东北黑土区农田土壤水分剖面分布与大气降水关系的研究

东北黑土区属于雨养农业,大气降水是土壤水分的主要来源,大气降水的强度和频率是影响水分在剖面分布的重要因素。以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内水分平衡观测场的自然降水条件下的0~170 cm土体为研究对象(三次重复),2011~2016年的每年5月25日~9月10日利用中子仪测定0~170 cm土层土壤含水量,其中0~10 cm、10~20 cm和160~170 cm土层深度间隔10 cm,40~160 cm间隔为20 cm。研究结果表明:观测期内64.35%以上的降水发生在7月5日~8月20日,0~170 cm不同土层的平均含水量在24.71%~37.23%之间(体积含水量),随着剖面深度的增加不同深度土层间土壤含水量差异逐渐减弱;受降水、地面蒸发和作物耗水的影响,土壤含水量变化最大的层次为0~10 cm土层。当单次降水量达到178.20 mm时,0~170 cm各层土壤含水量均增加,但49.30%的降水储存在0~40 cm土层;而在作物生长季节持续15 d无降水时,0~170 cm各层次土壤水分均呈亏缺状态,其中消耗水量的47.38%~58.80%来自0~40 cm土层。因此,东北黑土区农田0~40 cm土层对于容纳大气降水、满足作物需水具有重要作用,应通过耕作和有机物料还田等措施进一步改善这一土层土壤物理性质以增强其蓄水、保水和供水的能力。     

农田黑土生态系统特征

本文通过对黑龙江省海伦市的典型中厚层黑土的水分循环、养分循环系统的分析研究，论述了农田黑土特殊的理化性状及其生态系统特征，明确其生产性能，以便于充分合理利用农田黑土资源。     

黑土农田水肥条件对作物产量及水分利用效率的影响

长期定位试验研究黑土农田不同水肥作物产量和水分利用效率的变化结果表明,大豆对水分条件变化反映较敏感,而玉米对养分条件变化反映较敏感,适宜水分条件下3种作物随施肥水平的提高,其产量与水分利用效率相应增加;有机 无机肥配施处理3种作物随水分含量的增加,其产量与水分利用效率相应提高     

农田黑土肥力综合评价研究

对土壤肥力评价是认识农田生产力的重要基础。采用经典统计学方法，对黑龙江省整个黑土区农田土壤肥力性状、现状、空间变异特性进行了综合评估，为黑土农田可持续发展提供依据。     

降水年型对黑土区土壤水分动态变化的影响

利用长期定位试验,研究了黑土区不同降水年型下荒地、裸地和农田土壤水分的变化特征.结果表明,降水年型能够影响不同植被类型下土壤水分的季节性动态变化和垂直变化.丰水年不同植被类型土壤含水量均呈"v"型曲线变化,最低值出现在7月份,观测期内裸地较高;平水年呈"W"型曲线变化,分别在6月份和8月份出现两个低值,不同植被类型表现为裸地>荒地>农田;枯水年除裸地在观测后期土壤含水量略有增加外,荒地和农田均持续下降.降水年型对土壤水分变异系数的影响表现为枯水年>平水年>丰水年.其中荒地土壤水分变化最为剧烈,表现在枯水年出现了速变层,而在丰水分内次活跃层也较农田向土壤深层延伸,其次为农田和裸地.     

东北黑土区防护林带对土壤水分影响的研究

对森林土壤水分的研究是揭示森林生态系统功能、评价森林环境综合效益的基础。以黑龙江嫩江九三农星分局鹤山农场鹤北流域2号小流域的横坡林带和8号小流域的顺坡林带为研究对象，系统研究了林带对土壤水分动态变化过程、土壤水分剖面特征、两侧农地土壤水分的影响。结果发现，林带对土壤水分动态和剖面特征没有显著影响．但剖面最大水分出现的深度大于周边农地。受林带拦截径流、林带遮阴等影响，林带上下坡和左右侧的土壤水分存在一定的差异。受林带及草被蒸腾耗水和降雨截留等因素的综合影响。林带边缘及林带内土壤水分明显小于林带周围的农地。     

典型黑土农田化肥氮素的优化管理

在松嫩平原典型黑土农田,通过不同施氮水平的田间试验,研究了旱田主要作物对氮素的肥料效应,得出玉米、小麦氮肥与产量的数学模型。玉米施氮量141kg/hm^2,可达到最高产量;小麦施氮量131kg/hm^2可达到最高量。但在目前肥料与产品价格的比例下,经济合理施肥量,玉米施氮量111kg/hm^2小麦施氮量90kg/hm^2,可稳定获得较高的施肥利润。通过对氮素平衡盈亏状况的分析与评价,认为黑土农田氮素平衡有44％以下的赤字,并不影响作物产量,是允许范围内的赤字。     

东北黑土区农田植被土壤侵蚀预报模型研究设计

植被是防治土壤侵蚀、控制水土流失最有效、最可持续的措施,植被覆盖因子C是通用土壤流失方程USLE中表述控制土壤侵蚀的重要指标。在东北黑土区,如果能够对农作物覆盖因子C进行科学定量评价,就可以充分认识农作物防治土壤侵蚀的效益与机理,建立适宜的土壤侵蚀预报模型,为防治土壤侵蚀提供理论依据。阐述了东北黑土区农田植被土壤侵蚀预报模型研究的主要内容,并提出了详细具体的试验设计。     

农田黑土肥力综合评价研究

对土壤肥力评价是认识农田生产力的重要基础。采用经典统计学方法,对黑龙江省整个黑土区农田土壤肥力性状、现状、空间变异特性进行了综合评估,为黑土农田可持续发展提供依据。     

长期培肥对农田黑土土壤酶活性动态变化的影响

以黑龙江省农科院"黑土肥力与肥效长期定位试验"的农田黑土为研究对象,探讨了长期不同施肥处理对土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、脱氢酶和转化酶活性动态变化的影响.试验结果表明,长期施用有机无机肥处理能显著增加土壤酶活性,比氮磷钾、有机肥、对照处理的土壤脲酶活性分别平均增加7.99%、13.78%、18.25%;比氮磷钾、有机肥、对照处理的土壤磷酸酶活性分别平均增加23.63%、12.79%、29.72%;比氮磷钾、有机肥、对照处理的土壤脱氢酶活性分别平均增加21.12%、13.11%、27.32%.5种酶的相关分析表明,各种土壤酶活性之间呈显著正相关,表明土壤酶活性能有效地反映农田黑土在长期施肥条件下土壤质量的变化.     

东北黑土区TDR测定农田土壤含水量的室内标定

土壤水分标定是利用TDR监测农田土壤水分过程中的必要环节.以东北黑土区农田土壤剖面深度上的4种典型介质（黑土层、母质层、过渡层、砂砾层）为试验对象,利用“由湿到干”的土柱试验方法,用烘干法对TDR进行室内标定研究.结果表明：1）TDR内置土壤标定曲线测定的含水量明显低于烘干法测量的含水量.在TDR法土壤含水量标定时,指数关系比线性关系具有更高的标定精度.2）单一介质的TDR法土壤含水量标定曲线对自身介质的标定精度高（最大绝对误差3.2％）.3）混合介质的TDR法土壤含水量标定曲线的标定精度较高（最大绝对误差6.6％）,可用于不同介质TDR法土壤含水量标定.本研究结果可用于研究区及类似区域修订TDR法含水量测定结果.     

长期保护性耕作对坡耕地黑土有机碳组分的影响

为对比长期保护性耕作模式与传统耕作模式对黑土有机碳组分的差异化,揭示长期保护性耕作对侵蚀退化黑土质量的恢复作用。基于典型黑土坡耕地连续15 a保护性耕作长期定位田间试验,设置免耕保护性耕作（NT）和旋耕传统耕作（CT）2个田间耕作试验,并实行玉米-大豆轮作模式,测定并分析了两种耕作措施下土壤有机碳及其不同碳组分随土壤剖面的垂直分布及变化特征。结果表明：连续实施15 a的NT与CT相比分别显著提高0～5和>5～10 cm土层的土壤有机碳质量分数（29.54%和22.38%）（P<0.05）,碳储量（31.11%和27.34%）（P<0.05）,全氮质量分数（53.74%和37.60%）（P<0.05）,表层土壤碳氮质量分数提升显著（P<0.05）,深层土壤碳氮质量分数变化不显著;以>5～10 cm土层土壤颗粒有机碳（69.85%）、0～5 cm土层的土壤轻组有机碳（130.81%）和0～5、>5～10 cm土层土壤微生物量碳（85.59%和59.53%）的提升为主,并且对深层土壤有机碳组分也产生一定的积极影响;耕作效应对于土壤团聚体稳定性指标影响显著（P<0.05）,并且土壤团聚体稳定性指标对于SOC质量分数提升也起到了关键作用。研究表明,与传统耕作相比,连续实施15 a保护性耕作,增加的有机碳以活性有机碳为主。长期的保护性耕作对恢复退化农田黑土质量及土壤固碳均具有重要意义。     

长期耕作对农田黑土几丁质降解菌群及酶活性的影响

为揭示长期耕作对农田黑土几丁质降解菌群及酶活性的影响及其驱动因子,以黑土区耕法长期定位试验为平台,采用荧光定量和高通量测序技术研究不同耕作措施（灭茬起垄、免耕、间隔深松和翻耕）下0～40 cm土层chiA几丁质降解菌基因丰度、微生物群落结构和酶活性。结果表明：0～20 cm土层,免耕显著提高chiA基因丰度;20～40 cm土层,免耕降低chiA基因丰度、alpha多样性和变形菌门（Proteobacteria）相对丰度,但是增加放线菌门（Actinobacteria）相对丰度。土壤pH、平均重量直径和养分含量显著影响chiA基因丰度和群落结构。与灭茬起垄相比,免耕显著提高0～20cm土层几丁质酶活性,而间隔深松和深翻显著提高0～40 cm土层几丁质酶活性。结构方程模型模拟发现耕作方式、土壤深度、平均重量直径、土壤有机碳、全氮、全磷、chiA基因丰度和放线菌门相对丰度对几丁质酶活性具有显著直接效应。研究结果为明确黑土区不同耕作措施对土壤几丁质降解的影响提供理论基础。     

降雨对吉林省黑土区雨养春玉米农田氮磷淋溶的影响

吉林省黑土区是我国玉米生产的重要基地,农业集约化程度较高,农业面源污染风险较大。因此,掌握吉林省黑土区降雨与农田氮磷淋溶的关系,对区域生态农业可持续发展意义重大。本研究基于吉林省4个面源污染监测点,于2016-2019年春玉米季对降雨情况、淋溶量、淋溶液氮磷浓度及淋溶强度等进行了动态监测,系统分析了吉林省黑土区自然降雨与农田氮磷淋溶的关系。结果表明:1)吉林省黑土区降雨年际间和监测点间差异较大,年际间波动在424～554mm,春玉米全生育期平均降雨量为475mm;不同监测点降雨量大小依次为通化(593～785 mm)公主岭(512～699 mm)梨树(305～434 mm)农安(197～342 mm)。2)淋溶量和降雨强度呈极显著正相关关系,降雨强度每增加10 mm·(24h)-1,淋溶量增加1.81mm。全生育期(4-10月)降雨量与淋溶次数、淋溶概率分别呈极显著和显著正相关,降雨量每增加100mm,淋溶次数约增加3次,淋溶概率上升6%。当全生育期降雨量超过74mm时,淋溶概率增加,可能引起淋溶;而当全生育期降雨量达到217mm时,淋溶次数增加,可以发生淋溶。产生淋溶的降雨等级一般以中雨(10～24.9 mm)和大雨(25～49.9 mm)为主。3)淋溶量和淋溶液总氮浓度呈极显著正相关,与总磷浓度无明显相关关系。4)总氮淋溶强度与降雨强度呈极显著正相关,降雨强度每增加10 mm·(24h)-1,总氮淋溶强度增加0.73kg·hm~(-2),而总磷淋溶强度与降雨强度无明显相关性。由此可见,吉林省黑土区农田在春玉米雨养条件下以氮素淋溶为主,且与降雨密切相关,应因地制宜采取农艺措施在源头上阻控农业面源污染的发生,为农业生态可持续发展提供有效途径。     

Effects of soil erosion on long-term soil productivity in the black soil region of northeastern China

China's northeastern Black Soil Region, one of the country's most important crop production areas, has been seriously affected by soil erosion. This study evaluated the effects of soil erosion on the long-term productivity of this region. We used a modified productivity index (MPI) model (MPI is a number between 0 and 1, with 1 indicating highest productivity) to assess the current effects of soil erosion on soil productivity, as well as to predict long-term change in productivity. Samples from 21 black soil profiles yielded varying MPI values, although most MPI values were indicative of moderate productivity. Organic matter content and available water capacity impact MPI values in the region, whereas soil clay content and pH were less important. Overall, organic matter content and available water capacity of soil profiles decreased consistently as depth of erosion increased. Modeling indicated that MPI in the region will decrease by 0.0052 for each centimeter of topsoil eroded; this rate represents 1% of the current average MPI for the study area. The model predicts a 9.6% productivity reduction over 100 years and a 48.3% reduction over 500 years.     

施肥模式对农田杂草土壤种子库影响的研究进展

农田杂草土壤种子库是农田生态系统的重要组成部分。在收集国内外相关研究资料的基础上,系统综述了施肥模式对农田杂草土壤种子库的密度、物种组成、多样性等动态特征的影响,结合国际研究动态,就目前我国农田杂草土壤种子库研究中亟需解决的问题进行了探讨,指出应加强在施肥条件下杂草种子的萌发、土壤种子库特征的变化机制、土壤种子库与地面杂草群落的相关性、土壤中杂草种子的遗传变异等4个方面的研究工作,深入探讨施肥模式对农田土壤种子库及农田生态环境的影响。     

紫色土坡耕地降雨入渗试验研究

在田间条件下,利用人工模拟降雨研究了坡度、降雨、耕作方式对紫色土坡耕地入渗过程的影响.试验结果表明:雨强对入渗过程有重要影响.当雨强在19.62～111..69 mm/h之间变化,稳定入渗率随雨强增加而增大.坡度对入渗的影响比较复杂.在5°～25°范围内,随坡度增加,稳定入渗率表现出升-降-升的变化趋势,在10°与20°分别存在极大值与极小值.中耕显著增加了水分入渗,特别在高强度降雨下,中耕使稳定入渗率增加1倍以上,入渗补给系数增大50%以上.入渗率随降雨历时增加而减小,二者关系可以用乘幂函数描述.累积入渗量可以用降雨历时的线性函数来表示.     

我国东北寒冷地区农田土壤磷代谢的生态特征研究

研究了农田土壤磷转化作用有明显的季节变化;其中,无机磷转化作用的季节变化是5～6月逐渐升高,6～9月分解速率变化不大;土壤有机磷转化作用的季节变化是呈波动状态。土壤生态因素也具有明显的季节变化。通过灰色关联分析找出了影响农田土壤磷转化作用的主要因素和次要因素,农田土壤磷转化作用的平衡调节是受多种生态因素控制的。     

不同管理措施对西藏河谷农田土壤微生物量碳的影响

土壤微生物量碳(MBC)是反映农田土壤质量的重要指标。本研究以西藏河谷农田生态系统为对象,在中国科学院拉萨农业生态试验站长期施肥样地和农田撂荒地通过随机混合采样获取土壤样品,实验室内以氯仿熏蒸法测定土壤微生物量碳,探讨了不同施肥方式、不同除草方式对西藏河谷农田土壤质量的影响。从3个不同生育期的平均结果来看,施加羊粪样地的土壤微生物量碳比空白样地提高了56.1%,单纯施用化肥样地的微生物量碳比空白样地降低了14.0%,表明有机肥的施用对于提高西藏农田土壤质量具有显著的促进作用,而单纯施用化肥则会导致土壤质量的下降。在农田撂荒地试验中,自然撂荒样地(不除草)的土壤微生物量碳大约为85.2 mg/kg,而经常除草样地的土壤微生物量碳比不除草样地降低约1/4,从而进一步说明有机质输入对于提高高原农田土壤质量具有重要的作用。