灌溉水质对土壤水力性质和物理性质的影响

本文研究了灌溉水质对田间原状土壤非饱和导率水率的影响及其机理,研究结果表明,灌溉水质对土壤导水率有显著影响,随灌溉水矿化度增加,土壤导水率变大,而灌溉水钠吸附比（ＳＡＲ）则有相反的作用,ＳＡＲ愈高,土壤导水率愈低,本文还研究了灌溉水非常低的矿化度对土壤导水率产生的不可逆效应以及表土和度土导水率的差异,同时还研究了灌溉水质对土壤物理性质的影响。     

灰色关联及非线性规划法构建传递函数估算黑土水力参数

土壤水分特征曲线和饱和导水率是重要的水力参数,为了简便准确获取这些参数,以松嫩平原黑土区南部为研究区域,采集136个采样点土样用于测定不同土层土壤水分特征曲线、饱和导水率以及土壤理化性质,并运用灰色关联分析确定影响土壤水力参数的主要土壤理化性质,采用非线性规划构建土壤分形维数、有机质、干容重、土壤颗粒组成与土壤水分特征曲线、饱和导水率之间的土壤传递函数,并通过与现有土壤传递函数对比分析进行精度验证。结果表明:1)土壤分形维数是估算土壤水分特征曲线模型参数和饱和导水率的主要参数之一,同时,干容重和有机质含量也在不同土层土壤传递函数中起到重要的作用;2)通过验证分析,不同土层各参数平均绝对误差接近于0,均方根误差值也都较小,其中在不同土层土壤传递函数估算的土壤含水率均方根误差分别为0.022、0.017cm~3/cm~3;3)对比分析其他已存的土壤水分特征曲线和饱和导水率的土壤传递函数,该文构建的土壤传递函数均方根误差值均较小,决定系数值都在0.66以上,表明估算精度较高,均好于其他方法估算精度,具有良好的区域适应性。综上,所构建的土壤水分特征曲线和饱和导水率土壤传递函数可以用于松嫩平原黑土区土壤水力参数估算。     

不同耕作方式对砂姜黑土孔隙结构特征的影响

砂姜黑土黏闭僵硬问题突出，耕作是改良其结构的重要措施之一。本文基于安徽龙亢农场砂姜黑土耕作试验基地，采集免耕（No-tillage, NT）、旋耕（Rotary tillage, RT）和深翻（Deep ploughing, DP）处理的原状土柱（高20 cm，直径10 cm），利用X射线CT扫描技术和ImageJ 软件等对土壤孔隙结构进行三维重建和可视化处理，定量分析了不同耕作方式对土壤的孔隙度、孔径大小分布、孔隙形态特征、网络特征以及土壤饱和导水率的影响。结果表明：（1）与免耕相比，旋耕和深翻下土壤的大孔隙度分别增加了192.7%和261.1%（P < 0.05）；与旋耕相比，深翻下土壤大孔隙度增加了23.4%；（2）相较于免耕，旋耕和深翻显著增加了土壤孔隙的水力半径、紧密度、分形维数和全局连通性（P < 0.05），显著降低了各向异性程度和欧拉数（P < 0.05），土壤饱和导水率得到显著提升，且深翻的改良效果总体优于旋耕；（3）相关分析表明土壤饱和导水率与除水力半径外的孔隙结构特征参数均存在显著相关（P < 0.05），其中与连通性最大孔隙度的相关性最高（r=0.833**，P < 0.01）。综上所述，深翻扩大了土壤孔隙的水力半径，改善了连通性，提升了复杂程度，从而构建了相对良好的土壤孔隙形态和网络结构，提高了导水能力，消减砂姜黑土结构性障碍效果显著。     

黄土丘陵区典型植被土壤物理性质差异及其对导水特性影响

选取黄土丘陵区12种典型植被样地,通过测定各样地不同土层植物残体生物量、土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及饱和导水率,研究各指标随土层深度和植被类型的变化规律及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)除容重随土层深度增加外,植物残体、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和饱和导水率均随土层深度减少,其中植物残体大多集中于表层土壤(0—10 cm),占总残体生物量的51.4%～85.7%。(2)不同植被类型其植物残体及土壤物理性质存在显著差异,乔木林地植物残体、农耕地土壤容重、灌木林地非毛管孔隙度及饱和导水率均最大,而毛管孔隙度与不同土地利用类型间无显著差异。(3)饱和导水率随植物残体生物量密度(0—10 cm)和土壤容重呈幂函数减小,随毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈幂函数增大;土壤容重(BD)和非毛管孔隙度(NCP)是影响土壤饱和导水率(K_s)的主要因素,且土壤饱和导水率可表示为两者的综合非线性方程(K_s=0.6BD~(-4.717)NCP~(0.203),P0.01,R~2=0.63,NSE=0.50)。此外,沙棘灌木林地平均饱和导水率最大,有利于降雨过程中土壤水分入渗,具有较强的水土保持功能。本研究结果可为黄土高原植被恢复生态水文效益评价提供理论依据。     

土壤容许流失量研究的方法--以东北典型黑土区为例

概述了国内外土壤容许流失量的发展历史、国内外的应用及研究方法。对东北典型黑土分布、形成、及其侵蚀现状做了阐述。结合前人经验对东北典型黑土区丁值的确定进行了方法上的分析。     

晋陕蒙地区土壤质地重构对土壤水力性质的影响

[目的] 探究晋陕蒙地区土壤质地重构对土壤水力性质的影响,评价砒砂岩不同添加量对砂黄土的改良效果,为该区沙化土地修复工作提供理论依据。[方法] 将砒砂岩与砂黄土按照不同配比进行重构,研究其饱和导水率、土壤水分特征曲线、土壤有效持水量等指标。[结果] ①随着砒砂岩比例的增加(0%～100%),重构土中砂粒(0.05～2 mm)含量下降8.1%～33.5%,粉粒(0.002～0.05 mm)和黏粒(＜0.002 mm)含量分别增加5.2%～21.0%,2.9%～12.5%。当砒砂岩与砂黄土比例达到75∶25时,重构土壤质地由砂壤土转变为壤土;当砒砂岩与砂黄土按照25∶75比例混合时,该处理在10 ℃时的K_s为4.07×10^-6 m/s,与黄土高原地区典型的黄绵土田间自然状态下的K_s值相近; ②砒砂岩添加量对土壤水分特征曲线的影响主要在高吸力段,当砒砂岩与砂黄土的比例为25∶75时,土壤水分有效性相对较高; ③随着砒砂岩含量增加土壤保水性能呈现上升趋势,砒砂岩的添加比例越高,重构土壤饱和含水量(θ_s)和残余含水量(θ_r)越大。[结论] 砒砂岩与砂黄土按25∶75比例重构(土壤容重1.41 g/cm³)土壤有效持水量显著高于其他处理,是晋陕蒙地区土壤改良的有效方法。     

耕作措施和秸秆还田对双季稻田土壤氮渗漏的影响

针对免耕稻田土壤物理性状的改变引起的土壤氮素淋洗问题,通过定位试验研究了不同耕作措施的稻田土壤氮素特征,为免耕稻田氮素的高效利用提供依据。研究在我国双季稻典型区湖南省宁乡县长期定位试验田进行,该试验地自2005年设置免耕秸秆还田（NT）、旋耕秸秆还田（RT）、翻耕秸秆还田（CT）和翻耕秸秆不还田（CT0）4种耕作处理,重复3次。使用定水头法分层测定0～80 cm土壤导水率,测定分析各处理80cm处土壤渗漏液铵态氮、硝态氮含量差异。研究结果表明,NT 0～80 cm土壤的饱和导水率较CT提高了63.14%,NT铵态氮、硝态氮渗漏量显著高于其他处理。秸秆还田措施使早稻耕作覆水初期渗漏水中硝态氮含量显著高于不还田处理。从全年淋失总量估算结果来看,各处理铵态氮渗漏量约是硝态氮的2倍。总之,相对于耕作处理,免耕会使氮素淋失量增加,而长期淹水条件下稻田铵态氮渗漏应得到更多的重视。     

广西龙脊梯田区森林类型对土壤水力特性的影响

[目的] 研究不同森林类型土壤水力特性的变化特征,为区域生态景观建设与水源涵养功能提升提供科学依据。[方法] 以广西壮族自治区龙脊梯田区不同森林类型（竹林、杉木林、混交林）和梯田为研究对象,调查不同土层（10,20,40,60 cm）土壤物理特性,分析土壤水力性质差异及其影响因素。[结果] ①龙脊梯田土壤质地主要为粉砂质壤土;各层次土壤黏粒含量差异显著,而粉粒和砂粒含量差异不显著; ②杉木林和混交林各层次土壤容重差异性不显著,竹林与梯田下层土壤容重均显著大于上层;土壤毛管孔隙度、总孔隙度、田间持水量总体呈现：混交林>杉木林>竹林>梯田; ③竹林土壤渗透能力最强,杉木林和混交林次之,梯田最弱; ④相同土壤吸力下,混交林和杉木林土壤体积含水率大小相当,土壤持水能力均大于竹林和梯田。土壤容重、孔隙度（毛管孔隙度、总孔隙度）是土壤渗透性和持水性的主要影响因子,其中饱和导水率与土壤容重呈显著负相关,与孔隙度呈显著正相关;土壤水分特征曲线拟合参数θ_s与土壤容重、孔隙度（毛管孔隙度、总孔隙度）分别呈极显著负、正相关,α与土壤孔隙度呈显著正相关。[结论] 竹林土壤渗透性能最强,而土壤持水能力较弱,杉木林、混交林均具有较强的土壤持水能力,能发挥很好的水源涵养功能。     

黑土坡耕地土壤侵蚀对土壤性状的影响

黑土作为东北地区主要的耕作土壤,其结构性状对土地生产力影响极大。土壤侵蚀使肥沃的黑土层减薄,土壤理化性状不同程度地受到破坏和影响。根据黑土侵蚀现状,对不同侵蚀程度黑土坡耕地的养分状况、土壤田间持水量和渗透速度、抗蚀抗冲性能指标的测定分析发现,黑土侵蚀程度由轻度到重度,土壤有机质等养分含量越来越低;土壤蓄渗水能力逐渐减小;土壤抗蚀抗冲性能亦逐渐降低。黑土坡耕地土壤侵蚀程度的加剧,使得土壤有机质含量减少,保肥供肥能力降低,土壤黏度加重,结构变劣,保水能力减弱,影响农作物的生长发育,势必对我国东北黑土区商品粮基地的重要地位构成严重威胁。     

PAM对土壤物理性状以及水分分布的影响

为了研究聚丙烯酰胺（PAM）在黄土高原自然条件下对土壤物理性状和水分分布的影响,采用表面撒施的方法研究了12个不同处理小区的土壤体积质量、饱和导水率以及水分分布的变化。结果表明,在0～2 g/m2范围内添加PAM可以减小土壤体积质量增加土壤饱和导水率,但用量超过2 g/m2土壤体积质量开始增加。饱和导水率开始降低。在0～ 3 g/m2均可用二次曲线进行描述,相关系数达到95%以上。表层土壤含水量随着PAM添加量的增加而升高,20～60 cm土层土壤含水率随着PAM用量的增加出现交叉现象,60～100 cm土层随着PAM用量的增加而增加,在2 g/m2用量时达到最高,再增加PAM用量土壤含水率反而有降低趋势。100 cm以下土层变化不明显。该研究为探明PAM在黄土高原地区的适应性和大规模应用提供依据。     

南方典型土壤水力特征差异性分析

为探究南方地区典型土壤水力性质的差异,采用压力膜法、定水头渗透法和一维水平土柱吸渗法对粘性潮土、沙性潮土、红壤、水稻土和紫色土5种南方典型土壤的水动力学参数进行室内测定,对比分析了各土壤水力特征的差异及其产生的原因。结果表明:土壤质地和粘粒含量是影响土壤水力特征的主要因素;粘性潮土、沙性潮土属于级配良好土,而红壤、紫色土、水稻土属于级配不良土,粘性潮土、沙性潮土、红壤、紫色土、水稻土饱和导水率依次增大,分别为1.75×10~(-3),3.15×10~(-3),4.77×10~(-3),11.02×10~(-3),11.87×10~(-3) cm/min;相对水稻土和沙性潮土而言,其他3种试验土持水性较高。土壤有效水含量为沙性潮土粘性潮土水稻土紫色土红壤,其有效水孔隙体积分别占其总孔隙体积的48%,29%,27%,18%和17%。非饱和条件下,沙性潮土和红壤中的水分运动速率较快,远高于粘性潮土中的水分运动速率,约为其6.8倍。土壤质地、颗粒级配、粘粒和有机质含量不同是造成土壤水力特性差异的因素,其中土壤质地和颗粒级配为南方典型土壤水力特性差异的主要影响因素。     

地形对黑土区典型坡面侵蚀—沉积空间分布特征的影响

研究地形对黑土区坡面侵蚀-沉积空间分布特征的影响可以为水土保持措施配置提供科学依据。以典型黑土区——黑龙江省宾县东山沟小流域为研究区域,在流域上游、中游和下游各选取2个典型坡面,坡面种植作物均为玉米。典型坡面坡顶、坡上、坡中、坡下和坡脚的平均坡度分别为3.1°,3.0°,4.0°,2.8°,1.2°。利用137Cs示踪技术,分析了坡度、坡长和坡形对坡面侵蚀—沉积空间分布特征的影响。结果表明:研究流域农耕地坡面以侵蚀为主,平均侵蚀速率为448 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) ;坡面不同部位土壤侵蚀—沉积分布特征差异明显,坡顶、坡上、坡中和坡下主要表现为侵蚀,平均侵蚀速率分别为819、376、1 000和634 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) ,而坡脚表现为明显的沉积,平均沉积速率为~(~(-1)) 382 t km~(~(-2)) a~(~(-1)) 。不同坡形坡面侵蚀-沉积分布存在差异,凸形坡坡面表现为先侵蚀后沉积的分布特征,而复合坡坡面呈现出侵蚀-沉积交错分布特征;坡面土壤侵蚀速率与坡度和坡长均呈极显著的幂函数关系,而坡度对黑土区坡面侵蚀的影响明显大于坡长,反映了即使在长坡缓地形的黑土区坡度对侵蚀的影响仍然有重要作用。因此,在黑土区配置合理的水土保持措施时,应尽量削弱坡度对坡耕地土壤侵蚀的影响。     

东北典型黑土区土壤可蚀性K值研究

土壤可蚀性因子K是表征土壤性质对侵蚀作用敏感程度的指标,对K值准确估算是构建土壤侵蚀模型的前提。研究以试验小区的野外观测资料和室内土壤理化性质分析数据为基础,运用通用土壤流失方程和诺谟公式分别实测和估算K值。结果显示,实测值均大于估算值,说明现有K值估算模型不能直接应用于东北典型黑土区。但分析发现实测值与估算值之间具有良好的线性相关,可建立回归方程,以此来修正诺谟公式。利用修正诺谟公式估算东北典型黑土区内不同地区及不同资料占有情况下的土壤可蚀性K值,并编制K值空间分布图。研究成果可以为东北典型黑土区土壤侵蚀模型构建及水土保持提供基础资料。     

Soil Hydraulic Properties: Influence of Tillage and Cover Crops

Understanding the effects of cover crops and tillage on soil physical properties is important for determining soil productivity. This study was conducted at Lincoln University's Freeman Center, USA to evaluate the effects of tillage and cover crop management on soil hydraulic properties. The field site included three replicate blocks in a randomized complete block design with each plot measuring 21.3 m in length and 12.2 m in width. Treatment factors were tillage at two levels(moldboard plow tillage vs. no tillage) and cover crop at two levels(cereal rye(Secale cereal) cover crop vs. no cover crop). Soil samples were collected in late spring/early summer from each treatment at 10-cm depth increments from the soil surface to a depth of 40 cm using cores(76.2-mm diameter and 76.2-mm length). Soil bulk density was 13% lower with tillage compared with no-tillage. Volumetric water content was significantly higher at 0.0 and -0.4 k Pa pressures with tillage compared with no tillage. Tillage increased the proportion of coarse mesopores by 32% compared with no tillage, resulting in 87% higher saturated hydraulic conductivity(K_(sat)). Cover crop increased the proportion of macropores by 24% compared with no cover crop; this can potentially increase water infiltration and reduce runoff. As a result of higher macroporosity, Ksat was higher under cover crop compared with no cover crop. This study demonstrated that tillage can benefit soil hydraulic properties in the short term, but these effects may not persist over time. Cover crops may slightly improve soil hydraulic properties, but longer term studies are needed to evaluate the long-term effects.     

重庆市四面山典型林分土壤饱和导水率研究

采用恒定水头法测定了重庆市四面山地区典型人工林和天然次生林剖面土壤饱和导水率(Ks),并运用多元回归和通径分析方法探讨了其与土壤物理因子和有机质的相关性。结果表明,土壤饱和导水率从表层到深层呈现出负指数形式的递减规律。各林分对饱和导水率均有显著提高,由高到低的顺序为:天然针阔混交林>天然阔叶林、楠竹林、针叶林>人工阔叶林、混交林、针叶林>荒地。土壤黏粒、容重、非毛管孔隙度和大于0.25 mm水稳性团聚体含量是影响该地区饱和导水率的主要因子。各林分对土壤有机质含量均有提高作用,有机质含量与饱和导水率符合二次曲线的关系。在植被经营过程中,建议营造针阔复层混交类型的树种配置模式。     

Tillage Effects on Crop Yield and Physicochemical Properties of Sodic Soils

Tillage modifies soil structure and has been suggested as a practice to improve physical, hydrological and chemical properties of compacted soils. But little is known about effect of long‐term tillage on physicochemical soil properties and crop yield on sodic soils in India. Our objective was to investigate the effect of different tillage regimes on crop yield (wheat and paddy rice) and physicochemical properties of sodic soils. Two sodic sites under conventional tillage for 5 (5‐YT; 5‐year tillage) and 9 (9‐YT; 9‐year tillage) years were selected for this study. Changes in crop yield and physicochemical soil properties were compared with a control, sodic land without any till history, that is, 0‐year tillage/untilled (0‐YT). Five replicated samples at 0‐ to 10‐cm and 10‐ to 20‐cm soils depths were analysed from each site. In the top, 0‐ to 10‐cm soil depth 5‐YT and 9‐YT sites had higher particle density (Pd), porosity, water holding capacity, hydraulic conductivity, organic carbon, total nitrogen (N_t), available nitrogen (N_avail), phosphorus (P_avail) and exchangeable calcium (Exch. Ca⁺⁺) than 0‐YT, whereas bulk density (Bd), C : N ratio and CaCO₃ were significantly lower. Bd, pH, EC and CaCO₃ increased significantly with depth in all the lands, whereas Pd, porosity, water holding capacity, hydraulic conductivity, organic carbon, N_t, N_avail, P_avail and Exch. Ca⁺⁺ decreased. We conclude that continuous tillage and cropping can be useful for physical and chemical restoration of sodic soils. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

典型黑土pH值变化对营养元素有效态含量的影响研究

采用室内培养实验的方法,控制典型黑土样品的酸碱度值,探讨典型黑土中Cu、Zn、Mn、P和Fe等营养元素有效态含量与pH值的关系。结果表明:pH值变化0.5个单位左右,有效态铜含量变化约0.5～1倍;有效态锰含量变化约3～5倍;有效态锌含量变化9～15倍之多;有效态磷含量变化约1.5～2倍;有效态铁含量变化约3～4倍。说明精确掌握土壤的酸碱度值对于土壤诊断、合理施肥、提高作物产量和实现土地的可持续利用都具有重要的理论与实践意义。     

垄作方式对薄层黑土区坡面土壤侵蚀的影响

定量评价垄作方式对坡面土壤侵蚀的影响,可为坡面土壤侵蚀防治提供理论参考。基于2012—2015年哈尔滨市野外径流小区监测资料,探讨了顺坡垄、横坡垄、无垄作(裸地休闲对照)垄作方式对坡面土壤侵蚀的影响,分析了不同垄作方式下坡面水沙关系。结果表明:不同垄作方式下径流量和侵蚀量均具有显著差异,坡面径流量和侵蚀量均表现为无垄顺坡垄横坡垄;与无垄作试验处理相比,横坡垄作使坡面径流量和侵蚀量平均减少了92.4%和98.3%,顺坡垄作使坡面径流量和侵蚀量平均减少66.4%和72.2%。当坡度由3°增加到5°时,无垄作、顺坡垄作、横坡垄作坡面侵蚀量分别增加了0.8,8.2,5.5倍。3种垄作方式下坡面水沙关系均呈现出良好的相关关系,顺坡垄作和无垄作坡面侵蚀量随径流量的增加幅度远大于横坡垄作坡面,当坡面径流量10.0mm时,二者坡面侵蚀量急剧增加。