土壤管理措施对坡耕地侵蚀退化耕层的恢复作用

【目的】紫色土坡耕地土壤侵蚀严重,研究土壤管理措施对不同侵蚀程度坡耕地耕层侵蚀恢复作用,为紫色土坡耕地耕层质量调控和坡耕地持续利用提供理论及实践依据。【方法】采用单因素方差分析（One-way ANOVA）检验各指标的差异显著性,研究不施肥（CK）、施化肥（F）、施生物炭+化肥（BF）3种土壤管理措施对侵蚀0 cm（S_-0）、侵蚀5 cm（S_-5）、侵蚀10 cm（S_-10）、侵蚀15 cm（S_-15）、侵蚀20 cm（S_-20） 5个不同侵蚀程度坡耕地耕层土壤属性的恢复作用。【结果】（1）随侵蚀程度增加,土壤砂粒含量由38.1%—42.4%逐渐增至44.2%—46.4%,土壤黏粒含量由12.6%—14.8%逐渐减少至9.6%—11.0%;与S_-0、S_-5、S_-10相比,S_-15、S_-20土壤容重显著增大;S_-10侵蚀程度下,土壤抗剪强度最大,在8.71—9.56 kg·cm^-2之间;F、BF处理下S_-15侵蚀程度的土壤稳定入渗率、平均入渗率降幅均最大。（2）不同管理措施下坡耕地耕层土壤属性差异显著,BF处理下土壤砂粒含量小、黏粒含量最大,0—10 cm、10—20 cm土层土壤容重显著低于CK（P<0.05）,土壤总孔隙度、毛管孔隙度均显著高于CK、F处理;BF处理下土壤初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率均最大,CK处理最小;与CK处理相比,BF处理土壤抗剪强度显著增大。（3）随侵蚀程度增加,土壤可蚀性K值显著下降,与S_-0相比,S_-20侵蚀程度下土壤可蚀性K值下降0.1960%—0.2192%;BF处理下土壤可蚀性K值最大,F处理次之,CK最小;S_-10侵蚀程度下F、BF处理的K值均较CK增加幅度最大,分别增加0.0684%、0.1404%。【结论】施加生物炭+化肥在改善土壤物质组成、结构特征、提高土壤蓄渗性能等方面较单施化肥效果更为显著,可有效减轻紫色土坡耕地耕层土壤侵蚀,对侵蚀10 cm条件下的坡耕地耕作层（0—20 cm）土壤的改良效果最佳。     

格栅式底流消能工掺气浓度分布规律

格栅能够有效改善底流消能效果，减轻或者避免消力池底板发生空蚀破坏。通过水工模型试验，研究圆孔Γ形格栅不同开孔率下栅前、栅后掺气浓度变化。试验结果有以下3个方面。①消力池附壁射流区掺气浓度纵向沿程递减，格栅附近有突变；垂直轴线方向，掺气浓度中部大两侧小，峰值出现位置和入射水股主流位置正相关；竖直方向上，1/2水深以下栅前掺气浓度沿高度增加明显，栅后的变化则明显趋缓。②增设格栅后，消力池距离进口5和30 cm位置的栅前掺气浓度值陡增41.11%和26.82%（开孔率34%）；格栅开孔率由46%减小到22%，格栅上游侧（6#断面）掺气浓度由37.75%下降到20.32%，格栅下游侧（7#断面）掺气浓度由20.47%下降到8.78%。③增设格栅，栅后近底掺气浓度值（靠近边墙位置）最小也能达到6.06%，并且测点流速不大，意味着包括格栅在内的消力池结构不易发生空蚀破坏。      

不同地下水埋深土壤水分入渗规律研究

【目的】分析农田土水势的分布对作物的生长状况和农田水分循环的影响。【方法】采用观测室内层状长土柱(土柱长L=335 cm)在上边界条件为薄层积水、下边界控制不同地下水埋深时的水分入渗及蒸发过程的试验,分析了不同地下水埋深时土水势与零通量面的变化特征。【结果】入渗率随时间总的变化趋势是减小,入渗率随时间的变化一般经历3个阶段:迅速减小、缓慢减小和稳定阶段;累积入渗量随时间增加,与时间呈幂拟合关系;入渗初始阶段湿润锋运移速率较快,之后随着时间的推移,湿润锋运移速率逐渐减小,至某一时间后趋于稳定。【结论】湿润锋运移距离与时间的平方根呈线性关系     

考虑土壤水平衡的灌区水资源优化配置研究

针对内蒙古河套灌区解放闸灌域地下水埋深较浅且矿化度高及黄河水量逐年减少等因素导致的农业用水严重短缺问题,本研究以解放闸灌域玉米为研究对象,耦合Jensen模型与土壤水平衡模型构建灌区尺度灌溉水资源优化配置模型,对不同的地下水埋深及土壤含水量情景下水资源优化配置方案进行研究,并利用Lingo软件编程求解模型。结果表明:当地下水埋深为2.5m时,引黄水量为3.85×10~8 m~3,可以达到5.55×10~8元的净经济效益;而土壤水含量为0.12～0.16时,净经济效益为[5.41,5.67]×108元。优化结果验证了模型在当地可行,并针对河套灌区解放闸灌域的不同土壤含水量与地下水埋深情景分别提供14种配水方案。     

棉秆隔层对土壤水分入渗及水盐分布的影响研究

采用室内土柱实验,研究了裸地、棉秆隔层表层放置、棉秆隔层15cm、30cm、45cm和60cm处放置6个处理的土壤入渗特征及入渗后土壤水盐分布,以期对盐碱地改良提供依据。结果表明：棉秆隔层的设置降低了土壤入渗速率和累积入渗量,有利于棉秆隔层以上盐分的淋洗；秸秆隔层的设置降低土壤水分的蒸发,有利于隔层以下土壤水分的保持；各处理盐分均出现表聚,其中秸秆表层覆盖盐分表聚最小。     

生物炭对黑土区土壤水分扩散与溶质弥散持续效应研究

为探究施用生物炭对黑土区坡耕地土壤水分扩散和溶质弥散的持续效应，于2016—2019年在1.5°、3°、5°的径流小区开展了生物炭持续效应试验，分析了单次施加生物炭对土壤容重、孔隙度、有机质含量、Boltzmann变换参数ξ、非饱和土壤水分扩散率D(θ)、非饱和土壤水动力弥散系数Dsh(θ)的持续作用。结果表明：土壤中单次添加生物炭后的4年内均可显著降低土壤容重、提高土壤孔隙度、增加土壤中有机质含量，且各指标变化率均随坡度增大、施炭年限延长而减小；坡度、年份、是否施用生物炭3个因素中，对土壤容重、孔隙度、有机质含量影响程度最大的均为是否施用生物炭；施用生物炭增大了ξ，且ξ随坡度增加、施炭后年限延长逐年减小。2016—2019年D(θ)与Dsh(θ)均随土壤含水率的增加而迅速增加。当土壤含水率小于等于042cm3/cm3时，生物炭抑制土壤水分扩散；当土壤含水率大于0.42cm3/cm3时，生物炭促进土壤水分扩散。当土壤含水率小于等于0.36cm3/cm3时，生物炭抑制土壤中NaCl溶液的弥散；当土壤含水率大于0.36cm3/cm3时，生物炭可以促进土壤中NaCl溶液的弥散。试验区θ处于0.20~0.35cm3/cm3，故施用生物炭对水分扩散、NaCl溶液弥散均具有抑制效果，且生物炭对水分扩散和溶液弥散抑制效果均随坡度增加、施炭后年限延长而减弱。     

保护性耕作对黄土高原旱作麦田土壤氮矿化的影响

农田土壤氮矿化是陆地生态系统氮循环的重要过程,对维持土壤供氮能力及作物生长发育具有重要意义。陇中黄土高原半干旱区是我国西北部重要的粮食生产区,如何实现当地旱作农田氮素高效利用一直是研究热点,然而目前关于该地区不同耕作措施对旱作麦田土壤氮矿化的影响规律我们却知之甚少。为此本文以黄土高原旱作麦田为研究对象,于2021年春小麦生育期(3—8月)采用树脂芯原位培养法监测不同耕作措施[传统耕作(T)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆覆盖(TS)、免耕+秸秆覆盖(NTS)]对土壤氮矿化的影响特征,通过分析不同耕作措施对土壤氮素含量和水热条件的影响规律,以此来探究耕作措施对土壤氮矿化过程的影响。结果表明：(1)T、NT、TS和NTS处理下土壤氮素在春小麦生育前期(播前-开花期)呈净氮固持状态、中后期(开花期-成熟期)呈净氮矿化状态。不同耕作措施下土壤净氮矿化速率差异显著(P<0.05),呈现为NTS>TS>NT>T。(2)相较T处理,3种保护性耕作在春小麦生育期内增加了土壤全氮、NH₄⁺-N含量和土壤水分,减少了NO₃     

土地利用变化对土壤水补给来源影响研究

为探究不同植被类型深剖面土壤水补给来源,以黄土区长武塬为研究区,采集两种土地利用方式(农地、18 a苹果园、26 a苹果园)下20 m深土壤剖面,测定土壤水及其稳定性和放射性同位素含量,基于同位素方法对不同土地利用类型下不同深度土壤水来源进行溯源分析。研究表明：(1)苹果园土壤水含量明显低于农地,说明果园耗水强度更大,对深层土壤水影响更为显著。(2)农地、18 a和26 a苹果园下降水偏移量分别为-22‰、-20‰和-6‰,说明降水补给土壤水后受到蒸发作用影响,且农地土壤水比果园受到的蒸发效应更强。(3)该区土壤水补给主要以活塞流为主;对于补给不同深度土壤的可能水源,6 m以下补给水的同位素组成(δ²H=-83.8‰,δ¹⁸O=-12.1‰)较0～6 m (δ²H=-68.8‰,δ¹⁸O=-10.1‰)更为贫化,且6 m以下补给水的氢氧稳定同位素组成与日降水量≥50 mm·d^-1的降水更相似。与农地(δ²H=-70.6‰,δ¹⁸O=-...     

不同复垦措施下铁尾矿的土壤颗粒多重分形特征

在铁尾矿复垦区,运用多重分形理论研究不同复垦措施的土壤多重分形特征,有助于表征重构土壤特征,并进而为分析重构土壤的性质奠定基础。以山西省运城市垣曲县国泰矿业有限公司泉子沟的铁尾矿为研究对象,对坡面5种复垦措施样地的表土层土壤粒径分布进行多重分形参数分析,并探讨了其与土壤性质和土壤抗蚀性的关系。结果表明:(1)铁尾矿复垦样地重构土壤粒径分布均具有明显的多重分形特征,且不同复垦措施间多重分形参数特征差异明显。与砂土基质相比,砂菌基质和裸尾矿基质的粒径分布集中程度D(1)和D(1)/D(0)较低,谱宽△ɑ琢较大,其质地非均匀性程度较高;与油松紫穗槐模式相比,刺槐连翘模式的集中程度D(1)和D(1)/D(0)在砂土基质中较高,在砂菌基质中没有明显差异;但在质地非均匀程度方面,油松紫穗槐模式高于刺槐连翘模式;裸尾矿基质与其余样地相比,粒径分布的集中程度D(1)和D(1)/D(0)较低,质地非均匀程度较高,但对称度△f与砂土基质差异不大;砂菌基质的粒径分布对称度△f最高,砂土基质和裸尾矿次之。(2)铁尾矿复垦样地粒径分布对称度△f与抗蚀性、饱和持水率、有机碳和全氮含量呈显著正相关;D(1)、D(1)/D(0)和△ɑ琢与抗蚀性和土壤性质的关系不显著。该研究结果可为铁尾矿复垦土壤重构和水土保持提供科学依据。     

咸水膜下滴灌频率对土壤表层水盐环境的影响

为了更好地指导干旱区农业生产,利用地下咸水进行了膜下滴灌频率试验,设3种滴灌频率,即1次/24 h(T1)、1次/48 h(T2)和1次/72 h(T3),探讨了相同灌水量下不同滴灌频率对土壤表层水盐环境的影响。结果表明,(1)T2处理浅层土壤含水率高于T1和T3处理0.5%~1.0%,且试验后期形成面积和深度均大于T1和T3处理的;(2)土壤电导率在整个试验过程中呈增加趋势,T2处理土壤电导率增长幅度相对较小,土壤返盐程度较小;(3)土壤p H值在试验中期增大,试验后期减小,表层土壤p H值达8.5左右;(4)土壤表层各盐分离子量在试验期间的增加程度远小于土壤结冻期;土壤表层重碳酸根离子量在试验后期超过120.0 mg/kg,土壤总碱度增大,土壤存在碱化趋势。因此,滴灌频率1次/48 h可为作物提供比较适宜的土壤表层水盐环境,可作为民勤绿洲咸水滴灌频率参考值;同时,使用咸水滴灌后,绿洲土壤存在明显碱化趋势,因此还需采取其他灌排措施减弱土壤次生盐渍化。