生物炭对宁南山区土壤持水性能影响的定位研究

为确定生物炭作为土壤改良剂对半干旱地区土壤持水性能的影响,以中国科学院固原生态试验站为研究基地,通过添加不同种类(锯末、槐树皮)、不同比例(1％,3％,5％,以干土质量计)生物炭的小区定位试验,研究生物炭添加6个月后表层土壤容重、田间持水量及持水性能的变化.结果表明:施入生物炭可以有效地改善土壤容重,提高土壤田间持水量和土壤的导水性能.其中槐树皮生物炭的作用效果优于锯末生物炭,且土壤的持水性能与生物炭掺量呈正相关关系.     

生物炭对东北黑土持水特性的影响

为探究生物炭对东北黑土持水特性的影响,系统研究3种添加比例(2%、5%、10%)、3种粒径(0.25、0.5、1 mm)的杨木炭和竹炭对3种质地东北黑土(壤土、砂壤土、砂土)田间持水量和含水率的影响规律,构建添加生物炭黑土的水分特征曲线,并采用Van-Genuchten和Broods-Corey模型进行拟合。结果表明:生物炭能显著提高不同质地东北黑土的持水能力,黑土的田间持水量与生物炭的添加比例呈显著正相关,而与生物炭的粒径呈负相关,0.5 mm和1 mm粒径的生物炭对黑土田间持水量的影响差异不显著,杨木炭显著优于竹炭,0.25 mm、10%添加比例的杨木炭对东北黑土持水能力的提高效果最优,壤土、砂壤土、砂土3种质地黑土的田间持水量和饱和含水率分别可提高64.97%、66.42%、69.39%和47.60%、38.93%、31.18%;Van-Genuchten模型能更精确的模拟添加生物炭黑土的水分特征曲线,最佳离心时间为100 min,三次函数曲线能够较好的拟合添加生物炭黑土的体积含水率与离心吸力之间的多元动态关系,为生物炭对各种质地东北黑土水分运动规律的深入研究提供理论依据。     

生物炭对云南典型植烟土壤持水性及烤烟产量的影响

为解决季节性干旱导致云南省烤烟减产的问题,开展了烟秆生物炭改善云南典型植烟土壤持水性的研究,进而为生物炭在烟叶生产中的推广应用提供依据。通过盆栽试验研究了穴施不同用量生物炭(0%、1%、4%、7%、11%干土重)对黄红壤(YR)、黄棕壤(YB)、赤红壤(LR)、水稻土(PD)和紫色土(PE)5种典型植烟土壤持水性的影响。结果表明:施用生物炭显著提升5种土壤持水性,一次浇水周期较对照延长1~5 d,对烤烟产量的影响因土壤类型而异。其中,1%~11%范围内,YR土壤持水性随着生物炭用量增加而降低,施用生物炭1%土壤持水性最好,与对照相比,烤烟生育期总补水量显著降低59.5%,土壤含水量平均下降速度显著下降50.4%,水分利用效率显著提高32.3%。但施用生物炭导致烤烟最高减产37.9%。YB土壤持水性随着生物炭用量增加呈升高趋势,施用生物炭11%最好,相比对照,烤烟生育期总补水量显著降低41.3%,水分利用效率显著提高93.3%,产量无显著提高。随着生物炭用量增加,LR土壤持水性先增加后降低,施用生物炭4%效果最好,烤烟产量和水分利用效率分别较对照显著提高46.2%和68.8%。随着生物炭用量增加,PD和PE的土壤持水性及烤烟产量呈现先增加后降低趋势,施用生物炭7%效果最佳,与对照相比,烤烟产量分别显著提高17.0%和55.6%,总补水量分别显著降低40.3%和26.8%,土壤含水量平均下降速度分别显著降低37.4%和36.5%,水分利用效率分别显著提高94.4%和121.7%。烟秆生物炭对于云南典型植烟土壤的保水效果明显,其最佳施用量视土壤类型而异。     

基于AMSR-E数据估测华北平原及东北地区土壤田间持水量

对田间持水量的遥感获取方法进行了探讨,基于传统的田间持水量测定方法--围框淹灌法的思路,利用AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer,即高级微波扫描辐射计)数据高时间分辨率的特点,提出了基于AMSR-E数据估测田间持水量的方法,并采用2003~2007年的AMSR-E数据制作了我国华北平原及东北地区的田间持水量分布图。结果显示东北地区北部、河南东部、安徽北部以及江苏北部等地区的田间持水量较高;由AMSR-E数据获取的田间持水量明显小于气象站点的测定值,与实测值的相关系数R2为0.522,与实测值有显著的相关关系,表明AMSR-E数据具有正确反映田间持水量的潜力。     

用毛细吸渗原理快速测量土壤田间持水量的研究

田间持水量是衡量田间土壤保持水分能力的重要指标,视为对作物有效的土壤水分的上限,对农田灌溉和作物水分管理具有十分重要意义。该研究提出了能快速测量土壤田间持水量的新型毛细吸渗法。该方法以田间持水量为无地下水影响下土壤基质所能吸持的最大含水量为物理基础,设计了一套满足田间持水量要求的实验方法、装置和程序,采用5种不同土壤测量了其田间持水量,并与用威尔科克斯法测量得到的田间持水量进行了对比。结果表明：所提出的新型测量方法,无论是基本原理还是室内试验均可行。与威尔科克斯法相比,其测量值略微偏小;两种测量值相关性很好,相差约为9％,产生这种现象的原因主要是土壤的吸湿过程与脱湿过程中土壤含水率的滞后所致。与传统的测量方法相比,该方法可大大缩短测量时间,具有利用前景。     

土壤持水量对生菜生长和镉浓度的影响

通过不同水分含量处理的盆栽试验和培养试验,探索土壤持水量对生菜生物量与Cd浓度,土壤pH和土壤Cd有效态的影响。结果表明,土壤持水量显著影响生菜的生物量,75%田间持水量（water holding capacity,WHC）处理生菜地上部鲜重最高,生菜鲜重与土壤持水量呈倒V型关系。土壤持水量也显著影响生菜地上部及根中Cd浓度,2者均与土壤持水量呈显著负相关关系,土壤持水量从45%WHC增加到65%WHC,地上部Cd浓度降低41%,生菜Cd含量从超过无公害标准到低于标准。盆栽试验中,乙酸铵-Cd浓度与水分处理水平没有显著相关性,生菜地上部Cd浓度与土壤的乙酸铵-Cd态也没有显著相关性。水分对土壤pH没有显著影响,但培养试验中土壤乙酸铵-Cd与水分处理水平显著负相关。初步推测土壤水分影响生菜地上部Cd浓度,不是通过影响土壤pH和Cd有效态来实现的。因此,可以通过调节土壤水分来控制中轻度重金属污染的设施菜地上叶菜可食部分的Cd浓度,这是一种具有较好应用前景的绿色调控措施。     

生物炭对黄土高原不同质地土壤中NO3-N运移特征的影响

为了解生物炭在抑制黄土高原农田土壤可溶态养分淋失方面的功效,通过人工模拟实验,研究土壤中添加生物炭后对硝态氮运移的影响,为黄土高原地区农田非点源污染防治及氮循环研究等提供科学依据。选择黄土高原地区三种不同质地土壤类型（风砂土、黄绵土、塿土）,通过室内土柱模拟研究方法,用连续流动分析仪（SKALAR-SAN⁺⁺）测定出流液的硝态氮浓度,通过硝态氮的穿透曲线分析在稳态条件下,生物炭添加及不同添加量对土壤中硝态氮运移的影响。结果表明:对于质地较粗黄绵土和风沙土,生物炭输入能够降低硝态氮的淋失,随添加量增加,其阻滞作用越强。对于质地较为粘细的土,添加生物炭反而促进了硝态氮淋失,随添加量增加,其促进作用越强。稳态条件下,三种土壤的硝态氮穿透过程均符合对流弥散方程。研究表明加入生物炭对不同质地土壤中可溶态养分的影响不同,可以促进质地较粗土壤的保肥能力,却不利于质地较为粘细土壤硝态氮养分的保持。     

生物质炭短期添加对不同类型土壤水力性质的影响

为探究生物质炭添加对农田土壤水力性质的影响，以我国10个地区农田耕层土壤为供试土样，通过室内模拟试验，研究4种生物质炭添加比例下(C0、C5、C10和C15，生物质炭体积占比分别为0%、5%、10%和15%)土壤饱和导水率(Ks)、水分特征曲线及van Genuchten模型拟合参数和水分常数的变化特征。结果表明：生物质炭添加对土壤渗透性能的影响与土壤质地密切相关；添加生物质炭后，砂粒含量较高的风砂土和黄绵土的Ks显著降低，C15的降幅分别为89.2%和85.0%；而黏粒含量较高土壤的Ks普遍升高，C15处理下赤红壤的增幅高达158.9%。生物质炭添加改变了土壤的持水能力，且变幅随着生物质炭添加量的增加而增大。生物质炭添加提升了各类土壤的饱和含水量(0.7%～17.6%)和低吸力段的持水能力；生物质炭添加对中、高吸力水平下各类土壤持水能力的影响存在差异，大致表现为砂质土持水能力提升、残余含水量增大、α值降低；而壤质、黏质土持水能力下降，残余含水量、田间持水量及凋萎系数均降低。研究结果可为考虑生物质炭施用的平衡模拟提供水力学基础参数，并为各地区农田生物质炭的合理施用提供科学依据。     

不同类型生物炭理化特性及其对土壤持水性的影响

[目的]对比分析不同原料制备的生物炭的理化性质及其对土壤持水性的影响,为选择合适的生物炭改良和修复土壤提供理论依据。[方法]以鸡粪、浒苔及稻草为原料,分高、中、低3种不同温度制备生物炭,运用元素分析、盆栽培养等试验研究其特性。[结果]稻草中C,H及灰分的含量较高,鸡粪中N含量较高,浒苔中C含量低,O含量较高;而在制备的生物炭中,鸡粪基生物炭C和N含量较高,浒苔基生物C含量却比较低。另外,3种类型生物炭的H/C摩尔比值随着热解温度的升高而逐渐降低,C/N比随着热解温度的升高而增大。不同原料制备的生物炭pH值随着热解温度的升高而增大,pH值从6.82~8.35升高至9.33~10.29;3种类型的生物炭pH值随着灰分含量的增大而增大,但增长速率不同,稻草基生物炭浒苔基生物炭鸡粪基生物炭。并且,随着热解温度的升高,鸡粪、浒苔及稻草基生物炭引起土壤持水性逐渐增强。[结论]在土壤提供营养成分方面,鸡粪基生物炭显然更具优势,而且在促进土壤持水性方面,鸡粪生物炭也相对更强一些。     

不同氮素水平下生物质炭、秸秆添加对陇中黄土高原旱作农田土壤活性有机碳的影响

针对黄土高原旱地小麦产量和土壤肥力水平低的问题,为更好地提升土壤肥力,达到稳产增产的效果,通过布设在定西李家堡镇的长期定位试验,研究了3种氮素(N)水平下(不施氮,施氮50 kg/hm^2,施氮100 kg/hm^2)生物质炭(B)、秸秆(S)添加(共9个处理)对陇中黄土高原旱作农田土壤有机碳及活性有机碳的影响。结果表明:相比于不施氮肥(CNO),其余施肥方式均可显著提升土壤有机碳含量,且以BN100的效果最为显著,0-5,5-10,10-30 cm土层分别提升了84.7%,69.3%,47.8%,BN0、BN50、BN100对土壤有机碳含量的提升效果明显好于SN0、SN50、SN100、CN0、CN50、CN100;相比于土壤有机碳,各处理对土壤各活性有机碳(MBC、EOC、DOC、HWOC)的影响以SN100最为显著,且均显著高于CN0、CN50、CN100;各处理对土壤有机碳及其组分含量的影响均表现出随土层加深而降低的趋势;相比于只施氮肥,生物质炭、秸秆添加下土壤有机碳及其各组分之间的相关性更加显著。相比于只施氮肥,生物质炭、秸秆的添加对于农田土壤有机碳及其活性有机碳组分含量的提升效果更加显著,生物质炭的添加对土壤有机碳含量的提升效果较好,而秸秆添加对活性有机碳含量的提升效果较为显著。研究结果对于土壤微生物环境的改善、土壤肥力的提升、减少土壤养分淋失、作物产量的提高都具有重要意义。     

黄土高原典型流域土壤抗冲特性研究

以黄土高原吕二沟流域为研究对象,采用原状土冲刷水槽法对研究区梯田耕地、坡耕地、草地、梯田果园、刺槐林共5种土地利用类型的土壤进行了抗冲试验。结果表明:(1)研究区不同土地利用类型的土壤抗冲性大小依次为:刺槐林>草地>梯田>果园>坡耕地;(2)根系对土壤抗冲性具有显著影响,有根系土壤相对无根系土壤的抗冲性有明显提高,平均提高了44.02%;(3)研究区土壤随坡度的增大抗冲能力减弱,其中22°～25°减少幅度最大;(4)对研究区不同土地利用类型土壤抗冲指数在流域尺度进行了空间异质性模拟,总体表现出越靠近流域上游和侵蚀沟坡上位置的土壤抗冲性越大的特性,其中刺槐林地和草地表现更为明显。     

爆破成腔增强黄土高原土壤蓄水能力的研究

采用L4(2³)正交表做1/2实施试验，研究爆破成腔技术在黄土高原土壤蓄水保墒中的作用。结果表明：爆破成腔技术是提高该地区农田土壤蓄水能力、改善旱季农田土壤墒情的有效措施；爆破成腔技术可使黄土高原农田在100 cm深度内的蓄水量增加10%～37%左右，无降水时间越长增加幅度越大。     

黄土高原塬区麦田土壤干旱特征

通过对黄土高原典型残塬董志塬麦田不同时期土壤各层次水分含量的分析,揭示了陇东黄土高原塬区土壤干旱特征。分析显示,麦田土壤从上层到下层,干旱发生频率呈现出逐渐增加的趋势,但干旱强度呈现出逐渐减弱的趋势;重旱主要出现在春末初夏,土壤中、上层出现概率最高,1 m以下土层基本不出现重旱现象;过湿现象主要出现在秋季,土壤中、下层出现概率最高,1 m以上土层基本不出现过湿现象;晚秋是董志塬麦田土壤含水量最丰沛的时期,春末初夏是最干旱的时期,早春出现重旱的几率较小。     

黄土高原旱区浅层黄土水分场的数值分析

[目的]研究黄土高原浅层土体水分场在春季连续干旱条件下的动态变化。[方法]通过非饱和黄土二维非稳态流有限元控制方程对黄土高原浅层土体水分场在不同气象条件下的动态变化进行数值计算。[结果]在连续干旱条件下水分场的计算结果与实测结果较为一致,受蒸发影响的土层最大厚度为1.8m,连续3个月的干旱使其平均含水率降低至7.9%,土壤蒸发强度随着含水率的减小而减小。强度较小且分散的降雨对于缓解连续干旱期黄土高原土壤干旱基本无效,大强度集中降雨只能在短时间内缓解土壤旱情。[结论]数值计算结果可为实际工程中植被类型的选择以及灌溉时间的把握所参考。     

黄土高原小流域土壤阳离子交换量分布特征及影响因子

通过对黄土高原陕北地区3个小流域(朱家沟、纸坊沟和泥河沟)27个采样点的54个土壤样品分析,应用统计方法讨论土壤阳离子交换量的分布特征和影响因子。结果表明:(1)在3个所选定的典型小流域中,土壤CEC呈现明显的地带性,从北到南,CEC值显著升高。(2)在同一流域,CEC垂直地带变化基本表现为随高度降低而增大;而在同一剖面中,表层土壤CEC值总是高于下层。通过相关性分析和逐步回归检验,得出在粘土矿物类型基本相同的前提条件下,影响CEC值变化的主要因素有pH值、土壤黏粒含量和有机质含量,粉粒含量的影响较小,而砂粒含量则与CEC表现出显著负相关。     

黄土高原南北主要类型土壤氮组分相关关系研究

黄土高原作为典型生态脆弱区,不同植被覆盖下土壤氮组分分布特征及相关关系研究一直受到学术界的广泛关注。本研究采集从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨凌)等典型土壤剖面0~200 cm土层土样,分析了土壤全氮及酸解有机氮含量、酸解有机氮主要组分与微生物生物量氮之间的相关性,以期阐明黄土高原典型土壤主要氮组分之间的相关性及其特点。结果表明:黄土高原从北到南典型土壤全氮与微生物生物量氮、固定态铵及酸解有机氮各组分含量之间的相关性均达到极显著水平(P0.01),微生物生物量氮除了与固定态铵及酸解氨基糖态氮没有显著相关性外,与其余氮组分均达到极显著线性相关水平(P0.01),且酸解氨基酸态氮是微生物生物量氮的主要贡献者。     

黄土丘陵区须根系作物地土壤分离季节变化研究

采用变坡试验水槽的试验方法,研究了黄土丘陵区典型须根系作物玉米和谷子在生长季土壤分离能力的季节变化及潜在影响因素。结果表明:在作物生长季,须根系作物玉米地和谷子地的土壤分离能力具有明显的季节变化(P0.05),并表现出了相似的季节变化模式;两种作物地土壤分离能力的季节变化主要受到农事活动、土壤硬化、水稳性团聚体和作物根系生长的影响;两种作物地的土壤分离能力可以用土壤粘结力、作物根系密度和水流剪切力很好地拟合(R~20.75,NSE0.74)。     

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。