农业措施对玉米季坡耕地水沙过程的调控效应

为明确侵蚀性降雨条件下不同农业措施对玉米季坡耕地水沙过程的影响及减沙效应,通过自然降雨条件下径流小区观测试验,研究顺坡耕作(CK)、横坡垄作(CT)、横坡垄作+秸秆覆盖(CT+SM)、横坡垄作+地膜覆盖(CT+PM)、横坡垄作+有机质输入(CT+OM)5种农业措施对紫色土玉米季坡耕地径流深、径流系数、径流曲线数、产沙量、土壤可蚀性指标的综合影响。结果表明,历次降雨事件CK径流系数变幅为18.89%~32.23%,CT+OM和CT+PM显著削减了径流量和产沙量,径流量较CK减少15%~35%、泥沙量减少12%~75%。土壤可蚀性指标随降雨量和径流量增加均呈增加趋势,但增加幅度随着降雨量或径流量的增加而减小;土壤可蚀性与地表径流量之间呈幂函数递增关系,确定系数R2为0.70~0.87(p0.05);土壤可蚀性与降雨量呈对数曲线关系,R2为0.85~0.91(p0.05)。历次降雨横坡各处理土壤可蚀性指标(Kw)显著低于顺坡垄作,CT和CT+OM的Kw均值分别为0.025kg·m~(-2)·mm~(-1)和0.023 kg·m~(-2)·mm~(-1),与CK相比平均分别减小17%和24%;CT+PM和CT+SM的Kw值最小,均值分别为0.021 kg·m~(-2)·mm~(-1)和0.018 kg·m~(-2)·mm~(-1),与CK相比分别减小29%和38%。综上,横坡垄作增加地膜覆盖或秸秆覆盖是控制紫色土玉米季坡耕地地表径流、降低土壤可蚀性的有效措施。本研究为控制紫色土玉米季坡耕地水土流失、削减农业面源污染负荷提供了理论依据。     

秸秆覆盖和配施有机肥对侵蚀坡耕地土壤胞外酶化学计量特征的影响

【目的】土壤胞外酶化学计量特征能够反映养分的有效性和限制性,探究侵蚀生境有机物料添加对耕地土壤酶活性特征的影响,从微生物作用机制认识坡耕地的退化诱因。【方法】研究在我国西南紫色土丘陵区坡耕地观测径流小区进行,试验已进行了8年。设置4个保护性措施处理：无秸秆覆盖无有机肥添加对照(CK)、有机肥替代20%化肥氮(OM)、秸秆覆盖替代20%化肥氮(SW)、秸秆覆盖+有机肥替代20%化肥氮(OMSW)。采集侵蚀区和沉积区0—20 cm耕层土样,测定土壤胞外酶活性和颗粒组成及土壤不同形态C、N、P含量,分析土壤胞外酶化学计量特征、土壤养分化学计量比和土壤可蚀性因子的关联性。【结果】坡耕地各处理沉积区土壤β-葡萄糖苷酶(BG)、乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、碱性磷酸酶(AKP)活性分别显著高于侵蚀区52.31%、50.60%、16.97%、13.11%。土壤胞外酶活性计量比约为1∶0.79∶1.13,偏离1∶1∶1,4种处理的土壤酶活性表现为SW>OMSW>CK>OM。4种处理矢量角度均表现为侵蚀区>沉积区(P<0.05),矢量长度表现为侵蚀...     

施肥制度对川中丘陵区玉米不同生育期土壤反硝化酶活性的影响

通过对川中典型紫色土区玉米坡耕地进行不施肥(CK)、单施氮肥(N)、单施有机肥(OM)、NPK肥配施(NPK)、有机肥+NPK肥配施(OMNPK)和秸秆+NPK肥配施(RSDNPK)6种施肥处理,测定了玉米拔节期、灌浆期和成熟期土壤硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)和羟胺还原酶(HyR)活性。结果表明,在玉米拔节期、灌浆期和成熟期,N、OM、NPK、OMNPK和RSDNPK处理均提高了土壤NR、NiR和HyR活性,且RSDNPK和OMNPK处理的效果最好。这表明,秸秆+NPK肥配施和有机肥+NPK肥配施能有效提高紫色土区坡耕玉米地土壤NR、NiR和HyR活性,能有效提高作物对氮元素的利用率。     

不同施肥制度下紫色土坡耕地氮素流失特征

利用野外径流小区试验,比较了川中紫色土丘陵区12种不同施肥制度下坡耕地侵蚀产沙特征和氮素迁移特征。结果表明,在单次降雨量达到44 mm时,相对于不施肥而言,农家肥配施化肥分别降低坡地径流与侵蚀量68.2%,67.3%,秸秆还田配施化肥分别降低80.3%,92.6%。不同施肥制度下随地表径流迁移的颗粒态氮占总氮的比例大部分都在60.0%以上。坡耕地平衡施肥能降低坡耕地土壤氮素随径流的损失,增施了磷、钾肥后,总氮迁移量分别降低了41.0%和46.1%。与不施肥相比较,农家肥配施化肥减少径流总氮69.0%,秸秆还田配施化肥减少90.5%。     

不同施肥及秸秆还田对潮土有机质及其组分的影响

基于长期田间定位试验样地,研究了裸地(CK1)、不施肥秸秆移除(CK2)、不施肥秸秆还田(CK3)、施无机肥秸秆移除(NPK)、有机无机肥混施秸秆移除(1/2NPK+1/2OM)、有机肥秸秆移除(OM)、无机肥秸秆还田(NPK+S)、有机肥秸秆还田(OM+S)8种处理对土壤有机质及其组分含量的影响。结果表明,CK1土壤有机质及有机质各组分含量最低,但有机质稳定性较CK2、CK3高。与CK2相比,施肥处理(NPK、1/2NPK+1/2OM、OM)、秸秆还田处理(CK3)以及秸秆与肥料混施处理(NPK+S、OM+S)均能不同程度地增加土壤有机质及其各组分的含量,提高土壤有机质稳定性。其中OM处理效果最为显著,有机质含量比CK2高155.1%;有机质各组分中可溶性有机质DOM、富里酸FA、胡敏酸HA、胡敏素HM比CK2分别高39.1%、133.7%、540.0%、152.5%;HA/FA值为0.43,比CK2高173.9%。在CK3的基础上施用肥料(NPK+S、OM+S),土壤有机质含量以及有机质稳定性均有所增加,并且有机肥(OM+S)效果好于无机肥(NPK+S)。可见秸秆还田及有机肥施用对潮土有机质及其各组分含量均有提升作用,促进有机质积累并提高其稳定性。     

玉米秸秆覆盖对喀斯特坡耕地产流产沙过程的影响

通过原位小区模拟降雨试验,研究玉米秸秆覆盖对喀斯特坡耕地产流产沙过程的影响,试验处理分为3种典型小区(上坡位、中坡位、下坡位)和4种秸秆覆盖度(0、20%、50%、80%)。试验结果表明：秸秆覆盖能显著加快地表径流产流时间,尤其在土层较厚的小区最为明显,50%秸秆覆盖度的地表径流产流时间显著提前;秸秆覆盖能显著改变径流系数大小,尤其在20%覆盖度时地表径流系数降低效果最显著,同时增加了壤中流,但具有明显的空间异质性;秸秆覆盖下地表径流和壤中流径流强度随降雨时间的变化过程均表现为先迅速增加后逐步稳定,多数情况秸秆覆盖能够有效地降低达到稳定时的地表径流强度,其中20%覆盖度时的稳定地表径流强度最小,同时秸秆覆盖对稳定壤中流径流强度影响的空间异质性较大;玉米秸秆覆盖能够有效减少喀斯特坡耕地的地表侵蚀量,在50%覆盖度时减少地表侵蚀量效果最好,且在砾石较多的小区土壤侵蚀量较小。     

有机培肥对红壤坡耕地产流产沙的影响

采用侵蚀小区田间监测方法,研究秸秆覆盖、生物质炭和猪粪等有机物料添加对红壤坡耕地产流产沙的影响。结果表明:2015年红壤坡耕地侵蚀量达到36 t/hm~2,78%~86%发生在花生季,达到中度侵蚀。与对照(CK)处理相比,单施化肥(NPK)处理没有降低产流产沙(P0.05)。与NPK处理相比,秸秆覆盖(NPK+Str)处理显著降低了产流产沙(P0.05);生物质炭(NPK+BC)处理显著降低了产流(P0.05),但是减沙效果不明显(P0.05);猪粪(NPK+SM)处理尽管提高了地表径流(P0.05),但是显著降低了产沙(P0.05)。秸秆资源在该区匮乏,秸秆覆盖难以推广。生物质炭的团聚能力弱,颗粒小,质量轻,易随水流失,在坡耕地上改良效果不明显。猪粪在该区资源丰富,不但提高土壤肥力,促进了团聚体形成,而且水土保持效果好,是该区农业生态环境可持续发展的重要措施之一。     

不同复合种植模式对土壤可蚀性K值与侵蚀量的影响研究

采用野外调查与室内分析相结合的方法,把4种农作物引入复合种植模式中,以土壤可蚀性K值、径流量、侵蚀量为指标,对紫色土区不同复合种植模式与水土流失特征的关系进行分析和研究.研究结果表明:(1)与单一的种植模式相比,不同复合种植模式使水土流失敏感性增强,K值增大,土壤容易被侵蚀.(2)土壤可蚀性K值与土壤砂粒含量呈极显著负相关,相关系数为-0.957;与土壤黏粒含量、有机C含量呈负相关,相关系数分别为-0.191,-0.637;与粉粒含量呈显著的正相关,相关系数为0.986.黏粒及有机质含量的高低是反映紫色土区土壤抗侵蚀能力强弱的有效指标.(3)与柚子纯林种植模式相比,复合种植模式的径流截留效益显著.综合各项指标发现,柚子—粉葛复合模式抗侵蚀效果最好,最适宜推广种植.     

不同培肥措施对红壤坡耕地土壤有机碳流失的影响

基于侵蚀小区三年的田间监测(2015—2017年),分析不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥与秸秆覆盖(NPK+Str)、化肥与生物质炭(NPK+BC)、化肥与猪粪(NPK+OM)等五种培肥措施对红壤坡耕地水土流失及其有机碳流失的影响。结果表明,不同培肥措施地表径流表现为NPK+BCCKNPKNPK+OMNPK+Str(P0.05),泥沙流失量表现为CK、NPK+BC、NPKNPK+OMNPK+Str(P0.05),约有69%～83%径流和70%～90%侵蚀发生在花生生长季(4—8月)。与NPK相比,NPK+Str、NPK+BC和NPK+OM均显著增加泥沙有机碳含量(P 0.05),而有机碳流失总量以NPK+BC处理最多(C 52.1 t·km~(-2)·a~(-1)),NPK+OM和NPK+Str最少。泥沙中有机碳含量无明显的季节变化,但是78%以上泥沙有机碳流失量发生在花生生长季。说明NPK+Str和NPK+OM的培肥措施能有效减少红壤坡耕地土壤侵蚀,阻控有机碳流失,而NPK+BC由于生物质炭颗粒小、密度低而易流失,阻控土壤侵蚀效果并不显著。     

秸秆还田阻控黑土侵蚀机理及效应

东北黑土区土壤侵蚀强烈发育,导致黑土地严重退化,直接威胁区域生态安全和国家粮食安全。秸秆还田是黑土区广泛采用的保护性耕作措施,具有明显的阻控土壤侵蚀、抑制土壤退化、提升退化黑土地生态生产功能的作用。本文在系统分析秸秆还田阻控细沟间、细沟、浅沟与切沟侵蚀机理,综合评价秸秆还田水土保持效应的基础上,提出了未来研究亟待加强的重点内容。秸秆还田阻控侵蚀的机理与侵蚀类型直接相关。秸秆覆盖消减降雨动能、抑制土壤物理结皮发育、维持土壤入渗性能、增加地表随机糙率、降低坡面径流流速、减小径流挟沙力和剪切力,是秸秆还田阻控细沟间和细沟侵蚀的直接作用。秸秆分解改善土壤理化性质、促进团聚体发育并提升其稳定性,引起作物生长特性变化,导致细沟间土壤可蚀性和细沟土壤可蚀性降低,土壤临界剪切力增大,是秸秆还田阻控细沟间和细沟侵蚀的间接作用。尽管秸秆还田阻控浅沟和切沟侵蚀的作用不如细沟间和细沟侵蚀那样直接,但仍可通过减小集水区径流侵蚀动力来降低浅沟和切沟发育风险。秸秆还田具有显著的水土保持效应,减流和减沙效益分别为28.0%~95.1%和40.3%~99.7%。但受不同试验条件差异的影响,研究结果可比性较差。未来亟需加强秸秆还田增加地表糙率与径流阻力、降低径流挟沙力水力学机理,土壤抗蚀性能对秸秆还田驱动土壤理化性质变化的响应机制,秸秆还田水土保持效应受土壤类型与坡度的影响及主控因素,秸秆还田阻控侵蚀的长期效应与空间分异,以及秸秆还田技术影响土壤侵蚀过程与机理等研究,为遏制黑土地退化、维持黑土区生态安全、保障国家粮食安全提供理论和技术支撑。     

黔西喀斯特区秸秆覆盖对坡耕地产流产沙特征的响应

基于2018-2019年野外径流小区定位观测资料,以玉米单作无秸秆覆盖处理(M0)为对照,探索了玉米单作处理和不同秸秆覆盖量(M1~M5,1111,2222,3889,5556,6944 kg/hm^2)对贵州省黔西喀斯特区坡耕地产流产沙特征的影响。结果表明:(1)不同降雨等级下,秸秆覆盖具有较好的水土保持效果,并随覆盖量的增加,产流、产沙总量逐渐减少,但M4与M5处理之间无显著差异(p>0.05);(2)玉米苗期—拔节期各处理产流和产沙量大于后2个阶段,并且各阶段各覆盖处理产流产沙均低于对照;(3)秸秆覆盖对地表产流产沙影响显著,与对照相比,年均径流深减少21.85%~50.46%,土壤侵蚀模数减少50.10%~85.87%;(4)随着秸秆覆盖量的增加,各处理产流、产沙呈下降趋势,但当秸秆覆盖量超过5556 kg/hm^2后,继续增加秸秆至6944 kg/hm^2时,水土保持效果变化不明显。秸秆覆盖是控制喀斯特地区坡耕地水土流失的有效途径,6000 kg/hm^2左右的覆盖量即可起到较好的水土保持效果。     

耕作措施及雨强对南方红壤坡耕地侵蚀的影响

选择典型南方红壤区平均坡度为10°的坡耕地小区进行天然降雨观测,对横坡耕作、顺坡耕作、顺坡耕作+植物篱、稻草覆盖4种耕作措施在侵蚀过程中的径流泥沙和养分流失特征进行研究。结果表明,监测期间,径流深和泥沙流失量基本随雨强的增大而增加。随着耕作措施由顺坡耕作向顺坡耕作+植物篱、横坡耕作、稻草覆盖的转换,减流效益、减氮效益和减磷效益依次增大。稻草覆盖措施减流效益最佳,为91.77%;横坡耕作措施减沙效益最佳,为98.91%;稻草覆盖、横坡耕作和植物篱3种措施在防治高强度降雨引发的土壤侵蚀和养分流失具有较高的效益。耕作措施对泥沙粒径分布有影响。与顺坡耕作、横坡耕作相比,植物篱和稻草覆盖措施能够更有效地拦截径流中的粗颗粒。该研究可为南方红壤丘陵区坡耕地选择合适的耕作措施和防治农业非点源污染提供依据。     

秸秆覆盖对西南喀斯特坡地幼龄橘园产流产沙的影响

喀斯特坡地幼龄橘园人为扰动剧烈,容易发生土壤侵蚀。秸秆覆盖是坡地常用的水土保持措施,但其在喀斯特坡地橘园的水土保持效益还不清楚。通过人工土槽模拟降雨试验,研究了水稻秸秆覆盖对喀斯特坡地幼龄橘园产流产沙的影响,试验设置了2个雨强(60 mm/h和120 mm/h)和4种水稻秸秆覆盖度(0,20%,50%和80%)。结果表明:(1)秸秆覆盖减小地表径流的效果受降雨强度控制。在中雨强(60 mm/h)条件下,秸秆覆盖可以有效降低地表径流系数。在大雨强(120 mm/h)下,只有20%覆盖度可以减少地表径流系数;(2)在中雨强(60 mm/h)条件下,20%和50%的秸秆覆盖显著增加壤中流和地下径流量; 在大雨强(120 mm/h)条件下,20%的秸秆覆盖显著增加了壤中流量,50%和80%秸秆覆盖度对壤中流量影响不显著;(3)秸秆覆盖可以有效减少地表土壤侵蚀总量,地表土壤侵蚀总量与秸秆覆盖度呈负相关。(4)秸秆覆盖减弱了地表径流的携沙能力,在50%和80%秸秆覆盖度时地表径流的携沙能力得到显著减弱。结果可为喀斯特坡地幼龄橘园合理布设秸秆覆盖措施提供科学依据。     

The biological and physical role of mulch in the rehabilitation of crusted soil in the Sahel

Abstract. During three consecutive years (1993–1995) a split-plot design with three replications was used to study the biological and physical role of mulch in the improvement of crusted soil water balance and its productivity in the north of Burkina Faso. The main treatment was the use of an insecticide, to obtain plots with and without soil fauna (SF and NSF). The subsidiary treatment consisted of four mulch types randomly applied on subplots. These were straw of Pennisetum pedicellatum applied at 3 t ha⁻¹, woody material of Pterocarpus lucens applied at 6 t ha⁻¹ and composite (woody material and straw) treatments applied at 4 t ha⁻¹. In addition there was a control, with no mulch (bare plot). Data on soil faunal activity, runoff, sediment accumulation from wind blown soil, vegetation cover and vegetation dry matter yield were collected on all plots.
The biological activity (mainly termites) in mulched plots was the key element in the efficacy of mulching to rehabilitate crusted soil. Water infiltration and dry matter yield were statistically lower on NSF plots than on SF plots and runoff and dry matter yield were not different from the values obtained on bare plots. A significant correlation was found between runoff, all vegetation data and termite-voids. Sediment accumulation due to the physical barrier of the mulch was not found to be a significant factor in the improvement of vegetation performance and the reduction of runoff.     

稻草编织物覆盖对坡耕地红壤土壤侵蚀和养分流失的控制作用

采用田间小区试验,研究了稻草编织物覆盖在坡耕地红壤水土流失控制上的作用及其对玉米生长的影响。结果表明:在坡耕地红壤上,稻草编织物覆盖能有效抑制土壤侵蚀和养分流失,增加玉米产量。在种植玉米条件下,稻草编织物覆盖比无覆盖处理土壤的径流量和侵蚀量分别降低了38.40%和75.36%,比薄膜覆盖处理土壤的径流量和侵蚀量分别降低了15.41%和5.83%。稻草编织物覆盖侵蚀土壤流失的有机质、全氮、全磷和全钾分别占无覆盖处理流失量的12.04%,12.15%,12.11%和12.48%,薄膜覆盖处理则分别占无覆盖处理流失量的48.66%,52.55%,54.54%和53.37%。对坡耕地红壤地表径流、土壤侵蚀量和养分流失的控制作用效果为稻草编织物覆盖>薄膜覆盖>无覆盖。稻草编织物覆盖在降雨集中时期控制水土流失作用更为显著。稻草编织物覆盖和薄膜覆盖玉米产量分别比无覆盖处理增加8.05%和29.67%。     

Organic manure input and straw cover improved the community structure of nitrogen cycle function microorganism driven by water erosion

Water erosion process induces differences to the nitrogen (N) functional microbial community structure, which is the driving force to key N processes at soil-water interface. However, how the soil N transformations associated with water erosion is affected by microorganisms, and how the microbial respond, are still unclear. The objective of this study is to investigate the changes of microbial diversity and community structure of the N-cycle function microorganisms as affected by water erosion under application of organic manure and straw cover. On the basis of iso-nitrogen substitution, four treatments were set up: 1) only chemical fertilizer with N 150 kg ha^?1, P₂O₅ 60 kg ha^?1 and K₂O 90 kg ha^?1 (CK); the N was substituted 20% by 2) organic manure (OM); 3) straw (SW); and 4) organic manure + straw (1:1) (OMSW). The results showed that applying organic manure and straw to sloping farmland can increase soil N contents, but reduce runoff depth, K_w, sediment yield and N loss, especially in the OMSW. Straw cover and straw + organic manure increased the diversity (Chao1) of nitrifier (AOB), and both diversity and uniformity (Shannon) of denitrifier (nirK/S) were increased in the OMSW. All erosion control measures reduced N-fixing bacteria diversity and increased their uniformity, and the combined application of organic manure and straw cover was a better erosion control measure than the single application of them. Improved soil chemistry and erodibility were the main drives for the changes of N-functional microbial community structure and the appearance of dominant bacteria with different organic materials.     

秸秆覆盖与平衡施肥对巢湖流域农田氮素流失的影响研究

通过野外径流小区观测试验,研究了巢湖流域旱地秸秆覆盖与平衡施肥条件下的径流、泥沙和氮素流失特征。结果表明,相对于当地传统耕作区,秸秆覆盖和平衡施肥能分别减少30.47%和21.61%的径流量,减少22.88%和20.59%的泥沙量,表现出显著的水土保持作用。当地传统耕作处理氮向水体迁移的负荷量为3.04 kghm-2,流失系数为1.35,其中溶解态氮是氮迁移的主要形式,其浓度占总氮浓度的60%~88%。秸秆覆盖与平衡施肥均能有效的降低径流氮的流失量,可分别降低27.42%和21.88%的氮流失,但其对径流氮浓度的影响却不明显。作物生长情况显著影响土壤氮素的流失,地上部分生物量与径流总氮的迁移量呈负相关关系。因此秸秆覆盖和平衡施肥可以作为源头控制农田养分流失的较好措施加以推广。     

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     

黑土区不同耕作措施的水土保持效益

为了探求黑土区坡耕地水土流失的有效防治措施,以吉林省伊通县毯子房小流域为典型试验研究区,采用野外观测与室内实验相结合的方法,对留茬、轮作和秸秆还田3种不同耕作措施下黑土区坡耕地的水土保持效益进行研究与分析。结果表明:1)对照处理产生径流量和泥沙量最大,秸秆还田产生侵蚀量最小,留茬、轮作和秸秆还田比对照处理径流量减少36.4%～66.7%,泥沙量减少75.2%～86.4%;2)与对照相比,留茬、轮作和秸秆还田3种不同措施下冲刷泥沙中土壤有机质质量分数分别减少56.6%,62.8%和81.4%,全氮质量分数分别减少53.3%,60.0%和80.0%,全磷质量分数减少38.5%,61.5%和84.6%,且不同处理下3种土壤养分流失总量均比对照减少85%以上。