秸秆覆盖量对不同容重黑土坡耕地水土流失的影响

[目的] 研究免耕背景下土壤容重和秸秆覆盖对东北黑土坡耕地水土流失的影响,为东北黑土区保护性耕作技术的改良和推广提供理论依据。[方法] 通过模拟传统翻耕和免耕条件下的土壤容重（1.2,1.3 g/cm³）,结合不同秸秆覆盖量（0,328,656,984 g/m²）开展人工降雨试验,对比不同方式下黑土的初始产流时间、产流速率、径流量以及土壤流失量。[结果] ①土壤容重的增加显著缩短了初始产流时间并增加了水土流失量。同一秸秆覆盖量条件下,与容重为1.2 g/cm³时相比,1.3 g/cm³容重时的土壤初始产流时间缩短了13.1%～49.9%,径流量增加了0.4%～90.4%,土壤流失量增加了24.6%～302.8%;②与无秸秆覆盖相比,秸秆覆盖下的土壤初始产流时间延长了1.2～2.9倍,径流量减少了3.1%～38.9%,土壤流失量减少了34.0%～97.9%,且秸秆覆盖的保土效果与秸秆覆盖量呈极显著正相关关系（p<0.01,r=0.862）;秸秆覆盖量为656 g/m²时达到最佳的水土保持效果;③土壤容重的增加会加剧黑土水土流失,但秸秆覆盖显著降低了黑土水土流失,综合对比发现土壤容重为1.3 g/cm³时采取秸秆覆盖,平均减少了10.7%的径流量和74.2%的土壤流失量。[结论] 为有效防治水土流失,建议东北黑土区免耕时应注意结合秸秆覆盖措施,且秸秆覆盖量保持在656 g/m²以上为宜。     

9种介电类水分传感器对风沙土含水率的测定精度及校准模型比较

【目的】比较不同水分传感器对风沙土含水率的测定精度,并建立校准模型,为旱区农业水土资源的高效利用提供理论依据。【方法】以METER、Acclima和Truebners三大制造商生产的9种介电类水分传感器为对象,以典型风沙土为供试土壤,通过室内校准试验比较各种传感器对土壤含水率的测定精度,评估其在风沙土上的适用范围、准确度、精密度及其影响因素,并构建不同传感器测定风沙土含水率的校准模型,比较不同校准模型的精度。【结果】（1）默认模型下,与其他传感器相比,MAS-1和EC-5的测定精度较高,其均方根误差（RMSE）分别为0.020和0.027,平均偏差误差（MBE）分别为0.016和0.024,斜率（k值）分别为0.943 3和0.940 3,决定系数（R²）分别为0.926和0.938。（2）土壤含水率范围影响传感器的测定精度。各传感器在低含水率下的RMSE平均值比中、高含水率分别减小了40.9%和42.6%,MBE平均值减小了61.8%和59.9%,而R²平均值提高了0.7%和11.3%。其中,低含水率时EC-5和TDR-315H的精度较高,而中、高含水率下MAS-1的精度均较高。对于含水率相同的土壤,各传感器的测定结果差异较大,且含水率越高差异越大。（3）与默认模型相比,校准模型的RMSE和MBE平均减小了48.8%和72.6%,纳什系数(NSE)和R²提高了70.7%和4.5%。经模型校准后,5TE和TEROS-12测定精度的增幅最大,而TDR-315H的测定精度相对最高。此外,传感器测定的风沙土含水率默认值与校准值具有较高的拟合精度,通过模型转换可实现对默认值的二次校准。【结论】综合评估测定精度、使用寿命和售价,MAS-1、EC-5和TDR-315H可作为风沙土含水率监测的优先传感器备选,且利用风沙土的校准模型对传感器进行标定十分重要。     

黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素

为探明黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素，以进一步明确其对土壤母质的风积作用，本研究以典型风沙土和黄绵土上发育的生物结皮为对象，通过野外采样、室内分析以及模拟纳尘试验，比较了不同发育阶段生物结皮（藻结皮、藻—藓混生结皮、藓结皮）的纳尘量和固土量，探究了不同风速、降尘粒径和降尘量下生物结皮纳尘量的变化规律，并分析了影响生物结皮纳尘量和固土量的关键因素。结果表明，相同条件下生物结皮的纳尘量为无结皮的1.1倍～4.8倍，且随生物结皮由藻到藓的正向演替而增加。风速为1～8 m·s-1时，生物结皮的平均减蚀量可达19.5～4892.7 t·km-2·a-1。同时，生物结皮的纳尘量随含水率升高而增加，且增幅与风速呈正相关；相对含水率由0增至80%后，风速5～8 m·s-1下生物结皮的纳尘量分别平均提升了4.9%、53.1%、59.6%和72.3%。此外，生物结皮的纳尘量还随地表粗糙度增加而显著升高。与纳尘量的变化规律相似，生物结皮的固土量也随结皮发育阶段的正向演替而增大，其中藓结皮的固土量为藻结皮的1.4倍。在同一发育阶段，风沙土上发育的生物结皮其固土量显著高于黄绵土上发育的生物结皮（F=30.74，P<0.003）。生物结皮的固土量与结皮层厚度呈极显著正相关关系，且随土壤含水率增加呈先升高后降低的趋势。综上，生物结皮具有显著的纳尘与固土效应，其对黄土高原土壤母质的风积过程具有重要促进作用。     

生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响

为探明生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响,以进一步明确生物结皮的风化成土作用。以典型风沙土上发育的生物结皮为对象,通过模拟淋溶试验比较不同类型生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结皮和藓结皮)覆盖土壤的盐基离子释放规律,探究盐基离子释放量随淋溶液pH的变化趋势,以及量化生物结皮覆盖土壤的矿物风化速率。结果表明:矿物风化反应阶段不同种类盐基离子的淋出量均较为平缓,生物结皮覆盖土壤的各盐基离子总淋出量表现为Ca²⁺＞K⁺＞Mg²⁺＞Na⁺,其中藻结皮覆盖土壤的盐基离子总淋出量最高,比无结皮、混生结皮和藓结皮分别增加了112.0%,31.2%,27.1%。淋溶液pH显著影响盐基离子的淋溶释放,且其作用程度因离子种类和结皮类型而异。生物结皮覆盖提升了土壤的易风化矿物含量、风化程度和速率,藻结皮、混生结皮和藓结皮覆盖土壤的风化速率相比无结皮分别提升了61.2%,27.1%,152.6%,并且风化速率随淋溶液pH降低而提升。综上,生物结皮能显著促进风沙土矿物风化,其对风沙土改良和修复具有积极意义。     

黄土高原表层土壤孔隙性状与穿透阻力对藓结皮发育的响应

为探明生物结皮如何改善土壤物理性质从而促进水土保持,针对黄土高原风沙土和黄绵土上发育的藓结皮,以无结皮为对照,原状取样后分别使用高分辨率CT扫描仪和高精度土壤贯入仪测定其孔隙性状与穿透阻力,并构建结构方程模型剖析生物结皮对土壤孔隙度和穿透阻力的作用途径。结果表明:藓结皮发育改变土壤孔隙特征参数,并显著提高表层0—2 cm土壤总孔隙度(p＝0.01),在此土层内,风沙土和黄绵土上藓结皮的总孔隙度比无结皮分别增加1.62,2.12倍,且藓结皮的孔隙度随土层深度增加呈指数降低。藓结皮和无结皮的土壤面孔率在0—1 cm土层内均急剧下降,但藓结皮整体面孔率显著高于无结皮(p＜0.001)。随土层深度增加,藓结皮的土壤穿透阻力总体呈增大趋势,但在结皮层中部发生突变,越过结皮层后趋于平稳。在2种土壤上,藓结皮的面孔率与穿透阻力均呈对数负相关关系,无结皮中则分别呈线性正相关和对数负相关关系。黄土高原藓结皮通过改变孔隙度和机械组成等间接途径,极显著地提升表层土壤穿透阻力,增强土壤表面稳定性,为区域水土保持和生态恢复提供有利条件。