坡地赤红壤物理退化及其机理研究：II.土壤水分性能退化特征

探讨了坡地赤红壤水分性能退化的特征,结果表明,与地带性自然植被下坡地赤红壤比较,次生植物或人工植被下坡地赤红壤水分性能变劣,表现在导水性降低,２ｈ饱和渗水量明显减少,自然赤红壤比耕型赤红壤的减幅大,持水能力下降,在同样吸力下,土壤持水量较少,供水能力下降,在同样吸力段,表土释放的水量较少,亚表土在低吸力段释放水量较少。     

枯落物敷盖对红壤坡地土壤水分特性的影响

为探明红壤坡地枯落物敷盖的保水作用及其机理,在江西省北部德安县第四纪红黏土母质发育的红壤坡地开展定位试验,以裸露坡地为对照,研究枯落物敷盖措施实施15年后对0—60cm土层土壤的持水性、供水性和水分有效性的影响。结果表明:赣北红壤坡地的土壤水分持水能力低,供水能力弱,有效水含量少,仅为9.0%~11.1%;枯落物敷盖处理的红壤坡地上层(0—30cm)土壤持水能力高于裸露坡地;低吸力范围(100kPa)枯落物敷盖处理的下层(30—60cm)土壤供水能力高于裸露坡地。枯落物敷盖能够有效提高红壤坡地土壤(尤其是上层土壤)持水能力,增强上层土壤在相对湿润状况下的供水性能,而对土壤水分有效性影响相对较弱。该研究可为优化地表敷盖措施、增加和保持土壤水资源以及合理开发利用南方红壤坡地提供参考。     

南亚热带丘陵赤红壤水分性能变化及其机理

对丘陵赤红壤水分性能变化的研究结果表明,与地带性自然坡被下丘陵赤红壤比较,次生植被或人工植被下丘陵赤红壤水分笥能变劣,表现在导水性降低,120min饱和渗水量减少,自然赤红壤比耕型赤红壤的减幅大,持水能力下降,在同样吸水力下,土壤持水量较少,供水能力下降,在同样吸力段,表土释放的水量较少,亚表土在低吸力段释放水量较少,通径分析结果表明,养分贫疹化,特别是贫有机质化,是丘陵赤红壤水分性能降低的主要内在因素。     

水土保持措施对红壤缓坡地土壤活性有机碳及酶活性的影响

基于植物篱和稻草覆盖控制红壤坡耕地水土流失的长期定位试验,以花生常规等高种植为对照(CK),研究红壤缓坡地香根草篱(H)、稻草覆盖(M)、稻草覆盖+香根草篱(HM)3种水保措施下旱、雨季土壤活性有机碳含量及土壤酶活性变化特征,探讨不同水保措施对土壤活性有机碳含量及土壤酶活性的影响。结果表明∶(1)稻草覆盖、香根草篱处理均能显著提高土壤微生物生物量碳含量(p0.05),其中稻草覆盖和香根草篱相结合效果最佳,且在旱季提升效果优于雨季;而稻草覆盖是提高土壤可溶性有机碳含量的主要影响因素;(2)稻草覆盖和稻草覆盖+香根草篱2种水土保持措施均能显著提高雨季土壤酶活性(p0.05),其中稻草覆盖起决定作用;各水土保持措施对旱季土壤酶活性的影响较小。(3)相关性分析表明,土壤β-葡(萄)糖苷酶和纤维素酶活性与土壤活性有机碳含量呈现良好的相关性(p0.05),对于评价红壤缓坡地水土保持措施土壤环境质量功能、指导实际生产等方面具有重要意义。     

温度对南方红壤和水稻土水分特征曲线影响差异性分析

为了研究温度变化对土壤水分特征曲线的影响,采用高速离心机法测定南方红壤和水稻土在4,12,20,28,36℃温度条件下土体脱湿过程的水分特征曲线,并运用VG模型进行参数提取,探讨了温度对土壤当量孔径分布、非饱和导水率及水分扩散度等参数的影响。结果表明:相同水势条件下红壤和水稻土的含水率随温度增加而显著减少(P0.05),表现出4℃12℃20℃28℃36℃的关系,且同一温度下的红壤持水性能显著高于水稻土(P0.05);不同温度处理下红壤和水稻土的非饱和导水率以及水分扩散度均表现出20℃最高、36℃最小的显著差异性(P0.05),这表明土壤在20℃时的导水能力和入渗能力相对最佳,且同一温度下红壤的非饱和导水率和水分扩散度均低于水稻土;红壤和水稻土的饱和含水率θ_s、进气值相关参数α、形状系数n均随温度增加而缓慢减小,拟合参数随温度变化而差异显著(P0.05),这说明土壤水分特征曲线参数对温度有一定的敏感性。研究结果可为进一步探讨温度对南方土壤持水性能和水分运移机制研究提供合理的参考依据。     

生物炭添加对皖南旱地土壤物理性质及水分特征的影响

为明确生物炭添加对皖南旱地典型土壤供水能力的影响,采用室内模拟实验,研究了3种生物炭(竹炭、稻炭和烟炭)及3种添加比例(2%,5%,10%)对皖南旱地土壤物理性质及水分特征的影响。结果显示:土壤容重随生物炭添加量的增加而减小,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、吸湿系数、凋萎湿度、饱和持水量及田间持水量随生物炭的添加而呈增加的趋势,竹炭2%、5%和10%添加处理及稻炭与烟炭5%和10%添加处理在降低土壤容重、增加孔隙度、吸湿系数、凋萎湿度、饱和持水量和田间持水量较对照有差异显著(P0.05)。随着生物炭添加量的增加,土壤有效水分范围进一步增大,速效水与中效水含量增加,提高了土壤对作物的供水能力;同时,生物炭在一定程度上减少了水分蒸发,提高了土壤的保水保湿能力。因此,合理施用生物炭对改善土壤供水能力有着重要作用,在我国南方红壤旱地中有很强的适用性。     

适量砒砂岩改良风沙土的吸水和保水特性

该文研究了不同砒砂岩改良风沙土模式下的土壤入渗特征、饱和导水率和水分特征曲线,分析了不同模型对砒砂岩改良风沙土水分特征曲线的适用性和不同改良模式的土壤水力学特征,以期为评价砒砂岩改良风沙土水力学特性以及筛选合理改良模式提供科学依据。结果表明:砒砂岩可以有效降低风沙土的入渗率和饱和导水率,增加风沙土的饱和含水量和滞留含水量,增强风沙土的持水能力。VGM(m,n)模型可以拟合砒砂岩改良风沙土土壤水分特征曲线。同一改良模式下,土壤的入渗率、饱和导水率和饱和含水量随容重增大呈减小趋势;容积含水量在低吸力段随容重增大逐渐减小,在中高吸力段逐渐增大。砒砂岩和风沙土以25∶75比例混合的复配模式,可以有效改良风沙土的吸水和保水特性,可在实践中推广。     

广东丘陵红壤土壤水分性能特征比较研究

对不同植被、不同利用方式下广东丘陵红壤水分性能进行了比较研究.结果表明,与自然地带性植被下的赤红壤比较,次生植被、人工植被下红壤类土壤导水性、持水能力和供水能力一般均较低.在同样的吸力下,次生植被、人工植被下红壤类土壤持水量较少,在同样吸力段.土壤释放的水量较少.玄武岩砖红壤持水量较大,但土壤水分有效性低.研究表明.广东丘陵旱地土壤局部干旱的发生,与其本身的土壤水分性能有密切关系,改良土壤水分性状,是调控广东丘陵旱地土壤水分的重要环节.     

不同水保措施下红壤坡耕地浅层土壤水分含量对降雨的响应

为探明次降雨条件下花生不同生长期红壤坡耕地土壤水分含量变化对水保措施的响应,利用人工模拟降雨试验,研究采取常规耕作、有机肥+常规耕作、稻草覆盖+深翻耕、保水剂+常规耕作等措施的红壤坡耕地小区20 cm深度层土壤水分含量在次降雨过程(1.5 h)及降雨结束后1 h内的连续变化规律。结果表明:花生不同生长期红壤坡耕地上、下坡20 cm深度土壤含水量在降雨后的变化幅度均呈收获期≈结荚期盛花期出苗期翻耕期(p0.01)。稻草覆盖+深翻耕措施在提高红壤坡耕地土壤蓄水能力方面效果最显著,尤其是在花生翻耕期和收获期,增幅分别比常规耕作措施高26%和64%。保水剂对红壤坡地土壤保水效果的促进作用主要体现在花生翻耕期,而花生其他生长期则不明显;而有机肥增施措施对红壤坡地土壤保水效果的促进作用主要体现在花生翻耕期、结荚期和收获期。研究结果表明稻草覆盖+深翻是适合红壤丘陵区坡耕地土壤水分持续高效利用的有效模式。     

桉林—砖红壤水分性能特征研究

根据室内测定资料，对雷州半岛桉林地砖红壤水分性能进行了探讨。结果表明，与自然植被下的砂页岩赤红壤比较，浅海沉积物桉林－砖红壤导水性，持水能力及供水能力均较低。在同样的吸力下，土壤持水量较少，在同样的吸力段，土壤释放的水量较少；玄武岩桉林－砖红壤持水能力较高，但导水性和供水能力较低。通径分析结果表明，浅海沉积物桉林－砖红壤持水能力较低主要受粘粒较少影响。其水分的有效性较低主要与其有机质的较少有较大关系；玄武岩桉林－砖红壤持水能力较高而水分的有效性较低工，主要受其粘粒含量较高，有机质含量较低的制约。     

秸秆覆盖和有机质输入对紫色土土壤可蚀性的影响

以紫色土坡耕地为研究对象开展野外径流小区定位监测试验,设置有机质(OM)、秸秆覆盖(SW)、有机质+秸秆覆盖(OM+SW)和对照(无秸秆覆盖,不增施有机质,CK)4个处理,对2014年侵蚀性降雨条件下不同处理小区径流及产沙特征进行分析,以单位径流冲刷侵蚀量(K_w)作为土壤可蚀性指标,研究四川省中江县紫色土区秸秆覆盖和有机质输入对坡耕地土壤可蚀性的影响。结果表明:秸秆和有机质输入能显著降低紫色土区坡耕地产流量,4个处理减小径流的效果表现为OM+SWSWOMCK;有机质、秸秆覆盖均显著降低单位径流侵蚀量,从而减小土壤可蚀性,OM、SW、OM+SW处理对土壤可蚀性的平均消减率分别为22.30%、29.76%、35.04%,秸秆覆盖处理(SW)对土壤可蚀性的减小效应略高于有机质处理(OM),但二者差异不显著。综合分析得出,增施有机质的同时进行秸秆覆盖可作为紫色土区坡耕地减小土壤可蚀性的有效措施。     

砾石覆盖对土壤水热过程及旱作小麦玉米产量的影响

为了揭示砾石覆盖对农田土壤水热变化及作物产量形成的影响,2013—2015年采用小区试验法研究冬小麦-夏玉米轮作条件下土壤水分变化、温度效应以及作物生长和产量之间的相互作用关系。田间试验设置无覆盖(CK)、25%砾石覆盖(GM1)、50%砾石覆盖(GM2)、75%砾石覆盖(GM3)和100%砾石覆盖(GM4)5个处理。结果表明:砾石覆盖度与土壤水分呈显著正相关,100%砾石覆盖处理土壤贮水量最高;干旱胁迫条件下砾石覆盖度越高土壤的保水性越好,降雨条件下砾石覆盖度越高土壤截留雨水的能力越大。砾石覆盖具有明显的增温效应,4个砾石覆盖处理的土壤平均温度大于CK处理,GM4处理土壤平均温度最大;砾石覆盖处理可以认为是一种有效的温度调节方式,具体表现在低温(-5~0℃)条件下GM4处理较CK处理土壤温度增加5℃,高温(40~45℃)条件下GM4处理较CK处理土壤温度降低3.7℃;在寒冷气候和水分亏缺的情况下4个砾石覆盖处理增温能力均大于对照。此外,夏玉米叶面积指数随着砾石覆盖度增加而增大。100%砾石覆盖处理的2季冬小麦和夏玉米平均产量较对照处理分别增加了58.55%和22.50%。可见,砾石覆盖技术可以有效保持土壤水分、增加土壤温度、促进作物生长和提高产量,是干旱半干旱地区应对水分胁迫和气候变化、     

几种水蚀阻断措施对坡地红壤干旱的影响

通过田间试验,研究了带状牧草、稻草覆盖和聚丙烯酰胺(PAM)表施及其组合措施对坡地红壤0-45cm土层干旱的影响。结果表明,各种水蚀阻断措施都能明显提高坡地红壤表层的土体贮水量;措施之间保水效果的差异在多雨阶段较小,而干旱阶段较大,且随土层深度增加而变大;水蚀阻断措施能够降低土体干旱发展速度,减轻土壤干旱,从而减轻作物干旱,增加其产量;PAM表施和稻草覆盖的保水抗旱效果要明显好于带状牧草。PAM表施、稻草覆盖分别与带状牧草组合以后,保水效果都有所减弱。     

渭北旱塬不同秸秆覆盖量对土壤水分和春玉米产量的影响

为了探明不同秸秆覆盖量对渭北旱塬土壤水分及春玉米产量的影响,于2008－2009年在陕西合阳县旱农试验站进行了3个水平的秸秆覆盖量（4 500、9 000和13 500 kg/hm2）试验,以不覆盖为对照（CK）。2 a结果表明,3个处理0～200 cm土层平均土壤贮水量较CK均显著提高,分别增加16.52、25.52和34.04 mm（P＜0.05）;播后0～60 d,农田蒸散量较CK分别减少4.43、8.23（P＜0.05）和6.96 mm（P＜0.05）;9 000 kg/hm2处理2年平均籽粒产量及水分利用效率表现最优,较CK分别提高11.03%（P＜0.05）和9.25%（P＜0.05）,13 500 kg/hm2处理次之,4 500 kg/hm2处理最差。本研究表明,渭北旱塬春玉米生育期降水量低于390 mm时,不同秸秆覆盖量处理蓄水保墒及增产效应明显,且以9 000 kg/hm2覆盖量为宜。     

覆盖方式对夏玉米土壤水分和产量的影响

为探索半湿润偏旱区不同覆盖栽培模式夏玉米田土壤蓄水保墒和增产效果,于2014年6-10月在陕西杨凌节水灌溉试验站,通过设置垄覆地膜沟覆秸秆（PSM）、全覆膜平作（PM）、覆秸秆平作（SM）、露地平作（CK）4种栽培模式进行玉米种植试验,对0-200cm土壤不同深度土层含水率进行全生育期动态监测,分析比较各种模式下土壤含水率、土层贮水量以及作物耗水量的变化规律,并结合产量资料计算各种种植模式的水分利用效率。结果表明：一次30.5mm降水过程结束后,PSM处理的集水作用最明显,降水2d后,垄沟中40cm土层土壤含水率最高,达35.8%。与降水2d后相比,降水6d后,CK、PSM处理沟中（PSM-F）、PM和SM处理40cm土层土壤含水率分别下降10.3%、2.9%、1.8%和0.2%,而PSM处理垄下（PSM-B）含水率则提高10.4%。PSM处理在干旱季沟中和垄下土壤含水量差异明显,降雨较多时,沟垄土壤含水率基本达到平衡。PSM、PM和SM处理能显著提高玉米生育期0-20cm土层贮水量,其中以PSM处理最为显著;各处理苗期以后20-100cm土层贮水量均低于对照;100-200cm土层贮水量以SM处理最高,PSM处理最低。夏玉米产量与拔节-灌浆期耗水量呈显著正相关（r=0.98*）。PSM、PM和SM处理的玉米产量较CK分别提高95.3%、83.1%和55.4%,水分利用效率较对照分别提高75.7%、71.0%和58.8%。研究结果表明垄覆地膜沟覆秸秆栽培模式能够显著提高玉米产量和水分利用效率,适宜在半湿润偏旱区夏玉米生产中应用。     

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。     

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。     

Influence of municipal waste compost amendment on soil water and evaporation

Abstract

Municipal Waste Compost was added to soils in the glasshouse and field to assess its impact upon soil physical properties. Application was by mulch and incorporation, and the amelioration of temperature, soil water content, unsaturated hydraulic conductivity, and evaporation were investigated. Incorporation in the glasshouse pot experiments increased early season evaporation, while compost applied by either means raised soil temperature. In later stages of drying, the presence of compost reduced the evaporation rate. In the field, compost addition to trials of maize (Zea mays van Melody) improved retention of soil water during a normally wet summer, but not during a very dry summer. Furthermore, soil temperature tended to be reduced by mulching. It is concluded that compost application is beneficial to soil water retention and its subsequent utilization by a crop in conditions of normal rainfall under a temperate climate. Furthermore, it is concluded that the common practice of extrapolating glasshouse‐derived information to field conditions creates serious problems, at least in soil physical experimentation.     

Interactive effect of tillage depth and mulch on soil temperature, productivity and water use pattern of rainfed barley (Hordium vulgare L.)

Soil porosity and organic matter content influence the hydrology, thermal status and productivity of agricultural soils. Shape, size and continuity of soil pores are determined by tillage practices. Thus appropriate tillage and mulch management can conserve residual soil moisture during the post rainy season. This can play a key role in enhancing productivity under the rainfed ecosystem of subhumid region in eastern India. A field study was carried out on a fine loamy soil from 1993–1994 to 1995–1996. Two tillage treatments were conventional ploughing (150 mm depth) and shallow ploughing (90 mm) depth. Each tillage practice was tested with three mulch management viz., no mulch, soil dust mulch and rice (Oryza sativa L.) straw mulch. Soil organic carbon, bulk density, moisture retentivity, soil temperature with productivity and water use pattern of barley (Hordium vulgare L.) were measured.Reduction in ploughing depth resulted in nominal increase in profile (0.0–1.2 m) moisture status, yield, and soil thermal status at 14:00 and water use efficiency (WUE). However, it decreased the magnitude of soil temperature in the morning (07:00). Straw mulch conserved 19–21 mm of moisture in the profile (1.2 m) over the unmulched condition. Both soil dust and rice straw mulching elevated soil thermal status at 07:00 as compared to unmulched condition, but this trend was reversed at 14:00. Straw mulching significantly increased grain yield and WUE over soil dust mulch and unmulched condition. Impact of straw mulch was more pronounced under shallow ploughing depth. Shallow tillage with rice straw mulching is recommended to the farmers to obtain higher level of yield and water use efficiency.     

稻-油轮作下长期秸秆还田与施肥对作物产量和土壤理化性状的影响

【目的】研究长期秸秆还田与施肥对作物产量和土壤肥力的影响,为该种植模式下作物最佳养分管理提供技术支撑。【方法】自2005年起在成都平原的广汉市开展了水稻-油菜轮作下连续秸秆覆盖还田+免耕与不同施肥的长期定位试验。试验为随机区组设计,共有8个处理,3次重复。这8个处理包括对照(只施化肥、 无秸秆覆盖)和秸秆覆盖还田下4个氮肥用量、 2个磷肥用量和3个钾肥用量的7个组合处理。自2005年起每季收获时采集植株样本,分析不同处理下水稻和油菜的农艺形状与产量变化情况,2010年水稻收获后采取耕层(05 cm、 515 cm和1530 cm)土样,分析不同处理的土壤肥力演化趋势。【结果】在稻-油轮作下,同一处理水稻和油菜产量受气候变化影响存在显著的年度间差异。秸秆还田对水稻产量的影响始于覆盖后的第三年,即秸秆覆盖处理的水稻产量显著高于相同施氮量的无覆盖对照处理,油菜秸秆覆盖条件下的减磷和减钾处理的水稻产量相当或高于对照处理。按此计算,秸秆还田在水稻季每公顷可节约大约N 60 kg和K2O 90 kg。在油菜季,稻草覆盖似乎不能明显减少氮肥投入,减磷处理的油菜产量始终最低。因此,施用充足的磷肥成为油菜高产的关键,该结果为稻-油轮作制度中磷肥的合理分配提供了科学依据,即磷肥应重点施在油菜上,水稻上可少施或不施磷肥。在油菜季,秸秆还田每公顷能节约大约N 30 kg和K2O 90 kg。连续秸秆覆盖+免耕使土壤有机质和氮、 磷、 钾养分在05 cm土层聚集,但对下层土壤影响不大; 减磷、 减钾处理使土壤磷、 钾耗竭,但无覆盖对照处理的土壤钾耗竭大于减钾处理;在磷钾施肥量不变的情况下,增加氮肥施用量降低了土壤速效钾与有效磷含量。长期秸秆覆盖还田+免耕能显著改善05 cm土层的土壤物理性状,即降低土壤容重,增加孔隙度、 非水稳性和水稳性团聚体的数量,但增加了下层土壤的容重和降低了土壤孔隙度。【结论】长期秸秆覆盖还田+免耕能显著提高水稻-油菜轮作下的作物产量,减少肥料投入和提高表层土壤肥力水平,但油菜季必须注意施用足够的磷肥以保证油菜籽高产的需要。