生物炭用量对模拟土柱氮素淋失和田间土壤水分参数的影响

利用土柱模拟试验和田间试验,把由果树废枝干制备的生物炭以0,20,40,60 t·hm^-2和80 t·hm^-2的用量施入土壤,以探明不同用量的生物炭对土壤硝铵态氮素淋失和土壤水分的影响。结果表明,施用生物炭可降低土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N累积淋溶量,其中用量为80 t·hm^-2处理较对照分别降低了41%和18.6%（P＜0.05）;NO₃^--N淋溶主要集中在前三次,其淋溶量占总量的97.3%～98.8%,生物炭能增加NO₃^--N在土壤中的滞留时间,延缓淋失;在整个淋洗过程中,氮素主要以NO₃^--N的形式淋失,其累积淋溶量占NO₃^--N、NH₄⁺-N淋溶总量的97.3%～98.14%;施用生物炭种植春玉米后,土壤含水率和总孔隙度增加不显著。     

生物质炭与不同形态氮肥配施对黄绵土氮素矿化的影响

通过室内培养试验将生物质炭施用于西北黄土高原旱地土壤,旨在探讨不同形态化学氮肥施用下施用生物质炭对土壤氮素矿化速率及无机氮库的影响。结果表明:(1)施用化学氮肥会提高土壤无机氮累积量,但会在无机氮释放高峰过后显著降低氮素矿化速率;其中,施用酰胺态氮肥和铵态氮肥对土壤氮素的矿化抑制作用强于施用硝态氮肥。(2)在无机氮释放高峰过后,生物质炭的施用会显著降低施用酰胺态氮肥处理下的氨化速率、硝化速率及净氮矿化速率,降低幅度分别为64.9%,44.6%和47.7%,且其降低程度在较低土壤含水量水平大于较高土壤含水量,而对施用硝态氮肥和铵态氮肥无显著影响。(3)生物质炭的施用一定程度上降低了施用酰胺态氮肥和铵态氮肥处理下的无机氮累积量,且在较低土壤含水量下无机氮累积低于较高土壤含水量处理。综合考虑,旱地施用酰胺态氮肥或铵态氮肥配合施用生物质炭可以有效降低土壤无机氮累积量,从而降低氮素损失的风险。     

缓释尿素对滴灌棉田土壤无机氮及其产量的影响

通过田间试验,研究了基施缓释尿素占总氮量20%,50%和100%对棉田土壤无机氮分布、积累以及棉花产量、氮素吸收利用及农田氮素平衡的影响,明确缓释尿素能否在滴灌棉花上施用,并探讨其施用的适宜基施比例。结果表明,施用缓释尿素可显著提高土壤硝态氮和铵态氮含量,其中各缓释尿素处理的土壤硝态氮含量较不施氮处理分别提高189.27%、195.58%和112.70%。施肥处理土壤无机氮积累量均表现为富集现象,不施氮处理则表现为负积累效应。土壤无机氮含量随基施比例的增加而降低,而土壤氮素表观损失量和氮素盈余量随基施比例的增大均为先降后增的趋势。棉花产量、氮肥利用率和农学效率均随缓释尿素基施比例的增大表现出先增加后降低的趋势,缓释尿素是通过增加棉花单株结铃数或单铃重来实现增产的。综上,本试验条件下,缓释尿素占总氮量50%作基肥的滴灌棉花产量及氮肥利用率较高,土壤氮素表观损失量较低。     

缓释尿素减施对冬小麦产量和氮素利用效率的影响

为优化旱地小麦高效施氮管理，实现高效生产目标，通过2 a（2019—2020年度和2020—2021年度）田间试验，设不施肥（CK）、不施氮（T1）、300 kg·hm^-2尿素N（T2，常规施氮处理）、300 kg·hm^-2缓释尿素N（T3）、195 kg·hm^-2缓释尿素N（T4）和90 kg·hm^-2缓释尿素N（T5）6个处理，分析不同缓释尿素减施量对农田土壤硝态氮分布及累积、氮素吸收与转运、冬小麦产量和氮素利用效率的影响。结果表明，缓释尿素减施处理（T4和T5）显著降低收获期0~200 cm土层的土壤NO^-₃-N累积量，同时提高0~40 cm土层NO^-₃-N占比。施用缓释尿素显著提高冬小麦氮素转运量和花后氮素吸收量，T3处理较当地常规施氮处理分别提高12.9%和13.6%。氮素转运对籽粒的贡献率随缓释尿素减施比例的增加呈先增后降的变化趋势，T4处理最大，较其他施氮处理提高0.2%~50.0%。施用缓释尿素可不同程度地改善冬小麦产量构成因素和提高产量；T4处理两年产量分别为8 434、9 060 kg·hm^-2，2019—2020年度较T2和T3处理分别提高19.7%和13.9%，2020—2021年度分别提高17.3%和10.4%，其经济效益2019—2020年度较T2和T3处理分别提高33.3%和34.0%，2020—2021年度分别提高26.8%和23.2%。缓释尿素减施显著降低氮素表观损失，提高了氮素利用效率和氮肥偏生产力。通过拟合分析发现，缓释尿素施用量为208.7 kg·hm^-2时，两年产量分别为8 054、8 806 kg·hm^-2，净效益分别为6 890、8 475 CNY·hm^-2，NHI分别为78.2%和78.9%，可实现西北旱区冬小麦高产高效。     

陕西省新老苹果产区果园土壤硝态氮累积特性研究

以陕西省新、老果区（分别为洛川及礼泉）为研究对象,调查了两县各15个成龄果园的施肥现状,计算了果园氮素表观平衡,并测定了这15个果园的0~200 cm土壤剖面硝态氮含量,分析了树龄、施氮量与土壤剖面硝态氮累积量的关系。结果表明：新、老果区苹果园均过量施用氮肥,平均施氮量分别高达1 287±244 kg·hm^-2（洛川）和1 193±300 kg·hm^-2（礼泉）,导致土壤中盈余了大量的氮素。新、老果区土壤0~200 cm硝态氮累积量分别达2 724 kg·hm^-2和5 226 kg·hm^-2, 老果区土壤剖面硝态氮累积量显著高于新果区。相关分析表明,果园土壤剖面累积的硝态氮与树龄和施氮量呈正相关,与树龄的相关系数为0.641,与洛川、礼泉果园施氮量的相关系数分别为0.402和0.306。因此,建议研究区域采取措施控制果园施氮量,减少果园土壤硝态氮累积带来的资源浪费及环境污染。     

生物炭、三叶草和蚯蚓种养对西瓜根际土壤细菌群落多样性的影响

为探究生物炭、三叶草和蚯蚓种养三种施用方式对西瓜根际土壤细菌群落多样性、功能预测及养分的影响,开展田间小区试验,设置对照(CK)、生物炭（B）、三叶草（T）、蚯蚓种养（V）、生物炭+蚯蚓种养（BV）、三叶草+蚯蚓种养（TV）、三叶草+生物炭（BT）和三叶草+生物炭+蚯蚓种养（BTV）等8个处理。结果表明：不同处理对西瓜根际土壤养分具有显著影响,BV处理土壤速效钾含量最高（383.41 mg·kg^-1）,TV处理土壤全氮含量最高（0.79 g·kg^-1）、BTV处理土壤速效磷含量最高（427.51 mg·kg^-1）,分别较CK处理提高102.23%、75.56%、23.88%。BTV处理Shannon指数显著高于其他处理;TV处理Simpson指数较T处理提高56.52%;B处理的ACE和Chao1指数较BTV处理分别提高10.95%和12.59%。不同土壤处理影响细菌群落组成和相对丰度,其中变形菌门、放线菌门、绿弯菌门和厚壁菌门为优势菌门。与CK相比,BTV处理的变形菌门和放线菌门相对丰度分别提高47.85%和30.47%,而酸杆菌门相对丰度降低48.36%。PICRUST2功能预测分析表明,BTV处理根际土壤细菌群落中新陈代谢、氨基酸代谢和全局概览通路等功能的活性加强,其活性微生物在“生物炭—三叶草—蚯蚓种养—西瓜”复合生境中起重要作用。综上,不同土壤处理方式改善了土壤细菌群落多样性和土壤养分,其中生物炭和三叶草配合蚯蚓种养施用的综合效果最好。     

不同类型保水剂对旱作谷子水分利用的影响

为解决内蒙古黄土高原区干旱缺水导致的谷子出苗难、水分利用效率和产量低而不稳等一系列问题，以金苗K1谷子品种为试验材料，采用智动载体、聚丙烯酰胺(PAM)、高分子吸水性聚合物(SAP)、膨润土、华申农林保水剂5种保水剂，每种保水剂设置3个施用量处理，以不施保水剂为对照(CK),进行随机区组试验。在谷子生育期内研究不同保水剂及用量对谷子出苗率、土壤蒸发量、籽粒产量及水分利用效率的影响。结果表明：施用5种保水剂均减少了土壤水分蒸发量，提高了谷子成熟期的生物量积累、产量和水分利用效率。在智动载体和PAM施用量分别为37.5kg/hm²和75kg/hm²时，土壤水分蒸发量较对照分别减少25.31%和26.40%;谷子地上部生物量较对照分别提高了28.47%和19.92%;籽粒产量和产量水分利用效率较对照分别提高20.54%、20.42%和25.0%、25.5%;经济效益均表现最高，减蒸增效作用均强于膨润土、华申农林保水剂和SAP。     

旱地夏闲期间土壤氮素矿化特性的变化

采用间歇淋洗好气培养法测定了黄土区旱地不同土壤及施氮量下夏季休闲前后土壤氮素矿化累积量,分析了旱地夏休闲期间土壤氮素矿化特性的变化。结果表明:与休闲前相比,休闲后土壤氮素矿化累积量显著降低,长武及杨凌试点土壤分别降低了29.52%及7.15%;长期不施氮肥处理休闲后土壤累积矿化氮量显著降低,而长期施用氮肥处理休闲前后土壤累积矿化氮量间的差异未达显著水平。相关分析表明,休闲前土壤氮素矿化累积量与土壤有机质、全氮含量间有显著正相关关系。采用双组分一级动力学方程拟合的土壤易矿化氮矿化势休闲前后长武及杨凌试点土壤分别降低了85%及66%,可见夏季休闲显著促进了旱地土壤易矿化氮的矿化。     

长期施用有机肥对松嫩平原西部盐碱土壤肥力和玉米产量的影响

依据施用有机肥（腐熟牛粪）年限的不同,共设置4个不同处理,分别为：施用有机肥13 a（13A）、19 a（19A）和24 a（24A）,以未施用有机肥的盐碱土作为对照（CK）,采集各处理0～20 cm和20～40 cm的土壤样品,测定土壤养分、物理性状和盐碱性质,旨在探明长期施用有机肥措施下苏打盐碱土壤的肥力状况及其促进玉米产量提升的机制。结果表明：与CK相比,施用有机肥显著提高了0～20、20～40 cm土层的土壤有机质、全氮、速效养分含量和土壤田间持水量（P<0.05）,显著降低了土壤容重和土壤密度（P<0.05）,显著增加了0～20 cm土层的土壤孔隙度（P<0.05）。0～20 cm土层中,土壤有机质、全氮以19A处理最高,分别达39.31 g·kg^-1和1.30 g·kg^-1;土壤碱解氮、速效磷、速效钾均以24A含量最高,较CK分别提高了89.31%、81.07%和107.64%,土壤孔隙度以24A含量最高,较CK提高了54.56%,各处理土壤容重和土壤密度平均较CK下降率达31.91%和6.29%,处理间不显著。...     

一维代数模型在砂质盐碱土改良中的适应性研究

为探讨一维代数模型在砂质盐碱土改良过程的适应性,以PAM和旱地龙改良剂为材料,各设3种施量（PAM 0.01%、0.04%、0.08%;旱地龙75、150、375 g·m^-2）进行室内垂直一维积水入渗试验。结果表明,施加化学改良剂对砂质盐碱土起减渗作用;由试验实测资料推求出一维代数模型中的土壤水分运动参数：土壤饱和导水率K_s随着改良剂施量的增加呈先降低后升高的趋势,与对照处理相比,其平均降低比率PAM和旱地龙处理各为36.9%和35.71%;模型中综合形状系数α变化趋势随改良剂施量的增加均呈增大-减小趋势;而吸力系数β随改良剂的种类及施量的增加变化趋势不明显;模型适应性检验中PAM、旱地龙处理中最大相对误差分别为-4.66%、-9.81%,其余处理的相对误差均小于5%,表明使用该模型能够有效地描述改良剂施加条件下砂质盐碱土的入渗过程,且该模型在PAM施加过程中适用性较好。     

Effect of soil management on soil erosion on sloping farmland during crop growth stages under a large-scale rainfall simulation experiment

Soil erosion on farmland is a critical environmental issue and the main source of sediment in the Yellow River, China. Thus, great efforts have been made to reduce runoff and soil loss by restoring vegetation on abandoned farmland. However, few studies have investigated runoff and soil loss from sloping farmland during crop growth season. The objective of this study was to investigate the effects of soil management on runoff and soil loss on sloping farmland during crop growth season. We tested different soybean growth stages (i.e., seedling stage (R1), initial blossoming stage (R2), full flowering stage (R3), pod bearing stage (R4), and initial filling stage (R5)) and soil management practice (one plot applied hoeing tillage (HT) before each rainfall event, whereas the other received no treatment (NH)) by applying simulated rainfall at an intensity of 80 mm/h. Results showed that runoff and soil loss both decreased and infiltration amount increased in successive soybean growth stages under both treatments. Compared with NH plot, there was less runoff and higher infiltration amount from HT plot. However, soil loss from HT plot was larger than that from NH plot in R1-R3, but lower in R4 and R5. In the early growth stages, hoeing tillage was effective for reducing runoff and enhancing rainfall infiltration. By contrast, hoeing tillage enhanced soil and water conservation during the late growth stages. The total soil loss from HT plot (509.0 g/m²) was 11.1% higher than that from NH plot (457.9 g/m²) in R1-R5. However, the infiltration amount from HT plot (313.9 mm) was 18.4% higher than that from NH plot (265.0 mm) and the total runoff volume from HT plot was 49.7% less than that from NH plot. These results indicated that crop vegetation can also act as a type of vegetation cover and play an important role on sloping farmland. Thus, adopting rational soil management in crop planting on sloping farmland can effectively reduce runoff and soil loss, as well as maximize rainwater infiltration during crop growth period.     

聚丙烯酰胺的理化特征及在黄土区减流减蚀应用前景

在阐述聚丙烯酰胺(polyacrylamide,简称PAM)的合成工艺、理化特征及在土壤改良中的应用基础上,详细描述了PAM和土壤粘粒及团聚体间的相互作用,并深入探讨了PAM增加团聚体稳定性、减少土壤结皮形成、增加降雨入渗、减少径流和土壤侵蚀的机理。从机理上概括了PAM的特性、土壤特征及施放方法对其改良效果的影响。     

不同降雨历时梯田和坡耕地的土壤水分入渗特征

以黄土高原丘陵沟壑第三副区庄浪县为例,研究不同降雨历时条件下坡耕地和水平梯田土壤(黄绵土)水分入渗变化特征,应用Hydrus-1D模型对不同降雨条件下的土壤水分入渗进行定量模拟研究。结果表明:(1)与实测数据相比,Hydrus-1D模型模拟降雨后土壤水分的运移较合理。(2)地表层(0~40 cm)土壤含水量变异系数(CV)呈中等变异,即5 d的时间内梯田和坡耕地地表层的土壤含水量变化大,随着土层深度的增加变异系数减小,呈弱变异性。(3)在1.45 mm/min降雨强度下,在23 min时拔节期的小麦坡耕地产生径流,水平梯田在整个过程中没有产生径流。(4)降雨历时为10 min时,在土层深度为0~15 cm,梯田土壤含水量比坡耕地多0.13%~1.65%,在土层深度为30~200 cm,梯田和坡地都没有下渗。降雨历时为20min、30min时,在土层深度为0~20 cm,梯田的土壤含水量比坡耕地的分别多0.05%~2.22%、0.01%~2%。     

雨强和植被覆盖度对典型坡面产流产沙的影响

应用先进的UGT水蚀测量仪,研究黄土高原祖厉河流域雨强和植被覆盖度对典型坡面产流产沙的影响。结果表明:黄土高原半干旱区间隔为15min的产流量、径流含沙量和产沙量与15min雨强具有相同的增减趋势,呈三次曲线关系y=b0+b1x+b2x2+b3x3。7种雨强条件下,人类扰动撂荒地的产流量、径流含沙量和产沙量均明显大于植被自然恢复的撂荒地,覆盖度20%的撂荒地是覆盖度35%撂荒地的平均径流系数的2.35倍,径流含沙量的4.48倍,产沙量的14.06倍。相对于受到扰动的撂荒地,植被自然恢复的撂荒地水土保持效益显著。     

不同复合措施的次降雨径流、产沙调控率和作物产量

针对单一径流调控措施难以得到较好水土保持效果的问题,本研究通过天然降雨径流、产沙的试验定位观测,对几种措施复合后的次降雨径流、产沙的调控率,及对作物产量的影响做了分析.研究表明:复合措施可以有效地对坡面径流、产沙进行调控,减少坡面径流量和产沙量90%以上,同时提高农作物的产量10%以上.复合措施因其优异的径流、产沙调控能力,增产明显,成本低廉,实施简便,成为一种性价比较高的坡面径流调控模式.     

农业生产活动对黄土高原丘陵沟壑区坡地土壤水分动态的影响

通过在坡度为20°耕地和荒草坡面对降水、土壤水密集观测,结合模拟降雨实验,从降雨入渗、蒸散发等过程分析讨论了影响黄土高原丘陵沟壑区坡地土壤水分动态的主要因素。结果表明:1)降雨入渗量△S主要受控于雨强和降雨量,坡耕地的入渗量随着雨强增加而衰减的速度快于荒坡,坡耕地有利于中等雨强大雨的下渗,雨强增大时两坡面的降雨转化率逐渐接近,且植被的再分配作用凸显,甚至使短历时暴雨时坡耕地的入渗速度低于荒坡,长历时的大、暴雨或连续降雨利于深层入渗,坡面耕作或在裸地上种植冰草后降雨转化率增约50%;2)7月～10月上旬为土壤水补给期,土壤水分在枯水年及平水年处于负平衡,在丰水年获得补给,最终以蒸散发消耗;3)荒地主要耗水层在20cm,耕地土壤水分活跃层及作物主要耗水层延伸至30cm。总体上,农作物增大蒸散发量、增加土壤水分利用深度,农业生产活动对减少降雨径流、增加土壤水资源量、强化水分小循环有重要作用。     

Characteristics of deep drainage and soil water in the mobile sandy lands of Inner Mongolia,northern China

 Quantification of deep drainage and the response of soil water content to rainfall patterns are critical for an effective management strategy of soil water conservation and groundwater utilization. However, information on how rainfall characteristics influence soil water dynamics and deep drainage in mobile sandy lands are lacking. We used an underground chamber to examine the response of deep drainage and soil water content in mobile sandy lands to rainfall characteristics during the growing season of 2010, 2011 and 2012. Results showed that rainfall in this area was dominated by small events (≤5 mm), which increased soil water content in the surface soil layers (0–40 cm), but did not increase soil water content at the deeper soil layers (greater than 40 cm). Soil water content at the 0–100 cm depth increased significantly when the total amount of rain was >20 mm. Rainfall amount, intensity and the duration of dry intervals were significantly related to the soil water content at different soil layers. Deep drainage was significantly correlated with rainfall amount and intensity, but not with the duration of the dry interval. The coefficients of deep drainage in mobile sandy lands ranged from 61.30% to 67.94% during the growing seasons. Our results suggested that rainfall infiltration in these widespread mobile sandy lands had considerable potential to increase soil water storage while recharging the groundwater in this region.     

An experimental study on the influences of water erosion on wind erosion in arid and semi-arid regions

Complex erosion by wind and water causes serious harm in arid and semi-arid regions. The interaction mechanisms between water erosion and wind erosion is the key to further our understanding of the complex erosion. Therefore, in-depth understandings of the influences of water erosion on wind erosion is needed. This research used a wind tunnel and two rainfall simulators to investigate the influences of water erosion on succeeding wind erosion. The wind erosion measurements before and after water erosion were run on semi-fixed aeolian sandy soil configured with three slopes(5°, 10° and 15°), six wind speeds(0, 9, 11, 13, 15 and 20 m/s), and five rainfall intensities(0, 30, 45, 60 and 75 mm/h). Results showed that water erosion generally restrained the succeeding wind erosion. At a same slope, the restraining effects decreased as rainfall intensity increased, which decreased from 70.63% to 50.20% with rainfall intensity increased from 30 to 75 mm/h. Rills shaped by water erosion could weaken the restraining effects at wind speed exceeding 15 m/s mainly by cutting through the fine grain layer, exposing the sand layer prone to wind erosion to airflow. In addition, the restraining effects varied greatly among different soil types. The restraining effects of rainfall on the succeeding wind erosion depend on the formation of a coarsening layer with a crust and a compact fine grain layer after rainfall. The findings can deepen the understanding of the complex erosion and provide scientific basis for regional soil and water conservation in arid and semi-arid regions.     

薄土坡耕地石坎反坡水平阶水沙调控效果

为研究石坎反坡水平阶对于薄土坡耕地的水沙调控效果,设置了两个标准天然降雨径流小区（措施小区和对照小区）分别对次降雨径流和泥沙进行了观测,结果表明：石坎反坡水平阶措施能够有效地调控坡耕地地表径流,年均径流削减率为22.5%,且在短历时、大雨强降雨条件下的调控效果好于长历时、小雨强降雨;该措施对于坡耕地泥沙调控效果显著且稳定,年均泥沙削减率95.5%,措施小区的坡面产沙量随降雨特征值变化的波动幅度远远小于对照小区;石坎反坡水平阶措施通过减少坡面侵蚀,间接提高了坡耕地作物产量,春玉米年均增产6.2%。     

坡度对黄土坡面径流溶质迁移特征的影响

通过田间模拟降雨试验,分析了坡度对坡面物质迁移特性的影响.结果显示,坡度对坡面物质迁移的影响十分显著;降雨强度一定时,坡度达到15°左右时,径流量达到最大;坡度对径流养分流失量的影响是通过径流量起主导作用,径流量大相应径流携带养分流失总量增加.利用幂函数对径流溶质浓度变化过程进行了拟合,结果显示幂函数可以很好反映田间坡面溶质随地表径流变化过程,说明在侵蚀环境下径流溶质浓度变化过程符合幂函数.