培肥和耕作措施季节性干旱下对红壤剖面水分变化和产量的影响

为了探讨培肥和耕作措施下红壤旱地的土壤剖面水分变化和产量对季节性干旱的响应规律,本研究在大田试验条件下系统分析了稻草覆盖、有机肥和常免耕对土壤剖面含水量、表层土壤温度及作物产量变化趋势。结果表明,在猪粪施用、常耕和免耕处理的土壤含水率不存在显著差异。而在相同耕作和猪粪条件下,稻草覆盖与否对土壤含水量影响较大,在春玉米和秋玉米季中连续干旱条件下,稻草覆盖处理下0—5,5—10,10—20 cm土壤含水量均高于不覆盖处理,稻草覆盖处理下0—5,5—10,10—20 cm土壤含水量均高于不覆盖处理,春玉米季的增幅分别为27.93%,5.91%,1.41%,秋玉米季分别为15.74%,7.71%,2.59%。同时,稻草覆盖可以显著影响表层土壤的温度变化,在春玉米开花期,0—10 cm和10—20 cm的土壤温度覆盖比不覆盖分别降低了13.92%和2.26%。在秋玉米开花期0—10 cm和10—20 cm的土壤温度覆盖比不覆盖分别降低了0.30%和2.69%。在所有处理中,春玉米和秋玉米季均表现出稻草覆盖+施猪粪+常耕的秸秆和籽粒产量最高。     

不同农田防护林配置结构下玉米水分来源研究

由于气候条件干旱,合理平衡防护林与农田作物水分需求是河套灌区农田防护林林网体系建设的关键问题。为研究河套灌区典型农田防护林对农田作物水分来源的影响,选择河套灌区3种典型配置的防护林系统,测定并分析附近农田距农田边缘0.3,0.4,0.6,2 H处土壤含水率、土壤和作物茎秆水氢氧同位素值。结果表明：(1)7—9月各农田样地土壤含水率普遍较低,4,5行样地在近林端处土壤含水率均低于远林端处,8行样地各处土壤含水率没有明显差异。(2)各样地土壤水氢氧同位素随着土层深度的增加而贫化,其中,8行样地距农田边缘0.4～0.6 H处40—60 cm土层的土壤出现较大的同位素富集。(3)4行样地内距农田边缘0.3～0.4 H处玉米主要利用40—80 cm土层土壤水,0.6～2 H处玉米利用0—40 cm土层土壤水。5行样地0.3 H处玉米利用20—60 cm土层土壤水,0.4～2 H处玉米利用0—60 cm土层土壤水。8行0.3,2 H处玉米主要利用0—40 cm土层土壤水,0.4～0.6 H处玉米则更多地利用20—80 cm土层土壤水。研究认为,8行配置的防护林对农田作物水分利用范围影响更广,在不影...     

干旱半干旱区退化草地土壤水分变化及其对降雨时间格局的响应

降雨是干旱半干旱地区的主要水分来源,降雨量、降雨时长和降雨强度等共同影响降雨入渗,进而影响降雨对地表下不同土层的补充。研究干旱半干旱区退化草地生态系统不同土层土壤水分对不同量级降雨时间格局的动态响应变化,对于揭示水土关键要素、草地荒漠化防止及应对气候变化的影响均具有重要意义,基于2018年连续对锡林郭勒盟正镶白旗额里图牧场的降雨及地表下5,15,30,60,100 cm的土壤体积含水率数据的观测,探讨了各土层土壤水分变化及其对降雨事件大小的响应。结果表明:对于干旱半干旱区草地而言,降雨可以显著影响5-60 cm的土层土壤水分;随着土层加深,相同降雨过程引起的土壤水分增量呈降低趋势,0-10,10-20 cm土层土壤水分增量明显,小于3,6,20,50 mm的降雨不能到达地表以下5,15,30,60 cm土层;高降雨强度、降雨前较高的土壤含水率有利于雨水的下渗,5-60 cm土层的土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均呈显著或极显著线性关系,100 cm土层的土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均无显著线性关系,且30,60 cm土层土壤水分增量只在无雨日间隔极短且降雨量很大的情况下有明显波动。     

鄂南红壤穿透阻力的时空变化研究

为进一步揭示红壤地区季节性干旱的致灾机制,以夏玉米为供试作物,研究鄂南地区季节性干旱过程中,4种耕作措施(深耕、常规耕作、免耕、压实)下,红壤穿透阻力的时空变化特征及其对季节性干旱的响应特点。结果表明:在轻度到中度干旱期间,除深耕外,其余3个耕作措施的耕层红壤穿透阻力均超过了作物根系适宜的最大阻力(2.0 MPa)。红壤穿透阻力在0~40 cm土层呈单峰形分布,且不同耕作措施的峰值大小及峰值位置均存在差异;同时,随土壤含水量的增加,阻力值减小,且峰值位置在土层剖面亦随之发生不同程度的下移。红壤穿透阻力对季节性干旱有较好的响应关系,与耕层土壤含水量的相关系数达–0.839(P0.01),呈极显著非线性负相关关系,以二项式拟合结果最优。该响应关系存在临界反应,当季节性干旱达到一定程度时,土壤含水量较小范围内的变化都将引起红壤穿透阻力的剧烈变化。因此,在红壤地区研究季节性干旱时不可忽视土壤穿透阻力的存在,必须考虑因土壤含水量降低而导致的高土壤阻力对作物的影响。     

红河干热河谷林草地红壤中优先流的形态分布特征

[目的] 在红河干热河谷地区开展优先流形态分布特征及与红壤特性关系的研究,为区域水资源管理和防治水土流失等工作提供理论依据。[方法] 以干热河谷地区典型植被林地和荒草地为研究对象,采用野外染色示踪法并结合图像处理技术研究优先流的形态分布特征及对红壤特性响应。[结果] ①林草地上层剖面平均染色面积分别为87.20%和91.97%,染色面积随土层的增加而减小,局部深度内染色面积出现反弹现象;林草地优先流长度指数分别为766.8%和730.0%,林地土壤优先流较荒草地发达;林草地的最大染色深度分别为40 cm和35 cm;②染色路径宽度随土层的增加而减小,0—20 cm土层内以大于250 mm的路径为主,20—40 cm内的染色路径在20—250 mm,而在40 cm以下的土层染色路径集中在20 mm以内;③优先流染色面积比、长度指数、染色路径宽度与土壤因子存在显著相关性,总孔隙度、有机质、含水率等对染色面积比（D_A）、长度指数（LI）、染色路径宽度（SPW）累积贡献率分别为97.80%,86.95%,87.45%;含水率、有机质、容重、总孔隙度和Al³⁺等因子与染色面积比、染色路径宽度呈最优线性关系。[结论] 土壤的孔隙特性、盐基离子和土壤质地等的共同作用最终导致红河干热河谷林草地优先流的差异。     

2个不同抗旱性小麦品种耗水特征及根系生理特性对开花期干旱的响应

为探明不同抗旱性小麦品种的耗水特征、根系生理特性及产量对开花期干旱的响应，以抗旱性强品种"新春6号"（XC 6）和抗旱性弱品种"新春22号"（XC 22）为试材，在土柱栽培和大田条件下设置常规灌溉（CK）、开花期轻度干旱（T1）和中度干旱（T2）处理，研究干旱胁迫对滴灌麦田耗水特征、不同土层根系生理特性和产量的影响。结果表明：开花期干旱后2个小麦品种全生育期耗水量和耗水强度均表现为CK>T1>T2，拔节—孕穗期耗水模系数最大。T1处理复水后伤流液、根系活力、根系水力学导度（Lpr）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性及可溶性蛋白（SP）含量显著提高，进而促进地上部质量和千粒重增加，提高产量和水分利用效率。与XC 22相比，XC 6伤流液、Lpr、根系活力、SOD、POD、SP含量、地上部质量以及产量均显著增加，T1处理下XC 6的伤流液、Lpr较XC 22高5.4%~25.1%，2.2%~15.7%；0—20，20—40，40—60 cm土层SOD （6.9%~20.0%，2.6%~24.7%和3.6%~31.1%）、POD （4.1%~19.1%，3.9%~25.2%和3.7%~21.6%）、CAT （7.8%~15.2%，8.3%~13.3%和10.8%~13.3%）活性及SP （4.5%~20.4%，0.8%~29.4%和1.3%~7.9%）含量显著高于XC 22。根质量、地上部质量和产量与耗水量呈二次抛物线关系，与伤流液、Lpr、MDA和CAT活性呈显著正相关。水分处理与品种互作对Lpr、POD、CAT活性及SP含量影响显著。因此，抗旱性强品种开花期轻度干旱可降低耗水量，提高根系SP含量及抗氧化酶活性，增强根系活力，促进地上部质量提高，有利于提高产量和水分利用效率。     

滨海盐渍土土壤物化性质与水动力学性质变异

为分析不同梯度盐渍土土壤的物理性质与水动力学性质变异状况,在江苏沿海连云港市徐圩新区开展了试验研究。对5种不同盐渍化级别土壤进行取样,测定其pH、EC_e、容重、总孔隙度、含水率和饱和导水率等,分析不同级别滨海盐渍土壤物化特性参数和水动力学性质变化规律。结果表明:(1)不同级别盐渍土0—50 cm剖面土壤EC_e先变小后增大,但40—50 cm剖面EC_e明显大于0—10 cm剖面。非盐渍土和极重度盐渍土0—50 cm剖面土壤EC_e变化较小,轻度盐渍土、中度盐渍土、重度盐渍土的0—50 cm剖面土壤EC_e值变化较大。(2)土壤EC_e和容重呈极显著负相关关系,与毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度、含水率、毛管持水量、田间持水量、最大持水量呈极显著正相关关系。土壤孔隙度和持水量呈极显著正相关关系。(3)极重度盐渍土饱和导水率明显小于其他级别的盐渍土,且0—20 cm剖面土壤饱和导水率大于20—50 cm剖面。研究结果可为滨海盐渍土水盐管理和生态环境建设提供理论参考依据。     

坡耕地反坡水平阶对土壤水N、P垂直再分配的影响

 采用野外监测和室内实验分析相结合的方法,对昆明市松华坝水库水源区坡耕地反坡水平阶土壤水N、P垂直再分配进行研究,结果表明:1)土壤水总氮TN、氨态氮NH+4+-N、硝态氮NO3--N和总磷TP在20～40cm土层自然坡面和反坡水平阶2种处理差异性均显著,40～60 cm土层TN和NH+4+-N浓度和土壤TN质量分数相关系数为0.94(P<0.05)和0.97(P<0.01),土壤水TP浓度分别和土壤TP、AP质量分数相关系数为0.90(P<0.05)和0.98(P<0.01);40～60cm土层土壤水TN浓度和土壤TN质量分数相关系数为0.92(P<0.05),土壤水TP浓度和土壤AP质量分数相关系数为0.96(P<0.01);60～80cm土层土壤水NO3--N浓度分别和土壤TN、AN质量分数相关系数为0.90(P<0.05)和0.92(P<0.05),土壤水TP浓度和土壤AP质量分数相关系数为0.93(P<0.05);80～100cm土层土壤水NO3--N浓度和土壤AN质量分数相关系数为0.94(P<0.05);在0～100cm土层,反坡水平阶处理能有效地将坡耕地地表径流转化为土内径流,造成土壤水N、P质量分数不同程度的增高趋势;土壤水N、P在土壤剖面的运动是引起土壤N、P累积的动力。     

几种水蚀阻断措施对坡地红壤干旱的影响

通过田间试验,研究了带状牧草、稻草覆盖和聚丙烯酰胺(PAM)表施及其组合措施对坡地红壤0-45cm土层干旱的影响。结果表明,各种水蚀阻断措施都能明显提高坡地红壤表层的土体贮水量;措施之间保水效果的差异在多雨阶段较小,而干旱阶段较大,且随土层深度增加而变大;水蚀阻断措施能够降低土体干旱发展速度,减轻土壤干旱,从而减轻作物干旱,增加其产量;PAM表施和稻草覆盖的保水抗旱效果要明显好于带状牧草。PAM表施、稻草覆盖分别与带状牧草组合以后,保水效果都有所减弱。     

晋南半干旱地区果树渗灌补水效应研究

为了提高旱地果园水分利用效率，研究了渗灌和渗水管道埋深对旱地土壤含水率和苹果树生长发育的影响。在需水关键期渗水300 m³/hm²，垂直下渗深度为130 cm，水平渗幅可达160 cm，其中20～80 cm土层含水率比对照高6.0～7.3个百分点。渗水管道埋深不同，水分在土壤中的分配模式不同，在30～40 cm较合适。渗灌能明显促进果树生长发育，提高苹果产量和果品品质，而且比漫灌省水。渗灌比未渗对照增产45.7%～99.1%，漫灌比对照增产26.6%～101.6%。渗灌效应优于漫灌。     

黄淮海地区夏玉米干旱等级划分

干旱是影响黄淮海地区夏玉米产量稳定性的主要农业气象灾害。建立夏玉米干旱灾害指标,开展夏玉米干旱灾害的监测及评估,对农业防灾减灾意义重大。该文根据夏玉米生长发育过程,选择土壤相对湿度和作物水分亏缺指数分别建立夏玉米不同生育阶段的干旱等级指标。首先在综合分析有关夏玉米土壤水分指标研究成果的基础上,确定了夏玉米各生育阶段不同干旱等级的土壤相对湿度指标。在此基础上,利用河南省农业气象观测站多年观测资料,建立水分亏缺指数与土壤相对湿度之间的关系模型,利用已确定的土壤相对湿度指标计算得出夏玉米不同生育阶段不同干旱等级的水分亏缺指数干旱指标。根据土壤相对湿度指标,夏玉米播种-出苗、出苗-拔节、拔节-抽雄、抽雄-乳熟和乳熟-成熟5个生育阶段发生轻旱的临界值分别为65%、60%、70%、75%和70%,发生重旱的临界值分别为45%、40%、50%、55%和50%,发生特旱的临界值分别为40%、35%、45%、50%和45%;而根据水分亏缺指数指标,5个生育阶段发生轻旱的水分亏缺指数的临界值分别为35%、40%、20%、10%和35%,发生重旱水分亏缺指数临界值分别为50%、65%、55%、45%和65%,发生特旱的临界值分别为55%、75%、65%、55%和75%。在黄淮海夏玉米区选择代表站点对确定的干旱等级指标进行了验证,土壤相对湿度和水分亏缺指数判定的干旱等级相同及相差一个等级的百分率变化在71%～91%,表明2套指标对干旱发生情况的判别具有较好的一致性;通过与历史典型干旱年份灾情对比,2套指标能够较好的判定出历史年份夏玉米生长季干旱发生情况,能够用于夏玉米干旱的监测、评估等方面的科研及业务服务中。     

Effect of superabsorbent polymer on root water uptake and quantification of water uptake from soil profile in dry land

Few reports focus on the source of water used in crop uptake from the soil profile following superabsorbent polymer (SAP) application, particularly the quantification of crop water uptake from SAP‐treated soil and non‐SAP‐treated soil. Using column experiments, we investigated the effect of SAP on root water uptake of maize over two years and researched in depth the utilization of water from different soil layers under SAP application by employing stable isotope D/¹⁸O. The results suggest that SAP can increase root water uptake by 16.3–27.8% in SAP‐treated soil layers. The water used by the crop mainly originated in the 0‐ to 20‐cm soil layer at the jointing stage, 20‐ to 40‐cm at heading stage and 0‐ to 20‐ cm during grain filling.     

分层供水和表层施锌对玉米植株生长和锌吸收的影响

进行分层水分隔离盆栽试验,模拟田间不同层次土壤中水分含量分布不均条件,研究表层土壤施锌情况下,玉米植株生长和锌吸收以及根系在表层和底层土壤中的分配。结果表明,施锌明显促进了玉米地上部生长。在土壤表层水分充足时,施锌对植株增长效果较明显,有利于玉米利用土壤水分。缺锌条件下,改善土壤水分并未显著提高玉米生物量。表层土壤干旱时,上下层土壤中根系干物重之比减小,底层土壤中根系分布相对增加,当表层土壤水分增加时,根系在表层土壤中干物重显著增加,分布相对增多。施锌并没有影响根系在不同层次土壤中的分配。表层土壤水分对苗期玉米植株锌吸收总量有显著影响,干旱条件下,玉米植株锌吸收总量下降;底层土壤水分供应状况对玉米锌浓度影响不大,但植株中锌向地上部运转增加。尽管施锌没有提高生长早期玉米根系生长和对底层土壤水分的利用,但本研究表明缺锌旱地土壤上如通过灌溉等措施增加了耕层土壤水分,应该注意施用锌肥,否则严重影响玉米生物量和玉米对土壤水分的利用效率。     

全膜双垄沟种植模式对晋北盐碱土水盐动态特征的影响

为探索不同种植模式对晋北盐碱土水盐动态特征的影响,采用大田试验,以裸地为对照(CK),研究平作不覆膜(F)、平作覆膜(P)、起垄覆膜(P_r)和全膜双垄沟(P_t)4种模式下对晋北苏打型盐碱土饲草玉米田的水盐纵向动态分布。全膜双垄沟模式保水保墒,其中以0~40 cm土层效果最为明显,土壤含水率较CK、F、P、P_r分别提高30.73%、27.63%、29.05%和19.96%;玉米生育期内全膜双垄沟模式持续抑制根区土壤盐分上移,0~40 cm土层土壤电导率较CK、F、P和P_r分别降低31.30%、31.77%、24.42%和10.47%;40~100 cm土层比CK、F、P和P_r分别降低20.95%、11.61%、7.61%和5.60%;全膜双垄沟模式有效降低0~20 cm表层土壤pH值,但对20~100 cm土壤pH值影响较小;全膜双垄沟模式可有效改善土壤生态环境,促进玉米植株生长发育,其产量比处理F、P和P_r分别提高36.62%、24.56%和10.98%。全膜双垄沟模式可调控根区水盐分布,改善土壤生态环境,促进玉米生长发育,提高作物产量,可作为晋北盐碱地土壤的有效改良措施之一。     

红壤施氮对玉米水分胁迫指数的影响

为了探讨干旱条件下红壤水氮管理措施,在田间遮雨小区设置连续0～32 d不灌水的7个干旱水平和N 0、140、280 kg/hm23个施氮水平的试验,研究了氮肥对夏玉米作物水分胁迫指数(Crop water stress index,CWSI)的影响。结果表明,CWSI可以指示红壤干旱时玉米水分胁迫状况,但增施氮肥后,CWSI与产量的关系发生了偏移。在CWSI低于0.20时,增施氮肥对CWSI无明显影响;在CWSI大于0.20时,增施氮肥使玉米产量下降,高量氮肥还使CWSI上升,作物受旱加剧。说明增施氮肥对CWSI的影响因玉米干旱胁迫程度和施氮量而异。     

基于van Genuchten模型的渭北苹果园土壤水分能量特征分析

针对渭北地区干旱缺水,果树生长发育受限的客观实际,开展了苹果树生育期0～150 cm土壤水吸力动态变化规律研究。依据渭北果园土壤剖面构型,将离心机法与水汽平衡法相结合,按照发生学土层,逐层测定了供试土壤水分特征曲线,并用van Genuchten模型拟合。基于该模型,将在幼龄果园、老龄果园以及农田定期逐层监测的土壤水分含量转化为土壤水吸力,以农田为对照,评价植果条件下土壤水分的胁迫状况。结果表明,van Genuchten模型能很好地拟合渭北果园耕层、农田耕层、黑垆土层及黄土母质层的水分特征曲线,拟合精度均达0.96以上。渭北地区农田受干旱胁迫较严重,3月中旬－7月初,0～100 cm土层均处于水吸力高于3.98的重度胁迫状态;受植被冠层覆盖及果树生育期的影响,干旱对果树的胁迫程度较农田小,对老龄果园胁迫程度比对幼龄果园的大,幼龄果园在3月中旬－5月初、5月底－7月初仅0～20 cm土层为高水吸力区,直至6月中旬－7月中旬高水吸力区才延伸到40～70 cm土层;老龄果园在3月中旬－4月底的0～40 cm土层、5月底－7月中旬的30～100 cm土层和7月中旬－8月底的0～20 cm土层为高水吸力区。可得出,渭北不同园龄苹果园在不同生育期的不同深度土层会间歇性地出现高水吸力的土壤水分胁迫区,但相对于农田而言,果园受到的干旱胁迫相对较轻,渭北地区植果有助于缓解干旱胁迫。     

不同植被覆盖类型黑土水分动态变化特征

采用中子水分仪定位监测方法,研究黑土区平水年大豆地、草地和裸地3种覆盖类型土壤水分变化特征.结果表明:土壤水分空间垂直动态变化随深度增加而降低,基于变异系数(CV)将土壤水分垂直变化分为4层,即水分速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层.不同覆盖类型下,土壤水循环深度依次为大豆地>草地>裸地,土壤水循环强度依次为草地>大豆地>裸地;3种覆盖类型的土壤剖面含水量在作物生长季节内呈增长型变化特征,裸地0～20 cm土层各时段土壤含水量均高于草地和大豆地;30 cm土层以下土壤水分含量依次为草地>裸地>大豆地.该区土壤储水量主要受降雨调控,3种植被覆盖类型下,土壤水分的总蒸散量依次为草地>大豆地>裸地.     

不同种植方式对红壤旱地土壤水分及抗旱能力的影响

通过3年田间小区试验,研究不同种植方式对红壤旱地土壤水分及抗旱能力的影响.结果表明：1）与种植花生相比,种植苎麻可显著提高土壤有机质质量分数（28.44％）、田间持水量（10.06％）和总孔隙度（5.65％）,土壤密度则显著降低7.20％;2）监测期内,花生地各层土壤以及整个0～ 100 cm土体水分变异系数普遍高于苎麻地,苎麻地0 ～ 100 cm土体水分的时间稳定性和空间协调性优于花生地;3）苎麻地0～ 40 cm土壤较花生地延长抗旱时间7d以上,但随着土层的加深,差异越来越小;4）红壤坡耕地种植苎麻有利于提高红壤旱地土壤抗旱能力,特别是中、上层土壤.从扩充土壤水库的角度考虑,红壤旱地种植苎麻优于种植花生,该研究结果可为挖掘红壤区深层土壤水分提供参考.     

中国西南地区石漠化对玉米旱灾风险的影响

为做好喀斯特地区农业旱灾风险防范,揭示石漠化程度对作物旱灾风险的影响机制。该文基于灾害系统理论,引入基于物理过程的农作物模型EPIC(erosion productivity impact calculator),考虑西南喀斯特地貌背景,以水分胁迫累加值作为致灾因子,与玉米产量损失进行脆弱性曲线模拟,基于此开展不同石漠化程度区玉米旱灾产量的致灾和成灾损失风险评估。结果显示,中国西南喀斯特地区玉米受旱减产的风险呈现从西北到东南增加的趋势。在4种风险水平(2、5、10、20年一遇)下,面积占比最大的产量损失率主要集中分布在0.4~0.5区间内,这主要由地形地势、降水差异和承灾体的脆弱性所共同决定的;受石漠化影响,土层厚度为40 cm时,4种风险水平对应的减产率分别为5.8%、6.1%、7.8%、8.2%;该研究可以为中国第三大玉米主产区-西南山地玉米区的农业灾害预警和保障国家粮食安全提供重要的科学依据和技术支持。     

玉米作物系数无人机遥感协同地面水分监测估算方法研究

该文研究不同水分胁迫条件下无人机遥感与地面传感器协同估算玉米作物系数的可行性。利用自主研发的六旋翼无人机遥感平台搭载多光谱传感器获取内蒙古达拉特旗昭君镇试验站不同水分胁迫下大田玉米冠层光谱影像,计算植被指数,采用经气象因子和作物覆盖度校正后的FAO-56双作物系数法计算玉米的作物系数,研究作物系数与简单比值植被指数(simple ratio index,SR)、叶面积指数(leaf area index,LAI)和表层土壤含水率(surface soil moisture,SM)的相关关系,结果表明,作物系数与SR、LAI和SM的相关程度与水分胁迫程度有关,但均呈现出显著或极显著的线性关系,说明了基于这些指标建立作物系数估算模型的可能性。利用逐步回归分析方法建立了作物系数的估算模型,其估算模型,修正的决定系数、均方根误差和归一化的均方根误差分别为0.63、0.21、25.16%。经验证,模型决定系数、均方根误差和归一化的均方根误差分别为0.60、0.21、23.35%。研究结果可为利用无人机多光谱遥感平台进行作物系数估算提供技术参考。