模拟降雨下初始含水量对砂黄土硝态氮迁移特征的影响

利用室内人工模拟降雨,研究了不同初始含水量砂黄土在降雨条件下入渗-径流、土壤侵蚀,以及NO3--N随径流流失和土壤深层淋溶特征。结果表明,初始含水量对产流时刻影响在相对含水量为49.4%和76.9%之间存在一个转折点,高初始含水量较低含水量产流提前大约15 min;土壤侵蚀量随着土壤初始含水量的增加而增加,相对含水量为97.1%时,侵蚀泥沙量分别是相对含水量22.9%的2.8倍,49.4%的2.3倍,76.9%的1.5倍。初始含水量高的处理径流初始NO3--N浓度高,随后各处理均衰减很快,10 min左右NO3--N含量趋于雨水本底值;土壤初始含水量越低,NO3--N被淋洗的程度越严重,土壤剖面中NO3--N的浓度峰越深。对于黄土高原坡地砂黄土NO3--N迁移特征来看,按照NO3--N迁移数量,随径流和泥沙流失量比向土壤深层迁移的数量小。说明在降雨条件下,NO3--N主要通过土壤深层淋溶损失,且土壤初始含水量越低其损失越严重。针对黄土高原降水量小,分布集中的特点,采取措施增加入渗,蓄积水分,在一定含水量下施肥,以提高氮肥利用率,降低NO3--N的淋溶。     

降水条件下黄土坡地氮素淋溶特征的研究

坡地氮素淋溶是导致坡地土壤质量退化和农业非点源污染的重要原因之一。为了深入理解坡地氮素淋溶特征,采用了人工模拟降雨和天然降雨观测方法,对黄土坡地氮素淋溶特征进行了试验研究。结果表明:从坡底到坡顶土壤NO3--N含量呈不断衰减的波浪形状变化,坡底有明显NO3--N累积,其累积含量占全坡面37%~52%;坡地土壤NO3--N淋溶是二维迁移,即随着入渗水既向土体深层迁移,又向坡底迁移;降雨量分别与NO3--N淋溶深度和淋失量均呈正相关,大约每4 mm降雨量可使NO3--N下渗1 cm。本研究为建立坡地养分运移模拟模型提供了初步设想。     

温度、水分和施肥对甜菜黑土氮素迁移转化的影响

以东北甜菜主产区的黑土为材料,采用模拟土柱方法,研究了不同温度(5℃和20℃)、水分(10%,20%和30%)和施肥(尿素)条件对甜菜0—90cm土层土壤无机氮(NH4+-N和NO3--N)迁移转化的影响。结果表明:在整个培养期内,温度和水分对不同施肥处理、不同土层土壤NH4+-N和NO3--N含量的影响不同。不施肥土壤NH4+-N和NO3--N含量在不同水分和温度下均无显著差异。不同温度和水分条件下施肥处理各土层NH4+-N、NO3--N平均含量均随土层深度增加而下降,在相同温度条件下,土壤水分为20%时为甜菜土壤矿化和硝化作用的最适水分,而10%水分时,0—15cm土层土壤硝化作用受到明显抑制。施肥明显增加0—15cm土层NH4+-N、NO3--N含量,分别与不施肥相比增加2.71~16.65倍和1.04~9.05倍。5℃时,NH4+-N、NO3--N在土柱内的迁移距离和硝化作用主要发生在0—15cm土层内;20℃时,主要发生在0—15cm和0—50cm土层内。施肥与不施肥土壤NH4+-N含量与温度、水分均呈负相关,NO3--N含量和硝化率(Nr)呈正相关,多因素统计分析表明,温度和水分的提高可以增强施肥土壤的氮素转化,温度、水分和施肥三者对土壤NH4+-N、NO3--N含量迁移有交互作用,但是对土壤氮素的转化没有显著影响。     

成垄压实耕作施肥机械的改进设计(简报)

基于土壤大孔隙流理论、垄沟微型集雨理论和阻水层理论提出的成垄压实耕作施肥方法,能够有效地达到集雨保肥的作用,而推行该耕作措施的关键是加强其配套农机具的研制.在国外相关研究的基础上改进设计了成垄压实耕作施肥机械.该设计合理.一机多用.具有结构紧凑、调整方便等特点.采用改进后的平底箭铲式施肥开沟器能够阻断土壤中大孔隙流的连续性,在垄底形成一致密的施肥带,减少了氮肥在土壤中随大孔隙流的淋溶迁移.利用单圆盘起垄覆盖施肥带,并采用仿垄形加压式镇压器对垄面进行镇压,通过改变弹力来实现镇压力的调整,形成不同紧实度的水分运动障碍层.达到集雨保肥的作用.     

不同施氮水平对深层包气带土壤氮素淋溶累积的影响

为研究深层包气带土壤中氮素的迁移规律,采用田间小区试验,研究了不同施氮水平(142.5、285和427.5kg/hm2)对夏玉米种植期间0～500cm包气带土壤中氮素淋溶累积的影响。结果表明,不同施氮水平对NO3--N、NH4+-N和总氮有显著影响,施氮越多,NO3--N、NH4+-N和总氮在土壤中的淋溶累积也就越多,夏玉米生育期间土壤中氮素的淋溶累积含量随着夏玉米生长逐渐减少。在0～200cm土层中,收获后不同施肥水平土壤中NO3--N和总氮累积量随施氮量增加而增多,285kg/hm2施氮水平NH4+-N累积量最多,427.5kg/hm2施氮水平NH4+-N累积量最少,但相差不超过0.1kg/hm2,收获后土壤中氮素累积量有损失。夏玉米生育期间不同施氮水平对土壤NO3--N、NH4+-N和总氮的影响深度主要为0～145cm。粉砂壤土中氮素更易累积,砂质壤土中氮素较易随水分淋溶至下层。142.5kg/hm2施氮水平可有效减少NO3--N在土壤中的淋溶损失,降低土壤中NH4+-N和总氮的含量,对地下水构成的潜在污染风险最小。北京地区地下水埋深较深,NO3--N不易淋溶至地下水,但长期大量施用氮肥、田间土壤大孔隙的存在等会加速NO3--N向深层土壤迁移,对地下水水质构成威胁。     

基于Hydrus-2D分析农田覆膜对降雨入渗的影响

为探究覆膜处理对农田降雨入渗过程的影响,该研究建立Hydrus-2D降雨入渗模型,模拟不同下垫面条件下不同覆膜和降雨情况对降雨入渗的影响。设裸地平作、无垄覆膜、起垄覆膜3种下垫面,覆膜宽度、降雨量和降雨历时3个因素,每个因素4个水平,共设置144种方案,模拟各方案的降雨入渗过程,分析其土壤含水率空间分布、湿润锋运移、雨后入渗量和有效降雨系数变化。结果表明,无垄覆膜、起垄覆膜处理雨后的膜间表层土壤含水率与裸地平作相比分别增加5.8%和9.2%,膜间水分入渗深度分别增加10.67和12.45 cm,说明覆膜和起垄均能促进降雨入渗;与裸地平作相比覆膜和起垄覆膜能显著提高有效降雨系数,特别是小降雨量的有效降雨系数增加明显;不同覆膜宽度对有效降雨系数的影响达到了显著水平,膜宽70 cm时有效降雨系数最大。因此通过调整覆盖地膜的宽度和设置垄沟可增加降雨入渗量及水分入渗深度,提高降雨资源和农田水分利用效率,这对缓解干旱半干旱区的农业缺水紧张情势,丰富农田水分运移、不同下垫面降雨入渗等相关理论具有重要作用。     

成垄压实耕作条件下土壤水分分布的试验研究

利用野外模拟降雨试验，研究了不同垄沟（自然垄沟、盖膜垄沟、成垄压实）耕作条件下土壤水分分布特征和再分布规律。结果表明：垄沟耕作改变了农田微地形，利用垄上降雨顺垄流人沟中，从而拦蓄部分径流，相对增加了沟中土壤蓄水，有利于水分向下运移。相对于自然垄沟，膜垄的集雨效果明显，沟中土壤平均含水量显著高于垄中，20～100cm土层范围内平均土壤含水量分别为12．7％和9．1％；成垄压实土壤水分在剖面分布状况与盖膜垄沟的水分分布相似，水分向沟内集中，沟中土壤水分含量显著高于同一土层深度处垄中土壤含水量，且与盖膜垄沟处理下沟中土壤水分含量无显著差异，在集水和聚水方面表现出和膜垄的相似性。因此，在以集雨农业为主的半干旱地区，成垄压实可以替代盖膜垄沟，有效地富集和储存雨水资源于沟中，供作物吸收利用。     

不同施肥条件下农田硝态氮迁移的试验研究

NO^-₃-N的淋失是旱地农田氮素损失的重要途径之一，也是引起地下水污染的一个主要原因。在黄土高原地区，夏玉米生长正逢雨季，是NO^-₃-N淋失的主要时期。该研究基于阻水层理论和黄土高原地区传统的垄作习惯，在手工模拟机具成垄压实施肥的基础上研究了该施肥法与传统的平地施肥、垄沟施肥(成垄不压实)条件下土壤NO^-₃-N的迁移动态，结果表明，在供水量相同条件下，由于平地和垄沟条件下水分分布的差异，导致平地土壤中的NO^-₃-N较垄沟耕作易于迁移。在生育前期，由于作物根系对NO^-₃-N的吸收和拦截，成垄压实与成垄不压实施肥对阻止NO^-₃-N随水下移差异不大；生育后期，当作物需肥量减小时，成垄压实施肥能够阻止NO^-₃-N向深层土壤迁移累积。玉米收获后，3种施肥方式下土壤NO^-₃-N迁移深度为平地(>60 cm)>垄沟施肥(>45 cm)>成垄压实施肥(＜35 cm)。     

土壤容重和降雨强度与土壤侵蚀和入渗关系的定量分析

本文根据人工模拟降雨试验方法,在不同土壤容重,同等坡度和同级降雨强度条件下,以及同种土壤容重,不同降雨强度条件下,对土壤侵蚀和土壤入渗关系进行了定量分析。     

三峡库区典型农耕地的氮素淋溶与评价

试验选择重庆市三峡库区典型、具有代表性的菜地和坡耕地,于2005至2007年将改进后的离子交换树脂吸附装置分别埋入20cm、30cm、40cm深度的土壤中,中雨、大雨之后或按月收集树脂吸附的NO3--N和NH4+-N,连续三年原位定点研究了两种土壤的氮素淋溶状况。结果表明,菜地的氮素淋失量(74.58kghm-2a-1)高于降雨输入量(56.9kghm-2a-1),坡耕地的(46.01kghm-2a-1)则相反,说明菜地的氮素淋失局部影响当地水环境,农耕地可能不是区域水体富营养化的主要原因。NO3--N占土壤氮素总淋溶量的90%以上,主要发生在施肥后的第一次中雨、大雨中。此外,NO3--N淋溶量耕作层心土层底土层,前者远远高于后两者。在整个降雨季节,土壤NO3--N淋溶量前期高,峰值出现在5月份;在雨季后期,土壤NO3--N淋失量很低,故对水体的影响甚小。NO3--N淋溶与土壤碱解氮呈指数正相关。由此可见,三峡库区降低土壤氮素淋溶的主要对象是菜地,有效措施包括控制氮肥用量,降低土壤有效氮库,抑制硝化作用等。     

Effects of fertilizer placement on solute leaching under ridge tillage and no tillage

Elevated nitrate concentrations in ground water can be a problem in agricultural areas, especially where soils are sandy. Tillage operations, such as ridge tillage (RT) and no tillage (NT) can reduce runoff and erosion but leaching of soluble nutrients could adversely impact groundwater. In a 2-year study, Br was used to trace the effects of fertilizer placement on solute movement under corn (Zea mays L.) in RT and NT systems on a Monmouth fine sandy loam (Typic Hapludult) in Maryland. Treatments included 120 kg ha⁻¹ of Br⁻ or NO₃⁻-N applied in a narrow band near the ridge top (RT-RA) or in the furrow (RT-FA) with ridge tillage, or in the inter-row with NT. Two-dimensional arrays of tensiometers and suction lysimeters were used to follow the movement of water and solutes during and after the corn-growing season. Tillage and fertilizer placement did not significantly affect N uptake when averaged across years. A pronounced argillic horizon beginning at 60 cm depth caused lateral movement of Br. It appears that Br leaching in RT-RA increased slightly due to the crop canopy funneling rain towards the ridge top. Therefore, when fertilizer is applied near the row, rain occurring after full corn canopy may cause greater solute leaching in RT-RA compared to other treatments. Rain during the beginning of the growing season or after harvest caused less leaching in RT-RA. Corn yield could be maximized and N leaching minimized by applying fertilizer to the upper portion of the ridge in RT.     

有机肥配施保水剂对紫色土水分入渗及氮素淋溶的影响

以有机肥、保水剂(聚丙烯酰胺PAM、高分子吸水树脂SAP和沃特)为供试材料,通过室内土柱模拟试验,研究有机肥配施保水剂对紫色黏土水分入渗及氮素淋溶的影响。结果表明:有机肥配施保水剂可有效增加土壤的保水保肥能力,是控制土壤水分和养分淋失的有效措施。单施有机肥和有机肥配施保水剂均降低了湿润锋运移深度和入渗速率。与对照相比,单施有机肥和有机肥配施保水剂处理的湿润锋运移深度降低了33.33%～46.49%,入渗速率降低了22.73%～31.82%,累计淋溶液体积降低了1.25%～6.78%。施用有机肥有一定增肥保肥能力,但随淋洗次数增加保肥能力逐渐降低,与对照相比,在持续淋溶条件下单施有机肥的硝态氮和全氮累计损失率分别升高了12.00%,17.51%。有机肥配施保水剂可有效减少氮素淋失量,降低氮素淋失率,提高土壤保肥能力。与施用有机肥相比,有机肥配施保水剂硝态氮损失率降低了35.49%～78.46%,全氮损失率降低了35.53%～71.85%,其中有机肥配施PAM处理保水保肥效果最好。     

Losses of nitrate-nitrogen in water draining from under autumn-sown crops established by direct drilling or mouldboard ploughing

The leaching of nitrate-N under autumn-sown arable crops was measured using hydro-logically isolated plots, about 0.24 ha in area, from 1984–1988. Fluxes of water and nitrate moving over the soil surface (surface runoff), at the interface between topsoil and subsoil (interflow), and in the subsoil (drainflow) were monitored in plots with mole-and-pipe drain systems (drained plots); surface runoff and interflow only were monitored in ‘undrained’ plots. Half the drained and undrained plots were direct-drilled, and on the other half seedbeds were prepared by tillage to 200 mm. Tillage increased the total leaching loss of nitrate by 21 % compared with direct drilling in drained plots. About 95% or the nitrate moving from the soil was present in the water intercepted by the subsoil drains in these plots. In undrained plots less water and nitrate were collected in total; more of the nitrate was present in interflow on ploughed plots and in surface runoff in direct-drilled land. Losses of nitrate for the whole experiment from 1978-1988 were analysed. This showed that, between the harvest of one crop and the spring application of fertilizer to the next, loss of nitrate-N from ploughed land (L_p) was approximated by L_p=22+Fkg N ha^?1, where F was the autumn fertilizer-N applied. After fertilizer was applied in spring, loss of nitrate-N depended on rainfall such that for 100 mm rainfall about 30% of the fertilizer-N was lost by leaching. About 18% more nitrate-N was lost from direct-drilled land than from ploughed land in spring, but the total loss was generally small compared to that over winter. The apparent net mineralization of organic-N was measured in 1988. In autumn and winter there was little effect of tillage treatment (26 and 31 kg N ha^?1 on direct drilled and tilled plots respectively). However, over the year 83 kg N ha^?1 were mineralized in tilled plots, and 67 kg N ha^?1 in direct-drilled plots. Five factors governing the leaching of nitrate are assessed and this identified that fertilizer nitrogen application to the seedbed of winter sown crops and the mineralization of nitrogen from the residues of the previous crop are the most significant factors for nitrogen leaching in the UK.     

垄作方向对不同坡位红壤坡耕地耕层土壤水分特征曲线的影响

  目的  探讨横坡垄作和顺坡垄作对不同坡位耕层土壤水分特征曲线的影响,为红壤坡耕地垄作方向的选择提供依据。  方法  采用压力膜仪法测定两种垄作方向、不同坡位（上部、中部、下部）耕层土壤水分特征曲线,并以Van Genuchten（VG）模型拟合该曲线,通过VG模型参数分析比较横坡耕作和顺坡垄作耕作后不同坡位土壤持水特点及其影响因素。  结果  红壤坡耕地耕层不同坡位土壤与0 ~ 1000 kPa水吸力对应的体积含水率为 0.36 ~ 0.66 cm3 cm?3,VG模型能够较好地表达两者间数量关系。顺坡垄作上部、中部和下部坡位耕层土壤VG模型参数饱和含水率θs分别为0.59、0.59和0.65 cm3 cm?3,残余含水率θr为0.37、0.38和0.41 cm3 cm?3且随着坡位降低而增大;横坡垄作上部、中部和下部坡位耕层土壤VG模型参数饱和含水率θs分别为0.58、0.56和0.59 cm3 cm?3,残余含水率θr为0.37、0.35和0.38 cm3 cm?3且随坡位降低呈先减小、再增加趋势变化。VG模型参数d、n均为0.11和0.92,随耕作方向、坡位变化不明显。  结论  总孔隙度和砂粒含量为影响不同垄作方向红壤耕层理化性质的主导因素。顺坡垄作上部和中部坡位耕层土壤持水能力不及下部坡位土壤,但就同一坡位比较,横坡耕层土壤的释水能力优于顺坡耕作,说明横坡耕作可改善土壤供水能力。     

黑土区垄作方式对坡耕地土壤侵蚀的调控效果

[目的]分析黑土区不同垄作方式对坡耕地土壤侵蚀的调控效果,为该区土壤侵蚀防治提供科学指导。[方法]在5°和10°坡耕地开展人工模拟降雨试验,降雨强度为50,100 mm/h,垄作方式包括：横坡垄作、垄向区田、顺垄+底部横垄和横垄+排水沟,对照处理为传统顺坡垄作。[结果]试验条件下,与顺坡垄作处理相比,横坡垄作、垄向区田、顺垄+底部横垄和横垄+排水沟处理均可有效调节径流、降低土壤侵蚀量,但不同垄作方式对径流和侵蚀的调控效果随着降雨强度和坡度的增加而减小。在5°坡耕地,横坡垄作方式对径流和侵蚀的调控效果最佳,产流率和土壤侵蚀速率分别稳定在15.0 mm/h和0.2 kg/(m~2·h)以下。在50,100 mm/h降雨强度下,与顺坡垄作处理相比,其径流量分别降低92.3%和83.9%,土壤侵蚀量分别降低96.8%和94.6%;而垄向区田方式对径流和侵蚀的调控效果略大于顺垄+底部横垄处理。在10°坡耕地,横坡垄作方式在降雨前期具有较好的蓄水保土作用,但在降雨后期垄体易损坏,造成土壤侵蚀量剧增;横垄+排水沟方式在降雨前期能够蓄水保土,在降雨后期能够较好地进行排水。[结论]在坡度平缓的坡耕地,应...     

垄膜沟灌对旱区农田土壤盐分及硝态氮运移特征的影响

引黄水量的执行性削减加剧了河套灌区农业水资源的紧缺程度及土壤次生盐渍化问题。采取合理的节水灌溉模式对缓解河套灌区农业用水紧张、改良盐渍化土壤、营造适宜作物生长的土壤环境具有重要意义。为明晰垄膜沟灌对河套灌区土壤盐分及硝态氮运移特征的影响及调控效果,通过4次田间沟灌试验,对比研究了高水、中水、低水及高肥、低肥6个组合处理条件下土壤盐分以及土壤硝态氮的变化特征。结果表明:垄膜沟灌条件下灌水量对土壤全盐量的影响高于施肥量,中水处理土壤全盐量始终维持在一个适宜且稳定的水平。灌水量和施肥量对土壤硝态氮含量均有不同程度的影响,中、低水处理后期硝态氮的淋溶显著低于高水处理。垄膜沟灌种植模式下中水低肥处理增加了土壤水分的有效性,抑制了土壤反盐,减少了垄上硝态氮的淋溶,在节水节肥的基础上为作物的生长发育提供了一个适宜的土壤环境,利于生物量的累积及最终产量的形成,在一定程度上解决了河套灌区引黄灌溉配额减少与漫灌洗盐方式严重浪费水资源之间的矛盾,为当地垄膜沟灌技术的推广提供了一定的理论依据与技术支撑。     

土壤翻耕对坡地水分转化与产流产沙特征的影响

坡耕地严重的水土流失是导致黄土高原土壤质量退化与生态环境恶化的重要原因。采用模拟降雨的方法研究了翻耕与压实对休闲黄绵土坡耕地水分转化与产流产沙特征的影响。结果表明，(1)与压实相比，土壤翻耕导致入渗率下降40%～60%，产流强度增加1至3倍，降雨向土壤水分的转化率降低50％以上。(2)翻耕条件下流失径流的平均含沙量增加近70％，坡地产沙量增加3倍，径流流失量增加1倍，因此对坡地实行免耕休闲可以有效减轻水土流失、遏制坡地土壤质量退化的态势。(3)降雨过程中，随着产流时间的延长，坡地产沙量呈加速增加的趋势，而且增加速度显著快于坡面径流，因此采取适当措施延长初始产流时间、减少产流量以及提高降雨向土壤水分的转化率均可有效减少坡地土壤流失量。     

垄作方式对薄层黑土区坡面土壤侵蚀的影响

定量评价垄作方式对坡面土壤侵蚀的影响,可为坡面土壤侵蚀防治提供理论参考。基于2012—2015年哈尔滨市野外径流小区监测资料,探讨了顺坡垄、横坡垄、无垄作(裸地休闲对照)垄作方式对坡面土壤侵蚀的影响,分析了不同垄作方式下坡面水沙关系。结果表明:不同垄作方式下径流量和侵蚀量均具有显著差异,坡面径流量和侵蚀量均表现为无垄顺坡垄横坡垄;与无垄作试验处理相比,横坡垄作使坡面径流量和侵蚀量平均减少了92.4%和98.3%,顺坡垄作使坡面径流量和侵蚀量平均减少66.4%和72.2%。当坡度由3°增加到5°时,无垄作、顺坡垄作、横坡垄作坡面侵蚀量分别增加了0.8,8.2,5.5倍。3种垄作方式下坡面水沙关系均呈现出良好的相关关系,顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀量随径流量的增加幅度远大于横坡垄作坡面,当坡面径流量10.0mm时,二者坡面侵蚀量急剧增加。     

黑土区坡耕地横坡垄作措施防治土壤侵蚀的土槽试验

为了研究黑土区坡耕地横坡垄作防治坡面土壤侵蚀的效应,该文利用8 m×1.5 m的试验土槽,设计3个降雨强度(50、75和100 mm/h)、1个典型坡度(5°)以及横坡垄作和无垄作(平坡裸地对照试验)的试验处理进行模拟降雨试验,研究东北黑土区横坡垄作坡面在不同降雨强度下的防治坡面侵蚀效应。结果表明:横坡垄作在50 mm/h降雨强度下坡面基本不发生土壤侵蚀,但在75和100 mm/h降雨强度下会发生断垄,造成防蚀效应急剧降低。横坡垄作坡面的径流和侵蚀过程均明显存在以断垄时间为界的突变,在3个降雨强度下,横坡垄作断垄前可使坡面径流量和侵蚀量分别减少97.7%和99.1%以上,坡面蓄渗率达到97.2%以上;而断垄后坡面径流量和侵蚀量分别增加23.3~25.9倍和136.8~171.5倍,蓄渗率下降至50%以下。试验研究表明横坡垄作在≤50 mm/h的降雨强度下具有很好的坡面防治侵蚀效应,但当遇到强降雨时易发生断垄,防蚀效应急剧降低。