灌溉农田土壤湿度的时空变化特征

为了探讨现代土壤墒情监测手段在业务监测实践中的应用方法,利用中国气象科学研究院固城生态与农业气象试验基地的业务和试验资料,对灌溉农田土壤湿度的时间变化特征和空间关系进行了分析。结果表明,灌溉农田的土壤湿度呈一年的周期性变化;浅层(0-50cm)土壤湿度时空波动显著,且各层的变化存在不一致性,60cm以下土层湿度时空变化很小,0-50cm土层的平均土壤湿度能较好地反映0-200cm土层的土壤水分状况,对土壤湿度的监测应集中在浅层50cm内,并需要逐层测量;浅层土壤湿度变异明显,大田中两点各层土壤湿度的相关性一般随两点距离增加而减小,单个测点的土壤湿度测值的代表性差,因此在自动土壤水分仪器布点时,要获得地段的平均土壤湿度信息,必须设置多个观测重复;表层5cm的土壤湿度变化剧烈而迅速,不能正确反映作物根系主要分布层的土壤水分状况,而表层10cm的土壤湿度与作物根系主要分布层的土壤湿度具有很好的联动性,可以较好地反映作物生长的环境土壤水分状况,因此,在应用微波遥感监测土壤墒情时,其对地表的探测深度需要达到10cm以上才能获得关于作物根系主要分布层的土壤水分状况信息,相应地,在土壤墒情微波遥感监测中,需要采用5GHz以下的频率。     

表土回填对裸露底土碳库的改善

在公路修筑过程中,由于表土移除导致底土裸露,土壤有机碳含量大大减小。美国学者J.B.Grote等于2003~2004年在裸露底土地段进行表土回填,并测定土壤有机碳、作物残茬输入的碳、CO2的排放、土壤温湿度、微生物生物量碳和玉米-大豆轮作等管理措施来评价表土回填对作物产量和土壤碳库的影响。结果表明,玉米在表土中生长时地上生物产量和根生物量比底土分别高7.14 t/hm2和0.8 t/hm2,在0~60 cm深度范围内,表土的有机质含量也高于底土,因此表土回填会引起更多的碳输入,从而提高土壤碳储量和作物生产力。     

上海市土壤和粮食中有害物质含量的三年观测

从１９８６年开始对全市土壤和作物进行定点监测，测定了九种元素和部分六六六、ＤＤＴ。至１９８８年的三年中，重金属元素含量变化不大，但土壤内Ｐb和Cd，Ni和Cu，Cr和Cu、Ni，Hg和Cd、As和Cu、Ni、Cr的相关性一致；米中Cd和Cu受土壤的影响一致。     

黄土高塬沟壑区农田土壤养分与作物产量变化的长期监测

【目的】 土壤养分含量是反映土壤肥力状况的重要指标,对农田肥料投入和土壤养分进行长期定位监测,有利于准确反映土壤养分变化趋势。利用黄土高塬沟壑区不同施肥监测区 10 年的长期监测资料,分析对比不同监测区土壤养分含量和作物产量的变化,分析土壤养分、产量与施肥的关系,为当地农田生产的施肥管理提供理论依据。 【方法】 本研究试验监测区的农田管理完全参照大田管理模式,共设置四大试验监测区,包括无肥监测区(CK)、化肥监测区(HF)、化肥有机肥监测区(HM)和农民地块监测区(NM),肥料均于作物播种前作为基肥撒施。在每年冬小麦收获期 6 月中下旬,或玉米收获期 9 月中下旬,采集表层(0—20 cm)土壤样品,处理后进行土壤养分的分析,并且在作物收获期测算作物产量以及植株地上部分的氮、磷、钾含量。 【结果】 与试验前相比,CK 监测区土壤有机质降低 1.73 g/kg,HF监测区增加 1.97 g/kg,HM监测区增加 2.20 g/kg,NM 监测区增加 1.44 g/kg;CK 监测区土壤全氮减少 0.08 g/kg,其他施肥监测区增加 0.05～0.13 g/kg;HF 监测区土壤碱解氮增加 7.8 mg/kg,而其他监测区均不同程度地降低;HM 监测区土壤有效磷增加最为显著,增幅达到 11.86 mg/kg,HF 监测区增加 8.42 mg/kg,NM 监测区增加 3.06 mg/kg,CK 监测区增加 2.44 mg/kg;CK 监测区土壤速效钾明显下降,降低 38 mg/kg 左右,NM 监测区增加最为显著,增加量为 27.5 mg/kg。对冬小麦而言,相比于 CK 不施肥区,HF、HM 和 NM 监测区都能够显著提高产量,但各施肥监测区之间产量差异不显著。农田养分平衡分析表明,化肥和有机肥配施,可使土壤中 N、P、K 素均有盈余;只施化肥时会导致土壤 K 素亏缺严重;当土壤长期不施用任何肥料时,土壤各养分元素均出现亏缺。 【结论】 在黄土高塬沟壑区,作物生育期降水量及其分配、积温条件和肥力水平对小麦产量影响显著。施肥 10 年后,各施肥区土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量都有不同程度的提高,土壤碱解氮只有单施化肥的增加。无肥监测区由初始含量的最高水平最终降至最低,证明了长期施肥对于土壤肥力的维持具有重要意义。另外,该地区农民地块存在过量施肥现象。      

潮土区29年来土壤肥力和作物产量演变特征

【目的】 潮土是我国重要的农业土壤,是小麦和玉米的主产区。本研究对29年来全国潮土长期定位试验监测的数据进行了分析,明确了潮土区土壤养分状况、肥力水平以及产量变化特征,为潮土区的养分管理和合理施肥提供科学依据。 【方法】 基于分布在我国12个省、市、自治区的51个潮土肥力长期监测基地,整理分析了潮土29年来5个肥力指标 (有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH) 以及作物产量随监测年限的变化。监测期10～29年,监测区种植的作物主要为小麦和玉米,种植方式包括小麦?玉米、冬小麦?夏玉米、春小麦?夏玉米轮作。本研究将监测时间分为监测初期 (1988—1997年)、监测中期 (1998—2003年) 和监测后期 (2004—2016年) 三个阶段,并进行了三个监测时期各肥力指标和产量平均值的比较,运用主成分分析法分析了土壤综合肥力的主要贡献因子。 【结果】 潮土有机质、全氮、有效磷、速效钾含量整体呈上升趋势,而pH呈下降趋势。土壤有机质和全氮从监测初期到监测中期分别显著提升了47.1%、37.8%,中期到后期提升未达到显著水平;土壤有效磷从监测初期到监测后期逐步提升226%,监测初期与后期差异显著;土壤速效钾从监测初期到中期略有下降,监测中期到后期显著提升了30.4%;土壤pH呈下降趋势,尤其从监测中期的8.14到监测后期的7.78;潮土区常规施肥下小麦和玉米产量的变化随时间呈现出明显上升的趋势,监测中期小麦的平均产量比监测初期显著增加了87.6%,监测中期与后期产量差异不显著;玉米的平均产量从监测初期到监测中期显著提升了111%。主成分分析结果表明,潮土区土壤全氮和有机质是潮土综合肥力的主要影响因素。 【结论】 经过10～29年的常规施肥,潮土区土壤的单一肥力、综合肥力以及作物产量先后都得到了显著提高,虽然pH有明显降低。土壤综合肥力和作物产量的变化主要取决于土壤全氮和有机质含量,因此,施肥过程中要适当控制氮肥的比例和用量。      

宁波市主要流域农用水质量调查与评价

通过对宁波市两大主要流域姚江、奉化江农用水质环境质量的监测和综合分析评价,结果表明:两流域上游水质较好,没有监测指标超标,达到1级水质标准;中下游水质较差,有多项指标超标,水质以3级为主,部分地段水质达到2级,其主要超标物为粪大肠菌群数、悬浮物、石油类、六价铬和化学需氧量等,其中粪大肠菌群数、悬浮物是影响两流域水体质量的主要污染因子。姚江流域水质要明显好于奉化江流域。在水质的具体农业应用上应先考虑粮油作物和其他旱作作物的灌溉,若使用在对水质要求较严的蔬菜灌溉或渔业养殖上,建议对水质进行治理后再应用,以防影响农产品的产量和品质。     

基于Sentinel-2卫星数据的灌区农田土壤水盐协同反演

土壤含水量（soil water content, SWC）和土壤含盐量（soil salt content, SSC）是影响作物生长和农业生产力的重要因素。光学卫星图像已成为SWC和SSC估计的主要数据源。然而,在SWC或SSC变化较大地区,土壤水分和盐分会影响对方对光谱反射率的响应,使得SSC和SWC的反演精度较差。对此,该研究提出了一个半解析性的反射率模型—RVS模型,来模拟植被光谱反射率（R_v）对作物根区土壤含水量和含盐量的响应;并通过构建的RVS模型,对植被覆盖区域的土壤含水量和土壤含盐量进行同步监测。研究表明：RVS模型在反演研究区土壤含盐量和含水量时,精度较为可靠(水分：决定系数R²为0.63～0.74,均方根误差为0.017～0.028;盐分：决定系数R²为0.68～0.75,均方根误差为0.0525～0.0617)。在作物生长过程中,植被光谱反射率对深层土壤的含水量和含盐量的响应比对浅层土壤的含水量和含盐量的响应更加明显,而且随着作物的生长,影响光谱反射率的主导因素从土壤水分慢慢转向土壤盐分和水盐相互作用。该研究在一定程度上揭示了土壤水分、盐分、水盐交互作用对作物光谱反射率的干扰过程,实现土壤水分和盐分的同步监测,对实现区域尺度上土壤含盐量和含水量的精准监测具有一定的意义。     

平行高立式沙障对严重沙化草地土壤有机质含量及颗粒组成的影响

 为探索沙化草地植被恢复新途径,进而为制止草地退化制定有效措施提供理论支持,在草地严重沙化后形成的沙丘,且其上设置有不同年龄(2～3年和4～5年)平行高立式芦苇沙障的地段,分别对沙丘不同部位(迎风坡、背风坡和丘间低地)及沙障不同位置(沙障迎风面、背风面和两沙障中间)土壤有机质含量和土壤颗粒组成(机械组成)进行测定,并以同类型未设沙障的地段作对照,对平行高立式沙障治理严重沙化草地的效益进行了研究。结果表明,在严重沙化草地设置平行高立式沙障,可显著提高土壤有机质含量,土壤颗粒组成中,较粗的沙粒含量减少,较细的沙粒含量增加。     

一年生作物旱地土壤取样方法研究

【目的】为了准确测定出一年生作物旱地土壤的养分含量,精准施肥管理,减少农业面源污染。【方法】本研究通过肥效试验,比较作物两种土壤采样方式（窝间和行间）不同施肥方式及不同高度作物的碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、pH值。【结果】作物窝间和行间土壤取样法对土壤养分检测结果影响很大。不同施肥方式和高度作物的土壤碱解氮、有效磷和速效钾都是窝间比行间取样法高;不同施肥方式方面,干施+水施的碱解氮、有效磷、pH与干施的碱解氮、速效钾和水施的pH,其窝间与行间差异都达显著以上;不同高度作物方面,矮秆作物的碱解氮、速效钾和高秆作物的pH,其窝间与行间差异都达显著。【结论】旱地如蔬菜等一年一熟或一年多熟窝（穴）植密植作物,在作物成熟后翻耕前取土样,其窝间与行间取样检测结果有差距,建议旱地一年生作物土壤取样方法以采集作物窝间和行间中间位置相同点数和数量的土样。     

夏灌对内蒙古河套灌区土壤中磷元素迁移的影响

磷作为植物生长必需的元素之一,是引起水体富营养化的重要因素。通过对内蒙古河套灌区2008年夏灌前后农田灌、排水和地下水以及土壤中不同形态磷含量和土壤含水率的分析测定,借助SPSS13.0软件对监测结果进行统计分析,研究夏灌期间灌区土壤中磷元素的迁移规律及其影响因素。结果表明：夏灌后,土壤含水率仅表层有明显增加,且夏灌前后土壤含水率与土层深度显著相关（相关系数分别为0.751和0.770）,土壤中有效磷含量和土壤含水率显著相关（Sig.为0.009）;夏灌期间,不同土层深度处的磷元素含量差异显著,作物类型和种植方式对磷元素在土壤中的分布无显著影响;夏灌会造成土壤中磷元素向地下水迁移,且流失形态主要为可溶性磷。该文可为灌区科学合理的水肥管理以及控制磷流失提供依据。     

风沙区雨养耕地水分与养分动态及其对作物产量的影响

风沙区由于林带的缺少,雨养耕地风蚀现象严重,就地起沙,形成了风蚀地以及风积地在短距离内交错分布的特点。通过对风沙区雨养耕地土壤水养状况的定位研究得出:没有防护林带保护的雨养耕地有3种类型,即风蚀地、积沙地、过渡地段。沿主害风方向,上风地段为风蚀沙地,下风地段为风积沙地。风蚀沙地水分状况最好,风积沙地最差;表层土壤(0~20cm)养分状况比下层(20~60cm)差,风积沙地肥力最低,过渡地段最好。沙区雨养耕地特点明显,一年中土壤含水率变幅比降水量小得多,水养同步作物生产力水平高;农作物产量与土壤中全N、全P、全K含量关系不密切,与土壤表层有机质、有效P、K含量及下层有效N的含量呈明显的正相关。     

土壤电化学性质的研究--Ⅶ.土壤中氯化钠的平均活度的田间测定

氯化钠是盐渍化土壤中可溶性盐的一个重要组成分,对土壤性质和植物生长有直接影响。为了测定土壤中的氯化钠含量,通常采用一定的水土比例将盐溶出,然后用化学法或电化学法测定两种离子。但是在关于土壤盐分与植物生长的关系的研究中,较为关心的是植物根系所处的实际土壤环境。如果能够不将土壤取出而直接原位测定该种条件下的离子状况,应该具有重要意义。近年来离子选择性电极的发展,使这种测定成为可能。     

长期施肥对冬小麦/夏玉米轮作下土壤呼吸及其组分的影响

为阐明施肥对农田土壤呼吸的影响,于2002年6月至2003年6月在河南封丘潮土上进行的长期试验地上测定了玉米/冬小麦轮作系统下的土壤呼吸,分析了土壤呼吸与土壤水分和温度的关系,并利用统计分析方法研究了土壤呼吸各组分的贡献。土壤呼吸变化与作物生长发育规律一致,施肥通过影响作物的生长发育而对土壤呼吸产生影响。不同作物生长期,根际呼吸、土壤原有机质以及前作根茬和有机肥中碳对土壤呼吸的贡献不同。玉米期土壤有机质、根际呼吸、前作根茬和有机肥中的碳对土壤呼吸的平均贡献率分别为70.19%、19.43%和10.37%;而小麦生长期则分别为23.75%、62.26%和14.11%。由于不同施肥处理的作物生长量、土壤有机质含量以及前作根茬和有机肥施入而进入的有机碳量不同,造成土壤呼吸个体上存在着较大差异。土壤有机质的消耗主要发生在玉米生长阶段。     

土壤环境质量指导值与标准研究 Ⅴ.镉在土壤-作物系统中的富集规律与农产品质量安全

通过查阅国内现有镉污染农田土壤和作物中镉含量的相关资料,包括近30年来公开发表文献、国家"七五"科技攻关环保项目"土壤环境容量研究"等科研成果,结合本实验室在长江三角洲、珠江三角洲典型地区污染农田调查数据,经筛选后从88组研究中共收集到镉污染农田土壤和作物中镉含量对应数据509对。根据镉盐来源,将收集的数据分为污染农田调查数据和添加镉盐试验数据;根据作物不同,分为水稻、小麦、茎/叶类蔬菜、根菜和果菜地调查数据。采用富集系数和一元回归模型的方法基于土壤镉含量预测作物可食部分镉含量;采用多元回归模型的方法基于土壤镉含量和土壤pH预测作物可食部分镉含量。结果表明,回归模型对作物可食部分镉含量的预测效果明显优于富集系数中位值;回归模型95%预测上限对作物可食部分镉含量的保守预测优于富集系数90分位值。土壤pH显著影响作物对镉的吸收。影响模型回归效果和预测能力的主要因素是数据分布不均和数据量不足。模型对比后选用多元回归模型的95%预测上限推导稻田和茎/叶类蔬菜用地基于农产品质量安全的土壤镉含量环境基准。     

近30年我国典型水稻土肥力演变特征

【目的】 水稻土是我国面积最大、分布最广的耕地土壤类型,水稻产量约占全国粮食总产量的二分之一,明确水稻土养分演变规律对其质量建设和生产力输出有重要意义。本研究拟以136个国家级水稻土长期定位监测点为平台,对20世纪80年代以来近30年的水稻土肥力和生产力水平进行分析,以期探明我国水稻土肥力和生产力的演变特征,为水稻土合理培肥管理提供科学依据和指导。 【方法】 利用时间趋势分析结合平均值及中值分析的方法对水稻土常规施肥下土壤养分和作物产量的变化趋势进行了分析,分别总结了水稻土有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH以及作物产量在不同监测时期的演变特征和总体变化趋势;运用主成分分析和冗余分析分别对上述5个肥力因子和作物产量进行分析,得出水稻土肥力演变的主要贡献因子和影响水稻土作物产量的主控肥力因子。 【结果】 近30年常规施肥下水稻土肥力监测结果显示,与监测初期相比,水稻土有机质 (31.3～32.2 g/kg) 和全氮 (1.88～1.92 g/kg) 含量基本稳定,土壤速效养分含量明显升高。2012—2016年间水稻土有效磷平均含量 (20.1 mg/kg),比监测初期平均值 (15.2 mg/kg) 显著提高了32.2%;2012—2016年间水稻土速效钾平均含量 (92.1 mg/kg) 比监测初期 (77.8 mg/kg) 提高了18.4%。经过近30年施肥,水稻土pH值下降了0.35个单位。主成分分析结果表明,水稻土肥力提高的两个决定因子是土壤速效钾和有效磷。冗余分析结果表明,影响作物产量的主要肥力因子是土壤速效钾、有效磷和有机质。 【结论】 近30年农民习惯施肥管理模式下,水稻土整体肥力略有提高,生产力水平明显提高,但土壤pH值降低,有酸化趋势;水稻土肥力演变的主要障碍因子是土壤有机质和全氮,所以水稻土培肥应该在平衡施用氮磷钾肥的基础上合理配施有机肥或秸秆。      

模拟CCS技术CO_2泄漏对C_3、C_4作物土壤化学性质的影响

为确定CCS技术中封存的CO2是否发生泄露及估算泄漏量,分别选取绿豆、荞麦(C3作物)和高粱、玉米(C4作物)作为研究材料,采用实验室CO2人工气候箱中盆栽实验的方法,模拟CCS技术中CO2泄露情况。通过测定土壤pH、无机离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、SO42-)及肥力指标(TN、AHN、TP、AP、AK、OM、CEC),研究不同高浓度CO2对C3和C4作物土壤化学性质及肥力的影响。研究结果表明:(1)高浓度CO2对C3、C4作物土壤pH的影响不显著,pH变化值仅在(-0.03)~0.06之间;(2)同种类型作物土壤离子浓度变化的整体趋势基本相同:CO2浓度相对较低时,土壤离子含量降低;CO2浓度升高时,土壤离子含量增加。对相同离子而言,C3作物土壤中离子含量变化幅度比C4作物大;(3)高浓度CO2对C3、C4作物土壤AHN、AK、AP、CEC指标的影响情况相异,但对TN、TP、OM含量的影响情况相同。可通过监测作物土壤中离子及肥力指标的含量变化,判断CCS项目中CO2是否发生泄露及估算泄漏量,减轻CO2泄漏带来的危害。     

沟灌夏玉米棵间土壤蒸发规律的试验研究

棵间土壤蒸发是农田土壤耗水的重要组成部分。该文采用两种规格的微型棵间蒸发皿(Micro-Lysimeter)分别测定沟灌夏玉米田沟、垄土面蒸发量,并对沟灌条件下夏玉米棵间土壤蒸发与作物蒸腾变化规律进行了试验研究,分析了相对棵间土壤蒸发强度与土壤含水率的关系以及棵间土壤蒸发强度与作物叶面积指数的关系。结果表明,沟灌条件下夏玉米棵间土壤蒸发量占全生育总耗水量的33.06%～34.35%,棵间土壤相对蒸发强度与表层土壤含水率和作物叶面积指数之间均呈现良好的指数函数关系,灌溉或降雨后2～3 d内土壤蒸发强度较大,受大气蒸发力影响明显。因此,在不影响作物蒸腾的条件下减少表层土壤的湿润面积和湿润次数是减少棵间土壤蒸发、提高作物水分利用效率的主要技术途径与措施。     

土壤的石灰反应强度估测CaCO_3含量和pH研究——以山西省黄土性母质土壤为例

pH和CaCO_3含量是土壤常规分析的两个测定指标,但其室内测定均需借助相应的仪器设备完成,耗时费力。以山西省土系调查采集的110个典型土壤剖面的426个发生层土样的野外测定的石灰反应强度和实验室测定的土壤pH、CaCO_3含量、交换性钠饱和度(Exchangeable Sodium Percentage,ESP)数据为基础,尝试建立石灰反应强度与pH、CaCO_3含量之间的定量关系模型。结果表明:北方黄土性母质土壤,当pH9.0时,CaCO_3含量是影响土壤pH的重要因素,二者的回归拟合最优关系符合幂函数曲线;当pH9.0时,CaCO_3与pH之间无明显关系。石灰反应强度在一定程度上可以半定量地反映pH或CaCO_3含量,但其确定的pH或CaCO_3含量尚是一个范围,并非精确值。同时,从发生学意义角度,土壤中CaCO_3含量高低对形态学研究具有重要意义,在这种情况下,如果需要用pH或CaCO_3含量来确定准确的土壤系统分类类型(如确定土体是否为酸性、具有钙积层/钙积现象等),为慎重起见建议还是以实验室的准确测定数据为准;对于非碱化(pH9.0)、野外有泡沫反应的北方黄土性母质土壤,无论泡沫反应强弱和CaCO_3含量高低,土壤pH基本稳定在8.51±0.49,这一pH范围对作物生长基本没有制约,如果仅从pH或CaCO_3含量是否影响作物生长角度考虑,无需实验室测定pH或CaCO_3含量。     

土壤环境质量指导值与标准研究V.镉在土壤-作物系统中的富集规律与农产品质量安全

通过查阅国内现有镉污染农田土壤和作物中镉含量的相关资料,包括近30年来公开发表文献、国家"七五"科技攻关环保项目"土壤环境容量研究"等科研成果,结合本实验室在长江三角洲、珠江三角洲典型地区污染农田调查数据,经筛选后从88组研究中共收集到镉污染农田土壤和作物中镉含量对应数据509对.根据镉盐来源,将收集的数据分为污染农田调查数据和添加镉盐试验数据;根据作物不同,分为水稻、小麦、茎/叶类蔬菜、根菜和果菜地调查数据.采用富集系数和一元回归模型的方法基于土壤镉含量预测作物可食部分镉含量;采用多元回归模型的方法基于土壤镉含量和土壤pH预测作物可食部分镉含量.结果表明,回归模型对作物可食部分镉含量的预测效果明显优于富集系数中位值;回归模型95%预测上限对作物可食部分镉含量的保守预测优于富集系数90分位值.土壤pH显著影响作物对镉的吸收.影响模型回归效果和预测能力的主要因素是数据分布不均和数据量不足.模型对比后选用多元回归模型的95%预测上限推导稻田和茎/叶类蔬菜用地基于农产品质量安全的土壤镉含量环境基准.     

重庆市菜地土壤重金属污染现状与防治对策

通过对重庆市菜地土壤重金属的监测评价,发现菜地土壤不同程度受到重金属污染。监测的30个单元重金属综合污染指数表明部分蔬菜地土壤为中污染和轻污染,污染重金属主要为Cd,Hg,Pb;其中Cd污染较重,超过国家土壤环境质量二级标准的监测单元达70%。减少土壤重金属必须严格控制工业“三废”排放、农用化学物质使用、污水灌溉和“渣肥”施用。新建蔬菜基地做好前期规划工作,土壤重金属污染相对较重的菜地改作他用或种植富集能力弱的作物品种。