不同土地利用类型优先流对磷素垂直迁移及淋失风险的影响

为揭示磷素在土壤剖面中垂直迁移及淋失机制,选择设施生产条件和露地生产条件2种不同土地利用类型为研究对象,通过原位染色示踪试验结合图像解析技术,比较设施样地、粮田样地2种土地利用方式下土壤优先流分布特征,探索优先流与基质流路径对2种土地利用类型全磷和土壤速效磷(Olsen-P)垂直迁移及分布特征的影响,评估不同迁移路径下磷素淋失风险,并探讨磷素随优先流/基质流迁移的影响因素.结果表明:(1)设施生产条件明显改变了水分入渗过程,优先流发育程度更高,并且优先流路径对水分入渗的贡献更大;而粮田土壤以浅层基质流为主,优先流路径分布较少.(2)设施土壤表层0～20 cm全磷和Olsen-P迁移方式以基质流为主,而20 cm以下土层磷素迁移则以优先流路径为主;与之相比,粮田土壤全磷和Olsen-P垂直迁移方式以基质流为主,优先流贡献率很低.(3)设施土壤优先流路径中CaCl2-P随Olsen-P的增加速率是基质流路径的2倍,磷素的优先流迁移路径极大地增加了其向环境淋失的风险.(4)相关分析表明,磷素随基质流迁移深度与土壤磷素最大吸持量Qm呈极显著负相关;磷素随优先流迁移深度明显大于基质流部分,磷素随优先流迁移深度与优先流路径中沙粒含量呈极显著正相关.     

沸石对水溶性磷钾肥在设施土壤中迁移转化影响研究

为了寻求提高水溶性磷钾肥利用率的途径,本文采用恒温振荡试验初步研究了天然沸石对水溶性磷、钾肥在设施土壤中迁移转化的影响。结果表明：与对照相比添加沸石对水溶性磷含量影响不明显,但显著降低了水溶性钾含量,同时增加了土壤速效磷和速效钾的含量。在富磷的设施土壤中添加沸石提高了速效磷含量,减缓了磷无效化的进程;沸石在设施土壤中作为钾库,可调节土壤钾素水平。     

湿地基质-水界面中磷的迁移特征

以湿地基质为对象,采用静态试验,用湿地原水作为进水,对湿地基质-水界面上磷的迁移进行了模拟,对静态试验前后基质中磷形态组成的动态变化和差异进行了试验研究。首先,在不同初始浓度条件下,进行了基质-水界面磷的静态迁移试验。在此基础上．对静态试验前后基质各形态磷进行了分析测定。静态迁移试验结果表明,基质中磷的迁移在24h内均可达到平衡;24h之后再延长湿地中污水的停留时间,并不能增加基质对污水中磷的吸附量。因此,在外界条件一定时,湿地基质磷的迁移过程均在一定时间内达到吸附／解吸平衡,而与上覆水磷初始浓度大小无关。由基质各形态磷测定结果可知,铁磷和钙磷是基质一水界面内源磷释放的主要来源。其中,铁磷是基质磷中最不稳定的形态,钙磷在一定的pH值条件下也较容易发生转化。其他几种形态磷含量较少,试验前后基质中的含量变化几乎可以忽略不计。因此,基质自身特性对于内源磷释放的影响,主要取决于基质中铁磷和钙磷的含量,在对湿地基质进行筛选时,须考虑基质自身特性。     

磷在表面流人工湿地中的分布研究

在试验场地进行了表面流人工湿地中磷的降解及湿地不同部位基质和植物中磷含量的研究。结果表明,沿床体方向,基质中磷含量逐渐增加,植物各器官中磷含量逐渐降低,磷在表面流人工湿地中的降解是沿床体方向逐渐增强的。因此,可通过优化配比表面流人工湿地不同部位的基质和植物来提高人工湿地的除磷能力。     

不同植被覆盖下土壤优先流特征及影响因素

以重庆市四面山的林地(天然针阔叶混交林地、天然阔叶林地)、农田(玉米)为研究对象,利用染色示踪法,从染色图像中提取出5个优先流特征指标,揭示了四面山地区不同植被覆盖下土壤优先流特征,并采用主成分分析法探究土壤质地、化学性质和植物根长密度、根重密度等根系因子对优先流的影响。结果表明,3种植被覆盖下土壤染色区域均集中在0～10 cm表层范围内。其中,天然针阔叶混交林地达到63.44%,天然阔叶林地达到61.87%以上,农地达到43.56%。林地的优先流发育程度大于农地,具体表现为天然针阔叶混交林地天然阔叶林地农地。随着土层深度的增加,优先流表现出一定的空间异质性。土壤中砂粒含量的增加和粉粒含量的减少,增大了优先流发生的概率。优先流的形成过程中受土壤化学性质影响较大,随着土层深度的增加,3种样地的速效磷、全氮、有机质含量变化总体上均呈减少趋势。植物根系特征中的根重密度和根长密度(1 mm、3～5 mm)是不同植被覆盖下对土壤优先流最主要的因素,二者与优先流的发育情况呈极显著正相关关系。     

滇中磨盘山典型林分土壤优先流特征及其归因分析

【目的】探究土壤优先流的形成机理,揭示林地土壤水分运移规律,加深对森林调节水文、涵养水源机理的认识,为滇中林区水源涵养、植被生态建设提供理论依据。【方法】以滇中磨盘山云南松林、华山松林、滇油杉林、高山栎林4种林分类型为研究对象,利用染色示踪法和Photoshop CS 5、Image Pro Plus 6.0图像处理软件获取优先流染色区域总面积和染色面积比,分析不同林分类型的土壤优先流特征及优先流染色面积比随土层深度的变化;同时测定各林分类型土壤的理化性质,采用相关分析、主成分分析和通径分析方法,研究影响4种林分土壤优先流特征的土壤因子。【结果】4种林分表层土壤水分运动以基质流为主,染色面积比随土层深度的增加逐渐减小,优先流现象明显,优先流发育程度表现为华山松林>云南松林>滇油杉林>高山栎林。4种林分不同土层深度的土壤理化性质存在显著差异(P＜0.05),华山松林地的土壤疏松程度、持水特性、土壤肥力特性均表现最优。4种林分土壤容重均与染色面积比呈极显著负相关（P＜0.01）,pH、全钾含量与染色面积比呈负相关;除土壤容重、pH、全钾含量外,饱和持水量、毛管持水量、毛管孔隙度、有机质含量等土壤因子均与染色面积比呈正相关关系。主成分分析和通径分析结果表明,优先流的形成是不同土壤因子直接作用和间接作用的结果,其中土壤容重是引起染色面积比变化的决定性因子,全氮含量对优先流的形成具有限制性作用。【结论】土壤疏松程度、持水特性、土壤肥力特性等共同作用影响优先流的形成与发生,土壤理化性质是土壤优先流形成的重要驱动因素。     

磷在表面流人工湿地中的分布研究

在试验场地进行了表面流人工湿地中磷的降解及湿地不同部位基质和植物中磷含量的研究.结果表明,沿床体方向,基质中磷含量逐渐增加,植物各器官中磷含量逐渐降低,磷在表面流人工湿地中的降解是沿床体方向逐渐增强的.因此,可通过优化配比表面流人工湿地不同部位的基质和植物来提高人工湿地的除磷能力.     

磷在表面流人工湿地中的分布研究

在试验场地进行了表面流人工湿地中磷的降解及湿地不同部位基质和植物中磷含量的研究。结果表明,沿床体方向,基质中磷含量逐渐增加,植物各器官中磷含量逐渐降低,磷在表面流人工湿地中的降解是沿床体方向逐渐增强的。因此,可通过优化配比表面流人工湿地不同部位的基质和植物来提高人工湿地的除磷能力。     

延边地区水稻土营养元素空间异质性研究

为探明延边地区水田的土壤养分含量状况,采集了不同区域的水田土壤样品,测定了土壤pH值、有机质、水解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾含量.研究表明,土壤表层呈酸性,处于水稻适宜生长的pH值范围.土壤有机质和氮素随土壤深度的增加呈减少趋势,在根系分布区域含量下降迅速,含量处于中等水平以下.在根系分布区域,虽然全磷含量处于稍缺水平,但速效磷处于中等水平以上.在较深土层磷素含量逐渐增多,呈向深层迁移和积累的趋势.土壤钾元素含量在根系分布区域处于中等水平以上,速效钾含量有随土壤深度增加而增加的趋势.总体上,延边地区水田土壤肥力并不高,而且与第2次全国土壤普查时相比有下降趋势.为了稻田的可持续利用,建议增施肥料,特别是有机肥料,做好土壤监测,注意磷素的迁移积累问题.     

防磷固定剂对土壤有效性的影响

【目的】研究施用不同防磷固定剂对磷在土壤中移动深度及持续有效性的影响,以提高磷肥利用率,满足作物对磷素的需求。【方法】采用连续浸提法、室内模拟土柱法,研究不同防固定剂(A,B,C)对水溶性磷肥(MAP)在土壤中移动的有效深度的影响。【结果】在滴灌条件下,滴施常量水溶性磷肥在土壤中很快被固定而无效,增加了施肥成本。防磷固定剂可提高水溶性磷在土壤中的移动深度,迁移至10 cm以下,但不超过15 cm。150 d内施用防磷固定剂可持续增加土壤的速效磷含量,净增量是水溶性磷肥的0.88~1.29倍。【结论】防磷固定剂A,B,C能防止水溶性磷肥被土壤固定,增加P素在土壤中的移动性。     

鹫峰国家森林公园不同林分下土壤优先流现象研究

优先流是土壤中普遍存在的一种水分和溶质运移现象,为初步了解土石山区植被下的土壤水分运动,用亮蓝野外染色示踪试验研究了位于北京西北部的鹫峰国家森林公园不同林分下土壤中的优先流。从染色结果来看:在3种不同林分下的土壤中均存在较明显的优先流现象,且不同林分下土壤优先流的表现形式不同。染色面积的百分比显示了示踪剂在剖面上的分布,反映出部分水分通过优先流直接进入到土壤下层。优先流的存在对土石山区降雨条件下的水文过程产生重要影响。     

崩壁不同土层水分运动特征的染色示踪

以南方花岗岩崩岗崩壁不同土层土壤为研究对象,运用染色示踪和Photoshop CS5图像提取技术,记录水平方向上土壤剖面的染色面积和最大染色深度,以分析崩岗崩壁不同土层的水分运动分布特征.结果表明:红土层持水性能高于砂土层和碎屑层,但水分的侧向运移速率低于其他2个土层;在水平方向上10~30 cm内各土层土壤含水量均随深度的增加呈现逐渐减小的趋势;经过24 h染色入渗试验后,砂土层水平方向上0~9 cm和碎屑层0~13 cm内的染色面积均超过80%;红土层优先流现象明显,剖面染色比例小,亮蓝染色剖面呈条带状分布,其染色面积随深度的增加而缓慢下降;砂土层和碎屑层平均染色比例较大,亮蓝染色剖面呈块状均匀分布,并随深度的增加表现出先缓慢下降后迅速下降的趋势.     

秸秆培肥土壤对优先流中养分淋失的影响

为了研究秸秆培肥土壤后对优先流中养分淋失的影响,采用原状土柱模拟养分淋溶的方法,对秸秆培肥后土壤中养分淋失的状况进行了研究。结果表明,土壤经秸秆培肥后,淋溶液中氮、磷和钾的累计含量降低,淋失速度和含量也都有不同程度的降低,但对不同养分降低的效果不同,对阳离子养分的保持效果更好一些,未施秸秆处理的NH4+-N累计含量为秸秆培肥处理的4.54倍;而对硝态氮的保持作用最差,未施秸秆处理的NO3--N累计含量为秸秆培肥处理的2.79倍。说明秸秆培肥土壤对减少养分淋失和降低地下水污染具有一定作用。     

桂北喀斯特峰丛洼地橘园土壤入渗特征

广西(桂)是我国柑橘果园面积和喀斯特峰丛洼地分布最广的省份。目前,对广泛分布的喀斯特峰丛洼地橘园土壤的入渗特征还缺乏了解。为了更好的支撑喀斯特峰丛洼地柑橘产业与生态可持续发展,本文以桂林地区典型白云岩峰丛洼地小流域为研究对象。采用改进的表置式环式入渗仪结合染色(亮蓝)示踪方法开展土壤入渗试验,定量刻画了洼地和梯田橘园土壤基质入渗与优先流入渗特征。结果表明:(1)基质入渗是该地区橘园水分入渗的主要方式;(2)基质稳定入渗速率差异显著且表现为洼地橘园(91.60~145.75 mm/h)大于梯田橘园(35.02~44.78 mm/h),优先流稳定入渗速率差异同样显著且表现为洼地橘园(79.78~118.30 mm/h)大于梯田橘园(12.63~23.18 mm/h);(3)优先流入渗在空间上具有很强的变异性,土壤染色面积并不是随土层的深入而递减;(4)梯田染色深度(17.4 cm)显著小于洼地(25.5 cm),梯田染色区域主要集中在表层土壤,0~5 cm范围内的染色面积占总染色面积的61.23%,洼地相同范围内染色面积仅占38.95%;(5)梯田与洼地相比,优先流路径更少,优先流发育程度更低,潜在的增加了橘树对土壤水分的可利用量。本研究结果有助于了解喀斯特峰丛洼地橘园的水文过程,并为峰丛洼地橘园的土壤水分管理提供借鉴。     

长期定位施肥对蔬菜保护地土壤磷素空间分布的影响

以长期定位施肥蔬菜保护地土壤为材料,研究不同施肥处理对土壤磷素在剖面上分布特征的 影响。结果表明:不同施肥处理土壤全磷和速效磷含量在剖面中均呈现随土层深度增加而减少的趋 势,而且在同一土层内,施有机肥各处理土壤速效磷含量高于不施有机肥各处理。在0-60cm土体内 施有机肥各处理土壤磷素活化系数明显高于对照和不施有机肥各处理。在土壤剖面中施肥各处理有 机磷含量均高于对照,配施有机肥处理也高于单施化肥处理。磷素在土壤中的积累和长期施用有机肥 是导致土壤磷素向下层移动的主要因素。     

枫香麻栎混交林土壤优先流特征及其对碳运移的影响

为探究不同降雨强度土壤优先流的水文特性及其对碳运移的影响,以南京紫金山枫香麻栎混交林为研究对象,通过野外染色示踪法,阐明10 mm、25 mm、50 mm三种模拟降雨强度下,土壤优先流的发育情况;通过计算优先流路径贡献率,研究优先流对土壤有机碳、无机碳、水溶性有机碳、水溶性无机碳运移的影响。结果表明:①随着模拟降雨强度增加,土壤纵剖面土壤优先流区面积比及其深度增大。当模拟降雨强度为10mm、25 mm和50 mm时,土壤纵剖面优先流区面积占比最大分别为15.33%、37.01%和69.14%,土壤优先流最大深度为27.59 cm、35.83 cm和42.00 cm。②土壤优先流区面积比与模拟降雨强度存在显著正相关关系;与优先流对水溶性有机碳的贡献率存在显著正相关关系,优先流的发育对土壤中水溶性有机碳产生运移作用;与优先流程度评价指数呈显著负相关关系。③降雨强度的增加,可以增强优先流的发育程度,优先流对水溶性有机碳运移的贡献率为15.06%～64.04%。     

Wetting Patterns and Nitrate Distributions in Layered-Textural Soils Under Drip Irrigation

Laboratory experiments were conducted in different sequence and thickness of the soil layers to investigate the effects of layered-textural soils on wetting patterns and water and nitrate distributions from a surface point source under various combinations of application rate and applied volume. Three layered soils, including a sandy-over-sandy loam (SL), a sandy loam-over-sandy (LS), and a sandy loam-sandy-sandy loam (LSL), and two uniform soils (a uniform sandy loam and a uniform sandy soil) were tested. In the experiments, the application rate was varied from 0.69 to 3.86 L h-1 and the applied volume from 5.7 to 12.1 L. The experimental results demonstrated that the wetting patterns and water and nitrate distributions were greatly affected by the sequence and thickness of soil layers as well as the application rate and volume applied. An interface existing in the layered soils, whether a fine-over-coarse or a coarse-over-fine, had a common feature of limiting downward water movement and of increasing horizontal water movement. For the fine-over-coarse layered soils of LS and LSL, water and nitrate were uniformly distributed at a given depth in the top layer soil. For a coarse-over-fine layered soil of SL, however, water accumulated in the sublayer soil underneath the interface and a zone of lower nitrate concentration was observed. The effect of application rate on water distribution pattern was dependent upon soil layering. A minor influence of application rate on water distribution for the fine-over-coarse layered soils (LS and LSL) than for the uniform soils was found. To obtain a greater wetted depth through selecting the emitters having a smaller application rate, which is a common method in the system design for a uniform soil, may not be necessarily applied for the layered soils.Measurements of nitrate distribution showed that nitrate accumulated toward the boundary of the wetted volume for both the uniform and the layered soils. This suggests the importance of optimal management of drip fertigation because nitrate is susceptible to the movement out of the root zone by mismanagement of fertigation. The information obtained from this research is useful in the design, operation, and management of a drip fertigation system.     

林地土壤中黑碳的出现及分布特点

黑碳是生物质不完全燃烧残留于自然界的碳形态,是土壤中高度稳定的有机碳,对土壤碳库形成具有重要贡献。为了解森林土壤中黑碳的分布特点,以浙江省为例,采样分析了亚热带林地土壤中黑碳的数量、对土壤碳库的贡献及其在土壤剖面中的分布特征。结果表明,林地土壤中普遍存在黑碳,枯枝落叶层、表土层（0-10cm）和亚表层（10-20cm）黑碳质量分数分别为0.27-67.63,0.83-22.42和0.27-8.72g·kg^-1,分别占有机碳总量的0.12%-13.14%,1.87%-21.40%和3.31%-27.13%。火灾发生对林地表层土壤黑碳数量有较大的影响,近期（40a内）发生过火灾的样区枯枝落叶层和表土层黑碳质量分数明显高于近期没有发生过火灾的土壤（P〈0.05）。因此,表层土壤中黑碳数量在一定程度上可反映林地火灾发生的情况。黑碳在地表可发生侧向迁移,但垂直迁移相对较小,土壤中黑碳的积累量在山坡坡脚区域明显高于坡顶和上坡。残积母质发育的土壤中,黑碳主要集中分布在表层土壤;但坡积母质发育的土壤中,剖面中下部也有较多的黑碳积累。土壤中黑碳颗粒大小呈随剖面深度增加而减小的趋势。     

贡嘎山暗针叶林生态系统土壤优先流研究初探

优先流是一种常见的土壤水分运动形式,近年来被应用到不同科学领域,但目前仍然没有国际认可的标准定义。以非饱和带土壤水分运动规律为基础,该文利用自制实验仪器,开展室内土柱实验,与野外实地示踪影像分析相结合对贡嘎山暗针叶林生态系统进行优先流研究。研究采用示踪标定及示踪影像等方法,结合作者前期雷诺数计算分析,判定出研究区域土壤水分流动有优先流现象发生,并初步判定优先流类型是管流。同时采用驻留力矩分析穿透曲线(BTC)的平均穿透时间以及蔓延扩散和拖尾程度,结果表明优先流的穿透曲线具有不对称性。     

地下水埋深对土壤溶质（Br－）运移的影响

为了阐明地下水埋深对土壤溶质运移的影响,通过室内均质土柱试验,以Br-为示踪剂,对90 mm和45 mm两种次灌水量下,1.7,1.2和0.8 m地下水埋深土壤中表施溶质Br-的运移规律进行了研究。结果表明,土表Br-聚集趋势均随地下水埋深增大而增强;随灌水次数增加,土表Br-向下淋移趋势随水位加深而减缓;较浅的地下水埋深有利于土壤溶质(Br-)向下运移;随次灌水量的增加,土表溶质聚集减弱,土壤溶质向下迁移加快。即较浅的地下水埋深和较大的次灌水量能促进土壤溶质向下迁移,减弱其在土表的聚集。