基于最小数据集的黄淮海旱作区耕层土壤质量评价及障碍分析

为探究黄淮海旱作区耕层土壤质量特征,基于土壤物理、化学及剖面特征,建立黄淮海旱作区耕层土壤质量评价指标体系,运用主成分分析法构建耕层质量评价指标的最小数据集（minimum data set,MDS）,结合障碍因子诊断模型揭示黄淮海旱作区耕层土壤质量特征及其障碍因素。结果表明：1）研究区耕层土壤质量评价最小数据集由土壤有机质、土壤阳离子交换量、土壤pH、耕作层厚度、耕作层穿透阻力和耕作层压实度构成,基于最小数据集和全指标数据集的耕层土壤质量指数间显著正相关（R²=0.61,P＜0.05）,Nash有效系数和相对偏差系数分别为0.601和0.181,表明最小数据集的指标能够代替全部数据集指标对黄淮海旱作区耕层质量进行评价;2）研究区耕层土壤质量总体处于中等水平,质量指数为0.25～0.61;适宜耕层各项指标如下：耕作层厚度不小于17.20 cm,耕作层穿透阻力不大于896.10 kPa,耕作层土壤压实度不大于78.01%,pH值为8.01～9.37,有机质不小于17.87 g/kg,阳离子交换量不小于21.13 cmol/kg;3）黄淮海旱作区存在明显的障碍类型,耕层障碍可分为薄化紧实与养分贫瘠障碍耕层、养分贫瘠耕层、土壤紧实型耕层3类。其中有机质含量低、阳离子交换量低、耕作层压实度过高是黄淮海旱作区耕层质量主要障碍。研究为黄淮海旱作区耕层土壤质量提升和改善提供理论支撑。     

东北旱作区粮食产量冷热点格局及耕层特征差异

基于2005～2015年东北旱作区85县市的粮食单产数据和土壤属性数据,探讨了东北旱作区粮食单产冷热点时空格局演变特征,并分析了不同冷热点区耕层特征的差异。结果表明:(1)2005、2010和2015年东北旱作区粮食单产全局Moran’s I值分别为0.57、0.41、0.65,呈现明显空间集聚特征。吉林省旱作区中部、黑龙江省旱作区南部县市是稳定的粮食单产热点区;而各级冷点区在吉林省旱作区西部和黑龙江省旱作区北部、西南部集中连片分布。(2)粮食单产一、二级热点区土壤容重在10～20 cm土层最高,分别为1.51 g cm-3、1.53 g cm-3,呈现亚表层较高的特点。粮食单产一级冷点区各土层深度有机质含量均大于其他类型区;而二级热点区各土层深度有机质含量均小于其他类型区。(3)东北旱作区56.00%的样点耕层厚度在15～25 cm之间,53.03%的样点压实层厚度在5～10 cm之间。一级热点区耕层厚度在15～25 cm和压实层厚度在5～10 cm的样点各占该类型区样点数的81.82%和68.18%,呈现"耕层较厚、压实层厚度适中、穿透阻力相对较小"的特点。     

机械压实过程中复垦土壤紧实度影响因素的模拟分析

机械碾压造成的土壤压实是土地复垦中面临的主要问题之一,影响土壤压实程度的因素很多,除土壤自身的因素以外,还包括压实机械、压实次数以及土层厚度等。该文基于统计学的理论,采用2×5×4的混合试验设计并建立模拟实验区,使用重锤模拟分析了2种压实机械、不同压实次数(1、3、5、7、9次)和不同土层厚度(0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40 cm)上土壤紧实度的变化情况,并在SPSS中进行变量的方差分析和多重比较,试图找到机械压实过程中影响土壤紧实度的因素及其变化水平。结果表明:增加压实机械的承重轮面积能够有效降低对土壤的压实作用;压实机械、土层厚度和压实次数都是影响土壤紧实度的显著性因素且各因素的贡献率(97%)远高于随机误差;自卸汽车在第5次压实之后就已经使上层土壤紧实度达到最大值,而履带式推土机需要压实7次,土地复垦中应尽量选择履带型机械,碾压次数控制在5~7之内;机械压实的过程中,各土层厚度之间土壤紧实度的大小关系并不是一成不变的,中间层次(10~30 cm)的土壤由于同时受到来自上下2个方向的作用力,紧实度相对较高;不同次数的压实对土壤紧实度的影响深度和程度不同,在一定范围内,随着压实次数的增加,单次压实对土壤紧实度的影响逐渐减小。     

煤矿区复垦土壤压实时空变异特征

为了揭示煤矿区复垦土壤压实状况的时空变异规律,该文以未塌陷土地为对照,通过实地测定,分析5个复垦年限水平和垂直方面的土壤压实度变异特征。结果表明：复垦土壤表层压实度以复垦1 a（正在复垦）的最大,达到 2050 kPa,随着复垦年限增加逐渐减少,复垦5 a的最小（50 kPa）,基本达到未塌陷土地的压实度。表层土壤压实度空间变异最大的是复垦5 a的土地（变异系数为68.40%）,其次是未塌陷土地（52.58%）,最小的是正在复垦的土地 （22.01%）。从各层的变异情况看,正在复垦的土地各个层次土壤压实度都较大且变异系数较低,其他复垦年限土壤压实度上面3层较小但变异大,至第4层（22.86～30.48 cm）达到较高值,且变异较小,之下压实度基本稳定。     

耕作方式和土壤类型对皖北旱作农田土壤紧实度的影响

为探明旱作区耕地质量变化,了解旱作区耕作管理方式对农田质量的影响,以皖北旱作区农田土壤为研究对象,研究分析了0—40cm不同深度土壤紧实度梯度变化,揭示耕作方式、土壤类型、土壤容重和土壤含水量对土壤紧实度变化的影响。结果表明:从总体上来看,在0—40cm土层深度下,土壤紧实度随深度的增加呈先增加后稳定的规律,20cm以后土壤紧实度逐渐稳定;全区平均耕层深度为14.14cm,平均耕层紧实度为573.63kPa。从耕作方式来看,旋耕在30cm之前各层土壤紧实度均大于翻耕地区,旋耕平均耕层深度为12.5cm,翻耕平均耕层深度为16.8cm,是旋耕的1.34倍。从土壤类型来看,不同土壤类型之间土壤紧实度的差异也很明显,潮土各土层平均紧实度均大于砂姜黑土,且随着深度的增加差距逐渐增大。从影响因素来看,土壤紧实度变化与土壤容重变化在水平和垂直方向上呈正相关;土壤紧实度变化与土壤含水量变化关系复杂,总体来看二者水平方向呈正相关,垂直方向呈现负相关。研究成果将为后续探究土壤结构变化过程及规律,旱作区耕层及犁底层变化迁移过程提供依据,对改善皖北旱作区农田质量状况提供数据理论支撑。     

山西省典型县域农田耕作层厚度空间格局及影响因素

均匀随机地选取山西省9个县市,以各县农田耕作层作为研究对象,测定各县全区样点的耕作层厚度、有机质、质地等理化性状,同时收集各样点的多年的气象数据、高程、耕地坡度、最高地下水位等信息;利用地统计方法分析各县农田耕作层厚度的空间变异特征,采用相关性分析和方差分析讨论了农田耕作层厚度空间分布的影响因素。结果如下:①灵丘县的耕层厚度整体平均水平最大,均值为32.18 cm,隰县最小,均值为7.06 cm;介休市的耕层厚度变异系数最大,为27.56%,天镇县最小,为5.43%;②朔州城区、介休市、隰县的耕层厚度最优半变异函数为球状模型,天镇县、岚县、阳曲县、壶关县为高斯模型最优,灵丘县和垣曲县为指数模型最优;③天镇县、隰县耕层厚度整体偏低,灵丘县整体偏高,朔州城区、岚县、壶关县均为四周高中部偏低的格局;垣曲县、阳曲县为四周偏低而中部偏高的格局,介休市为北高南低;④在影响耕作层厚度的各因素中,距村距离、海拔、降水量和无霜期对耕层厚度表现为负相关(P0.01),田面坡度、有效积温和有机质含量对耕层厚度表现为正相关(P0.01),种植作物、地貌类型、土壤质地、成土母质、土壤类型、土壤结构也对耕层厚度构成影响。耕层厚度空间分布特征以结构性为主,耕层厚度由人为因素和自然因素共同作用影响。     

机械压实对新疆绿洲农田土壤微生物活性及碳排放的影响

为探究机械压实对绿洲农田土壤微生物活性和碳排放的影响,在参考新疆农田耕作层土壤容重分布特征的基础上,选取1.15（T1.15）、1.30（T1.30）、1.45（T1.45）和1.60 g/cm3（T1.60）4个容重梯度模拟机械压实土壤程度,测定不同处理0～120 d内土壤有机碳、微生物生物量碳、氮、酶活性以及碳排放速率变化特征。结果表明：1）试验周期内（0～120 d）,土壤微生物生物量碳、氮、脲酶和过氧化氢酶活性随试验周期的延长而降低,随土壤容重增加呈先升高后降低趋势,容重为1.45 g/cm3时最高。2）T1.15、T1.30、T1.45和T1.60处理土壤碳累积排放量分别为557.26、653.48、665.00和522.01 g/m2,也表现出随容重增加先升高后降低的趋势,T1.45处理最高。3）土壤碳排放与土壤有机碳、可溶性有机碳、微生物生物量碳、氮、脲酶和过氧化氢酶活性显著正相关（P<0.05）。综上,土壤压实通过改变土壤微生物生物量和酶活性影响土壤碳排放速率;当绿洲农田土壤容重大于1.45 g/cm3时,应进行适当的翻松,使土壤微生物活性达到最佳水平。     

大中小型拖拉机压实对土壤坚实度和大豆产量的影响

探讨农业机械压实对土壤坚实度和产量的影响规律，对改善作物生产环境、促进农业机械化向质量型转变具有重要意义。以东北典型黑土区耕地土壤为研究对象，依照随机区组试验原理，选择大、中、小3种型号拖拉机进行6种压实处理，同型拖拉机相同压实次数试验重复3次，采用PV6.08型贯穿阻力仪测量压实轮辙截面土壤坚实度。试验结果表明：土壤坚实度随压实次数增加而逐渐递增，3种拖拉机压实测试截面浅层均出现明显压实核，且压实核内土壤坚实度随压实次数增加而逐渐增大，CASE-210型拖拉机压实对表层土壤坚实度影响程度和范围最大，压实12次时压实核处土壤坚实度达4.0 MPa，JD-280型拖拉机对深层土壤压实影响程度和范围最大，在65~80 cm的土壤深层坚实度的峰值达3.2 MPa；拖拉机压实均导致大豆产量降低，CASE-210、JD-904和JD-280拖拉机压实12次时大豆产量分别降低了21.24%、18.15%和12.38%。     

模拟降雨条件下成垄压实对硝态氮迁移的影响

利用人工模拟降雨研究了成垄压实施肥条件下不同的垄坡度及不同压实的障碍层对硝态氮迁移的影响。结果表明,对一次60mm的降雨,无障碍层存在时,平地施肥条件下NO3--N淋溶剧烈,土壤表层施肥部位的NO3--N仅余总施入量的0.1%左右。垄沟施肥因其将入渗水分与施肥区分开,从而可以降低NO3--N的淋溶。不同的垄坡度对NO3--N的淋溶略有影响,30垄坡条件下上层土壤NO-残留量略大于20、40。相对于不同坡度垄沟,在施肥带部位通过压实形成水分运动的障碍层对防止NO3--N淋溶的效果较为显著,当压实层的土壤容重为1.36g/cm3时,施肥部位残余NO3--N就可达727.40mg,占原施入量的17.2%;对容重1.42g/cm3的压实层,其施肥部位残余NO3--N已占到原施入量的23.6%。以上结果表明通过压实在施肥部位形成障碍层的成垄压实施肥法,减小通过施肥区的入渗水量,从而可减少施肥部位的NO3--N随入渗水分向深层土壤的迁移和累积,这对提高氮肥利用率,保护地下水资源具有重要意义。     

农田土壤压实过程及模型研究进展

农田土壤受到农业机械田间作业的影响发生压实板结,造成土壤孔隙率降低,容重和紧实度增大,限制水分入渗和根系生长,影响作物产量。随着我国农业机械化水平不断提高,土壤压实对农业可持续发展的影响引起了广泛的关注。本文通过文献调研,总结了土壤压实过程的国内外研究进展,对土壤压缩行为、压缩曲线与预固结压力的计算方法进行了梳理,综述了土壤压实机理和压实模型的发展历程和未来动向,可为推进农田土壤压实研究提供参考。     

Identifying the position of the compacted layer by measuring soil penetration resistance in a dryland farming region in Northeast China

Topsoil is disturbed by ploughing, the effects of infiltration, the movement of fine particles from the topsoil to the subsoil, and direct pressure from agriculture machinery, all creating an abrupt delineation in the form of a compacted layer with very low permeability. Spatial variability of soil properties, such as soil structure and penetration resistance (PR), can help identify the compacted layer. However, there are no quantitative methods to describe this layer. In this study, PR was used to survey different soil types. A Mann–Kendall (M-K) test of PR data was used to identify the presence and position of the compacted layer in a dryland farming region of Northeast China. Our results demonstrated that PR was mainly affected by bulk density and soil water content. Compared with the topsoil, PR was more significantly affected by water content in deeper soil layers. An M-K test of the PR curve can provide a more reliable and objective assessment of the thickness of the plough layer and location of the compacted layer than field observation. Our data indicated that there was a compacted layer in the soil profile in the study areas and the spatial variability of the compacted layer was heterogeneous. The plough layer was shallow, and the compacted layer was thicker in areas with frequent use of agricultural machinery. Moreover, frequent use of agricultural machinery resulted in a PR of the plough and compacted layers that was greater than that in other areas. Information on identifying the position and thickness of the compacted layer and the factors influencing their spatial distribution can be used to create effective soil management options and improve conditions for the development of plant roots in dryland farming regions.     

阳泉矿区自燃煤矸石山绿化中覆盖层碾压效果试验

自燃煤矸石山是矿区环境主要的污染源之一,对其实施封闭并绿化,需要构建具备一定阻隔空气能力的覆盖层,而覆盖层多为土质材料经碾压构成,空气阻隔性受其碾压质量的影响。结合阳泉三矿煤矸石山治理现场进行野外碾压试验,研究了煤矸石山现场碾压工具及碾压条件下的压实效果。通过对不同铺土厚度的黄土进行碾压,测定紧实度和干密度来表征碾压效果,分析以压实度(85%)作为压实质量控制标准的条件下合理的碾压工程参数。结果表明,利用现场自制碾磙(4t)进行平碾碾压,浅部土层受到碾压遍数的影响较大,深部土层受到碾压遍数的影响较小,其特征深度在15—25cm;建议的施工方案及碾压参数为:含水量接近最优含水率(相差不超过±2%),松铺厚度20~40cm,碾压3~5遍。     

机械压实对复垦土壤粒径分布多重分形特征的影响

在高潜水位矿区复垦施工现场,运用多重分形理论研究不同碾压次数下复垦土壤粒径分布特征,以阐明机械压实对复垦土壤粒径分布非均匀性和异质性的影响。结果表明:机械碾压在46.8%~99.9%程度上解释0~20和20~40 cm土层土壤粒径分布特征的变化,随着碾压次数增加,复垦土壤颗粒呈细粒化趋势,容量维D(0)随之减小,表征粒径分布范围减小;奇异谱对称性Δf随之增加,表征粒径分布不对称性增加;信息维D(1)、信息维/容量维D(1)/D(0)、关联维D(2)和奇异谱谱宽Δα随之波动变化,表征粒径分布集中程度、局部密集程度和均匀性波动变化。研究发现D(1)和D(1)/D(0),D(2)和Δα相关系数分别0.767(P0.01)和-0.488(P0.05),在表征复垦土壤粒径分布集中程度和均匀性上具有相似作用,多重分形参数可多角度描述机械碾压过程中土壤粒径分布的细微差别,其中D(0)、Δα和Δf能够灵敏反映复垦土壤紧实度变化,这为深入研究复垦土壤压实问题提供一种精确分析方法。     

覆盖作物根系对砂姜黑土压实的响应

轮作直根系的覆盖作物被认为是缓解土壤压实的有效手段,但不同覆盖作物对土壤压实的适应性在不同气候和土壤条件下存在较大差异。为筛选更适宜缓解砂姜黑土压实的覆盖作物品种(模式),在安徽典型砂姜黑土设置不压实(Non-compacted,NC)与压实(Compacted,C)处理,通过种植不同覆盖作物(休闲、苜蓿、油菜、萝卜+毛苕子混播),分析覆盖作物根系对压实土壤的响应。结果表明:与不压实处理相比,压实处理显著增加了0~30 cm土层土壤容重(8.65%);显著增加了0~27.5 cm和37.5~45 cm土层的穿透阻力;显著改变0~20 cm土层土壤收缩特征。同时,土壤压实大幅度降低了0~50 cm土层苜蓿、油菜、萝卜+毛苕子的根干重密度,增加了苜蓿、油菜、萝卜+毛苕子的根比表面积。压实处理下50~70 cm土层萝卜+毛苕子根干重密度、根体积密度和根长密度均大于苜蓿和油菜,表明萝卜+毛苕子混播种植模式下根系穿透压实土壤能力最强。压实处理下不同覆盖作物地上覆盖度和生物量均表现为由大到小依次为萝卜+毛苕子、油菜、苜蓿。与不压实处理相比,压实处理分别减少苜蓿、油菜、萝卜+毛苕子地上部分生物量的62.5%、67.6%、15.8%,地下部分生物量的61.4%、57.7%、47.8%。因此,萝卜+毛苕子种植模式下根系生长受压实影响最小,在压实土壤中适应性最好。     

陕北黄土丘陵区山地苹果园的土壤水分动态研究

掌握土壤水分特征是实现果园科学管理、有限雨水资源合理高效利用、保证果树高产优质的关键。以陕北米脂山地6年生红富士苹果园为研究对象,于2015年4月—2016年6月采用FDR、中子水分仪和烘干法相结合的土壤水分监测方法,分析了山地苹果园的土壤水分总体特征、单株不同位点的水分动态以及不同旱作措施(秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨、有机肥覆盖)的土壤水分环境效应。结果表明:陕北山地果园时段干旱严重,最严重的为苹果树新梢生长和幼果发育期;春季土壤干旱程度取决于上年入冬前土壤储水量高低。果园0~60 cm土层(根系分布集中层)水分随降雨量而变化,表现为较一致的季节变化特征;土壤水分的变化滞后于降雨变化,且降雨对土壤水分的影响随土层加深而减弱,100 cm深土层受降雨影响减弱,土壤剖面200 cm以下土层土壤含水量保持相对稳定。6年生山地苹果园土壤已经出现干化现象,且在90~300 cm存在明显的低湿层,土壤体积含水量常年处在12%以下。苹果树单株尺度范围内,土壤含水量随距树干距离增加单调递增;土壤水分的平均值处在距树干105 cm处;沿行向距树干不同距离位点的土壤含水量显著高于沿株向距树干等距离位点的含水量(P0.05)。秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨和有机肥覆盖措施相较于空白对照(不覆盖、不灌溉)均能有效改善土壤水分环境,缓解果树生育期内水分供需矛盾,其中起垄覆膜垄沟集雨措施的保墒效果最佳,建议陕北黄土丘陵区山地雨养苹果园采用起垄覆膜垄沟集雨的保墒措施。     

Soil and residue management effects on arable cropping conditions and nitrous oxide fluxes under controlled traffic in Scotland 1. Soil and crop responses

Soil compaction can affect crop growth and greenhouse gas emission and information is required of how both these aspects are affected by compaction intensity and weather. In this paper we describe treatments of compaction intensity and their effects on soil physical conditions and crop growth in loam to sandy loam cambisol soils. Soil conditions and crop performance were measured over three seasons in a field experiment on soil compacted by wheels on freshly ploughed seedbeds. Ploughing buried the chopped residues of the previous crop. After ploughing, traffic was controlled such that the experimental plots received wheel traffic only as treatments. The overall objective was to discover how the intensity and distribution of soil compaction just before sowing influenced crop performance, soil conditions and emissions of nitrous oxide. Compaction treatments were zero, light compaction by roller (up to 1 Mg m⁻¹) and heavy compaction by loaded tractor, (up to 4.2 Mg). The experiment was located at Boghall, near Edinburgh (860 mm average annual rainfall) for the first two seasons under spring and winter barley (Hordeum vulgare L.) and in a drier area at North Berwick (610 mm average annual rainfall) for the third season under winter oil-seed rape (Brassica napus L.). Heavy compaction in dry soil conditions had little effect on crop growth. However, in wet conditions heavy compaction reduced air porosity, air permeability and gas diffusivity, increased cone resistance and limited winter barley growth and grain yield. Heavy compaction in wet conditions reduced winter barley yields to 7.1 Mg ha⁻¹, in comparison to 8.8 Mg ha⁻¹ in the zero compaction treatment. The compaction status of the top 15 cm of soil seemed to be particularly important. Loosening of the top 10 cm of soil immediately after heavy compaction restored soil conditions for crop growth. However, zero seed bed compaction gave patchy and uneven crop emergence in dry conditions. Both zero and light compaction to a target depth of 10 cm gave similar crop productivity. Maintenance of a correct compaction level near the soil surface is particularly important for establishment and overwintering of barley and oil seed rape.     

旱作区典型土类穿透阻力分布特征及耕层厚度确定

为探明不同土类的穿透阻力变化特征与影响因素,针对中国黄淮海旱作区与东北旱作区的潮土、褐土、黑土、黑钙土、砂姜黑土与棕壤共6种典型土壤,测定了0—40 cm穿透阻力,分析其垂直分布特征,建模分析了0-20 cm内穿透阻力与土壤理化性质(含水量、容重、质地、有机质含量)的量化关系,基于趋势分析,确定了不同土类的耕层厚度。结果表明:(1)在0—40 cm土层内,穿透阻力有着随土层深度的增加先增加后稳定的特征。平均穿透阻力最小的土类和亚类分别为黑钙土1.188 MPa和普通暗潮土0.819 MPa,最大的为褐土1.706 MPa和壤质石灰性潮土1.829 MPa。(2)在0—20 cm范围内,针对不同土类,不同建模方法的建模效果不同,偏最小二乘回归适用于潮土、黑土、棕壤,对褐土、砂姜黑土使用多元线性回归效果较好,随机森林回归则适用于黑钙土。开发的经验公式有助于阐明穿透阻力的变化因素。(3)Mann-Kendall法和Pettitt法可以客观地确定并检验耕层厚度,旱作区典型土类耕层厚度从大到小依次为褐土22.5 cm,潮土21.5 cm,棕壤20.0 cm,黑钙土16.0 cm,砂姜黑土15.0 cm,黑土14.0 cm,褐土、潮土、棕壤区可适当深耕,种植根系发达的作物,黑钙土、砂礓黑土、黑土区需要多加保护,减少大规模农机的使用。     

不同耕作深度对红壤坡耕地耕层土壤特性的影响

红壤坡耕地不同耕作深度对耕层质量和作物产量具有重要影响。以江西红壤坡耕地示范区耕层为研究对象,从土壤属性角度,对红壤坡耕地不同耕作深度处理下垂直深度土壤水分、容重、孔隙度、土壤紧实度、土壤抗剪强度、土壤有机质、有效磷和速效钾等进行分析。结果表明:(1)不同耕作深度对土壤孔隙度、饱和含水量和田间持水量的影响为免耕翻耕20 cm翻耕10 cm常规耕作翻耕30 cm,对容重的影响为翻耕30 cm常规耕作翻耕10 cm免耕翻耕20 cm;与常规耕作比较,翻耕30 cm使土壤饱和含水量、田间持水量和土壤孔隙度分别提高了18.17%,12.67%,5.94%,土壤容重降低6.90%。(2)不同耕作深度下土壤紧实度表现为翻耕30 cm翻耕10 cm翻耕20 cm免耕常规耕作,土壤抗剪强度表现为翻耕30 cm常规耕作翻耕10 cm免耕翻耕20 cm;与常规耕作对照,翻耕30 cm使土壤紧实度和抗剪强度分别降低27.07%和24.82%。(3)土壤有机质含量以翻耕20 cm处理下最高(13.48 g/kg),免耕处理含量最低(9.39 g/kg),土壤速效养分主要集中分布在0-20 cm土层,但20-40 cm土层中翻耕处理较免耕处理有不同程度的增加,以翻耕20 cm和常规耕作表现显著。(4)主成分分析结果表明,翻耕30 cm处理对红壤坡耕地土壤的综合改善效果最好。研究结果可为红壤坡耕地耕层土壤改善和合理耕层构建提供技术参考。     

渭北果园土壤物理退化特征及其机理研究

【目的】针对我国渭北苹果主产区出现的随植果年限增加,果园土壤质量严重退化,树势衰弱、树体过早衰老、抗性降低、腐烂病及早期落叶病频繁发生,果品产量与品质下降等问题,开展了渭北苹果园土壤物理质量退化特征、退化机理及危害程度等问题的研究,以期查明制约果业可持续发展的因素,为果园土壤科学管理提供依据。【方法】在渭北黄土塬区选取了10 a、10 20 a、20 a 3个园龄段果园各4个,并以土壤条件相同的农田作对照,在果树冠层投影范围内距树干2/3处采取土样,测定土壤剖面不同层次容重、紧实度、孔隙度、饱和导水率、粘粒含量等物理性指标。【结果】渭北果园土壤容重和紧实度随园龄和土层深度的增加而增大,尤其在表层(20 cm)以下,土壤容重已经达到了1.45 1.61 g/cm3,紧实度达到933 2433 k Pa,严重超出果树健康生长的阈值。土壤孔隙度仅在0—20 cm土层能够保持在50%以上,属于良好状态,而20—60 cm土层维持在40%46%,已处于紧实和严重紧实状态。土壤饱和导水率在果园表层和紧实层均表现出随植果园龄的增大而减小的趋势,尤其是10 20 a和20 a的果园亚表层土壤饱和导水率低至46.88 cm/d和20.89 cm/d,制约着降水入渗和土壤蓄墒。3个园龄段果园土壤剖面上粘粒含量随土层深度呈递增趋势,且在0—30 cm土层随园龄的增加而明显减少,而在30 cm以下则随园龄的增加而呈递增趋势。进一步分析发现,粘粒含量与土壤容重、紧实度以及孔隙度之间呈极显著的相关关系。以压实密度(PD)为指标,对渭北果园土壤压实程度进行评估,发现渭北果园20 cm土层以下的土壤压实密度都在1.40 g/cm3以上,均达到了中度压实的程度,严重影响果树根系的健康生长及对养分的吸收。【结论】渭北果园20 cm以下的亚表层土壤孔隙密实、容重和紧实度增大,土壤饱和导水率递减是其土壤物理性质退化的主要特征,表层土壤粘粒的深层移动与淀积是土壤物理退化的主要过程和机理,果园土壤翻耕扰动少、对物理退化干预少是其土壤物理退化程度逐渐加剧的外在原因,土壤团聚体稳定性差是土壤物理状态退化的根本原因。     

红壤坡耕地耕层土壤质量特征及障碍因素研究

为探究红壤坡耕地耕层质量特征及其障碍因素,通过野外调查、资料查阅及室内土壤理化性质分析等综合性研究手段,对江西红壤坡耕地耕层土壤质量统计特征、演变特征及主要障碍因素进行分析。结果表明:(1)红壤坡耕地田面坡度主要分布在2~16°之间,耕层平均厚度13.40 cm,有效土层厚度平均88.30 cm,土壤容重平均为1.17 g/cm~3;耕层土壤有机质平均含量19.37 g/kg,土壤pH值平均5.36。(2)红壤坡耕地耕层质量近20年有明显提高,田面坡度从6°降至4°,耕层厚度从13.68 cm增至16.42 cm;耕层土壤有机质含量24.63 g/kg,提高33.93%,全氮、有效磷和速效钾含量分别增加10.53%、230.98%、44.18%。(3)红壤坡耕地低产耕层土壤质量的主要障碍因素是土壤养分贫瘠化、粘重化和酸化;花生和木薯低产耕层的土壤容重和粘粒含量均大于高产耕层,而土壤孔隙度、田间持水量、有机质含量及pH值均小于高产耕层,表明高产坡耕地耕层土壤质量优于低产坡耕地。研究结果可为江西红壤坡耕地耕层质量改善和合理耕层构建提供科学参考。