有机肥与覆盖对苏北滩涂重度盐渍土壤水盐调控效应分析

<正>苏北地区滩涂资源丰富,拥有占全国1/4以上的滩涂面积,是非常重要的后备土地资源,同时,其开发利用历史悠久,已取得了巨大的社会经济效益[1-2]。但从目前研究看来,土壤质量偏低依然是制约苏北滩涂开发利用的主要障碍因子[3]。土壤盐渍化,尤其是重度盐渍化,作为影响滩涂土壤质量的主要障碍因子之一,严重抑制了土壤生产力的发挥,导致土地生产效率普遍偏低[4]。因此,采取     

秸秆和植被覆盖对滩涂围垦区土壤盐分和肥力性质的影响

为探明不同地面覆盖对滩涂围垦区土壤盐分变化和肥力性质的影响,于2014年5月~2015年5月,在江苏如东东凌垦区开展了秸秆和植被覆盖的田间试验,设置对照(CK,裸地)、15 t/hm~2秸秆覆盖(SM)、植被覆盖(PC,田菁-野生芥菜种植)和植被覆盖结合7.5 t/hm~2秸秆覆盖(PC+1/2SM)4种试验处理。结果表明:(1)与CK处理相比,覆盖处理半年后(12月),SM处理0~40 cm土壤含盐量下降了91.0%以上(P0.05),而PC和PC+1/2SM处理0~40 cm没有明显的降盐效果(P0.05);SM、PC和PC+1/2SM处理1年后滩涂围垦区0~100 cm各土层土壤含盐量均有明显地下降,SM、PC和PC+1/2SM处理0~40和40~100 cm土壤含盐量分别下降了97.0%和83.0%以上,40.0%和30.0%以上,54.0%和33.0%以上;(2)SM和PC+1/2SM处理0~100 cm土壤pH值均显著高于CK和PC处理(P0.05),而CK与PC处理间pH变化没有明显差异;(3)PC和PC+1/2SM处理显著增加了表层(0~20 cm)土壤有机碳、全氮、碱解氮含量及孔隙度,显著降低了表层土壤容重(P0.05),但SM处理对土壤容重、有机碳、全氮、碱解氮、有效磷等均没有明显的影响。因此,相比PC和PC+1/2SM处理,虽然15 t/hm~2秸秆覆盖措施对滩涂围垦区土壤降盐效果更为明显,但综合考虑土壤培肥和降盐效果,种植耐盐植被结合适量秸秆覆盖(如15 t/hm~2秸秆覆盖)是滩涂围垦区降盐改土的重要措施之一。     

农田水盐运移与作物生长模型耦合及验证

合理定量描述土壤水盐动态及作物生长过程对于干旱灌区制定适宜的农业用水措施具有重要意义。该文以SWAP(soil water atmosphere plant)模型为基础,采用变活动节点法实现了对土壤融化期的水盐运移模拟,并在根系吸水计算中引入了基于S形函数的水盐胁迫计算方法,以修正原SWAP模型对根系吸水的模拟。进一步嵌入了参数与输入数据较少且可以模拟作物生长过程及实际产量的EPIC(environmental policy integrated calculator)作物生长模型,构建了改进的农田尺度土壤水盐动态与作物生长耦合模拟模型-SWAP-EPIC。分别采用宁夏惠农灌区春小麦和春玉米田间试验数据,对SWAP-EPIC模型田间适用性进行了检验。对比分析各层土壤水分与盐分浓度、作物生长指标(叶面积指数、地上部生物量)的模拟值与实测值,结果表明:春小麦和春玉米试验中土壤水分的平均相对误差MRE和均方根误差RMSE均接近于0且模型Nash效率系数NSE值趋近于1,水分模块模拟精度较高,盐分浓度模拟存在略微差异但总体上一致性较好,并且作物生长指标匹配良好;同时,模拟的产量和蒸散发均较为接近实际值,春小麦和春玉米产量模拟相对误差分别为4.9%和3.3%。综上,该文改进的SWAP-EPIC模型可良好地应用于寒旱区农田尺度土壤水盐运移与作物生长耦合模拟。     

滩涂区不同围垦年限土壤总盐及盐基离子含量变化规律

为了研究江苏沿海百年尺度滩涂围垦区土壤含盐量、Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等盐基离子变化规律及影响因素,采用了数量统计、相关分析、因子分析等方法对大丰典型滩涂5个不同时段围垦区表层土壤含盐量、Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等盐基离子的含量变化、相关关系、盐渍化特征及土壤理化性质对脱盐的影响进行了研究。研究结果显示:随着围垦年限增加土壤含盐量及盐基离子含量逐渐降低,围垦到60 a左右土壤含量平均值低于1g/kg,基本完成脱盐过程,并且盐渍化类型以氯化物型为主转变成以硫酸盐型为主;随着脱盐过程进行,盐基离子之间相关关系和组合特征发生了明显变化,从初期以Cl-、Na+作为主控因子,到围垦后期以SO42-、Ca2+为主控因子;土壤有机质和粉砂粒的增加加速了土壤脱盐进程;盐基离子变化是围垦过程中土壤酸碱度变化驱动因素之一。     

滩涂围垦农田土壤饱和导水率的影响因素及转换函数研究

确定苏北沿海滩涂围垦农田耕层土壤饱和导水率的影响因素,构建适合该区的土壤转换函数,是研究该区田间土壤水盐运动和盐渍化防控的重要前提。本文在该区典型地块实测土壤饱和导水率和相关土壤基本理化性质,探讨了该区土壤饱和导水率的剖面分布特点,对影响饱和导水率的土壤基本性质进行了主成分分析,并建立了用于该区饱和导水率间接估算的土壤转换函数。结果表明:滩涂围垦农田土壤饱和导水率随剖面深度增加呈表土层高、亚表层低、底土层又升高的趋势,20~40 cm土层饱和导水率最小,介于2.75~6.73 cm·d-1,属低透水强度;土壤容重随剖面深度增加表现出与饱和导水率相反的变化特点。除了容重、孔隙度、质地等物理因素外,土壤肥力、盐分等化学性质也是影响饱和导水率的重要因素;影响滩涂围垦农田土壤饱和导水率的因素可由持水特性、盐碱状况、养分特征和土壤质地4个主成分反映,其累计贡献率达78.17%。在Vereecken转换函数中引入土壤盐分后可提高预测精度,修正函数Vereecken_1是最适合滩涂围垦农区土壤、具有最佳预测精度的转换函数。本文构建的土壤转换函数,可通过较易获得的砂粒、黏粒、容重、盐分和有机质对耕层土壤饱和导水率进行较高精度的预测,其结果可为滩涂盐渍化农区田间尺度土壤饱和导水率间接估算以及水盐运动数值模拟提供支持。     

生物有机肥对作物生长、土壤肥力及产量的效应研究

通过7年的生物有机肥试验表明：施用生物有机肥可以使作物保持良好的生长发展态势，促进干物质的积累；长期施用生物有机肥可以显著提高土壤有机质含量与土壤全氮、碱解氮的含量，提高土壤肥力，其中施用生物有机肥15000kg／hm^2的处理有机质含量上升的最快，从1996年的1．26％升高到2001年的1．96％。施用生物有机肥可以持续稳定的提高作物产量。施用生物有机肥15000kg／hm^2的处理冬小麦年平均产量比常规施肥和对照分别增产1808．14kg／hm^2和3652．39kg／hm^2；夏玉米产量分别增产2668kg／hm^2和5062kg／hm^2。     

覆盖方式对玉米农田土壤水分、作物产量及水分利用效率的影响

为了加深对地面覆盖措施保墒增产机理的认识,通过大田试验,对黄土高原南部旱塬区秸秆和地膜两种覆盖方式下玉米农田土壤水分动态、作物产量形成和水分利用效率进行了分析。结果表明:在试验年份,与不覆盖相比,秸秆覆盖后玉米生育期内土壤储水量提高了5.2%～8.4%(P<0.05),籽粒产量和水分利用效率分别降低了7.8%和3.5%;而地膜覆盖下土壤储水量的差异不显著,但显著提高了产量构成指标,其籽粒产量和水分利用效率分别较对照提高了14.1%和10.6%(P<0.05),显示后者抑制土表蒸发所增加的土壤水分更多地、更有效地被作物根系吸收利用了。从产量形成和水分利用效率角度分析,本地区旱作玉米农田使用地膜覆盖有较好的保墒增产效果。     

气候因子和地表覆盖对沿海滩涂土壤盐分动态的影响

为探明气候因子对沿海滩涂表层土壤盐分季节性变化规律的影响,并探讨植被和秸秆覆盖对滩涂土壤脱盐效果及控盐的作用。2014年5月—2015年5月,在江苏沿海滩涂盐碱地(中重度盐分),设置4种处理进行田间试验,分别为对照(裸地,CK)、秸秆覆盖(覆盖量为15 t·hm-2,SM)、植被覆盖(PC)和植被+秸秆覆盖(覆盖量为7.5 t·hm-2,PC+1/2SM),监测了气候因子和表层土壤盐分的季节性动态变化。结果表明:1)在沿海滩涂裸地中,土壤盐分具有一定程度的季节性规律,表现为在10—12月具有明显的积盐效果,且在10月EC1︰5达到最大值为3.90 d S·m-1。2)相关分析表明:采样前7 d降雨累积量与土壤盐分变化有着极密切负相关关系;气候因子的多因子及互作逐步分析表明:降雨量增加可以促进土壤脱盐作用,大气温度升高可加剧土壤盐分表聚,降雨量和大气温度的互作效应增加会对土壤盐分累积产生正效应。3)地表覆盖(包括PC和SM)显著地改变了气候因子对土壤盐分动态变化的影响,累积降雨量和大气平均温度与土壤盐分无显著相关性,且大量秸秆覆盖对滩涂表层土壤脱盐具有更明显的效果。因此,在沿海气候向暖湿方向发展的趋势下,综合考虑脱盐及控盐作用,选择适量秸秆覆盖(如覆盖量15 t·hm-2)或适量秸秆覆盖结合植被种植覆盖,同时充分利用沿海地区降雨量集中的特点,可能是未来滩涂盐碱盐渍土快速脱盐和土壤改良的重要措施。     

生物有机肥对作物生长、土壤肥力及产量的效应研究

通过7年的生物有机肥试验表明:施用生物有机肥可以使作物保持良好的生长发展态势,促进干物质的积累;长期施用生物有机肥可以显著提高土壤有机质含量与土壤全氮、碱解氮的含量,提高土壤肥力,其中施用生物有机肥15000kg/hm2的处理有机质含量上升的最快,从1996年的1 26%升高到2001年的1 96%。施用生物有机肥可以持续稳定的提高作物产量。施用生物有机肥15000kg/hm2的处理冬小麦年平均产量比常规施肥和对照分别增产1808 14kg/hm2和3652 39kg/hm2;夏玉米产量分别增产2668kg/hm2和5062kg/hm2。     

长期施用化肥和农家肥对土壤化学性质和作物产量的影响

A long-term fertiliztion experiment was carried out in an experimental field in Lyczyn near Warsaw,Poland.Application ofmineral fertilizers ,especially Nfertilizer with and without farmyard manure accel-erated the eacidification process of the soil.Application of 1.6 t CaO ha^-1 every four years was essential to maintenance of the soil pHKCl at 5.5-6.6 and base saturation degree above 60% Application of 50 t farmyard manur ha^-1 every 4 years,whih contained 46 kg P and 240 kg K,was sufficient to maintain boh the K and P fertility of the soil.Besides,it was beneficial to alleviating soil acidifcation. As a result of long-term unbalanced fertilization,yield responses to N,P and K fertilizers incereased significantly with time.the efficiency of N from farmyard manure was found to be comparable to that of N fertilizer during 1988-1991.     

Effect of short-term supply of farmyard manure on maize growth and soil parameters in pot culture

Farmyard manure (FYM) improves various soil parameters and to a large extent, the availability of water and nutrient to crops when it is applied to the soil. This study aims to further investigate the short-term effects of different levels of FYM on maize plants and soil parameters. Maize plants grown in pot culture were treated with no FYM (control), recommended NPK (inorganic fertilizers), and FYM at 2, 4, 6, 8, and 10 t ha^?1 along with recommended NPK, and the cultures were analyzed 8 weeks after germination. Soil bulk density and soil pH decreased with the increasing levels of FYM, whereas soil porosity, soil organic matter (SOM), soil water content, plant height, root and shoot yield, and NPK uptake of maize were increased compared with the control or recommended NPK, respectively. The present results indicate that short-term application of higher FYM levels improves soil properties. Furthermore, the application of FYM at only higher rates significantly increases the nutrient uptake of maize plants due to improved soil properties. The supply of different amounts of nutrients increases biomass and nutrient uptake in plants.     

生态风险分析用于苏北滩涂土壤盐渍化风险评估研究

针对制约苏北滩涂土壤资源开发利用的盐渍障碍因素,将生态风险理论引进该区域农田生态系统的盐渍化风险评价中,探讨了生态风险分析的方法与过程,建立了土壤盐渍化风险评价指标体系,构建了风险评价模型,并对区域土壤盐渍化风险状况进行了定量评估与分级。结果表明:研究区土壤盐渍化风险总体较高且不同部位风险差异较大,其综合风险值介于0.26～0.91之间,平均值达0.53;盐渍化风险分布表现出与土壤盐分、地下水矿化度较为相似的空间规律,受种植制度与耕作措施的影响,研究区东部水稻地盐渍化风险总体高于西部棉花地。研究区内风险较大的区域占总面积比例为63.54%,风险一般的占30.53%,风险很大的占5.01%,风险较小的仅占0.92%;其中较大风险和一般风险区分布面积最大,是土壤改良治理的重点区域。该结果可为滩涂区中、低产地改造、障碍土壤的科学管理提供参考依据。     

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。     

喷灌强度对滨海盐碱地土壤水盐运移特征的影响

为研究一维条件下喷灌强度对滨海盐碱地土壤湿润峰运移、水分再分布特征及盐分淋洗的影响,选用滨海盐碱地黏质重度盐碱土和砂质重度盐碱土2种土壤,设置5个喷灌强度(分别是1.72、3.13、5.27、8.75、10.11mm/h),进行室内喷灌条件下土柱模拟试验。结果表明,喷灌强度与土壤黏粒含量显著影响湿润锋运移。湿润锋推进速度随着喷灌强度增加而增大,而湿润深度随之减小,且土壤黏粒含量越高,越不利于湿润锋运移;随着土壤水分再分布过程的推进,黏质重度盐碱土在3.13mm/h喷灌强度下同一深度体积含水率较其他处理大,砂质重度盐碱土在1.72mm/h喷灌强度条件下土柱具有较高的保水性;采用喷灌淋洗,可使上层土壤脱盐,盐分均累积至下层土壤,并使其急剧增加且达到最大值。对于黏质重度盐碱土,3.13mm/h喷灌强度下,盐分淋洗效果较好,而对于砂质重度盐碱土,8.75mm/h喷灌强度淋洗效果优于其他处理。该研究可为喷灌技术合理和可持续开发利用滨海盐碱地提供参考。     

苏北典型滩涂区土壤盐分动态与水平衡要素之间的关系

为获知苏北滩涂区土壤水盐动态行为,从而为后续的节水灌溉和滩涂区农田水管理策略提供理论依据,该文选取典型滩涂区,进行土壤水、盐和地下水埋深的长期连续监测,并根据大丰市气象站提供的降水、地表蒸散数据,对土壤盐分变化和水平衡要素之间的关系进行探讨。结果表明：土壤表层盐分最高,波动最为剧烈,随深度不断增加,盐分逐渐降低,且波动趋缓。试验区夏季降水丰富,蒸散量相对较低,土壤含水率高,地下水埋深浅;冬季降水少,蒸散量较高,土壤含水率下降,地下水埋深较深。地下水埋深和水补充量是0～40 cm土层土壤盐分的主要影响因子;地下水埋深和蒸散量是60～80 cm土层土壤盐分的主要影响因子。地下水盐分是土壤盐分累积的主要来源,降水脱盐作用仅对0～40 cm表土作用显著,蒸发积盐作用则在整个土壤剖面上具有影响。该研究为消减苏北滩涂区土壤盐渍化灾害提供了科学依据,对指导农业生产具有重要意义。     

Effects of reduced tillage,crop residue management and manure application practices on crop yields and soil carbon sequestration on an Andisol in northern Japan

Abstract

Soil carbon sequestration in agricultural lands has been deemed a sustainable option to mitigate rising atmospheric CO₂ levels. In this context, the effects of different tillage and C input management (residue management and manure application) practices on crop yields, residue C and annual changes in total soil organic C (SOC) (0–30 cm depth) were investigated over one cycle of a 4-year crop rotation (2003–2006) on a cropped Andisol in northern Japan. For tillage practices, the effects of reduced tillage (no deep plowing, a single shallow harrowing for seedbed preparation [RT]) and conventional deep moldboard plow tillage (CT) were compared. The combination of RT, residue return and manure application (20 Mg ha^?1 in each year) increased spring wheat and potato yields significantly; however, soybean and sugar beet yields were not influenced by tillage practices. For all crops studied, manure application enhanced the production of above-ground residue C. Thus, manure application served not only as a direct input of C to the soil, but the greater crop biomass production engendered enhanced subsequent C inputs to the soil from residues. The SOC contents in both the 0–5 cm and 5–10 cm layers of the soil profile were greater under RT than under CT treatments because the crop residue and manure were densely incorporated into the shallow soil layers. Comparatively, neither tillage nor C input management practices had significant effects on annual changes in SOC content in either the 10–20 cm or 20–30 cm layers of the soil profile. When soil C sequestration rates, as represented by annual changes in total SOC (0–30 cm), were assessed on a total soil mass basis, an anova showed that tillage practices had no significant effect on total C sequestration, but C input management practices had significant positive effects (P ≤ 0.05). These results indicate that continuous C input to the soil through crop residue return and manure application is a crucial practice for enhancing crop yields and soil C sequestration in the Andisol region of northern Japan.     

咸水灌溉下土壤水盐动态和作物生长研究进展

我国淡水资源短缺且分布不均, 供求矛盾突出, 合理开发利用咸水资源、增辟灌溉水源将成为解决水资源危机的重要途径之一。本文从以下几个方面对国内外咸水资源灌溉利用的研究进展进行了综述, 以期为咸水安全灌溉提供指导。(1)咸水灌溉对土壤水盐运移的影响, 主要包括咸水灌溉后不同土层土壤水盐分布规律、不同灌溉水矿化度对土壤水盐运移的影响、灌溉方式对土壤盐分积累的作用; (2)咸水灌溉对作物生长的影响, 主要包括咸水灌溉与作物产量、品质的关系; (3)咸水灌溉对作物生理变化的影响及其作用机理, 主要包括咸水灌溉对植株脯氨酸含量、抗氧化酶活性、丙二醛含量、叶绿素含量及光合作用的影响。