免耕秸秆覆盖对旱作农田土壤水分的影响

通过20012004年的田间试验研究了免耕秸秆覆盖旱作农田的土壤水分效应。结果表明,免耕秸秆覆盖对表层土壤水分含量影响较大,在作物播种期可以减少表层水分蒸发,显著增加表层土壤含水量,但随着生育进程的推进,秸秆覆盖的抑蒸效果逐渐减弱。免耕秸秆覆盖对各个时期0200 cm土壤剖面上水分总量的影响不大,但年际间变化较大。采用免耕秸秆覆盖可以提高小麦-豌豆轮作系统作物产量以及水分利用效率、促进农田生态系统的良性循环,持续提高土壤肥力。     

土壤温度对土壤水分入渗的影响

为了解温度对土壤水分人渗参数的影响,研究了黄土高原三种典型土壤(神木风沙土、安塞黄绵土、杨凌蝼土)在不同温度(18℃,25℃-27℃.30℃,35℃)时的人渗特征.用幂函数对湿润锋距离与时间关系进行拟合.并用Philip入渗公式对累积人渗量及入渗率进行拟合.结果表明:(1)温度对湿润锋的影响主要是通过对参数a的影响来实现.而对土壤水分人渗率的影响主要是通过吸湿率S起作用;(2)随着温度的升高,同种土壤水分入渗达到某一深度所用时间缩短.但不同质地的土壤之间的差别较大;(3)随着温度的升高.湿润锋运移速率和入渗速率增加,且湿润锋运移速率及人渗速率与温度和时间关系可用多元复合幂函数关系拟合;(4)温度对同一土壤湿润锋运移速率和水分人渗速率的影响随着温度的变化而变化.在较低温度区温度对其的影响大于较高温区.     

黄土高原土壤入渗基本特性研究

阐述了土壤入渗原理、模型以及测量土壤入渗速率的4种方法,并对4种试验方法加以对比分析。概括了黄土高原土壤入渗速率的水平变化规律。     

负水头条件下的土壤水分垂直一维入渗特性研究

通过室内模拟试验研究了3种土壤在不同负水头条件下的土壤水分垂直一维入渗特性,并基于Brooks-Corey模型,结合非饱和土壤水动力学方程,推导分析了负水头条件下土壤水分垂直一维入渗时累积入渗量、入渗率、湿润锋以及入渗时间之间的理论关系,并利用入渗试验资料检验了这些变量关系。同时,验证了Philip入渗公式在负水头条件下的适用性。研究结果表明:这些理论关系可以很好地描述负水头条件下的土壤水分垂直一维入渗特性。     

容重对不同有机质含量土壤水分入渗特性的影响

通过不同有机质含量的土壤入渗试验,分析有机质含量及容重对土壤水分入渗特性的影响.结果表明:容重对质地相同而有机质含量不同的土壤表现出不同的影响程度,对高有机质含量的土壤影响显著,有机质含量高的土壤在容重递增的过程中,土壤累积入渗量、湿润深度显著下降,稳定入渗率以乘幂形式迅速下降;有机质含量较低的土壤,容重增加对土壤入渗过程影响相对较小,容重增加时,其累积入渗量、入渗率、湿润深度也有不同程度的减小,但其减小的幅度范围较小,稳定入渗率呈平缓线性降低.采用Green-Ampt模型与Philip模型模拟不同容重及有机质含量的土壤饱和导水率结果与实测值吻合较好.     

耕作方法对黄土高原旱作玉米产量和土壤水温特性的影响

全膜双垄沟播是黄土高原旱作玉米主要生产技术,但此技术的土壤耕作主要依赖传统耕作和旋耕,在形成犁底层的同时造成耕层变浅,影响玉米生长、产量形成以及土壤健康。本文以打破犁底层、改善土壤结构、提高黄土高原旱地玉米(Zea may L.)产量和有限降水资源利用效率为目标,布设大田定位试验,比较研究了深松耕、免耕、旋耕和传统耕作对旱地全膜双垄沟播玉米土壤水分、温度、土壤容重、产量以及水分利用效率的影响。结果表明:全膜双垄覆盖条件下,深松耕和免耕较旋耕和传统翻耕能有效增加0~30 cm土壤贮水量,其0~30 cm土层土壤含水量较翻耕、旋耕分别增加50.0%、43.7%和14.8%、10.3%;深松耕能有效降低5~30cm土层土壤容重,其5~10 cm和10~30 cm土层土壤容重,深松耕较传统耕作分别降低10.9%和12.9%,随着土层的加深,深松耕、免耕的土壤容重呈降低趋势,旋耕和传统翻耕呈增大趋势;深松耕在苗期、拔节—抽雄期较传统翻耕分别具有明显的增温和降温作用,有利于玉米生长和产量提高;2个平水年,深松耕处理的玉米生物产量、籽粒产量和水分利用效率分别较传统翻耕增加6.1%~5.6%、18.6%~28.8%和28.1%~32.9%,具有明显的增产和提高水分利用效率的作用。因此,在黄土高原半干旱区同等降雨条件下,深松耕能有效增加全膜双垄沟播玉米的土壤贮水量,改善土壤结构,协调水温关系,有利于增产和提高水分利用效率,是全膜双垄沟播玉米一项理想的土壤耕作方法。     

土壤水分入渗模型的研究方法综述

在查阅大量文献资料的基础上,回顾、总结了国内外土壤水分入渗模型的研究进展,对入渗模型进行了比较分析。土壤水分入渗的研究一直是研究热点,但是在土壤水分下渗模型的改进和应用,研究如何将单点入渗模型扩展到较大区域等方面,还有大量问题有待深入研究。     

等高绿篱系统土壤水分入渗特性研究

以等高绿篱(新银合欢和黄荆)前淤积土与石坎梯田为研究对象.探讨等高绿篱系统与石坎梯田不同土层深度、不同距篱/坎的土壤水分人渗特性及其影响因素,并对其土壤水分入渗过程进行模型拟合.结果显示.同一土层,随距篱坎变长,各处理土壤入渗性能坎依次减弱,不同距篱绿篱处理土壤入渗性能存在较大差异,而不同距坎石坎梯田处理土壤人渗性能差异相对不明显,随土层加深,绿篱处理土壤入渗性能相应依次减弱,而石坎梯田处理土壤人渗性能急剧减弱;表层(0-0.15 m)土壤平均人渗性能,石坎梯田处理优于绿篱处理,对于二层(0.15-0.30 m)土壤平均人渗性能.绿篱处理转而优于石坎梯田处理,三层(0.30-0.45 m)土壤,各处理土壤入渗性能基本相当;黄荆处理土壤人渗性能存在明显的空间变化规律,主要通过水平和垂直两个方向来体现.其中水平方向,距篱远近间接反映了黄荆对土壤入渗性能的影响程度,距篱越近,影响越大;土壤容重、砂粘比与有机质对土壤入渗性能均有显著影响.而初始含水量仅对初始入渗率有显著影响,其中砂粘比对初始人渗率、前30 min入渗量影响最大,容重对稳定人渗率影响最大;Green-Ampt模型和Philip模型更适合本研究土壤水分入渗过程描述与模拟,且具有较高的准确性.     

大田土壤冻融条件下入渗特性的试验研究

以冬小麦田冬季跟踪入渗试验为依据，揭示了冻融土壤水分入渗的基本特性，分析讨论了土壤累积入渗量，稳定入渗率在土壤冻结的解冻过程中的变化规律，并将薄层霜状冻层对土壤入渗特性的影响进行了讨论，其研究结果对于土壤水分入渗的研究和冬春灌溉水效果的研究具有理论意义，对冬春灌溉的用水管理具有实际意义。     

聚丙烯酸钠对土壤水分入渗影响的模拟研究

采用一维垂直积水入渗法,分析了聚丙烯酸钠(SA)4种浓度(0,0.08%,0.2%与0.5%)处理、不同质地土壤间(砂土、壤土和黏土)累积人渗能力差异性和不同入渗模型的拟合效果.研究结果表明,初始入渗阶段3种土壤累积入渗能力较强,累积入渗量增加很快,随着人渗过程的进行累积入渗量曲线上升趋势变缓;3种土壤对照处理的累积人渗能力顺序为:壤土>砂土>黏土.3种土壤累积人渗能力都随着SA浓度的加大而减弱;随着聚丙烯酸钠浓度的增大(0.08%～0.5%),人渗能力都不同程度的降低,砂土累积人渗能力降低幅度最大.Horton模型对拟合各个处理的累积人渗过程效果最佳,Kostiakov模型和Philip模型拟合效果次之.     

黄土旱塬不同施肥水平下麦玉轮作的产量与土壤水分效应模拟研究

在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原旱塬地1957―1998年期间不同施肥水平下麦玉轮作方式“春玉米→春玉米→冬小麦→冬小麦→冬小麦→冬小麦”的产量变化和土壤水分效应。模拟结果表明:1）无肥、低肥、中肥和高肥处理下,麦玉轮作方式的模拟产量均呈现波动性降低趋势,其平均值分别为1.573、3.272、3.877和4.318 t/hm2,其适宜的施肥量范围为N 90～120 kg/hm2、P 30～60 kg/hm2;2）4种施肥处理下,麦玉轮作田逐月土壤有效含水量均呈现波动性降低趋势,平均每年分别减少8.5、10.3、12.3和12.0 mm,无肥、低肥和中肥处理间土壤有效含水量差异十分显著;3）在模拟初期（1957―1962）出现了土壤湿度逐年降低、土壤干层逐年加厚的干燥化过程,在模拟中后期（1975―1980,1993―1998）均出现了稳定的土壤干层,无肥和低肥处理土壤干层分布于2―3和2―4 m土层,中肥和高肥肥处理均分布于2―5 m土层,表现出随肥力和作物产量水平的提高,土壤干层厚度逐渐加深。     

黄土高原半干旱区植被建设的土壤水分效应及其影响因素

 水分是黄土高原半干旱地区植物生长与植被建设的主要限制因子,植被是影响土壤水分最活跃、最积极的因素。为了给黄土高原半干旱区植被的合理经营和今后植被的科学营造及开展植被建设的水文生态效应研究提供参考,从不同植被类型、生长状况与结构,不同植物的耗水特点及影响因素等方面,概述半干旱地区不同植被对土壤水分影响的研究进展。认为:为保证植被建设的可持续,需适度发展植被生产力,合理选择植物类型。在深入研究不同植物需耗水规律的基础上,加强植被生产力与水分利用的结合研究和从景观配置水平研究植被建设对土壤水分环境的影响。     

水旱轮作条件下免耕土壤微生物特性研究

通过野外调查和室内分析,研究了水旱轮作条件下,不同免耕年限土壤微生物数量和生物量的变化特点及其影响因素。结果发现:（1）旱作和水作后,免耕土壤细菌数量显著低于常规耕作。随着免耕年限延长,旱作后土壤细菌数量呈先降低再增加的趋势,免耕5～6 a时最低;而水作后,不同免耕年限间无显著差异。（2）旱作后,免耕土壤真菌和放线菌数量显著高于常规耕作,而水作后,真菌和放线菌数量较常规耕作显著降低。随着免耕年限的延长,旱作后土壤真菌数量呈先降低再增加的趋势,免耕7～8 a时最低;土壤放线菌数量在免耕5～6 a后趋于稳定。水作后,土壤真菌和放线菌数量呈显著负相关。（3）旱作和水作后,免耕土壤微生物量碳和氮显著高于常规耕作,两者呈极显著正相关,变化趋势一致。随着免耕年限延长,旱作后,土壤微生物量碳、氮呈逐渐降低的趋势;水作后,土壤微生物量碳、氮呈先增加再降低的趋势。     

免耕对不同麦玉轮作农田土壤碳组分及理化性质的影响

为探讨耕作及轮作方式对农田土壤理化性质和碳组分的影响,设置免耕、传统耕作2种耕作方式,以及小麦-玉米轮作、小麦/玉米间作、小麦-冬油菜-玉米轮作3种种植模式,共形成6个处理,研究结果表明:与传统耕作相比,免耕增加了0~5 cm、5~20 cm土层全氮、全磷、速效磷和含水量,而降低了的土壤pH和土壤容重。免耕小麦/玉米间作(NT.W1/NT.WM.1)处理的土壤容重、含水量、全氮、全磷含量高于NT.WRM3和NT.WM5处理,在不同土层间,土壤全氮、全磷和速效磷含量随着土层深度的增加而降低。土壤碳组分含量总体表现为免耕处理高于传统耕作处理,免耕处理0~5 cm土层土壤有机碳、颗粒有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳含量较相应传统耕作分别增加了1.31%~36.57%、2.07%~35.22%、2.38%~4.78%、2.08%~11.68%,在5~20 cm土层,免耕处理土壤有机碳和微生物量碳含量高于传统耕作。在不同免耕处理下,土壤有机碳,颗粒有机碳和微生物量碳含量在0~5 cm、5~20 cm土层总体表现为NT.WM5高于其他免耕处理,相关性分析表明,有机碳、微生物量碳和速效磷呈极显著正相关,容重和有机碳呈极显著负相关。综上所述,免耕小麦/玉米间作利于改善土壤理化性质,小麦-玉米轮作有利于提高土壤有机碳,颗粒有机碳和微生物量碳含量。     

掺砂对土壤水分入渗和蒸发影响的室内试验

通过掺砂调控农田土壤水分入渗和蒸发,对新疆干旱绿洲农田抑盐、保水及合理的掺砂制度制定具有重要意义。该研究以不同的掺砂率为影响因子进行土柱模拟试验,设置了4个掺砂率水平,分别是0（对照）、25%、50%、75%。结果表明：不同掺砂率条件下湿润锋和累积入渗量与入渗历时有显著地乘幂关系,影响顺序为75%＞50%＞25%＞0,且在掺砂率≥25%影响幅度较大;不同掺砂处理对土壤水分蒸发过程同样也有显著地影响,随着掺砂率的增加,土壤蒸发显著减弱,随着掺砂率的增加,抑制土壤蒸发越强,且在掺砂率≥75%时有较大幅度影响。土壤在连续20 d蒸发过程中,各个处理的土壤累积蒸发量随时间的关系和Rose经验公式拟合度高; 不同掺砂处理能显著提高土壤掺砂层以下的土壤含水率,随着掺砂率的增加而增加,其中掺砂75%时最高。     

少免耕与秸秆还田对极端土壤水分及冬小麦产量的影响

为了高效利用天然降雨,缓和农业水资源短缺,该试验在小麦、玉米一年两熟条件下,设置耕作措施和秸秆2个因素,其中耕作措施分为常规耕作、深松耕、耙耕、旋耕、免耕5种,秸秆因素分为玉米秸秆全量还田与不还田,共10个处理,研究了耕作措施与秸秆因素对极端土壤水分和冬小麦产量的效应。结果表明,无论秸秆还田与否,相对于常规耕作,深松耕能提高土壤水分充足期的土壤含水率,增加冬小麦产量,尤其是深松耕秸秆还田,比常规耕作无秸秆还田分别高25.74%和11.45%。秸秆因素在土壤水分充足时影响土壤含水率方面占主导地位,秸秆因素与耕作措施在土壤水分亏缺时影响土壤含水率和冬小麦产量方面均起着重要的作用。免耕、深松耕、耙耕与秸秆还田的交互效应能够增加集雨,提高冬小麦产量。研究结果还表明,冬小麦产量与土壤水分亏缺时土壤含水率相关不显著,而与土壤水分充足期土壤含水率相关显著。     

初始含水率对土壤垂直线源入渗特征的影响

为解决现有渗灌系统在深根系植物应用中存在的问题,该文设计了一种垂直线源灌水器,并通过室内土箱试验研究了不同初始含水率条件下砂黄土和塿土的垂直线源入渗特征。结果表明：Philip入渗公式的形式能够较好地描述2种土壤的三维入渗过程;入渗时间一定时,砂黄土和塿土的累积入渗量均与初始含水率之间呈二次函数递减关系;2种土壤入渗的最大径向距离、最大垂向距离、宽深比均与初始含水率之间呈二次函数抛物线关系;2种土壤相比,偏砂性的砂黄土累积入渗量在低初始含水率下较塿土大,但随着初始含水率的增加其减小速度较塿土快,偏黏重的塿土入渗临界初始含水率较砂黄土大,但其入渗范围较砂黄土小。这些结果可为不同土壤条件下的垂直线源灌水技术发展提供参考。     

室内模拟降雨条件下土壤水分入渗及再分布试验

降雨入渗对城市绿化、防洪排涝、农业生产等方面有着重要的意义。采用室内模拟降雨,使用时域反射仪采集相关数据,从土壤含水率变化特征和湿润锋运移特点等方面,研究了在垂向一维条件下不同雨强降雨对水分入渗的影响,探讨在降雨条件下土壤水分的再分布情况,从而确定试验所用砂壤土保水性最优土层范围。结果表明：降雨结束后,土壤水分的再分布主要受土水势控制,随着时间的延长,蒸发作用逐渐占据主导地位;试验所用砂壤土的最佳保水性土层深度为20～35 cm,可为植物的选栽提供参考。     

喀斯特坡耕地块石出露对土壤水分入渗的影响

块石出露是喀斯特石漠化地区典型的地貌景观特征之一。为探索喀斯特坡耕地中块石出露对土壤水分入渗的影响,通过野外人工模拟降雨试验,研究3个坡度（15°、20°、25°）、3个面积（小、中、大）、5种形状（斜条形、横条形、近圆形、三角形、竖条形）块石出露下的土壤水分入渗特征。结果表明：1）3种坡度下,各形状块石出露下和裸露坡的入渗率均随着坡度增加而减少。总体上,块石面积越小坡度越缓,入渗过程变化越平稳且入渗率高,块石面积越大坡度越陡,入渗过程变化波动大且入渗率低。2）初始、稳定、平均入渗率的最大值均出现在15°坡面,最小值均出现在25°坡面。总体上坡度和块石面积越大,土壤的稳定入渗率越高。3）与裸露坡面相比,块石出露下,15°、20°、25°坡度对入渗增量的贡献率为2.63%、20.88%、76.49%。小、中、大面积块石对入渗增量的贡献率为46.39%、32.88%、20.73%。形状对入渗增量的贡献率为31.50%（斜条形）>27.66%（横条形）>27.08%（近圆形）>10.81%（三角形）>4.36%（竖条形）。4）3种模型的拟合结果,裸露坡拟合度最高,均大于0.89,而斜条形块石拟合度都最低,均为0.60左右。Horton模型的拟合度最好,Kostiakov模型的拟合度良好,Philip模型的拟合度一般,故Horton模型更适用于喀斯特坡耕地不同块石出露下土壤水分入渗过程的拟合。研究结果有助于了解喀斯特坡耕地块石出露下的土壤水分入渗特征,促进农业水土资源的管理保护和利用,为该区水土流失和石漠化工程治理提供借鉴。     

黄土高原区草粮（油）翻耕轮作的土壤水分及作物产量效应

为了评价苜蓿翻耕后进行不同轮作模式的水分适应性和经济效益,提出黄土高原区生态效益和经济效应较好的草田轮作模式。该文测定了6a生苜蓿草地翻耕后轮作农田和休闲地的土壤水分及作物产量,并进行经济效益分析。结果表明,不同草田轮作模式的土壤水分恢复作用存在差异。苜蓿地轮作第2年收获后,以苜蓿-休闲-休闲模式土壤水分状况最好,0～300cm土层土壤水分已接近连作农田水平,且100～340cm土层土壤水分较耕前出现了恢复现象;而苜蓿-冬小麦-冬小麦模式最差,土壤水分恢复层出现在120～320cm土层;6a生苜蓿地翻耕后经过2a轮作,0～500cm土层土壤水分仍未达到连作农田水平。轮作2a冬油菜平均籽粒产量和平均籽粒水分利用效率较连作冬油菜分别增加了34.9%、44.4%(P<0.05),轮作2a冬小麦平均籽粒产量和平均籽粒水分利用效率较连作冬小麦分别提高了45.0%、42.9%(P<0.05);效益分析表明,轮作2a冬小麦的平均产投比是连作2a冬小麦的近1.5倍,是轮作2a冬油菜的2.5倍,是连作2a冬油菜的3.4倍,6a生苜蓿地翻耕后轮作冬小麦比轮作冬油菜具有更高经济效益。该研究结果为黄土高原苜蓿草地可持续利用,建立稳定的旱地农业生态系统提供了理论依据。