模拟土柱条件下黑土中肥料氮素的迁移转化特征

为明确肥料氮素在土壤中的迁移转化动态特征,利用模拟土柱方法,研究了3倍常规施肥量条件下不同肥料处理(尿素、硫铵)黑土的矿质氮变化。结果表明:不同氮肥处理的氮素养分迁移转化特征有明显差异。对照处理(不施肥)土柱内各层次间NH4+-N和NO3--N含量差异不明显;施用尿素或硫铵后,表层0~50mm土层的NH4+-N和NO3--N含量比不施肥对照分别升高100.8~3408.1mg·kg-1、113.4~388.0mg·kg-1和126.7~4671.1mg·kg-1、51.4~63.3mg·kg-1,且在培养前14d内变化最大。在整个培养期内,施用硫铵处理各层次NH4+-N平均含量比尿素处理高2.54~1423.7mg·kg-1,NO3--N平均含量低4.38~335.1mg·kg-1;而尿素处理各层次的硝化率是硫铵处理的0.79~9.12倍。表明肥料氮素的迁移与转化集中在0~50mm土层内,尿素处理的氮素转化速率较硫铵处理高。     

施氮对砂姜黑土区不同玉米品种产量构成、氮素利用及节氮潜力的影响

通过田间试验研究不同施氮水平对6个主推品种在砂姜黑土区的产量、产量构成因素、氮素利用及节氮增产潜力的影响。结果表明,施氮显著提高各玉米品种的子粒产量,对收获指数的影响相对较小;施氮显著增加行粒数、穗长和穗粗,增幅分别为22.5%~66.9%、16.8%~50.5%和9.4%~29.7%,N120与N240水平间无明显差异;各玉米品种的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均表现为N120显著高于N240水平,平均值分别是N240的1.89倍和1.96倍;蠡玉13和郑单958的节氮增产潜力明显高于其他品种。综合分析认为,适宜在胶东砂姜黑土区推广的玉米品种排序为蠡玉13、郑单958、浚单20、先玉335、莱农14、先锋32D22。     

耕作措施与不同秸秆还田方式对黑土物理指标及固定态铵的影响

通过两年田间定位试验,探究深翻与旋耕处理及其不同秸秆还田条件下农田黑土耕层(0～20 cm)土壤容重、三相比和固定态铵的影响。结果表明,深翻能改善因长期旋耕造成的土壤紧实状况,显著降低20～40 cm土壤容重;秸秆还田方式对土壤容重、三相比有显著影响,影响效果由大到小依次为秸秆还田秸秆还田配施有机肥秸秆不还田处理;耕层土壤固定态铵对两种耕作处理无明显响应,对不同秸秆还田方式则具有显著响应,其中秸秆还田配施有机肥能有效增加固定态铵,秸秆还田次之;不同秸秆还田方式耕层土壤固定态铵含量与固相比呈显著负相关(R2=0.538)。深翻结合秸秆还田配施有机肥能较好地改善农田黑土土壤容重、三相比、提高固定态铵含量,可在该区域适当推广。     

黑土区水稻生长生理特性与产量对耗水过程的响应

为了探究黑土区水稻生长生理特性及产量对耗水过程的响应规律,于2017年5月18日—9月20日在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U7(76)均匀试验设计,解析了各生育时期耗水量对水稻生长生理特性及产量的影响。结果表明:水稻生育期内耗水强度总体呈现先上升后下降的趋势,在抽穗开花期达到最大,为5.66 mm/d;耗水模系数在整个分蘖期达到最大,平均值为43.98%,抽穗开花期后趋于稳定。分蘖后期耗水量(ET3)对叶片干物质量影响最大;茎鞘和穗干物质量对拔节孕穗期、抽穗开花期耗水量(ET4、ET5)的响应程度最为显著(P0.01);分蘖中、后期耗水量(ET2、ET3)对根干物质量分别存在最大正效应、负效应;除分蘖前期耗水量(ET1)外,分蘖中期至抽穗开花期耗水量对根系伤流量影响由大到小顺序为:ET2、ET3、ET4、ET5;分蘖中期、拔节孕穗期、抽穗开花期耗水量对气孔导度和蒸腾速率的影响为正效应(P0.05),分蘖前期耗水量对蒸腾速率的影响为负效应(P0.05);除分蘖前期耗水量外,分蘖中期至抽穗开花期耗水量对胞间CO2浓度和净光合速率影响由大到小顺序分别为:ET5、ET2、ET4、ET3和ET2、ET5、ET4、ET3。分蘖中期、拔节孕穗期、抽穗开花期的水分敏感指数值分别为0.120、0.244、0.252,这3个时期耗水量对产量影响更为显著。该研究可为黑土区水稻节水灌溉制度制定提供依据。     

生物炭对东北草甸黑土水分运动参数的影响

为探明添加生物炭对东北草甸黑土水力学特性的影响,研究了以5种生物炭体积比(0、2%、4%、6%、8%)施入土壤后的土壤水分运动参数。采用土壤的VAN GENUCHTEN模型和MUALEM理论,推导出添加生物炭土壤的水分特征曲线、相对导水率和水分扩散率方程,并用试验校验理论推导结果。理论和试验结果表明,添加生物炭土壤的饱和度随基质吸力的变化接近无添加的土壤;当基质吸力低于2 000 cm时,添加生物炭能够大大提高土壤的含水率,当基质吸力高于8 000 cm时,土壤的含水率不一定增加;水平土柱吸渗试验表明,生物炭能够抑制土壤水分的水平扩散;数值模拟降雨后的土壤含水率与田间实测数值相比误差小于13.3%。研究可为东北黑土区农业水土保护和利用提供理论依据。     

黑土农田冻结-融化期土壤剖面温度变化特征

[目的]研究东北黑土区农地土壤温度变化特征,为冻融作用程度量化分析和冻融作用对土壤侵蚀影响提供基础数据。[方法]利用2015—2018年黑龙江省宾州河流域典型农地2 m土壤剖面11月至翌年4月土壤温度观测资料以及气温数据,分析了冻结和融化过程中土壤温度变化特征以及土壤温度对气温变化的响应,确定土壤冻结与融化过程中耕层土壤冻融循环次数。[结果] 11月至翌年2月的冻结期,土壤温度随土层深度的增加而增加;3—4月份土壤温度梯度发生反向改变,当土壤完全消融后,土壤温度随着土层深度的增加而递减,土壤最大冻结深度为80 cm。研究结果还表明,0—60 cm土层的土壤温度均与气温呈极显著正相关,其相关性随土壤深度增加而减小;而80 cm以下土层,土壤温度均与气温呈负相关。[结论]研究区土壤冻结和融化过程分别呈单向冻结和双向融化现象,冻融循环主要发生在农地耕层0—20 cm土层,其年最大冻融循环次数分别为12次和7次,为设计黑土冻融循环模拟试验提供了数据支持。     

生物炭对不同坡度坡耕地土壤水动力学参数的影响

在3种地形坡度条件下,开展了施加生物炭后连续两年的土壤水动力学效应试验研究,探究不同坡度坡耕地施加生物炭当年和次年对土壤水分常数、土壤水分特征曲线、比水容量、非饱和导水率K(h)和非饱和扩散率D(θ)的影响。结果表明:施用生物炭当年和次年均使土壤田间持水率和饱和含水率增大,且随坡度增加其增率变大,生物炭因子两年内对土壤水分常数的影响显著(P <0. 015),而坡度因子影响不显著(P> 0. 05),即生物炭因子作用更明显;施用生物炭两年内,在各个土壤吸力条件下土壤含水率均增大,土壤持水性增强,且同地形坡度呈正相关关系、同年限呈负相关关系;生物炭在两年内均增大土壤比水容量,使其供水能力加强,最大增量1. 830 207×10^-3cm^3/cm^4;地形坡度对K(h)无明显影响,但施加生物炭可使K(h)增大,土壤导水性增强,2016、2017年K(h)最高分别增加239. 61%、164. 04%;施加生物炭可降低D(θ),抑制土壤水分的水平运动,随地形坡度增加抑制效果增强。生物炭施用当年对各土壤水动力学参数的影响大于施用次年。研究结果可为东北黑土区坡耕地农业水土保护和利用提供理论依据。     

植被恢复模式对黑土贮水性能及水分入渗特征的影响

采用双环法对黑龙江省克山农场5种主要的人工林植被类型（水曲柳林、樟子松林、落叶松林、美青杨林和水曲柳落叶松混交林）土壤的贮水性能和渗透特征进行了对比研究。研究结果表明：所研究的5种林地土壤1m土层范围内饱和贮水量在5347．01～5762．91t／hm^2之间,水曲柳和落叶松林地最大,其它3种林地间则差异较小;滞留贮水量在543．43～916．13t／hm^2之间,从大到小的顺序依次为落叶松林〉水落混交林〉美青杨林〉水曲柳林〉樟子松林;初渗速率的变化范围为14～33mm／min,水落混交林最高,依次分别为落叶松林、美青杨林、水曲柳林、樟子松林;稳渗速率在1～8mm／min之间;30min累计人渗量水落混交林和美青杨树林地要远高于其它林地,水曲柳和落叶松林地次之,樟子松林地最小。采用的4种人渗模型都能较好地反映各种林分土壤的人渗过程,平均相关系数r在0．9272～0．9536之间,而考斯加可夫模型和Philip模型的拟合值更接近于实测值,更适用于描述本研究区森林植被下的土壤人渗特征。     

长期施肥对黑土氮素矿化与硝化作用特征的影响

采用培养试验研究了长期施肥对黑土矿化与硝化作用特征的影响。结果表明,黑土的矿化作用和硝化作用都较强,长期施肥对黑土矿质态氮量有显著影响,施用化肥能够增加矿质态氮量,在施用NPK肥基础上增施有机肥,矿质态氮量进一步增加,表明在土壤管理上如果增加有机肥的施用,可以提高土壤的供氮能力。长期施肥黑土的硝化率与施N肥相关性较好,其次是施用PK肥。有机肥与无机肥配施可使土壤硝化率显著提高;硝化率高低取决于黑土可矿化态氮素含量和土壤pH。     

东北典型黑土区剖面粒径分布特征及其可蚀性研究

为了更好的了解黑土区土壤剖面粒径分布以及可蚀性因子特征,本研究以东北典型黑土区鹤北流域为研究区,利用沉降法对不同土地利用方式下土层表面至母质的土壤样品进行粒径分布规律研究,并基于粒径及有机碳分布特征,计算了土样的可蚀性K值,最后对土壤可蚀因子K与WEPP模型中土壤的细沟间侵蚀因子(Inter- rill Erodibility)K_i、细沟侵蚀因子(Rill Erodibility)K_r和临界剪切力因子(Critical Shear)Tc进行相关分析。结果表明:(1)不同剖面下土壤粘粒含量逐层变化不大。而粉粒含量呈现出随土层深度增加而含量减少,砂粒呈现出随土层深度增加而含量增大;(2)除人工林外,其余6个剖面土壤可蚀性因子K值均表现出随土层深度增加而含量增大的趋势;(3)对农地剖面土样分析发现,可蚀性因子K值与细沟侵蚀因子K_r呈极显著正相关,与临界剪切力因子Tc呈极显著负相关,而与细沟间侵蚀因子K_i的正相关性略有降低。