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。     

柑橘园地土壤分离能力对集中流水力学参数的响应

[目的] 探究三峡库区典型坡地橘园土壤分离能力与集中水流水力学特性参数间的数学关系,为坡地橘园土壤侵蚀预测建模提供理论依据与数据支撑。[方法] 通过集中流冲刷试验,分析在不同坡度(10°~30°)与流量(18~126 L/min)组合的梯度水动力条件下,清耕样地与绿肥(白三叶、早熟禾和野豌豆)覆盖样地的土壤分离量,探讨柑橘园地土壤分离能力与水流动力参数(水流剪切力、水流功率)、流态流型参数(雷诺数、弗罗德数)、阻力参数(Darcy-Weisbach阻力系数、曼宁系数)的定量关系并建立相应的数学模型。[结果] 绿肥覆盖与清耕柑橘园地的土壤分离能力均与各水力学参数有显著相关性;土壤分离能力与水动力和流态流型参数呈幂函数正相关(R²为0.86~0.99,NSE为0.88~0.98,p＜0.01),与水流阻力参数呈幂函数负相关(R²为0.32~0.60,NSE为0.39~0.64,p＜0.05),表明土壤分离能力随水动力和流态流型参数的增大而显著提高,随阻力参数的增大而显著下降。[结论] 在绿肥覆盖或清耕柑橘园地,水流剪切力对土壤分离能力的预测效果优于水流功率;雷诺数预测土壤分离能力的效果优于弗罗德数;Darcy-Weisbach阻力系数的预测效果优于曼宁系数。总体来说,水流剪切力预测土壤分离能力的效果最好,精度最高(R²平均值为0.96,NSE平均值为0.96)。     

在土壤不受干扰条件下N矿化2/3规律研究

It is reported in literature that globally, only about two-thirds of N in nutrient sources is available to plants and microbes in soils under undisturbed conditions. The present study explores this phenomenon and suggests a new theory to explain this. Diffusion of NH4^＋ from microsite sources is considered here and analyzed for a capillary of the soil system. It has been found that 68% of NH4^＋ diffused from the nutrient source is initially preserved in the proximity of the nutrient source, whereas, the remaining 32% is diffused away from the nutrient source and possibly immobilized in the nonexchangeable abiotic pools or lost. The NH4^＋ that has been initially retained near the microsites is gradually released to the mineral pool. Thus, about two-thirds of NH4^＋ released from microsites is available only to plants and microbes in the soil. This is a universal, natural mechanism of nutrient conservation for plant and microbial availabilities. The theory has important implications and applications in recommending N fertilizations in the forms of organic or mineral sources to plants grown across various soil textures, for which further studies are needed. Any deviations from this theory can mainly be attributed to various disturbances to the soil; for example, mechanical disturbances, nutrient leaching, and variations in pH and soil faunal activities. This theory may apply to other elements mineralized in the soils under undisturbed conditions, which must be investigated in future studies.     

风沙区不同种植制度下的土壤风蚀效果研究

为探究不同种植制度对风沙区喷灌圈耕地土壤风蚀效果的影响,以马铃薯-冬闲-玉米轮作(PT)、玉米-冬闲-玉米连作(SF)、马铃薯-燕麦-玉米轮作(WF)三种种植制度的喷灌圈耕地为研究对象,并以周边固定沙地(CK)为对照,春耕前采集表层0～5 cm土壤,用筛分法测定土壤的机械组成,分析土壤粒度参数及颗粒分形维数.结果 表明...     

离散单元法在土壤机械特性动态仿真中的应用进展

简述了离散单元法的基本原理及其国内外发展现状，介绍了目前地面力学研究领域中离散单元法在土壤机械特性动态仿真中的应用情况，分析了离散单元法在土壤动态行为仿真中应用的可行性，指出离散单元法应用于土壤这样的多相不连续复合体系中，以离散单元的总体行为来描述土壤动态行为具有独特的优越性，提出了离散单元法在土壤动态特征研究中的发展趋势和近期需要解决的关键问题。     

根系及盐分含量对农田土壤干缩裂缝发育规律的影响

为研究不同根系含量和盐分含量土壤表面干缩裂缝的发育规律,该文提出了一套基于数字图像处理的裂缝几何参数提取方法,分析裂缝形态随含水率的变化规律。结果表明:随着含水率的降低,不同根系含量条件下裂缝面积密度和长度密度的差异显著(P0.05),裂缝发育稳定时根系含量越大,面积密度越小,长度密度越大。盐分质量分数为2.0%的土壤试样在整个干燥过程中裂缝面积密度明显比其他低盐分含量的试样高。当含水率27%时,盐分含量对土壤裂缝面积密度的影响差异明显,不同盐分含量的土壤裂缝面积密度和长度密度均差异显著(P0.05),说明盐分含量越大,稳定时土壤裂缝面积密度越大,长度密度越小。该成果对指导开裂土壤的农田灌溉具有重要的实践意义。     

油-稻轮作条件下土壤硫形态消长规律的研究

土壤无机硫主要是水溶和吸附态SO2-4,它能被作物直接吸收.有机硫是作物利用硫的主要来源,分为HI还原有机硫(硫酸酯)、碳键硫(C-S)和惰性硫.有机硫只有转化为SO2-4后才能为作物吸收[1].     

岩溶山区土壤性质及其对土下溶蚀速率的影响

以重庆中梁山岩溶山区为例,通过野外溶蚀试片法和测量土壤孔隙度、容重、水分、有机碳含量和pH值的方法,探讨雨季和全年不同土地利用方式下土壤性质变化及其对土下岩石溶蚀速率的影响。结果表明:不同季节不同土地利用方式下土下岩石溶蚀速率差异显著,雨季溶蚀速率要大于全年溶蚀速率,雨季溶蚀量对全年溶蚀量贡献较大,雨热同期有利于岩溶作用的进行。总体上,不同土地利用方式下土下岩石溶蚀速率大小顺序为:林地>草地>菜地>耕地,其中林地最大,耕地最小。土壤有机碳、pH值、孔隙度和水分等相互联系,相互作用共同影响土下岩石溶蚀速率。人类活动能够改变土壤理化性质,促进或抑制岩溶作用的进行。林地利于碳酸盐岩石的溶蚀,促进石灰岩地区溶蚀成土速率,在岩溶区提高植被覆盖率是防治石漠化的有效措施。     

不同利用方式下亚热带花岗岩流域元素收支平衡 及其对土壤酸化的影响

选取亚热带花岗岩区不同利用方式下的3个相邻小流域(F:100%森林;FA1:82%森林+18%农田;FA2:76%森林+24%农田),通过定期监测与分析雨水和径流水的元素组成,获得了流域尺度元素的降水输入与径流输出特征,在此基础上分析了元素收支平衡及其对土壤酸化的影响。结果表明:雨水中离子输入总量为181.74 kg/(hm~2·a),夏季输入量约占全年输入量的45%,Ca~(2+)、Na~+和NH_4~+约占阳离子输入总量的80%,SO_4~(2–)和NO_3~–约占阴离子输入总量的74%。F、FA1和FA2流域径流水中离子输出总量分别为236.81,153.17和243.36 kg/(hm~2·a),夏季输出量约占全年输出量的39%~47%,Ca~(2+)和Na~+约占阳离子输出总量的81%~86%,SO_4~(2–)和NO_3~–约占阴离子输出总量的65%~70%。降水和径流水的元素收支平衡表明,F、FA1和FA2流域中SO_4~(2–)、NO_3~–、Cl~–、NH_4~+和H~+均表现为净输入,其中SO_4~(2–)的净滞留量最高,分别为13.7、30.43和20.49 kg/(hm~2·a);而Ca~(2+)、Mg~(2+)和Na~+均表现为净输出,其中Na~+的净输出量最高,分别为28.99、14.96和31.76 kg/(hm~2·a)。F、FA1和FA2流域内酸雨直接输入的H~+为818 mol/(hm~2·a),而流域内氮素转化产生的H~+分别为396、389和401 mol/(hm~2·a),占H~+输入总量的32%~33%。F、FA1和FA2流域的土壤酸化速率分别为996、1 069和1 035 mol/(hm~2·a),表明即使不考虑农业施肥的情况下农林复合流域(FA1和FA2)的土壤酸化速率仍高于森林流域(F)。     

不同压实水平下铁尾矿砂和土壤的水力学特征比较

由于尾矿砂的不良结构和严重压实,水土流失严重,水分已成为其生态恢复的重要限制因素。因此以水分运移为主线,通过室内土柱模拟,研究铁尾矿砂和土壤在自然状态到最大压实状态间5个压实水平(铁尾矿砂1.50~1.70 g/cm^3,土壤1.30~1.50 g/cm^3)的水力学特征差异,为尾矿砂的合理改良提供依据。结果表明:铁尾矿砂自然容重1.50 g/cm^3的水分入渗能力低于土壤自然容重1.30 g/cm^3的水分入渗能力。随容重的增大,尾矿砂和土壤的水分运移特征均呈幂函数减小的趋势,但分别在1.60,1.40 g/cm^3处入渗能力明显降低。从水分参数入渗率、湿润锋距离、累计入渗量、饱和导水率、剖面水分分布整体来看,在较低容重范围内,土壤水分运移能力高于铁尾矿砂,但由于容重对土壤水分运移的影响大于铁尾矿砂,在较高容重范围内,土壤的水分运移能力则不如铁尾矿砂。铁尾矿砂和土壤的水分特征曲线形状也完全不同,铁尾矿砂呈现"上凸"形,表现为高吸力段缓低吸力段陡,土壤水分特征曲线均为"下凹"形,表现为高吸力段陡低吸力段缓。因此,尾矿砂中可以添加土壤或者类似土壤结构的基质来增强其不良的持水性和导水性,促进生态恢复。     

中国小麦绿色全要素生产率时空特征及影响因素

小麦生产向绿色化转型是保障中国粮食安全以及小麦产业可持续高质量发展的必然要求,该研究以面源污染和碳排放量作为非期望产出,使用超效率SBM-ML模型测算了2004-2019年15个省份的小麦绿色全要素生产率,并使用Tobit模型在经济水平、财政投资、资源禀赋、生产条件等4个方面,对小麦绿色全要素生产率的影响因素进行了实证分析。结果表明,在时间变化上,小麦绿色全要素生产率在2004-2019年间整体处于下降态势,说明小麦产量提高的同时确实付出了环境破坏的代价,技术\     

中国蔬菜绿色全要素生产率时空特征与空间错位

为评估中国蔬菜绿色生产率,提升蔬菜生产绿色发展水平,推进农业高质量发展。该研究采用超效率SBM-ML模型、空间错位指数、主成分分析法等方法,探究2011—2020年中国30个省市蔬菜绿色全要素生产率的时空格局演变与空间错位特征,识别影响中国蔬菜绿色全要素生产率的主要因素。研究结果发现：1）2011—2020年中国蔬菜绿色全要素生产率整体呈下降趋势,由1.023 1降低到0.741 4,蔬菜生产与生态环境可持续发展的协调程度降低,其中技术效率下降和技术退步共同拖累了蔬菜绿色全要素生产率的提高。2）2011—2020年中国蔬菜绿色全要素生产率增长呈“东高西低,南高北低”的空间分布特征。北回归线以南产区蔬菜绿色全要素生产率最高,西北产区蔬菜绿色全要素生产率最低,其差异主要取决于水土资源供给状况与市场需求规模等因素。3）2011—2020年中国蔬菜绿色全要素生产率与技术效率的空间错位由北向南大致呈现“正向错位—负向错位”的变化趋势,整体以低错位为主。东北产区、中部产区地势平坦,农业生产条件良好,有利于蔬菜规模化种植。2011—2020年中国蔬菜绿色全要素生产率与技术进步的空间错位呈显著的“东正西负”的空间分布特征,且空间错位程度较大,负向错位省份数量由13个增至17个。由于蔬菜生产过于追求经济效益,忽视了绿色生产技术的投入。4）经济发展水平、资源环境禀赋和交通通达性是影响中国省域蔬菜绿色全要素生产率变化的主要因素,其中城镇化率和人均可支配收入等经济要素对蔬菜绿色全要素生产率的影响最为明显。研究结果可准确把握现阶段蔬菜绿色生产现状,为农业绿色转型发展提供借鉴。     

中国粮食产量变化的时空格局与影响因素

基于1990-2011年分省面板数据,应用均值、标准差与区位基尼系数揭示了中国粮食产量的阶段特征与主导类型,进而利用空间面板计量经济模型探讨了中国粮食产量变化的影响因素。结果表明:中国粮食产量变化可分为3个阶段,主要年份各粮食主导类型包含的省份存在较大差异;土地投入的影响由强转弱,劳动力依次表现为正显著、不显著与负显著,不同类型的资本投入存在迥异的影响效应;粮食产量同时受到农业结构调整、非农产业发展等宏观背景以及空间随机误差溢出效应的影响;不同主导类型的粮食产量变化机制存在差异,体现要素边际报酬递减、规模效应、政府调控等内在规律与外在因素的综合作用。该文揭示了全国及各主导类型的粮食产量波动原因及其作用规律,有助于确定各区域粮食增产的主要制约因素与提升途径,该研究为中央制定差别化的粮食生产支持政策提供参考。     

长期不同施肥措施下潮土冬小麦农田基础地力演变分析

农田基础地力提升对于减施肥料和作物稳产高产有着重大现实意义,该文依托潮土长期定位试验,采用DSSAT(decision support system for agro-technology transfer)模型分析了长期不同施肥条件下冬小麦农田基础地力的演变规律及其影响因素。结果表明,不同施肥显著影响冬小麦的农田基础地力产量,18a连续施用氮磷钾化肥(NPK)、NPK配施有机肥(NPKM)、高量NPK配施有机肥(1.5NPKM)和NPK配施秸秆还田(NPKS)的农田基础地力均得到提升,其基础地力产量分别增加了721、1033、2108和1306kg/hm2,增长率分别为29.6%、42.4%、86.6%和53.7%,平均每年提高1.6%、2.4%、4.8%和3.0%,其中以1.5NPKM处理更能有效提高冬小麦农田基础地力产量。1991-2008年冬小麦的基础地力贡献率在36.5%～70.9%,各处理18a年均基础地力贡献率分别为42.5%、59.9%、58.9%和52.5%,大小顺序为NPKM>1.5NPKM>NPKS>NPK,说明有机肥或秸秆与化肥配施比单施化肥更能有效提高农田基础地力产量及地力贡献率。基础地力贡献率与土壤全钾、全磷含量无显著相关性,与土壤有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量均达到了极显著相关,其中有机碳和全氮与基础地力贡献率相关度最高,说明土壤有机碳和全氮是潮土区基础地力的主要影响因素,是潮土区基础地力的主要评价指标。     

粮食筒仓储粮和卸粮状态下的仓壁侧压力试验研究

为了研究粮食筒仓在储粮状态下的仓壁静态侧压力及中心卸粮状态下的仓壁动态侧压力,该研究利用仓身直径400 mm、仓壁高度700 mm的模型筒仓,以小麦为储料,分别进行了100%、80%和50%仓容3种状态下的静态储粮及中心卸粮的侧压力测试试验,并将仓壁压力实测结果与中国、欧洲和美国相关规范的计算值进行对比。试验结果表明:100%、80%和50%仓容时,仓壁静态侧压力实测值与中国规范计算值的偏差率最小,与美国规范计算值的偏差率最大,其中,距储粮顶面600(100%仓容状态)、160(80%仓容状态)和250 mm(50%仓容状态)处的仓壁静态侧压力实测值超过中国规范的计算值,经过修正后,仓壁静态侧压力实测值均小于规范的计算值;仓壁静态侧压力实测值均小于欧洲和美国规范;在相同高径比时,储粮仓容越小,仓壁静态侧压力实测值与各国规范静态侧压力计算值偏差率越大。与中国规范相比,欧洲和美国规范更偏于安全。仓壁动态侧压力试验结果表明:对于相同高径比的筒仓,中心卸粮情况下,在小麦顶面处于整体流动状态时,不同初始仓容卸粮至同一高度时,同一测点的动态侧压力不同,100%仓容卸粮至50%仓容时C1测点(距仓壁下边缘100 cm处)的动态侧压力为3.376 kPa,80%仓容卸粮至50%仓容时C1测点的动态侧压力为1.528k Pa;小麦由整体流动变为管状流动的过程中均出现超压现象,100%、80%和50%仓容的最大超压系数分别为2.76、2.90和2.68;100%、80%和50%仓容出现管状流动状态的高度位置逐渐下降,说明管状流动的出现位置与初始的储粮仓容相关,初始仓容越小,粮食上表面出现管状流动的位置越低;相同卸粮口卸粮时,出粮高度随时间的变化曲线斜率均约为16.1,即卸粮速率一致;下部测点出现动态侧压力峰值的时间滞后于上部测点。试验结果可为筒仓规范的编制修订提供依据,为粮食筒仓设计提供参考。     

旱作地区长期小麦连作和苜蓿连作土壤剖面的矿质氮研究

对不同施肥条件下23年小麦连作地和苜蓿连作地土壤矿质氮分布和累积进行研究,探讨种植浅根系和深根系植物对硝态氮淋溶的影响。结果表明,不施肥(CK)和单施磷(P)肥,小麦和苜蓿连作地土壤硝态氮主要集中在0—60 cm土层,0—60 cm土层以下硝态氮含量变化稳定并小于2 mg/kg。氮肥、磷肥和有机肥配施(NPM)时,小麦连作地土壤硝态氮累积在20—100 cm和140—320 cm土层,年累积速率可达42.12 kg/(hm2.a);苜蓿连作土壤硝态氮主要集中在0—60 cm土层,仅在200—300 cm土层出现轻微累积,年累积速率仅为1.01 kg/(hm2.a)。在不施肥和单施磷肥下,种植小麦或苜蓿对土壤硝态氮残留量影响不显著,而氮、磷和有机肥配施时,小麦连作地土壤硝态氮残留量迅速增加,并与不施肥、单施磷肥处理有显著差异;苜蓿连作地土壤硝态氮残留量虽有少量增加,但与不施肥、单施磷肥处理无显著差异。不施肥、单施磷肥和氮、磷和有机肥配施,小麦连作、苜蓿连作地土壤剖面铵态氮含量主要在10—20 mg/kg之间波动,在土壤剖面无明显的累积现象,铵态氮残留量受施肥和作物种类的影响不显著。     

Effect of green revolution technology from 1970 to 2003 on sawah soil properties in Java,Indonesia: I. Carbon and nitrogen distribution under different land management and soil types

Abstract

Many countries have reported that green revolution (GR) technology caused some adverse effects on agricultural lands, but there is no research on the effects of GR in Indonesia. To evaluate the effect of GR technology on sawah soil in Indonesia, a comparative study between seedfarms, where GR technology has been continuously applied, and non-seedfarms was conducted in Java as a pioneer place of GR technology in Indonesia and, in particular, on the carbon and nitrogen status in sawah soils. The term sawah refers to a leveled and bounded rice field with an inlet and outlet for irrigation and drainage. Soil samples collected by Kawaguchi and Kyuma in 1970 and new samples taken in 2003 from the same sites or sites close to the 1970 sampling sites were analyzed and compared. During the period 1970–2003 the land-use pattern of sawah in seedfarms and non-seedfarms did not change, but cultivation intensity increased. The results showed that total carbon (TC) and total nitrogen (TN) contents significantly increased from 31.90 to 40.42 Mg ha^?1 and from 3.04 to 3.97 Mg ha^?1, respectively, and TC and TN were mostly found accumulated in the surface soil layer. The difference in land management practices between seedfarms and non-seedfarms affected the change in TC and TN content in the 0–20 cm soil layer from 1970 to 2003. In seedfarms, where rice had been planted in a monoculture system, TC and TN contents in the 0–20 cm soil layer increased from 34.50 to 39.24 Mg ha^?1 and from 3.16 to 3.95 Mg ha^?1, respectively. In non-seedfarms, TC and TN increased more than in seedfarms from 29.77 to 41.37 Mg ha^?1 and from 2.94 to 3.98 Mg ha^?1, respectively. Within the 0–100 cm soil layer, TC and TN increased from 92.68 to 112.83 Mg ha^?1 and from 9.34 to 12.03 Mg ha^?1 and from 79.60 to 114.86 Mg ha^?1 and from 8.93 to 11.44 Mg ha^?1 for seedfarms and non-seedfarms, respectively. No significant difference was observed between the two main soil types, Inceptisols and Vertisols, in Java. Intensive use of sawah over a long time may eliminate the original difference in the properties of these two soil types.     

Long-term productivity growth and sustainability of Greek irrigated agriculture

The present study examines the long-term productivity growth and sustainability of Greek irrigated agriculture. A log linear trend model was used to measure long-term productivity growth, and the total factor productivity (TFP) approach measures the sustainability of the irrigated production system. A time series database of inputs and outputs data were used for the production period of 1961?–?2001 (41 years) which revealed that there is an increasing trend in the irrigated area of the country. The annual growth rate of the irrigated area is 2.6% during this time period. The long-term trends in yields of crops grown in irrigated agriculture are positive. Fertilizer use rate per ha sharply increases during this period. The productivity of irrigated Greek agriculture also increases over the time period as a result of the introduction of High Yielding Variety (HYV), seed, fertilizer and water technology. The measurement of TFP indices indicates that the long-term trend in productivity growth of irrigated Greek agricultural system is positive. The result implies that the irrigated Greek agricultural production system has long-term sustainability. The result also indicates that fertilizer, fixed capital, rainfall and temperature are positively contributing to the mean production of Greek irrigated agriculture. On the other hand, pesticide, labour and fixed capital reduces variability of irrigated agriculture. To this end, long-term agricultural sustainability depends on patterns of input use.     

喀斯特峰丛洼地退耕还林还草工程的植被土壤耦合协调度模型

植物和土壤的耦合协调关系是生态恢复、退耕还林还草工程顺利实施的关键。该文基于典型喀斯特峰丛洼地7种代表性退耕还林还草模式植被土壤的全面调查和取样分析,建立9个植被因子和15个土壤因子的2级层次指标体系,采用层次分析法确定各因子的权重,构建了7种模式的植被土壤耦合度和耦合协调度模型。结果表明：不同退耕还林还草模式的耦合度和耦合协调度并不一一对应,植被与土壤的综合指数在全体模式中的位置也并不完全一致,退耕种植任豆+桂牧1号的植被效应和退耕种植香椿的土壤改良作用最好。退耕5年后各模式的植被土壤耦合协调状况还不十分理想,除香椿和撂荒处于中级协调发展时期外,其他退耕模式均还处于失调衰退和过度发展时期,耦合协调度模型只有桂牧1号和撂荒处于植被土壤同步型。喀斯特峰丛洼地实施退耕还林还草工程时应同步提高植物生长抚育和土壤管理水平。