秸秆不同还田方式对土壤低吸力段持水能力及蒸发特性的影响

利用张力计测定蒸发过程中低吸力段土壤水分特征曲线,对比研究了秸秆在经过粉碎、氨化及与无机土壤改良剂混合三种措施处理后对土壤饱和含水量、低吸力段土壤持水及供水能力和早期干旱过程中土壤脱水速度的影响。结果显示:粉碎秸秆施入土壤后提高了土壤饱和含水量、持水及供水能力,而长秸秆对土壤饱和含水量、持水及供水能力的影响较小;粉碎并氨化的秸秆对土壤饱和含水量、持水及供水能力的提高作用更为显著。粉碎秸秆及长秸秆处理均易造成早期干旱过程中脱水速度过快,氨化后或当秸秆与无机土壤改良剂混合施入土壤时,土壤低吸力段脱水速度明显减慢,利于土壤有效水的保存。该结果为提出新的能最大效率发挥秸秆改良土壤作用的秸秆还田方式提供了一定的理论基础。     

秸秆不同还田方式对土壤入渗特性及持水能力的影响

通过入渗试验及对土壤水分特征曲线的测定,对比研究了秸秆在经过粉碎、氨化及与无机土壤改良剂混合3种措施处理后加入土壤中对土壤入渗特性及持水特征的影响。结果显示：长秸秆处理加入土壤后显著降低土壤入渗能力;粉碎氨化后的秸秆较对照处理及粉碎秸秆处理能显著增加土壤稳定入渗率、土壤累积入渗量,同时在经过30 d培养后土壤体积质量较对照低7.13%;无机土壤改良剂（氢氧化铁）能显著提高土壤稳定入渗率和累积入渗量,但在减小土壤体积质量、增加土壤孔隙度作用方面不如氨化秸秆处理显著,同时当秸秆与其混合加入土壤时未对土壤改良效果起到正交互作用;各种处理土壤持水能力差异不明显,但粉碎并氨化措施处理过的秸秆在中低吸力段均表现出较高的土壤持水能力,这对于提高旱区农田蓄水保墒抗旱能力有重要意义。     

氨化秸秆还田改善土壤结构增加冬小麦产量

为探索一种能够充分发挥秸秆改良土壤结构和提高作物产量作用的秸秆还田措施,通过2 a小区试验,对比研究了粉碎、氨化秸秆以及与无机土壤改良剂(硫酸钙)混合施用措施对农田土壤结构及冬小麦产量的影响。结果表明,粉碎并氨化秸秆施入土壤后,能显著(P0.05)降低耕层(0~15 cm)土壤的体积质量,增加土壤孔隙度,但对耕层以下(15~30 cm)土壤体积质量及孔隙度改善效果不明显;氨化秸秆施入土壤后较未氨化秸秆能显著(P0.05)增加0~15 cm土壤中0.25 mm土壤团聚体含量,粉碎并氨化秸秆能显著(P0.05)降低土壤团聚体分形维数,提高0~15 cm土壤平均重量直径和几何平均直径各项评价指标。此外,穗粒数、1 m2有效穗数、千粒质量和地上部总干质量与籽粒产量的相关系数分别为0.30(P0.05)、0.76(P0.01)、-0.89(P0.01)和0.88(P0.01),提高冬小麦有效穗数或地上部总干质量可能是增加作物产量的主要途径。粉碎并氨化秸秆还田较秸秆覆盖能显著(P0.05)提高冬小麦有效穗数;粉碎并氨化秸秆与无机土壤改良剂(硫酸钙)混合施用措施提高冬小麦产量效果最为显著,在冬小麦2个生长季较长秸秆覆盖还田分别增产11.12%和17.85%,较长秸秆翻压还田分别增产7.39%和16.59%,是该试验最佳秸秆还田方式。该研究成果可为干旱、半干旱地区改良秸秆还田措施、提高作物产量提供理论依据。     

秸秆还田方式对农田土壤结构及冬小麦产量的影响

为探索一种能够充分发挥秸秆改良土壤结构和提高作物产量作用的秸秆还田措施, 通过2 a小区试验, 以传统的秸秆还田方式[长秸秆(50 mm)覆盖或翻压还田, CK1、CK2]作为对照, 对比研究了粉碎、氨化秸秆以及与无机土壤改良剂(硫酸钙)混合翻压施用措施对农田土壤结构及冬小麦产量的影响。结果表明, 粉碎并氨化秸秆施入土壤后, 能显著(P<0.05)降低耕层(0~15 cm)土壤的容重, 增加土壤孔隙度, 但对耕层以下土壤容重及孔隙度改善效果不明显; 氨化秸秆施入土壤后较未氨化秸秆能显著(P<0.05)增加0~15 cm土壤中>0.25 mm土壤团聚体含量, 粉碎并氨化秸秆能显著(P<0.05)降低土壤团聚体分形维数, 提高0~15 cm土壤平均重量直径和几何平均直径各项评价指标。此外, 冬小麦穗粒数、1 m2有效穗数、千粒重和地上部总干物质量与籽粒产量的相关系数分别为0.30(P>0.05)、0.76(P<0.01)、 0.89(P<0.01)和0.88(P<0.01), 提高冬小麦有效穗数或地上部总干物质量可能是增加作物产量的主要途径。粉碎并氨化秸秆还田较秸秆覆盖能显著(P<0.05)提高冬小麦有效穗数; 粉碎并氨化秸秆与无机土壤改良剂(硫酸钙)混合施用措施提高冬小麦产量效果最为显著, 在冬小麦2个生长季比长秸秆覆盖还田(CK1)分别增产11.12%和17.84%, 比长秸秆翻压还田(CK2)分别增产7.39%和16.58%, 是本试验最佳秸秆还田方式。该研究成果可为干旱、半干旱地区改良秸秆还田措施、提高作物产量提供理论依据。     

应用分形维数研究土壤团聚体与低吸力段持水性的关系

将土壤水动力参数和易测定的土壤物理特性联系起来一直是土壤物理学的重要研究内容,分形理论为这方面研究提供了新的途径。本文以贡嘎山亚高山林区11个土壤样品为例,研究了土壤团聚体分形维数和低吸力段持水曲线分形维数的关系。结果表明:分形维数能较好地描述土壤团聚体数量组成、土壤水分分配;干、湿团聚体分形维数(CFD、WFD)与低吸力段持水曲线分形维数(FDw)之间相关系数为0.891、0.759,呈极显著性直线正相关,线性回归方程式定量地描述了研究区森林土壤团聚体对土壤低吸力段持水性能的影响。     

秸秆不同处理方式对黄绵土团聚体特性的影响

以采自中国科学院安塞水土保持综合试验站基地的粉砂质黄绵土壤为试验用土,研究秸秆不同处理方式对黄绵土结构的影响。结果表明,(1)粉碎秸秆与硫酸钙配施处理能显著增加黄绵土水稳性团聚体,各评价指标与对照组(裸土)差异显著(P0.05),同时该处理降低了土壤结构的分形维数,有效提高土壤结构稳定性;(2)粉碎氨化秸秆以及与硫酸钙改良剂混合施用对提高黄绵土水稳性团聚体含量有一定的迟效性;(3)在整个培养期内,长秸秆改良土壤结构作用缓慢,单施硫酸钙对黄绵土结构无明显改良作用,土壤结构分形维数与团聚体评价指标大于0.25的土壤团聚体结构含量(R0.25)、平均质量直径(WMD)、平均几何直径(GMD)各值均呈极显著负相关关系(P0.01)。总之,不同处理方式的秸秆施入土壤后,对原状土的扰动方式不尽相同;采用团聚体分形维数可定量描述土壤结构的动态演变过程。     

氨化秸秆还田对土壤孔隙结构的影响

【目的】土壤孔隙性质是土壤结构性的反映,直接影响着土壤的肥力和水分有效性。定量研究氨化秸秆还田对土壤不同大小等级孔隙数量和孔隙分布的影响,可以为土壤培肥提供科学依据。【方法】采用室内试验方法,设置氨化秸秆加入量为土壤总质量的 0(CK)、 0.384%(S1)、 0.575%(S2)、 0.767%(S3)4个处理,室内培养。在培养0、60、120和180 d,取样测定土壤水分特征曲线(SWRC)数据,利用双指数土壤水分特征曲线模型(DE模型,Double-exponential water retention equation),分析氨化秸秆对土壤剩余孔隙、基质孔隙和结构孔隙的影响; 基于DE模型的微分函数,探究不同氨化秸秆处理对土壤孔隙分布的影响。【结果】不同处理的土壤水分特征曲线SWRC实测值和DE模型模拟值之间的均方根误差介于0.0036和0.0041 cm3/cm3之间,R2介于0.998和0.999之间,土壤含水量模拟值和实测值非常接近1 ∶1,表明DE模型可以准确反映添加氨化秸秆后土壤含水量随吸力的变化规律,较准确地估算土壤不同大小等级孔隙数量变化。培养120 d内,氨化秸秆对土壤剩余孔隙、基质孔隙和结构孔隙影响不显著; 培养180 d时,各处理土壤结构孔隙度表现出随着氨化秸秆添加量的增加而增加的趋势; 此时S3对土壤剩余孔隙影响不显著,显著减小了土壤的基质孔隙度(P0.05),极显著地增加了土壤的结构孔隙度(P 0.01)。在孔隙分布中,氨化秸秆促进了土壤已有孔隙向较大孔隙的发育,显著增加了土壤结构孔隙分布数量; 随着氨化秸秆添加量的增加,土壤结构孔隙的分布数量越大,且峰值出现的越早。氨化秸秆增加了土壤中有机质含量; 土壤结构孔隙和总孔隙均与有机质含量呈显著的正相关关系(P 0.05); 有机质可以黏结团聚土壤的矿物颗粒,有效地促进了土壤结构孔隙的发育; 氨化秸秆对土壤孔隙的影响随着时间的进行越来越明显。【结论】氨化秸秆增加了土壤中有机质含量,促进了土壤孔隙结构的发育,增加了土壤的结构孔隙度和总孔隙度,这对改良和培肥土壤、改善土壤耕性具有重要意义。     

利用计算机断层扫描技术研究土壤改良措施下土壤孔隙

为探明不同土壤结构改良措施（秸秆覆盖、免耕、有机肥、保水剂）对土壤孔隙特征及分布的影响,采用计算机断层（computed tomography,CT）扫描法定量分析了土壤孔隙的数目、孔隙度及孔隙在土壤剖面上的分布特征。结果表明：不同措施均提高了土壤总孔隙数、大孔隙数及0.13～1.0 mm孔隙数,且其孔隙度也相应提高。同时孔隙成圆率也得到了改善。各处理中以有机肥和免耕处理效果较佳,其次为保水剂和秸秆覆盖,对照最低。此外,不同措施显著提高了土壤的田间持水量和＞0.25 mm 水稳性团聚体含量,降低了土壤容重,且各处理中,仍以有机肥和免耕处理效果最佳,其田间持水量分别较对照提高了15.9%和16.4%,而土壤容重较对照降低了6.8%和8.8%。相关分析表明：田间持水量、容重和＞0.25 mm水稳性团聚体含量与土壤总孔隙度和大孔隙度呈显著或极显著正相关;而土壤容重对于总孔隙度和大孔隙度及孔隙成圆率呈显著负相关。     

长期不同量秸秆炭化还田下水稻土孔隙结构特征

  【目的】  生物炭被认为是一种能够提高土壤固碳能力、改善土壤结构和减缓全球气候变化的土壤改良剂。土壤孔隙结构直接影响土壤中水、气、热的运动，因此，研究长期施用生物炭对土壤孔隙结构特征的影响，以期为秸秆炭化还田提供理论依据。  【方法】  研究基于2013年建立的水稻秸秆炭化还田长期定位试验，选取在等氮磷钾条件下不施用生物炭 (C0)、施用低量生物炭 (1.5 t/hm2，C1.5)、高量生物炭 (3.0 t/hm2，C3.0)的 3个处理。利用X射线CT扫描和图像处理技术，分析了土壤孔隙结构参数，包括土壤孔隙度、土壤孔隙大小分布、孔隙连通性指数 (欧拉特征值)、各向异性、分形维数、最紧实层孔隙度和最紧实层平均孔隙直径等参数。  【结果】  C1.5和C3.0处理均能显著增加土壤有机碳含量和土壤总孔隙度，降低土壤容重，平均增加或降低比例分别为15.5%、10.5%和7.4%。C1.5与C3.0处理之间的总孔隙度没有显著差异，但孔隙大小分布存在差异。C1.5处理显著增加了大孔隙中当量孔径为100～500 μm和 > 500 μm的孔隙度，增幅分别为81.6%和275.3%，而C3.0处理显著降低了大孔隙中当量孔径100～500 μm的孔隙度，降幅为32.9%。C3.0处理当量孔径 < 25 μm的孔隙度显著大于C0处理和C1.5处理，增幅分别为13.8%和16.3%。C1.5处理的欧拉特征值最低，分形维数、最紧实层孔隙度和平均孔隙直径最大。各处理土壤孔隙的各向异性没有显著差异。  【结论】  长期施用水稻秸秆生物炭能够显著增加稻田土壤有机碳含量和总孔隙度，降低土壤容重。施用适量生物炭会增加土壤大孔隙度和土壤孔隙的连通性，但是过量施用生物炭可能会降低土壤大孔隙度和土壤孔隙的通气导水能力。炭化秸秆还田量与孔隙结构之间的定量关系还需深入研究。     

岩溶山区植被破坏前后土壤团聚体分形特征研究

土壤结构性是影响土壤肥力的一个重要因素。本文运用分形模型对不同植被类型土壤水稳性团聚体进行了研究,探讨了分形维数与土壤肥力的关系。结果表明:土壤团聚体粒径分布的分形维数与水稳性团聚体含量之间存在呈显著线性回归关系,林地和不同开垦年限农地土壤的物理性质随土壤团聚体的分形维数变化而变化,即分形维数越小,>0.25mm水稳性团聚体含量越高,土壤容重越小,总孔度大,毛管孔隙和通气孔隙占总孔隙的比例大,自然含水量和田间持水量相应较高;有机质、全N、碱解N与分形维数呈极显著的负相关,分形模型为土壤肥力研究提供新方法。上述结果在一定程度表明,植被遭到破坏、不合理的人为开垦,是土壤退化和生态环境恶化的主要原因。     

土壤扩蓄增容肥对春玉米产量及水分利用效率的影响

通过正交试验,研究秸秆配方、绵土配方2种土壤扩蓄增容肥对春玉米的应用效果。结果表明：在春玉米品种、肥料用量及灌水量共同影响下,秸秆配方、绵土配方土壤扩蓄增容肥在减少无机肥料用量28.6%情况下,仍能起到保持产量的作用;同时秸秆配方能有效提高水分利用效率与降水利用效率。与对照相比,秸秆配方在苗期及拔节期能有效减少土壤无效蒸发,提高0～20 cm土壤水分的保蓄能力。该研究为秸秆配方土壤扩蓄增容肥的推广奠定了理论基础。     

秸秆粉碎氨化还田对土壤养分淋溶损失的影响

采用室内人工土柱模拟试验方法,研究了施加粉碎氨化秸秆后土壤中NPK的淋溶损失状况。结果表明,秸秆粉碎氨化还田后的土壤淋溶液中NO3-、PO34-、K+的各次淋溶质量分别较对照减少34.94%,57.48%,14.85%;处理土壤淋溶液中NO3-、PO34-、K+的累计质量均低于对照,分别约低26.23%,63.08%,8.00%,而NH4+的累计质量只较对照平均约低1.56%;秸秆粉碎氨化还田对土壤中NPK的淋溶损失均有不同程度的抑制作用,对PO34-的抑制作用最明显,NO3-次之,K+最后,对NH4+抑制作用不明显,最终有效降低了NPK的淋失率。     

红壤丘陵区不同植被类型土壤颗粒分形与水分物理特征

为探明红壤丘陵区不同植被对土壤分形结构及水分物理特征的改良作用与机制,运用土壤分形学和水文物理学原理与方法,以南方红壤丘陵区福建省长汀县为例,研究经济林、针阔混交林、乔灌混交林及针叶林4种植被类型土壤颗粒组成、分形维数、水分物理参数及其相关性。结果表明:1)红壤丘陵区不同植被类型土壤中以粗砂粒质量含量最高,细砂粒和石砾质量含量次之,粉黏粒质量含量较低,与裸地相比,不同植被类型具有显著提高土壤细砂砾和粉黏粒质量含量的作用,并且混交林作用程度高于纯林;2)红壤丘陵区不同植被类型具有降低土壤密度、增加土壤孔隙度的功能,针阔混交林、乔灌混交林、针叶林、经济林土壤的饱和蓄水量分别是裸地的1.20、1.16、1.14和1.10倍,表土层(0～20 cm)贮水能力好于表下土层(20～40 cm);3)土壤颗粒分形维数与土壤粉黏粒、总孔隙度、饱和蓄水量、孔隙比呈极显著正相关,与石砾质量含量、土壤密度呈极显著负相关,红壤丘陵区4种植被类型土壤均为不均匀性良好的土壤,以混交林土壤粒径分布结构较好,尤其是以针阔混交林的最好,其次是纯林的,针叶林好于经济林,表土层(0～20 cm)大于20～40 cm土层。     

灌溉后不同处理方式对土壤水分蒸发过程的影响

土壤蒸发是土壤损失水分的重要途径,在北方旱区土壤蒸发失水量可达同期降水量的50%或更多,小麦全生育期棵间土壤蒸发占农田蒸散量的66%。因此,研究土壤水分蒸发过程和减少土壤表面水分蒸发途径对于寻找高效合理的水资源利用方式具有重要意义。利用称重式蒸渗仪初步研究了灌溉后不同处理措施对土壤水分蒸发过程的影响。结果表明,秸秆覆盖和高留茬对土壤水分蒸发的抑制作用主要表现在灌溉后土壤含水量较高的阶段内;天气晴朗条件下日蒸发强度在10:30左右即达最大值,秸秆覆盖和高留茬处理使其出现时间滞后;土壤含水量较高时松土对土壤水分蒸发无抑制作用,而在土壤含水量降低到一定程度时松土能明显抑制土壤水分蒸发。