秸秆还田对农田土壤风蚀影响的试验研究

土壤风蚀是形成沙尘暴导致土壤沙漠化的主要原因,它能够降低耕作层的保水性能和抗蚀能力,导致土壤肥力和生物生产量的下降,影响农业的可持续发展,对人类生存环境造成不同程度的危害[1]。土壤风蚀是一个复杂的物理过程,其根源除了严酷的自然气候外,有94·5%是人为掠夺式经营方式     

土壤风蚀可蚀性研究进展

土壤风蚀可蚀性是风蚀研究的重要内容,也是进行土壤风蚀预报的重要参数。本文对土壤风蚀可蚀性的相关概念进行了阐释,从土壤颗粒及团聚体、土壤水分、土壤结皮、地表不可蚀物质、土地利用方式和空间尺度等6个方面对风蚀可蚀性控制因素的研究进行了综合评述。然后对土壤风蚀可蚀性的指标按照间接指标和直接指标两个类别进行了归纳,同时也对各个指标的监测方法进行了总结。在此基础上,对未来土壤风蚀可蚀性的研究方向进行了展望,讨论了土壤风蚀可蚀性研究需要关注的热点问题。     

冻融条件下土壤可蚀性对坡面氮磷流失的影响

冻融作用与水力侵蚀的复合作用更容易使土壤发生侵蚀,进而加剧土壤养分的流失,为了揭示冻融作用下土壤可蚀性对坡面养分流失的影响,该文采用室内模拟降雨试验,研究了不同土壤含水率(SWC)下坡面的降雨产流产沙及养分流失特征,并分析了土壤可蚀性对坡面全氮(TN)和全磷(TP)流失的影响。结果表明:产流率与产沙率之间呈现正线性相关关系,相关方程斜率的绝对值可作为土壤可蚀性指标。径流中氮磷的流失主要受径流率控制,受土壤可蚀性影响较小(P0.05);而土壤可蚀性显著影响着泥沙中氮磷和总的氮磷流失(P0.01)。土壤可蚀性对黄土坡面氮素流失的影响与冻融作用有关,而土壤可蚀性对坡面磷素流失的影响与冻融作用无关,磷素的流失随着土壤可蚀性增加而增加。因此,在黄土地区,应当采取一系列的生态建设措施来控制水土流失,降低土壤可蚀性,从而减少坡面养分的流失。该研究结果为冻融条件下黄土坡面水-土和氮磷等养分流失机制提供了有效指导。     

土壤风蚀可蚀性研究进展评述

土壤风蚀可蚀性是土壤的内在属性,表征着土壤对风蚀发生发展的敏感程度,是土壤风蚀研究的重要基础性内容.现阶段,虽然土壤风蚀可蚀性研究已取得较大进展和丰硕成果,但仍有许多重要问题尚未解决.为继续推动和发展土壤风蚀可蚀性研究工作,在系统分析国内外研究进展的基础上,笔者围绕土壤风蚀可蚀性概念内涵、量化表达和动态特征3个焦点和热...     

秸秆覆盖对冻融期土壤墒情影响试验

为了研究秸秆覆盖对冻融期土壤墒情的影响,该文设置裸地、玉米秸秆覆盖厚度为5、10和15cm的4种地表处理,进行了冻融期的土壤水分迁移试验。结果表明,冻融期秸秆覆盖的保温效应改变了土壤冻结状,使覆盖厚度15cm田块未出现冻层,覆盖厚度5和10cm地块的土壤初冻时间比裸地分别滞后16和25d,且冻层厚度较裸地减小了29和42cm。受冻融作用的影响,裸地在40cm处出现聚墒区,秸秆覆盖田块在地表处和30～50cm处出现聚墒区。冻融期内玉米秸秆覆盖厚度为5、10和15cm田块地表水分波动幅度分别比裸地减小了1.12、6.46和8.7百分点;土壤融化后其地表0-10cm土壤平均含水率分别比裸地高9.45、9.04和8.99百分点。研究成果可为季节性冻土分布区实施秸秆覆盖措施提供参考依据。     

冻融作用对典型黑土土壤风蚀的影响

东北黑土区农田晚春冻融作用通过改变土壤物理性质而对风蚀作用有重要影响。基于室内冻融模拟试验与风洞试验,分析了东北典型黑土区前期冻融作用对土壤风蚀的影响。试验处理包括3个土壤含水量(16.5%,24.8%,33.0%)、3个风速(9,12,15 m/s)、1次冻融循环。试验过程是先将装有不同含水量土壤的试验土槽进行冻融循环模拟,然后将冻融后的土壤在室温下自然风干(至其土壤含水量为6.0%～7.0%)后进行风洞试验。结果表明:前期土壤冻融作用显著增加了风蚀量和输沙量,试验条件下前期土壤冻融作用使风蚀强度增加23.5%～404.2%,使平均输沙率增加59.1%～305.3%,其增加幅度受土壤含水量和风速影响。同时有、无前期冻融作用处理下,风蚀强度和风蚀输沙率皆随风速的增加而显著增加,且风蚀强度随风速的变化遵循幂函数关系。在冻融作用下,不同土壤冻结含水量下土壤风蚀强度和输沙率的增幅排序皆为16.5%33.0%24.8%。风蚀输沙率随地表高度的增加呈指数递减,风蚀输沙主要集中在距地表40 cm的范围内,且冻融作用使风蚀输沙高度增加。     

准东地区土壤风蚀影响因子分析与风蚀量估算

为阐明准东地区土壤风蚀现状及影响因子,通过实地采样,结合气象、土地利用数据、DEM、遥感影像,从气候因子、地形因子、土壤因子以及植被盖度4个方面进行分析,利用GIS平台结合WEQ经验模型对各因子叠加计算的土壤风蚀状况进行分级,并对各侵蚀等级进行评价分析。结果表明:气候、土壤及植被盖度共同影响该区域的土壤风蚀状况。受各因子的影响,准东地区风蚀分级状况比较明显,侵蚀强度由南向北呈增强趋势,主要表现为重度侵蚀,占研究区面积的43.02%。该区域平均侵蚀模数为4 470.64t/(km2·a),风蚀量达9 969.53万t。为验证模型的准确性,利用137 Cs示踪法推算的风蚀模数与模型值进行对比,结果表明模型计算值与137 Cs示踪法估算值间的平均相对误差7.78%,证明该模型在研究区具有很好的适用性。     

作物残茬对农田土壤风蚀的影响

通过对不同留茬高度对地表风速的影响以及留残茬(保护性耕作主要方式)、旋耕和常规翻耕3种耕作方式对土壤风蚀的影响进行比较研究,得出如下结果:留茬高度对地表风速的影响程度不明显,仅与地面有无留茬有关,留茬20cm左右即可有效降低地表风速,减少田间扬沙,抵抗土壤风蚀,是比较适宜的留茬高度;留茬(保护性耕作)、旋耕和常规翻耕3种耕作方式对田间扬沙情况的影响差异明显,其中在60cm高度以内,留茬比常规翻耕减少田间扬沙量34.9%,比旋耕方式减少61.5%,因此,留茬(保护性耕作)是一种有效防止农田土壤风蚀的耕作方式。     

秸秆覆盖对农田土壤风蚀及细颗粒物释放的影响

为了确定保护性耕作措施对北京周边农田土壤风蚀及颗粒物释放的影响,通过风洞模拟试验,对比不同风速和不同覆盖度下农田土壤风蚀速率及TSP、PM_(10)、PM_(2.5)、PM_1的释放差异,并分析了4种细颗粒物在风蚀物中的占比。结果表明:(1)当风速12 m/s时,秸秆覆盖度达到20%能显著降低风蚀速率,当风速16 m/s时,秸秆覆盖度需达到40%才能达到理想的防风蚀效果。(2)TSP、PM_(10)、PM_(2.5)、PM_1 4种细颗粒物的释放量与风速呈正指数函数关系,与覆盖度呈负指数函数关系;随风速的增加,4种细颗粒物的释放能力为AB1B2B3B4B5,当覆盖度10%或60%时,细颗粒物的释放量随风速增大差异逐渐减小;覆盖度达60%以上时,细颗粒物的释放量基本达到稳定值。(3)TSP、PM_(10)、PM_(2.5)、PM_1 4种细颗粒物在风蚀物中的占比随风速的增加而降低,当覆盖度60%时占比接近稳定。     

保护性耕作对农田土壤风蚀影响的试验研究

在河北省北部的丰宁县坝上地区建立农田土壤风蚀试验区，采用美国BSNE采样器观测不同耕作处理条件下的农田风蚀土壤损失情况。试验结果表明：在风蚀过程中，土壤颗粒主要集中在近地表层运动，悬浮在空气中的土壤颗粒随着高度的增加逐渐减少，且与高度之间符合幂函数关系；风蚀土壤颗粒粒度组成随高度增加，砂粒级颗粒含量减少，而粉砂及粘土含量增加；免耕覆盖(NTC)、免耕覆盖＋耙(NTCH)和免耕无覆盖(NTN)三种处理分别比传统翻耕减少风蚀量73.75%、75.31%和14.17%，由秸秆覆盖和少免耕相结合的保护性耕作可明显地减少农田土壤损失；在覆盖和耕作两因素中，覆盖对减小风蚀的作用最大，地表耕作的作用次之；另外，保护性耕作地能够减少农田土壤养分损失。     

RWEQ模型中土壤结皮和可蚀性因子的改进和应用

[目的]将基于中国土壤粒径分级标准的土壤普查数据应用到RWEQ模型中,旨在解决不同土壤粒径分级标准间土壤质地资料的转换问题。[方法]利用对数正态分布模型进行土壤粒径转换,并探讨该模型在描述内蒙古自治区、吉林省、陕西省等地区土壤粒径分布中的适用情况。[结果]对数正态分布模型能够较好模拟土壤颗粒含量。土壤结皮因子和土壤可蚀性因子高值区均分布于中国北方风沙土区,其次为寒钙土等地。[结论]结皮可降低或增加土壤可蚀性,未来研究的关键在于确定不同气候条件下,引起地表结皮而将土壤风蚀可蚀性降到最低时的降雨量。     

草甸土冻融环境与春季解冻期降雨侵蚀模拟研究

以我国东北草甸土为研究对象,采用人工模拟降雨方法,分析试验区冻融环境及春季解冻期室外降雨侵蚀过程。结果表明:温度大体经历了降温、稳定和升温3个阶段,对应地表土壤经历了冻结、稳定冻结和融化3个过程;表层土壤在冻结和融化的两个过程中都经历了冻融作用,其中10月末至12月初和2月中下旬至3月上中旬均是地表土壤经受冻融交替作用强烈的时期,特别是融化阶段是控制春季解冻期土壤侵蚀的关键时期;冻融前后土壤含水率减小19%、土壤容重减小8.9%;整体土壤侵蚀速率表现为增加趋势;小雨强解冻深度浅的处理,侵蚀速率增加幅度不大,坡面细沟以宽浅型为主;大雨强侵蚀速率波动性增强。     

秸秆生物炭输入对冻融期黑土表层无机氮磷垂直迁移的影响

为研究秸秆生物炭输入对冻融期黑土表层无机氮磷垂直迁移的影响,采用室内模拟冻融循环试验,设置冻融与不冻融、冻融循环次数和生物炭施加量3个影响因素,分析冻融作用下不同秸秆生物炭输入量土壤表层无机氮磷垂直迁移特征。结果表明:(1)冻融与不冻融、冻融循环次数及生物炭施加量对黑土表层NO3-—N、NH4+—N和PO43-—P垂直迁移液总体积、迁移液总浓度及迁移总量均有极显著影响。(2)淋溶时间随冻融作用增强而缩短,随生物炭施加量增加而延长。所有处理迁移液总体积均随生物炭输入量的增加呈降低趋势。未冻融组迁移液总体积随培养期增加呈现缓慢下降趋势,冻融组处理迁移液总体积在第5次冻融循环试验出现急剧增加,而后趋于平稳。(3)分析冻融作用下秸秆生物炭施入对无机氮磷垂直迁移累积影响,同一控制时间内生物炭对冻融组无机氮磷垂直迁移量的抑制作用大于不冻融组,且随生物炭施入量增加对无机氮磷垂直迁移的抑制作用增强。由于土壤物理性质的改变,冻融组NO3-—N、NH4+—N和PO43-—P累积迁移量均在第5次冻融循环左右发生急剧变化。综上可知,生物炭在冻融期可以有效的固持养分,研究结果可为寒冷地区解冻期面源污染防治提供一定的理论支持。     

自然冻融条件下黄土丘陵区不同土地利用方式原状土的抗冲性

[目的]研究冻融对3种土地利用方式(坡耕地、草地和灌木地)土壤抗冲性的影响,旨在为黄土高原季节性冻融区植被恢复建设提供理论依据.[方法]基于一系列野外自然冻融、野外监测和原状土冲刷试验,以确定冻融对3种土地利用方式土壤抗冲性的影响.[结果]①相较于坡耕地,草地与灌木地的冻结程度更低,其中,灌木地冻结程度最低,抗冻性最好...     

季节性冻融期不同秸秆还田方式下黑土温度特征

[目的] 为探究不同秸秆还田方式对季节性冻融期黑土温度的影响。[方法] 通过田间温度监测,以大豆田为研究对象,设置秸秆覆盖还田(FG)和秸秆翻混还田(FH)2种还田方式,还田量分别为秸秆总量的30%(59 670 kg/hm²),60%(119 340 kg/hm²),90%(179 010 kg/hm²),并设置裸地为对照(CK)共7种处理。各处理自地表向下沿土壤垂直剖面分别设置5,10,20,30 cm 4个土层深度,分析冻融期不同秸秆还田方式及还田量下土壤温度变化特征。[结果] (1)秸秆还田使土壤进入不同冻融阶段的时间滞后于裸地,且有效提高土壤最低温度和降低最高温度的变化范围,其中最大提温、降温率均发生在FG90处理,分别为3.0~6.1,1.5~5.2 ℃。(2)秸秆还田减弱土壤的温度变异性和与气温的相关性,最大变异系数和相关系数发生在裸地5 cm土层,分别为6.54,0.82;最小发生在FG90处理30 cm土层,分别为0.82,0.26。土壤温度变异性大小关系为CK>FG30>FH30>FH60>FG60>FH90>FG90,土壤温度与气温相关性大小关系为CK>FH30>FG30>FH60>FH90>FG60>FG90。(3)裸地冻结和解冻速率最大且冻融周期最短,冻结速率为0.19 ℃/h,解冻速率为0.60 ℃/h,最小冻结速率发生在FH90处理,为0.04 ℃/h,最小解冻速率发生在FG90处理,为0.05 ℃/h。(4)随土层深度的增加,土壤始冻阶段、始融阶段逐渐增加,但冻结时长逐渐减小,FG90处理延缓冻融效果最明显,始冻阶段、始融阶段分别为8,10天。[结论] 研究结果定量描述冻融期不同秸秆还田措施下黑土温度特征,明确不同秸秆还田措施之间对土壤温度影响的差异,对于黑土区秸秆资源合理利用及保护性耕作具有重要指导意义。     

冻融循环作用对黑土有效磷含量变化的影响

[目的]分析冻融循环作用和土壤含水率对土壤磷素的有效性产生的影响,为控制农业非点源污染、明确冻土区土壤的磷素循环过程和准确评估区域的磷素收支提供依据。[方法]以东北黑土为研究对象,研究冻融次数、土壤含水率和土壤有效磷背景值对黑土有效磷含量的影响。采用室内模拟冻融循环的方法,冻融循环次数为30次,冻融温差为-10~7℃,监测冻融条件下黑土有效磷含量的变化。[结果]随着冻融循环次数的增加,它对有效磷含量的影响逐渐下降,至20~30次循环中不具有显著性影响,有效磷背景值的影响在5~20和20~30次循环中占主导地位;在0~30次冻融循环中,有效磷含量的变化表现出双峰型曲线特征,相邻冻融循环次数有效磷含量的变化大多具有显著性差异,变化由剧烈到平缓;土壤含水率越高,有效磷含量变化越剧烈;土壤有效磷背景值越高,有效磷含量越稳定。[结论]冻融循环次数、土壤含水率、土壤有效磷背景值3个控制因子对有效磷含量的影响程度随冻融循环次数的增加而变化。     

耕作方式与地表覆盖量对苜蓿及小麦地水蚀过程的影响

通过模拟降雨对定西苜蓿-春小麦轮作土壤的水蚀过程进行了研究，试验结果表明：苜蓿翻耕（T1）处理的地面积水产生时间最长，苜蓿不翻耕处理（T2）径流产生时间最长，显著高于其它3个处理。在整个模拟降雨过程中，不翻耕处理的径流产生速率总是低于翻耕处理的径流产生速率，其中以苜蓿不翻耕处理（T2）的径流速率最小，而两个翻耕处理的径流速率之间无显著性差异。T2处理的入渗速率始终高于其他3个处理；秸秆覆盖可有效地降低累积径流量和总侵蚀量，增加累积入渗量；在不同处理中，以苜蓿不翻耕处理加100％秸秆覆盖抗水蚀的效果比较明显。     

砒砂岩与沙复配土壤的冻融特征

[目的]揭示砒砂岩与沙复配土壤冻融特征及其对风蚀的影响,为毛乌素沙地土地整治可持续性提供理论依据。[方法]利用陕西省榆林市榆阳区气象资料和土壤观测数据,结合含水量变化规律,以砒砂岩与沙复配土壤为研究对象,沙土为对照,探究2种土壤冻结层形成差异、冻融过程及积雪消融特点。[结果]由于含水量的差异,复配土壤与沙冻结层形成特点具有差异,沙地表层通常会形成土壤干层,从表层之下冻结,而复配土壤的冻结层在地表形成;复配土壤的最大冻结深度为116.0cm;大于沙地的最大冻结深度96.0cm,且冻结层融解时间晚于沙地一周;积雪覆盖条件下,沙地表层存在1.0~6.4cm的土壤干层,而复配土壤表层不存在干层,复配土壤积雪盖度和厚度均大于原始沙地,阳坡尤为显著。[结论]土壤冻层和积雪在复配土壤地表形成了2层保护层,减少了休闲期的风蚀作用。     

Towards a Pan‐European Assessment of Land Susceptibility to Wind Erosion

Understanding spatial and temporal patterns in land susceptibility to wind erosion is essential to design effective management strategies to control land degradation. The knowledge about the land surface susceptible to wind erosion in European contexts shows significant gaps. The lack of researches, particularly at the landscape to regional scales, prevents national and European institutions from taking actions aimed at an effective mitigating of land degradation. This study provides a preliminary pan‐European assessment that delineates the spatial patterns of land susceptibility to wind erosion and lays the groundwork for future modelling activities. An Index of Land Susceptibility to Wind Erosion (ILSWE) was created by combining spatiotemporal variations of the most influential wind erosion factors (i.e. climatic erosivity, soil erodibility, vegetation cover and landscape roughness). The sensitivity of each input factor was ranked according to fuzzy logic techniques. State‐of‐the‐art findings within the literature on soil erodibility and land susceptibility were used to evaluate the outcomes of the proposed modelling activity. Results show that the approach is suitable for integrating wind erosion information and environmental factors. Within the 34 European countries under investigation, moderate and high levels of land susceptibility to wind erosion were predicted, ranging from 25·8 to 13·0 M ha, respectively (corresponding to 5·3 and 2·9% of total area). New insights into the geography of wind erosion susceptibility in Europe were obtained and provide a solid basis for further investigations into the spatial variability and susceptibility of land to wind erosion across Europe. © 2014 The Authors. Land Degradation and Development published by John Wiley & Sons, Ltd.     

冻融条件下土壤水分和速效磷垂直迁移规律

中国东北地区土壤普遍受到的季节性冻融作用会影响土壤中速效磷和水分的垂直分配。通过室内模拟冻融环境,分析了冻融循环条件下黑土速效磷和土壤水分的垂直变化。结果表明:多次冻融循环作用使土壤速效磷随着土壤水分由下层向表层迁移,经30次冻融循环作用后土壤最大含水率和土壤最大速效磷含量均出现在3 cm层;土壤初始含水率越高,冻融作用后向土壤表层迁移的速效磷含量越大,但随着冻融循环次数增加,土壤各层速效磷含量都有所下降,1次冻融作用后,土壤速效磷的最高含量为50.63 mg/kg,30次后最高含量为43.81 mg/kg,减少了13.5%;利用多元回归分析分别得出了冻融循环后土壤含水率和速效磷与初始含水率、冻融循环次数和土层深度的关系函数,相关系数分别为0.892,0.578。上述研究成果为季节性冻融区非点源污染及土壤盐碱化防治奠定理论基础。