秸秆或粉煤灰添加对砂姜黑土持水性及小麦抗干旱胁迫的影响

针对黄淮海平原典型中低产土壤砂姜黑土黏粒含量较高,土壤有效水分库容较低,严重限制作物生产的现状,该文采用盆栽试验,研究了不同外源改性物料的添加对土壤持水性能及小麦生理的影响,以期获得农田水分管理过程中的关键参数。盆栽试验设置常规氮磷钾(control,CK),常规氮磷钾配施下的添加秸秆(straw returning,SR)、秸秆碳(straw carbon,SC)和粉煤灰(fly ash,FA)处理,维持土壤相对含水率在80%,培育小麦至抽穗期,开展为期10 d的干旱胁迫试验。结果显示SR和SC处理提高了土壤持水能力,且处理间的差异较小;FA处理因其表面富含大量疏水性结晶矿物,土壤相对含水率下降较快,迟效水含量显著低于其余处理,但土壤速效水含量显著提高。不同改性措施均有提高小麦叶片相对含水率,减轻干旱胁迫的趋势,但在极端干旱胁迫下,FA处理叶片相对含水率不仅明显低于其余处理,且作物体内积累大量丙二醛、过氧化氢等有害物质。田间管理中砂姜黑土相对含水率应维持在38%(SR)、36.5%(SC)和24.5%(FA)以上,当土壤相对含水率低于30.78%(SC)、28.43%(SR)和22.5%(FA)时将会对作物生理产生不可逆的伤害。鉴于秸秆优良的保水性能,粉煤灰“富水,不保水”的特性,秸秆与粉煤灰的配合施用将利于砂姜黑土的改良。相关机制值得进一步研究。     

排水地段观测井与排水渠水质相关分析

根据田间实测的排水渠与观测井水质资料 ,分析了地下水中全盐量与其组分间的关系 ,以及排水渠与其邻近观测井地下水全盐量及主要离子含量之间的关系。为探讨观测井与排水渠水质间内在关系 ,研究观测井水质与排水渠水质相互转化关系 ,为简化水质监测工作提供指导。     

长期不同氮肥施用量对潮土团聚体分布和真菌群落组成的影响

不同氮肥施用量显著改变团聚体分布、真菌群落组成及生物胶结物质的产生，但它们之间是否存在相关性尚不清楚。以中国科学院封丘农业生态实验站长期定位试验（2005—2020年）为研究平台，其包含5个施氮水平：0（F0）、150 kg?hm-2（F1）、190 kg?hm-2（F2）、230 kg?hm-2（F3）和270 kg?hm-2（F4），研究了不同施氮量对土壤团聚体组成（>2 000 μm、2 000～250 μm、250～53 μm和<53 μm）的影响，以及团聚体组成与生物胶结物质（球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）及微生物生物量碳（MBC））和土壤真菌之间的相关关系。结果表明，土壤团聚体分布和真菌群落组成分为显著不同的3组，分别为F0、F1和F2以及F3和F4，其中，（1）F1和F2处理团聚体平均重量直径（MWD）最高，同时大于2 000 μm团聚体的质量比例显著增加，并与拟棘壳孢属（Pyrenochaetopsis）富集有关；（2）F1和F2、F3和F4处理均表现为2 000～250 μm团聚体的质量比例增加，而小于53 μm粉黏粒质量比例显著降低，2 000～250 μm团聚体的质量比例增加主要与易提取球囊霉素和总球囊霉素相关土壤蛋白比值（EE-GRSP/T-GRSP）以及易提取球囊霉素相关土壤蛋白（EE-GRSP）显著正相关，而与亚隔孢壳属（Didymella）和被孢霉属（Mortierella）相对丰度显著负相关；小于53 μm粉黏粒质量比例显著降低主要与被孢霉属（Mortierella）、白腐菌属（Phlebia）、黑孢壳属（Melanospora）、Fusicolla、柄孢壳属（Podospora）和亚隔孢壳属（Didymella）相对丰度显著正相关，而与EE-GRSP和/或支顶孢属（Acremonium）、柱霉属（Scytalidium）、外瓶霉属（Exophiala）、EE-GRSP/T-GRSP、MBC显著负相关。因此，土壤团聚体稳定性的变异程度受氮肥施用水平影响。本研究条件下，150 kg?hm-2和190 kg?hm-2施氮水平下的团聚体稳定性超过230 kg?hm-2和270 kg?hm-2施氮水平，与不同施氮量下真菌群落组成及其胶结物质变化显著相关。     

膜下滴灌条件下灌水水质和流量对土壤盐分分布影响的田间试验研究

膜下滴灌是一种既节水，又能抑制土壤盐分上移的灌水技术。该文着重研究在田间条件下，滴头流量、灌水量和灌水水质对微咸水点源入渗水盐运移的影响。研究结果表明，在充分供水条件下，水平湿润锋和积水锋面随时间的推进符合幂函数关系；滴头流量越小，沿土壤深度方向上的盐分含量越小；滴头流量越大，水平方向含盐量随距离增加的趋势越不明显；灌水量是微咸水灌溉条件下控制盐分累积的一个重要因素，灌水量不足，没有足够的入渗水量以确保盐分的淋洗；灌水矿化度的升高会显著增加土壤表层的含盐量。     

入渗水矿化度对土壤水盐运移影响的试验研究

合理开发利用咸水和微咸水资源已成为当今世界各国关注的热点问题。为了分析微咸水矿化度、水量及土壤初始条件等因素对土壤水盐运移的影响，采用土柱在室内进行了微咸水入渗试验。该文分析了入渗水矿化度对入渗过程的影响，分析了盐分的分布特征，建立入渗水矿化度和土壤总盐量之间的数学模型，总结了土壤剖面的盐分运移规律。分析结果表明：入渗水矿化度的增加可增大土壤的入渗能力，入渗水的矿化度在1～5 g/L时，土壤积盐量随入渗水矿化度增加而增大；不同矿化度的水入渗后，土壤表层含水率基本相近，接近饱和含水率。     

电阻率成像法在土壤水文学研究中的应用及进展

缺乏有效的监测技术是制约土壤学和水文学中尺度问题研究的主要瓶颈。近年来,以电阻率成像法为代表的地球物理学方法被引入到非饱和带土壤水文过程的研究中来,为解决尺度问题提供了新的强有力的工具。结合土壤电阻率与土壤特性之间的岩土物理学关系,电阻率成像法可以实现对土壤特性或状态的多尺度无损连续监测。阐述了电阻率成像法的基本过程、特征及其在土壤水文过程研究中的初步应用。同时,深入探讨了电阻率成像法应用于非饱和带水文过程研究中存在的问题和未来的应用潜力。     

施氮和灌溉管理下作物产量和土壤生化性质

氮和水对作物生长非常重要,研究施氮和灌溉管理下作物产量、土壤性质以及它们的关系对我国农业科学有重要意义。本文以中国科学院封丘农业生态试验站为平台,研究了施氮(每季施氮150 kg·hm?2、190 kg·hm?2、230 kg·hm?2、270 kg·hm?2,以不施氮为对照)和灌溉(灌溉量达到0~20 cm、0~40 cm、0~60 cm土壤的田间持水量,以雨养为对照)管理下小麦-玉米轮作系统作物产量和土壤生化性质,以及它们之间的关系。研究结果表明,150~270 kg·hm?2施氮量对2008年、2009年玉米产量和2009年、2010年小麦产量无显著影响;灌溉对2010年玉米产量无显著影响,而2008年、2009年玉米产量随灌溉量增大而增加。尽管2008—2011年小麦产量随灌溉量变化趋势不一致,但与雨养相比灌溉提升了小麦产量。施氮在不同程度上提升了土壤全氮和速效氮含量、脱氢酶和脲酶活性、微生物生物量碳、基本呼吸和硝化势,稍微降低了土壤pH并大幅降低了速效磷含量(降幅48.7%~51.6%);灌溉提升了土壤全氮含量和脱氢酶活性,降低了全钾含量、脲酶活性、基本呼吸、硝化势。多元回归分析显示,某些土壤生化性质(全氮、溶解性有机碳、速效磷含量及微生物生物量碳氮、呼吸熵、硝化势)与2009年、2010年玉米产量很好地线性拟合。综上,土壤生化性质因施氮和灌溉发生不同程度的分异,因施氮和灌溉而分异的土壤生化性质能部分地鉴定作物产量。本研究方法可为产量主导因子的筛选及产量估算模型的建立提供一定参考依据。     

潮土长期不同施氮水平对秸秆降解及其细菌群落结构的影响

农田过量施氮所引发的问题已经引起广泛关注,但长期施氮后土壤无机氮水平状况及其对秸秆降解的作用尚不清楚。本研究以中国科学院封丘农业生态实验站长期（2005～2018年）施氮肥（5个施氮水平：0(N0)、150(N1)、190(N2)、,230(N3)和270 (N4)kg ha-1 yr-1）的潮土为研究对象,开展短期（50天）的秸秆降解-土壤培育实验。培育期间监测秸秆碳的矿化、土壤无机氮（硝态氮和铵态氮）、可溶性有机碳、微生物生物量碳的动态变化,利用高通量测序测定细菌群落结构。结果表明,长期施氮后,土壤无机氮含量和秸秆碳的矿化率随施氮水平的升高而增加。不同长期施氮水平的土壤细菌群落结构呈现显著差异。网络分析揭示：秸秆降解过程中细菌群落内部物种间的共现模式随长期施氮水平发生改变,具体体现为长期高施氮水平下细菌群落彼此间的负相关得到了加强;同时,变形菌主导地位减弱、酸杆菌主导地位增强。综上,土壤无机氮含量、细菌群落结构及物种之间的关系随着长期施氮水平的不同发生了改变。本研究探究了长期不同施氮水平下土壤中无机氮的水平状况、秸秆降解状况以及秸秆降解过程中土壤细菌的生物特性,以期为秸秆还田和科学施氮提供一定的数据支撑和思路启示。     

含碎石土壤的含水量测定误差分析

碎石的存在增加了土壤含水量测定的难度,为便于应用,一些学者将碎石当作细土或不透水介质处理,这在一些情况下可能产生很大误差。本文对忽略碎石或其含水量所引起的土石混合介质和细土含水量的误差进行了分析,并用室内实验验证了所得到的结果与相对误差的关系。结果表明,细土和土石混合介质含水量的相对误差与碎石含量以及碎石与细土含水量的比值有关。当碎石与细土含水量比值很大时,即便碎石含量很低也会产生很大误差;而当碎石与细土含水量比值很小时,高的碎石含量同样导致很大误差。此外,碎石与细土含水量的相对大小并非常数,而是随含水量变化的。因此,对土石混合介质田间水分状况的准确监测,以及水分和溶质迁移过程的定量模拟需要考虑碎石特性的影响。     

用Brooks-Corey模型确定两流区模型参数

两流区模型为描述优先流情况下的溶质穿透曲线提供了新的方法。但两流区模型的所有参数目前仅能通过反推参数法获得，限制了其应用。近年来，毛管理论和土壤水力特性模型的发展使得有可能从更加微观的角度来揭示土壤水分和溶质运动的机理，同时也为对流弥散模型参数的确定提出了新的思路。本研究在Brooks—Corey模型的基础上，推求了土壤中的孔隙流速分布；以平均孔隙流速为两流区的临界流速，得到了两流区模型参数与Brooks-Corey水分特征曲线模型形状系数之间的简单关系；提出了由土壤水分特征曲线确定两流区模型参数的方法。用实测资料对考虑和不考虑不动水体情况下这种方法的可靠性进行了验证。结果表明，不考虑不动水体，上述方法可靠性较差；考虑不动水体，用上述方法预测两流区模型参数有一定精度，不会对模型的预测结果产生太大的误差。