红壤旱坡地免耕覆盖研究

红壤旱地免耕覆盖能明显减少水土流失;长期免耕覆盖会增加土壤亚表层容重,减少土壤毛管孔隙,降低１０－５０ｃｍ土层贮水量;免耕覆盖土壤养分略高于常规耕作,免耕覆盖初期微生物量高于常规耕作,但后期微生物量低于常规耕作,免耕覆盖对作物产量影响因作物而异,对作物的增产效果随着时间推移而降低,甚至导致减产。     

稻草覆盖和聚丙烯酰胺对坡地红壤水蚀的阻控作用

通过室内土槽模拟和田间径流小区观测,研究不同条件下稻草覆盖、聚丙烯酰胺(PAM)表施及其组合措施对坡地红壤水蚀的影响。稻草覆盖、PAM表施明显提高了土壤入渗率,降低了产流率,推迟了稳定入渗、初始产流和稳定产流时间的到来,从而增加降雨入渗,减少产流,并明显提高了旱季0-45cm深度的土壤含水量。3种措施之间的入渗量和产流量差异与雨强正相关,与初始含水量负相关;稻草覆盖减沙的效果在大雨强、中高初始含水量更明显,而PAM表施在小雨强、中低初始含水量更好;组合措施增加入渗、减流、减沙的效果好于单一措施。结果表明,稻草覆盖和PAM表施对坡地红壤水蚀具有较好的阻控作用。     

稻草覆盖对坡地红壤培肥及作物增产的效果

研究了坡地红壤连续5年采用稻草覆盖措施对土壤肥力和作物产量的影响。结果表明,“稻草+化肥氮磷”(“Straw+NP”)处理的土壤有机碳和全氮、磷分别比不施肥(CK)的提高42.9%和17.4%、44.2%,有机碳和全氮的增幅约是纯化肥(NPK)处理的2倍。与CK和NPK处理的相比,“Straw+NP”处理能明显提高微生物生物量碳、氮、磷和溶解性有机碳、氮以及Olsen-P含量,差异达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平。在等养分施用量的条件下,“Straw+NP”处理能显著提高油菜和甘薯的产量。因此,稻草易地覆盖是一种有效培肥坡地红壤和增加作物产量的途径。     

不同轮作制度下红壤旱地水分时空变化对稻草覆盖的响应

依托湖南桃源红壤旱地轮作施肥长期定位试验,研究了不同轮作制度下(甘薯-油菜,绿豆-蚕豆)两种类型旱地(平旱地、坡旱地)土壤水分时空变化对稻草覆盖的响应差异.结果表明,随着土层的加深,红壤旱地土壤水分含量增加,稳定性增强.其中坡旱地的含水量和变异幅度均高于平旱地(尤其在0-20 cm,20-40 cm土层);稻草覆盖后,同一轮作制度坡、平两种类型旱地0-20 cm表土层水分含量均有增加,平旱地效果更为明显,20-40 cm,40-60 cm土层土壤含水量则明显下降;同在坡旱地覆盖稻草,绿豆-蚕豆轮作地土壤绝对含水量明显增加(0-20 cm,40-60 cm效果更加明显),而甘薯-油菜轮作明显提高了0-20 cm表土层水分含量,吸收消耗了20-40 cm,40-60 cm深层相对丰裕的水分;夏季持续高温干旱时期各处理0-20 cm表土层水分含量均呈持续下降趋势,与休闲地相比,除平旱地甘薯-油菜+稻草覆盖外,其它处理土壤含水量均有不同程度的增加,表明稻草覆盖是亚热带红壤旱地季节性干旱防御的有效措施.     

红壤旱地稻草覆盖对夏玉米抗旱性的影响

为了探明不同稻草覆盖量对红壤夏玉米地抗旱性的影响, 2006-2012年, 以不覆盖为对照(CK), 在中国科学院桃源农业生态试验站设置 3 个水平稻草覆盖量: 5 000 kg·hm^-2 (T1)、10 000 kg·hm^-2 (T2)和15 000 kg·hm^-2 (T3), 调查各处理的土壤水分、夏玉米生长和光合性能, 以及玉米产量与干旱程度的相关性。结果表明, 稻草覆盖提高表层土壤(0~20 cm)总有效水含量, T1、T2、T3与CK相比分别提高6.8%、19.3%(P>0.05)和28.4%(P<0.05)。光合速率灌浆期T1、T2、T3比CK分别提高24.1%、40.3%、53.8%, 成熟期分别提高20.0%、40.3%、37.9%。研究发现, 生育期旬干旱发生比率为18.2%, 覆盖处理与对照之间产量无显著差异; 发生比率为18.2%~63.6%时, 玉米产量差异显著(P<0.05); 发生比率为18.2%~36.4%时, T1产量最大, 而在54.5%时, T3产量最大; 2011年发生比率为63.6%, 超出了稻草覆盖抗旱范围。综合考虑稻草利用效率和平均抗旱能力, 本研究建议在红壤丘陵区旱地5 000 kg·hm^-2的稻麦覆盖量较适宜。     

农林复合种植模式对红壤坡地表土水力特性及储水的影响

为探讨红壤坡地不同农林模式表层土壤水力特性差异及其对土体储水量的影响,该文分析了红壤坡地"农-林-草"、"农-林+横坡耕作"、"农-林+顺坡耕作"和"纯林"4种典型农林复合模式表层土壤(0～0.30 m)的土壤水力特征参数,并通过Richards方程数值求解模拟了不同表层土壤水力特性下的土壤含水率动态和土体储水量。结果表明,农林复合模式对表层土壤水力特性有较大影响,"农-林-草"、"农-林+横坡耕作"、"农-林+顺坡耕作"、"纯林"模式的表层土的土壤性质依次表现为:土壤黏性增强(土壤进气值倒数减小)、透水性减弱(饱和水力传导度减小)。饱和水力传导度、土壤进气值倒数与土壤容重的相关系数为-0.98和-0.96。当仅考虑表层土壤水力特性差异时,土体储水能力由强到弱依次为"农-林-草"、"农-林+横坡耕作"或"农-林+顺坡耕作"和"纯林"模式土壤。"农-林-草"模式表层土壤具有在蒸发期减少深层土壤水消耗、在降雨期增加深层土壤水补给的作用,该土壤储水机制为"农-林-草"复合种植模式推广提供了理论基础。     

香根草篱和稻草覆盖对红壤坡耕地土壤肥力的影响

香根草(Vetiveria zizanioides L.)篱和稻草覆盖是重要的水土保持措施。为揭示香根草篱和稻草覆盖对红壤缓坡旱地土壤肥力的影响,本研究于2011年设置了CK、香根草篱、稻草覆盖、香根草篱+稻草覆盖4个处理,并分析了2011年和2012年的花生产量、土壤有机质和氮磷钾养分变化,结果表明:各处理花生产量呈现出覆盖草篱+覆盖草篱、对照。与CK处理相比,覆盖和草篱+覆盖处理在2011年分别增产31.74%、15.23%,2012年增产59.39%、41.65%。香根草篱和稻草覆盖可以显著提高红壤坡耕地的有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量,但土壤全氮、全磷和全钾含量不存在显著增加。与2011年相比,虽然2012年草篱和覆盖措施的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量的增幅呈下降趋势,但在所有处理中均表现出草篱+覆盖处理的速效养分最高,这说明,虽然红壤坡耕地花生种植后土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量明显下降,但草篱+覆盖可以在增加养分投入的同时有效维持和保蓄土壤速效养分。     

水平阶种植油茶对红壤坡地土壤理化性质的影响

以江西省玉山县红壤丘陵区不同林龄(1a和15a)人工油茶林地土壤为研究对象,按不同坡位(上、中、下)、土层(0—10,10—20cm)采集土壤样品,分析其理化性质。结果表明:(1)随着油茶林龄增加,土壤容重呈减小趋势,而土壤含水量、田间持水量均呈增大趋势;土壤pH、有机质含量除上坡位外均呈显著增大趋势(P0.05);全氮、全磷、全钾均呈减小趋势;红壤坡地水平阶整地种植油茶后,土壤理化性质有所改善,土壤含水量、田间持水量和土壤有机质含量均有不同程度的增加,而土壤容重和养分(N、P、K)含量有所降低,为满足生产需要,在油茶林抚育过程中,应注意合理施肥,尤其是磷肥的施用。(2)不同坡位间土壤理化性质表现出一定的规律性。土壤容重表现为上坡位中坡位下坡位;土壤含水量在上坡位最大,而田间持水量在下坡位最小;有机质含量、全钾均为上坡位中坡位下坡位,有机质含量在各坡位间差异显著,而全氮、全磷没有显著差异;(3)与1a油茶林地相比,15a林龄的油茶林地土壤理化性质空间差异趋于均匀化。研究结果旨在揭示水平阶整地种植人工油茶复合措施的水土保持效应,为南方红壤坡地水土流失综合治理及人工油茶林地可持续经营提供理论依据。     

紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发与水分利用效率及其影响因素

蒸散发与水分利用效率是农田生态系统碳水循环的重要衡量指标。本研究利用涡度相关技术对紫色土坡耕地生态系统进行连续观测,获取2014—2018年碳水通量数据,分析紫色土冬小麦-夏玉米轮作下的雨养坡耕地农田生态系统蒸散发和水分利用效率变化特征及其对主要环境因子的响应规律。结果表明:紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发日变化规律呈单峰型趋势,最大值均在14:00前后出现;一年中8月日蒸散发最高,1月最低;夏季日变化幅度最大,春季次之,冬季和秋季变化较为平缓。叶面积指数、温度为影响紫色土坡耕地蒸散发的最主要因子,其次为饱和水汽压差。水分利用效率在9:00—17:00期间基本呈先下降后回升的变化规律,冬季水分利用效率为全年最高;叶面积指数、CO2通量为影响水分利用效率的主要因子,其次为温度,相对湿度、饱和水汽压差等水分条件也显著影响了水分利用效率。年际差异分析结果表明,紫色土坡耕地夏季玉米生长盛期的水分利用效率对降雨响应更为敏感,同时冬季土壤水分为冬季蒸散发和水分利用效率的关键影响因子。未来仍需对紫色土坡耕地农田生态系统生长盛期蒸散发与水分利用效率动态进行深入研究,从而为探明当地主要作物应对春夏季季节性干旱威胁的系统性策略提供科学依据。     

秸秆覆盖对干湿态红壤坡面流水力学参数的影响

秸秆覆盖对地表径流的水力学参数有重要影响。在江西省余江县中国科学院红壤生态实验站附近的坡耕地,利用人工模拟降雨研究秸秆覆盖对坡耕地干湿态红壤地表径流水力学参数的影响。结果表明,有无秸秆覆盖对土壤地表径流速度和曼宁系数影响明显：1）0~30%覆盖度之间,流速随着覆盖度的增大迅速降低,而曼宁系数随着覆盖度的增大迅速增大;30%~90%覆盖度之间,流速随着覆盖度的增大降低缓慢,但曼宁系数随覆盖度增大而在高位小幅振荡。2）在同一覆盖度下,湿态土壤流速比干态土壤流速大,在0、15%和30%覆盖度时,这种现象较为明显,当覆盖度大于30%时,这种现象不明显;在0~30%覆盖度范围内,干态土壤曼宁系数比湿态土壤大;在30%~90%覆盖度范围内,干态土壤曼宁系数比湿态土壤小。3）30%覆盖度秸秆覆盖可以有效降低地表径流流速,增大地表糙率。从经济实用和水土保持效果来看,30%的秸秆覆盖是该区农地水土保持的最佳选择。     

稻秸覆盖对有机茶园土壤生态环境影响的研究

对多年稻秸覆盖下有机茶园土壤生态环境的研究表明,稻秸覆盖能改善土壤养分状况,稻秸覆盖处理0～40cm土层中,有机质、全N、全P和速效性N、P、K的平均含量均比对照相应土层高,分别是对照处理的2.00倍、1.87倍、1.66倍、1.91倍、1.91倍、2.56倍;稻秸覆盖能增加土壤微生物主要类群数量,0～40cm土层中,覆盖处理的真菌和细菌分别是对照的3.54倍和4.46倍;稻秸覆盖能增加干季土壤含水量,稻秸覆盖处理的0～10cm、10～20cm和0～30cm各土层的土壤含水量分别比对照相应土层提高了26.24%、13.92%和12.38%;稻秸覆盖能改善土壤动物总数状况,稻秸覆盖处理的0～40cm土层中,土壤动物个体总数是对照处理的1.87倍。因此,稻秸覆盖值得在有机茶园中大力推广。     

不同秸秆覆盖量对春玉米田蓄水保墒及节水效益的影响

为了探明不同秸秆覆盖量对渭北旱原春玉米田蓄水保墒及节水效益的影响,2007—2009年度在合阳旱农试验站设置3个水平玉米秸秆覆盖量：4?500 (S1)、9?000 (S2)和13?500 kg/hm2 (S3),以不覆盖为对照(CK）。结果表明,S1、S2和S3处理2 m土层2年(2008和2009)平均土壤贮水量,与CK相比,冬闲末分别高13.9、22.6和33.5 mm;播种~拔节期分别高20.2、32.6和42.1mm;收获期分别高15.6、19.1和21.0 mm。不同覆盖处理延缓了春玉米前期的生长,但加快了中后期的生长速度。S1、S2和S3处理2008年籽粒产量,较CK分别增产7.65%、16.19%和17.84%,增幅均达显著水平(P<0.05）,2009年籽粒产量增长趋势和2008年相似,但前者整体低于后者。与CK相比,S1、S2和S3处理2年平均纯收益分别增加6.53%、16.89%和15.95%,同等产量节水率分别提高5.14%、8.35%和7.44%,节水效益分别增长50.07、81.31和72.30元/hm2。本研究表明,春玉米生育期降水量低于390 mm时,9?000 kg/hm2秸秆覆盖量综合表现较优,是渭北旱原及同类生态区适宜的覆盖量。     

自然降雨条件下秸秆还田对巢湖流域旱地氮磷流失的影响

本文通过野外径流小区观测试验,开展了自然降雨条件下秸秆覆盖对巢湖流域旱地地表径流、泥沙和氮磷流失影响的研究。试验结果表明,秸秆覆盖能有效减少地表径流量、侵蚀产沙量以及因地表径流引起的土壤氮磷流失。在整个玉米生长期间,秸秆覆盖小区的总产流量与产沙量比传统耕作小区分别减少30.47%和22.88%,表现出显著的水土保持作用。与传统耕作小区相比,秸秆覆盖小区随地表径流迁移的氮、磷流失总量分别降低27.42%和32.29%,但秸秆覆盖对径流中氮磷浓度的影响却不明显。溶解态氮是氮素流失的主要形态,颗粒态磷是磷素流失的主要形态。秸秆覆盖可以作为源头控制农业面源污染的较好措施之一加以推广。     

低山丘陵坡耕地秸秆覆盖轮耕对土壤水热及碳氮库的影响

为了提高坡耕地的秸秆还田效率,探索一种适于坡耕地的基于种植和养地基础上的耕作方式。利用田间小区试验,研究了秸秆覆盖轮耕技术（包括当季秸秆覆盖+休闲、上季秸秆覆盖+旋耕）与常规耕作（秸秆移除后旋耕）对土壤水热变化及碳、氮积累的影响。结果表明：秸秆覆盖可显著提高播种前期20~40 cm土壤含水量,覆盖休闲与覆盖旋耕处理较常规耕作分别提高26.02%和37.49%,同时覆盖旋耕处理降低了20~40 cm土壤容重,较常规耕作和覆盖休闲分别降低6.52%和13.04%;与覆盖旋耕相比,覆盖休闲可降低作物生育前期0~20 cm和20~40 cm土层温度1.57 ℃~1.63 ℃,而土壤含水量提高15.25%~24.41%,为覆盖旋耕区作物出苗和前期生长提供了水分条件;通过秸秆覆盖休闲与覆盖旋耕组合的轮耕技术可提高0~20 cm土层碳氮含量,有机碳和全氮储量较常规耕作平均提高11.36%和20.51%,为今后低山丘陵区坡耕地实施保护性耕作提供了科学依据。     

不同时间尺度反坡台阶红壤坡耕地土壤水分动态变化规律

为研究反坡台阶对红壤坡耕地土壤水分不同时间尺度变化以及土壤干湿变化的影响,在2016—2017年对布设反坡台阶坡耕地和原状坡耕地0～100 cm深度土壤水分状况进行了持续监测,计算了土壤相对含水率和增墒率。结果表明,反坡台阶对土壤水分的增加作用在枯水年更为显著(P0.05)。坡耕地旱季各土层土壤含水率变化相对不明显,基本上呈现出随着土层深度逐渐增加的规律;7月、9月和11月则呈现出明显的S状的规律;坡耕地布设反坡台阶后,各个时段各个土层土壤含水率均有了明显的提高,尤其是在5月土壤补水期和11月土壤失水期对土壤水分的增加效果更加明显。坡耕地土壤逐日含水率变异程度随着土层深度增加而逐渐减小;反坡台阶处理坡耕地和原状坡耕地5、20和40cm处土壤逐日含水率与降雨量呈现极显著的相关关系(P0.01),60cm处土壤逐日含水率与降雨量达显著相关(P0.05),而80、100 cm深度土壤逐日含水率与降雨量之间相关关系不显著。反坡台阶对坡耕地5、20、40、60、80、100 cm处土壤平均增墒率分别达到15.22%、15.25%、16.91%、15.60%、16.50%和16.17%,而其对不同深度土壤增墒率在年内均呈现出不同的变化规律。坡耕地布设反坡台阶,显著增加了土壤含水率,增加了土壤湿润期的持续时间,并且能显著提高坡耕地降雨利用率,这对于解决坡耕地的生态水文型干旱问题,提高山区坡耕地农业生产力具有重要意义。     

残茬覆盖与耕作方式对土壤性状及夏玉米水分利用效率的影响

采用田间和小面积模拟降水试验的方法,对小麦机械收获后残茬覆盖与不覆盖两种条件下免耕、翻耕和间隔深松3种土壤耕作方式夏玉米田的土壤物理性状和水分利用效率进行了研究。结果表明,残茬覆盖与深松相结合,可平衡和改善耕层土壤温度状况,在土壤温度较低时具有保温作用,在土壤温度较高时具有降温作用;可以增加土壤的蓄水和保水能力,模拟降水后24 h测定1 m土层含水量比免耕不盖多26.1 mm,全生育期平均耕层土壤含水量比免耕不覆盖高9.37%;土壤通透性也得到改善;最终水分利用效率比免耕不盖提高25.26%。     

红壤坡耕地耕层土壤质量退化特征及障碍因子诊断

坡耕地耕层质量退化是在土壤侵蚀等自然因素和农业耕作等人为因素综合作用下,在坡面尺度上耕层土壤剖面损毁、土壤养分贫瘠化、农作物-环境调控能力衰退或完全丧失的农业生态过程。该文以红壤小流域坡耕地耕层为研究对象,采用耕层质量退化指数法（cultivated-layer degradation index, CLDI）分析了坡耕地耕层质量退化特征,基于主成分分析法明确了耕层退化的主导因素及关键驱动因子,采用障碍因子诊断模型界定了坡耕地耕层质量主要障碍因素及障碍程度。结果表明：红壤小流域坡耕地耕层质量以中、轻度退化程度为主（样点占比70.4%）,重度退化耕层样点占比11.1%,无退化耕层样点占比18.5%;导致坡耕地耕层质量退化的人为驱动因素有单位坡耕地面积农业投入、耕作方式、单位坡耕地面积机械总动力和单位坡耕地面积化肥施用量。随耕层退化程度加剧,耕层土壤pH值呈先大幅减小后趋于平稳的变化趋势,轻度退化耕层土壤pH值降低幅度可达9.8%;与无退化程度相比,不同退化程度下红壤坡耕地耕层厚度呈逐步薄化趋势,重度退化耕层薄化率可达8.9%,这与降雨侵蚀和农户耕作方式不合理因素有关。红壤坡耕地耕层质量主要障碍因素表现为土壤黏粒含量多、pH值小、耕层薄化和土壤抗剪强度小,平均障碍度分别为0.15、0.14、0.13和0.10;土壤黏粒含量、pH值和耕层厚度障碍度随退化程度加剧呈增大趋势,土壤抗剪强度障碍度呈逐渐减小趋势,其他耕层土壤属性参数障碍度无明显变化;适度深松（30～48 cm）与合理施肥是改善耕层质量的有效措施。研究结果可为科学认识红壤坡耕地耕层质量退化特征,明确耕层质量改善途径及合理耕层构建提供参考。