裸地雨滴溅蚀对坡面微地形的影响与变化特征

为了探讨溅蚀作用与坡面微地形之间的相互关系,该文通过模拟降雨试验方法,研究了黄土区坡耕地无植被条件下雨滴对坡面微地形的溅蚀作用与变化特征。微地形由不同的耕作管理措施形成,包括锄耕措施、掏挖措施和等高耕作措施,以平整坡面为对照措施。降雨强度分别为60,90和120mm/h。试验小区大小为0.5m2。用溅蚀板测定坡面向下和向上2个方向的溅蚀量。利用激光扫描仪测定微地形,并结合GIS技术建立大比例DEM(分辨率2cm)。结果表明,在耕作管理条件下,坡面微地形具有降低坡面溅蚀量的作用。微地形的变化特征主要表现为微坡度的变化,而微坡向对溅蚀作用的变化不敏感。因此,微坡度可以作为研究雨滴溅蚀作用与微地形变化的一个反映指标。     

黄土耕作坡面溅蚀过程中微地形响应特征

[目的]探究60mm/h雨强下不同耕作坡面在溅蚀阶段的微地形变化特征,为黄土坡地水土保持耕作方式布设提供科学依据。[方法]在室内人工模拟降雨试验的基础上,采用激光扫描量测方法分别获取溅蚀前后4种不同耕作方式(人工锄耕、人工掏挖、等高耕作、耙磨整平)黄土坡面微地形相对高程,并对能反映微地形变化的高精度M-ΔDEM进行了分析。[结果]不同耕作措施下坡面微地形均具有较弱的空间变异,其空间分异主要受耕作措施的影响;降雨对微地形具有一定的夷平效应,且不同耕作坡面在1~1.3m尺度范围内均表现出侵蚀平衡现象;不同耕作微地形对溅蚀均具有阻滞作用,其中人工掏挖和等高耕作具有较强的水土保持作用。[结论]微地形水系分维能较好地反映复杂的微地形特征,而坡面耕作方式是溅蚀过程中微地形时空变异分布状况的控制性因子。     

坡耕地上耕作形成的微地形复杂度特征与分析

以黄土高原普遍采用的3种耕作措施下形成的微地形为研究对象,即人工锄耕(AH)、人工掏挖(AD)和等高耕作(CT),试验坡度为5°,15°,25°,试验雨强为60 mm/h,通过GIS技术建立不同微地形数字高程模型(M-DEM)的基础上,结合高程条带法对其空间复杂度特征及其变化进行研究.结果表明:(1)不同耕作措施下的地表粗糙度大小依次为CT＞AD＞AH;(2)降雨过程对微地形起伏度有显著影响.在降雨之前不同耕作措施下的微地形起伏度大小依次为AD＞AH＞CT,而在90 min雨后,微地形起伏度大小依次为CT＞AD＞AH.(3)微地形沟壑深度、高程变异系数与微地形起伏度的变化规律相似.在建立M-DEM的基础上,高程条带法是定量研究不同耕作措施下坡面微地形复杂度特征的有效途径.     

基于M-DEM的黄土人工锄耕坡面水系分维特征研究

该文旨在微观尺度上对地表微地形水系形成过程及其几何分形特征进行研究与分析,为研究坡面流水侵蚀过程及其防治提供科学依据。通过构建90mm/h雨强、15°坡度下不同水蚀阶段(雨前—溅蚀—片蚀—细沟侵蚀)黄土人工锄耕坡面微地形数字高程模型,设置不同集水面积阈值提取微地形水系,并基于格网法计算相应的水系分维值。结果表明:(1)分形理论用于研究微地形水系及其形成过程具有可行性;(2)降雨前、溅蚀、片蚀和细沟侵蚀阶段的最适集水面积阈值分别为15,20,25,30cm2,对应的最佳分维值分别为1.067,1.088,1.068,1.079;(3)人工锄耕坡面在各侵蚀阶段均处于侵蚀发育的幼年期。该研究不仅为微观层面研究黄土耕作坡面水系分维提供方法指导,也可为进一步揭示土壤侵蚀机理提供数据支持。     

溅蚀研究进展

溅蚀是水蚀的初始阶段,是雨滴对地表击打直接作用的结果,是一个动能减少,地表土壤颗粒发生位移的过程。溅蚀主要发生在坡面产生径流之前和刚产生径流时,是水蚀的主要形式之一。国内外学者对溅蚀的影响因素的研究主要集中在降雨特征、土壤特性以及地形因素等方面,其中主要影响因子包括:坡度、降雨特征、植被覆盖和土层结构。溅蚀量随坡度的增大逐渐增多,但是坡度超过临界坡度时,随坡度增大而减小;随降雨强度和雨滴大小增大而增大;地表植被对降雨有直接的再分配的过程,主要表现为截流、透流和干流3方面,当地表覆盖物超过1cm时,溅蚀可以完全消失;不同级配的土壤颗粒抗溅蚀能力不同,粒径在0.15mm附近的颗粒最容易被溅蚀,溅蚀同时随着土壤结皮厚度增大,土壤抗溅蚀能力增强。然而目前国内外对溅蚀的研究主要是在实验室模拟条件下完成的,较少有野外实地的研究,更缺乏在实际农业生产条件下的研究。所以需要在前人的基础上结合我国有些地方坡耕地较多的情况,在不同作物、作物生产方式和土地耕作方式等条件下,探讨坡耕地溅蚀规律。     

利用纳米磁性材料表征地表溅蚀特征的初探

磁性示踪研究坡面土壤侵蚀已取得一定成果,但目前的磁性示踪方法不能满足次降雨后的溅蚀特征研究。因此,在无磁性的石英砂上施用不同浓度(1.5%、2.5%、3.5%)和不同粒径(20 nm、200 nm)的纳米磁性材料,而后进行人工模拟溅蚀试验,利用磁化率仪和3D手持微地形扫描仪研究地表磁性变化与溅蚀后地表特征变化之间的关系,研究利用纳米磁性材料表征溅蚀特征的可行性。结果表明:20 nm磁性材料提高石英砂磁性背景值的幅度远高于200 nm磁性材料且不同浓度的磁性差异极显著,两种纳米磁性材料均呈现出布设浓度越大,示踪时间越长的特点;溅蚀后表层磁化率随溅蚀时间的延长而逐渐衰减,二者呈现出相关性较高的χ_1=aln(t)+b对数函数关系;20 nm磁性材料在3.5%浓度下可有效定量表征出石英砂溅蚀量的变化(p0.01),二者之间的相关关系可用χ_2=a Mb幂函数表示;20 nm磁性材料在溅蚀3 min内的磁化率变化与微地形高差变化呈极显著相关关系(p0.01),说明20 nm磁性材料可以在短时间内有效表征出溅蚀地表的侵蚀程度,可表征出的侵蚀厚度在-5~10 mm内。该研究证明20 nm磁性材料表征溅蚀地表特征的方法在一定程度上是可行的,可为磁性示踪法的深入研究提供新的思路和方法。     

种植大豆地表土壤溅蚀效应及其空间分布特征

为系统研究种植大豆条件下农地溅蚀速率变化特征并建立简单易用的模型,评价大豆种植对土壤溅蚀的影响,采用室内模拟降雨的方法,测定了不同降雨强度(40 mm h-1和80 mm h-1)、不同大豆生长阶段(始花期、盛花期、结荚期和始粒期)下的穿透雨强度和溅蚀速率,分析了大豆冠下溅蚀速率与叶面积指数和穿透雨强度的关系,探讨了冠下溅蚀速率的空间分布特征.结果表明:与裸地相比,在大豆全生育期,大豆冠下平均溅蚀速率在设计雨强40 mm h-1和80 mm h-1下,分别减少了62.85％和60.74％.冠下平均溅蚀速率随叶面积指数增加呈显著的增加趋势,且随降雨强度的增大而显著增加.冠下各点溅蚀速率受相应各点的穿透雨强度影响在80 mm h-1设计雨强下较为显著,随穿透雨强度的增加而增加.大豆冠下溅蚀速率的空间分布与穿透雨的分布具有一定的对应性,即冠下穿透雨较为集中的区域会在一定程度上增加溅蚀的发生,并导致冠下溅蚀速率分布不均,大豆冠下穿透雨是冠下溅蚀产生和分布的主要能量来源.该研究提出的大豆冠下溅蚀速率模型可为坡耕地土壤侵蚀防治和农田灌溉有效利用提供理论支持.     

聚丙烯酰胺(PAM)对黄土溅蚀的影响

采用人工模拟降雨方法,用摩根溅蚀盘测定土壤的溅蚀量,研究聚丙烯酰胺(PAM)对溅蚀的影响.结果表明,使用聚丙烯酰胺(PAM)会改变土壤的溅蚀速率,不同浓度PAM溶液对溅蚀速率的影响程度不同,而且随降雨历时的延长结皮埘溅蚀速率的影响作用会占主导地位.一般来说,在降雨初期,由于PAM的聚合作用,使得土壤团聚体的稳定性增加,土壤溅蚀速率较小,随着时间的延长,溅蚀速率开始上升,但是当土壤表面开始发育结皮时,结皮的形成使土壤表面抗溅蚀的强度增强,土壤溅蚀速率减小.     

土粒表面电场对土壤团聚体破碎及溅蚀的影响

团聚体是土壤结构的基本单元,其稳定性是评估土壤抗侵蚀能力的重要指标。土壤团聚体破碎是降雨溅蚀发生的关键一步。土粒表面电场对团聚体稳定性具有重要影响,必然也会深刻影响降雨溅蚀过程。该文以黄土母质发育的黄绵土和塿土为研究对象,采用不同浓度的电解质溶液定量调控土粒表面电场,研究不同电场强度对团聚体破碎及溅蚀的影响。结果发现:1)随电解质浓度的降低,土粒表面电位升高,表面电场增大,黄绵土和塿土团聚体平均重量直径减小,团聚体稳定性降低,降雨溅蚀量增大。2)电解质浓度小于10-2 mol/L,黄绵土和塿土表面电位绝对值分别高于202.0和231.6 mV,此时团聚体稳定性和溅蚀量变化不明显,表明表面电位202.0和231.6 mV分别是影响黄绵土和塿土团聚体稳定性及溅蚀的关键电位。3)随着土粒表面电场的减弱,团聚体破碎后释放的<0.15 mm微团聚体含量减小,>0.25 mm大团聚体含量增加,团聚体倾向于破碎为更大粒级的团聚体。4)电场作用下团聚体的破碎特征对降雨溅蚀具有重要的影响,溅蚀量与团聚体破碎释放的<0.15 mm微团聚体含量呈显著正相关,与>0.25 mm大团聚体含量呈显著负相关。上述结果表明,当降雨进入土壤后,对于干燥的土壤而言,土壤溶液电解质浓度被迅速稀释,土粒表面产生强大的电场,该电场通过影响团聚体破碎程度进而影响降雨溅蚀。该研究有助于加深对降雨溅蚀的科学认识,同时也为土壤团聚体稳定性及降雨溅蚀的人为调控提供了一定的理论依据。     

降雨条件下耕作方式对地表糙度的溅蚀效应

地表糙度是影响坡耕地土壤侵蚀的主要因素之一,为了进一步明确耕作方式对地表糙度的侵蚀效应,该文通过室内人工模拟降雨的方法,就单雨强与组合雨强条件下耕作方式对溅蚀的作用以及地表糙度的变化进行了研究。结果表明,从对照坡面,经耙耱地、人工锄耕、人工掏挖到等高耕作方式的坡面,在雨强0.62 mm/min条件下,不同耕作方式坡面向上坡溅蚀量呈先增加再减小的变化,向下坡和总溅蚀量均呈先增加再减小最后增加的变化;除耙耱地外,其他耕作方式坡面的地表糙度呈减小的变化。在雨强1.53 mm/min条件下,不同耕作方式坡面向上坡、向下坡和总溅蚀量均呈先增加再减小最后增加的变化;地表糙度与对照坡面相反,均呈增加的变化。组合雨强条件下,随降雨强度的增加,耙耱地总溅蚀量与地表糙度呈一直增加的变化趋势;其他耕作方式下,随降雨强度的增加,坡面总溅蚀量呈先增加后减小的变化趋势,地表糙度却呈先减小后增大的变化。这为揭示地表糙度的侵蚀特征提供了一定的理论依据,同时也可服务于黄土高原坡耕地的水土流失治理。     

大麦不同播种密度和不同播种期叶面积动态及经济性状的表现

对沪麦4号6个不同播种密度、沪麦4号和舟麦1号7个不同播种期的各生育期叶面积指数及若干经济性状进行测定。结果表明,沪麦4号在土壤较肥沃的水田,各生育期群体叶面积指数以基本苗17.2万/亩处理最高,理论产量以基本苗13.0和17.2万/亩两处理较高;在土壤较瘠薄的旱地,群体叶面积指数则以基本苗21.6万/亩处理最高,理论产量以基本苗16.2和21.6万/亩两处理较高。在各播期中,早播群体发展较快。亩产量均随播种推迟而下降,且11月25日(沪麦4号)、11月5日(舟麦1号)以后播期的亩产量剧降。认为,在土壤肥力较低时,沪麦4号亩播量10kg,基本苗18～20万/亩为宜;土壤肥力较高时,亩播量应控制在5.0～7.5 kg,基本苗8～12万/亩范围。在南宁,沪麦4号播前期不应迟于11月下旬,舟麦1号不应迟于11月上旬。     

往复式排种器用于谷子精密播种机的初探

为了取代谷子生产传统耕作方法中的间苗劳动，作者创新设计了往复式排种器应用在谷子精密播种机上。经过理论分析与实地试验的初步探索认为，在精密播种机上使用往复式排种器，可以很好地实现谷子的定植、定株精密单粒播种，从而取消了谷子间苗的手工劳动，为谷子生产推广创造了良好条件，为谷子精密播种机在农业生产中的使用带来广阔前景。     

播深和播量对宁夏地区直播稻幼苗素质和产量的影响

为探究播深和播量对宁夏地区直播稻幼苗生长发育和产量的影响,以宁夏水稻主栽品种富源4号为试验材料,采用二因素裂区设计,设置4种播深：1、2、3和4 cm,4个播量：112.5、187.5、262.5和337.5 kg·hm^-2,研究不同播深和播量对直播稻幼苗素质及其产量的影响。结果表明,播深×播量对水稻出苗率的影响存在显著的互作效应,其中播深1～2 cm、播量112.5～187.5 kg·hm^-2四种组合较其他组合的出苗率明显增加;幼苗素质中苗高、茎基宽、充实度和壮秧指数4个指标均在播深2 cm、播量262.5 kg·hm^-2组合中优于其他组合;发根力在播深2～3 cm、播量187.5 kg·hm^-2两种组合中优于其他组合;幼苗整齐度在播深3 cm、播量262.5 kg·hm^-2组合中优于其他组合。在幼苗素质指标中,播深×播量对充实度和壮秧指数的影响均存在极显著的互作效应。对于根系生理指标,根系活力、根系总吸收面积和根系活跃吸收面积在播深2 cm、播量187.5～262.5 kg...     

地膜小麦增产节水效果与适播期研究初报

小麦地膜穴播覆盖栽培技术具有较好的保墒蓄水、增温保温效能,有明显的增产增收作用,适期播种增产率可达50%以上,能有效解决冬小麦生产中存在的粗、旱、冻等突出问题,是小麦生产再上台阶的一项有力措施,值得在陕西省渭北缺水区大力推广应用.     

单粒精播对夏直播花生生育生理特性和产量的影响

为探明单粒精播对夏直播花生的个体发育和群体结构以及产量的影响,以‘花育22号’花生为试验材料,研究了麦茬夏直播花生单粒精播(SS)和双粒穴播(DS)在相同密度条件下的植株发育动态、叶片生理特性和产量及其构成因素的差异。结果表明:夏直播花生单粒精播在生育前期的主茎高和侧枝长均高于双粒穴播,而在生育后期则低于双粒穴播,但差异不显著。单粒精播在各个生育期的主茎节数、主茎绿叶数、分枝数和叶面积指数均高于双粒穴播,尤其是分枝数差异显著。夏直播花生单粒精播在饱果期和成熟期的叶片SOD、POD、CAT活性和叶绿素含量以及净光合速率均高于双粒穴播,而其MDA含量低于双粒穴播,其中在成熟期除了CAT活性差异不显著外,其余指标均显著差异。夏直播花生单粒精播的单株饱果数增多,单株果重增加,荚果产量显著高于双粒穴播。夏直播花生荚果产量与单株果重和叶片净光合速率极显著正相关,与经济系数、主茎绿叶数、叶面积指数和叶绿素含量呈显著正相关。     

江西省双季早稻直播适宜播种期的区域划分

以江西省3个主栽常规早籼稻品种为材料,于2017−2018年在南昌县进行9个播期的水稻分期播种试验,各播期分别为3月6日（B1）、11日（B2）、16日（B3）、21日（B4）、26日（B5）和31日（B6）,以及4月5日（B7）、10日（B8）和15日（B9）,研究播期对直播早稻产量、成苗率和生育期的影响,并分析近59a（1961−2019年）内江西地区早稻安全直播初日的时空变化规律。结果表明,随着播期推迟,直播早稻全生育期缩短,B9处理较B1缩短21～25d。播期对直播早稻成苗率、有效穗数、穗粒数及千粒重有明显影响,本试验条件下,成苗率达50%及以上时,能获得足够基本苗和有效穗数,确保较高的产量。确保50%及以上成苗率前提下,试验水稻品种安全直播初始温度为11.64℃。此温度下,近59a内80%保证率下江西早稻安全直播初日呈提前趋势,但赣北、赣中、赣南3个区域的变化有所不同,近9a（2011−2019年）稳定通过11.64℃初日最早,其中赣北为3月29日,赣中为3月28日,赣南为3月21日。     

宽幅播种提高不同播期小麦产量与氮素利用率

为明确在较宽播期范围内可实现小麦高产高效稳产的播种方式及其理论基础,采用宽幅播种和常规条播2种播种方式,设计10月3日(早播)、10日(传统播期)、17日(晚播)和24日(再晚播)共4个播期处理(分别用D1、D2、D3、D4表示),研究了播种方式与播期互作对小麦产量和氮素吸收利用的影响。相对于常规条播,宽幅播种通过提高单位面积分蘖数和穗数,平均提高产量16.68%;通过提高氮素吸收效率(吸氮量/供氮量)、稳定或提高氮素利用效率(产量/吸氮量),平均提高氮素利用率(产量/供氮量)16.64%。随播期推迟,2播种方式下单位面积穗数、单穗籽粒质量分别呈降低和升高趋势,相对于D1和D2播期,宽幅条件下D3、D4播期的成熟期穗数下降比例显著低于条播,并与其单穗籽粒质量提高的比例相当,进而实现9.00 t/hm2水平的高产稳产;常规条播下晚播因穗数大幅下降导致减产,平均减产0.34 t/hm2。随播期推迟,2播种方式下氮素吸收效率和氮素利用效率分别呈降低和升高趋势,相对于D1、D2播期,宽幅条件下D3、D4播期氮素吸收效率下降的幅度与氮素利用效率提升的幅度相当,因此仍可维持较高的氮素利用率;常规条播下晚播处理氮素吸收效率下降的幅度显著高于氮素利用效率提升的幅度,进而导致氮素利用率平均降低1.01 kg/kg。相对于常规条播,小麦生产上采用宽幅播种,在高产高效的同时可实现较宽播期范围内产量和氮素利用率的稳定。     

小麦宽苗带撒播器弹籽板结构设计与优化

为了对小麦宽苗带撒播器进行结构改进和参数优化,该文以鸭掌型宽苗带撒播器弹籽板为研究对象,建立了以球面半径、安装倾角和跨度作为变量的球面型弹籽板数学结构模型,搭建了离散元仿真平台,以小麦籽粒横向均匀度变异系数作为作业效果评价指标,分析3个变量对宽苗带撒播器工作性能的影响,并根据试验结果对弹籽板的结构进行优化。单因素试验结果表明,球面半径在130～150 mm、安装倾角在30?～40?、跨度在80?～100?区间时,宽苗带撒播器具有较好的横向匀种效果;通过二次回归正交旋转组合试验,建立了3个变量与横向均匀度变异系数的回归方程,结果表明,影响小麦籽粒横向均匀度变异系数的主次因素依次为安装倾角、球面半径、跨度和安装倾角×跨度,其中安装倾角和跨度之间存在一定的交互作用,当球面半径、安装倾角和跨度分别为141.26 mm、35.53?和90.72?时,宽苗带撒播器具有较优的横向匀种效果,此时理论计算和仿真试验的横向均匀度变异系数分别为10.58%和9.21%,两者偏差仅为1.37个百分点,说明建立的回归模型准确;弹籽板最优结构参数组合下宽苗带撒播器台架和田间应用试验结果显示,小麦籽粒的横向均匀度变异系数的平均值分别为13.40%和12.10%,台架和田间应用试验的结果与仿真试验基本吻合,证明应用离散元法对宽苗带撒播器弹籽板结构参数进行优化的结果是可信的。该研究可以为宽苗带撒播器的弹籽板结构参数优化以及提升其横向匀种效果提供理论参考。     

耕作方式、播深及覆土对机播套作小麦麦苗素质的影响

为了探索提高丘区套作小麦机播质量的农艺措施,本试验分别在翻耕和免耕条件下,设置了播深（2,5,8 cm）、覆土（不覆土为对照）处理对麦苗素质的影响。结果表明,3种措施中播深对麦苗素质影响最大,5 cm播深利于培育壮苗,播深2 cm时表现为出苗率、基本苗,根系活力、干物质质量及叶面积显著下降,而播深8 cm时地中茎极显著增长导致出苗率下降,单株茎蘖数、最高苗、干物质质量及叶面积极显著降低;翻耕条件下分蘖节埋得较深,促进了植株分蘖,但地中茎加长,出苗率变低;免耕条件下植株生长量大,株高和绿叶面积增大;覆土处理单株茎蘖数、最高苗及根系活力显著提高,幼苗素质较不覆土高。因此,丘区套作小麦机播配套的农艺措施应选择“免耕+播深5 cm+覆土”利于提高麦苗素质。