中国东北漫川漫岗典型黑土区沟道侵蚀特征

[目的] 通过对450 km²黑土区进行实测调查，旨在评估研究区沟道侵蚀现状。[方法] 选取沟道侵蚀严重的450 km²的漫川漫岗黑土区为调查区域，首先在谷歌卫星影像上进行侵蚀沟识别和定位，再对侵蚀沟立体形态进行实地测量。[结果] ①研究区土地利用以耕地为主，耕地、建设用地、林地、草地分别占研究区总面积的85%，8%，6%，1%。②研究区坡耕地占86%，坡度0.25°~3.0°占64%，大于5°的占12%。③共有侵蚀沟1 049条，其中耕地中侵蚀沟577条，占总侵蚀沟条数的55%；沟壑密度1.2 km/km²，按沟壑密度衡量沟蚀强度为中度；沟壑面积比例为2.89%，以此界定沟蚀强度为剧烈。④研究区侵蚀沟平均长度、宽度、深度和面积分别为996，13.1，2.7 m和2.4 hm²。[结论] 漫川漫岗黑土区沟道侵蚀严重，主要危害坡耕地，但侵蚀沟相对较小，易于治理。     

模拟冻融循环对黑土黏化层孔隙结构的影响

以东北典型黑土区耕地土壤为研究对象,采用室内模拟冻融以及CT(Computerized tomography)扫描相结合的方法,通过孔隙数目、平均面积、成圆率3个指标的量化与分析,研究了冻融循环对黏化层土壤孔隙特征的影响规律,以期为探明该区土壤侵蚀机理提供科学依据。研究结果表明,冻融循环不同程度地降低了原状土和填充土的孔隙数目和面积,均在循环3次时达到最低值,冻融循环对≥5 mm孔隙影响较为明显。相对原状土而言,前期含水量对黏化层填充土柱孔隙特征的影响较小。黏化层结构对模拟冻融循环的响应特征印证了季节性冻融循环对黑土区黏化层可蚀性的影响,进而诱发土壤侵蚀、促进沟蚀发展的可能。      

东北黑土区长期不同磷肥施用量对大豆生长及产量的影响

以中国科学院海伦生态实验站的长期定位试验为基础,分析了不同磷肥施用量包括对照(CK)、低磷处理(25.58 P2O5kg·hm~(-2),N1P1K)、中磷处理(51.75 P_2O_5kg·hm~(-2),N1P2K)和高磷处理(77.65 P_2O_5kg·hm~(-2),N1P3K)对大豆生长、结瘤及产量的影响。结果表明:不同处理对大豆株高和生物量的影响表现为N1P3KN1P2KN1P1KCK(鼓粒期株高除外),说明当前黑土磷素水平下,磷肥的施用能够显著促进大豆植株的生长;与CK,N1P1K和N1P2K相比,N1P3K苗期的根瘤数量和根瘤干重分别增加了56.7%～152.8%和87.4%～463.1%;与CK相比,N1P3K和N1P2K处理固氮酶活性分别增加了74.0%和94.0%;大豆的单株荚数和单株粒数均表现为随着磷肥施用量的增加而增加,虽然百粒重和产量表现出了相似的趋势,但是N1P3K和N1P2K处理之间没有显著差异(P0.05),说明过多磷肥的施用在东北黑土区对大豆增产效果不明显。因此,在东北黑土区在考虑生产成本、大豆产量等因素的情况下,建议适宜的磷肥施用量为N1P2K,即磷肥的施用量为51.25 P2O5kg·hm~(-2)。     

玉米秸秆及其生物炭对东北黑土溶解有机质特性的影响

以典型东北黑土为研究对象,连续3年(2016—2018年)在吉林省长春市中国科学院东北地理与农业生态研究所长春综合农业实验站开展田间定位试验,研究生物炭(BR)、秸秆(SR)以及生物炭和秸秆联合施用(BS)对土壤理化性质和溶解有机质(DOM)特性的影响。结果表明:与对照(CK)相比,BR、SR和BS处理显著增加玉米产量和生物量、土壤团聚体平均重量直径以及亮氨酸氨基肽酶活性。此外,与CK相比,BR显著降低腐殖化指数(HIX)10.0%,显著增加活性有机碳和速效磷含量,增幅分别达35.6%和51.3%;SR显著增加激发波长为355 nm时发射波长为440~470 nm范围内最大荧光强度(Fn(355))、HIX、DOM在254 nm处的吸光度值与溶解有机碳浓度的比值(SUVA 254)和全氮/全磷,增幅分别达43.6%,4.1%,45.5%和18.8%;BS显著提高土壤pH、有机碳/全磷、速效钾含量和DOM在250 nm处与365 nm处吸光度值的比值(E2/E3)。总体上,施用生物炭可降低DOM腐殖化程度和复杂性,但会提高土壤活性有机碳含量,而秸秆还田可增加DOM腐殖化程度和复杂性。     

不同坡度下掺沙对黑土坡面径流侵蚀特征的影响

黑土区野外考察发现,当地农民通过土壤掺沙的方法改良土壤质地,以提高作物产量。鉴于此,基于人工模拟降雨试验,探究东北典型坡度(3°,5°和7°)条件下掺沙比例(0,10%,20%和30%)对黑土坡面径流侵蚀特征的影响,以期为东北农业生产和土壤侵蚀防治提供科学依据。结果表明:掺沙比例对坡面径流特征的影响较坡度更加明显;随着坡度的增加,掺沙比例对径流特征的影响增大。随着掺沙比例的增加,平均径流流速从5.2～5.3 cm/s减小到2.7～3.4 cm/s,产流率和径流量逐渐减小,掺沙30%时达到最小值。产沙率随掺沙比例和坡度的增大呈先增加再减小的变化。侵蚀量随掺沙比例增大变化显著,呈先增加后减小的变化,在掺沙10%和20%时较大。可见,土壤掺沙(20%)在减小坡面径流量的同时,亦能增加坡面土壤侵蚀量。从水土保持角度分析,掺沙处理不利于防治黑土坡面土壤流失,但是综合考虑其生态经济效益,适度掺沙能够作为一种黑土区坡耕地农业技术措施。     

黑土地保护与秸秆富集深还

介绍了吉林省黑土地保护的范围、存在的问题和保护措施,特别介绍了秸秆富集深还技术模式及其优点、适用条件和实施效果。我国黑土是世界上四大黑土区之一,吉林省的黑土区(软土)为8.63万km~2,其中发生学分类的黑土为1.1万km~2,分别占全国的32%和15%。黑土退化的主要表现是黑土"变少了""变薄了""变瘦了",其主要原因是建设占用和不当耕作。黑土地保护的主要措施是通过合理耕作和秸秆深还来形成深厚、肥沃、健康的耕作层和亚表层;对于不可避免的建设占用耕地实施表土剥离与再利用,同时尽快完成城市边界、永久基本农田边界、生态边界的"三界"划定,保护黑土资源。就秸秆深还而言,提倡机械化秸秆富集深还,即将玉米秸秆粉碎并富集到一个条带后,以风力注入的方式埋入土壤亚表层20~40 cm的技术模式。其优点是土层顺序不变,并可2~4倍量富集秸秆,达到连年条带轮耕深还秸秆的目的,彻底解决秸秆焚烧和土壤培肥之急需。     

东北农田黑土蒸发量与土壤水分及气象因子的关系

为准确地掌握东北农田黑土水分蒸发量的变化规律,2007年8月开始在吉林省吉林市龙潭区江密峰苗圃进行蒸发量测量试验,采用称质量法测量不同设置水分条件下农田黑土的昼夜蒸发量,并根据蒸发量与测量的气象因子建立了相应的回归方程.结果表明:土壤蒸发量与土壤含水量呈极显著正相关;土壤蒸发量在不同土壤含水量之间差异显著.通常情况下,土壤白天的蒸发量大约是夜间的12倍,全天蒸发量集中在11:00-15:00,占全天蒸发量的60%～70%.土壤蒸发量与光合有效辐射和风速呈显著的正相关,与其它气象因子相关关系不显著.     

东北黑土区顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程对比

[目的]以无垄作坡面侵蚀过程为对照,研究顺坡垄作坡面土壤侵蚀过程及机理,为东北黑土区坡耕地土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]基于人工模拟降雨试验,设计了3个降雨强度(50,75和100mm/h)以及1个坡度(即顺坡垄作改横坡垄作的临界坡度5°),进行顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀过程的对比研究。[结果]顺坡垄作坡面径流量和侵蚀量分别较无垄作坡面增加了1.2~1.7和1.3~2.1倍,径流和侵蚀过程也发生了变化。与无垄作坡面相比,顺坡垄沟的集中汇流作用使坡面水流流速增加了1.0~2.3倍,径流剪切力增加了0.7~1.2倍,其坡面侵蚀方式也由片蚀为主转变为以细沟侵蚀为主,细沟侵蚀量可占总侵蚀量的55.3%~65.6%。[结论]坡面水流流速增加和细沟侵蚀发生是导致顺坡垄作坡面土壤侵蚀增加的主要原因。     

长期施用氮、磷及有机肥对农田黑土PLFA的影响

    研究黑土长期肥料定位站CK、N、P、NP、单施有机肥(MCK)、有机肥与氮肥(MN)、有机肥与磷肥(MP)、有机肥与氮磷肥(MNP)等8处理土壤磷脂脂肪酸(PLFA)和基本理化性质.结果表明,有机肥及单施P处理显著促进真菌、细菌生长,提高真菌/细菌比值;单施N对细菌或真菌无显著影响;与MCK相比,有机肥配施化肥对真菌、细菌影响不同:总细菌脂肪酸由大到小依次为MCK(54.7 nmol·g-1)>MP(49.7 nmol·g-1)>MN(44.8 nmol·g-1)>MNP(42.6 nmol·g-1);而真菌生物量则随化肥施用而增加,表现为MP(28.5 nmol·g-1)>MN(26.0 nmol·g-1)>MNP(22.8 nmol·g-1)>MCK(22.0 nmol·g-1).多元线性回归分析表明,总微生物群落或总细菌受速效钾与硝态氮含量影响最为显著,硝态氮与总氮是G+菌生长的主要限制养分,而速效钾是影响G-菌的最主要因素,真菌更易受有效磷与铵态氮含量影响.     

黑土坡面细沟形态及剖面特征试验研究

[目的] 对比分析不同坡度条件下黑土坡面细沟宽度、深度、宽深比、细沟剖面形态及沟壁坡度特征，为东北黑土区坡耕地细沟侵蚀防治提供科学参考。[方法] 在野外径流小区不同坡度（5°和10°）下开展汇流冲刷试验〔1 L/（min·m²），历时60 min〕。[结果] ①试验条件下，黑土坡面细沟剖面形态主要为“U”型，细沟平均宽深比介于2.3~4.9之间；②随着坡度的增大，细沟下切侵蚀作用增强幅度明显超过细沟沟壁崩塌侵蚀作用，导致细沟宽深比减小，细沟剖面形态由“宽浅型”向“窄深型”转化；③对于坡面不同位置，细沟平均宽深比在坡上，坡中，坡下位置分别为2.7，1.6，5.4，即自坡面上部到下部依次表现为“宽浅型”—“窄深型”—“宽浅型”的细沟剖面变化特征；④黑土坡面细沟沟壁坡度主要为37.7°~85.2°，其值随着地面坡度的增加而增大，且不同坡位之间细沟沟壁坡度表现为坡中位置大于坡上和坡下位置。[结论] 防治东北黑土区陡坡耕地中段位置的细沟发育尤为重要，对缓解该区水土流失问题有重要作用。