施加脱硫石膏对盐碱土固碳的影响

增加陆地生态系统碳固定能力能有效缓解大气CO 2升高引起的温室效应。以干旱区典型盐土和碱土为研究对象,通过室内土柱模拟试验,研究不同施用量脱硫石膏(0,10,20,21.78,30,40 t/hm²)对盐土和碱土生态系统碳储量(包括土壤碳储量和生物量碳储量)的影响。结果表明:与对照相比,施加脱硫石膏盐土总碳储量(C)降低8.78%~15.72%,其中以土壤有机碳储量降低为主;碱土总碳储量(C)增加5.00%~23.94%,其中以土壤无机碳增加为主。脱硫石膏施加后盐土总生物量碳储量(C)较对照平均降低23.14%,碱土总生物量碳储量(C)较对照平均增加30.44%。施用脱硫石膏碱土生态系统碳储量(C)较对照增加0.09~0.42 kg/m²,而盐土生态系统碳储量(C)较对照降低0.33~0.56 kg/m²。相关分析结果表明,脱硫石膏施加量、土壤电导率以及由脱硫石膏施加引起的土壤含水量变化是影响盐碱土生态系统固碳的主要因素。总体上,施加脱硫石膏后,盐土生态系统碳储量显著降低,碱土生态系统碳储量显著增加,其中施加量30,40 t/hm²处理对盐碱土生态系统碳储量影响效果最大。研究结果可为增加干旱区生态系统碳固定提供科学参考。     

毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳水分利用来源研究

为探究毛乌素沙地典型治沙植物根系吸水来源及其影响因素,通过测定毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳(Salix psammophila)(18~20年)木质部水及其各种潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢氧同位素组成(δD和δ¹⁸ O),利用多元线性混合模型(IsoSource)研究沙柳水分来源的季节变化特征及其影响因素。结果表明,监测期间(6-11月)沙柳木质部水、降水、土壤水和地下水的δD值变化范围分别为-82.41‰~-52.91‰,-144.81‰~-6.60‰,-96.94‰~-42.65‰和-86.42‰~-71.82‰,δ¹⁸ O值变化范围分别为-10.77‰~-7.29‰,-18.86‰~-2.07‰,-12.85‰~-0.79‰和-10.86‰~-9.74‰。雨季(7-9月)降雨量和土壤含水量分别高于旱季(6,10,11月)24.80~90.10 mm和0.95%~1.84%,但6-9月地下水位却低于10-11月2~7 cm。沙柳根系在旱季6月主要利用深层土壤水(>200 cm)(33.70%)和地下水(26.20%),雨季(7-9月)逐渐转变为以吸收浅层土壤水(<200 cm)为主(50.70%~54.00%),10-11月由于气温降低、降水减少及沙柳生命活动减弱,浅层土壤水(<200 cm)对沙柳根系吸水的贡献高于雨季(7-9月)35.20%~40.00%,而地下水对沙柳根系吸水的贡献显著降低(<5.00%)。因此,沙柳根系对于毛乌素沙地季节性干旱具有较强的适应和调节能力,其吸水来源随降雨量、土壤含水量和地下水位季节波动而变化。     

工程扰动对黄土抗蚀性与抗冲性的影响

为研究工程扰动对黄土抗蚀性和抗冲性的影响,以兰州市城关区北山为研究区,选取1年填方样地(T1a)、5年填方样地(T5a)、7年挖方样地(W7a)和天然草地(C)4个样地采集原状土样,在室内使用干筛—湿筛法测定土壤团聚体相关指标研究土壤抗蚀性,用抗冲槽研究土壤抗冲性,并分析了影响土壤抗蚀性和抗冲性的因素。结果表明,各样地表层(0—10 cm)土壤水稳性团聚体的平均质量直径(MWD_w)和0.25 mm团聚体占比(w_((δ0.25)w))表现为CW7aT5aT1a,土壤团聚体破坏率(PAD)表现为T1aT5aW7aC,挖填方样地表层土壤水稳性团聚体颗粒分形维数(D_w)均值为2.82,C样地D_w为2.74,C样地表层土壤的抗蚀性显著强于挖填方样地;T5a和W7a样地中下层土壤(10—20,20—30 cm)MWD_w和w_((δ0.25)w)显著低于表层土壤;各样地表层土壤抗冲系数为W7aCT5aT1a, W7a和C样地的值较为接近。影响土壤抗蚀性与抗冲性的主要因素有土壤电导率、有机质和根系,土壤生物结皮也会影响土壤抗冲性。这些影响因素与挖填方样地搁置年限密切相关,即随着挖填方样地搁置年限增长,这些因素逐渐发生变化,有益于受扰动土壤MWD_w和w_((δ0.25)w)的增加以及PAD的降低,其表层土壤的冲刷强度慢慢接近草地。工程扰动显著降低黄土的抗蚀性和抗冲性,应当做好必要的水土保持措施以降低土壤侵蚀风险。     

雅江河谷防沙治沙生态工程实施年限对沙地持水性能的影响

为探究雅鲁藏布江(下称"雅江")河谷阶地2种类型防沙治沙生态工程(砂生槐灌木林、杨树人工林)实施对沙地持水性能的影响,测定了该区6,12,30年生态工程样地0—30 cm土层沙地持水性能和土壤理化性质,采用模糊数学法计算了土壤质量指数,分析了沙地持水性能的影响因素,并采用多元逐步回归法确定了主要影响因素。结果表明:(1)研究区0—10 cm土层砂生槐和杨树人工林土壤饱和持水量、毛管持水量和田间持水量指标从6～30年增幅分别为5.81%～9.19%和51.47%～71.48%,杨树人工林上述持水量指标是砂生槐的1.02～1.60倍。(2)杨树人工林促进沙地0—10 cm土层机械组成、容重、孔隙度等结构变化和有机质、全氮等养分含量提高均优于砂生槐。随实施年限变化,砂生槐上述土壤指标变化整体为12年最好,杨树人工林则依次为30年10年6年。(3)2种生态工程0—30 cm土层土壤综合质量指数平均值随年限的增加呈增加趋势。相关分析和多元逐步回归分析结果表明,沙地持水性能与沙地机械组成、容重、孔隙度、有机质、全氮和全磷均呈极显著相关,其主要影响因素为毛管孔隙度、全氮和极细砂。综合可知,杨树人工林作为当地引进乔木种,其对沙地持水性能提升效果及持续作用均优于乡土种灌木砂生槐,能够很好地促进沙地恢复。研究结果可为认识区域沙地生态水文功能变化和生态工程建设提供数据参考。     

小麦秸秆粉碎还田配施氮肥与多酚对土壤侵蚀阻力的影响

小麦秸秆粉碎还田可改变土壤性质,进而影响土壤侵蚀阻力。以北方土石山区褐土为研究对象,利用L_9(3~4)正交表对秸秆长度(2,5,8 cm)、秸秆还田量(2 000,4 000,8 000 kg/hm~2)、纯氮施加量(100,140,180 kg/hm~2)及纯多酚施加量(0,40,80 kg/hm~2)4因素3水平进行正交设计,加空白对照共计10个处理。采用JET土壤侵蚀阻力测定仪测定土壤可蚀性和临界剪切力,分析秸秆粉碎还田对土壤侵蚀阻力的影响。结果表明:与对照相比,秸秆粉碎还田后各处理土壤临界剪切力均有所增大,但差异不显著(P0.05),氮肥量对土壤临界剪切力影响显著,随氮肥量增加土壤临界剪切力先增加后减小。秸秆长度、还田量、氮肥量和多酚量对土壤可蚀性均具有显著影响,其中秸秆还田量和多酚量的影响贡献率较大,分别为50.61%和23.84%,其影响分别为负效应和正效应。秸秆粉碎还田条件下,土壤可蚀性可用土壤饱和含水量、0.25 mm团聚体含量进行线性拟合(R~2=0.81,P0.01);0.25 mm水稳性团聚体含量与土壤可蚀性能较好地模拟土壤临界剪切力(R~2=0.76,P0.05)。研究结果有助于理解秸秆粉碎还田后土壤侵蚀阻力变化与机制,并可为模型模拟提供数据支持。     

磷和土霉素对小麦和紫花苜蓿幼苗生长和根系发育的影响

采用盆栽试验的方法,研究不同磷添加量(0,20,80 mg/kg)和土霉素添加量(0,40,160 mg/kg)对小麦和紫花苜蓿幼苗生物量及根系发育的影响。结果表明:所有水平土霉素处理中,20,80 mg/kg磷处理的小麦地上部生物量均比不加磷时高,分别高22.7%～34.1%,10.0%～30.0%和9.1%～18.3%。除160 mg/kg土霉素加80 mg/kg磷的处理外,所有处理的苜蓿根生物量均小于不加磷和土霉素的对照。小麦的根长和根表面积随着土霉素添加量的增加总体上呈减少的趋势。总体来看,施磷显著促进了小麦幼苗地上部的生长,但对苜蓿幼苗生长的影响不显著。土霉素对苜蓿幼苗的根系发育有抑制作用。研究结果可为评价土壤中土霉素残留对作物早期生长的影响和指导合理施用磷肥提供理论依据。     

中亚棉花生产需水量与虚拟水贸易变化趋势

棉花是中亚重要的出口农产品之一,在水资源日趋严峻形势下,评价棉花生产需水和虚拟水贸易对区域水资源管理具有重要意义。本研究基于中亚175个站点长期气象数据,利用ArcGIS空间插值和作物系数法,结合棉花空间分布情况,首先估算了中亚五国的棉花需水量和单产需水量;基于单产需水量和国际粮农组织(FAO)的棉花产量和贸易数据,分析了1992年以来棉花的生产需水量、虚拟水贸易变化趋势及影响因素;最后评价了虚拟水贸易对中亚水资源的影响。研究结果表明:1)中亚棉花需水量为761.0～1033.9mm,单产需水量为2834.4～5732.1 m~3·t~(-1),其中产棉大国乌兹别克斯坦为4263.8 m~3·t~(-1)。2)1992—2017年,中亚地区棉花收获面积减少和产量偏低,导致总产量下降,生产需水量从初期的不足300亿m~3下降到目前的不足200亿m~3;棉花消费量增加导致出口量降低,净出口虚拟水量从初期的200亿m~3左右下降到目前50亿m~3;年均棉花生产需水量、净出口虚拟水量和净出口占生产需水量的比值分别为237.2亿m~3、147.4亿m~3和62.1%。3) 1992—2017年,乌兹别克斯坦和土库曼斯坦通过棉花出口分别输出其可更新水资源总量的18.4%和12.7%,加剧了咸海流域水资源短缺。因此减少农田输水损失,提高棉花水分利用效率,是提升中亚棉花总产、减少棉花生产耗水、提升棉花出口贸易、减少虚拟水外输的有效措施。     

黑土春玉米田氮素的淋溶风险与阻控机制研究

为阐明黑土春玉米田氮素的淋溶风险与阻控机制,运用田间原位15N示踪技术,设常规垄作、免耕无秸秆覆盖和免耕100%秸秆覆盖(秸秆量为7500 kg·hm~(-2))3个处理,量化了长期免耕秸秆覆盖措施下氮素在不同形态氮库中的转化特征、淋溶运移规律和去向。结果表明:农民常规施肥量条件下,常规垄作、免耕无秸秆覆盖和免耕全量秸秆覆盖均已导致东北黑土春玉米田0～300cm土壤剖面中分别累积461.6kg(N)·hm~(-2)、450.7kg(N)·hm~(-2)和439.7kg(N)·hm~(-2)的矿质氮,且主要是硝态氮(占比分别为84.2%、79.5%和81.7%),存在着氮素的淋溶损失风险。当季施入肥料氮对玉米苗期和抽雄期0～40cm土层总硝态氮库累积的贡献率平均为60.9%和58.0%,其淋溶损失风险较高。与常规垄作处理相比,免耕全量秸秆覆盖降低了0～40 cm土层肥料氮向矿质氮库的转化,降低比例达20.8%;增加了其向黏土矿物固定态铵和有机氮库的转化,提高比例分别为39.4%和30.5%。0～20cm土层,黏土矿物对肥料来源铵的固定能力和微生物对肥料来源矿质氮的固持能力基本相当;20～40cm土层,固持能力前者高于后者,说明外源碳输入的数量及其与土壤微生物的接触程度共同决定着对矿质氮的固持潜能。通过免耕和秸秆覆盖调控机制,可阻控黑土春玉米田矿质氮在土壤剖面的大量积累,使氮肥利用效率和玉米产量均提高9.7%,氮肥的气态损失降低27.7%,延缓肥料氮向深层土壤剖面淋溶运移的速率。     

冻融交替对农田氮磷淋溶影响的研究进展

农田施肥过量导致氮磷养分淋溶引发的水体污染问题日益突出,冻融交替是中高纬度、高海拔和部分温带地区的自然现象,对冻土区农田生态系统的土壤生物地球化学过程有重要影响。了解冻融交替如何影响土壤氮磷养分淋溶,对建立阻控养分淋溶的措施至关重要。本文对国内外已有的研究结果进行归纳和梳理,从土壤物理、化学和生物学角度阐述了冻融交替对农田土壤氮磷淋溶的作用机制和影响因素。冻融交替主要是通过以下几个方面影响养分淋溶:1)土壤水的相变对土壤颗粒、孔隙结构、微生物细胞的破坏作用;2)对土壤微生物群落组成、结构及其参与的养分循环的影响; 3)最终导致土壤对养分和水分固持能力、可淋溶养分的含量和形态以及淋溶通道的改变。此外,气候因素包括气温和积雪覆盖对冻融模式的影响以及土壤自身的性质决定着冻融期间养分淋溶损失程度。基于冻融对养分淋溶的影响机制,阐述了增施生物炭、种植覆盖作物、采用免耕秸秆覆盖等耕作方式在减缓养分淋溶方面的研究进展和潜在机制,为今后相关研究工作提供了理论依据。最后简要指出当前研究的不足之处,提出未来相关研究的方向。     

典型河源区畜禽粪便农田施用的环境承载力研究

畜禽粪便作为农业面源污染的主要来源之一,对农田土壤质量及河源区水质安全存在严重威胁。本研究选取东辽河源区东辽县畜禽粪便为研究对象,通过分析其重金属与典型抗生素与产生特征,阐明了畜禽粪便农田施用的环境承载力及应对措施。结果表明:畜禽粪便中重金属Cu、Zn含量最高,四环素类抗生素中金霉素残留最高,猪粪中含量高于鸡粪和牛粪。假设河源区东辽县当年产生畜禽粪便全部还田,以重金属背景值为参照,单因子污染指数均大于1小于2,达到轻度污染水平,重金属综合污染指数为0.97,达到警示污染水平;畜禽粪便安全施用年限为100年时,旱田、水田最小施用半径分别为233 m、44.5 m,与最大可施用半径比值均为0.25。而抗生素生态风险值均小于0.01,无生态风险。因此,畜禽粪便农田施用前需对重金属Cu、Zn、Hg采取无害化处理。