适量砒砂岩改良风沙土的吸水和保水特性

该文研究了不同砒砂岩改良风沙土模式下的土壤入渗特征、饱和导水率和水分特征曲线,分析了不同模型对砒砂岩改良风沙土水分特征曲线的适用性和不同改良模式的土壤水力学特征,以期为评价砒砂岩改良风沙土水力学特性以及筛选合理改良模式提供科学依据。结果表明:砒砂岩可以有效降低风沙土的入渗率和饱和导水率,增加风沙土的饱和含水量和滞留含水量,增强风沙土的持水能力。VGM(m,n)模型可以拟合砒砂岩改良风沙土土壤水分特征曲线。同一改良模式下,土壤的入渗率、饱和导水率和饱和含水量随容重增大呈减小趋势;容积含水量在低吸力段随容重增大逐渐减小,在中高吸力段逐渐增大。砒砂岩和风沙土以25∶75比例混合的复配模式,可以有效改良风沙土的吸水和保水特性,可在实践中推广。     

砒砂岩改良风沙土对2种引进植物生长和氮磷营养的影响

通过室内盆栽模拟试验,设计风沙土、砒砂岩、黄绵土、覆土砒砂岩、覆沙砒砂岩和砒砂岩改良风沙土6个土壤处理,种植鲁冰花和墨西哥玉米草2种引进植物,研究2种植物在砒砂岩改良风沙土和晋陕蒙接壤区原有土壤类型中的生长和氮磷营养差异,为该区域植被恢复提供理论依据。结果表明:(1)植物在砒砂岩改良风沙土中根系生长好,总体生物量大,鲁冰花地上生物量相较于黄绵土增幅达到242%,地下生物量相较于风沙土增幅达到186%,根长和根体积相较于风沙土增幅达到388%和290%;(2)2种引进植物根系在不同的土壤环境中表现出不同的适应特征,鲁冰花比根长在砒砂岩改良风沙土中最大,风沙土中最小,墨西哥玉米草比根长在黄绵土中最大,砒砂岩改良风沙土中最小;鲁冰花和墨西哥玉米草根系中直径d≤0.45 mm的细根体积占总根体积的百分比在砒砂岩改良风沙土中均较小,分别为9.99%和13.94%;(3)所有处理中植物的氮和磷含量均低于植物在正常生长条件下的氮和磷含量,植物生长受到氮和磷养分限制,并且植物氮磷比小于14,植物生长受氮素限制更严重。与几种原有土壤类型相比,砒砂岩改良风沙土土壤理化性质更好,土壤生产力高,更适宜植物生长,可以应用于晋陕蒙接壤区的植被恢复,但在种植过程中应考虑适当施用氮肥和磷肥,以加快植被恢复进程。     

不同配比下复配土的土壤颗粒组成、分形维数与质地变化特征

为探讨砒砂岩与沙复配成土后土壤颗粒及质地变化,采用不同比例的砒砂岩与沙(1∶1,1∶2,1∶5)复配成土进行了小区试验。对种植N年的砒砂岩与沙混合后的复配土颗粒特征及质地变化进行了分析。结果表明:(1) 1∶1复配土中粉粒(0.002～0.05 mm)含量较高,占49.37%,1∶2,1∶5复配土主要是砂粒(0.05～2 mm),含量分别为52.74%,75.55%。(2)复配土颗粒体积分形维数表现为1∶11∶21∶50∶1;(3)土壤体积分形维数和黏粒体积含量呈显著的正相关关系,而与粉粒和砂粒的体积含量相关性较小;(4)在风沙土中添加不同比例的砒砂岩后,砂土(0∶1)质地逐步发生从砂土—壤砂土(1∶2,1∶5)—砂壤土(1∶1)—粉砂壤(1∶1)的转变。结论表明:土壤颗粒越细粒,土壤颗粒体积分形维数越高,可很好地表征沙地质地结构变化;随着种植年限的增加,1∶1复配土地质地变化最为显著。砒砂岩中的黏粉粒改善了风沙土结构,表明砒砂岩可作为改良风沙土的材料。     

砒砂岩风化物对土壤水分特征曲线及蒸发的影响

运用高速离心机法和室内模拟蒸发的方法,对比研究了红色(RS)、灰色(GS)和白色(WS)三种颜色砒砂岩风化物在不同添加比例条件下对沙黄土和风沙土水分特征曲线、供水能力和干旱过程中失水过程的影响。研究表明:砒砂岩风化物的添加对沙黄土和风沙土水分特征曲线有较明显的影响。砒砂岩风化物的持水能力均高于沙黄土和风沙土,砒砂岩风化物添加提高了风沙土和沙黄土的持水能力,降低了沙黄土和风沙土失水速率;较低比例的砒砂岩风化物提高了沙黄土和风沙土的比水容量,但对风沙土和沙黄土低吸力段供水能力的提高作用并不明显。整个蒸发期间,砒砂岩风化物降低了沙黄土的标准蒸发量,而对于风沙土,其作用是蒸发前期降低,中后期增加。红色、灰色、白色三种砒砂岩风化物分别使风沙土的蒸发失水比提高了11.59%、10.14%和0.01%,添加三种砒砂岩风化物后的处理的最终平均含水量分别是风沙土的4倍、2.33倍、1.33倍,使沙黄土的蒸发失水比降低了13.33%、13.33%、29.52%,最终含水量降低了45.83%、54.17%、66.67%。因此,从提高土壤持水能力方面考虑,砒砂岩可以用于当地矿区和排土场区土壤改良,以促进生态修复。     

砒砂岩与风沙土复配后的粒度组成变化

从粒度组成变化情况上探索砒砂岩作为一种固沙新材料的可能性,可为毛乌素沙化治理、保持水土、发展农业种植提供科学支撑。将砒砂岩与风沙土分别按1∶0、1∶1、1∶2、1∶5和0∶1质量比复配,用激光粒度分析仪对其粒度组成及级配特性进行分析研究。结果表明:砒砂岩与风沙土复配后,改变了风沙土以砂粒为主、结构松散、易风蚀的特点,随着砒砂岩质量的增加,<0.05 mm粒径的质量分数增加,质地呈现砂土-砂壤-壤土-粉壤的转变;且风沙土的粒度分布范围小、均质性强等特点得到一定程度改善,砒砂岩与风沙土复配后,其粒度分布范围变广,当砒砂岩与风沙土复配的质量比为1∶5(不均匀系数为54.71,曲率系数为2.54)或1∶2(不均匀系数为76.21,曲率系数为1.12)时,其颗粒级配连续,且级配特性良好。因此,从粒度组成上看,砒砂岩具有固沙的可能,质地条件随砒砂岩质量的增加而变好,级配特性以砒砂岩∶风沙土按1∶2或1∶5质量比进行复配为宜。     

砒砂岩区原状和扰动土壤水分入渗过程

基于内蒙古准格尔旗砒砂岩区为研究对象,通过野外原状土的采集和室内模拟土柱试验,采用一维垂直入渗试验,分析了砒砂岩区黄土、砒砂岩、风沙土的原状土和填装土的水分入渗过程。结果表明:原状情况下入渗率、累积入渗量的变化趋势为风沙土黄土砒砂岩;扰动情况下入渗率、累积入渗量的变化趋势为风沙土砒砂岩黄土;两种土壤中湿润锋的变化趋势与累积入渗量变化趋势一致。利用Philip模型、Kostiakov经验公式和Green-Ampt模型对原状土和扰动土累积入渗量和入渗历时的关系拟合方程均可较好地描述原状土扰动土的入渗过程,其中Kostiakov经验公式拟合值更接近于实测值,拟合精度更高。     

砒砂岩对毛乌素沙地风沙土储水能力影响的研究

为探析砒砂岩对于风沙土储水能力的影响,在毛乌素沙地设置不同比例砒砂岩与沙复配成土试验小区(砒砂岩与沙的体积比分别为1∶1,1∶2,1∶5),进行单季玉米种植,并分别于2013—2015年连续3年对0—120cm深度内土壤水分进行动态监测。结果表明:从2013—2015年,适量砒砂岩的加入将风沙土储水量从100mm左右提升至200mm以上,并可逐步调节土壤水分至不亏缺状态,显著提升土壤的保水蓄水能力,有利于作物生长需求;土壤储水以40cm以下中深层土壤储水能力改善作用最为明显,且经多年种植,0—40cm和80—120cm土层逐步成为土壤水分较为稳定的土层,利于作物根系对水分的吸收利用;砒砂岩与沙1∶1~1∶5范围内,随砒砂岩所占比例提高,复配土储水特征的改善作用有增强趋势,但趋势不显著。     

不同有机酸对石灰性土壤磷的活化效应及机理

【目的】添加低分子量有机酸是活化土壤难溶性磷有效途径。比较研究几种低分子量有机酸及其组合对土壤磷的活化性能,为土壤磷的高效利用提供依据。【方法】低磷和高磷石灰性土壤选自新疆石河子,设置5个低分子有机酸添加处理：草酸、柠檬酸、黄腐酸、柠檬酸+草酸、草酸+柠檬酸+黄腐酸处理,和一个0.01mmol/L KCl对照。采用吸附平衡实验法测定土壤磷的吸附量;采用土壤吸附动力学实验法测定土壤磷的解吸动力学。采用常规和灭菌土壤培养方法,通过连续浸提法研究低分子有机酸及其组合对磷组分动态转化的影响和pH对磷的活化效应。【结果】Langmuir与Elovich模型均可较好地拟合土壤对磷的吸附热力学(R²=0.852～0.994)与吸附动力学过程(R²=0.882～0.975)。低磷土壤的最大吸附量(Q_max)、最大缓冲容量(MBC)、吸附力常数(K_L)和吸附速率(b)均高于高磷土壤,表明低磷土壤对磷的吸附更强。低分子量有机酸添加均降低了Q_max、MBC和b。草酸对Q_max和...     

气化渣改良风沙土对土壤水分物理性质的影响

为了探讨气化渣对毛乌素沙漠风沙土的改良效果,利用气化渣作为一种风沙土改良材料,与风沙土按不同掺入量混合,通过对土壤粒径组成、保水性能以及土壤水分特征曲线的变化情况分析,探讨了气化渣对风沙土土壤水分物理性质的影响。结果表明:添加气化渣使风沙土的粒径组成得到明显改善,砂粒含量降低5.89%～35.8%,黏粒、粉粒含量分别提高0.89%～2.92%,7.94%～32.88%,风沙土土壤容重显著降低(p<0.05),降低幅度为7.75%～55.5%; 风沙土土壤质地也由砂土转向砂质壤土,保水性能也随之呈现上升的趋势,显著影响了土壤饱和含水量、毛管持水量和田间持水量(p<0.05),增长幅度分别为13.53%～158.93%,7.12%～126.95%,23.19%～252.47%; Van Genuchten模型可以很好地拟合气化渣添加后风沙土的土壤水分特征曲线,表明气化渣的添加明显提高了土壤保水性,并且风沙土土壤保水性能的主成分分析结果表明气化渣添加量越高土壤保水性提高越明显。由此可以得出,水煤浆气化渣能够有效地改善风沙土的水分物理性质,显著提高风沙土的保水性能,对风沙土改良效果明显。     

添加紫云英对稻田土壤颗粒吸附磷酸盐的影响

【目的】研究添加紫云英(Chinese milk vetch, CMV)对土壤颗粒表面磷素吸附特征的影响机制,为绿肥高效利用提供理论依据。【方法】采用土培试验方法,设置4个紫云英翻压量梯度：CMV0 (0)、CMV1(15000 kg/hm²)、CMV2 (22500 kg/hm²)和CMV3 (30000 kg/hm²),淹水培养30天后,取土样,过250μm筛后,分为细砂粒(48～250μm)、粉粒(2～48μm)和粘粒(<2μm),分别测定土壤有机质、全氮、全磷和有效磷含量,并分别进行磷酸盐的等温吸附和动力学吸附试验。【结果】与CMV0相比,添加紫云英显著提高了土壤颗粒中有机质、全氮、全磷和有效磷含量,尤以砂粒中的提高幅度最大,分别达到33.42%～81.04%、4.83%～15.17%、45.45%～51.52%和40.76%～60.70%;添加紫云英降低了砂粒和粘粒的比表面积,但是提高了粉粒的比表面积。土壤颗粒对磷素的吸附可用Langmuir吸附等温线方程很好地拟合,添加紫云英提高了各粒径土壤对磷的理论最...     

水滑石改性生物炭有效提高设施菜田土壤磷的吸附性能

【目的】设施菜田土壤磷素高量累积、磷迁移风险高。水滑石改性生物炭是很好的阴离子吸附材料,探究不同原材料制备的水滑石改性生物炭对高磷设施菜田土壤磷吸附性能的影响,为高磷设施菜田合理利用改性生物炭、降低磷素损失风险提供科学依据。【方法】采用500℃下限氧热解法制备竹炭(BB)、玉米秸秆炭(MB)和猪粪炭(PB)样品,利用共沉淀法将Zn/Fe水滑石(Zn/Fe-LDHs)分别负载在3个生物炭表面,得到水滑石改性竹炭(LDH-BB)、水滑石改性玉米秸秆炭(LDH-MB)和水滑石改性猪粪炭(LDH-PB)。以6个生物炭样品为试材进行土壤磷吸附–解吸实验和土柱淋溶实验,以不添加生物炭处理为对照。磷吸附–解吸实验利用Langmuir和Freundlich方程拟合吸附数据,并测定了土炭混合物的磷解吸量。土柱淋溶实验测定了淋溶液体积、pH及不同形态磷含量。【结果】水滑石改性生物炭的Zn、Fe元素含量、O/C和(O+N)/C原子比提高,pH、C、N和P元素含量降低。改性后生物炭表面出现不规则层状附着物,比表面积增加,其大小依次为LDHBB>LDH-PB>LDH-MB>BB>MB&g...     

砒砂岩与沙复配土壤质地与有机质动态变化特征

为了研究毛乌素沙地砒砂岩与沙混合构成的一种新型复配土壤在长期种植过程中土壤质量发育状况,基于2010-2018年不同比例砒砂岩与沙(1∶1,1∶2,1∶5)复配土壤的田间定位试验,综合分析了不同比例复配土壤机械组成、颗粒分形特征、有机质的变化特征及之间的关系。结果表明:(1)随着种植年限的增加,3种比例复配土壤耕层质地向变细和颗粒组成合理的方向发展,土壤颗粒分形维数和有机质含量总体呈增加趋势;(2)1∶2复配土壤粉黏粒含量、分形维数值和有机质含量增加速率均大于1∶1,1∶5;1∶2复配土壤种植9年后有机质含量达到最高值(6.24±0.30)g/kg,与种植前相比较提高了12倍;(3)不同比例复配土壤颗粒分形维数与有机质含量均存在显著正相关关系(p<0.05),粉粒和黏粒是研究区沙化土地复配土壤质地改善和有机质提升最关键的两个粒级。综上,随种植年限的增加,复配土向无机-有机胶体复合状态发展,1∶2复配土壤最适合玉米种植,提高了土壤的稳定性和农业适应性。     

秸秆覆盖和配施有机肥对侵蚀坡耕地土壤胞外酶化学计量特征的影响

【目的】土壤胞外酶化学计量特征能够反映养分的有效性和限制性,探究侵蚀生境有机物料添加对耕地土壤酶活性特征的影响,从微生物作用机制认识坡耕地的退化诱因。【方法】研究在我国西南紫色土丘陵区坡耕地观测径流小区进行,试验已进行了8年。设置4个保护性措施处理：无秸秆覆盖无有机肥添加对照(CK)、有机肥替代20%化肥氮(OM)、秸秆覆盖替代20%化肥氮(SW)、秸秆覆盖+有机肥替代20%化肥氮(OMSW)。采集侵蚀区和沉积区0—20 cm耕层土样,测定土壤胞外酶活性和颗粒组成及土壤不同形态C、N、P含量,分析土壤胞外酶化学计量特征、土壤养分化学计量比和土壤可蚀性因子的关联性。【结果】坡耕地各处理沉积区土壤β-葡萄糖苷酶(BG)、乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、碱性磷酸酶(AKP)活性分别显著高于侵蚀区52.31%、50.60%、16.97%、13.11%。土壤胞外酶活性计量比约为1∶0.79∶1.13,偏离1∶1∶1,4种处理的土壤酶活性表现为SW>OMSW>CK>OM。4种处理矢量角度均表现为侵蚀区>沉积区(P<0.05),矢量长度表现为侵蚀...     

聚磷酸磷肥不同基追比对石灰性土壤上滴灌盆栽棉花生长的影响

  【目的】  研究了3种聚磷酸磷肥不同施用技术对石灰性土壤滴灌棉花生长和磷肥利用率的影响,为石灰性土壤上聚磷酸磷肥在滴灌棉花的合理施用提供理论支撑。  【方法】  以棉花为供试材料进行了滴灌盆栽试验。用聚合度为2.3、1.8的聚磷酸铵和聚合度为3.0的聚磷酸钾分别与常规磷酸二铵混合,得到3种含聚磷酸的掺混磷肥,依次表示为APP1、APP2和KTPP,掺混磷肥中3%的P₂O₅来自聚磷酸磷肥。在施磷量均为P₂O₅ 0.2 g/kg土壤前提下,每个掺混磷肥设基追比7∶3 (F_7∶3),1∶1 (F_1∶1)和3∶7 (F_3∶7) 3个处理,同时设置不施磷肥对照(CK),共10个处理。棉花出苗后110 天收获,测定植株地上部与地下部生物量和含磷量,同时分别测定0—8和8—16 cm土层土壤有效磷含量。  【结果】  3种供试聚磷酸磷肥在0—8 cm土层土壤有效磷含量均以F_7∶3处理显著低于F_1∶1和F_3∶7处理,8—16 cm土层土壤有效磷含量3个施用比例处理间无显著性差异。在F_7∶3处理下,0—8 cm土层土壤有效磷含量以KTPP处理显著高于APP1和APP2。在F_1∶1和F_3∶7处理下,0—8和8—16 cm土层土壤有效磷含量均为KTPP和APP1显著高于APP2。F_1∶1处理棉花地上部、地下部生物量均高于F_7∶3和F_3∶7处理。F_1∶1处理棉花结铃数最高,F_3∶7处理最低。F_1∶1处理下,KTPP和APP1棉花结铃数无显著差异,但均显著高于APP2。F_7∶3和F_1∶1处理棉花地上部吸磷量和磷肥利用效率均显著高于F_3∶7处理。在F_1∶1和F_3∶7基追比处理下,棉花地上部吸磷量和磷肥利用效率均表现为KTPP显著高于APP2,而APP1处于两者间。  【结论】  3种不同聚磷酸磷肥在石灰性土壤上对棉花的肥效表现为聚磷酸钾最优,其次为聚合度为2.3的聚磷酸铵,聚合度为1.8的聚磷酸铵效果略差。3种聚磷酸磷肥均以基追比1∶1施用棉花生物量积累和棉花磷肥利用率的效果最好。     

连续施用生物炭对棕壤磷素形态及有效性的影响

【目的】土壤磷有效性差、磷肥利用率低是农业发展的主要限制因素之一。生物炭作为新型土壤改良剂，其独特的理化性质会影响磷素形态及有效性。本研究通过分析连续施用不同用量生物炭对棕壤不同形态磷素含量及变化规律，探讨各形态磷对棕壤磷素有效性的贡献，以期明确生物炭对棕壤磷素有效性的作用，为其合理农用提供理论依据。【方法】本试验研究对象为连续5年增施生物炭的玉米连作棕壤，共设5个处理:不施肥(CK)、单施化肥氮磷钾(NPK )、1.5 t/hm2生物炭 + 氮磷钾(C1NPK)、3 t/hm2生物炭 + 氮磷钾(C2NPK) 和6 t/hm2生物炭 + 氮磷钾(C3NPK)，采用蒋柏藩、顾益初土壤无机磷分级、Bowman-Cole土壤有机磷分级方法测定不同形态磷含量，研究不同用量生物炭配施化肥对棕壤磷素形态及有效性的影响。【结果】连续5年施用生物炭可显著提高棕壤全磷、有效磷含量及磷活化系数；明显提高了棕壤Ca₂-P、Ca₈-P、Al-P、Fe-P、LOP(活性有机磷)、MLOP(中活性有机磷) 含量，降低了MROP(中稳性有机磷) 含量；在磷组分中，MLOP、O-P分别占棕壤有机磷、无机磷比例最大，为64.32%、28.43%。施用生物炭显著提高了Ca₂-P、Ca₈-P占无机磷比例；Al-P与有效磷含量相关系数最大为0.945，LOP、Al-P、MROP对有效磷的直接通径系数较大，分别为0.318、0.285、–0.261；Al-P、HROP(高稳性有机磷) 对有效磷的决策系数分别为0.295和–0.130，是棕壤有效磷的主要决策因子和主要限制因子。【结论】施用生物炭可以促进棕壤磷素积累并提高其活性；施用生物炭条件下，Al-P、LOP是棕壤磷素的活跃组分，提高Al-P含量、限制HROP含量是生物炭提高棕壤磷素有效性的主要途径。     

高磷小麦秸秆提高砂姜黑土磷有效性并促进土壤磷素的转化

【目的】研究不同含磷量的小麦秸秆还田对土壤磷素有效性的影响及其机理,为秸秆还田促进砂姜黑土磷素高效利用提供理论支撑。【方法】采用室内模拟培养试验方法,供试土壤为砂姜黑土。高磷和低磷小麦秸秆取自长期定位试验的施磷和空白对照小区,小麦秸秆含磷量分别为2.17、0.51 mg/kg。培养试验设不添加秸秆对照(CK)、添加低磷小麦秸秆(LS)、添加高磷小麦秸秆(HS) 3个处理,保持70%田间持水量,25℃下恒温培养90天。在培养0、3、7、15、30、60、90天时,测定土壤Olsen-P、无机磷组分、有机磷组分、磷酸酶活性、解磷菌数量、土壤微生物量磷(MBP),计算土壤MBP的周转量和周转率。【结果】土壤Olsen-P含量随培养时间增加,在培养第15天达到稳定。培养90天时,HS处理Olsen-P含量比CK提高了59.4%,而LS处理土壤Olsen-P含量比CK降低了23.9%(P<0.05)。培养90天时,HS和LS处理土壤Ca₁₀-P和Fe-P含量均显著低于CK处理,而Ca₈-P含量显著高于CK处理,HS处理的Ca₂     

秸秆还田对东北黑土碳氮磷钾化学计量特征及玉米产量的影响

【目的】秸秆还田是提升农田土壤肥力,改善土壤养分含量及有效性的重要措施。我们分析了东北黑土区不同秸秆还田方式下土壤碳氮磷钾含量和玉米产量的年际变化,并从土壤化学计量特征角度研究了土壤养分的有效性。【方法】依托2012年在东北黑土区建立的秸秆还田长期定位试验,选取秸秆移除(CK)、秸秆混合还入0—20 cm耕层(RI)和秸秆覆盖还田(RC) 3个处理,测定了处理实施1年(2013)、3年(2015)、5年(2017)和8年(2020)后,不同土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)含量及玉米产量,计算了土壤化学计量特征(C∶N、C∶P、N∶P),并分析了各指标之间的相关性。【结果】随试验年限的增加,在0—20 cm土层,CK处理SOC含量有所下降,TN含量基本保持不变,而RI和RC处理的SOC和TN含量均有所增加,RC处理下均为最高;RI处理的SOC和TN含量在0—20 cm土层分布相对均匀,RC处理SOC和TN含量在0—5 cm土层中明显增加,尤其在试验5～8年间的增幅明显升高。CK、RI和RC 3个处理的TP和TK含量均随试验年限的增加缓慢升高,处理间无显著...