黄土高原沟壑区不同年限苹果园土壤碳氮磷变化特征

管理措施是影响土壤质量演变的重要因素.分析和讨论了5、10、15年苹果园耕层(0―20 cm)和0―200 cm土壤有机碳、全氮、全磷、有效磷和硝态氮含量及其影响因素。结果表明,5年、10年和15年的塬面苹果园表层土壤有机碳依次为7.5、6.7和6.7 g/kg;全氮依次为0.94、0.85和0.83 g/kg;但土壤全磷和速效磷含量随着种植年限而增加,与5年苹果园相比,塬面10年苹果园土壤全磷、速效磷含量分别提高了11%、60%,并且磷素的变异性随年限而增加。坡地10年、15年和20年苹果园土壤有机碳依次为6.3、6.2 和6.5 g/kg,全氮依次为0.76、0.76 和0.81 g/kg;与10年苹果园相比,15年苹果园土壤全磷、速效磷含量分别提高了20%、28%。土壤剖面0―80 cm内不同土地利用方式土壤碳、氮、磷含量随土层加深而降低,80 cm以下不同利用条件苹果园土壤碳、磷含量差异不大,氮素含量在土壤100 cm下随苹果园种植年限增加而增加。     

黄土高原沟壑区梁坡地土壤有机碳质量分数与土地利用方式的响应

通过对比分析陕西省王东沟流域梁坡地上农地、果园、人工林地、草地和苜蓿Medicago sativa地土壤有机碳质量分数及其在土壤剖面上分布差异,研究土地利用方式对土壤有机碳的影响.结果表明:果园土壤有机碳质量分数比农地低2.2%,人工林地、草地和苜蓿地分别比农地高25.3%,17.1%和11.6%;土壤有机碳质量分数在土壤剖面上随着土层的加深而降低,不同土地利用方式下土壤有机碳在剖面上的分布特征不同.不同土地利用方式下,土壤全氮与土壤有机碳存在极显著相关关系.图1表3参16     

黄土丘陵区不同退耕方式土壤有机碳密度的差异及其空间变化

比较退耕条件下流域间土壤有机碳密度(SOCD)的变化,有助于理解黄土高原区域土壤有机碳源/汇效应的变化机理。在黄土丘陵沟壑区,自北向南从砒沙岩区、风蚀水蚀交错区、水蚀区分别选取五分地沟、砖窑沟、燕沟三个典型治理小流域,研究了坡地退耕为林草地后SOCD变化及其影响因素。结果表明:(1)流域内,林草地SOCD显著大于坡耕地,表层0~10cm高于亚表层10~20cm,且差异显著(P0.05)。(2)流域间,同一土地利用方式SOCD因流域存在显著差异(P0.05)。从北到南,坡耕地和林地SOCD基本呈增加的趋势,坡耕地表层SOCD分别是0.54、0.56 kg·m-2和0.61 kg·m-2,林地SOCD依次为0.64、0.90 kg·m-2和1.05 kg·m-2;而草地先略有下降后又呈增加的趋势,分别为0.71、0.67kg·m-2和0.73kg·m-2。(3)相对于坡耕地,流域间同一退耕方式SOCD的增幅存在一定的空间分异。退耕还林方式下SOCD的增幅从北到南依次变大,由五分地沟流域表层的18.8%变化到燕沟流域的72.7%;退耕还草SOCD的增幅较小,从32.1%变化到20.1%。可见,在黄土丘陵沟壑区,退耕方式不仅影响流域内SOCD含量的变化,而且影响流域间SOCD增幅的变化,这一变化与南北流域的气候条件、生物因素(细根生物量)、土壤性质以及土壤侵蚀强度密切相关。     

褐土区农田土壤氮磷淋溶特征及其管理措施

自20世纪90年代以来,持续过量氮磷化肥投入导致农业面源污染日益严重,了解农田土壤氮磷淋溶特征是降低地下水污染的基础。基于田间调查、长期定位肥料试验和田间试验,分析褐土区氮磷的盈余状况,阐明该区农田土壤氮磷的盈余变化、淋溶特征;评价田间管理措施对农田土壤氮磷淋溶的影响。结果表明,典型褐土区关中平原过量施氮的土壤达到83%以上,大量土壤硝态氮已经迁移到100cm土层以下,15%的水井地下水的硝态氮含量超过10 mg·L~(-1)(WHO饮用水标准);80%耕层土壤有效磷(Olsen-P)含量已超过20mg·kg-1,富磷土壤已出现可溶性磷素向耕层以下迁移的现象。氮肥和磷肥的投入量、氮磷吸收量和土壤氮磷残留量之间存在着3个发展阶段:环境友好-资源高效阶段、环境低风险-资源低效阶段和环境有害-资源无效阶段。与当地常规水肥投入量相比,在保证产量的前提下,化肥减量、降低灌溉量、施用生物炭或秸秆还田都可以降低氮磷淋失量;其中化肥减量、降低灌溉可显著降低氮磷的淋失,其次是施用生物炭和秸秆。施用秸秆条件下,阻控硝态氮淋失与微生物生物量碳氮的提高、土壤硝化势降低或反硝化势升高有关。此外,需要关注褐土区粮果复合系统中土壤氮磷淋溶的环境效应、地下水硝酸盐污染的溯源等问题。     

中国北方农田氮磷淋溶损失污染与防控机制

突破厚包气带农田根层氮磷淋溶与地下水污染复杂定量关系和阻控机理是国际研究难点。本文系统梳理了重点研发专项"农田氮磷淋溶损失污染与防控机制"项目取得的主要进展,项目包括以下4方面研究内容:1)北方主要农区农田根层氮磷淋溶时空规律;2)根层—深层包气带氮磷淋溶机制和主控因子;3)黑土、潮土和褐土氮磷淋溶阻控机制及其效果; 4)典型农区氮磷淋溶风险与区域消减途径。主要科学发现包括:1)受土地利用类型、地下水埋深、包气带岩性、水文地质条件等综合因素的影响,黑土区、潮土区和褐土区根层氮磷淋溶规律与地下水硝酸盐超标率体现出空间不一致和较大差异性。黑土区虽然根层淋溶较小,然而受地形地貌影响,地下水水质对淋溶响应更强烈,应该进一步研究黑土区地下水水质对淋溶的响应机制。华北潮土区和褐土区厚包气带具有明显氮阻控能力,应该进一步加强厚包气带对氮磷淋溶减排机理与途径研究。2)基于长期施肥定位试验和12 m深观测井对包气带农田土壤氮盈余累积特征和淋失规律的研究发现,华北平原区的环境安全施氮量约为200kg(N)·hm~(-2)·a~(-1),超过环境安全阈值的多投入氮肥中有51%淋失到1m根层以下,不合理灌溉、强降水、大孔隙和裂隙是造成土壤硝酸盐淋溶的主要因素,对包气带累积硝态氮的淋失作用可影响至6m以下土层。3)利用深层取样和生物学方法结合,对厚包气带0～10.5m原位土壤微生物的反硝化活性和微生物区系组成的研究结果表明,表层土壤是微生物进行反硝化的主要场所,深层土壤中反硝化作用显著减弱,"碳饥饿"是限制底层土壤反硝化微生物丰度与活性的关键因素;室内培养试验证实添加碳源可有效激活土壤微生物的反硝化活性,为"根层截氮包气带脱氮"的淋溶阻控机理找到了突破口。4)利用黑土、潮土和褐土区氮磷淋溶阻控试验、全国农业面源污染国控监测网、北方农区地下水硝酸盐监测网和NUFER (NUtrient flows in Food chains, Environment and Resourcesuse)模型,提出了养分损失脆弱区区划和区域氮磷污染削减草案,可为农业绿色发展和面源污染阻控提供科学依据。     

民国初年新疆坎儿井建设及其社会生态研究

坎儿井适宜于新疆干旱地区生态环境,是有效抗旱减灾的水利灌溉工程。民国初年杨增新主政新疆,致力于全疆水利建设,推动吐鲁番、鄯善等地坎儿井发展,坎儿井建设及以其为中心的复杂社会生态系统的运转,揭示出乡土社会在长期的抗旱避灾行动中人与自然、公与私、责与权、民与官、地方与国家等多种关系的交织互动。     

中连川小流域土壤水分物理特征及其与地形条件的关系

在中连川流域从梁顶到沟底选取5个位置,按发生层采集土样,测定剖面土壤水分物理性状,分析了地形因素对这些性状的影响.结果表明,中连川流域土壤粗粉粒(0.05～0.02 mm)含量平均为47.9%,细粉粒(0.02～0.005 mm)含量平均为24.9%,＜0.01 mm物理性粘粒含量平均为28.0%.土壤剖面的物理特性因坡位呈现一定差异坡顶、坡面的土壤粗颗粒显著高于坡脚,而土壤细颗粒显著低于坡脚,致使土壤水分特性也呈相应变化.     

长期施用化肥对粮食生产和土壤质量性状的影响

结合世界各地长期试验的资料,从土壤质量的角度综述了施用化肥对小麦,玉米,水稻产量影响,并对长期施用化肥条件下土壤有机碳积累,剖面硝态氮累积和土壤理化性状的演变进行了分析。     

石灰性土壤磷素的化学活化途径探讨

用草酸、草酸钠、柠檬酸和柠檬酸钠作为活化剂，加人不同含磷水平土壤中，通过室内培养试验和分析，结果表明：(1)0．1M草酸和0．1M柠檬酸都有一定的活化土壤磷素的作用，草酸作用最为显著。而相同浓度的草酸钠和柠檬酸钠未显示对土壤磷素的活化效果。(2)对土壤磷素的活化作用，草酸随其浓度的增加而增强，而柠檬酸活化土壤磷的能力有限。(3)柠檬酸在加人的6h之内，对活化土壤速效磷作用明显；而草酸在加人的48h之内，对活化土壤速效磷有十分显著的作用。无论是柠檬酸还是草酸，在其对土壤速效磷发挥活化作用期间，均随加人时间的延长而减弱。     

磷素吸附特性演变及其与土壤磷素形态、土壤有机碳含量的关系

在黄土旱塬区长期试验(1985-1997年)中,选取对照(不施肥,CK)、磷肥(P2O5.60.kg/hm2,P)、氮肥(N.120kg／hm2,N)、氮磷(N,120.kg／hm2,P2O5,60.kg/hm2,NP)、氮磷有机肥(N.120.kg/hm2,P2O560.kg/hm2,有机肥75.t／hm2,NPM),种植方式为冬小麦连作的5种有代表性的施肥处理,研究了石灰性土壤磷素吸附特性的演变及其与土壤磷素形态、土壤有机碳(SOC)含量的关系。结果表明,P素的最大吸附量(Qm),1997年对照(CK)、N处理比1985年分别提高了18％和14％;而P、NP和NPM处理分别降低了26％、13％和24％。吸附能常数(k值)随时间延长,对照和N处理相对稳定,P和NP处理呈升高趋势,而NPM处理有降低趋势。土壤磷素吸附饱和度(DPS)和零净吸附磷浓度(EPC0)对照和N处理随时间延长呈降低趋势,P、NP和NPM处理呈升高趋势。Qm与Ca8-P、Al-P存在极显著相关关系(P0.001),与Ca2-P、Pe-P存在显著相关关系(P0.05)。Ca2-P、有机磷含量变化与土壤DPS的相关性达到显著水平(P0.05)。EPC0只与有机磷间存在显著的相关关系(P0.05)。Qm、DPS和EPC0变化与SOC存在显著或极显著的线性相关关系(P0.001)。