砒砂岩与沙复配土壤的冻融特征

[目的]揭示砒砂岩与沙复配土壤冻融特征及其对风蚀的影响,为毛乌素沙地土地整治可持续性提供理论依据。[方法]利用陕西省榆林市榆阳区气象资料和土壤观测数据,结合含水量变化规律,以砒砂岩与沙复配土壤为研究对象,沙土为对照,探究2种土壤冻结层形成差异、冻融过程及积雪消融特点。[结果]由于含水量的差异,复配土壤与沙冻结层形成特点具有差异,沙地表层通常会形成土壤干层,从表层之下冻结,而复配土壤的冻结层在地表形成;复配土壤的最大冻结深度为116.0cm;大于沙地的最大冻结深度96.0cm,且冻结层融解时间晚于沙地一周;积雪覆盖条件下,沙地表层存在1.0~6.4cm的土壤干层,而复配土壤表层不存在干层,复配土壤积雪盖度和厚度均大于原始沙地,阳坡尤为显著。[结论]土壤冻层和积雪在复配土壤地表形成了2层保护层,减少了休闲期的风蚀作用。     

毛乌素沙地玉米不同种植年限砒砂岩与沙复配土壤有机质与全氮的关系

[目的]研究毛乌素沙地不同种植年限下不同比例砒砂岩与沙复配土壤碳氮变化特征,分析新造复配成土结构能否持续稳定发育。[方法]根据2013—2016年田间小区试验数据,对不同种植年限下3种比例砒砂岩与沙复配土壤有机质和全氮时空变化特征及两者间的关系进行研究。[结果]①不同比例复配土壤有机质和全氮含量均随着作物种植年限的增加而呈现稳定上升趋势;②4 a间3种复配土壤有机质和全氮含量均表现为:1∶11∶21∶5,各自相对于2013年变化差异极显著(p0.01);③不同种植年限下3种比例复配土壤有机质与全氮均呈现显著正相关,相关系数分别为0.860,0.891 7,0.737 6。[结论]复配比例和种植年限是影响新造土壤有机质和全氮含量的重要因子。     

冻融交替对砒砂岩与沙复配土壤氮素的影响

[目的]探讨冻融作用对毛乌素沙地陕北榆林地区砒砂岩与沙复配土壤氮素的影响,对于提升毛乌素沙地土壤肥力具有重要作用。[方法]通过室内培养试验,探讨不同比例砒砂岩与沙复配土壤氮矿化过程对冻融的响应特征。[结果]冻融交替作用对土壤氮的矿化有显著影响,在冻融1周期时,3种比例复配土壤中硝态氮、铵态氮含量增加较快。在冻融2周期后,复配土壤中硝态氮、铵态氮含量均出现下降趋势。冻融5周期,复配土壤中硝态氮、铵态氮含量均开始呈现稳定增加趋势。冻融10周期后,1∶1,1∶2及1∶5复配土壤铵态氮含量分别增加了10%,49%与11%,硝态氮含量分别增加了14%,39%与34%,其中1∶2复配土硝态氮、铵态氮含量较1∶1,1∶5增加显著,对氮素的保持性能较好。[结论]冻融循环促进了土壤有机氮的矿化,有利于土壤中硝态氮、铵态氮的累积,为早春农作物的生长提供足够的氮素。     

砒砂岩与沙复配土壤组成变化及玉米产量可持续性分析

砒砂岩与沙复配成土技术在毛乌素沙地土地整治中已广泛应用,然而,探索适合当地主要粮食作物高产稳产的砒砂岩与风沙土的适宜混合比例,提高复配土壤的农业适应性有待进一步研究。利用2010—2018年田间定位试验数据,分析玉米种植模式下不同比例复配土壤粉粒和黏粒含量及空间迁移规律,探索玉米产量可持续性及稳定性。结果表明:(1)随着试验的开展,0—30 cm土层中不同比例复配土壤粉粒、黏粒含量均向下层土体运移,运移速率为1:5>1:1>1:2,下层土壤中的粉粒和黏粒含量增加,使得土体剖面耕层增加至30—40 cm土层厚度。(2)玉米产量在1:1,1:2,1:5复配土壤上差异较大,与2010年相比较,到2018年产量分别提高了43.9%,105.9%,58.5%,并且1:2复配土壤上玉米多年平均产量超过了15 000 kg/hm²,与当地高产田产量持平。(3)1:2复配土壤对玉米增产的效果最优,SYI值最大,CV值最小,即产量稳定性和可持续性最好。因此,确定1:2复配比例最适合玉米生长,其朝着有利于玉米生长发育并获得高产的方向发展。     

砒砂岩与沙复配成土造田技术研究

砒砂岩和沙是毛乌素沙地的两种主要物质,是造成当地水土流失和土地沙漠化问题的主要原因,在当地被称为"两害"。针对如何将砒砂岩与沙复配成土的技术问题,开展了砒砂岩和沙不同配比混合后的"复配土"特性研究,并在富平县及榆阳工程示范区进行了作物试种,均已取得良好成效。实验结果表明,玉米和马铃薯分别适宜在砒砂岩与沙为1:2和1:5的复配土中生长。对大田试种后的土壤肥力水平与环境质量状况的分析结果表明,各指标均符合种植标准。     

烟杆生物炭对砒砂岩与沙复配土壤理化性状及玉米生长的影响

为明确施用生物炭对砒砂岩与沙复配土壤水分保持及肥力提升的影响,采用盆栽试验,研究了不同生物炭施用量(0,10,20,30,50g/kg(以风干土计))对砒砂岩与沙复配土壤理化性状及玉米生长的影响。结果表明:在种植玉米一季后,施用生物炭可显著降低复配土壤容重,尤其当生物炭施用量达到30g/kg时,土壤容重可降低至1.37g/cm3,但当生物炭施用量增加到50g/kg时,土壤容重又出现增加的趋势;土壤田间持水量随生物炭施用量的增加呈显著增加趋势,但当施用量增加到50g/kg时又会出现下降趋势;土壤pH、全盐量随生物炭添加量的增加显著增加,尤其当生物炭添加量为50g/kg时,土壤pH可达8.80,全盐量可达2.51g/kg;土壤有机质、有效磷、速效钾含量也随生物炭施用量的增加而显著增加,但有效磷在生物炭施用量增加至50g/kg时出现下降趋势。进一步分析不同生物炭处理对玉米生物量的影响,发现玉米根干重、地上部分干重、百粒重、单株产量均随生物炭施用量的增加呈显著增加趋势,但当生物炭施用量增加到50g/kg时,上述各指标反而显著降低。生物炭对于砒砂岩与沙复配土壤理化性状、水分保持、肥力提升、作物生长及产量等诸多方面都有明显改善效果,在施用过程中需要注意使用量,在本试验条件下,生物炭推荐施用量为30g/kg干土。     

砒砂岩区小流域林地土壤机械组成与分形维数关系

为了探究砒砂岩区不同林地土壤机械组成的差异,于鄂尔多斯市准格尔旗西部暖水乡境内的鲍家沟小流域选取立地类型一致的油松、侧柏、沙棘、柠条4种典型林地为研究对象,以天然草地为对照,每种林地设置样地3个,每个样地随机选取3个取样点,采集0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层土样,采用激光粒度分析仪测定土壤机械组成,分析各林地各径级土壤颗粒含量和分形维数之间关系。结果表明:油松林土壤颗粒最细,平均粒径φ值为3.591,其后依次是侧柏林(φ值2.280)、羊草草地(φ值1.416),表明油松、侧柏林对于土壤细颗粒的保护能力相对较强;不同林地土壤细砂含量差异较大,分形维数与土壤机械组成综合指数的第一主成分呈线性关系(y=0.0129x+2.108,y为分形维数,x为机械组成综合指数,P 0.05),与第二主成分呈二次项关系(y=0.036x~2+0.001x+2.27,y为分形维数,x为机械组成综合指数,P 0.05)。     

玉米种植模式下砒砂岩与沙复配土氮素淋失特征

为探索砒砂岩与沙的最佳混合比例,使其大规模应用于毛乌素沙地土地整治,发展农业种植,防止地下水污染.本文进行了不同比例的砒砂岩与沙复配土种植玉米的小区试验,在玉米生长期采集不同深度的土壤测其铵态氮和硝态氮含量,对不同混合比例下复配土的氮素淋失特性进行研究.结果表明:(1)铵态氮含量在各混合比例的复配土中较低,均在2.5 mg/kg以下,未出现累积情况;(2)砒砂岩与沙在不同的混合比例下均存在硝态氮淋失;(3)砒砂岩与沙混合比例为1∶2时,硝态氮主要累积在0-40 cm,且无机氮累积量最高,其玉米产量高达9 900 kg/hm2.对种植玉米而言,推荐采用1∶2的砒砂岩与沙混合比例进行推广开发.     

砒砂岩与沙复配成土过程中沙的调控作用

研究不同含沙量下砒砂岩与沙复配土壤的物理性质,为研究其成土机理及砒砂岩与沙复配成土技术大规模应用于毛乌素沙地土地整治、发展农业种植提供科学依据。通过监测分析不同含沙量复配土的土壤质地、毛管孔隙度、导水性、团聚体等指标,分析沙在复配土成土过程中的作用。结果表明:含沙50%(质量分数)时,黏粒含量最高(8.24%),且随含沙量的上升,毛管孔隙度呈显著的线性负相关,饱和导水率则随含沙量的增加呈指数增长。维持作物良好生长的水稳定性大团聚体含量随含沙量变化呈极显著差异(P0.01),而随耕作次数变化差异不显著(P0.05)。本研究结果说明沙土在砒砂岩与沙复配成土可改良土壤质地、增加土壤导水性、透气性等作用,利用砒砂岩与沙复配成土技术有望实现沙漠绿化造田,从而控制砒砂岩水土流失和沙土沙漠化问题。     

岷江上游干旱河谷土壤粒径分布分形维数特征

具有分形特征是土壤的客观属性之一,为了探讨分形维数与土壤性质之间的关系与影响因素。运用土壤体积粒径分布分维模型计算了岷江上游干旱河谷不同土地利用方式下土壤表层(0～20cm)161个样品的分形维数,分析了分形维数的空间变化特点及其与粒度组成、有机质和土壤养分之间的相关性。土壤粒径分布分形维数可以作为表征土壤结构和性质的重要指标。结果表明:不同土地利用方式下土壤的粒径分布具有不同的分形特征,分形维数在2.5011～2.7825之间,粉壤土>壤土>砂壤土,耕地大于灌林地。土壤颗粒体积分形维数与黏粒(<0.002mm)和粉粒(0.002～0.05mm)的体积百分含量以及土壤全钾含量呈极显著正相关关系,与砂粒(>0.05mm)的体积百分含量呈极显著负相关关系,而与土壤有机质,全氮,全磷,速效磷和速效钾含量的相关性未达到显著水平。研究结果可以为研究区植被恢复和土地利用开发提供一定的依据。     

毛乌素沙地樟子松人工林恢复过程中土壤粒径演变特征

[目的]研究土壤颗粒分形维数与樟子松人工林恢复时间的关系,为评价毛乌素沙地植被恢复对土壤颗粒特征的影响提供数据支撑。[方法]以自然荒草地为对照,选择不同恢复年限樟子松人工林土壤为研究对象,分析了不同林龄樟子松林下土壤基本理化性质、颗粒粒径含量和分形维数,开展毛乌素沙地樟子松人工林恢复过程中土壤粒径演变特征研究。[结果] 3种不同林龄樟子松土壤中细砂粒含量最多,极粗砂粒含量最少,并且随着土层深度的增加细砂粒含量和粗砂粒含量呈增加的趋势,而黏粒含量、粉粒含量以及极细砂粒含量呈现减少的趋势。随着土层深度的增加土壤中全氮、全磷、有机质以及土壤含水率均呈现减小的趋势。不同林龄下樟子松土壤颗粒分形维数范围为2.27～2.71,均值大小顺序表现为50 a>60 a>40 a>CK;全氮含量和土壤含水率的均值大小顺序均表现为60 a>50 a>CK>40 a;全磷含量和有机质含量的均值大小顺序均表现为60 a>50 a>40 a>CK。全氮、全磷和土壤有机质含量与分形维数间呈正相关关系,相关系数分别为0.391,0.418,0.522。[结论]樟子...     

毛乌素沙地西南缘不同土地利用类型土壤颗粒分形特征

为揭示毛乌素沙地西南缘农田、荒地、草地、灌丛沙堆和林地等土地利用类型的土壤分形特征与防风固沙效果的关系,采用野外取样与室内粒度分析相结合的方法,分析了该区5种土地利用类型的土壤颗粒粒径分布、分形维数以及土层深度与分形维数间关系。结果表明:(1)草地、灌丛沙堆以及林地的土壤粒度组成以极细沙、细沙和中砂为主,耕地和荒地则以粉粒和细砂为主;(2)研究区不同土地利用方式的土壤粒径分布和分形维数差异明显,荒地>农田>灌丛沙堆>草地>林地,随土层深度增加,林地分形维数值减小,草地分形维数值增大,荒地、农田和灌丛沙堆分形维数值变化不大;(3)分形维数与<100 μm和>100 μm粒径含量分别呈显著正相关和负相关,其大小由<100 μm的极细砂粒和粉粒含量决定。研究区内5种土地利用类型土壤颗粒粒径分布与分形维数差异显著,这综合反映出在不同植被效应与人为耕作后,土壤的颗粒组成会发生明显变化。研究结果可为毛乌素沙地西南缘防沙治沙以及土壤恢复提供理论依据。     

毛乌素沙地砒砂岩固沙机理研究

为探索毛乌素沙地砒砂岩与沙混合后的固沙机理,采用实验、模拟与野外观测相结合的方法,对砒砂岩与沙混合后的质地、持水保水性、土壤结皮方面进行了分析。结果表明:(1)砒砂岩与沙粒度分布范围分别为0.317~709.0μm和0.564~2 000.0μm,二者混合可扩大沙的粒径组成,有效改善了沙土的质地,提高地表粗糙度;(2)从含水量下降随时间变化来看,沙的含水量快速降低,54h内可从15.90%降低到3.26%,而砒砂岩、砒砂岩与沙的混合物含水量分别为21.39%和15.87%,水分下降速率慢,且砒砂岩的毛管孔隙度高于沙,混合后提高了沙的孔隙度,降低了饱和导水率,提高了沙的保水性能;(3)在水的作用下,砒砂岩与沙混合后能够快速形成表层物理结皮,而无水状态下则极难形成。不同比例的混合方式对结皮形成的厚度有显著的影响,沙地结皮的形成有效防止了沙丘流动和扬沙的发生,达到了固沙的效果。     

毛乌素沙地不同植被恢复措施下土壤理化性质空间分布特征

[目的] 探讨不同植被恢复措施下土壤理化性质的空间分布特征,为半干旱沙区植被恢复提供理论依据。[方法] 以毛乌素沙地西南边缘3种典型植被恢复模式(封育草地、飞播林地和人工柠条林地)为研究对象,以退化草地为对照,通过采集0—40 cm范围内3个土层的土壤,研究了其土壤理化指标和土壤综合肥力。[结果] ①在不同措施下土壤表层(0—10 cm)含水量显著增加,而在深层(10—40 cm)土壤则显著降低;与之相反的是土壤表层容重显著降低,而在深层土壤差异不显著,呈现弱变异;植被恢复显著降低了上层(0—20 cm)土壤pH值,而对20—40 cm土层差异不显著;此外,同一植被类型下随着土层加深土壤含水量(SWC)、容重(BD)、pH值均逐渐增加。②不同措施下土壤有机质(SOM)、全氮(TN)含量显著增加,封育样地SOM最高,飞播样地土壤TN最高,而速效磷(AP)含量显著降低,土壤全磷(TP)、SOM、TN等养分含量具有表聚性,土壤AP和速效氮(AN)含量在不同植被恢复、不同土层之间存在差异性。③土壤综合肥力指数呈现为：飞播样地(0.794)>封育样地(0.662)>对照样地(0.637)>柠条林地(0.603),即土壤质量在飞播样地最高,而在柠条林地最低。[结论] 3种植被恢复模式均对土壤各理化指标有显著影响,不同植被恢复措施导致土壤各指标在垂直剖面上发生不同程度的变异,毛乌素沙地适宜进行飞播造林,而不宜大面积种植人工柠条林。     

毛乌素沙地砒砂岩改良风沙土后土壤质量的演变

[目的] 研究毛乌素沙地砒砂岩与沙复配土壤长期作物种植后质量的演变,旨在为了解复配土壤结构发育状况及可持续利用提供科学依据。[方法] 基于2010—2018年对砒砂岩与沙体积比为1：1,1：2,1：5复配土壤的田间小区试验,主要分析不同种植年限下复配土壤水稳性团聚体、有机质含量及作物产量的动态变化特征。[结果] 随着试验开展,3种比例复配土壤>0.25 mm粒径水稳性团聚体含量、平均重量直径（MWD）值和有机质含量整体呈增加趋势,与种植前相比,种植9 a后,1：1,1：2,1：5比例复配土壤>0.25 mm粒径水稳性团聚体分别增加了2.71,3.31和4.24倍,成为团聚体的主要组成部分;1：1,1：2,1：5比例复配土壤有机质含量分别提高了8.24,10.62和13.76倍。2011年不同比例复配土壤马铃薯产量大小顺序为：1：2>1：1>1：5,种植8年后1：1,1：2,1：5比例复配土壤马铃薯产量分别增加了3.27,4.25和6.96倍,产量大小顺序为：1：5>1：2>1：1,其中1：5复配土壤马铃薯产量提升速率最显著,多年平均产量高达53 850 kg/hm²,与当地高产田产量持平。[结论] 随着马铃薯种植年限的增加,3种比例复配土壤理化性状得到改良,复配土壤结构得到日益优化,尤其是能有效促进1：5复配土壤有机化和水稳性团聚体的形成,并且马铃薯增产的效果最优。因此1：5复配比例适宜马铃薯生长。     

毛乌素沙地不同植被恢复类型的土壤碳水效应

[目的] 探讨不同植被恢复类型下土壤有机碳和水分含量特征及其关系,为毛乌素沙地植被恢复类型的选取提供科学依据。[方法] 以毛乌素沙地自然恢复草地及沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳(灌灌混交)、樟子松、沙柳×樟子松(乔灌混交)为研究对象,并以裸沙地为对照,分析不同植被恢复类型对0-5.0 m土层土壤剖面碳、水的影响及其相关性。[结果] (1)植被恢复增加土壤有机碳含量,沙柳×樟子松、樟子松、草地、沙蒿×沙柳、沙柳、沙蒿依次降低,0—0.2 m土层显著高于深层,表现为表聚效应;随着土层深度的增加,各植被类型的有机碳含量逐渐降低;沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳在0.8—2.2 m土层范围内表现为碳损失。(2)不同植被恢复类型在深层均存在不同程度的水分亏缺,主要集中在1.0—3.0 m土层,具体亏缺程度为沙柳×樟子松＞樟子松＞沙蒿×沙柳＞沙柳＞草地＞沙蒿。(3)根系是影响土壤有机碳含量和水分消耗的主要因素;土壤有机碳含量与土壤含水量在0—5.0 m土层范围内负相关。[结论] 植被固存有机碳以消耗深层土壤水分为代价,沙柳×樟子松固定同等单位量的碳消耗水分最少。因此,从土壤固碳和保水2个角度同时考虑,沙柳×樟子松在毛乌素沙地的植被恢复中具有较好的恢复效果。     

毛乌素沙地东南缘沙漠化过程中土壤理化性质分析

采用空间代替时间的方法,对毛乌素沙地东南缘沙漠化过程中土壤理化性质变化进行了分析.结果表明,沙漠化过程中土壤理化性质呈规律性变化,随沙漠化程度的加剧,土壤黏粒含量、含水量、有机质、有机碳和全氮含量减少,土壤砂粒含量、容重和C/N增加,土壤质量下降;相关性分析结果表明,容重和C/N比与各指标呈负相关关系,其余各指标间呈正相关关系,其中容重与有机质、全氮含量之间以及有机质与全氮含量之间存在极显著相关性,黏粒含量与含水量、容重、有机质和全氮含量之间存在显著相关性,含水量与容重、有机质和全氮含量之间也存在显著相关性,说明沙漠化过程中土壤各组分之间存在着密切的内在联系.