交替灌溉与施氮耦合对水稻根际环境的影响

为了探讨不同水氮耦合对水稻根际土壤环境及根系分泌有机酸总量的影响,以新稻20号为材料,进行盆栽试验,设置浅水层、轻度(-20 k Pa)和重度干湿交替灌溉(-40 k Pa)3种灌溉方式及不施氮肥,中氮(normal nitrogen,MN,240 kg/hm~2)和高氮(high nitrogen,HN,360 kg/hm~2)3种氮肥水平9个处理。结果表明:轻度干湿交替灌溉及中氮增加了土壤酶活性,提高土壤中微生物数量,根系分泌有机酸总量显著提高(P0.05);重度干湿交替灌溉及重施氮肥则降低土壤酶活性及微生物的数量,显著(P0.05)减少根系分泌有机酸的总量;相关分析表明:根际土壤酶活性及微生物数量与不同生育期根系分泌有机酸总量呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关关系。土壤酶活性、微生物数量及有机酸总量的供氮效应为正效应,轻度干湿交替灌溉供水效应及耦合效应均为正效应,而重度干湿交替灌溉的控水及耦合效应则为负效应。研究可为通过水氮耦合调控水稻良好的根际环境提供依据。     

干湿交替灌溉与施氮量对水稻叶片光合性状的耦合效应

【目的】探讨干湿交替灌溉与施氮量耦合对水稻光合性状及其效应的影响,从光合源及光合质方面阐明不同水氮组合处理在光合性状上的差异。【方法】以新稻20为材料进行土培试验,设置浅水层灌溉 (0 kPa)、轻度干湿交替灌溉 (–20 kPa) 和重度干湿交替灌溉 (–40 kPa) 3种灌溉方式及不施氮 (N0)、中氮 (MN, 240 kg/hm2) 和高氮 (HN, 360 kg/hm2) 3种氮水平,研究不同水氮耦合处理对水稻产量、叶片叶绿素含量、叶面积指数、叶片氮含量、净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率的影响。【结果】灌溉方式与施氮量存在显著的互作效应,轻度干湿交替灌溉增加了主要生育期叶片叶绿素含量、氮含量、净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率,提高抽穗后群体叶面积指数,且与MN耦合后产量最高,为本试验最佳的水氮耦合运筹模式;重度干湿交替灌溉则显著降低主要生育期叶片叶绿素含量、叶片氮含量、叶面积指数、净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率;在同一灌溉方式下,中氮处理提高叶片净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率,有利于穗后叶片叶绿素含量及叶面积指数提高,重施氮肥反而降低叶片光合及荧光效率。水稻叶片叶面积指数、光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ潜在活力及最大光化学效率与产量均呈显著或极显著的正相关关系。水稻主要生育期光合性状指标的供氮效应均为正效应,轻度干湿交替灌溉下主要生育期叶片叶绿素含量、氮含量、净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率的供水效应及耦合效应均为正效应,而重度干湿交替灌溉的控水及耦合效应则为负效应。【结论】轻度干湿交替灌溉耦合中氮处理水稻叶片净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率提高,有利于穗后叶片叶绿素含量及叶面积指数形成,表明通过适宜的肥水调控发挥水氮耦合效应,可以创造良好的光合性状,提高水稻光合生产能力,从而促进水稻高产。     

土壤初始含水率对涌泉根灌土壤水分及氮素运移特性的影响

为了探究涌泉根灌水肥一体化灌溉在不同土壤初始含水率下水氮运移特性,通过室内肥液入渗试验,研究了不同土壤初始含水率(4.13%,7.21%,8.77%,11.06%,14.01%)条件下入渗特性、湿润锋运移、土壤水分以及铵态氮和硝态氮的运移特性,建立了涌泉根灌累积入渗量、各向湿润锋运移距离与不同土壤初始含水率之间的关系,提出了不同初始含水率下涌泉根灌累积入渗量、各向湿润锋运移距离的经验模型。结果表明:累积入渗量、各向湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布、转化等均不同程度地受到土壤初始含水率的影响。同一时刻条件下,累积入渗量随着土壤初始含水率的增大而减小,而湿润锋运移距离却呈现出增大的趋势;土壤初始含水率越大,湿润体体积越大,湿润体内水分、铵态氮和硝态氮的分布范围越广泛;距离灌水器出水孔越近,土壤中的铵态氮和硝态氮含量越高。入渗系数K随着土壤初始含水率的增大而减小,入渗指数α随着土壤初始含水率的增大而增大;水平湿润锋拟合参数a、b均随土壤初始含水率的增大而增大,竖直向下湿润锋运移指数c随着土壤初始含水率的增大而增大,入渗指数d随着土壤初始含水率的增大而减小。随着土壤水分再分布的持续进行,湿润体内水分分布越加均匀,采用克里斯琴森均匀系数Cu评价灌水结束、再分布1,3天条件下湿润体内水分分布均匀度依次为61.99%,74.27%和83.60%;湿润体内铵态氮含量逐渐减小,但铵态氮的分布区域基本无变化;湿润体内硝态氮分布区域变大,平均值呈增大,最值区域有下移趋势。研究成果为进一步研究涌泉根灌水氮高效利用技术奠定了基础。     

肥液浓度对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

为了提高涌泉根灌水肥的利用效率,采用室内土箱入渗试验,探究了不同肥液浓度(0,15,30,60g/L)条件下湿润锋运移、土壤水分及氮素分布的规律。结果表明:入渗相同时间时,随着肥液浓度的增大,湿润锋运移距离、湿润体内相同节点处的土壤含水率、铵态氮及硝态氮质量分数均增大;湿润锋运移距离与入渗时间具有显著的幂函数关系,其决定系数均达到0.99;随着肥液入渗再分布的进行,湿润体内含水率分布更加均匀,最大含水率位置下移,铵态氮量逐渐减小,再分布5d湿润体内硝态氮量达到最大值;硝态氮运移规律和水分相似,易随水分流失。该研究成果为进一步研究涌泉根灌水氮高效利用技术奠定了基础。     

红壤区肥液浓度对涌泉根灌水氮运移特性的影响

为提高红壤区涌泉根灌水氮利用效率,通过室内肥液入渗试验,研究了不同肥液浓度(0,10,20,35,60 g/L)条件下涌泉根灌土壤的入渗能力、湿润锋运移距离、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,并建立了红壤涌泉根灌土壤累计入渗量及湿润锋在竖直向上、竖直向下和水平方向的运移距离与肥液浓度的关系模型。结果表明:土壤累计入渗量、湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布均受到肥液浓度的影响。在同一入渗时刻,土壤累计入渗量及湿润锋运移距离随肥液浓度的增大而增大,且与入渗历时均呈幂函数关系;在灌水结束时,相同土层深度内,肥液浓度越大,土壤含水率就越大,土壤中铵态氮和硝态氮的浓度也越大,且与铵态氮相比,硝态氮的分布范围更广。随着肥液再分布的进行,土层内最大含水率位置逐渐下移,且土壤含水率的分布也更加均匀;土壤中铵态氮和硝态氮浓度的变化趋势不同,浅层中铵态氮的浓度逐渐降低,而硝态氮的浓度先降低后增加;深层中铵态氮的浓度先增加后降低,而硝态氮的浓度逐渐增加。该研究成果可为进一步研究红壤区涌泉根灌肥液入渗氮素运移及转化提供理论参考。     

涌泉根灌不同浓度肥液入渗特性及土壤湿润体模型研究

为了研究涌泉根灌肥液入渗特性及湿润体水氮运移的变化规律,在陕北米脂山地微灌枣树示范基地原状土上进行了涌泉根灌肥液入渗试验。结果表明:累积入渗量与入渗时间之间符合Kostiakov幂函数关系(R20.9,P0.01);涌泉根灌入渗能力与增渗效果均随肥液浓度增大而增大;水平湿润锋与竖直湿润锋运移距离均随肥液浓度增大而增大,且均与入渗时间呈显著的幂函数关系,水平方向和竖直方向的湿润锋运移距离的拟合值与实测值的相对误差在–3.84%～5.20%以内。肥液浓度的不同对于湿润体大小略有影响。提出了涌泉根灌肥液入渗湿润体内土壤含水率和NH_4~+-N浓度分布的数学模型,即在一定浓度范围内,单位含水率的变化可引起的肥液浓度变化,且模型的计算精度较高(模拟值与实测值相对误差在10%以内),并符合湿润体内土壤含水率和NH_4~+-N分布规律,可对不同位置处土壤含水率及NH_4~+-N含量进行估算。水分分布情况对肥液浓度条件敏感性较低,NH_4~+-N分布情况对肥液浓度条件敏感性较高。研究可为涌泉根灌水肥高效利用提供参考。     

干湿交替下木纤维重构红壤的水力特性

红壤黏性重，干湿交替容易结块和形成裂隙，通过土-水特征曲线研究重构红壤的持水保水能力具有一定的意义。为探明干湿交替下木纤维重构对红壤水力特性的影响，该研究应用4种添加量（0、0.5%、2.5%和5.0%）的木纤维重构红壤，采用滤纸法测定木纤维复合土的基质吸力，并利用Logistic模型拟合其土-水特征曲线。结果表明，随着木纤维添加量的增加，干湿交替作用对红壤基质吸力降幅和土-水特征曲线的滞后现象逐渐减缓，2.5%木纤维复合土是提高土壤持水能力最优配比；木纤维添加提高红壤进气值和残余值，干湿交替下残余值变化较大，随着干湿交替次数增加而残余值的降幅逐渐较小，2.5%木纤维复合土的斜率受干湿交替影响较小，其持水能力最优，体积含水率变化速率减小；添加木纤维后土-水特征曲线的决定系数均在0.97，说明Logistic模型适用于拟合木纤维重构的红壤土-水特征曲线。研究对于深入研究红壤区的土壤重构、边坡防护和生态恢复等具有重要的理论和工程实践意义。