模拟降雨条件下压砂地土壤水分入渗规律研究

为揭示压砂地土壤水分入渗特性,通过室内模拟降雨的方式,选取与野外大田相同配比的砂石覆盖和土壤,以裸地为对照(CK),研究了不均一介质覆盖条件下压砂地种植年限和降雨强度对土壤水分入渗过程的影响。结果表明,压砂地土壤水分入渗过程与CK相似;在相同降雨强度下,压砂地不同种植年限对累积入渗量有显著的影响,相同入渗时间内,压砂地累积入渗量均大于CK,而在不同种植年限压砂地之间,累积入渗量为NGM最大,MGM次之,OGM最小;对同一压砂地,不同降雨强度对累积入渗量也有显著的影响,在相同入渗时间内,随着降雨强度的增大,累积入渗量逐渐增大,随着压砂地种植年限增加,降雨强度的大小对土壤水分累积入渗量的影响将逐渐减弱;在不同种植年限和不同降雨强度条件下,压砂地土壤水分入渗速率的差异均不显著;Kostiakov入渗模型与Philip方程都可描述压砂地土壤水分入渗过程,但Kostiakov入渗模型拟合效果更好。     

西北旱区压砂地土壤水分入渗规律研究

基于野外大田试验,用灰色关联分析法和土壤水分入渗模型研究了裸地(CK)及不同种植年限压砂地土壤水分入渗规律。结果表明,土壤水分入渗能力依次为:新砂地中砂地老砂地裸地(CK),入渗初期新砂地入渗能力明显高于中、老砂地及裸地,压砂地入渗速率新砂地最高,中砂地、老砂地次之。裸地土壤水分入渗过程呈指数负相关,压砂地土壤水分入渗均呈幂函数负相关,土壤累积入渗量随着时间的推移呈幂函数正相关,相关系数介于0.976~0.996,Horton模型与Kostiakov模型均可描述压砂地土壤水分入渗规律,可以代表压砂地土壤水分入渗模型。根据灰关联度的大小,土壤水分入渗能力依次为:新砂地(1.000)中砂地(0.756)老砂地(0.729)裸地(0.622)。     

容重对土壤水分入渗能力影响模拟试验

通过人工改变土壤颗粒级配,配制典型砂壤、中壤、黏壤,并设置不同容重水平,用土柱积水入渗模拟了土壤容重对其入渗能力的影响,为土壤改良和促进天然降水转化利用提供理论依据。结果表明,容重对土壤入渗能力有较大影响。试验土壤入渗能力随容重增大递减,3种典型土壤稳定入渗速率与容重均呈对数负相关,砂壤120 min累积入渗量与容重呈幂函数负相关,中壤、黏壤则呈线性负相关。考斯加科夫入渗模型中,表征初始入渗速率的参数随容重增大递减,表征入渗能力衰减速度的参数则随容重增大递增,说明土壤初始入渗能力随容重增大递减,入渗能力衰减速度随容重增大递增。     

容重对红壤条件下涌泉根灌水分入渗能力影响

为研究红壤地区土壤容重对涌泉根灌水分入渗能力的影响,以江西红壤为例,采用室内试验,研究了不同容重条件下红壤涌泉根灌水分运移及其分布特性。结果表明:容重对土壤入渗能力有显著影响。随着容重的减小,湿润锋、累积入渗量、入渗率均呈增大趋势,且容重越小,减小的幅度越大。湿润锋、累积入渗量以及稳渗率与土壤容重均呈幂函数负相关关系;对于同一深度土层,土壤容重越大,对应的土壤含水率越小,在水分再分布过程中容重对含水率分布的影响逐渐减弱。通过Kostiakov入渗模型表明,土壤初始入渗速率随容重增大而减小,且容重越大,入渗能力的衰减速度也越快。研究结果可为涌泉根灌技术在红壤地区的推广应用提供理论依据。     

土壤容重对浑水膜孔灌单点源自由入渗特性的影响

为揭示土壤容重对浑水膜孔灌单点源自由入渗条件下土壤水分入渗特征的影响,通过开展不同土壤容重的浑水膜孔灌自由入渗试验,研究了土壤容重对浑水膜孔灌自由入渗能力、湿润体特征及土壤含水率分布的影响,提出了不同土壤容重的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量和稳定入渗率模型;建立了浑水膜孔灌自由入渗率、湿润锋运移距离与土壤容重的关系。结果表明:浑水膜孔灌自由入渗随着土壤容重的增大,单位膜孔面积累积入渗量、稳定入渗率以及水平湿润锋运移距离都逐渐减小;在相同入渗时间内,随着土壤容重的增大,距膜孔中心相同位置处的土壤含水率减小。该研究成果可为更深入的研究浑水膜孔灌自由入渗规律和浑水膜孔灌技术提供参考。     

气相阻力与土壤容重对一维垂直入渗影响的定量分析

分析了土壤容重和气阻对一维垂直积水入渗的入渗率、累积入渗量以及湿润锋的影响,并对入渗过程中土壤平均含水率增量进行了研究。容重和气阻均对入渗率、累积入渗量和湿润锋有明显的影响:容重增加导致累积入渗量减少的减渗率在入渗过程中为一常数,相对于容重为1.3g/cm3土壤的累积入渗量,容重为1.4g/cm3和1.5g/cm3土壤的减渗率分别为31.79%和52.03%。容重增加导致湿润锋减少的减渗率在入渗过程中并非一常数,受到了入渗时间的影响;气阻导致累积入渗量和湿润锋减少的减渗率随基准入渗量的增加而变大,受到了入渗时间的影响。对应于1.3,1.4,1.5g/cm3等3个容重土壤的积水入渗,入渗过程中土壤剖面平均含水率增量Δθ分别为0.377,0.3411,0.3137。     

宁夏不同种植年限下硒砂瓜土壤干燥化效应研究

通过对压砂地不同种植年限下土壤干燥化效应进行研究,为宁夏中部旱区压砂地可持续发展提供理论依据。在观测压砂3,8,12,16,25a的土壤含水量的基础上,分析比较不同种植年限下土壤含水量、水分过耗量、干燥化指数、干层厚度等土壤干燥化指标。结果表明:不同年限下0—600cm的土壤含水量、贮水量和有效贮水量的均值分别为11.24%,936.00mm和506.27mm;随种植年限的增加,0—600cm土层平均土壤含水量、贮水量呈递减趋势,水分过耗量逐渐增大;不同种植年限下土壤剖面含水量随土层深度的增加呈先减小后增大最后逐渐平稳的趋势;压砂地土壤干燥化系数为68.29%～162.36%,平均干层厚度为283.33cm,以中度和轻度干燥化强度为主;典型相关性分析发现,经纬度、种植年限、粉粒及砂粒含量等环境因子是影响土壤干燥化指数和土壤干层厚度的重要因素。     

宁夏环香山地区压砂地土壤肥力特征分析

以宁夏环香山地区农田压砂地为研究对象,对压砂不同种植年限(CK,1a,3a,5a,15a,25a)下的土壤肥力及其相关因子进行了研究。结果表明:农田压砂后能显著提高土壤贮水量,压砂不同种植年限下的土壤贮水量分别比农田CK提高了68.5%,50.12%,40.42%,60.03%,44.39%。受季节降雨的影响,压砂不同种植年限土壤贮水量的季节变化趋势相一致。农田压砂种植初期(1～5a)显著降低了pH值,随着种植年限的增加PH值含量基本呈增加趋势。农田压砂后明显降低了土壤全氮、全磷、有机质、碱解氮、速磷、速钾的含量,且随着种植年限的增加呈逐年下降的趋势。随着种植年限的增加西瓜产量呈明显下降趋势,农田压砂种植5～8a,10a,15a,20a分别比压砂种植1～3a产量下降了33.33%,38.89%,55.56%,71.11%。     

容重对不同有机质含量土壤水分入渗特性的影响

通过不同有机质含量的土壤入渗试验,分析有机质含量及容重对土壤水分入渗特性的影响.结果表明:容重对质地相同而有机质含量不同的土壤表现出不同的影响程度,对高有机质含量的土壤影响显著,有机质含量高的土壤在容重递增的过程中,土壤累积入渗量、湿润深度显著下降,稳定入渗率以乘幂形式迅速下降;有机质含量较低的土壤,容重增加对土壤入渗过程影响相对较小,容重增加时,其累积入渗量、入渗率、湿润深度也有不同程度的减小,但其减小的幅度范围较小,稳定入渗率呈平缓线性降低.采用Green-Ampt模型与Philip模型模拟不同容重及有机质含量的土壤饱和导水率结果与实测值吻合较好.     

保水剂对风沙土水分垂直入渗和含水量的影响

使用保水剂是有效利用和改良风沙土的重要途径。通过研究垂直入渗率、累积入渗量、渗吸持续时间、渗透系数4项入渗特征量以说明在5-7cm深度处层施保水剂对于风沙土水分垂直入渗的影响,测定入渗结束后土壤各层含水量以研究受试体系的水分垂直分布。结果表明,试验处理可使垂直入渗率在各时间点有不同程度减小,有3种保水剂处理累积入渗量均增加了42%左右(1%处理),渗吸持续时间增长了134%~390%,渗透系数减小了65%~85%,且4种变化趋势均随保水剂用量的增加而加剧。入渗结束后土壤水分垂直分布也发生明显变化：保水剂-土壤混合层含水量上升52%~178%,上层土壤含水量明显增加但下层土壤略微降低。研究表明,保水剂对风沙土水分垂直入渗和含水量影响十分明显。     

土壤侵蚀与土壤肥力

对土壤侵蚀与土壤肥力概念进行了阐述,分析了两者之间的关系,指出土壤侵蚀与土壤肥力之间的作用是相互的,侵蚀造成土壤肥力的丧失,而土壤肥力的丧失反过来又加剧侵蚀作用的加强.在此基础上,提出了治理土壤侵蚀和培育土壤肥力时应注意的问题与治理方法.     

土壤动物与土壤健康

土壤动物与土壤健康息息相关,土壤动物多样性和功能能够灵敏反映人类活动和气候变化引起的土壤扰动。同时,土壤动物还通过与生物和非生物组分间的相互作用对地上生态系统产生反馈作用。当前土壤动物在土壤健康评价体系中的应用相对较少,主要集中在土壤线虫、节肢动物和蚯蚓等类群,仍缺乏基于土壤动物的系统性评价指标。因此,本文围绕土壤动物在指示土壤健康方面的潜力,系统总结了现有基于土壤动物的土壤健康评价指标,强调未来应建立和完善土壤动物基因组信息数据库,挖掘土壤动物的功能性状,加强土壤食物网结构和生态功能的研究,建立集成土壤动物物种多样性、功能性状和土壤食物网的指标体系,从而促进土壤健康和生态系统的可持续发展。     

粗质地土壤坡度和前期含水量对土壤侵蚀的影响

利用野外模拟降雨试验,研究了粗质地土壤裸地和苜蓿地在不同坡度(5°,15°,25°)、不同前期含水量(低、中、高)条件下坡面降雨产流、产沙的过程及其特征,以此探究该区退耕还草效益。结果表明:3种坡度条件下裸地和苜蓿地的产流过程在不同前期含水量下均为先增大后趋于稳定,不同坡度之间的径流量差异不显著,但泥沙流失量随着坡度的增大而显著增加,在降雨过程中先增大达到峰值趋于稳定波动,裸地的波动幅度大于苜蓿地。2种处理的前期含水量对径流量以及平均入渗率的影响均达显著水平,裸地在相同的坡度下,前期含水量由低水平增加到中水平、低水平增加到高水平,径流量分别增加38.2%~52.8%,39.7%~42.8%,苜蓿地径流量分别增加27.3%~77.8%,45.5%~91.1%。坡度对泥沙流失量及含沙率影响显著,在相同的前期含水量下,裸地由5°增加到15°,15°增加到25°的泥沙流失量分别增加96.3%~268.7%,6.9%~40.3%,苜蓿地的泥沙流失量分别增加81.1%~384.2%,61.7%~169.9%。在相同坡度和前期含水量下,苜蓿地的径流量和泥沙流失量均显著低于裸地。研究结果表明粗质地土壤前期含水量和坡度显著影响坡地土壤侵蚀过程和总量,植被不但因为冠层拦截而减少径流,而且因为耗水量增加,降低了土壤前期含水量而减水减沙。     

水土保持与土壤质量评价

辨析了土壤侵蚀、水土流失和水土保持的概念和内涵。分析了水土保持与土壤质量的关系,认为水土流失会造成土壤的土层薄化、养分循环失衡、劣质化和贫瘠化、以及砂质化和砾质化,反之,土壤质量下降会降低土壤抗冲性和抗蚀性,进一步加剧水土流失,水土保持可以有效地改良和保持土壤质量。综述了土壤质量评价的研究进展,提出水土保持需要从保持土壤质与量的角度,在进一步弄清楚土壤质量演变过程与机理的基础上,尝试选择和建立适合的土壤质量指标与评价方法,并进行土壤质量动态监测与预测预警及对策的研究。     

不同地表条件下黑土区坡耕地侵蚀过程中土壤团聚体迁移

土壤侵蚀过程中,土壤团聚体的迁移反映了团聚体的破碎程度及径流的搬运能力,直接影响着侵蚀强度.以东北典型薄层黑土区耕层土壤为研究对象,采用模拟降雨试验方法,研究裸露休闲、纱网覆盖与秸秆覆盖3种地表条件下不同粒级(>5 mm,2～5 mm,1～2 mm,0.5～1 mm,0.25～0.5 mm和<0.25mm)土壤团聚体的迁移特征.结果表明:(1)纱网覆盖与秸秆覆盖具有削减径流和抑制侵蚀的作用,其中抑制产沙作用更明显,减沙率分别为75%和99%以上;(2)3种地表条件下,<0.25 mm团聚体是主要的流失粒级,其占到团聚体流失总量的50%以上;各粒级流失量均表现为:裸露休闲>纱网覆盖>秸秆覆盖;(3)纱网覆盖和秸秆覆盖下的团聚体粒级分布与裸露休闲的相比,差异较为明显的均是<0.25 mm粒级,该粒级流失量较裸露休闲的分别减少74.62%和99%;秸秆覆盖与纱网覆盖之间差异明显的是<0.25 mm与1～5 mm粒级,流失量较纱网疆盖的分别减少97.81%和86.03%;(4)秸秆覆盖下团聚体平均重量直径表现为最大;分形维数和平均重量比表面积均表现为:裸露休闲>纱网覆盖>秸秆覆盖.     

红壤和紫色土抗侵蚀性指标的计算方法研究

以长江流域主要侵蚀性土壤——红壤和紫色土为研究对象,以土壤可蚀性K值作为土壤抗侵蚀性指标,采用通用土壤流失方程计算得到人工模拟降雨试验下红壤和紫色土的抗侵蚀性指标,分别为0.325 2和0.276 3。应用侵蚀—生产力评价模型（EPIC）,根据上述两种土壤的理化性质计算其土壤抗侵蚀性指标,分别为0.313 8和0.266 8。分析比较这两种方法得到的土壤抗侵蚀性指标,最终得到侵蚀—生产力评价模型（EPIC）的修正系数（1.04）。     

黑土坡耕地土壤侵蚀对土壤性状的影响

黑土作为东北地区主要的耕作土壤,其结构性状对土地生产力影响极大。土壤侵蚀使肥沃的黑土层减薄,土壤理化性状不同程度地受到破坏和影响。根据黑土侵蚀现状,对不同侵蚀程度黑土坡耕地的养分状况、土壤田间持水量和渗透速度、抗蚀抗冲性能指标的测定分析发现,黑土侵蚀程度由轻度到重度,土壤有机质等养分含量越来越低;土壤蓄渗水能力逐渐减小;土壤抗蚀抗冲性能亦逐渐降低。黑土坡耕地土壤侵蚀程度的加剧,使得土壤有机质含量减少,保肥供肥能力降低,土壤黏度加重,结构变劣,保水能力减弱,影响农作物的生长发育,势必对我国东北黑土区商品粮基地的重要地位构成严重威胁。     

苏打盐碱化土壤pH与团聚体中球囊霉素相关土壤蛋白含量的关系

球囊霉素相关土壤蛋白(Glomalin-related soil protein,GRSP)在土壤团聚体形成中起重要作用,与土壤团聚体稳定性正相关。土壤盐碱化破坏土壤结构,降低土壤中GRSP含量,但影响多大尺寸团聚体GRSP含量并不清楚。本文采集45个松嫩盐碱化草地土壤样品,通过干筛法分离出直径0.25、0.25~1和1~2 mm 3种不同粒级团聚体,采用Bradford法测定土壤中GRSP含量,并测定土壤盐碱化指标,经Pearson相关分析和前向选择变量多元线性回归分析,结果显示:土壤pH显著影响各粒级团聚体总球囊霉素相关土壤蛋白(T-GRSP)含量和难提取球囊霉素相关土壤蛋白(DE-GRSP)含量,二者存在显著负相关关系,特别是0.25~1 mm粒级团聚体DE-GRSP含量与土壤pH存在极显著负相关关系,可解释22.3%的DE-GRSP含量变化。土壤pH、电导率、碱解氮和有效磷对各粒级团聚体易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)影响不显著。结果表明土壤苏打盐碱化影响0.25~1 mm团粒结构中较稳定的DE-GRSP含量,可能对土壤团聚体胶联和土壤碳存储产生负影响。     

土壤质量与土壤可持续管理

土壤是农业生存之本,土壤质量是联系土壤管理与可持续农业的桥梁与纽带。介绍了土壤质量的概念及其发展,在客观地分析我国土壤质量现状的基础上,提出土壤管理必须建立在土壤质量的基础上并兼顾土壤的生产性、稳定性、持续性、生存性及社会的可接受性,才能实现农业的可持续发展。     

VNIR Soil Spectroscopy for Field Soil Analysis

The advent of affordable, ground-based, global positioning information (GPS)–enabled sensor technologies provides a new method to rapidly acquire georeferenced soil datasets in situ for high-resolution soil attribute mapping. Our research deployed vehicle-mounted electromagnetic sensor survey equipment to map and quantify soil variability (?50 ha per day) using apparent electrical conductivity as an indirect measure of soil texture and moisture differences. A portable visible–near infrared (VNIR) spectrometer (350–2500 nm) was then used in the field to acquire hyperspectral data from the side of soil cores to a specified depth at optimized sampling locations. The sampling locations were derived by statistical analysis of the electromagnetic survey dataset, to proportionally sample the full range of spatial variability. The VNIR spectra were used to predict soil organic carbon (prediction model using field-moist spectra: R² = 0.39; RPD = 1.28; and air-dry spectra: R² = 0.80; RPD = 2.25). These point values were combined with the electromagnetic survey data to produce a soil organic carbon map, using a random forest data mining approach (validation model: R² = 0.52; RMSE = 3.21 Mg C/ha to 30 cm soil depth; prediction model: R² = 0.92; RMSE = 1.53 Mg C/ha to 30 cm soil depth). This spatial modeling method, using high-resolution sensor data, enables prediction of soil carbon stocks, and their spatial variability, at a resolution previously impractical using a solely laboratory-based approach.