不同保水措施对砂质潮土水分、微生物量及小麦产量的影响

通过研究不同保水措施对砂质潮土的保水效应、微生物量及小麦产量的影响,为中低产田砂质潮土的土壤改良及小麦产量提升提供科学依据。在黄淮海平原麦-玉轮作的典型砂质潮土区,设置常规耕作无保水措施的对照(T)、秸秆还田(TS)、生物炭还田(TB)、秸秆与生物炭配合还田(TS+B)和秸秆与保水剂配合还田(TS+W)5种田间保水措施。结果表明,与T相比,4种保水措施均显著提高了分蘖期土壤含水量,其中TS+W含水量最高,0～20 cm土层增加21.9%,20～40 cm土层增加69.4%,随着生育期延长,保水效果逐渐降低;与之相反,TS+B处理显著提高小麦生育后期的土壤含水量,在灌浆期提高18.8%,成熟期提高32.6%。在小麦分蘖期,0～20 cm土层各处理间微生物量碳无显著差异,与T相比,TS、TB和TS+W处理显著提高20～40 cm土层中土壤微生物量碳,分蘖期增幅最大的是TS,提高量为212.7%,灌浆期增量最大的是TS+W,提高31.6%。各处理小麦产量均有所增加,其中TS+W产量提升31.4%,其中仅TS+W与T处理达到差异显著水平。土壤水分与小麦产量性状、微生物量碳含量的相关分析发现,土壤水分含量是砂质潮土生产力低下的主要限制因素,主要在小麦分蘖期和拔节期影响小麦产量。4种保水措施均不同程度改善砂质潮土的理化性质,增加土壤含水量、微生物量和作物产量,其中秸秆和保水剂配合施用对砂质潮土小麦增产效果最佳。     

旱宝贝保水剂对风沙土垂直入渗特性和土壤含水量的影响

保水剂是一类功能性高分子聚合物,能够吸收并保持自身重量百倍甚至千倍的水分。通过室内设置保水剂—土壤体系,研究层施保水剂对于风沙土垂直入渗特性的影响和入渗结束后土壤各层含水量的变化。实验结果表明:1)风沙土的水分垂直入渗率随时间逐渐降低。在风沙土土表下5~7 cm深度处层施保水剂对水分垂直入渗率有明显的降低作用。2)供水充足情况下,20 cm厚度的风沙土渗吸过程持续大约20 min。在土表下6~7 cm处层施保水剂可增加该过程持续时间。0.25%用量的旱宝贝牌高效土壤保水剂即可以完全阻滞水分继续下渗。3)在风沙土地表下5~7 cm处层施保水剂对于一定时间内水分累积入渗量有显著的增加作用。4)在风沙土中层施保水剂可显著降低土壤的渗透系数。5)保水剂层上方土壤层含水量明显提高,下方的土壤层含水量则略微降低。保水剂施用量增加导致保水剂层含水量大幅上升。     

保水剂与秸秆深施对砂质潮土水肥状况及小麦产量的影响

保水剂与秸秆深施对砂质潮土培肥效应的研究,为中低产田砂质潮土的改良提供科学合理的依据。于典型的砂质潮土区设置了五种不同的田间处理方式:秸秆翻埋还田(TS)、秸秆深施(DS)、秸秆与保水剂深施(DS+W)、保水剂深施(DW)和不处理对照(CK)。比较分析了小麦生育期不同土层中水分、有机质、速效氮以及小麦产量。研究结果表明:(1)与CK相比,从孕穗期到灌浆期,秸秆与保水剂的施用均使0~80 cm土层的含水量有所提高,且DS+W与DW均显著提高了60~80 cm土层水分,其中在孕穗期两处理水分含量分别是CK的3倍和2倍,灌浆期为CK的2倍和1.5倍。(2)与CK相比,其余各处理均显著提高了小麦产量(P<0.05),TS、DS和DS+W分别增产了30.7%、27.3%和48.9%。(3)与CK相比,TS、DS、DS+W和DW的水分利用效率显著增加,分别增加了0.63、0.57 0.93和0.29 kg m~(-3)。(4)与CK相比,20~80 cm土层中,深埋处理DS、DS+W、DW均提高了土壤中有机质含量,DS+W处理下土壤有机质含量与其他处理之间差异显著(P<0.05)。(5)与CK相比,TS和DS处理能够有效的提高各土层中硝态氮含量,保水剂的施用在40~80 cm土层中对土壤硝态氮未见显著影响。(6)各处理间单茎小麦各器官干物质积累量大小为:DS+W>DS>TS>DW>CK,且从不同器官的干物质积累量的比例来看,TS、DS、DS+W处理下的籽粒所占比重较CK的籽粒所占比重有所增加,茎+叶所占比例相应减少,植株干物质的积累逐渐向籽粒偏斜。(7)从小麦产量与土壤水分和硝态氮含量的相关分析结果来看,土壤水分主要在小麦灌浆期影响小麦产量,且是砂质潮土中影响小麦产量的最主要因素。综上所述,保水剂与秸秆的施用均能不同程度的改善砂质潮土的理化性状,提高农作物产量,以保水剂与秸秆的配合深施对砂质潮土的改良效果最佳。     

污泥掺混改良沙土的水分入渗及再分布规律

为探究城市生活污水处理厂脱水污泥作为土壤改良剂对风蚀沙土的改良效果,确定合适的污泥沙土掺混比例,试验以污水厂离心脱水污泥与沙漠表层土壤按污泥掺混量为10%,15%,20%,30%,50%充分掺混,以水分入渗能力、土壤饱和含水率和土壤保水能力为指标,研究了不同掺混比例"泥—沙"复合土壤中水分入渗规律和土壤保水性能,用以确定最佳污泥掺混比例和最佳保水层。结果表明:污泥与沙土的掺混比例对水分入渗湿润锋影响较大。掺混比为10%的"泥—沙"复合土壤入渗时间最短,速率最大,30%,50%的入渗时间长,速率较慢;不同污泥与沙土掺混比例,土壤水分累积入渗量的大小依次为:10%(54.15 cm)15%(47.12 cm)20%(40.80 cm)沙土(34.97 cm)30%(23.10 cm)50%(12.68 cm),累积入渗量与时间关系符合Kostiakov土壤水分入渗模型;在污泥与沙土不同掺混比对各土层含水率及水分再分布试验中,污泥与沙土掺混比为20%的复合土壤为最佳选择,保水性最好的土层是40—60 cm。     

保水剂对风沙土水分垂直入渗和含水量的影响

使用保水剂是有效利用和改良风沙土的重要途径。通过研究垂直入渗率、累积入渗量、渗吸持续时间、渗透系数4项入渗特征量以说明在5-7cm深度处层施保水剂对于风沙土水分垂直入渗的影响,测定入渗结束后土壤各层含水量以研究受试体系的水分垂直分布。结果表明,试验处理可使垂直入渗率在各时间点有不同程度减小,有3种保水剂处理累积入渗量均增加了42%左右(1%处理),渗吸持续时间增长了134%~390%,渗透系数减小了65%~85%,且4种变化趋势均随保水剂用量的增加而加剧。入渗结束后土壤水分垂直分布也发生明显变化：保水剂-土壤混合层含水量上升52%~178%,上层土壤含水量明显增加但下层土壤略微降低。研究表明,保水剂对风沙土水分垂直入渗和含水量影响十分明显。     

生物炭对黄土区土壤水分入渗、蒸发及硝态氮淋溶的影响

为了揭示生物炭对黄土区不同质地土壤水分入渗、蒸发特性及硝态氮淋溶的影响规律及差异,该研究选取黄土区3种典型土壤(风沙土、黄绵土和黑垆土),设置质量分数0、0.5%、1%、2%、3%和5%共6个比例的生物炭梯度,进行室内土柱模拟试验。结果表明:湿润锋进程与累积入渗量受生物炭添加量及土壤质地的影响。随着生物炭添加量的增大,风沙土和黑垆土的水分入渗速度和累积入渗量逐渐降低(P0.05);黄绵土水分入渗和累积入渗量呈先增大后减缓的趋势(P0.05)。生物炭未显著影响试验条件下黄绵土和黑垆土的累积蒸发量(30 d),但显著改变了风沙土的蒸发特征,抑制前期蒸发。不同生物炭添加量下,3种土壤的湿润锋运移距离与运移时间均符合幂函数关系;Philip入渗模型可描述添加生物炭土壤水分入渗变化过程。生物炭可减少黄土区3种质地土壤的硝态氮淋溶量,表明适量生物炭添加能够增强土壤氮素固持能力,降低硝态氮淋失及环境风险。该研究结果表明,生物炭作为一种土壤改良剂能够提高土壤持水性和降低硝态氮淋失,有利于黄土高原旱地作物的生长;同时该研究可为农田选择合理生物炭施用量提供科学参考。     

复合隔层对河套灌区盐碱土水盐运移的影响

河套灌区盐渍农田分布广、肥力质量差、生产力水平低,严重威胁粮食安全。为研究秸秆–保水剂复合隔层对河套灌区盐碱土的控盐及节水效果,通过室内土柱模拟试验,设置常规灌溉水量(10 L)和节水20%灌溉水量(8 L)2种灌溉水量下的2种隔层(秸秆隔层和复合隔层)以及对照组处理,对比研究了复合隔层与秸秆隔层在节水条件下对土壤水分入渗过程、蒸发过程以及盐分变化规律的影响。研究结果表明:入渗过程中,两种隔层均能延缓水分入渗,提高淋盐效果,相比秸秆隔层,复合隔层处理水分入渗时间延缓14.47%,对0～40 cm土层淋盐效果提升34.86%。蒸发过程中,复合隔层能够通过内部保水剂缓慢释水,对20～40 cm土层补水,其20～40 cm土层含水率较秸秆隔层提升10.90%～90.61%。节水20%的条件下,复合隔层处理在0～40 cm土层的灌溉淋盐效果及蒸发过程中的保水抑盐效果优于未进行节水处理的对照组。综合来看,秸秆–保水剂形成的复合隔层其淋盐效果、保水抑盐效果均优于秸秆隔层,在节水条件下仍具有较好的保水控盐效果。本研究可为河套灌区节水型盐碱障碍消减研究提供依据和参考。     

不同改良剂对河套灌区盐碱土入渗特性及水盐分布的影响

为对比研究改良剂对河套灌区盐碱土入渗特性及水盐分布的影响,设置对照组及2种施用水平(1%和2%)下的2种改良剂(生物炭和脱硫石膏)共5组处理,进行室内土柱试验。结果表明：(1)相比于对照组,1%施用量的生物炭能使入渗时间延缓8.9%,抑制水分入渗,降低相同时间内的土壤累积入渗量,2%施用量的生物炭对水分入渗过程起到先抑制后促进的作用,能使入渗时间缩短35.6%,2种施用量的脱硫石膏都能使入渗时间缩短91.1%,促进水分入渗,提高相同时间内的累积入渗量;只有2%施用量的生物炭使最终的累积入渗量大幅增加62.8%。(2)湿润锋运移距离与时间呈幂函数关系,用Kostiakov模型对累积入渗量和时间的关系拟合相对于Philip模型效果更好。(3)相比于对照组,只有1%施用量的生物炭使入渗后的土壤含水率降低2.7%,其余各处理均出现不同程度的增加;2种施用量的生物炭分别使入渗后的土壤含盐量显著降低28.5%和52.0%,但2种施用量的脱硫石膏分别使土壤表层含盐量显著提高184.3%和403.7%,其中2%施用量处理使土壤整体平均含盐量显著提高73.0%。综合考虑各处理改良后的入渗特性、土壤含水率...     

水洗生物炭对2种类型土壤钾素淋失的影响

为了探究生物炭对潮土和砂土钾素淋失的调控效应,通过土柱淋溶模拟试验,以水洗生物炭为研究对象,比较生物炭水洗前后不同形态钾含量、表面形貌和含氧官能团变化,进而探究不同用量水洗生物炭对2种类型土壤钾素淋失的阻控效应。结果表明:水洗处理可使生物炭水溶性钾含量由13.9 g/kg降至0.06 g/kg,而对生物炭孔隙结构和表面含氧官能团影响较小。水洗生物炭对潮土和砂土水分淋失的影响受其施用量的影响,表现为低量促进、高量抑制的趋势,添加1%水洗生物炭显著增加了2种类型土壤水分淋失总量。生物炭对2种类型土壤钾素淋失的影响各异,添加2%和4%水洗生物炭对砂土钾素淋失表现出显著的阻控效应(P0.05),钾素淋失量分别较不加生物炭处理降低了21.2%和28.3%,而添加1%水洗生物炭却增加了潮土钾素淋失量(P0.05)。另外,生物炭可提升土壤阳离子交换量和表层土交换性钾含量,且提升幅度随生物炭施用量的增加而增加,并且对砂土的提升效果更明显。因此,从钾素淋失角度考虑,生物炭更适用于阳离子交换量较低、保肥能力差的砂质土壤上。     

秸秆-膨润土-PAM改良材料对砂质土壤饱和导水率的影响

为改善砂质土壤持水状况,设计了由作物秸秆、膨润土和聚丙烯酰胺（PAM）配制的改良材料,以重庆市分布面积较大的冷沙黄泥为研究对象,采用恒定水头入渗双环法,研究了秸秆改良材料对砂质土壤饱和导水率的影响。结果表明,施用秸秆改良材料能增加砂质土壤的饱和导水率,并且随着施用剂量的增大,土壤饱和导水率逐渐增加;随土培时间的延长土样饱和导水率均出现了先增大后减小的趋势,当土培时间为60 d时土样饱和导水率达到最大值;添加麦秆改良材料（质量分数为10 g/kg,配方中PAM质量分数为2%）的土样,在培养60 d后其饱和导水率是对照组的4.97倍,对砂质土壤改良效果最明显。可见,秸秆改良材料可以改善砂质土壤持水状况,对砂质土壤具有改良作用。     

有机肥配施保水剂对紫色土水分入渗及氮素淋溶的影响

以有机肥、保水剂(聚丙烯酰胺PAM、高分子吸水树脂SAP和沃特)为供试材料,通过室内土柱模拟试验,研究有机肥配施保水剂对紫色黏土水分入渗及氮素淋溶的影响。结果表明:有机肥配施保水剂可有效增加土壤的保水保肥能力,是控制土壤水分和养分淋失的有效措施。单施有机肥和有机肥配施保水剂均降低了湿润锋运移深度和入渗速率。与对照相比,单施有机肥和有机肥配施保水剂处理的湿润锋运移深度降低了33.33%～46.49%,入渗速率降低了22.73%～31.82%,累计淋溶液体积降低了1.25%～6.78%。施用有机肥有一定增肥保肥能力,但随淋洗次数增加保肥能力逐渐降低,与对照相比,在持续淋溶条件下单施有机肥的硝态氮和全氮累计损失率分别升高了12.00%,17.51%。有机肥配施保水剂可有效减少氮素淋失量,降低氮素淋失率,提高土壤保肥能力。与施用有机肥相比,有机肥配施保水剂硝态氮损失率降低了35.49%～78.46%,全氮损失率降低了35.53%～71.85%,其中有机肥配施PAM处理保水保肥效果最好。     

不同水分条件下保水剂对土壤持水与供水能力的影响

为探明水分条件对保水剂作用效果的影响,采用盆栽实验,测定冬小麦生长结束后不同水分条件下保水剂不同用量（T1：0、T2：27 mg/kg、T3：54 mg/kg、T4：81 mg/kg）处理的土壤持水、供水及导水性能等。结果表明：保水剂的施用均提高了土壤持水、供水、导水能力及土壤有效水含量。轻度胁迫条件下,以T3处理的持水能力、有效水含量及导水能力最强,而供水能力以T4处理为佳;充分供水条件下,随保水剂用量的增加,土壤持水能力、供水能力、有效水含量及导水能力均提高,但T3和T4处理间差异不显著。与轻度胁迫相比,充分供水条件下各处理的持水能力、供水能力及导水能力均较高,而有效水含量以轻度胁迫条件下的T3处理较高,较对照增加18.6%。从经济的角度考虑,2水分条件下以T3处理（54 mg/kg）效果为佳。     

生物炭的10年土壤培肥效应

大量短期的室内试验和田间试验研究表明,施用生物炭可以增加土壤碳固定,提升土壤肥力和作物产量,然而关于生物炭的长期土壤肥力效应尚不明确。为此,依托持续10年的生物炭的田间定位试验[4个处理:对照(CK)、生物炭4. 5 t·hm-2·年-1(B4. 5)、生物炭9 t·hm-2·年-1(B9. 0)、秸秆还田(SR)],研究了长期施用生物炭对土壤肥力状况的影响。结果显示,与对照相比,长期施用生物炭和秸秆还田对土壤p H值没有显著影响,但容重降低了2. 2%～8. 2%,施用生物炭的土壤电导率降低了1. 5%～7. 8%,而秸秆还田处理土壤电导率提高了4. 7%～13. 4%。施炭和秸秆还田使土壤有机质(SOM)含量增加57. 7%～123. 1%,总氮含量提高11. 3%～21. 9%,总磷没有显著性变化。不同处理土壤NH+4-N含量的差异不显著,而施用生物炭和秸秆还田土壤NO-3-N含量增加3. 8%～67. 1%,且高炭处理的效果显著。土壤有效磷含量显著降低了23. 1%～42. 0%,速效钾含量上升了2. 0%～23. 1%。总体而言,长期施用生物炭提升了土壤肥力,尤其是对土壤有机质的提升有显著的效果。     

Ash and biochar amendment of coarse sandy soil for growing crops under drought conditions

Appropriate soil amendments may increase plant available water and crop yields on coarse sandy soils under drought conditions. In this study, we applied straw ash or straw biochar from gasification to a Danish coarse sandy subsoil to assess the effects on soil water retention, evapotranspiration and crop yields. Spring barley (2016, 2017) and winter wheat (2018) were grown over three years in columns containing 25cm of organic matter-rich topsoil, 80 cm of amended coarse sandy soil (1.5%, 3%, 6% wt. ash or 1% wt. biochar or control soil) and 45 cm of un-amended subsoil. Precipitation, evaporative demands and soil moisture were recorded across the growth seasons, with 2018 having severe drought conditions. This year evapotranspiration levels increased with increasing ash and biochar content (by 54% and 33% for the 6% ash- and 1% biochar-amended soils, respectively), and plant dry matter increased by 18% in both the 1% biochar- and 6% ash-treated soils compared to the untreated control. A linear relationship was established between in situ field capacity and ash dosage (R² = .96), showing an increase of 2.2% per percentage (wt.) of ash added, while the 1% biochar treatment increased the capacity by 3.5%, indicating a higher efficiency than for ash. However, we did not find significant positive effects on grain yields. The results show that ash and biochar have the potential to significantly increase soil water retention, evapotranspiration and total dry matter yield in drought conditions, but that this may not correspond to an increase in grain yield.     

沙质土壤改良剂对科尔沁地区风沙土物理性质及玉米产量的影响

一次性在沙地施加沙质土壤改良剂,研究了其在不同年份对科尔沁沙地风沙土土壤团聚体含量、土壤贮水量以及玉米产量影响的长效机制。结果表明,各处理均能显著提高0—40cm土层间粒径大于0.25mm的团聚体含量,能促进粒径0.1~0.25mm小团聚体逐渐向粒径为0.25~0.5mm和粒径大于2mm的大团粒结构转变,其中以第4a的0—10cm土层处理表现最为明显,粒径0.1~0.25mm小团聚体较CK减少了34.55%,粒径0.25~0.5和大于2mm的大团粒结构分别较CK增加了1.63和12.31倍;在贮水量方面,施入土壤改良剂第3a,第4a,第2a以及第1a分别较CK提高了42.21%~48.48%,32.48%~38.11%,28.35%~34.3%和19.15%~29.47%;在产量方面,各处理间差异均显著,各处理较CK增产幅度在15.1%~59.62%。施加沙质土壤改良剂在前3a可逐年改善土壤团粒结构、贮水能力和提高产量,说明其具有显著的改土和增产效果。     

不同秸秆生物炭对土壤水分入渗和蒸发的影响

探究不同秸秆生物炭对土壤入渗和蒸发的影响,对于秸秆废弃物的资源化利用和水土资源高效利用具有重要意义。选取3种秸秆(油菜、藜麦和马铃薯)为原料制备生物炭,采用室内土柱模拟方法,探究不同材料生物炭对土壤湿润过程、累积入渗量和蒸发过程的影响。结果表明:不同材料生物炭下的土壤入渗和蒸发过程存在显著差异。马铃薯杆炭显著促进了湿润锋的运移,而藜麦杆和油菜杆炭在中后期减缓了湿润锋的运移速度。添加生物炭处理均提高了土壤早期的入渗速率,降低了土壤后期的稳定入渗速率,其中马铃薯杆炭表现最好,促进了早期入渗,而且后期入渗降低少,在入渗55 min时,马铃薯杆炭累积入渗67.8 mm,比对照提高41.8%。在模拟施炭土壤的入渗过程方面,Kostiakov模型表现最优。施炭对于前期土壤蒸发无显著影响,但显著提高了后期的土壤蒸发量。蒸发30天后,马铃薯杆、油菜杆和藜麦杆炭累积蒸发量分别比CK高5.2%,9.2%和10.2%。马铃薯杆生物炭能显著提高土壤的入渗能力。研究结果为青海省东部农区选择合适的生物炭种类提供了科学依据。     

不同有机物料对黄土高原治沟造地土壤水分运移的影响

为了改善黄土高原治沟造地土壤结构较差的问题,采用一维定水头土柱模拟试验,探讨了不同有机物料(生物有机肥、粉碎秸秆、50%粉碎秸秆+50%生物有机肥、尿素、对照)对治沟造地土壤湿润锋推移、累积入渗量、入渗速率和土壤水分蒸发特征的影响,并采用Green-Ampt模型、Philip模型和Kostiakov模型拟合分析土壤水分入渗规律。结果表明:(1)粉碎秸秆与有机肥均降低了土壤水分移动速率,增强了土壤持水能力;粉碎秸秆同时降低了土壤稳定入渗速率,与对照相比减小了17.65%;(2)湿润锋推进深度与累积入渗量呈良好的线性关系;通过对3种入渗模型拟合发现,Philip模型和Kostiakov模型的拟合效果较好,符合黄土高原治沟造地土壤入渗率和时间的动态关系;(3)土壤水分蒸发过程中,添加粉碎秸秆具有阻截和蓄积土壤水分,提高土壤含水量的积极作用。     

半干旱地区多因素保水措施对土壤水分及造林成活率的影响

以神府-东胜煤矿采煤沉陷区为试验地,通过正交试验,分析了覆盖材料、保水剂施用量、肥料配比的保水效果及对成活率的影响。结果表明,覆盖材料、保水剂施用量、肥料配比对长梗扁桃成活率、土壤含水量的影响极显著,其影响程度为:覆盖材料>保水剂施用量>肥料配比。在地膜覆盖-保水剂(60 g)-当地土:肥料(4:1)的保水措施下,土壤含水量最高达到17.11%,长柄扁桃成活率最高,为80.5%。无任何保水措施的处理土壤含水量为8.59%,成活率仅为30.13%。栽植长柄扁桃的多因素保水技术措施最佳组合为:地膜覆盖-保水剂60 g-当地土:肥料(4:1)。