黑土坡耕地土壤有机质与生产力的空间关系

[目的]从田块尺度上揭示黑土坡耕地生产力与土壤有机质和全氮的空间关系,为坡耕地水土流失的治理和农业生产提供参考。[方法]利用经典统计学和地统计学的方法对典型黑土区坡耕地大豆产量与土壤有机质、全氮、海拔高度的空间关系进行分析。[结果]坡耕地大豆产量、土壤有机质和全氮含量存在较大变异,分别为0.05~0.26g/kg,19.27~52.64g/kg和0.95~2.38g/kg,但大豆产量与土壤有机质和全氮之间不存在显著的空间相关关系,与海拔高度之间存在负相关,但不显著。土壤有机质和土壤全氮之间存在极显著相关关系。[结论]坡耕地生产力受地形、地下水位、成土过程等结构性因子的影响约占2/3,受人类耕作、施肥、种植作物的影响只占1/3。水土流失是造成黑土农田生产力降低的主要因素。     

沟坡侵蚀汇水区黑土水分和养分的空间异质性

[目的] 研究坡耕地侵蚀沟汇水区土壤水分和养分空间差异性及其变化，揭示黑土侵蚀对坡耕地粮食生产的影响。[方法] 选取典型黑土坡耕地发育的侵蚀沟汇水区为研究区域，系统观测全生育期土壤水分和养分性状，并秋收测产，解析黑土水分、养分、产量空间异质性及其相关性，分析沟坡侵蚀对土壤质量和作物生产力的影响。[结果] ①沟坡侵蚀对黑土坡耕地土壤水分性状造成了显著的影响，全生育期表层0—20 cm垄沟土壤含水量变异系数12.2%~17.4%，为中等变异；块金值/基台值<0.2，表明具有强烈的空间相关性，雨季块金值/基台值近为0，表明沟坡汇水区土壤含水量完全因地形等结构因子导致的径流迁移的影响，空间有效相关距离最小，为55.2 m。②沟坡汇水区土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量变化分别为23.9~49.7，0.8~1.7，0.3~0.6 g/kg，和70.3~183.8，27.8~78.9，71.2~202.1 mg/kg，土壤有机质含量有效空间相关距离小于100 m，全磷含量有效空间相关距离最大，接近500 m。③汇水区大豆产量变化1 669~3 223 kg/hm²，玉米产量变化8 177~10 871 kg/hm²。[结论] 沟坡侵蚀加剧了汇水区土壤水分和养分空间异质性，降低了耕地生产力。     

严重侵蚀退化黑土农田地力快速提升技术研究

在一块平均坡度为4.1°顺坡垄作严重侵蚀破皮黄黑土农田上,通过集成等高改垄、秋深耕、增施牛粪和种植高产大豆品种等技术,构建严重侵蚀退化黑土农田地力快速提升技术.结果表明:治理后.水土流失得以有效遏止,大豆产量由治理前的平均1 335 kg/hm2增加到2 518 kg/hm2,全坡面平均增产89.7%,变幅19.7%～172.4%,当年实现南低产田一举上升为中高产田.土壤水分胁迫是导致严重侵蚀坡耕地地力低的主要障碍因素,严重侵蚀黑土坡耕地保水措施是地力提升的关键.实施等高种植和深耕措施可有效地降低地表径流,提高土壤耕层含水量和水分利用效率.地力快速提升技术可为黑土区域水土保持和粮食增产提供一定支撑.     

薄层农田黑土速效氮磷钾含量的空间异质性

利用地统计学对黑龙江省双城市薄层农田黑土的全碳和速效氮、磷、钾的空间异质性进行了分析,结果表明四者均具有空间异质性。土壤全碳含量的空间异质性最高,主要受黑土层厚度的影响,土壤速效氮磷钾的空间异质性较差,主要受随机因子的影响,占80%以上。全碳和速效氮、磷、钾的空间有效最大相关距离分别为15.7km,4.6km,11.2km,7.1km。土壤全碳与碱解氮存在极显著正相关。     

东北北部黑土水分状况之研究--Ⅱ.黑土农业水分状况及水分循环

田间观测比较证实:耕地黑土的水分状况和农田水分循环过程不仅受气候因素所控制,同时也明显受作物种类不同所影响。因此,不同作物下黑土农田的水分状况,表现在土壤湿度水平、各水分时期出现时间、作物收获后残留土壤中的水量等方面均有明显区别。小麦地蒸发强度大,蒸发高峰出现早且具有最大的年总蒸发量;大豆、玉米等中耕作物蒸发强度弱,蒸发高峰出现晚且具有较小的年总蒸发量。因此,在同一年里小麦地土壤湿度通常要比大豆、玉米地低,残留在土壤中的水分因而也最少。     

于田绿洲盐渍土主要参数的空间异质性分析

通过对盐渍土主要参数的空间异质性进行分析,反映出绿洲地区各种不同的程度的土壤盐渍化的空间分布。借助地统计学、经典统计学方法,同时结合野外的实测数据,对于田绿洲2013年表层盐渍土(0~10 cm)的电导率、含盐量、p H、含水量的空间异质性进行分析。对研究区的土壤盐渍化监测采样控制在95%的置信水平、15%的相对误差的范围内。研究表明:(1)于田绿洲为重盐土类型,其均值达到7.02 g kg-1,同时表层土壤电导率,含盐量和含水量均表现为较强空间变异性。(2)表层土壤电导率、含水量和含盐量以及p H均表现出由结构性因素引起空间变异。(3)通过插值结果可以看出土壤含盐量、电导率和土壤含水量均表现为绿洲外围高于绿洲内部的空间分布,同时土壤含盐量电导率和p H值三者之间呈明显的正相关。通过分析土壤空间变异性,有利于快速诊断土壤盐渍化,也能够为提升土地的利用效率以及农田的管理提出决策的依据。     

深松配施有机物料还田对黑土区坡耕地土壤物理性质的改良效应

基于2015年布置的田间定位试验，结合不同土壤耕作方式与有机物料类型，设置旋耕+无还田(RT0)、旋耕+秸秆还田(RT1)、旋耕+牛粪还田(RT2)、深松+无还田(SS0)、深松+秸秆还田(SS1)和深松+牛粪还田(SS2)共6个处理，于2017年进行采样测定，研究在不同有机物料配施条件下，深松对黑土区坡耕地农田土壤孔隙度、饱和导水率、含水量、团聚体稳定性和贯入阻力等土壤物理性质的影响，为黑土区坡耕地合理耕层构建和可持续发展提供理论依据。研究结果表明:1)深松配施有机物料技术在维护表层0～10 cm土壤物理性状稳定的情况下，显著改善黑土区坡耕地农田10～30 cm土壤孔隙度、含水量和饱和导水率。深松配施有机物料对土壤孔隙度的增加幅度为2.76%～4.01%，对土壤含水量的增加幅度为3.96%～7.39%，对土壤饱和导水率的增加幅度为87.6%～125.2%，均大于无物料还田的深松处理。2)深松配施有机物料还田降低土壤贯入阻力，所影响的耕层厚度(35～45 cm)大于深松无物料还田的处理(25 cm)，且这一耕层增厚效益持续整个玉米生长季。3)深松配施秸秆还田条件下黑土区坡耕地农田10～30 cm土壤团聚体平均重量直径的增加幅度为21.3%～23.1%，显著高于深松配施牛粪还田和无物料还田的深松处理。研究结果认为，深松配施秸秆还田改善表层0～10 cm以下土壤的物理保水和导水能力，增加耕层厚度，提高土壤结构的稳定性，且耕层增厚和土壤结构改善的效益持续整个玉米生育季，是比较理想的黑土区坡耕地耕层构建技术，研究结果可为黑土区坡耕地耕层构建和土壤改良提供技术支撑。     

不同类型土壤大豆产量对增温2℃的响应差异

中国农业种植区是全球对气候变化较敏感的地区之一，不同类型土壤的温度敏感性对农田生产力与全球气候变化的反馈关系产生重要影响。为了揭示不同类型土壤大豆产量对未来大气温度增加的响应规律，本研究以常温为对照，采用红外辐射加热装置模拟大气增温2℃，研究增温对黑土、棕壤、盐碱土、风沙土、灰钙土、黄土、黄棕壤、紫色土、砂礓黑土、潮土、红壤和砖红壤上大豆产量的影响。结果表明：增温2℃促使红壤上大豆的一粒荚数、二粒荚数、三粒荚数和总荚数显著增加，分别比对照处理增加152.3%、144.7%、206.9%和147.5%，但增温2℃使砂礓黑土上大豆瘪荚数增加42.8%。除了砖红壤上大豆的二粒荚数增加76.4%和紫色土上大豆总荚数增加50.5%，其它类型土壤上大豆荚数虽有变化，但均未达到5%的差异显著水平。此外，增温2℃显著提高了红壤、砂礓黑土、紫色土和盐碱土上大豆的单株粒数，相应地，产量分别增加241.4%、59.2%、47.6%和75.2%。由此可见，中国主要农田土壤类型中红壤、砂礓黑土、紫色土和盐碱土4种土壤上大豆产量及其产量构成因素对增温2℃响应敏感，且表现出正效应，其它8种类型土壤上大豆产量对增温2℃响应不敏感。表明大豆产量形成对大气增温的响应间接受到土壤类型的调控。     

黑土坡耕地秸秆覆盖对表层土壤结构和导气性的影响

[目的]调查研究秸秆覆盖对黑土坡耕地表层土壤结构和导气性的影响,揭示秸秆覆盖措施对农田黑土土壤物理性状和功能的影响。[方法]利用黑土农田保护性耕作连续7a的坡耕地长期定位田间试验,系统观测秸秆覆盖免耕处理和传统耕作处理的表层0—10cm的土壤容重、孔隙度、饱和含水量、田间持水量和土壤导气率等指标,并加以分析。[结果](1)与秸秆移除传统耕作相比,秸秆覆盖免耕处理能够显著增加表层土壤容重、饱和含水量以及田间持水量,减少总孔隙度和非毛管孔隙度;(2)秸秆覆盖免耕处理使土壤水稳性团聚体显著增加,水稳性大团聚体(0.25mm)的含量、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GWD)分别提高了10.41%,45.28%和22.58%,且土壤表层导气性降低了30%。[结论]连续7a的秸秆覆盖免耕改善了表层土壤团粒结构,增加了保水能力,但导气性较差。     

垄向区田技术参数的区定及对坡耕地大豆产量及水分利用效率的影响

垄向区田蓄水保土技术是一种坡耕地水土保持耕作措施,能够有效地拦蓄降雨径流,提高土壤含水量,从而改善作物的生长发育状况。研究针对东北坡耕地的自然灾害特点,在田间试验的基础上,研究了垄向区田蓄水保土技术对大豆产量及水分利用效率的影响。研究表明:垄向区田技术可以提高坡耕地大豆产量,有效保持了土壤中的水分,提高了作物水分利用效率,从而达到高产稳产的目的。     

土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用及其评价趋势展望

土壤侵蚀是导致坡耕地耕层质量退化和土壤生产力不稳定的关键驱动因素。该文从水蚀区坡耕地侵蚀控制和生产功能角度,在解析地块尺度土壤侵蚀、水土保持、农业活动对坡耕地耕层生态过程作用特征的基础上,系统分析了土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用、影响效应及作用途径。认为:1)坡耕地耕层质量变化由降雨侵蚀、耕作活动交互作用的生态过程决定,2种作用的时间、空间尺度不同;耕层土壤参数在坡耕地农业生产中作用分为保水、保土、保肥和增产潜力,由地块尺度农作物-耕层耦合效应决定土壤生产能力、坡耕地水土流失特征及耕层侵蚀性退化方向及程度。2)土壤侵蚀对坡耕地耕层质量退化作用表现为土壤性质恶化、土壤质量劣化、土地生产力衰退3个方面,耕层土壤物理性质变异程度大于化学性质变异,径流作用导致的土地生产力衰退大于土壤流失作用。3)坡耕地耕层质量评价指标体系应兼顾侵蚀下降、产量提升2个目标,地块尺度诊断指标有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤渗透性可作为合理耕层评价最小数据集;坡耕地合理耕层适宜性分为5级,其诊断指标分级标准宜与土壤侵蚀分级和耕地地力分级衔接。4)坡耕地合理耕层评价未来应密切关注耕层质量诊断指标最小数据集、坡耕地合理耕层阈值/适宜值分级标准、坡耕地水土流失阻控标准拟定3个主要方向。研究可为深入认识坡耕地侵蚀性退化机制,辨识坡耕地合理耕层调控途径以及坡耕地合理耕层构建技术参数提供依据。     

干热河谷不同土地利用类型坡面土壤水分时空变异

为探究干热河谷区不同土地利用类型坡面土壤水分的时空变化规律,以元谋干热河谷老城小流域水土保持综合治理示范区内的银合欢人工林地、扭黄茅草丛地和坡耕地为研究对象,采用经典统计学和地统计学克里格插值相结合的分析方法,对3种土地类型坡面土壤水分的时间和空间异质性进行研究。结果表明:元谋干热河谷区土壤含水量较低(林地旱季7.56%,雨季12.80%;草地旱季8.05%,雨季12.66%;坡耕地旱季19.37%,雨季22.95%),雨季显著大于旱季。旱、雨季均表现为坡耕地草地林地,呈中等至强度变异(0.14~0.72之间);不同土地利用类型下各层土壤水分的自相关系数均由正向负转化的相同趋势,但拐点有所不同,且雨季大于旱季;不同土地利用类型下旱、雨季土壤水分的最佳拟合模型林地与草地相同(林地与草地旱雨季均为球状模型,坡耕地旱雨季为指数模型),均呈中等或强等空间相关性(0.05~0.39之间),且旱季大于雨季;同一土地类型下旱、雨季不同土层的土壤水分空间分布相似,不同土地利用类型下相同土层分布格局则不同。     

不同时间尺度反坡台阶红壤坡耕地土壤水分动态变化规律

为研究反坡台阶对红壤坡耕地土壤水分不同时间尺度变化以及土壤干湿变化的影响,在2016—2017年对布设反坡台阶坡耕地和原状坡耕地0～100 cm深度土壤水分状况进行了持续监测,计算了土壤相对含水率和增墒率。结果表明,反坡台阶对土壤水分的增加作用在枯水年更为显著(P0.05)。坡耕地旱季各土层土壤含水率变化相对不明显,基本上呈现出随着土层深度逐渐增加的规律;7月、9月和11月则呈现出明显的S状的规律;坡耕地布设反坡台阶后,各个时段各个土层土壤含水率均有了明显的提高,尤其是在5月土壤补水期和11月土壤失水期对土壤水分的增加效果更加明显。坡耕地土壤逐日含水率变异程度随着土层深度增加而逐渐减小;反坡台阶处理坡耕地和原状坡耕地5、20和40cm处土壤逐日含水率与降雨量呈现极显著的相关关系(P0.01),60cm处土壤逐日含水率与降雨量达显著相关(P0.05),而80、100 cm深度土壤逐日含水率与降雨量之间相关关系不显著。反坡台阶对坡耕地5、20、40、60、80、100 cm处土壤平均增墒率分别达到15.22%、15.25%、16.91%、15.60%、16.50%和16.17%,而其对不同深度土壤增墒率在年内均呈现出不同的变化规律。坡耕地布设反坡台阶,显著增加了土壤含水率,增加了土壤湿润期的持续时间,并且能显著提高坡耕地降雨利用率,这对于解决坡耕地的生态水文型干旱问题,提高山区坡耕地农业生产力具有重要意义。     

大豆调节坡耕地径流和泥沙作用研究

黄土高原地区坡耕地面积占该区总耕地面积的75%,产生严重的水土流失,治理坡耕地水土流失对该地农业生产和生态环境建设具有重大意义。大豆是黄土高原坡耕地的重要作物,然而,目前对于大豆在该地区调节径流和泥沙的能力还缺乏深入了解。以种植大豆的坡耕地为研究对象,研究在不同坡度和不同降雨强度下大豆调节径流和泥沙能力。试验设计包括大豆的5个生育期(幼苗期、始花期、盛花期、结荚期和始粒期),5个坡度(3°,5°,10°,15°,20°)和2个降雨强度(40,80 mm/h)。将大豆调节径流和泥沙的作用分为2部分:减少产流和减少产沙。采用产流时间、降雨初损量、径流量、产沙量、减流效益(RRB)和减沙效益(SRB)6个指标进行综合对比分析。结果表明:大豆在调节径流和泥沙方面作用显著。与裸地相比,大豆从幼苗期到始粒期,坡面径流量减少10.75%~64.94%,产沙量减少15.38%~84.24%。大豆的RRB和SRB值从整个生育期来看整体均呈增大趋势,且均与坡度成反比。同样,随着降雨强度增加,大豆的RRB和SRB略有降低且差异不显著,并且SRB值始终大于RRB值,因此发现大豆在减少泥沙方面比减少径流更有效。综上,黄土高原坡耕地上种植大豆对坡耕地土壤侵蚀具有积极的作用,并且对泥沙的拦截作用强于对径流的拦蓄作用。     

坡耕地不同水土保持措施下的养分平衡和土壤肥力变化

在贵州省罗甸县坡耕地上布置长期定位试验 ,研究几种水土保持措施对作物产量和土壤肥力变化的影响。9年的测试结果表明 ,在旱坡耕地上 ,水土流失是造成坡地地力下降、养分损失 ,的主要原因。未采用水土保持措施的坡地种植 ,因水土流失产生的全氮、全磷、有效钾损失 ,分别占总养分消耗量的 5 3.0 % ,6 7.6 %和 19.0 % ,相当于施入土壤的氮素化肥 ,施入的有机和无机磷素 ,有机质的损失与施入的有机肥中有机质含量相当 ,土壤全氮、有机质和有效钾含量趋于下降 ,全磷维持在较低的水平。采取水土保持措施后 ,这些土壤养分可维持平衡或在土壤中逐步积累 ,试验中的植物篱水保处理 ,9年玉米产量平均增产 8.6 % ,并趋于逐年上升。长期的试验证明 ,采用适宜的水土保持措施可提高地力 ,增加产量 ,实现坡耕地的可持续利用     

Effect of tillage,cropping, and mulching pattern on crop yield,soil C and N accumulation,and carbon footprint in a desert oasis farmland

The desert oasis is one of the major grain production areas in arid land, and many intensive farming practices have been adopted to improve the land utilization in the agriculture system. However, there remains little consensus on how to improve such farming practices for increasing both productivity and environment benefits in this system. A 4-year experiment was conducted in a typical desert oasis farmland to determine the effects of the farming practices on crop yield, soil carbon (C) and nitrogen (N) accumulation, and carbon footprint (CF). The farming practices included two tillage patterns: conventional (CT) and reduced tillage (RT), two cropping patterns: continuous (Con) and rotation cropping (Rot), and two mulching pattern: film (F) and straw mulching (S) with eight combined treatments. The RT did not significant decrease crop yield but increase soil C and N accumulation rate by 59% and 130%, and thus decrease CF for crop production compared with the CT. S can also improve soil C and N accumulation, and cause low CF for crop production, but leading to 14–41% decrease in maize yield compared with F. Rot result in a 14% increase on maize yield also has extra benefit to decrease CF for crop production, but no significant effect on soil C and N accumulation compared with Con. Our study adds a reasonable perspective on how to improve the conventional farming systems in desert oasis, the information about RT, straw mulching, and maize–soybean rotation have positive effect on improving soil quality and decreasing CF for crop production in this desert soil area is critical to develop the sustainable agriculture system in this desert oasis farmland, which both maintaining crop productivity and minimizing negative environmental impacts.     

紫色土丘陵区坡面土壤有机碳含量及储量分布特征

为探明坡耕地土壤有机碳空间分布特征,对紫色土丘陵区坡耕地不同部位土壤有机碳及活性有机碳顺坡和深度分布进行分析。结果表明:坡耕地上坡土层深度仅为22.3cm,中坡和下坡土层深度约为上坡的2.09倍和3.30倍;与上坡比较,中坡和下坡土壤容重下降了0.2和0.04,土壤孔隙度增加了19.82%与3.83%。沿坡从上向下土壤有机碳及活性有机碳储量显著增加,下坡土壤有机碳及活性有机碳储量比上坡和中坡分别增加了674.74%,104.09%和958.51%,267.75%;不同部位土壤有机碳及活性有机碳含量随土层深度增加呈降低趋势,中坡和下坡土壤有机碳及活性有机碳含量的深度分布满足Y=alnX+b对数方程,上坡不符合该方程。坡耕地土壤有机碳与其活性有机碳含量呈极显著正相关。土壤沿坡耕地重新分配影响有机碳空间分布格局。     

黑土坡耕地横坡垄作对减少径流及土壤有机碳流失的作用

东北黑土坡耕地受土壤侵蚀和习惯顺坡耕作措施的影响,水土流失严重,土壤有机碳含量呈逐年下降趋势.针对东北黑土坡耕地不同垄作措施水土流失及土壤有机碳变化特征不明确的问题,采用田间定位试验的方法,探究了顺坡垄作和横坡垄作对坡耕地水土流失及土壤有机碳变化的影响.结果表明:(1)横坡垄作相对于顺坡垄作能显著减少径流总量97.1％...     

伏牛山区迎河小流域不同土地利用类型的土壤粒径分布特征

为探讨伏牛山区坡耕地土壤物理性能的退化特征,在河南省鲁山县迎河小流域,利用激光粒度仪和土壤分形模型,比较分析了4种土地利用类型的土壤粒径分布(PSD)及其分形特征.研究结果表明:1)土壤PSD简单分维(Dv)以乔木林地最高(2.658),坡耕地最低(2.489),多重分维(容量维D0、信息维D1、关联维D2)以乔木林地最高(0.941、0.926、0.91),坡耕地最低(0.927、0.899、0.849).不同分形参数均表现为:坡耕地＜灌草坡地和水平梯田＜乔木林地;2)土壤PSD的Dv、D0、D1和D2,与黏粒和粉粒体积分数显著正相关,与砂粒体积分数显著负相关.因此,利用土壤PSD简单分形和多重分形维数,可量化表征土壤质地的粗细程度和非均匀性质的差别;坡耕地土壤质地的粗粒化程度和非均匀性明显大于其他土地利用类型;土壤细粒(黏粒和粉粒)物质流失是坡耕地土壤质地粗粒化和非均匀程度增大的重要原因.