水土流失对长江流域洪灾的影响分析

2010年入汛以来,长江流域在降雨量仅比常年同期偏多14.7%的情况下发生了严重的洪水灾害。为了进一步认识水土流失与长江流域洪灾的关系,从源头和根本上综合防治洪灾,分析了人为因素对长江流域洪水的影响。结果发现:长江流域森林植被系统受损,蓄水拦洪能力减弱;土壤侵蚀严重,土壤水库功能弱化;水库蓄水能力低,河系湖泊失调;开发建设项目造成新的水土流失,加剧了河道淤积等都与洪灾有着十分密切的联系。在此基础上提出了长江流域洪灾综合防治的对策和相关建议。     

聚丙烯酸钠对3种土壤质地入渗特征的影响

 采用一维垂直积水入渗法,分析聚丙烯酸钠在4种质量分数（0、0.08%、0.20%与0.50%）处理下对砂土、壤土和黏土水分入渗性能以及Kostiakov入渗模型参数的影响。结果表明:聚丙烯酸钠与土壤质量比在0.08%0.50%范围内时,3种土壤质地入渗速率都随时间推移呈下降趋势,土壤入渗能力随聚丙烯酸钠质量分数的增大明显降低;聚丙烯酸钠显著抑制土壤入渗能力;入渗系数k随聚丙烯酸钠用量的增加而下降;入渗指数a值随聚丙烯酸钠用量的增加基本呈上升趋势;k/a值对聚丙烯酸钠的响应随聚丙烯酸钠质量分数的增加逐渐增强。     

黄土高原冬小麦产量潜力时空分布特征及其影响因素

研究潜在产量的时空分布特征及其影响因素，有助于定量估计区域内作物产量的可提升空间，揭示限制产量提高的因素，明确未来提高作物产量的重点区域和可行措施。利用中国科学院长武黄土高原农业生态试验站2004-2008年的冬小麦数据资料，验证了APSIM-Wheat模型在黄土高原的适用性。结合黄土高原1974-2016年逐日气候资料和农业气象站的作物观测资料，分析该区冬小麦潜在产量和雨养产量的时空变化特征，明确冬小麦不同等级产量潜力的影响因子及影响程度。研究结果表明：42 a来在品种、管理措施不变条件下，黄土高原冬小麦潜在产量和雨养产量的平均值分别是6 554.19 kg· hm^-2和3 584 kg· hm^-2，变化速率分别为每10 a下降146.59 kg· hm^-2和65.11 kg ·hm^-2。气候变化背景下，对黄土高原冬小麦潜在产量影响最大的为生长季内的最高温度和太阳辐射，分别呈负相关关系（P<0.05）和正相关关系（P<0.05），相关系数分别为0.36和0.35；而水分是决定雨养产量的关键因素，呈显著的正向效应（P<0.05），相关系数为0.47。充分灌溉条件下，甘肃东南部和山西中部属于冬小麦低产且不稳产区。雨养条件下，山西中部和东北部为冬小麦低产且不稳产区。因此，建议通过栽培技术变革或者选择新品种来提升低产不稳产地区的冬小麦产量。     

滴灌灌水下限对夹砂层农田土壤水盐分布和玉米生长的影响

为探明滴灌灌水下限对夹砂层土壤水盐分布和作物生长的影响,在河套灌区开展连续2年的田间试验。供试土壤60~100 cm深度为砂土层,供试作物为玉米。基于土壤基质势,设置5个滴灌灌水下限：-10 kPa（S1）,-20 kPa（S2）,-30 kPa（S3）,-40 kPa（S4）和-50 kPa（S5）。结果表明夹砂层显著影响土壤水盐运移。0~60 cm根层含水量较低,而砂层较高;土壤盐分受水分影响,更多聚集在砂层。灌水下限显著影响土壤水盐分布和各层储量,下限越高,根层土壤含水量越高、含盐量越低,而砂层及以下处理间差异不显著。S1、S2和S3处理玉米籽粒产量显著高于S4和S5（P < 0.05）,且前三者之间差异不显著,S3水分利用效率最高。因此,针对河套灌区夹砂层农田,建议膜下滴灌灌水下限为-30 kPa。     

化肥减量和有机替代对重度盐渍土水盐特性及向日葵水氮利用效率的影响

  【目的】  研究有机肥氮替代化肥氮对盐渍化农田土壤水盐特性及作物生长的影响,为河套灌区盐渍化农田作物生产的高质量发展提供理论依据和技术支撑。  【方法】  本研究针对河套灌区重度盐渍土于2019—2020年开展连续2年的田间试验。在同一施氮量(N 180 kg/hm2)下,设置不施有机肥(OF0)及有机肥氮分别替代化肥氮施用量的50% (OF1)和100% (OF2)处理,以不施肥为对照(CK)。测定不同时期土壤容重、质量含水率及饱和浸提液电导率(ECe),同时在向日葵收获后测定籽粒产量及产量性状。  【结果】  有机替代可以降低土壤容重和提高土壤孔隙度,经过两年的田间试验后,OF1和OF2处理0—40 cm土层土壤容重分别为1.46和1.43 g/cm3,较2019年播种前分别降低了3.97%和5.92%,土壤孔隙度较2019年播种前分别提高了4.94%和7.90% (P< 0.05)。有机替代显著改善盐渍土水盐特性,OF1和OF2处理显著提高了土壤含水率,OF1处理土壤含水率分别较OF0、OF2和CK提高了5.34%、3.65%和10.55% (P< 0.05)。两季向日葵生育末期OF2处理0—100 cm土层土壤ECe均值为6.77 dS/m,分别较OF0、OF1处理降低了44.10%、11.61% (P < 0.05)。有机替代提高了向日葵籽粒产量及水分利用效率,OF1处理较OF0、OF2和CK分别增产9.47%、7.52%和62.90% (P < 0.05),分别提高净收益7.02%、23.12%和65.00% (P < 0.05);OF1处理水分利用效率较OF0、OF2和CK分别提高了17.50%、9.52%和73.82% (P < 0.05)。此外,OF1处理较OF0与OF2处理显著提高了氮素偏生产力和氮素农学效率(P < 0.05)。  【结论】  有机肥替代化肥能够改良河套灌区重度盐渍土土壤结构,改善作物根区土壤水盐环境,提高产量及水氮利用效率。但是有机肥全部替代化学氮肥降低了向日葵的生产效益,也没有显著提高向日葵的水肥利用效率。在当前推荐的氮磷钾肥基础上(N 180 kg/hm2),有机肥氮替代50%化肥氮在河套灌区重度盐渍土上是可行的施肥措施。     

热解温度和氮肥用量影响生物炭的减排和增产效应

  【目的】  研究生物炭性质与氮肥用量对河套灌区春玉米田温室气体排放和产量的影响,为河套灌区高效利用生物炭固碳减排提供理论支撑。  【方法】  试验采用室内培养与田间试验相结合的方法,供试材料为秸秆生物炭和竹炭。田间试验设常规施氮300 kg/hm2对照(N)、常规氮量配施秸秆炭(SB+N)、常规氮量配施竹炭(BB+N)、减氮50%配施秸秆炭(SB+50%N)、减氮50%配施竹炭(BB+50%N)。采用静态暗箱–气象色谱法测定春玉米田温室气体排放量,并测定玉米产量。室内培养试验中分别制备热解温度为200℃、400℃和600℃的秸秆炭(S)和竹炭(B)加入土壤中,平衡3天后施入N 300 kg/hm2开始恒温恒湿培养,共培养14天。监测了不同培养时间土壤中N₂O、CO₂及CH₄气体的排放通量。  【结果】  与N处理相比,SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%N处理0—5 cm深土壤温度分别提高了0.50℃、1.84℃、0.35℃和1.37°C,0—10 cm深土壤温度分别提高了0.43℃、1.83℃、0.39℃和1.11°C;0—10 cm土壤含水率分别提高13.70%、8.90%、12.33%和8.90%。与N处理相比,在春玉米整个生育期内SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%N处理的土壤N₂O累积排放量分别减少了21.91%、23.16%、25.98%和28.17% (P<0.05);SB+N和BB+N处理的CO₂累积排放量分别提高了7.96%和9.94% (P<0.05),而SB+50%N和BB+50%N处理的分别降低了11.54%和10.74% (P<0.05);整个春玉米生育期各生物炭处理的CH₄累积排放量为负值,显著低于N处理(P<0.05);SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%N处理土壤的全球增温潜势(GWP)分别降低了23.26%、23.98%、27.00%和29.14%,温室气体排放强度(GHGI)分别降低了27.24%、28.97%、32.57%和34.68% (P<0.05)。生物炭添加能够提高玉米产量,SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%处理较N处理分别增加5.47%、7.01%、8.26%和8.47% (P<0.05)。培养试验发现生物炭能够减少土壤N₂O和CO₂的排放。N₂O和CO₂的排放通量随生物炭热解温度升高而减少,在相同热解温度下,竹炭的减排效果优于秸秆炭。各处理下土壤CH₄的排放均表现为碳汇,其中600°C制备的竹炭对CH₄的吸收量最高。  【结论】  施用生物炭能够改善土壤温度和土壤含水率,并显著降低N₂O和CH₄累积排放量,但常规施氮量下施用生物炭会提高CO₂累积排放量。施用生物炭能够显著提高春玉米的产量并降低春玉米田GWP和GHGI。培养试验进一步说明了竹炭的减排效果优于秸秆炭,高热解温度的生物炭减排效果优于低热解温度生物炭,综合考虑田间与室内培养试验的结果、环境效益和经济效益,减氮50%配施竹炭的处理是河套灌区春玉米田提高产量并减少温室气体排放较为合适的措施。     

基于区域畦灌模拟模型的参数随机模拟方法比较

针对区域畦灌随机模拟模型中直接蒙特卡洛模拟方法存在的抽样重复性及收敛性较差等问题,借助仅考虑土壤特性空间随机性的区域畦灌随机模拟模型,研究拉丁超立方模拟、修正拉丁超立方模拟与直接蒙特卡罗模拟在抽样精确性、区域畦灌模拟计算收敛性、准确性、稳定性和计算效率等方面的差异。结果表明:修正拉丁超立方模拟和拉丁超立方模拟能够很好地表征土壤干容重的区域分布特征,抽样精确性较高。修正拉丁超立方模拟收敛速度最快,能够显著改善抽样质量,模拟准确性与分布形态优于拉丁超立方模拟与直接蒙特卡洛模拟。修正拉丁超立方模拟具有比拉丁超立方模拟与直接蒙特卡洛模拟更好的稳定性。基于修正拉丁超立方的区域畦灌随机模拟模型计算效率比拉丁超立方抽样和直接蒙特卡洛模拟分别提高0.23倍和1.80倍,说明修正拉丁超立方模拟能够解决原有模拟方法计算效率较低的问题,有助于缩短计算时间,降低计算成本。     

灌溉施肥对河套灌区垄膜沟灌春玉米土壤水热运移的影响

为探究灌溉施肥对河套灌区垄膜沟灌条件下土壤水热时空分布规律及春玉米产量的影响，于2017年4-9月,以春玉米“西蒙6号”为材料，通过4次垄膜沟灌试验，分别对比研究了400 mm（I1）,300 mm(I2),200 mm(I3）灌水和600 kg·hm^-2磷酸二铵+300 kg·hm^-2尿素（F1）,300 kg·hm^-2磷酸二铵+150 kg·hm^-2尿素(F2)施肥组合，即高水高肥（I1F1）、高水低肥（I1F2）、中水高肥（I2F1）、中水低肥（I2F2）、低水高肥（I3F1）、低水低肥（I3F2）等6个处理对土壤水分、温度时空变化的影响，并分析了春玉米产量及其水分利用状况。结果表明：整个生育期内各处理土壤温度和含水率受灌溉影响较大，每次灌溉后土壤温度显著降低，而土壤含水率显著升高;整个生长季内300 mm灌水处理不同土层土壤温度均最高，比I3、I1处理分别高0.1℃、0.6℃；其中I2F2处理不同土层土壤含水率比I1F1、I1F2处理分别低8.3%、9.2%，比I2F1、I3F1、I3F2处理分别高1.6%、11.1%、14.1%，为作物生长发育提供了良好的水热环境。I2F2水肥处理亦显著提高了玉米产量，与低水处理I3F2和I3F1相比分别提高了33.80%和21.95%，与高水处理（I1)无显著差异。因此，中水低肥处理适于春玉米垄膜沟灌种植模式在河套灌区的推广。     

聚丙烯酸钠对土壤水分入渗影响的模拟研究

采用一维垂直积水入渗法,分析了聚丙烯酸钠(SA)4种浓度(0,0.08%,0.2%与0.5%)处理、不同质地土壤间(砂土、壤土和黏土)累积人渗能力差异性和不同入渗模型的拟合效果.研究结果表明,初始入渗阶段3种土壤累积入渗能力较强,累积入渗量增加很快,随着人渗过程的进行累积入渗量曲线上升趋势变缓;3种土壤对照处理的累积人渗能力顺序为:壤土>砂土>黏土.3种土壤累积人渗能力都随着SA浓度的加大而减弱;随着聚丙烯酸钠浓度的增大(0.08%～0.5%),人渗能力都不同程度的降低,砂土累积人渗能力降低幅度最大.Horton模型对拟合各个处理的累积人渗过程效果最佳,Kostiakov模型和Philip模型拟合效果次之.     

秸秆粉碎还田与化肥配施对冬小麦产量和水分利用效率的影响

为了深入地研究秸秆粉碎还田与化肥配施措施对不同品种冬小麦耗水和产量的影响,选用西农9871、荔高6号、闫麦9710、陕139、衡观35、中原98-68、小偃22共7个冬小麦品种,采用邻比法进行试验。结果表明：与常规施肥措施相比,秸秆粉碎还田与化肥配施措施对冬小麦总耗水量没有明显影响,但可以显著降低无效耗水,增加作物蒸腾用水,约12mm耗水由土面无效蒸发变为作物有效蒸腾,同一肥料措施下不同冬小麦品种间耗水量也无显著差异;秸秆粉碎还田与化肥配施措施有助于冬小麦的生长发育,平均株高较常规施肥措施下的增加2.1