耕作期内土壤水分和盐分运动规律——试验设计及水盐变化

[目的]分析灌溉期内土壤水盐变化规律,为改进灌区耕作期灌溉制度存在的现行问题,土壤盐碱化治理以及研究节水型灌溉工程的实施对生态环境的影响提供科学指导。[方法]考虑土壤质地、灌溉方式、作物种植等因素进行试验点、观测点的布设,通过常规方法对水分变化、含水率、土壤盐分、地下水盐分等方面进行了计算分析,在此基础上,对其影响因子(灌溉方式、灌溉制度等)进行相关性分析。基于2a耕作期内时空变化监测数据分析土壤水分、盐分运动变化特点。[结果]耕作期土壤含水率随土层深度增加而增加,含水率变化频率随土层深度增加而减少。[结论]耕作期内,在地下水埋深较浅的情况下,过大的降雨量(灌水量)并不能得到更高的脱盐效率,甚至可能降低脱盐率,表层土壤呈现较明显的脱盐过程;地下水盐分变化与降雨关系密切。     

盐渍化弃耕地土壤盐分动态及其影响因素

以干旱区盐渍化弃耕地分布的光板地(裸地),不同生长时期的猪毛菜(Salsola ferganica)、芦苇(Phragmitesaustralis)和盐穗木(Halostachys caspica)群落为研究对象,研究了准噶尔盆地南缘玛纳斯河灌区典型盐渍化弃耕地土壤盐分的动态特征,并讨论了影响土壤盐分积累和迁移的环境因素.结果表明:试验区不同植被条件下土壤盐分含量差异较大,土壤0～ 100 cm各层盐分均为中等强度的变异.在地理地形、地下水位、成土母质等一致的条件下,气候的干热变化影响着土壤盐分的季节性变化,植被、土壤质地、土壤水分状况等因素与盐渍化弃耕地土壤盐分积累和迁移关系密切.     

河北省蔬菜大棚土壤盐分状况及其影响因素

通过对河北省蔬菜大棚的采样调查研究,结果表明:河北省蔬菜大棚土壤EC平均达到0 62ms·cm-1,0～20、20～40、40～60、60～80cm的土壤EC分别比相邻粮田增加244%、55%、50%、73%;在土壤空间分布上,0～20cm土层盐分含量最高;除HCO3-含量呈降低的趋势外,Ca2 、Mg2 、K 、NO3-、Cl-、SO42-均有不同程度的增加,并且土壤盐分随着种植年限的增加呈增加的趋势,而菜粮轮作可以明显降低土壤盐分含量。     

保护性耕作对坡耕地土壤水分特性和水土流失的影响

在黄土高原西部丘陵沟壑区水土流失严重的坡耕地进行了2 a的定位试验,研究了不同耕作方式对坡耕地土壤水分特性和水土流失的影响.研究结果表明:(1)免耕+覆盖的保护性耕作方式保水效果明显,全年平均土壤含水量比传统耕作高出1%以上,单纯的免耕与传统耕作没有显著差异.(2)免耕可使耕作层土壤水分保持相对稳定,初春播种后土壤较长时间保持较高含水量有利于作物出苗;雨后免耕处理耕作层具有更强保水能力,从而使土壤水分保持相对稳定则有利于作物生长.(3)不同耕作方式对坡耕地土壤水分特性的影响与其对士壤结构的影响有关,免耕虽然增加了耕作层土壤容重,但也增加了团聚体的稳定性,降低了团聚体破坏率,增强了土壤抗蚀力,覆盖能降低免耕地表层土壤容重,增强其持水与保墒能力.(4)免耕措施未必能减少坡地径流量,但可显著降低土壤侵蚀量,免耕辅以秸杆覆盖的保护性耕作可有效防止水土流失,径流量和产沙量较传统耕作处理分别减少了8.35%和88.11%.     

保护性耕作对土壤水分和小麦产量的影响

采用3种稻田保护性耕作栽培模式与传统栽培模式的定位试验,对成都平原稻田小麦季的土壤水分及产量进行了研究。结果表明:小麦全生育期,免耕覆盖处理的土壤含水率明显地高于翻耕覆盖处理,而翻耕不覆盖处理最差;小麦分蘖高峰期,覆盖处理的土壤含水率比不覆盖处理高17.7%～75.9%,免耕覆盖处理的土壤含水率比翻耕覆盖处理高12.7%～41.0%;免耕覆盖处理的小麦最高茎蘖数又比翻耕覆盖处理增加23.8%～72.3%,均极显著优于翻耕处理;覆盖处理的小麦产量比不覆盖处理增产6.3%～19.5%,免耕覆盖处理比翻耕覆盖处理增产3.2%～8.0%。稻田保护性耕作有利于提高成都平原区小麦产量。     

耕作模式对坡耕地土壤水分和大豆产量的影响

为了探讨北方土石低山地区不同耕作模式对坡耕地的土壤水分特征及其对作物产量的影响,以10°坡耕地大豆田为研究对象,监测了传统耕作(CT)、免耕(ZT)、免耕秸秆覆盖(NT)和横垄(CR)4种不同处理下0～100cm土壤水分垂直变化和水平变化,测定了大豆产量和水分利用效率。结果表明:1)在大豆不同生育期中,各处理在0～40cm土壤水分含量均表现为:NTZTCRCT,当土层深度大于40 cm时,各处理间土壤水分含量的大小关系发生波动变化,其中ZT和NT能明显改善0～50cm土层土壤水分含量,较CT处理保墒效果提高25.34%～35.57%。2)CT和ZT处理坡位间土壤水分含量的大小关系,受大豆生育期内总降雨量的影响较小,分别表现为:下坡位中坡位上坡位和下坡位≈中坡位上坡位,而NT和CR处理坡位间土壤水分含量的大小关系,会随着大豆生育期内降雨总量的不同而产生微变。3)各处理剖面土壤水分空间分布格局均表现出下湿上干的特点,CT和CR湿润土层(体积含水率≥11.6%)分别位于坡底40～100 cm和坡顶40～100 cm处,而干燥土层(体积含水率≤8.6%)则分别位于坡顶10～30 cm和坡底10～20 cm处。ZT湿润土层(体积含水率≥12%)分布集中性较差,NT湿润土层分布集中性最好,且范围最大,占据了整个坡面40～100cm深度范围。4)所考虑的3个因素对土壤水分含量影响作用的大小表现为:耕作模式剖面深度坡位。5)在2a试验中,与CT相比CR、ZT和NT处理产量分别平均增加8.77%、15.68%和26.74%,水分利用效率分别平均提高6.32%、11.6%和20.61%,因此建议在研究区种植大豆时,优先采用NT耕作模式。     

SWAT模拟耕作方式与盐分对区域土壤氮运移及作物产量影响

耕作方式与土壤盐渍化是影响河套灌区氮素流失及作物产量的重要因素。明确不同耕作方式与盐渍化水平下硝态氮运移量及作物产量的变化,可为制定合理的灌区耕作措施及盐渍化治理方案提供理论依据,对于揭示灌区氮素流失控制及不同作物增产潜力具有重要意义。该研究基于验证后的SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型,以河套灌区2种主要土壤类型为研究对象,设置不耕作（指不添加耕作管理,CK）、免耕（T1）、少耕（T2）、常规春耕（T3）和模板犁（T4）5种耕作处理,非盐化土（S1）、轻度（S2）、中度（S3）、重度（S4）4种盐分水平,研究耕作方式与土壤盐分对灌区产水量、作物吸氮量、硝态氮淋溶量及运移量、作物产量的影响。结果表明：耕作方式与土壤盐分对区域总产水量、作物吸氮量、硝态氮淋溶量、硝态氮运移及作物产量均有显著影响（P<0.05）。其中,区域产水量、硝态氮淋溶量、不同水文路径（地表、侧向和地下径流）硝态氮运移量及小麦产量均随耕作混合深度与混合效率的增加逐渐减少;作物吸氮量、玉米与葵花产量均随耕作混合深度与混合效率的增加逐渐增加。与CK相比,模板犁耕作作物吸氮量平均增加11.78%,硝态氮淋溶量平均减少16.5%,有效降低了土壤养分流失和地下水污染。增加土壤盐分通过降低土壤层有效持水量,显著增加了区域总产水量、硝态氮淋溶量（草甸盐土除外）及硝态氮地下运移量,减少了作物吸氮量和作物产量。与非盐化土相比,重度盐化土处理小麦、玉米、葵花产量平均显著减少19.15%、27.31%、26%（P<0.05）。增加土壤盐分相比转变耕作方式更能影响区域产水量、土壤养分和作物产量。因此,为更好解决灌区污染严重和作物产量下降等问题,仍需将区域土壤盐渍化防控与治理放在首要位置。     

耕作及种植方式对土壤入渗参数和畦灌水流运动的影响

为探明耕作和种植方式对土壤入渗参数及畦灌水流运动的影响规律,试验设置了4个处理(深松+旋耕+等行距、深松+旋耕+三密一稀、旋耕+等行距、旋耕+三密一稀旋耕+三密一稀),每个处理中设3种不同畦田规格(畦长30、35、40 m,畦宽均为2 m),越冬和拔节期分别进行灌水,实测了入渗量、水深、水流推进时间等,基于采用Kostiakov入渗公式计算的土壤入渗参数和WinSRFR4.1软件优化法求解的入渗参数,研究不同处理下入渗参数变异对畦灌水流运动的影响。结果表明:1)田间试验实测值和基于WinSRFR4.1软件优化模拟值间入渗系数和入渗指数相对误差最大值分别为1.24%和1.57%,表明采用2种方法确定不同耕作和种植方式下土壤参数均可行;2)耕作和种植方式的不同会对土壤入渗参数产生较大影响,前者影响更大。3)越冬期和拔节期灌水时入渗系数变异系数最高分别为0.34和0.22,入渗指数变异系数最高分别为0.14和0.13。2次灌水期间相同处理入渗参数也发生了时间变异性,处理深松+旋耕+等行距和深松+旋耕+三密一稀的入渗系数和入渗指数均发生中等变异性,处理旋耕+等行距和旋耕+三密一稀发生弱变异性。4)在土壤入渗参数的变异性影响下,2次灌水过程中,不同处理水流运动时间均发生了变异性。5)基于土壤入渗参数变异性,确定了2次灌水不同耕作及种植方式冬小麦畦灌条件下土壤入渗系数和入渗指数。研究结果可为畦灌系统设计和管理评价提供理论依据和技术支撑。     

耕作侵蚀及其对土壤肥力和作物产量的影响研究进展

在坡耕地景观内,由于农耕工具和重力作用而引起的耕作位移使土壤发生向下坡运动或向上坡运动(依赖于耕作方向),导致净余土壤量向下坡传输、堆积,重新分配,从而形成耕作侵蚀。试验研究表明耕作侵蚀是坡耕地的主要侵蚀形式之一,耕作侵蚀发生最严重的区域是坡度较大、坡体短的坡耕地。该文就耕作侵蚀的概念、发生机理、典型的耕作侵蚀模型的发展,以及耕作侵蚀对土壤肥力和作物产量影响的研究现状作了简要论述,特别总结了针对中国的地貌和耕作工具特征而进行的耕作侵蚀的研究成果。指出在一定的景观范围内,耕作侵蚀是十分严重的,甚至其严重程度已经超过了水蚀。但是相对于水蚀而言,耕作侵蚀研究还很少,因此加强耕作侵蚀的研究是十分必要的。只有这样才能正确评价农耕地侵蚀状况,准确制定土壤保持措施和采用减少耕作侵蚀力的耕作工具,从而有效地控制土壤侵蚀。     

耕作方式对麦田土壤水分消耗和硝态氮淋溶的影响

以高产冬小麦品种济麦22为材料,设置条旋耕、深松＋条旋耕、旋耕、深松＋旋耕和翻耕5种耕作方式处理,研究耕作方式对小麦各生育阶段土壤水分消耗和硝态氮淋溶的影响。结果表明：（1）深松＋条旋耕处理小麦各生育时期棵间蒸发量、播种至拔节阶段0-40cm土层土壤贮水消耗量和农田日耗水量显著低于旋耕、深松＋旋耕和翻耕处理的;开花至成熟阶段60-120cm土层土壤贮水消耗量、农田日耗水量和灌浆后期旗叶水势显著高于其他处理的。（2）深松＋条旋耕处理成熟期0-80cm土层土壤硝态氮含量与深松＋旋耕处理的无显著差异,均低于其他处理的;80-120cm土层土壤硝态氮含量低于深松＋旋耕处理的。（3）深松＋条旋耕处理籽粒产量与深松＋旋耕处理的无显著差异,均高于其他处理的,水分利用效率最高,是本试验条件下的高产高水分利用效率处理。     

初始湿度对覆膜开孔蒸发水盐运移的影响

为了解初始含水率(湿度)变化对覆膜开孔蒸发的盐分与蒸发量的定量关系,通过不同湿度土壤的室内蒸发实验,研究了覆膜开孔率影响下土壤水分和盐分的运动特征.结果表明,初始含水率越大,不同覆膜条件下累积蒸发量越大,单位膜孔面积累积蒸发量(E_R)随开孔率增大而急剧减小.不同初始湿度的ER与覆膜开孔率的关系可用乘幂表示;表土返盐量随覆膜开孔率的增大而逐渐增加;不同含水率土壤的盐分浓度削面分布趋势一致,含水率越大,表层盐分浓度越大,含水率较小的土壤.盐分浓度在表层最大.在盐分含量最低点附近达到最小值,表层以下4-13cm的盐分浓度均小于初始值;不同覆膜开孔率条件下不同含水率土体剖面盐分浓度与垂直位置之间可用幂函数表示.研究表明,初始湿度对土壤水盐运动的影响存在定性特征,而覆膜开孔率对水盐运动的影响有定量关系可循.     

积雪与地表联合覆盖条件下冻融土壤水盐运移规律

为探索石河子灌区冻融季节积雪与地表联合覆盖条件下土壤水盐运移的变化规律,2015—2016年通过田间小区试验,进行了秸秆、地膜、活性炭3种地表覆盖和裸地对照在整个季节性冻融期土壤水盐时空动态变化规律研究。结果表明;地表覆盖比裸地具有更好的保墒、降盐效果。冻结土壤完全融通后,秸秆、活性炭覆盖出现含水量增幅的最大土层范围分别是0—30,0—40cm,反映出这2种覆盖经历冻融过程后更有利于土壤水分的保持和融雪水的高效利用;活性炭、秸秆、地膜覆盖和裸地在0—30cm土层含盐量相比初始值的增幅分别为18.08%,20.30%,30.91%,32.81%,可见活性炭覆盖下抑制盐分向上运移效果最为显著,秸秆覆盖次之;经历冻融过程,土壤水分和盐分变异性随土壤深度的增加而呈现递减趋势。     

土壤冻结期湿度特征研究及其表层模拟

利用EM50数据采集系统,在新疆天山北坡呼图壁县军塘湖河流域采集冻结期和融雪期土壤湿度、土壤温度数据,利用SPSS 19.0,Excel,Surfer 8等软件处理采集到的数据,并对其进行分析、制图。另外利用表层土壤温度模拟土壤湿度变化。结果表明,土壤湿度存在垂直分布规律:冻结期,在土壤层的10,32,48cm处存在极小值;冻结期,土壤湿度日变化较小,融雪期,土壤湿度有显著变化,17:00—19:00时达到土壤湿度变化的峰值;利用表层土壤温度可以很好地模拟土壤湿度,在温度上升和下降阶段均有较好的模拟效果。     

脱硫石膏施用下宁夏盐化碱土水盐运移特征

为定量描述脱硫石膏施用下盐化碱土土壤剖面盐分与淋洗水量的关系,通过室内土柱淋洗试验开展了脱硫石膏施用下不同淋洗水量对宁夏盐化碱土水盐运移影响的研究。结果表明:施用脱硫石膏对增加水分入渗和降低0—20cm土层土壤pH、盐分含量产生了积极影响,土壤脱盐率84.39%~95.41%,但较大水量的淋洗有可能会加剧土壤碱化。连续淋洗条件下,最大脱盐深度位于60—80cm土层。脱硫石膏施用下,0—20cm土层Cl~-、Na~+溶脱率随淋洗水量的增加变化不大,低淋洗水量下,SO_4~(2-)溶脱率低于Na~+和Cl~-,高淋洗水量下,3种离子溶脱率接近;20—40cm土层主要盐分离子溶脱率由大到小依次为Cl~-、SO_4~(2-)、Na~+,各离子脱盐率随淋洗水量的增加先增加较快后趋于平缓。当淋洗水量达到60cm时,SO_4~(2-)和Na~+在80—100cm土层累积,Cl~-则运移至100cm土层以下。     

1961-2008年山东省农耕期的动态变化

应用山东省86个气象观测站48a的气象资料和山东省1∶25万数字高程,采用回归分析法对山东省农耕期的初、终日及农耕期进行计算,用GIS工具对其进行栅格化,得到15幅栅格面层,并分别对各栅格层进行空间分析和统计计算。结果表明:①在空间上,山东省的各个年代农耕期初日首先从鲁西南开始,然后逐步向东北方向展开,最迟进入农耕期的是山东半岛和鲁中山区;而农耕期终止日期首先从鲁中山区开始,由鲁西北北部逐步向鲁东南展开,终止日期最晚的是鲁南南部和鲁东南沿海;各个年代平均农耕期天数由北向南逐渐增加。②在时间上,20世纪70年代农耕期初日最迟,2001-2008年最早;农耕期终日也是70年代最早,2001-2008年最迟;农耕期天数最少的是70年代,2001-2008年最多。1961-2008年山东省的农耕期变化倾向率为4.2d/10a,有明显增加的趋势。③≥0℃和≥10℃的积温,70年代最少,2001-2008年最多,≥0℃和≥10℃积温的变化倾向率分别为46.3℃.d/10a和23.13℃.d/10a,都有明显增加的趋势。     

湖南植烟土壤盐分及其表聚特征研究

对湖南主要植烟区表层土壤总盐及主要盐分离子的组成进行了分析.结果表明:烟叶收获后,植烟土壤盐分表聚现象严重,表层土壤总盐量达4.17 g/kg,与强度盐化土相当.烟-稻轮作土壤盐分表聚明显强于早地烟土壤,同时,在烟-稻轮作区又以衡阳土壤盐分含量最高,永州和郴州其次:烟-稻轮作区植烟土壤表层盐分离子以N03-、SO42-、Ca2 和K 为主,占总盐量的95.21%.     

棉花膜下滴灌土壤盐分运移规律分析

为探讨棉花滴灌方式下土壤水盐运移规律,在棉花不同生育期运用烘干法和电导法,从水平方向和垂直方向测定距离滴灌带不同距离的土壤含水量和土壤盐分,结果表明:膜下滴灌条件下棉花整个生育期土壤盐分含量的运移规律为:一水前土壤中的含盐量以垂直方向0-10 cm土层内最大,随生育期的推后各土层含盐量都有不同程度的增加,土壤产生积盐现象.滴头处各土层含盐量相对较低,主要因为滴头下水分不断下滴下渗,使该处各层土壤中的盐分亦随水移动而被淋洗到浸润体外缘,从而使主要根系层的土壤形成了一个低盐区.     

滨海盐渍土水盐运动室内实验研究及治理对策

对滨海盐渍土水盐运动规律及其影响因素进行了实验研究,初步获得淋洗脱盐过程中3个盐峰阶段;同时利用相关分析和通径分析,取得了土壤盐分含量及主要盐分离子和土体构型、粘粒含量等对水盐运移的影响程度。提出了因地制宜、综合治理的对策。     

土壤盐分对土壤水分扩散率的影响

土壤水分扩散率是土壤水盐运动的重要参数之一。利用水平土柱吸渗法对不同含盐量土壤的水分扩散率与含水量之间的关系进行了测定,并建立了土壤水分扩散率、土壤含水量与Boltzmann参数间的定量关系。结果表明,不同含盐量土壤之间的水分扩散率存在明显差异,表现在相同土壤含水量情况下,土壤水分扩散率随土壤含盐量的增大而增大;土壤水分扩散率随土壤含水量增大而单调增大,且当含水量接近饱和时,土壤水分扩散率接近无穷,通过建立含水量与土壤水分扩散率的经验函数关系能较好地反映了土壤含水率与土壤水分扩散率间的关系。