利用黑土层厚度评价东北黑土区土壤生产力——以鹤北小流域为例

东北黑土区是中国重要的粮食生产基地,自开垦以来,土壤生产力退化严重。探索简易可行的黑土生产力评价方法,可为合理利用和保护黑土资源提供科学依据。以位于典型黑土区北端的鹤北小流域为例,基于黑土厚度和土壤理化性质的野外调查,构建了用黑土层厚度评价土壤生产力的方法。结果表明,黑土层厚度与土壤生产力水平间呈对数关系,当黑土厚度小于40-50 cm时,随着厚度增加,土壤生产力增加明显;当黑土厚度大于40-50 cm时,随厚度增加土壤生产力增加速度减缓。多年大豆单产及当地土地分等定级的双重验证表明用黑土层厚度评价土壤生产力简易可行,能够揭示土壤生产力的空间分异。研究区耕作方式对土壤生产力影响显著:同一地块内从坡顶到坡脚生产力呈增加趋势,但在等高种植情况下,地块土壤生产力差异较小,顺坡或与等高线交叉情况下,地块土壤生产力差异较大。     

区域沟蚀野外调查方法——以东北地区为例

区域沟蚀调查结果是进行沟蚀治理的依据,但目前应用的遥感调查方法难以识别浅沟和规模较小的切沟。本研究在全国第1次水利普查土壤侵蚀抽样调查方法基础上,设计了基于调查单元的沟蚀调查方法,并在东北地区的辽宁省辽阳县和彰武县、黑龙江省嫩江县和内蒙古阿荣旗的112个野外调查单元进行了沟蚀调查。结果表明:辽阳、彰武、嫩江和阿荣旗4个县(旗)沟壑密度分别为1.70、0.61、1.51和5.04 km/km2,沟蚀强度分别为中度、轻度、中度和剧烈;4个县沟蚀条数分别为14.7、9.3、12.4和44.0条/km2,其中浅沟比例分别为46.9%、44.1%、71.0%和66.1%;以丘陵地形为主的辽阳县切沟比例高,以漫岗地形为主的嫩江县和阿荣旗浅沟比例高,以台地缓丘为主的彰武县沟蚀相对较弱,发生沟蚀时多以切沟为主;沟蚀主要发生在耕地,浅沟数量在旱地的比例高达88.8%~100%,切沟数量比例也达到40.1%~99.1%。本方法不仅能够客观、定量地反映区域沟蚀强度,而且能够通过在同一调查单元调查片蚀和沟蚀,实现片蚀和沟蚀强度评价和侵蚀贡献估算。     

土壤有效含水量的经验估算模型──以黑土为例

土壤有效含水量(AWC)是评价土壤生产力的重要指标,在农业生产实践中具有重要意义,但不同土壤类型的AWC值在当前的土壤数据库中不可获得。以高生产力土壤黑土为例,通过测定不同地形部位黑土的有效含水量,分析了有效含水量的空间分布特征,建立利用土壤理化性质估算黑土有效含水量的经验模型。结果表明:(1)研究区黑土AWC(体积)变化在10.62%~30.98%间,平均20.06%,坡中位置土壤剖面的AWC值显著低于其余剖面;(2)黑土AWC与土壤砂粒含量有负相关性,与土壤容重、土壤粉(砂)粒含量、黏粒含量以及土壤有机质含量间有正相关性,其中与土壤容重的相关性最为显著;(3)基于统计方法建立了利用常规土壤理化性质计算AWC的线性回归式和非线性回归式,对这2个回归式的检验结果表明,利用土壤理化性质估算的AWC与实测结果无显著差异。经验证,本研究构建的经验模型可用于黑土AWC值的估算,从而为其他土壤类型AWC值的研究提供了方法参考。     

黑龙江省粮食生产对气候变化影响的脆弱性分析

将敏感性指数定义为气候产量与气候生产力之比、适应性指数定义为趋势产量与气候生产力之比、两者的比值定义为脆弱性指数，利用黑龙江省70个县（市）农业生产资料和21个气象台站1986-2000年的日气象资料，计算分析黑龙江省粮食生产对气候变化影响的脆弱性。结果显示，从多年平均来看，黑龙江省粮食生产的适应性指数整体都比较高，并且南部地区高于北部；大兴安岭山区和嫩江平原区的敏感性指数较高；脆弱性指数的空间布局与敏感性指数相似；从时间变化上来看，在研究时段内三个指数都有增加的趋势，但敏感性指数的增强幅度最大，脆弱性指数的增加幅度减小。研究结果对定量评价该省粮食生产对气候变化的响应程度具有重要意义，并且该方法简便可行，为此类研究提供一种新的思路和方法。     

南汀河流域土壤侵蚀的时空分异

[目的]分析南汀河流域坡面土壤侵蚀的时空分异特征,为流域水土保持和边疆生态环境建设提供科学参考。[方法]基于通用土壤流失方程(USLE),运用RS和GIS技术计算南汀河流域1990,2000及2010年3个时段的土壤侵蚀模数。[结果]3个时段内研究区侵蚀模数呈现先升后降的趋势,年均侵蚀模数从24.75t/(hm2·a)升到30.05t/(hm2·a),然后降为25.87t/(hm2·a)。3个时段内,流域内强烈侵蚀及其以上的侵蚀面积仅占总侵蚀面积的19.94%,但对流域总侵蚀量的贡献高达73.56%。1990—2000年,强烈及强烈以下侵蚀面积减少了1 059.85km2,强烈侵蚀以上的侵蚀面积则增加了112.29km2;2000—2010年,微度侵蚀面积有小幅增加,其余侵蚀等级的侵蚀面积都有所下降。当坡度小于20°时,侵蚀模数随着坡度的增加而增加,坡度超过20°后,侵蚀模数有降低的趋势;从海拔上看,高侵蚀模数区域主要位于海拔500~2 000m范围。[结论]流域内的土壤侵蚀治理已初见成效,但在局部地区,土壤侵蚀仍有加剧现象。     

黄土高原小流域植被恢复的土壤水分和养分权衡效应研究

  目的  明确黄土高原植被恢复影响下土壤水源涵养和养分积累的权衡和协同关系。  方法  基于野外采样和实验分析,应用多元统计方法研究了典型黄土高原小流域土壤水分和养分对不同植被恢复方式的响应。  结果  （1）不同类型人工植被恢复均会引起土壤水分含量降低,尤其是乔、灌植被深层土壤水分消耗较为严重;（2）植被恢复后土壤养分含量总体增加,其中乔、灌植被的土壤有机质、全氮、速效钾积累较草地更显著,然而不同植被类型下的土壤速效磷积累相对较低且无显著差异,并且所有人工恢复植被均引起土壤全磷和有效氮的降低,而土壤有机碳和全氮积累随植被恢复年限呈显著增加趋势。（3）综合考虑土壤水分亏缺和土壤养分积累时,乔、灌植被存在相对高水分亏缺和相对高养分积累的特征,相比而言草地土壤水分和养分的权衡更具可持续性。  结论  考虑到半干旱黄土区土壤水分和养分的权衡,合理的植被配置和对人工乔、灌植被的必要管理应该受到重视。     

东北典型黑土区土壤理化性质的变化特征

东北黑土区是我国最为重要的粮食生产基地,摸清第二次土壤普查以来主要黑土土种理化性质的变化特征可为保护黑土资源提供有力的科学依据。本文基于第二次土壤普查的典型黑土剖面资料,重新调查了典型黑土区内的23个黑土土种,结果表明:近20年来主要黑土土种上的粮食单产增加约81%;在化工肥料和侵蚀的共同作用下,黑土的有机质含量和全氮含量变化不大,但全磷含量显著增加,全钾含量显著降低,表层土壤酸化明显。建议今后适当增加钾肥施用量而减少磷肥施用量。     

东北典型黑土供肥量与大豆肥料利用率

土壤对大豆的供肥量与肥料利用率,是养分平衡法施肥的重要参数,对于科学施肥和提高产量具有指导意义。在位于黑龙江省农垦总局九三分局鹤山农场的北京师范大学九三水土保持试验站,选取黑土(Black soils,土壤系统分类为均腐土,Isohumisols),按当前大田施肥水平设计盆栽试验,包括混施肥(NP、NK、PK、NPK)、不施肥(CK)、单施肥(N、P、K)共8种处理各3个重复,确定该种土壤类型对大豆的供肥量和肥料利用率。结果表明,土壤供氮量为63.28 kg/hm2,供磷量为50.15 kg/hm2,供钾量为110.39 kg/hm2。氮肥利用率为15.99%,磷肥利用率5.12%,钾肥利用率为78.79%。与其他学者的研究相比,研究区供肥水平中等,钾肥利用率较高,氮肥和磷肥利用率较低。据此,依据养分平衡法,确定比较适宜的大豆纯肥施入量应为72.87 kg/hm2,N:P2O5:K2O应为1:0.88:0.16。按此标准,研究区目前实际施纯肥总量偏高39%,施肥配比中,氮肥比例偏低,磷肥和钾肥比例偏高,应考虑改变施肥现状。     

元谋干热河谷冲沟发育区植被恢复对土壤碳氮的影响

冲沟侵蚀是一种剧烈的土壤侵蚀过程,导致冲沟发育区地表形态处于显著变化的非稳定状态。通过封禁使植被自然恢复是元谋干热河谷冲沟治理的主要模式之一,但在沟道植被持续恢复与冲沟显著发育的综合作用下,沟道土壤碳氮含量的变化趋势仍有待明晰。选择元谋干热河谷1条典型冲沟,在沟内随机布设81个1 m×1 m的样方,分别在2012年和2017年的旱季初期,监测81个样方的植被指数、侵蚀/沉积过程引起的地表高程变化,以及冲沟土壤理化性质。结果表明:(1)2017年沟道内植被状况明显好于2012年,且沟床表面径流冲刷范围内的植被变化最为明显,其盖度、株数、株高分别增加313.61%,94.29%,33.33%。(2)5年间冲沟发育区以沉积为主,侵蚀样方和沉积样方的比例分别为22.22%和77.78%。随着植被盖度的增加,土壤砂粒含量呈下降趋势,粉粒含量呈增加趋势。(3)封禁期间虽然植被恢复显著,但土壤碳氮并没有明显改善。土壤碳氮不仅与植被盖度和粉粒百分比呈显著正相关,还与样方点高程变化呈显著负相关。冲沟内地形起伏的剧烈程度显著高于坡面侵蚀,并对冲沟表层土壤碳氮产生显著影响。研究有助于查明植被恢复及冲沟发育对土壤碳氮的综合影响,并为干热河谷冲沟退化生态系统的修复提供理论支持。     

东北黑土区土壤生产力评价方法研究

 【目的】探讨在东北黑土区简单实用的土壤生产力评价方法。【方法】基于PI（productivity index）模型，根据研究区土壤特性选择8项土壤指标，对研究区25个黑土土种120个土壤样本的这8项理化性质实测数据进行了聚类和相关分析，以确定模型参数。然后确定各参数的适宜性指数。从而得到修订参数的研究区的生产力指数模型MPI（modify productivity index），最后利用实地调查获得的正常年景玉米单产进行了验证。【结果】适宜东北黑土区的土壤生产力评价参数是土壤有效含水量、酸碱度、黏粒含量和有机质含量;与原模型（PI）相比增加了有机质和黏粒含量参数而减去了容重参数，经过验证分析证明参数改变后模型的评价效果得到很大改善;MPI指数和玉米单产之间有极显著的相关性，可利用MPI指数模拟玉米单产：Y = 3.1275ln(MPI) + 10.052，模型的决定系数为0.7564。【结论】修订后的生产力指数模型是一种在研究区进行土壤生产力相关评价的好方法。