秸秆粉碎和焚烧还田对石灰性紫色土耕层土壤孔隙和有机碳的影响

为明确川中丘陵区长期不同秸秆还田方式对石灰性紫色土耕层土壤孔隙及有机碳的影响,利用田间原位监测和计算机断层扫描技术,测定夏玉米-冬小麦轮作、秸秆不还田（RMW₀）,夏玉米-冬小麦轮作、秸秆50%粉碎还田（RMW_shred）和夏玉米-冬小麦轮作、秸秆50%焚烧还田（RMW_burn）处理耕层土壤有机碳浓度、储量及孔隙特征参数。结果表明：RMW_shred和RMW_burn均能显著增加耕层土壤总孔隙度、降低土壤容重,RMW_burn耕层土壤大孔隙度是RMW_shred的2.7倍。RMW_shred和RMW_burn较RMW₀能有效改善土壤大孔隙集中分布现象,使层间大孔隙分布更均匀,3个处理孔隙数量均以当量孔径100~500μm孔隙为主,RMW_shred和RMW_burn优化了耕层土壤不同当量孔径孔隙数量比和体积比,且以RMW_shred更优。RMW_burn有利于增加耕层土壤>1000μm孔径的孔隙数量,RMW_shred耕层土壤>1000μm孔径的孔隙平均直径趋小。RMW_shred和RMW_burn平均喉道截面积、平均喉道截面形状因子、平均孔隙形状因子均较RMW₀低,长期秸秆还田使耕层土壤孔隙向有利于保水保肥的方向转变,且RMW_shred保水保肥能力较RMW_burn更优。秸秆连续还田15a后,只有RMW_shred耕层土壤有机碳浓度增幅显著。综合比较两种还田方式在改善川中丘陵区石灰性紫色土耕层土壤孔隙特征和固碳效果的差异表明,长期秸秆粉碎还田较焚烧还田更有利于改善耕层土壤孔隙特征,更能有效积累耕层土壤有机碳,更有利于川中丘陵区农业绿色发展。     

紫色土坡耕地氮素淋失通量的实测与模拟

氮淋失是氮素循环研究中最重要的环节之一,获得准确的氮淋失通量是当今农田氮循环研究中必不可少而又较为困难的工作之一。紫色土土层薄,土壤氮素难以蓄存,加之降水丰富,下伏透水性较弱的母岩,淋溶水达到母岩后难以垂直下渗而沿土壤岩石界面出流、汇流形成壤中流,紫色土氮素淋失主要表现为氮素随壤中流迁移流失。DNDC模型是基于过程的一种土壤碳氮循环模型,常用于农田温室气体排放模拟,但其应用于氮素淋溶的验证与测试不足。本文利用大型坡地排水采集器(lysimeter),测定紫色土坡耕地淋溶水量(壤中流流量)和氮素淋失通量,并利用观测数据对DNDC模型进行验证。结果表明,紫色土坡耕地小麦玉米季累积淋溶水通量为323.6 mm,径流系数33.3%,氮素淋失量为36.93 kg.hm 2,占全年氮素施用量的13.2%。壤中流流量与氮素淋失量实测值和模拟值的Pearson相关系数分别为0.944(P<0.05)和0.972(P<0.05),Theil不等系数分别为0.07和0.1,降雨量、土壤孔隙率和施氮水平是氮流失模拟的高敏感性参数。DNDC模型应用于紫色土坡耕地氮素淋失通量的模拟具有较高的可靠性,同时DNDC基于过程模型的优势可以描述持续降雨条件下的氮淋失过程,未来可通过进一步的验证,测试DNDC模型应用于氮淋失过程及区域氮淋失评估的可行性。     

秸秆还田对紫色土坡耕地养分流失的影响

通过对川中丘陵区不同施肥坡地径流、泥沙和养分流失的观测与测定分析,研究了紫色土坡耕地暴雨下的产流产沙特征和氮、磷养分流失特征。结果表明,秸秆还田显著影响雨季紫色土坡耕地土壤侵蚀和产流情况;相比单施化肥处理,秸秆还田的泥沙量减少了70%~82%,地表径流量减少了26%~31%,渗漏径流量增加了30%~52%。秸秆还田显著减少了N、P的流失,减幅为60%~76%;各处理P流失的强度顺序依次为:NPK>RSD>RSDNPK>RSDNP>RSDN,N流失的强度顺序为:NPK>RSDN>RSDNPK>RSDNP>RSD;地表径流损失是P的主要流失途径,颗粒态是地表径流中P的主要迁移形态,磷酸盐是地表径流中溶解态总磷的主要组成部分,渗漏径流中的PO43--P/DTP显著下降。渗漏淋失是N的主要流失途径,硝态氮是渗漏液中N的主要迁移形态,地表径流中NO3--N/DTN较渗漏液略低,溶解态总氮在地表径流N流失中所占比例超过50%。     

川中丘陵区施肥制度对夏玉米生物性状和产量的影响

通过川中丘陵区不同施肥制度的田间对比试验研究,结果表明在相同施氮水平下,不同施肥制度对夏玉米生物性状和产量有明显影响。农家肥与化肥配施的处理在株高上表现最优,拔节期、抽雄期和成熟期分别比CK高49.73%、38.90%、26.96%,氮磷配施的处理叶面积、分节数、雌雄蕊长等指标与氮磷钾配施的处理差异不明显,说明紫色土施钾效应不明显。氮素是玉米的养分限制因子,施氮肥后最高产量达到CK的13.57倍。秸秆还田与氮磷配施可有效供应作物养分,是一种养分资源节约型的施肥制度。     

紫色土坡耕地水量季节变异特征与平衡初步研究

通过具有壤中流测定功能的紫色土坡地径流小区的定位观测，结合物质平衡方法研究紫色土坡耕地水量的季节变异特征与平衡问题。结果发现，坡耕地玉米生长期水量的主要支出项为农田蒸散量、壤中流，分别为278．07，187．32mm，农田蒸散率与壤中流径流系数分别为50．51％，34．03％，而地表径流系数、农田蓄水率模拟值分别为7．59％，7．94％；坡耕地生长期支出总量为229．08mm，总径流系数为41．61％；坡耕地生长期径流支出具有季节变异特征，地表径流是玉米播种-拔节初期径流的唯一支出方式，其径流系数为9．32％，而壤中流则是拔节初期-收割近100天径流的主要支出方式，尤以灌浆成熟-收割前的近两月为甚；期间，壤中流径流系数最低为10．82％，最高至65，61％。     

紫色土坡地尺度土壤养分的空间变异特性

利用地统计学方法,结合坡地土壤养分采样分析与G IS技术,分析紫色土坡地土壤养分空间变异特征。结果表明地块尺度上土壤养分的空间变异特性和空间相关性具有明显特征,其中土壤有机质、全氮和有效磷具有很强的空间异质性;碱解氮和pH具有中等的空间异质性;而速效钾不具有空间异质性。利用克里格法进行插值并绘制各养分属性的等值线图,表现出空间分布的类似性,但因微地形和耕作管理的影响而表现出各自的规律性,其中土壤有机质、全氮和有效磷的分布具有相似性,而碱解氮、速效钾和pH具有明显不同的分布规律。对典型地块的空间异质性分析有助于坡地和小流域尺度的土壤采样和调查分析,同时对地块水文过程分析和模型应用有重要参考价值。     

长期施肥对紫色土农田土壤动物群落的影响

土壤动物在陆地生态系统物质循环和能量流动中起着重要作用,直接或间接的参与土壤有机质的分解与矿化;长期施肥对土壤理化性质产生影响的同时,改变了土壤动物群落组成.为查明紫色土长期施肥对土壤动物群落的影响及其响应关系,于2008年的5、7、9和11月分别对紫色土农田无肥对照(CK)、单施氮肥(N)、常规化肥氮磷钾(NPK)、有机肥(OM)、有机肥与化肥氮磷钾混施(OMNPK)、秸秆还田(RSD)和秸秆还田与化肥氮磷钾混施(RSDNPK)等7种长期施肥定位试验地的土壤动物群落进行调查,采用改良的干漏斗和湿漏斗两种方法,共获得土壤动物9454只,隶属7门17纲24目.分析表明,OM和RSDNPK两种施肥方式下土壤动物群落的多样性显著高于CK、N和NPK等3种施肥方式,说明有机物料的长期投入有利于提高土壤动物群落丰富度和多样性.方差分析表明施肥方式对土壤动物主要类群密度的影响差异性极显著(F=42.412,P=0.0001),对土壤动物群落类群影响存在不均衡性.施肥方式主要影响农田土壤动物类群的种群个体数量、线虫动物门个体数量、大蚓类个体数量、甲螨亚目个体数量、密度-类群指数DG及土壤动物群落类群数等六个指标,初步认为这些主要类群因素能够预测长期施肥引起的土壤肥力变化,可能对指示土壤质量的变化具有一定潜力.     

不同轮作体系不同施氮量甲烷排放比较研究

【目的】本研究通过在重庆市江津区进行单季稻转换为不同轮作体系的田间试验,测量CH4排放通量,探讨不同轮作体系CH4的排放规律。【方法】试验以玉米-小麦(MW)、 水稻-小麦(RW)、 水稻-冬水休闲(RF)三种轮作体系为主处理,每种轮作体系设不施氮对照(N0)、 优化施氮(Nopt,即小麦季N 96 kg/hm2、 玉米季或水稻季N 150 kg/hm2)、 传统施氮(Ncon,即小麦季N 180 kg/hm2、 玉米季或水稻季N 225 kg/hm2)3个副处理。温室气体采用静态箱-气相色谱法进行田间原位测量,每周1~3次,周年监测。【结果】 MW、 RW、 RF体系第一年甲烷排放量分别为CH4-C 13.5、 26.7和89.8 kg/hm2,第二年为第一年相应体系的6.2%、 85.1%和263.1%。第一年MW、 RW、 RF系统N0处理甲烷排放量分别为CH4-C 17.7、 30.5、 85.7 kg/hm2,Nopt处理分别为其对照的87.5%、 111.3%、 111.9%,Ncon处理为对照的41.5%、 51.1%、 94.8%; 第二年MW、 RW、 RF系统N0处理甲烷排放量分别为CH4-C 0.4、 26.0、 227.4 kg/hm2, Nopt为其对照的240.4%、 103.9%、 104.9%,Ncon为其对照的229.6%、 58.6%、 100.1%。MW、 RW、 RF三个轮作体系两年均为甲烷净排放,MW体系以玉米季为主, N0、 Nopt、 Ncon处理分别占总体系的87.4%、 87.2%、 76.2%; RW体系以水稻季为主, N0、 Nopt、 Ncon处理分别占总体系的91.4%、 95.7、 94.9%; RF体系中以水稻季为主,N0、 Nopt、 Ncon处理分别占总体系的84.2%、 84.9%、 84.8%。MW第一年玉米季施肥期甲烷排放累积量占该季总排放量的6%~11%,第二年占30%~45%; RW水稻季施肥期甲烷排放量占该季总排放量的37%~50%,RF水稻季施肥期甲烷排放量占该季总排放量的21%~28%,淹水休闲季约占总体系16%,也不可忽略。【结论】水稻-冬水休闲系统甲烷排放最高,水稻-小麦轮作次之,玉米-小麦轮作最低。单季稻改小麦-玉米轮作后第一年,玉米季有明显甲烷排放,第二年则未出现,两年甲烷排放总量无差异; 水稻-冬水田轮作,甲烷排放在第二年明显增加。玉米-小麦轮作、 水稻-小麦轮作和水稻-冬水休闲系统两年平均值均表现出甲烷的净排放,并以水稻或玉米季为主。大量施氮后,抑制水稻-小麦轮作和玉米-小麦轮作系统甲烷排放,对水稻-冬水休闲系统无影响。     

CERN分布式土壤样品长期保存系统的构建

长期保存的土壤样品是国家科技基础支撑条件的重要组成部分,对于土壤及环境长期变化研究和科学数据开放共享等具有重要价值。近年来,随着我国对农业和生态环境科技投入的不断增长,土壤调查强度逐步增大,土壤样品积累速度明显加快,因此,亟需相关的标准规范来指导土壤样品的长期保存。在国家标准《土壤质量 土壤样品长期和短期保存指南》（GB/T32722-2016）的基础上,结合“十三五”期间CERN分布式土壤样品长期保存系统建设经验,本文对土壤样品保存管理策略、土壤样品保存条件要求和土壤样品信息管理系统进行了介绍,以期为我国土壤样品长期标准化保存,以及第三次全国土壤普查样品库建设提供参考。     

四川紫色土坡耕地磷素渗漏迁移初探

通过对川中丘陵区冬小麦-夏玉米轮作条件下,玉米季不同施肥试验田渗漏水的观测与分析,研究了紫色土坡耕地在天然降雨时渗漏水的产流规律及土壤磷素的淋溶迁移特征。结果表明,渗漏水量与降雨量呈明显的指数关系,与雨强大小没有直接关系。暴雨下渗漏水中的DTP及PO34--P含量变化过程呈现明显的二次波峰规律。不同的施肥条件显著影响渗漏水的DTP含量,NP处理最高,DTP含量达到了0.047mg·L-1。PO43--P是DTP的主要组成形态,占了DTP的62%～85%。不同施肥处理渗漏水的DTP迁移总量为4.0～7.5g·hm-2。