不同生物炭对南疆盐渍土盐分离子淋洗效果的影响

为探究不同生物炭添加对盐渍化土壤盐分及离子淋洗效果的影响。采用室内土柱模拟试验,在土壤表层(0-10 cm)添加比例为0.5%的猪粪(PMB)、棉秆(CSB)和玉米秸秆(MSB)生物炭,淋洗过程分为急降(P1)、缓降(P2)和稳定(P3)3个阶段,通过测定淋洗速率、流量、累积浸出阴阳离子浓度、土壤剖面含水率和土壤剩余可溶性离子的含量来探究不同生物炭对南疆盐渍土盐分离子的淋洗效果。结果表明:与未添加生物炭处理(CK)相比,生物炭的施用能提高各阶段淋洗液的流量和淋洗速率,在电导率快速下降阶段CSB处理流量提高20%,PMB处理淋洗速率提高29%,MSB处理最先使EC值降低到5 mS/cm,但对离子的去除能力提升较小。生物炭的施用对各阶段离子淋出先后顺序有一定影响,即促进Ca²⁺、Na⁺、SO₄^2-和Cl^-淋出,抑制K⁺淋出。淋洗结束时,生物炭均能显著降低土壤残余含盐量。CSB处理可提高表层土壤保水能力,使得钠吸附比(SAR)始终保持较低水平且对土壤中残余阴离子洗脱效果最好。表明CSB处理是一种非常有潜力的土壤改良剂。研究结果可为南疆盐渍化土壤改良提供理论参考。     

降雨及隔盐层对滨海盐碱地水盐运动的影响

 为探索不同材料隔盐层对滨海盐碱地水盐运动的影响,在白蜡林地树穴底部布设炉渣和沙子作为隔盐层,比较研究不同深度土壤水分和总盐分的季节性变化规律。结果表明：土壤表层和不同深度处土壤含水量及含盐量变化规律不同,表层主要受降雨和蒸发影响,底层则同时还受地下水位变化的影响;1个雨季中,土壤表层强降雨的淋洗作用极为明显,表层不同隔盐层的差异性不太明显,但离表层30cm处各隔盐层隔盐和抑制返盐的效果非常明显,设置炉渣隔盐层处理的电导率从5月份的591ms/m下降到了10月份的493ms/m,沙子隔盐层处理的电导率从558ms/m下降到501ms/m;离表层60cm处炉渣隔盐层从810ms/m下降到582ms/m,沙子隔盐层从607ms/m下降到560ms/m。从减小电导率的幅度上来看,炉渣的隔盐效果好于沙子。     

加入不同量生物质炭盐渍化土壤盐分淋洗的差异与特征

生物质炭作为土壤调理剂,能够显著地改良培肥土壤,但对盐渍化土壤盐分淋洗的影响缺乏研究和了解。本研究采用土柱模拟试验,将蘑菇棒生物质炭按照不同的质量比(0%、2%、5%、10%),添加到内蒙古河套地区硫酸盐盐渍化土壤0～20 cm的土层中,并进行淋洗,测定淋出液和土壤盐分及主要盐分离子含量,以期了解生物质炭对土壤盐分和主要盐分离子洗脱的影响。结果表明:加入生物质炭的土柱,淋洗液出现的时间提前了5～36 d,电导率降低至5 mS cm-1缩短了41～100 d;生物质炭加入量越大,淋洗液出现的时间越早,电导率降低至5 mS cm-1所需的时间也越少。其中,生物质炭用量2%的处理,淋洗结束表层脱盐效果较好,含盐量与对照相比降低了34.25%。显然,向盐渍化土壤加入生物质炭,不仅能够缩短盐分洗脱时间,而且提高洗盐效率,但对盐分离子洗脱先后顺序及其速率,并没有表现出明显的影响。     

模拟酸雨条件下生物炭对污染林地土壤重金属淋失和有效性的影响

通过土柱淋溶装置,研究模拟酸雨条件下生物炭不同施用量(0,1%,2%和5%)对复合污染林地土壤重金属淋失和有效性的影响。结果表明,淋滤液pH值、电导率和溶解性有机碳含量均随生物炭施用量的增加而增加。生物炭施用不同程度地增加淋滤液中Cd、Cu和Zn的含量,相较于不施生物炭,1%,2%和5%生物炭施用量下Cd、Cu和Zn的累计淋失量分别提高28.3%~298.3%,25.3%~187.0%和27.5%~217.6%。不同处理间Pb的淋失总量无显著差异。生物炭的施用能使淋溶后土壤pH值提高0.03~0.09个单位,有效态Cd、Cu、Zn和Pb含量分别下降0.9%~6.5%,23.3%~30.6%,15.2%~24.2%和24.8%~31.8%。综合而言,酸雨作用下尽管生物炭能增加林地土壤中重金属的淋失量,但考虑到其淋失量远小于土壤中有效态重金属的减少量,生物炭仍可作为修复污染林地土壤的一种备选材料。     

不同隔盐措施对滨海盐碱地白蜡光合作用日变化的影响

为了探索不同隔盐措施对滨海盐碱地白蜡光合作用日变化的影响,为盐碱地造林树种及改良措施的选择提供理论依据,通过田间试验,以不设隔盐层为对照,研究了在栽植穴底部铺设炉渣和沙子作为隔盐层处理下白蜡光合作用的日变化。结果表明:铺设隔盐层可以显著降低土壤电导率;炉渣隔盐处理显著提高白蜡的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度;沙子隔盐处理可显著提高净光合速率,而对蒸腾速率、气孔导度的提高效果不及炉渣隔盐处理;两种隔盐处理均可降低非气孔因素对光合的限制。由于两种隔盐物质的物理性质不同,炉渣隔盐处理比沙子隔盐处理更能降低土壤电导率、促进光合作用。     

排水暗管间距对滨海盐土淋洗脱盐效果的影响

为合理设计盐碱土灌排改良工程,提高盐碱土改良效果,该文通过田间试验,研究了排水暗管间距对滨海盐土淋洗脱盐效果的影响。结果表明,漫灌淋洗期间,吸水管间距埋设越小,小区暗管系统稳定排水流量越大,淋洗初期的排水矿化度也越大,排水排盐效率越高;相同淋洗用水量下,3m间距小区田间各点土壤脱盐比较均一,6、9m间距小区田间各点土壤脱盐效率相差较大,3次淋洗后3个小区田间各点0~1m深土体土壤脱盐率分别在70.93%～73.40%、64.68%～77.47%、56.54%～78.78%;利用暗管工程技术参数估算方法预测了淋洗改良后田间各点土壤含盐量,不同间距吸水管上方0~1m深土体土壤含盐量预测值与实测值差异较大,其他各点差异较小,预测误差率在±10%左右。排水暗管间距对田面各点土壤脱盐效果影响很大,盐碱土灌排改良应合理设计暗管间距和采取有效的淋洗措施。     

施用生物炭对云南烟区典型土壤养分淋失的影响

土壤养分尤其是氮、钾的淋失是制约云南烟叶生产可持续发展的重要因素之一。近些年来的一些研究表明,生物炭在减少土壤养分淋失方面有着很好的应用效果。然而,关于生物炭在云南植烟土壤上的应用效果研究报道较少。本文基于土柱淋洗模拟试验,研究了添加生物炭对南方紫色土、赤红壤和黄棕壤硝态氮、磷、钾养分淋失的影响,以期为生物炭的合理广泛应用提供理论依据。研究结果显示,添加生物炭后,紫色土、赤红壤和黄棕壤的硝态氮淋洗总量分别减少16%、14%和22%;紫色土、赤红壤的磷素淋洗总量分别减少41%和32%,黄棕壤磷素淋洗总量变化不明显;紫色土和黄棕壤的钾素淋洗总量分别增加19%和23%,赤红壤的钾素淋洗总量变化不明显。研究表明,施用生物炭是控制云南植烟土壤氮磷淋失的有效措施。     

外包土工布暗管排盐条件下水盐运移规律

为揭示外包土工布暗管埋设在非饱和带时淋洗后水分和盐分的运移规律,该文设计了模拟暗管排水的室内试验,研究2种土壤初始状态下(非饱和状态和田持状态),排水初期暗管与地下水位的相对位置及其排水排盐情况,从开始淋洗至暗管停止排水全过程中地下水埋深及含盐量变化规律、暗管的排水排盐效果及土壤剖面的水盐动态运移规律。结果表明:在暗管周围包裹土工布的情况下,土壤初始状态无论是非饱和还是田持,当暗管开始排水时地下水均已完全淹没暗管,此时的排盐量最大,流量呈先增大后减小的变化趋势,且地下水位先升高后降低,地下水含盐量随着淋洗水量的增加由累积转变为脱盐。对比淋洗非饱和土壤(试验1)和淋洗田持土壤(试验2)的试验结果,试验2中暗管的排水、排盐效果优于试验1,在试验1中淋洗非饱和土壤时,土壤脱盐率在垂直方向上随土壤深度的增加逐渐降低,0~20 cm土层的脱盐率(>85%)最大,降至无盐水平,暗管周围土壤脱盐率相对较小(<60%),仍处于中度盐渍化水平;水平方向上,0~20 cm土层的脱盐率差异不大,20~40 cm土层中距暗管越远其脱盐率越小。试验2在试验1基础上进行,淋洗田持土壤时,0~20 cm土层盐分不再变化,30~40 cm土层的脱盐率增大(>60%)。此外,试验1中淋洗脱盐效果大于暗管排盐效果,暗管主要排出暗管以上土壤盐分;试验2中暗管排盐效果增强,暗管不仅排出暗管周围土壤盐分,而且排出暗管以下土层及地下水中盐分,随着淋洗水量的增加,土壤由脱盐型转变为排盐型。研究结果表明外包土工布暗管的应用效果受地下水与暗管相对位置的影响,合理提高淋洗水量可以增强暗管排水排盐效果及土壤脱盐效果,有效改善土壤盐渍化。研究结果可为西北内陆干旱地区不同地下水埋深条件下暗管排盐技术的推广和应用提供理论支撑和科学指导。     

暗管排水控制区土壤盐分淋洗研究

通过田间试验(田间试验共3个小区,分别铺设间距3,6,9m,埋深1.2m的排水管;漫灌淋洗分3次进行,总淋洗水量105.5cm)研究暗管排水措施对滨海盐土漫灌淋洗脱盐规律的影响。结果表明:漫灌淋洗下,3个小区土壤脱盐规律基本一致;淋洗结束后,3个小区0-100cm土体土壤平均脱盐率相差不大,分别为72.17%,71.17%和67.73%。暗管间距越大,排水控制区不同地段土壤盐分淋洗效果空间差异越大;暗管间距3m小区不同地段土壤淋洗脱盐比较一致;暗管间距6,9m小区内,距暗管水平距离越近地段土壤盐分淋洗效率越高。3个小区不同地段土壤淋洗脱盐特征均能较好地用盐分淋洗曲线方程拟合;应用淋洗曲线方程计算3个小区不同地段0-100cm土体达到改良目标的淋洗用水量可知,暗管间距越大,土壤淋洗用水量空间差异越大,采用全区域漫灌使控制区土壤完全改良浪费的水资源量也越大。     

不同生物炭添加量下植烟土壤养分的淋失

【目的】我国南方植烟土壤养分淋失严重尤其是氮、钾,不仅造成资源浪费和潜在环境威胁,还严重制约了烟叶的可持续生产。生物炭比表面积大、孔隙多、稳定性强,施入土壤后可增加对养分的吸附,延长肥效和减少养分损失。本文研究了添加不同水平生物炭对植烟土壤硝态氮、磷、钾养分淋失的影响,为充分发挥生物炭提高养分利用率的作用提供依据。【方法】采用土柱淋洗模拟方法,试验共设5个处理,包括不施肥对照(CK)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾肥+10%生物炭(10%B)、氮磷钾肥+20%生物炭(20%B)、氮磷钾肥+40%生物炭(40%B),每个处理重复4次,随机排列。【结果】不同生物炭添加量下,土壤硝态氮、磷、钾的淋失量在培养期间呈先增加后减少的趋势。与NPK处理相比,添加生物炭处理在培养21天之后减少了硝态氮淋失量,在整个培养期间延缓和减少了磷的淋失量;与NPK处理相比,10%B、20%B和40%B处理硝态氮淋失总量分别显著降低13%、18%和25%,磷素淋失总量分别显著降低46%、61%和73%,10%B和20%B处理的钾素淋洗量略高,但差异未达显著水平,而40%B处理的钾素淋洗量则显著高于前3个处理,比NPK处理高47%。培养结束后,由于生物炭本身偏碱性,随着生物炭添加量的增加,土壤p H显著升高。表明添加生物炭条件下,土壤硝态氮淋失量的减少主要是生物炭的吸附作用所致;磷素淋失量的减少除了与生物炭的吸附作用有关外,也可能与土壤p H的升高有关;钾素淋失量的增加可能与生物炭本身携带的钾素有关。施用生物炭对土壤硝态氮、磷、钾养分淋失影响的机制还需进一步验证。【结论】施用生物炭能够有效减少植烟土壤硝态氮和磷素的淋溶损失,进而节约氮、磷肥料和提高养分利用效率,降低地下水污染风险,促进烟叶可持续优质生产,在一定范围内其施用量越高效果越好。生物炭的适宜添加量还需综合考虑氮磷钾3个元素的淋失而继续试验。     

不同改良措施下新疆重度盐渍土壤盐分变化与脱盐效果

为了比较盐渍化土壤不同改良措施的治理效果,以新疆新开垦的重度盐渍化农田为研究对象,设置5个处理分别为农业改良措施、根区隔盐+农业改良措施、暗管排盐+农业改良措施、化学改良+农业改良措施和天然对照区,通过3 a的试验研究土壤盐分运移的影响因素、动态变化与不同改良措施脱盐效果。结果表明:人为灌溉、农田蒸散量、地下水埋深与土壤盐分均达到极显著相关,生育期灌水对耕层土壤盐分影响最大,相关系数为-0.871。整个改良过程中农业改良措施处理表层和底层盐分含量较高,根区隔盐处理盐分表聚现象明显,暗管排盐、化学改良处理均表现出底层盐分明显高于表层。从各处理3a的脱盐效果来看,第1年脱盐效果均不理想,第2年脱盐率显著提升,其中根区隔盐和暗管排盐处理各土层脱盐率均超过44%,改良效果最好,由于土壤总盐分含量减少第3年各措施脱盐率明显降低。总体来看,各改良措施均能够有效降低耕层土壤盐分,根区隔盐、暗管排盐处理在0~80 cm耕层脱盐率分别为61.33%、59.37%,优于其他处理;化学改良处理0~40 cm土层脱盐效果优于底层,其脱盐率为55.32%,明显高于农业改良处理的脱盐率45.42%,但0~80 cm土层脱盐率2处理间差异不大。新疆盐碱化程度重,农田根区隔盐、暗管排盐工程改良结合农业深耕、秸秆还田、增施有机肥等措施是综合治理重度盐渍化土壤的有效途径,研究结果能够为新疆干旱区盐渍化土壤有效改良和合理开发利用提供理论依据和参考。     

基于渗流槽试验的吸附性外包滤料改善暗管排水脱盐效果

农田暗管排水再利用是缓解西北干旱、半干旱地区灌溉水资源短缺的有效途径,而外包滤料的结构与性状是改善暗管出流水质的关键。利用自行研制的渗流槽物理模型试验设备,将取自宁夏银北暗管排水项目区的土样,结合当地盐渍化土壤特征进行重新配置,以吸附性材料代替传统砂滤料,设置了仅敷裹土工布和外裹土工布+10 cm混合滤料两种暗管外包滤料,模拟研究冬灌淋洗盐分条件下,外包滤料结构型式对暗管排水区土壤水盐运移状况的影响及其出口水质状况。监测结果表明:淋洗试验初期,渗水逐渐浸润土壤,土壤中的盐分随水流垂直向下迁移并积聚于暗管周围,即埋深60～90 cm的土层中。淋洗中期,饱和带浸润水位自下而上逐渐上升,仅敷裹土工布的暗管,当饱和带水位超过暗管轴线位置时便开始排水,而包裹混合滤料的暗管,在饱和带水位达到暗管顶部后才开始排水。仅敷裹土工布时土壤整体的平均脱盐率比铺设混合滤料时的小11.45个百分点,两轮淋洗试验后,进入铺设混合滤料暗管水样的平均矿化度较仅敷裹土工布时的水样检测值分别降低了1.89和1.21 g/L,且其暗管排水流量亦明显增大。淋洗后期,试验系统停止供水后,受重力疏干排水滞后效应影响,当饱和带浸润...     

聚丙烯酰胺改性生物质炭对盐碱化土壤盐分洗脱的影响

为了提升生物质炭对滨海盐碱土壤盐分的洗脱效率,以海兴县盐碱土为研究对象,利用聚丙烯酰胺(PAM)、小麦秸秆生物质炭(BC)、黏土矿物(M)等材料制备聚丙烯酰胺改性生物质炭(PAM-BC),通过室内模拟淋溶试验研究对比不同环境材料对盐碱土盐分的洗脱效果。结果表明,相比于CK处理,PAM、BC和PAM-BC、CaSO₄(CS)处理均显著增加土壤盐分洗脱量,其中PAM-BC处理下增幅最高,达到12.3%。进一步对淋洗液中主要盐分离子分析,添加PAM-BC显著促进土壤Na⁺和Cl^-的洗脱,增幅分别为11.0%～27.3%和17.8%～42.3%。主成分分析表明,PAM-BC增强对主要盐分离子的洗脱效果。土柱淋溶结束后,PAM-BC添加处理土壤全盐量比其他处理显著降低6.0%～16.7%。此外,土壤水分特征曲线表明,添加PAM-BC提升盐碱土壤的保水性。研究结果可为聚丙烯酰胺改性生物质炭应用于滨海盐渍化土壤的降盐改土提供理论依据。     

Short-term effects of biochar and gypsum on soil hydraulic properties and sodicity in a saline-alkali soil

Salt and sodicity of saline-alkali soil adversely affect the construction of ecological landscapes and negatively impact crop production. The reclamation potential of biochar (BC, wheat straw biochar applied at 1% by weight), gypsum (G, 0.4% by weight), and gypsum coupled with biochar (GBC) was examined in this laboratory-based study by evaluating their effects on a saline-alkali soil (silt loam) with no amendment as a control (CK). Saline ice and fresh water (simulated rainfall) were leached through soil columns to investigate changes in salt content, sodium adsorption ratio (SAR), alkalinity, and pH of the leachate and the soil. Results showed that saturated water content and field water capacity (FWC) significantly increased by 4.4% and 5.6%, respectively, in the BC treatment after a short incubation time. Co-application of biochar and gypsum (GBC) increased soil saturated hydraulic conductivity (Ks) by 58.4%, which was also significantly higher than the sole addition. Electrical conductivity (EC) of the leachate decreased sharply after saline ice leaching; subsequent freshwater leaching accelerated the removal of the rest of the salts, irrespective of the amendment application. However, the application of gypsum (G and GB) significantly enhanced the removal of exchangeable Na+ and reduced leachate SAR. After leaching, the soil salt content decreased significantly for all treatments. The application of gypsum resulted in a significantly lower soil pH, exchangeable sodium percentage (ESP), SAR, and alkalinity values than those recorded for the CK and BC treatments. These results demonstrated that the co-application of gypsum and biochar could improve saline-alkali soil hydraulic conductivity and decrease leaching-induced sodicity over a short period.     

控制暗管排水下土壤剖面水盐分布与变化特征

控制暗管排水可改变土壤水盐运移从而影响灌区盐渍化程度和土壤水分状况。为探讨土壤水盐分布与变化及其受控制排水与间距的影响,以河套灌区义长试验站暗管排水试区为对象,选取玉米生长期内典型灌溉周期开展研究。分析了控制排水及其间距变化下土壤水盐剖面静态分布与动态变化及灌水前后土壤水盐变异特性。结果表明:与自由排水比,控制排水提高了土壤剖面8.27%的相对含水率,增大了灌水期的含水率增幅,减少了间歇期的含水率降幅;控制排水还提高了土壤剖面盐分的分布均匀性,灌后的水平与垂向变异系数分别降低了45.88%和32.55%;同时,控制排水降低了土壤剖面36.73%的盐分含量,增大了灌水期29.17%的剖面脱盐区域,减少了间歇期14.29%的剖面积盐区域。控制排水基础上减少间距降低了灌水期的含水率增幅并增加了间歇期的含水率降幅,提高了灌前土壤盐分的水平分布均匀性却降低了灌后土壤盐分的水平分布均匀性。控制排水较高的盐分分布均匀性和脱盐效率及保墒效应有助于控制土壤次生盐渍化和提高农业用水效率。     

不同温度制备的棉花秸秆生物碳对棉花生长及氮肥利用率(~(15)N)的影响

【目的】生物碳可提高土壤肥力,增强土壤对养分的保持能力,减少养分损失,提高肥料利用率。研究不同温度热解制备的生物碳对棉花生长和肥料利用率的差异,可以为提高生物碳的有效利用提供依据。【方法】供试生物碳由棉花秸秆分别在450℃、600℃和750℃高温限氧条件下热解制备而成。本试验为两因素(生物碳、氮)温室盆栽试验,生物碳处理包括3种不同热解温度生物碳处理(分别以450BC、600BC、750BC表示)和1个空白对照(CK);每个生物碳土壤设置3个施氮水平0、2.1和4.2 g/pot(分别以N0、N1、N2表示),用15N同位素示踪方法分析不同施氮水平下3种热解温度生物碳对棉花生长、15N回收和淋洗损失的影响。【结果】1)施用3种生物碳处理棉花干物质重总体表现为750BC600BC、450BCCK,450BC、600BC和750BC处理分别较对照平均增加了9.2%、12.6%和17.3%;并且棉花总干物质重随施氮量的增加而增加,但生物碳作用随之降低;2)3种生物碳处理棉花氮素吸收总量总体也表现为750BC600BC、450BCCK。不施氮肥条件下(N0),600BC和750BC处理棉花氮素吸收总量显著高于CK,但450BC处理与与CK无显著差异;施氮肥条件下(N1、N2),3种生物碳处理均显著高于CK,450BC、600BC和750BC处理棉花氮素吸收总量平均较CK分别增加29.5%、37.1%和48.8%;3)15N标记试验结果表明,450BC、600BC和750BC处理植株15N回收率显著高于对照,分别较CK平均提高27.46%、36.44%和42.87%。而N1和N2水平下3种生物碳处理之间植株15N回收率均没有显著差异;4)450BC、600BC和750BC处理土壤15N残留率分别较对照平均增加101.4%、147.3%和200.7%。土壤15N残留率在N1水平下随着生物碳热解温度的升高而增加,而在N2水平下750BC处理显著高于450BC和600BC处理,但是后二者之间没有显著差异。土壤15N残留率随着施氮量的增加而降低;5)施用生物碳可以显著降低土壤15N的淋洗,并且不同施氮水平下(N1、N2)淋洗率都随着生物碳热解温度的升高而降低。【结论】施用生物碳可促进棉花生长,增加棉花氮素吸收,提高氮肥利用率,降低氮素损失,并且生物碳的热解温度越高效果越明显;但是随着氮肥施用量的增加生物碳作用减弱。     

镁肥与添加剂施用后土壤镁迁移与淋洗特征研究

通过室内土柱试验,模拟了镁肥及不同用量添加剂包括生物质炭、有机肥、石灰施用土壤后镁素的有效性及迁移淋溶特征。结果表明:施用添加剂后均不同程度提高施肥土层(0~15 cm)土壤pH。施用镁肥、生物质炭、50%需求量石灰与3.3、6.6 g/kg有机肥后,施肥土层交换性镁含量显著增加,而10 g/kg有机肥与100%、200%需求量石灰施用则降低施肥土层交换性镁含量;各处理土壤表层交换性镁含量范围为14.61~126.03 mg/kg。施用有机肥与石灰后,镁的迁移能力增强,未施用肥料添加剂土层(15~50 cm)土壤交换性镁含量占土柱总量的64%~86%,而对照处理仅为62%。施入生物质炭后,镁淋失量最高,且与施用量呈正比;施用石灰则降低土壤镁淋失,与对照处理相比,最高可降低7.95%;施用有机肥镁淋失率最高为46.58%,固定率最低为49%;施用生物质炭后镁释放量最高为507.4 mg,与添加量呈正比,而石灰、有机肥处理镁释放量为101~156 mg。综合分析,施用生物质炭后,镁释放量与土壤有效镁含量最高;施用石灰后,镁淋失量最少,淋失率最低。