土壤裂隙及其优先流研究进展

土壤在干燥脱水的过程中易收缩产生裂隙。裂隙的产生是土壤性质与外界条件等多种因素综合作用的结果,其形态结构也非常复杂,难以准确描述。裂隙能够作为优先流的路径,增加农田水分和养分的流失以及地下水污染的风险。本文总结和归纳了裂隙产生的影响因素、裂隙的表征指标与测定方法、裂隙导致的优先流的研究方法、裂隙对优先流的影响和模拟等方面的研究进展。今后应进一步加强裂隙产生机理的全面深入的研究;构建和完善裂隙三维指标体系及其测定方法;推进裂隙导致的优先流的定量化和数学模拟研究;加大田间原位裂隙及其优先流的研究。     

离子型稀土闭矿区土壤铵态氮富集特征

离子型稀土开采使用的浸矿剂(硫酸铵)造成土壤铵态氮(NH₄⁺-N)残留,带来严重的氮污染,危及生态环境和人体健康,导致稀土矿开采受限。为明确已开采矿区土壤中NH₄⁺-N的富集特征及其影响因素,选择江西省赣州市龙南县一个已闭矿4年的原地浸矿离子型稀土矿山,在山体不同坡位布点,自土表至矿体底板(土体与基岩交界处,深度为5.5～9.7 m)分层采样,并测定了土体中的NH₄⁺-N及其相关的土壤性质。结果表明,矿区土壤NH₄⁺-N含量范围为2.32～1 056.44 mg·kg^-1(263.12±301.59mg·kg^-1),是自然和农田土壤的数倍甚至上百倍。从土体分布来看,矿体部分土壤NH₄⁺-N含量高于其上部土壤,不同土层间差异显著。从不同地形部位来看,NH₄⁺-N的平均含量坡顶>坡...     

聚丙烯酰胺施用对铵态氮地表径流迁移的影响及解析模拟

地表氮素迁移至径流的水平对氮素流失有重要影响。该研究在人工模拟降雨条件下,主要考察高分子有机化合物聚丙烯酰胺（PAM）施用对铵态氮地表径流迁移效应。试验结果表明,PAM的施用降低了径流运移氮素的能力,表现为铵态氮初始流失浓度极大降低,且氮素流失过程更趋平稳。基于土壤混合层理论和氮素平衡原理建立了PAM施用下铵态氮地表迁移不完全混合模型,并求得了解析解,证实了地表铵态氮径流迁移符合指数型衰减过程,模拟结果与实测值拟合较好。     

山地河岸林土壤对硝态氮和铵态氮的截留及影响因素

用人工槽模拟的方法研究文峪河上游三类典型河岸林土壤对硝态氮和铵态氮的截留及影响因素。结果表明,青杨-辽东栎混合林、云杉林和落叶松林河岸带土壤对有效氮的截留量分别为158.38,145.38,142.98 mg/kg。有效氮的截留主要发生在0-10 cm土层。NH+4-N和NO-3-N比例在1.68~1.80之间,土壤截留的有效氮比较稳定。河岸林土壤对有效氮的截留与土壤结构密切相关,与土壤含水量和容重显著负相关。丰富的有机质和全氮促进了有效氮的产生和滞留。土壤酸碱度在截留过程中影响有效氮的截留比,而对有效氮的最终截留量影响较小。     

土壤优先水流及污染物优先迁移的研究进展

土壤优先水流是非平衡管道流。土壤优先水流具有优先穿透、侧向入渗、穿透曲线不对称性和施尾等特征。因其与土壤的作用较弱,并可携带深质快速穿透土壤,造成土壤水分和养分利用率下降,同时导致地下水污染。向下移动的ＮＯ＾－３、农药和其它溶质造成的地下水溶质浓度的变化远高于期望值。本文从土壤优先水流的产生机理出发,综述了土壤优先水流的特征、土壤优先水流的研究方法、土壤优先水流对环境的影响和土壤优先水流的研究进展     

耦合基质区与裂隙网络的土壤优先流模型及验证

该文旨在通过分析土壤裂隙存在下的土壤优先流运动模式与特点,建立耦合基质区与裂隙网络的土壤优先流模型(crack preferential flow model,CP模型)。用控制体积有限元法求解两区土壤水分运动的基本方程,采用整体法将土壤基质水流运动方程和三维土壤裂隙网络区水流运动方程耦合。模拟与试验结果表明,增加降雨或灌溉强度能促进激活裂隙通道作为优先流通道,有利于优先流形成。CP模型及耦合方法较好地描述出了优先流运动的特点,模拟与实测的土壤饱和度均方根误差为0.016~0.025,决定系数均在0.78以上(P0.05),偏差为0.020~0.026,一致性指标为0.918~0.938。与等效连续体模型(Richards模型)相比较,CP模型模拟裂隙存在情况下土壤水流非均匀性规律更有效。研究丰富了土壤优先流理论,对提高农田水分利用率具有重要的意义。     

三江平原典型湿地土壤硝态氮和铵态氮垂直运移规律

选择三江平原小叶章湿地不同水分带上的两种土壤类型（草甸沼泽土和腐殖质沼泽土）为研究对象,运用模拟土柱的方法,研究了两种土壤中硝态氮和铵态氮的垂直运移规律。结果表明：在水分饱和条件下,两种土壤的硝态氮和铵态氮穿透曲线均符合Gauss单峰模型（R^2≥0.85）,其运移过程主要受粘粒含量的影响;随粘粒含量增加,硝态氮和铵态氮穿透曲线整体上峰值降低,峰面分布变宽,但不同土壤各土层间也存在一定差异,原因与不同土层水分构成、溶质运移方式以及硝化-反硝化作用的差异有关;溶质浓度加倍后,两种土壤0～20 cm土层中硝态氮和铵态氮的穿透曲线也符合Gauss单峰模型（R^2≥0.88）,但其峰值、形状及出流时间均发生不同程度的变化,原因与浓度改变前后土壤水分构成、溶质运移方式的差异有关,铵态氮还与土壤胶体对其吸附饱和程度的差异有关;两种土壤表层的硝态氮和铵态氮垂向迁移能力较强,当湿地水分增加后将不利于有效氮的保持。     

施用铵态氮对森林土壤硝态氮和铵态氮的影响

对取自武夷山的红壤、黄壤、黄壤性草甸土分别在对照(CK,N 0 mg/kg)、低氮(LN,N 50 mg/kg)、高氮(HN,N 100 mg/kg)3种氮(N)水平处理下开展培养实验,研究施加NH4+-N对森林土壤N转化的短期影响.结果表明,添加NH4+-N可显著(p＜0.05)降低土壤NO3--N含量4.5％～25.7％,但LN与HN处理差异不显著,NO3--N降低可能与NO3--N反硝化和异氧还原有关;然而,黄壤性草甸土NO3--N没有降低.与培养前比较,在第56天红壤NO3--N含量显著增加5倍左右;桐木关黄壤增加40％左右,而黄冈山25 km黄壤仅在CK处理下增加16％,但是黄壤性草甸土显著降低;结果显示LN与HN处理土壤NO3--N含量变化幅度小于CK.与CK相比,LN和HN处理红壤NH4+-N分别显著(p＜0.05)升高24.1％ ～ 96.5％和68.7％～114.1％,且随培养进行没有累积,可能与微生物固N有关;桐木关NH4+-N分别升高17.6％ ～ 39.6％和37.6％～95.8％ (p＜0.05),LN处理黄冈山25 km黄壤NH4+-N只有第7天升高17.8％ (p＜0.05),HN处理第7、14、28、42天显著升高17.5％～48.6％(p＜0.05).LN处理黄壤性草甸土的NH4+-N在前3周显著降低11.6％～28.5％ (p＜0.01); HN处理在第7天和14天分别降低10.8％(p＜0.01)和7.5％,但是在第28～56天显著增加17.6％～20.4％(p=0.002).随着培养进行,CK处理红壤NH4+-N逐渐降低,桐木关黄壤、黄冈山25 km黄壤和黄壤性草甸土升高;LN和HN处理黄壤和黄壤性草甸土NH4+-N逐渐升高.可见,不同海拔土壤类型对NH4+-N添加响应存在差异.     

酸雨对表面活性剂促进土壤氮素垂向迁移的强化效应

采用模拟淋溶试验,研究了酸雨对表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)促进土壤氮素垂向迁移的强化效应。结果表明,酸雨淋溶时,SDBS尽管抑制了铵态氮的淋溶损失,但促进了硝态氮的淋溶损失;土壤SDBS含量越高,铵态氮淋溶损失越小,硝态氮淋溶损失越大;土壤SDBS促进了土壤氮素的淋溶损失,且这种损失受酸雨pH值影响较大,酸度越大,土壤全氮、铵态氮、硝态氮的淋失量也越大。     

不同肥料结构对红壤稻田氮素迁移的影响

不同肥料结构对红壤稻田淹水层、不同深度渗漏水、外排水和土壤剖面中氮素的含量、形态及其动态变化的影响研究结果表明 ,各处理淹水层、外排水和渗漏水中NH4+-N含量明显高于NO3--N。淹水层中N的含量 ,水稻生育前期以单施化肥的高 ,约相当于配施有机肥的 1.18～ 1.20倍 ,而水稻生育后期 ,后者为前者的 1.11～ 1.2 1倍。各处理外排水中N素的输出量均以苗期最高 ,单施化肥明显大于配施有机肥。土壤剖面中NH4+-N向下迁移比碱解N更为明显 ,且配施有机肥的远高于单施化肥的 ,而NO3--N则相反。不同深度渗漏水中NO3--N的比例 ,上层 (30cm)低于下层 (50cm) ,随水逸出的N量各处理渗漏水均小于外排水 ;随水输入的N量远低于随水输出的N量 ,且以单施化肥的N亏损最大。水稻未利用的N量也以单施化肥的最大 ,约为配施有机肥的 1.0 9倍。     

紫色土区不同植物篱模式控制坡耕地氮素流失效应

为优选紫色土区控制农田氮磷等养分流失的复合农林模式,利用野外径流小区试验,结合室内分析与数理统计法研究了植物篱模式控制紫色土区坡耕地氮素流失效应。结果表明,植物篱模式减少了坡耕地总氮及各形态氮流失负荷,就总氮而言,20°坡耕地紫穗槐与香根草模式下年均总氮流失负荷分别比横坡农作模式降低92.4%、90.0%;13°坡耕地紫花苜蓿与蓑草模式的年均总氮流失负荷分别比横坡农作模式降低88.7%、83.9%。径流与泥沙流失量的减少与径流氮浓度的降低是植物篱控制坡耕地氮素流失的主要机制。紫穗槐、香根草、紫花苜蓿与蓑草植物篱模式可作为西南紫色丘陵区农业非点源氮素污染的源头控制技术,特别是20°以上坡耕地推广与实施灌木类植物篱模式,能长期有效地控制农田盈余氮素流失。     

秸秆还田对吉林黑土区土壤有机碳、氮的影响

秸秆是农业生产的重要有机肥来源之一,研究其还田过程中土壤有机碳、氮的变化,对了解土壤质量的改变具有重要意义。2011年5～9月作物生长期间,对黑土区不同秸秆全部还田、秸秆全部还田+化肥(C:N=1:10)、秸秆全部还田+化肥(C:N=1:20)后,土壤有机碳、氮的变化研究结果显示,与秸秆未还田(对照)相比,秸秆全部还田(C1.0)条件下土壤pH与土壤湿度略有降低,其他指标则相应增加;含有秸秆的处理中,土壤有机碳、pH、土壤呼吸强度、土壤温度变化趋势均为C1.0>C/N10>C/N20。土壤呼吸强度、土壤温度、湿度变化随着时间呈下降趋势。主成分分析显示,秸秆还田有利于改善土壤有机碳、全氮以及C/N等。     

风化煤对晋陕蒙矿区排土场新构土体土壤呼吸的影响

为探讨风化煤添加对晋陕蒙矿区排土场沙黄土及砒砂岩掺混沙黄土等新构土体土壤呼吸特征的影响,该文设置沙黄土、沙黄土+风化煤、沙黄土+风化煤+砒砂岩掺混、沙黄土+砒砂岩掺混的4种新构土体,采用Li-8100土壤呼吸测量系统测定田间土壤呼吸,分析了不同土体重构方式土壤呼吸特征及其与土壤水热因子的相互关系。结果表明：1）风化煤添加后沙黄土+砒砂岩土体与沙黄土土体土壤呼吸速率分别提高了35.2%（P<0.05）和17.1%,沙黄土土壤呼吸日变化为单峰曲线,风化煤添加后日变化呈双峰曲线。2）各土体土壤呼吸与土壤温度均呈极显著的指数函数关系,vant' Huff模型可用来模拟各土体土壤呼吸对土壤温度的响应。3）监测期内土壤含水率整体较高,土壤呼吸与土壤水分具有一定的线性关系,但不显著。土壤呼吸与土壤温度、水分多元线性分析结果也表明,监测期内新构土体土壤呼吸与土壤温度显著相关,与土壤水分相关性不显著,土壤温度可以解释土壤呼吸的大部分变异。综合研究结果表明风化煤促进了新构土体土壤呼吸,提高了碳释放速率,同时也改变了土壤呼吸日变化格局。研究阐明了添加风化煤对矿区新构土体碳通量释放的影响,对评估风化煤添加土体优缺点,估算未来局部碳变化具有积极意义。     

氮素补充对高寒草甸土壤团聚体有机碳、全氮分布的影响

土壤结构的稳定性对高寒草甸生态系统有重要意义。为研究不同水平氮素补充对高寒草甸草地土壤团聚体、有机碳和全氮含量及分布格局的影响,于2012-2014年在青藏高原东部夏河县进行3 a的试验研究。试验为随机区组设计,包括0(对照)、50(低氮)、100(中氮)和200(高氮)kg/hm2 4个氮素补充水平。研究结果表明:低、中、高水平氮素补充处理显著提高了0~30 cm土层≥0.25 mm大团聚体质量分数(P0.05),比对照分别提高了4.74%、6.42%和1.96%;较之对照,低、中水平氮素补充处理显著增加了≥5 mm、≥2~5 mm粒级团聚体含量;低、中水平氮素补充处理显著提升了0~30 cm土壤团聚体平均质量直径,分别比对照提升了9.79%和12.63%。不同水平氮素补充处理有机碳、全氮含量大小排序分别为:中氮≈低氮对照高氮、中氮低氮≈高氮对照。不同粒级团聚体中0.25 mm微团聚体有机碳含量最高而全氮含量最低、≥0.25~2 mm粒级有机碳含量最低而全氮含量最高;低、中水平氮素补充提高了不同粒级团聚体0~30 cm土层有机碳含量而高水平氮素补充处理显著降低了有机碳含量;低、中、高水平氮素补充增加了不同粒级团聚体全氮含量,其中中水平氮素补充处理最高,低水平氮补充次之。不同粒级团聚体含量是影响团聚体养分贡献率的主要原因,≥2~5 mm粒级团聚体含量与相应粒级团聚体有机碳含量呈显著正相关关系,≥5 mm和≥2~5 mm粒级团聚体含量与相应粒级团聚体全氮含量分别呈极显著正相关、显著正相关关系。研究表明连续每年补充50~100 kg/hm2氮可以改善高寒草甸土壤结构并提高土壤肥力状况。     

土壤增氧方式对其氮素转化和水稻氮素利用及产量的影响

以3种不同生态型水稻品种中浙优1号(水稻)、IR45765-3B(深水稻)和中旱221(旱稻)为材料,比较研究了不同增氧方式(T1-增施过氧化钙、T2-微纳气泡水增氧灌溉、T3-表土湿润灌溉和CK-淹水对照)下稻田土壤氮素转化和水稻氮素吸收利用特性。结果表明:1)增氧处理明显改善土壤氧化还原状况,3种增氧方式下土壤氧化还原电位均高于CK。稻田增氧促进土壤氮素硝化,在分蘖期和齐穗期T1、T2和T3的土壤硝化强度和脲酶活性均显著高于CK,反硝化强度显著低于CK。2)不同增氧处理对水稻氮素吸收的影响不同,在拔节期、齐穗期和完熟期3品种的植株氮素积累量均表现为T1、T2显著高于CK,而T3显著低于CK;在完熟期,T1处理下中浙优1号、IR45765-3B和中旱221植株氮素积累量分别较CK增加了21.2%、13.2%和17.0%,而T2处理下3品种的植株氮素积累量分别较CK增加了14.3%、6.9%和9.1%。3)与CK相比,T1和T2显著提高水稻籽粒产量和收获指数,氮素籽粒生产效率与CK无显著差异,而T3显著增加水稻氮素干物质生产效率和氮素籽粒生产效率。可见,施用过氧化钙和微纳气泡水增氧灌溉能有效改善稻田土壤氧化还原状况,不仅显著提高水稻产量,而且显著增强稻田氮的硝化而减少氮素损失,从而提高水稻氮素积累量和氮素收获指数。     

秸秆还田及氮肥调控对不同肥力白浆土氮素及水稻产量影响

三江平原是黑龙江省水稻主要种植区,白浆土是主要种稻土壤,在白浆土上开展秸秆还田试验研究,明确白浆土秸秆还田效果,根据土壤肥力水平调控氮素为秸秆还田提出因地制宜的土壤、施肥等管理技术提供参考。该文以白浆土为供试土壤,比较研究不同肥力白浆土上连续秸秆还田及调控氮素对水稻产量及土壤养分变化的影响。结果得出:高肥力土壤连续秸秆还田适合减氮,减氮10%连续3年水稻不减产,增产幅度为0.1%～6.94%,减氮20%以上产量降低,秸秆连续还田增加氮素水稻产量第1年与正常施肥比增产4.47%,第2年水稻产量比对照减产4.02%～31.86%,调氮降低幅度大;中、低肥力土壤秸秆还田水稻产量第1年比对照分别增加1.48%,4.52%,第2年调氮增产幅度会下降;秸秆还田使土壤有机质、氮素含量提高,在高肥力土壤上氮素过高使水稻前期分蘖量增多,水稻有效穗数降低,产量降低,减氮后可以避免土壤氮素过剩,水稻产量提高;中、低肥力土壤秸秆还田有利于增加土壤肥力水平,适当增加氮素可使水稻产量提高。     

冻融交替对不同施肥水平的黑土中氮磷元素含量的影响

为探究冻融交替对不同施肥水平的黑土中氮磷元素含量变化的影响,对东北地区的黑土进行了模拟冻融处理,并分析其氮磷指标（总氮磷、有效氮磷）的变化。结果表明,冻融交替处理后黑土中全氮的含量会降低,而有效氮和有效磷的含量会提高。单独施加无机肥会加剧冻融交替造成的土壤全氮流失（P<0.05）,5次冻融交替后有效氮含量的增长率降低,有效磷含量的增长率升高。5次冻融交替后,施加有机肥的土壤全氮和全磷含量无显著变化,有效氮和有效磷含量增长率均显著提高（P<0.05）。在寒冷地区冻融条件下的农业生产实践过程中,应适当提高有机肥的施用量,以抑制黑土中氮元素的流失,增强氮磷元素的可用性,保持土壤肥力并降低水体富营养化的风险。     

干旱区滴灌均匀系数和灌水量对土壤水氮分布的影响

研究新疆干旱区滴灌均匀系数和灌水量对土壤水氮分布的影响,为滴灌均匀系数设计与评价标准的修订和完善提供依据。供试作物为棉花,试验中滴灌均匀系数(Cu)设置0.65(C1)、0.78(C2)和0.94(C3)3个水平,灌水量设置充分灌水量的50%、75%和100%3个水平。结果表明,棉花生育期内根系层0～60cm土层含水率均匀系数保持在较高水平(0.80～0.97),滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用的影响均未达到显著水平。土壤NO3--N含量均匀系数随时间和空间表现出较强的变化特征,在生育期内的变化范围为-0.27～0.92,且低于土壤含水率均匀系数;滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用对NO3--N含量均匀系数的影响不显著。干旱区作物生育期降水量难以弥补灌水不均匀对水分分布造成的负面影响,滴灌均匀系数对棉花生育期内根系层土壤含水率均匀系数的影响强于初始含水率均匀性和灌水量。上述结果可供制定干旱区滴灌均匀系数标准时参考。     

滴灌施氮对烤烟氮素吸收利用及土壤无机氮分布的影响

为明确适合烤烟生长并降低土壤氮素损失的滴灌施氮策略,为烤烟生产提供理论指导。以烤烟品种K326为材料,在盆栽条件下,研究了滴灌施氮对烤烟氮素积累、分配和利用及土壤无机氮含量与分布的影响。结果表明:移栽后28 d滴灌追氮一次,增加追氮比例,叶片的氮素含量、氮素积累量和分配比例增加,根和茎的氮素积累量和分配比例降低,烟株表观氮素利用率提高;土壤无机氮含量升高,土壤无机氮的表观盈余量降低。移栽时施氮50%,移栽后28和42 d滴灌追氮两次的氮素利用率显著高于追氮一次处理;而追氮比例为70%和90%时,氮素利用率低于追氮一次处理。移栽后滴灌追氮两次提高了距滴注点垂直距离5～20 cm和水平距离15～20 cm土层的土壤无机氮含量,降低了距滴注点垂直距离20～25 cm土层的土壤无机氮含量。从烟株氮素利用,土壤无机氮分布及盈余量等方面考虑,移栽时施氮50%,移栽后28 d滴灌追氮35%,42 d滴灌追氮15%可作为生产中参考的滴灌施肥制度。