东北大豆农田保护性耕作水热效应的Meta分析

摘要：基于公开发表文章中有关东北地区保护性耕作下大豆农田土壤温度和湿度数据,以传统耕作（CT）为对照,免耕（NT）、少耕（RT）、秸秆覆盖（SM）、免耕秸秆覆盖（NTSM）为处理,应用Meta分析方法定量评估保护性耕作措施对东北大豆农田土壤水热状况的影响程度。结果表明：与CT相比,保护性耕作总体上使东北大豆农田0-170cm土层的土壤体积含水量增加了9.2%,使浅层土壤（0-30cm）温度降低了8.2%;不同气候条件下4种保护性耕作措施均能提高土壤湿度;秸秆覆盖可以提高大豆整个生育时期土壤含水量,且在营养生长期对土壤水热的影响最大,土壤温度随秸秆覆盖量的增加而增加;保护性耕作措施降低土壤温度的幅度随着土壤黏粒减少而降低,提高土壤湿度的幅度随土壤深度增加而降低;免耕秸秆覆盖在不同土壤深度的蓄水保墒效果最明显,在0-20cm土层提高了32.9%的土壤湿度。综上,保护性耕作措施较传统耕作具有增湿降温效应,气温、降水、生育时期、秸秆覆盖量、土壤类型及土壤深度均对保护性耕作下大豆农田的土壤水热状况产生影响。     

洋河流域缓坡地土壤磷素径流输出特征

坡面径流和侵蚀泥沙是磷素进入洋河水库的主要非点污染源。根据洋河流域多年的降雨特点，通过对天然降雨资料分析和人工模拟降雨，对该流域缓坡地表径流中磷素输出进行了初步的研究，结果表明；洋河流域缓坡地土壤磷素流失以颗粒态磷为主，不同土地利用方式下洋河流域缓坡地地表径流中不同形态磷含量的大小顺序为：小麦-玉米连作地〉高产玉米地〉低产玉米地〉次生灌木林地；随着降雨强度的增加．径流中颗粒态磷的含最逐渐增加，但Ortho-P的含量却下降；不同植被覆盖度下坡面地表径流中颗粒态磷和TP的含量．随着植被覆盖虚增大而减少，但径流中Ortho-P的含量则随着覆盖度的增加而增加。     

洋河流域缓坡地土壤磷素径流输出特征

坡面径流和侵蚀泥沙是磷素进入洋河水库的主要非点污染源。根据洋河流域多年的降雨特点,通过对天然降雨资料分析和人工模拟降雨,对该流域缓坡地表径流中磷素输出进行了初步的研究,结果表明:洋河流域缓坡地土壤磷素流失以颗粒态磷为主,不同土地利用方式下洋河流域缓坡地地表径流中磷含量的大小顺序为:小麦-玉米连作地>高产玉米地>低产玉米地>次生灌木林地;随着降雨强度的增加径流中颗粒态磷的含量逐渐增加,但O rtho-P的含量却下降;不同植被覆盖度下坡面地表径流中颗粒态磷和TP的含量随着植被覆盖度增大而减少,但径流中O rtho-P的含量则随着覆盖度的增加而增加。     

黑背山小流域保护性耕作防治坡耕地水土流失效应的研究

通过坡面径流小区试验,对黑背山小流域2009年和2010年5—8月径流小区径流量、侵蚀量和养分流失量进行了研究。结果表明,在天然降雨条件下,各径流小区的径流量、侵蚀量和养分流失量具有相似性,从大到小依次为裸地、垄作区田、等高垄作、地膜覆盖和等高深松。与裸地小区相比,保护性耕作措施可减少小区径流量29.8%～63.3%,减少侵蚀量64.6%～96.6%,减少全氮流失量54.0%～89.5%,减少全磷流失49.4%～92.2%。说明保护性耕作措施具有很好的保持水土和减少养分流失的作用。     

黑土区小流域土壤速效磷空间分布模拟方法

为探索东北黑土小流域土壤AP空间分布模拟的最佳方法,综合考虑区域尺度、景观格局和采样方法等信息,选取两个典型黑土小流域(光荣和海沟河流域)作为研究对象,结合半变异分析、回归分析、主成分分析等方法,比较了不同空间插值方法(反距离权重法、径向基函数法、普通克里格、协同克里格、多元线性回归模型、地理加权回归模型、回归克里格和地理加权回归克里格)对AP空间模拟精度的影响。结果表明:(1)引入主成分分析后能够提高回归克里格和地理加权回归克里格方法的模拟精度(4.5%和2.4%);(2)地理加权回归克里格方法可以作为最优空间插值方法模拟黑土区小流域AP的空间分布格局。地理加权回归克里格方法相较于传统插值方法能在一定程度上提高黑土小流域土壤AP空间模拟精度,为小流域尺度黑土养分管理提供技术支撑。     

不同土壤耕作方式对东北风沙土区玉米田土壤质量及产量的影响

[目的]研究黑龙江省西部不同土壤耕作方式对玉米产量及土壤性状的影响,为该地区农业生产提供参考。[方法]比较常规耕作、旋耕、翻耕、深翻和超深翻耕作对玉米产量和土壤物理特性的影响。[结果]翻耕和超深翻耕作增加了土壤含水量和田间持水量,降低了耕层土壤渗透速率、土壤容重和土壤紧实度,但是增加犁底层土壤渗透速率、土壤容重和土壤紧实度。翻耕、深翻和超深翻处理耕层土壤三相结构距离(STPSD)和土壤结构指数(GSSI)较好;翻耕、深翻和超深翻处理显著降低犁底层土壤的GSSI,增加STPSD;旋耕处理没有显著影响犁底层土壤GSSI和STPSD。与常规耕作处理相比,翻耕和超深翻分别增加玉米产量7.6%和6.0%。翻耕比超深翻玉米产量高10.9%。深翻处理玉米产量为5.58t/hm2,比常规耕作减产8.1%。[结论]在不完全打破犁底层情况下,在黑龙江西部地区翻耕是比较理想的耕作方式。     

耕作侵蚀对农田坡地景观影响的研究进展

耕作侵蚀是农田坡地景观一种重要的土壤侵蚀过程.随着农业生产实践的强化,耕作侵蚀对农业环境的不利影响已经引起了全球关注.该文综述了近年来耕作侵蚀对坡地景观地形、土壤质量、土壤碳库及作物产量影响的研究成果,结合中国土壤侵蚀严重的西部地区探讨了耕作侵蚀引起的坡地景观格局、能流、物流变化及其对水体的危害,分析了耕作侵蚀对坡地景观影响的研究中存在的问题并提出了相应的展望.     

东北漫川漫岗黑土区典型农业小流域切沟沟头形态特征及其影响因素

[目的] 研究中国东北漫川漫岗黑土区典型农业小流域切沟沟头形态特征及其影响因素,为控制黑土区沟壑侵蚀提供基础数据和理论支撑。[方法] 以黑龙江省海伦市海南乡典型农业小流域切沟沟头为研究对象,野外实地调查沟头形态特征及土壤类型和土体构型,解析沟头形态特征与沟头内因(土壤特性)及外部环境因素的相关性,分析内外因素对沟头形态的影响。[结果] ①海南乡小流域切沟沟头土壤类型为典型黑土、草甸黑土和冲积土,土体构型以腐殖质层(A)+淀积层(B)+母质层(C)型为主,以腐殖质层(A)+母质层(C)及腐殖质层(A)+母质层(C)+埋藏层(Ab)型为辅。 ②相关性分析表明,沟头形态与内外因素呈现复杂的相关性,单一形态不仅受内外因素的影响,同时受自身形态的共同作用影响。 ③冗余分析表明,土体构型、汇水面积、沟头坡度是影响沟头形态的主要因子,且与沟头形态呈正相关关系;沟头植被覆盖度、作物距沟头距离、沟头垄向与沟头立面夹角与沟头形态呈负相关关系。[结论] 切沟沟头形态特征复杂,土壤垂向差异性是内因的根本,沟头形态受内外因素共同影响。     

Spatial Heterogeneity of Soil C:N Ratio in a Mollisol Watershed of Northeast China

The spatial variability of the soil C:N ratio (C:N) influences C and N leaching and basic fertility in the field. This paper aims to identify the spatial heterogeneity of C:N in a Mollisol watershed of Northeast China and determine the main mechanisms that drive these differences. A random sampling method was used, with both geostatistical and traditional analysis being used to describe the spatial distribution of the C:N at various depths. C:N was also compared between slope position, previous vegetation and tillage methods in the watershed. The horizontal distribution of the C:N was mainly influenced by structural factors (88·4–99·9%) and often gradually deceased along the hydrographic flow direction, becoming lowest at the watershed outlet. The C:N increased as soil depth increased at all slope positions, and was higher on the back slope than on summit slope, followed by bottom slope in all soil depths. C:N was negatively (significant at p < 0·01) correlated to TN, and positively (significant at p < 0·05) correlated to elevation at all soil depths. Compared to the reforested area, C:N was typically greater in the agricultural area in the 20–60 cm depth. The planting of soybean (Glycine max L) can significantly increase the C:N at the 40–50 cm depth. C:N was higher in cross‐slope tillage than in down‐slope tillage, especially at soil depths of 40–50 cm. Generally, topographical factors, land use, crop planting and tillage methods can effectively influence the spatial heterogeneity of C:N in this watershed. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Discharge of Escherichia Coli from Agricultural Surface and Subsurface Drainage Water: Tillage Effects

Drainage water from agricultural fields with applied manure can degrade the bacterial quality of surface and groundwater. The impact of conventional tillage (CT) and zero tillage (ZT) practices on Escherichia coli (E.coli) discharge through artificially drained soils is not well understood. Consequently, two field trials were conducted during 2002–2004. The first trial involved fall applications of beef manure while the second involved spring applications of dairy manure. Both surface and subsurface drainage water were monitored in the first trial while only subsurface drainage water was monitored in the second. Under fall applied beef manure (trial 1), no differences (p?>?0.05) were observed in E.coli concentrations (cfu/100 ml) in combined drainage water under both tillage systems. However, during 2003–2004, subsurface drainage water under ZT had higher E.coli concentrations and loads than drainage water under CT. When the combined (surface + subsurface) annual E.coli loads were considered, CT loads were greater than ZT during 2002–2003 with an opposite situation during 2003–2004. Overall, annual E.coli loads were similar under ZT (4.7?×?10¹⁰ cfu/ha) and CT (4.8?×?10¹⁰ cfu/ha). Spring dairy manure application (trial 2) produced significant (p?>?0.03) tillage effect on E.coli loads in subsurface drainage water only during the second year. During the study period, ZT plots (1.55?×?10¹⁰ cfu/ha) discharged 5× more E.coli than CT (0.23?×?10¹⁰ cfu/ha). A longer duration of ZT practices resulted in higher subsurface flow volumes and subsequently greater loads of E.coli discharge in both trials.     

保护性耕作对黄土高原旱地土壤总磷及组分的影响

为了探明保护性耕作对土壤总磷及磷组分的影响,依托在陇中黄土高原旱地区设立的保护性耕作长期定位试验,采用Tiessen土壤磷素分级法,系统研究了传统耕作(T)和5种保护性耕作方式—免耕(NT)、传统耕作秸秆还田(TS)、免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作地膜覆盖(TP)、免耕地膜覆盖(NTP)下0—5,5—10,10—30cm土层总磷和各磷组分分布特征。结果表明:(1)较之T处理,5种保护性耕作方式均可提高0—10cm土层总磷含量,尤以NTS处理表现最明显,10—30cm土层NTS、TS处理总磷含量显著高于T处理,而NT、NTP、TP处理显著低于T处理;(2)NTS、NTP、NT处理可不同程度地提高0—10cm土层活性无机磷组分Resin—Pi、NaHCO_3—Pi的含量,尤其以NTS、NTP效果最显著,但10—30cm土层NTP处理2种磷组分分别较T处理低39.2%,13.6%;(3)保护性耕作对NaOH—Pi的影响没有明显规律;(4)D.HCl—Pi、C.HCl—Pi和Residual—P对耕作方式的响应不明显;(5)NTS、TS处理可以显著提高0—30cm土层有机磷组分NaHCO_3—Po、NaOH—Po、C.HCl—Po含量,NTP处理也可以提高NaHCO_3—Po和NaOH—Po含量,但该处理下稳定态的C.HCl—Po较T处理低11.5%;(6)各处理总磷和多数磷组分在土壤剖面呈自上而下逐渐递减分布规律,且在10—30cm土层同种覆盖条件下免耕处理的降幅大于耕作处理,无机磷组分Resin—Pi、NaHCO_3—Pi、NaOH—Pi的降幅明显,而有机磷组分NaHCO_3—Po、NaOH—Po的降幅相对较小;(7)Resin—Pi、NaHCO_3—Pi、NaHCO_3—Po对有效磷和作物产量都具有正向作用且贡献较大,免耕秸秆覆盖方式促进3种磷组分积累的效果最明显,从土壤磷素角度看它是最适合本地区农业可持续发展的保护性耕作方式。     

流域基流氮磷流失的非点源污染定量研究

利用数字滤波技术,在结合基流营养物负荷量消退过程和气象因子影响分析的基础上,提出并建立了基流营养物日负荷量分割的递归滤波算法,对浙江嵊州长乐江流域基流氮磷流失进行定量分析。结果表明,基流总氮(TN)日负荷量模拟值的R2为0.86,模拟效率系数NSE为0.72;基流总磷(TP)日负荷量模拟值的R2为0.65,NSE为0.63。用该方法对长乐江流域2003—2012年基流养分流失量的定量分析结果表明,全流域TN和TP年平均基流流失量分别高达1 317.6t(15.25kg/hm2)和51.8t(0.60kg/hm2),占该流域平均TN和TP总径流流失量的61.82%和56.92%。随着降雨量的增加,长乐江流域近年来的基流TN和TP流失量均呈现出极显著的上升趋势,已经成为河流非点源污染不可忽视的重要污染源。     

施磷对太湖流域水稻田磷素径流流失形态的影响

基于整个水稻生长期内天然降雨径流的田间试验,研究不同施磷水平(0,30,75,150kg/hm2)对水稻田径流磷素的组成形态及损失量的影响。结果表明,不同施磷量在水稻生长初期,对径流中不同形态磷浓度的影响较大,且随着施磷量的增加,不同形态磷的浓度都在增加,但增加幅度最大的是溶解态总磷(DP)和溶解态无机磷(DIP)浓度,即DP/TP从27.9%增加到43.7%,表明施磷肥能促进水稻田磷素径流DP的流失;DIP/DP从46.2%上升到64.2%,而DOP/DP从51.8%下降到35.8%,说明磷肥能增加水稻田磷素径流DIP浓度;颗粒态总磷(PP)占总磷(TP)56.3%～72.1%,表明所有施磷处理中径流携带的磷均以PP为主。在整个植稻期内,产生了6次径流,但水田径流磷素的流失主要发生在第一次,即施肥后不久,可见施肥与径流发生的时间间隔是决定径流磷素损失的重要因素。     

Sediment and Phosphorus Export from a Lowland Catchment: Quantification of Sources

Storm event and annual export of suspended sediment (SS) and particulate phosphorus (PP) was measured during three hydrological years (June 1993 to May 1996) in Gelbæk stream, a Danish lowland stream draining a 11.6 km² arable catchment area. The contribution of subsurface drainage water, surface runoff and stream bank and bed erosion to catchment SS and PP losses was estimated using three different strategies: 1) Simultaneous and comparative monitoring of subsurface water. 2) A mass-balance and budget approach dividing the Gelbæk catchment into two subcatchments. 3) Application of the fingerprinting technique to single storm events. Subsurface drainage water proved to be a significant SS and PP source. Subsurface drainage water from half of the catchment area accounted for 9.8–15% of the total annual SS loss from the Gelbæ catchment and 9.6–18.2%, of the annual PP loss. The mass-balance and budget approach showed stream bank and bed erosion to be the major source of SS and PP in this channelized and highly managed lowland stream. These findings were consistent with the fact that the annual loss of SS and PP from an upper culverted stream sub-catchment was significantly lower than that estimated from a mass-balance for a lower sub-catchment with an open stream channel. Comparison of the tracer content (e.g.¹¹⁷Cs) of SS collected during four storm events with that of topsoil and subsoil using a simple mixing model revealed subsoil to be a major source of SS.     

冻融作用对东北黑土磷素吸附-解吸过程的影响

冻融作用对土壤理化性质具有重要影响,从而影响土壤中磷素的吸附—解吸特性。以东北黑土为研究对象,采用室内模拟冻融环境的方法,研究了冻融条件下黑土磷素吸附—解吸行为。结果表明,冻融条件下黑土对磷的吸附规律均随着外源磷浓度增加而逐渐增大,当外源磷浓度为120mg/L时吸附曲线出现明显拐点;与未冻融土壤相比,冻融过程中土壤吸附更多的磷,具有更高的磷素吸附率;外源磷浓度低时,冻融作用对土壤磷吸附影响较大,外源磷浓度高时冻融作用对土壤磷吸附影响降低;冻融条件下磷等温吸附曲线采用Langmuir方程拟合的相关性最优,在连续的冻融循环条件下,土壤磷最大吸附量Pmax值逐渐增大,土壤与磷之间结合能力和磷吸附最大缓冲容量也有同样的趋势。     

基于DEM的流域降雨径流模拟研究--以三峡库区晏家河小流域为例

DEM是目前用于流域地形分析的主要数据,在流域地形分析及水系构建等方面形成了比较成熟的算法。基于DEM的水文模拟技术的应用给传统的水文模拟方法带来了根本性的变化。以三峡库区晏家河小流域为例,应用最新引进的WMS专业水文处理软件,结合Arc/Info,ArcView地理信息系统工具,在1∶1万DEM基础上生成河网水系,确定流域边界并进行子流域的划分。在生成数字流域的基础上,采用WMS嵌入的HEC-1模型进行降雨径流模拟研究。     

不同耕作模式对东北风沙土区玉米产量及氮素利用率的影响

研究优化集成耕作模式对东北风沙土区玉米产量、肥料氮素利用率及去向的影响,探讨不同耕作模式下玉米产量及氮肥利用率之间的关系,为东北风沙土区玉米生产合理耕作模式的选择提供科学依据。在东北风沙土区传统耕作模式(CT)、优化集成耕作模式1(ITP1)和优化集成耕作模式2(ITP2)小区内设置~(15)N标记微区框栽,以CT处理为对照,研究ITP1和ITP2耕作模式下玉米产量、氮肥利用率及肥料氮去向。结果表明:2种优化耕作模式玉米籽粒产量显著高于传统耕作模式,分别增产30.10%和15.53%。3种耕作模式氮肥利用率介于27.10%～35.46%,ITP1处理和ITP2处理氮肥利用率分别为35.46%和31.40%,比CT处理分别提高了30.85%和15.87%。与CT处理相比,IPT1处理氮肥残留量增加18.67%,损失量降低45.65%;IPT2处理肥料氮残留量介于IPT1和CT处理之间,差异不显著,IPT2氮肥损失率比CT处理降低24.36%,比IPT1增加39.17%。2种优化集成耕作模式增加玉米产量,提高氮肥利用率,减少氮肥污染,IPT1和IPT2两种优化耕作模式适合东北风沙土地区玉米种植。     

耕作措施对坡耕地红壤地表径流氮磷流失的影响

云南山地面积约占全省土地总面积的94%,特殊的地形特征,极易引发坡面土壤侵蚀和养分流失,严重影响了农业可持续生产。采取有效的农艺措施来减少坡耕地土壤养分流失是十分有必要的。为此,通过4年定位试验对顺坡(2组处理)、横坡(2组处理)2种耕作方向的复合农艺措施处理进行研究。结果表明:云南坡地红壤的径流时间主要集中在6—9月,且产流雨量占年降雨量的65.62%～75.82%。产流雨量与年降雨量呈现一致趋势。径流量和产流雨量呈线性关系(R_(NVF)~2=0.597 7,R_(OVF)~2=0.415 1,R_(OHF)~2=0.378 2,R_(OHFR)~2=0.335 5),其相关性大小顺序为顺坡处理横坡处理,不施肥处理施肥处理,覆膜处理揭膜处理(P0.01)。大雨(25～49.9 mm)和暴雨(≥50 mm)造成了年度大部分径流和养分的流失。横坡垄作组处理产生地表径流(177.13±28.87)～(182.28±33.75) mm,径流中总氮流失量(7.66±2.51)～(7.85±1.92) kg/hm~2,总磷流失量为(0.91±0.26)～(1.09±0.27) kg/hm~2,与顺坡垄作OVF(常规处理)相比径流和养分极显著减少了49.57%～52.13%,33.16%～53.88%(P0.01)。不同耕作措施下,复合耕作模式(优化施肥+横坡垄作+旺长期揭膜)拦截径流和养分流失的效果最好。RDA分析结果发现,与降雨量相比较,径流量是影响氮磷养分变化的主要环境因子(P0.01)。径流量与氮养分(NH_4~+-N除外)流失量的相关性高于与磷的相关性,表明氮比磷更容易随径流流失。顺坡处理NVF和OVF与环境因子径流量和氮磷养分流失量TN、TDN、NO_3~--N、NH_4~+-N、TP、TDP呈正相关,横坡处理OHF和OHFR与其呈负相关。     

东北黑土区不同耕作措施保水保土效应研究

采用标准径流小区试验方法对东北黑土区顺坡垄作和横坡垄作两种耕作措施在天然降雨下的径流量、土壤侵蚀量及蓄水保土效应进行了研究。结果表明,3°、5°坡按径流量大小排序为顺坡垄作+种植大豆小区>裸地小区>横坡垄作+种植大豆小区,3°坡按土壤侵蚀量大小排序为裸地小区>顺坡垄作+种植大豆小区>横坡垄作+种植大豆小区,5°坡按土壤侵蚀量大小排序为顺坡垄作+种植大豆小区>裸地小区>横坡垄作+种植大豆小区。可见,横坡垄作是东北黑土区适宜的水土保持耕作措施。     

黑土耕作层土壤pH空间变异及自相关分析

以东北黑土耕作区土壤表层(0~20 cm)土壤pH为研究对象,以经典统计学和地统计学为基础,结合"3S"技术及Moran指数进行空间自相关分析,剖析黑土区土壤pH的空间自相关类型及其分布格局。研究结果表明:小流域土壤pH均值为6.72,变异系数为9.91%,其变程为1 000 m,具有较强空间自相关性,空间变异受地形、成土等结构性要素影响较大,在东–西(E–W)方向的空间变异相对剧烈;土壤pH与高程等地形因子显著性相关,地理加权克里格插值显示土壤pH高值出现在研究区中部旱地,低值出现在东部与西部区域,呈现带状分布,与土地利用类型的东西向交替相近。全局自相关分析表明研究区土壤pH存在较强的正自相关特征,且不同方向存在差异;随着距离的增大,土壤pH呈现负自相关特征,分布存在空间孤立。局部空间自相关类型主要为H–H型(高–高关联)和L–L型(低–低关联),空间集聚特征明显,其中H–H型主要分布于研究区中部旱地区域,形成高pH且高度空间自相关的格局,L–L型分布于东部林地区域,形成低pH集聚的格局。