增施有机肥改善黑土物理特性与促进玉米根系生长的效果

为改善东北黑土区粘重耕层的土壤物理特性,通过玉米秸秆还田基础上增施有机肥试验,拟明确增施有机肥对黑土物理特性和根系生长的提升效果。利用2015～2018年吉林省公主岭市和黑龙江省克山县黑土区的定位试验,测定了玉米抽雄期3种秸秆还田处理及其增施有机肥(旋耕秸秆还田+有机肥RSM、深翻秸秆还田+有机肥DSM、深松秸秆还田+有机肥SSM)处理的土壤物理指标;并采用微根管法原位测定了根系生长指标,计算出增施有机肥后各土壤物理特性与根系生长指标的变化量。结果表明,相比秸秆还田处理,增施有机肥降低了土壤容重、土壤紧实度,提升了土壤含水量,同时根长密度、根尖数密度和根平均直径均显著增加,其中根长密度和根尖数密度各土层平均增加了0.18 cm/cm~2和34.9×10~(-3)个/cm~2。不同秸秆还田方式增施有机肥后对黑土物理特性和根系生长的改善效果不同,其中0～15 cm土层RSM处理改善效果最明显,15～45 cm土层SSM和DSM处理改善效果最明显。有机肥和秸秆还田方式互作对黑土物理特性和促进根系生长指标具有显著的正向互作效应。上述结果表明,深松秸秆还田和深翻秸秆还田基础上增施有机肥模式更有利于改善黑土物理特性和促进根系生长,是改善东北黑土区粘重耕层的技术选择。     

凤阳山不同林分土壤腐殖质特征及影响因素

以浙江省凤阳山海拔1 300~1 400 m处不同林分类型(阔叶混交林、针阔混交林、杉木林、竹林)为对象,测定不同土层土壤基本理化性质、酶活性及腐殖质质量分数,分析土壤腐殖质特征及影响因素,为凤阳山自然保护区的土壤肥力和可持续经营发展提供理论依据。结果表明:土壤腐殖质质量分数针阔混交林最高,阔叶混交林、竹林、杉木林次之;胡敏酸质量分数针阔混交林最高,杉木林最低;富里酸质量分数针阔混交林最高,竹林最低。除磷酸酶活性随土层加深无统一规律外,4种林分脲酶活性、过氧化氢酶活性及蔗糖酶活性土壤随土层加深皆呈现降低趋势。土壤pH值、土壤密度与土壤腐殖质质量分数、胡敏酸质量分数和富里酸质量分数均呈现显著的负相关;除磷酸酶活性相关性不显著外,土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性、总孔隙度、毛管孔隙、非毛管孔隙与土壤腐殖质质量分数、胡敏酸质量分数和富里酸质量分数均呈现显著的正相关。凤阳山不同林分类型对土壤腐殖质特征的影响较土层深度更显著,土壤理化性质及酶活性与土壤腐殖质质量分数有着密切关系。     

基于PhotoScan的径流小区三维重建参数优化

提高径流小区数字地面模型精度是应用三维重建技术研究面蚀细沟间与细沟侵蚀过程的关键。以位于黑龙江省海伦市的中国科学院海伦水土保持监测研究站的裸地小区为研究对象，以验证点与控制点误差比和数字高程模型（Digital elevation model，DEM）误差为指标，优化Agisoft PhotoScan三维重建径流小区的处理参数，降低DEM误差。PhotoScan的精度参数和相机模型设置对DEM误差有较大影响。优化后的验证点与控制点误差比降低35%，改善了径流小区DEM对地面控制点的过度拟合。优化后的相机模型包含焦距、像主点、径向畸变、切向畸变等。基于单点和点云的验证结果表明，优化过程误差降低约40%。相对于默认参数设置下的验证点误差（20.0mm），优化后的验证点误差为11.0mm，与细沟侵蚀深度标准相当（沟深大于等于10mm），因此优化后的径流小区三维重建过程更适宜于细沟侵蚀过程的三维表达。     

不同土地处理方式对冀北山区蒙古栎天然更新的影响

为探索人工促进蒙古栎天然更新的最佳方法,开展了不同土地处理方式对冀北山区蒙古栎实生天然更新的影响试验。结果表明:不同土地处理方式对蒙古栎天然更新株数有显著影响,破土5 cm的处理产生幼苗数量最多;清除腐殖质层和破土10 cm处理次之;不进行任何处理的幼苗株数最少。影响作用为破除表土5 cm>清除腐殖质层>破除表土10 cm>不处理。     

樟子松人工林土壤有机碳及腐殖质碳 组成的变化特征

以辽宁章古台沙地不同林龄(7年、16年、34年、55年)樟子松林下土壤为研究对象,运用统计学的方法对0～5 cm、5～10 cm、10～20 cm、20～40 cm土层有机碳的含量与储量进行比较,定量分析腐殖质组成的变化。结果表明:不同林龄樟子松人工林土层中有机碳含量随深度呈显著下降趋势;并且有机碳含量与储量随林龄增长趋势显著,其中16～34年这一阶段是樟子松土壤有机碳积累最快的时期。土壤腐殖质碳含量与土壤有机碳的变化相似。不同林龄樟子松人工林林下土壤0～5 cm土层的PQ值随林龄增长先增加后减小,最大值出现在34年;5～40 cm土层PQ值随着林龄的增长而增加;0～10 cm土层CHA/CFA比随着林龄的增长先增加后减小,10～40 cm土层CHA/CFA比随着林龄增长而增加。说明在16～34年生时樟子松人工林土壤有机碳含量与储量和腐殖质碳含量快速积累,表层土壤腐殖化程度最高,腐殖质的聚合度改善较为明显;34年生以后土壤有机碳和腐殖质碳含量增速减慢,甚至下降,表层土壤腐殖化程度降低。     

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。     

Cu2+和Zn2+在土壤电场中的极化对黑土胶体凝聚的影响

金属离子在土壤胶体固-液界面上的行为差异引起土壤胶体絮凝过程的差异,并深刻影响土壤溶液中养分或污染物的迁移转化。为明确Cu~(2+)和Zn~(2+)两种金属离子界面行为对土壤胶体凝聚的影响,本文选取黑土胶体为研究对象,利用动态/静态光散射技术研究专性吸附离子Cu和Zn体系中不同离子浓度条件下黑土胶体的凝聚行为。结果表明:(1)Cu~(2+)和Zn~(2+)两种金属离子引发黑土胶体凝聚的机制相似,均是低浓度下的慢速凝聚和高浓度下的快速凝聚,达到快速凝聚机制后,胶体的总体平均凝聚速率受离子种类影响较小。(2)Cu~(2+)对黑土胶体聚沉能力大于Zn~(2+),Zn~(2+)的临界聚沉浓度是Cu~(2+)的3.51倍,在黑土胶体的凝聚过程中存在强烈的离子特异性效应。(3)两种离子体系中颗粒间相互作用的活化能差异随离子浓度的降低而增大。此两种离子在凝聚作用的较大差异性源于Cu~(2+)较Zn~(2+)对有机配位体有较强的亲和力,以及黑土胶体表面附近强电场对离子的强烈极化作用扩大了两种离子本身的微小差异。     

开垦年限对黑土氮初级转化速率和净转化速率的影响

以东北黑土区开垦2 a和开垦30 a的典型旱作土壤为研究对象,采用15N同位素成对标记技术开展室内培养试验,利用数值计算模型(FLUAZ)计算不同开垦年限土壤的氮初级转化速率,以比较不同开垦年限黑土氮初级转化速率和净转化速率的差异,明确开垦年限对黑土氮转化过程的影响。结果表明,与开垦2a土壤相比,开垦30a土壤的有机碳和水溶性有机碳含量显著降低,导致土壤氮初级矿化速率和初级固定速率也显著降低。但开垦30a土壤的初级硝化速率、净硝化速率和净氮矿化速率却显著高于开垦2a土壤。两个开垦年限土壤的初级硝化速率分别为净硝化速率的1.15倍和1.02倍,说明土壤微生物对硝态氮的固定很少。开垦30a土壤的m/i值(氮初级矿化速率与初级固定速率之比)和n/ia值(初级硝化速率与初级铵态氮固定速率之比)均显著大于1,而开垦2 a土壤的m/i值和n/ia值均接近1。表明开垦2 a土壤的氮矿化与固定过程紧密偶联,氮素损失的风险较小,而开垦30 a土壤中氮矿化量超过了固定量,这为硝化作用的进行提供了底物,增加了硝酸盐反硝化和淋溶风险。     

大兴安岭落叶松林腐殖质的热解特性及烟气成分

为了更好地了解腐殖质的热解规律,以黑龙江省大兴安岭加格达奇地区的落叶松林下腐殖质作为样品材料,采用热重-红外联用技术研究了升温速率、反应气氛及粒径大小对腐殖质热解特性的影响,并检测其热解后的烟气成分。结果表明,随着升温速率的加快,腐殖质进入热解阶段的时间变早,热解反应进行的速度变快;腐殖质在氮气中的热解效果腐殖质在混合气氛中的热解效果腐殖质在空气中的热解效果,腐殖质在空气中的热解质量损失最大;随着腐殖质粒径的增加,热解反应变慢,其热解的最初温度、最终温度、最大质量损失速率和最大质量损失速率对应的温度均呈现增大趋势;无氧条件下,热解产生的烟气成分主要为H_2O、CO_2、CO、烷烃类、苯类、酮类、酚类、醇类和羧酸类等物质;缺氧条件下,主要有H_2O、CO_2、CO、苯类等物质产生;氧气充足条件下,热解产生的气体只有H_2O、CO_2。因此,升温速率越快,越不利于热解反应的进行,活性气氛、粒径增加均有利于热解反应的进行,并且从红外光谱数据可知,氧气是影响腐殖质热解后烟气成分的主要因素。