内蒙古河套灌区农田土壤中微塑料的赋存特征

为阐明内蒙古河套灌区农田土壤中微塑料的赋存特征及其与覆膜年限、灌溉类型等的响应关系,该文采用田间取样与室内试验相结合的方法进行了系统研究,分析了研究区地膜覆膜现状,并考虑覆膜年限(覆膜5、10、20 a)及灌水方式(滴灌和畦灌)2个因子,探索了河套灌区农田土壤中微塑料的丰度、类型、颜色、粒径等赋存特征,并通过扫描电镜、能谱仪等对微塑料表面特征及表面附着物进行观察与分析。结果表明:内蒙古河套灌区不同覆膜年限下(5、10、20 a)土壤中微塑料平均丰度分别为2526.00、4352.80、6070.00个/kg,单层土的微塑料含量最大值(2133.50 ind/kg)出现在覆膜20 a的0~10 cm土层,最小值(678.00个/kg)出现在覆膜5 a的>20~30 cm土层;不同覆膜年限和灌溉类型影响土壤微塑料丰度,滴灌农田微塑料丰度值略大于畦灌农田,在不同土层深度上微塑料丰度值随土层深度增加逐渐减小;微塑料类型主要有纤维类(23.34%)、碎片类(26.31%)、薄膜类(38.57%)和颗粒类(11.78%)等4种,且薄膜类在不同土层占比都较高,微塑料颜色包括黑色、透明、绿色、红色、蓝色等,比例分别为24.56%、23.83%、19.34%、16.52%和15.75%,其中0~10 cm土层中微塑料以黑色为主,占比30.25%,在>10~20、>20~30 cm土层中微塑料以透明为主,占比30.15%和29.23%,粒径则随覆膜年限增加而呈逐渐减少趋势,粒径小于1 mm的微塑料居多,随着覆膜年限的增加,微塑料粒径在0~10、>10~20、>20~30 cm土层间的差异逐渐减小,且粒径大小与灌溉类型无显著关系(P>0.05);微塑料样品表面特征粗糙,呈现不规则孔隙,纤维类、薄膜类和碎片类微塑料均具有较多规则微小孔隙,而颗粒类微塑料表面孔隙则不规则且呈凹凸状,土壤中微塑料的多孔特性造成微塑料比表面积增大,进而增加对土壤中其他污染物和微生物的吸附;微塑料的表面孔隙附着有机体和污染物,表面存在稳定的铁氧化物、稀土元素等,并容易形成有机-无机复合污染效应。研究对于明晰微塑料在河套灌区土壤中的分布现状及危害具有重要意义。     

多年采用不同捡拾方式对地膜残留系数及玉米产量的影响

随着地膜用量和覆盖面积的不断增加,在作物产量提高的同时,田间残膜残留量也随之增加,加剧了农业地膜污染。本论文以连续4年(2011—2014)长期定位试验为依托,探明完全捡拾、常规捡拾及不捡拾3个处理对地膜残留量、残留系数及玉米产量的影响。结果表明:0~10 cm土层地膜残留最多,不捡拾处理残膜量显著高于常规捡拾,完全捡拾与常规捡拾差异不显著;10~20 cm土层地膜残留量其次,不捡拾处理残膜量与常规捡拾差异不显著,完全捡拾则显著少于常规捡拾;20~30 cm土层地膜残留最少,处理间差异不显著;0~30 cm土层,完全捡拾处理下,面积25 cm~2、4~25 cm~2中大块残膜片数显著少于常规捡拾和不捡拾处理,而面积4cm~2残膜片数与常规捡拾和不捡拾差异不显著;2014年玉米收获后,常规捡拾、完全捡拾及不捡拾处理下地膜残留量分别为80.85、52.71 kg·hm~(-2)及152.65 kg·hm~(-2),地膜残留系数分别为8.53%、-9.45%及54.42%;3种捡拾处理对玉米茎粗、穗长、穗粗、穗行数、行粒数及百粒重均有影响,随捡拾度增加,各指标均呈增加趋势;与常规捡拾相比,不捡拾处理下4年平均减产15.08%,完全捡拾处理下平均增产4.70%。综合分析不同捡拾方式对地膜残留量、残留系数及玉米产量的影响,建议在没有适宜的残膜回收机械的情况下,应采用农民常规捡拾方式,但从长远发展来看,须尽快研发推广适宜的残膜回收机械。     

不同灌溉模式下土壤温度的变化及对气温的响应特征

在内蒙古河套灌区分别选取了黄灌、井灌、滴灌3种灌溉模式,用土壤温度自动记录仪监测了土壤5、15、25、40 cm处膜内、膜外玉米田土壤温度,研究了膜内表层5 cm土壤温度旬变化、膜内土壤温度日变化、灌溉前后土壤温度变化过程及对气温的响应特征。结果表明:黄灌、井灌土壤膜内5 cm土层旬温度与气温变化显著相关,而滴灌主要受灌水的影响,与气温相关性较差;土壤日温度随土壤深度的增加均出现明显的滞后效应,土壤深度每增加5 cm,黄灌和井灌土壤温度滞后2.7 h左右,滴灌土壤温度滞后2.4 h左右;气温变化显著影响0~40 cm土壤温度日变化;6月中下旬灌水前后黄灌显著提高作物根层底部(40 cm)土壤温度,井灌使得土壤温度降低,滴灌对土壤温度的影响剧烈而短暂;灌后一段时间黄灌和井灌15 cm、25 cm处土壤温度对气温的响应过程与灌前差异明显,而滴灌则是25 cm处灌前灌后差异显著。膜下滴灌较地面灌溉(黄灌、井灌)对气温变化响应迅速且在玉米苗期土壤温度高于地面灌溉,故河套灌区井灌区玉米宜选择膜下滴灌。     

基于染色示踪的农膜残留农田土壤优先流特征

随着覆膜农作的发展,农膜残留日益严峻,严重影响土壤水流运动。为了探索农膜残留对水流运动的影响机制,在河套灌区九庄节水综合试验站,设计3种残膜量,分别为0,300,600 kg/hm^2,于成熟期在各试验小区选择典型区域进行20,80 mm水量的染色示踪试验,共6个处理,研究不同残膜量对土壤物理特性的影响,基于染色示踪技术分析不同入渗量和不同残膜量对土壤水流运动的影响,并评价各处理土壤剖面的优先流特征。结果表明:随着残膜量增加,土壤容重、饱和导水率和土壤初始含水率呈下降趋势,而土壤孔隙度呈增大趋势,土壤中随机分布的残膜导致残膜处理(300,600 kg/hm^2)的各物理参数有较高的变异系数。基于土壤染色剖面二值化图像分析,土壤优先流发育程度随残膜量和入渗量增加而提高,300,600 kg/hm^2残膜量处理的最大染色深度(MDSD)和土壤染色剖面的变异系数(Cv)随残膜量增加而增大,与20 mm入渗量相比,80 mm入渗量下残膜处理的MDSD和Cv分别平均增加47.23%和27.34%。不同处理的优先流特征指标差异显著,5个优先流特征指标(染色面积比、基质流深度、优先流比、长度指数和变异系数)均显示残膜处理(300,600 kg/hm^2)的优先流程度高于无残膜处理(0 kg/hm^2),可见残膜量及入渗量的增加均会增大土壤优先流的发生几率和强度。     

新疆典型绿洲棉秆还田对覆膜滴灌棉田残膜分布的影响

为探寻长期膜下滴灌棉田在采取棉秆还田后残膜的分布状况,于2016年棉花采摘后在应用膜下滴灌开始年份分别为2006年、2002年和1998年的3块棉田中采集土壤样品,然后进行棉秆粉碎还田,2017年对3块试验棉田再次进行取样,分析秸秆还田前后0～40 cm土层中残膜面积、质量及棉杆残留量。结果表明：1）秸秆还田前,3块试验田的地膜残留密度随覆膜年限增加逐年增加,棉田土壤处于严重污染状态;2）采取棉秆粉碎还田后,3个取样地块0～40 cm土壤中棉秆分布总体上呈现由上至下先增加后减少并在15～25 cm深度土壤中聚集分布的特点;3）秸秆还田后,3块取样棉田0～15 cm耕作层土壤中残膜面积占比58%以上、残膜质量占比60%以上,该层中面积>5～30 cm2和质量>50～100 mg残膜均增加显著,相对秸秆还田前的土壤残膜分别平均增加20%和10%左右。     

察布查尔县农田地膜残留及影响因素分析

地膜残留对农田土壤安全和作物产量具有极大的威胁,掌握不同作物农田地膜残留现状及主要影响因素可为采取高效治理措施提供重要依据。选取新疆察布查尔县主要覆膜田棉田和制种玉米田,并各选取覆膜5年以下、6～10年、11～15年和16年以上地块进行地膜残留取样和影响因素分析。结果表明:随着覆膜年数的增加,2个作物农田上层土层(0～10 cm)地膜残留比例均下降,残膜在土层中分布趋于均匀;覆膜年限是棉田而不是制种玉米田地膜残留量的最主要影响因素。     

干旱区大田玉米膜下滴灌土壤水热效应研究

土壤水热状况是影响干旱区作物产量的主要因素,围绕膜下滴灌土壤水热运移情况,以河套灌区玉米为研究对象,开展了2年的田间试验,研究了膜下滴灌条件下不同覆膜耕作方式对土壤水热运移规律的影响。试验设垄作全膜(LQ)、垄作半膜(LB)、平作全膜(PQ)和平作半膜(PB)4个处理,采用烘干法测定0—120cm土壤含水量,ECH2O-5TE探头测定0—120cm土壤温度。试验结果表明:在苗期,0—20cm土层LQ土壤含水率较LB、PQ和PB分别提高了14.4%,23.8%和26.9%;拔节期,0—40cm土层LQ含水率较LB提高了32.6%,PQ较PB提高了5.8%;抽雄期0—60cm土层垄作土壤含水率明显高于平作,而60—120cm土壤含水率差异不明显;成熟期0—80cm土层LQ土壤含水率较LB、PQ和PB分别提高了18.1%,11.2%和21.5%。分析0—70cm土层平均土壤温度发现,LQ的温度明显高于半膜覆盖的处理,2014年和2015年LQ土壤温度较LB分别增加0.44,1.16℃,较PQ分别增加0.93,0.22℃,较PB分别增加1.22,1.37℃。2年的试验验证了不同覆膜耕作方式下,随土层深度的增加,土壤温度变化趋于平缓。垄作全膜可以提高土壤温度,增大土壤含水率,有效防止垄体土壤温度的散失,为作物生长提供良好的水热状态,促进作物增产。     

河套灌区不同覆膜方式膜下滴灌土壤盐分运移研究

随着灌溉面积的增加和引黄水量的减少,河套灌区土壤盐渍化和水资源紧缺的问题日益突出,为保持农田水土环境的良性发展,以内蒙古河套灌区曙光试验站为研究对象,开展不同覆膜方式膜下滴灌土壤水盐运移规律研究。试验设置全膜覆盖(PQ)和半膜覆盖(PB)2个处理,采用5TE土壤水盐监测探头测定剖面土壤含水率和电导率。结果表明:膜下滴灌过程中剖面土壤盐分发生再分布,滴头下方30cm附近形成主要脱盐区,盐分逐渐向湿润区外缘积聚。半膜覆盖处理土壤盐分在膜间表层聚集,全膜覆盖处理保水抑蒸效果明显,起到了较好的压盐效果。表层土壤电导率值具有距滴头水平位移50cm20cm0cm的特点,膜间电导率值波动较大。不同水平位置处土壤电导率曲线变化规律相同,随土层深度增加振幅变小。全生育期内0—70cm深度土层不同覆盖方式均起到了一定的脱盐效果,半膜覆盖2个生长季内盐分变化(SA)分别为4.71mg/hm~2和9.24mg/hm~2,全膜覆盖处理SA分别为12.22mg/hm~2和21.55mg/hm~2。全膜覆盖处理可以有效抑制土壤水分蒸发,减弱盐分随水向上运动趋势,创造适宜作物生长的淡盐环境。可为河套灌区膜下滴灌种植模式下田间水盐管理提供理论依据。     

可降解地膜覆盖棉花增产效应的研究

田间试验结果表明 ,覆膜植棉可明显提高土壤温度 ,促进棉株生长 ,其 5cm土层土壤温度比露地栽培提高0 .1～ 2 .98℃ ,棉花产量提高 11.5 9%～ 18.31%。双解膜和光解膜在地膜降解前的增温效果略优于普通地膜 ,晴天增温幅度大于阴雨天。地膜降解诱导期过后 2种可降解地膜均顺利降解为面积较小碎片 ,而双解膜降解更快 ,缓解了农膜残留所造成白色污染。棉花生产可用可降解膜代替普通地膜 ,且需完善配套栽培技术。     

南方平原地区地膜使用与残留现状调查分析

选取南方平原区7个省（自治区）作为研究对象,采用文献调研、问卷调查和典型样点采集的方法,对研究区域的地膜使用与残留现状进行了分析。结果表明,南方平原区地膜使用量和地膜覆盖面积都呈现逐年增加的趋势,地膜覆盖面积占耕地总面积的比例也表现出增加趋势,但都低于10%。研究区域内的覆膜作物主要有4类共19种作物,平均覆膜比例为74%,使用地膜的平均厚度为0.006 mm,地膜平均使用量为38.6 kg·hm-2。此外,在地膜使用后只有73.1%的地块中地膜被回收,回收的方式主要为人工拾捡,少数为人工拾捡与机械回收相结合的方式。南方平原区0~30 cm土层地膜残留量为14.28 kg·hm-2,残留的地膜主要集中在0~20 cm土层,约占0~30 cm土壤中残膜总量的78.9%。是否回收地膜是影响南方平原区地膜残留量高低的一个重要因素,回收地膜的地块地膜残留量显著低于不回收地膜的地块。不回收地膜时,地膜残留量与地膜累计使用量呈极显著的正相关关系,而回收地膜时,地膜残留量与地膜累计使用量无明显相关关系。     

河套灌区玉米光合特征及产量对全膜覆盖下不同滴灌量的响应

通过大田试验,探讨了全膜覆盖下不同滴灌量对河套灌区玉米关键生育期光合特征、产量和水分利用效率的影响。结果表明:(1)除拔节期外,高、中滴灌量处理下玉米叶片净光合速率Pn、蒸腾速率Tr和气孔导度Gs均显著高于低滴灌量处理(P0.05),而高滴灌量与中滴灌量处理之间无显著差异;(2)低滴灌量处理下的玉米叶片光合水分利用效率WUE在其他生育时期均显著高于高滴灌量处理(P0.05),并且高滴灌量处理下玉米光合水分利用效率在拔节期显著高于其他生育时期;(3)不同滴灌量下,玉米叶片净光合速率Pn、蒸腾速率Tr、气孔导度Gs及胞间CO2浓度Ci在不同生育时期均具有明显的光合日变化特征。高、中滴灌量处理下各光合参数的日变化幅度、峰高、峰值出现时间与低滴灌量相比均存在显著差异;(4)高、中滴灌量处理下玉米存果率、穗粒数、千粒重和产量均显著高于低滴灌量处理(P0.05),但相对中滴灌量而言,高滴灌量处理对玉米果穗性状和产量的影响不显著。因此,合理的膜下滴灌量可以有效提高作物光合能力,有利于干物质的积累,改善作物果穗性状和产量,同时提高光合水分利用效率,对河套灌区节水灌溉、控盐和增产目标具有指导意义。     

河套灌区玉米耐盐性分析及生态适宜区划分

为了探讨河套灌区盐碱地玉米对根区土壤盐分的生态适应性,本文基于田间定位观测,运用非线性最小二乘数值逼近法建立玉米耐盐函数模型;同时根据耐盐性分析,提出玉米在该灌区不同生态适宜区的划分标准。结果表明,盐碱地地膜覆盖在生产上有较好的控盐效果,可以使玉米苗期0～10、0～20和0～40cm土壤盐分分别降低61.2%、53.8%、41.3%,能够增强玉米对盐碱地的生态适应性;分段式耐盐函数模型和S型耐盐函数模型均能较好地反应玉米相对产量对浅层土壤盐分变化的响应关系;浅层0～40cm土壤盐分作为玉米根层盐分来分析玉米的耐盐性最具代表性,其对应中玉9号玉米的耐盐指数为6.583;根据耐盐性分析,将区域耕地划分为玉米最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区,对应玉米苗期0～20cm膜外土壤盐分分别为低于1.178、1.178～2.036、2.036～3.465和高于3.465g/kg。本研究将为当地玉米种植合理布局、高效生产提供理论指导。     

土壤中不同残膜量对滴灌入渗的影响及不确定性分析

随着农用地膜的大规模使用土壤中残膜量也随之剧增,土壤中农膜残留阻碍了水分迁移,降低了水分入渗性能。本文通过室内滴灌入渗试验设置了3个残膜量处理,分别为0、50、200 kg/hm2,并设高、低2个滴头流量处理,研究了残膜对滴灌水分入渗的湿润锋、湿润体的影响,分析了残膜条件下滴灌入渗速率的不确定性的变化过程。结果显示：随着土壤中残膜量增加,在相同时间内滴灌湿润锋的运移距离明显变小,其中高滴头流量处理在垂直方向更明显;随着残膜量的增加滴灌湿润体明显变小,同时湿润体在10～20 cm残膜区出现明显的不规则分布;通过Kostiakov入渗模型结合贝叶斯概率系统分析显示,土壤中残膜量增加将导致入渗模型的后验参数的标准偏差变大,95%置信后验区间增大,特别是高滴头流量处理影响更明显,可见随着残膜量的增加滴灌入渗速率的不确定性随之增加。     

覆膜耕作方式对河套灌区土壤水热效应及玉米产量的影响

通过设置垄作全膜、垄作半膜、平作全膜以及平作半膜4个覆膜耕作处理,探究不同覆膜耕作方式对河套灌区土壤水热及春玉米产量的影响。结果表明:1)2个生长季内垄作全膜处理各阶段土壤含水率和温度均最高,保水保温效果明显。2)耕层土壤温度的变化规律和含水率的变化规律相反,随着土壤温度升高,土壤含水率逐渐降低。3)玉米生育期内随着温度升高和作物耗水量增大,全膜覆盖和垄作耕作方式的蓄水保墒效果愈加明显;干旱条件下,耕作措施较覆膜方式对地温的影响更为明显;而在水量充沛条件下,覆膜方式则表现出对地温更显著的影响。田间起垄耕作结合全膜覆盖的种植方式,可以获得较高的穗行数和穗粒数,有利于干物质的积累,促进滴灌条件下玉米产量的形成,同时提高水分利用效率,为河套灌区农业节水和玉米高产提供了技术依据。     

地膜再利用对土壤水盐及油葵幼苗生长的影响

为了推广地膜再利用栽培技术,在河套灌区以露地种植油葵为对照,在旧地膜覆盖的田地,在土壤顶凌期、返浆期和油葵种植前、油葵幼苗期分别测定了旧地膜覆盖带、旧地膜附近、旧地膜间0—100cm土层的土壤水分、土壤盐分,测定了旧地膜覆盖带、旧地膜间种植的油葵出苗及幼苗生长状况。结果表明,地膜再利用提高了旧地膜覆盖田地耕层的土壤水分,降低旧地膜覆盖带耕层土壤盐分,提高旧地膜附近及旧地膜间耕层土壤盐分;地膜再利用对深层土壤水分、土壤盐分无显著影响。地膜再利用缩短了旧地膜覆盖带种植的油葵出苗天数,提高了油葵的出苗率及存活率,促进了油葵幼苗生长;但地膜再利用延长了旧地膜间种植的油葵出苗天数,降低了出苗率及存活率,抑制了幼苗生长。地膜再利用种植油葵时应将油葵种植在旧地膜带覆盖带上,不应种植在旧地膜之间。     

沙封覆膜种植孔促进盐碱地油葵生长

为了提高盐碱地油葵的出苗率及存活率,提高油葵产量,在河套灌区选择土壤盐分较高的地块,地膜覆盖种植油葵时改传统的土封种植孔为沙封种植孔,在油葵播种期、出苗期和幼苗期测定不同封孔方式对种植孔根际、地膜覆盖区、地膜间露地0~40.0 cm土层土壤水分、盐分及油葵出苗率、存活率、产量等的影响。结果表明,从播种到幼苗期,0~15 cm土层土壤水分逐渐降低,土壤盐分逐渐升高,且不同时期存在显著或极显著差异。出苗期和幼苗期沙封种植孔根际0~10.0 cm土层土壤水分比土封种植孔分别降低3.86%和4.83%,比地膜覆盖区分别降低4.79%和9.73%;0~15.0 cm土层土壤盐分比土封种植孔分别降低16.46%和40.99%,比地膜间露地分别降低30.53%和33.72%;比地膜覆盖区则分别提高17.86%和29.89%。土封种植孔根际0~10 cm土层土壤水分在幼苗期比地膜覆盖区降低5.15%,出苗期和幼苗期比地膜间露地分别提高3.44%和4.42%;出苗期根际0~15.0 cm土层土壤盐分比地膜间露地降低16.84%,幼苗期则提高12.32%,出苗期和幼苗期则比地膜覆盖区分别提高41.07%和120.11%。沙封种植孔缩短了油葵的出苗天数,极显著提高了油葵的出苗率、存活率,促进幼苗生长。沙封种植孔的油葵单株产量低于土封种植孔,单位面积产量则提高了62.00%,增收58.60%。河套灌区土壤含盐量较高的地块,地膜覆盖种植油葵时采用沙封种植孔,可提高油葵的出苗率及幼苗存活率,提高油葵产量及产值。在河套灌区盐碱危害较严重的地块,地膜覆盖种植油葵时应采用沙封种植孔。     

不同灌溉制度下河套灌区玉米膜下滴灌水热盐运移规律

为探明干旱地区膜下滴灌玉米土壤水热盐效应及秋浇洗盐灌溉的效果,该文根据2014—2015年进行的田间试验,分析膜下滴灌不同灌溉制度下生育期土壤水分盐分剖面分布特性、土壤温度变化及对玉米产量品质的影响和非生育期洗盐灌溉(秋浇)效果。结果表明,不同滴灌制度下土壤剖面水分、盐分剖面分布极不均匀,盐分均由膜内向膜外地表裸露区定向迁移,趋于膜外地表积累。膜下滴灌土壤温度受气温、玉米叶面积指数、灌水及土壤含水率共同作用。灌水后各处理土壤温度均剧烈下降,2~3 d后恢复,玉米营养生长阶段控制灌水下限为-30 k Pa最有利于土壤温度积累。玉米生育期各处理膜内0~40 cm不积盐,控制灌水下限为-10 k Pa可有效淋滤0~100 cm土壤盐分,而其他处理对0~100 cm土层盐分的影响差异性短期内不明显,需对不同处理长期膜下滴灌的盐分进一步观测。非生育期洗盐灌溉效果显著,秋浇灌黄河水180 mm后,次年春播前0~100 cm土壤盐分平均下降10.86%~26.14%,剖面分布较均匀。河套灌区膜下滴灌土壤盐分调控建议为生育期滴灌灌溉制度和非生育期洗盐灌溉双重调控。玉米生育期灌水下限建议控制为-30 k Pa,非生育期洗盐灌溉由于河套灌区冻融影响及特殊的水文地质条件,膜下滴灌盐分累积到何种程度洗盐灌溉及具体合理的洗盐灌溉制度还需进一步深入研究。