玉米秸秆覆盖对坡面产流产沙过程的影响

通过室内土槽模拟试验,研究不同降雨条件下玉米秸秆覆盖对沙坡地产流时间和产流产沙过程的影响。处理分为8种降雨强度和5个水平的秸秆覆盖度:0、15%、30%、60%和90%。40组模拟降雨结果表明:华北保护性耕作研究区域沙壤土条件下的产流时间与降雨强度符合幂函数关系;秸秆覆盖能延缓地表径流的产生,自然降雨(雨强10~80 mm/h)过程中,15%、30%、60%和90%秸秆覆盖较无覆盖分别推迟产流时间1.0~15.4、2.1~22.1、3.4~48.2和5.9~73.6 min;秸秆覆盖对地表径流和产沙影响显著,降雨历时1 h,30%秸秆覆盖减少径流总量17.9~/o~38.7%,减少产沙总量34.1%~48.0%0 30%秸秆覆盖水土保持效果显著,考虑到过多的秸秆覆盖(80%)会造成播种机堵塞,所以在保护性耕作研究实践中,建议保持30%~60%(1 400~3 100 kg/hm~2)的玉米秸秆覆盖,以达到较好的水土保持效果和播种质量,该研究可为保护性耕作研究区域适宜的玉米秸秆覆盖量提供依据。     

玉米秸秆覆盖对喀斯特坡耕地产流产沙过程的影响

通过原位小区模拟降雨试验,研究玉米秸秆覆盖对喀斯特坡耕地产流产沙过程的影响,试验处理分为3种典型小区(上坡位、中坡位、下坡位)和4种秸秆覆盖度(0、20%、50%、80%)。试验结果表明：秸秆覆盖能显著加快地表径流产流时间,尤其在土层较厚的小区最为明显,50%秸秆覆盖度的地表径流产流时间显著提前;秸秆覆盖能显著改变径流系数大小,尤其在20%覆盖度时地表径流系数降低效果最显著,同时增加了壤中流,但具有明显的空间异质性;秸秆覆盖下地表径流和壤中流径流强度随降雨时间的变化过程均表现为先迅速增加后逐步稳定,多数情况秸秆覆盖能够有效地降低达到稳定时的地表径流强度,其中20%覆盖度时的稳定地表径流强度最小,同时秸秆覆盖对稳定壤中流径流强度影响的空间异质性较大;玉米秸秆覆盖能够有效减少喀斯特坡耕地的地表侵蚀量,在50%覆盖度时减少地表侵蚀量效果最好,且在砾石较多的小区土壤侵蚀量较小。     

有机培肥对红壤坡耕地产流产沙的影响

采用侵蚀小区田间监测方法,研究秸秆覆盖、生物质炭和猪粪等有机物料添加对红壤坡耕地产流产沙的影响。结果表明:2015年红壤坡耕地侵蚀量达到36 t/hm~2,78%~86%发生在花生季,达到中度侵蚀。与对照(CK)处理相比,单施化肥(NPK)处理没有降低产流产沙(P0.05)。与NPK处理相比,秸秆覆盖(NPK+Str)处理显著降低了产流产沙(P0.05);生物质炭(NPK+BC)处理显著降低了产流(P0.05),但是减沙效果不明显(P0.05);猪粪(NPK+SM)处理尽管提高了地表径流(P0.05),但是显著降低了产沙(P0.05)。秸秆资源在该区匮乏,秸秆覆盖难以推广。生物质炭的团聚能力弱,颗粒小,质量轻,易随水流失,在坡耕地上改良效果不明显。猪粪在该区资源丰富,不但提高土壤肥力,促进了团聚体形成,而且水土保持效果好,是该区农业生态环境可持续发展的重要措施之一。     

秸秆覆盖对三峡库区坡面侵蚀的影响

[目的]分析农作物秸秆不同覆盖处理对坡面产流、产沙影响,为三峡库区坡耕地水土保持措施优化提供技术支持。[方法]利用人工模拟降雨技术,分析了5种不同雨强下不同秸秆覆盖处理的径流、泥沙过程。[结果]坡面覆盖秸秆能推迟坡面初始产流。在小雨强时,秸秆覆盖推迟初始产流显著,但随着雨强的增加,推迟初始产流的作用降低。在坡面下坡段覆盖秸秆推迟初始产流效果优于在坡面上坡段覆盖秸秆。对于产流产沙而言,在坡面上坡段覆盖秸秆与无覆盖差异不显著,但在坡面下坡段覆盖秸秆时径流模数和侵蚀模数为无覆盖的61.57%~69.1%和14.54%~18.31%,且减少地表径流和泥沙流失效果优于在坡面上坡段覆盖。秸秆覆盖后土壤流失比(SLR)介于0.022~0.611之间,且随着覆盖率的增加而降低,在坡面下坡段覆盖秸秆SLR值在上坡段的1/4。[结论]合理选择农作物秸秆在坡面覆盖的坡位及覆盖度,能有效降低坡面产流与侵蚀产沙,产生较好的水土保持效应。     

自然降雨下玉米秸秆堆沤还田对滇中小流域坡耕地氮素流失的影响

为探究自然降雨下不同堆沤方式秸秆还田对小流域坡耕地径流泥沙及氮素流失的影响,以滇中二龙潭流域坡耕地为研究对象,设置9种不同玉米秸秆堆沤方式,分别为CK及8种处理,各处理包括2种秸秆还田量(0.75,1.5 kg/m^2)、2种秸秆粒度(1,5 cm)、2种秸秆堆沤方式(水或水与尿素堆沤),研究烤烟坡耕地产流产沙及氮素流失特征。结果表明:(1)在4场具有典型产流的降雨中,施用较高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)和粗颗粒秸秆(5 cm),均可有效减少坡耕地产流产沙量(10.06%~38.60%和10.07%~38.60%);(2)施用较低秸秆还田量(0.75 kg/m^2)、粗颗粒秸秆(5 cm)及未添加尿素堆沤的秸秆径流TN、NO3--N浓度低于施用高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)、细颗粒秸秆(1 cm)及添加尿素堆沤的处理(1.96%~32.79%和3.97%~40.89%);(3)各处理下NO3--N/TN、NH4+-N/TN、PN/TN分别为63.64%~86.18%,5.31%~13.86%和5.33%~25.80%,表明坡耕地地表径流氮素主要流失形式为NO3--N,溶解态氮是径流中的主要氮素污染物;(4)施用较低秸秆还田量(0.75 kg/m^2)、粗颗粒(5 cm)秸秆、未加尿素堆沤的秸秆,泥沙TN流失浓度降低(16.87%~48.15%);(5)施用较高秸秆还田量、粗颗粒秸秆及未添加尿素堆沤可有效降低滇中坡耕地氮素的流失风险(0.32%~35.05%和54.52%~77.23%)。TN径流和泥沙流失中,以径流输出为主,占TN流失量的50.09%~71.67%。为了减少该流域氮素流失量,可选择施用较高秸秆还田量(1.5 kg/m^2)和粗颗粒(5 cm)秸秆,并依据烤烟不同生长期的吸收情况和土壤养分情况等选择少量或不添加尿素堆沤进行秸秆还田。     

黑土区坡耕地不同秸秆还田方式的水土保持效果分析

为了揭示黑土区坡耕地不同秸秆还田方式的水土保持效果,基于野外原位坡耕地人工模拟降雨试验,以传统顺坡垄作处理为对照,分析50,100 mm/h降雨强度下3种具有代表性的秸秆还田方式（秸秆深还、秸秆碎混和免耕+残茬覆盖）对坡耕地产流产沙过程、径流量、侵蚀量及其减流减沙效益的影响。结果表明：（1）不同秸秆还田方式的产流率皆随降雨量的增加而增大,产流率和产沙率大小均表现为顺坡垄作 > 秸秆深还 > 秸秆碎混 > 免耕+残茬覆盖。（2）与顺坡垄作相比,50,100 mm/h降雨强度下,秸秆还田处理分别延缓产流时间14.0,4.8 min,产流时间的滞后可以体现秸秆还田措施的水土保持效果。（3）秸秆深还、秸秆碎混、免耕+残茬覆盖处理的平均减流效益分别为36.8%,53.9%,65.8%,平均减沙效益分别为84.9%,90.3%,96.8%。可见,免耕+残茬覆盖方式的水土保持效果最好,其次为秸秆碎混和秸秆深还。     

三峡库区坡耕地免耕秸秆覆盖下氮磷流失特征

为有效防治三峡库区坡耕地氮磷流失,在三峡库区长坪小流域连续进行两年野外径流小区监测试验。在自然降雨条件下进行免耕秸秆覆盖(SM)和对照(CK)两个处理的田间试验,研究了免耕秸秆覆盖措施对地表径流和氮磷养分流失的影响。结果表明：(1)降雨量与径流量极显著正相关,径流主要由几次暴雨事件造成,需要重点防范玉米季暴雨造成的水土流失。免耕秸秆覆盖能减少地表产流产沙,相比对照处理,免耕秸秆覆盖减少19.1%的径流流失,减少63.6%的泥沙流失。(2)免耕秸秆覆盖分别降低了21.3%,25.8%的总氮和总磷流失量,径流量和氮磷流失量呈极显著正相关,免耕秸秆覆盖主要通过减少径流量来减少氮磷流失。(3)坡耕地油菜—玉米种植制的氮磷流失风险期为6—7月初,该时期CK处理41.3%的径流量贡献了81.4%,52.1%的总氮和总磷流失,SM处理38.4%的径流量贡献了75.2%,48.2%的总氮和总磷流失,在该时期通过免耕秸秆覆盖可分别减少17.5%,31.7%的总氮和总磷流失。研究表明,免耕秸秆覆盖是控制三峡库区坡耕地氮磷养分流失的良好水土保持措施。     

小麦秸秆长度、覆盖量对坡面产流产沙的影响

为定量研究小麦秸秆覆盖对坡面产沙产流过程及减水减沙效益的影响,采用室内人工模拟降雨试验,研究在降雨强度为90 mm/h时,不同秸秆长度和秸秆覆盖量下的坡面产流产沙特征和产流产沙过程规律,结果表明:(1)在相同秸秆长度下,随秸秆覆盖量增加,产流量产沙量极显著减少(p0.01)。相同覆盖量水平下随秸秆长度增加,产流量显著增加(p0.05),在4.5 t/hm~2覆盖量下产沙量极显著增加(p0.01)。(2)秸秆覆盖坡面的初始产流时间较裸露坡面延迟6.23倍,产流量平均下降19.5%,产沙量下降31.6%。覆盖措施通过保护土壤的结构有效抑制了细沟侵蚀过程向切沟侵蚀发展。产流产沙过程受秸秆长度和覆盖量的交互作用影响,交互效应对产流过程的影响更突出。(3)随覆盖量增加,减水减沙效益极显著增加(p0.01);随长度增加,减水减沙效益分别减少为17.26%,27.97%。不同覆盖条件下的坡面产流量、产沙量和减水、减沙效益均与秸秆长度、秸秆覆盖量呈二元线性关系。(4)在当前试验条件下,当秸秆长度为3～5 cm,覆盖量为4.5 t/hm~2时达到最优减水减沙效益。     

不同土壤管理措施对坡耕地土壤氮磷养分流失的控制效应

为有效防治紫色丘陵区坡耕地水土流失和面源污染,采用径流小区定位观测法研究不同土壤管理措施下坡耕地产流产沙、养分流失及作物产量特征,进一步揭示生物炭、聚丙酰胺和玉米秸秆覆盖措施对紫色土坡耕地氮磷养分流失的控制效应。结果表明:(1)与背景值相比,土壤养分含量增幅表现为SM(玉米秸秆覆盖)PAM(聚丙酰胺)BC(生物炭),表明玉米秸秆覆盖措施改善土壤养分效果最优,其次为聚丙烯酰胺。(2)不同土壤管理措施控制地表产流产沙的效应均表现为SMPAMBC。BC、PAM、SM措施产流量分别减少0.00%~54.55%,0.00%~85.79%,0.00%~92.39%,产沙量分别减少2.67%~47.78%,5.87%~77.90%,11.47%~90.17%。在中、大雨条件下土壤管理措施减流减沙效应显著,而暴雨、大暴雨可削弱其减流减沙效益。(3)不同土壤管理措施控制氮素流失效应大小为SMPAMBC。与对照相比,在中、大雨条件下,全氮流失量降低16.24%~76.29%,水解氮流失量降低6.21%~81.93%;而在暴雨、大暴雨条件下,全氮流失量分别减少(-11.74%)~11.99%;水解氮流失量则分别降低(-9.87%)~17.39%。表明玉米秸秆覆盖措施控制氮素流失效果最佳。(4)不同土壤管理措施控制磷素流失的效应差异明显。在中、大雨条件下,BC、PAM和SM控制全磷流失效应显著(15%~81.44%),而在暴雨、大暴雨条件下其效应削弱((-6.68%)~10.98%);与对照相比,不同土壤管理措施对玉米籽粒增产效应为SM(29.43%)PAM(19.01%)BC(12.66%)。生物炭、聚丙酰胺和玉米秸秆覆盖措施均可有效控制坡耕地土壤养分流失,其中玉米秸秆覆盖措施控制效应最佳。     

秸秆覆盖对西南喀斯特坡地幼龄橘园产流产沙的影响

喀斯特坡地幼龄橘园人为扰动剧烈,容易发生土壤侵蚀。秸秆覆盖是坡地常用的水土保持措施,但其在喀斯特坡地橘园的水土保持效益还不清楚。通过人工土槽模拟降雨试验,研究了水稻秸秆覆盖对喀斯特坡地幼龄橘园产流产沙的影响,试验设置了2个雨强(60 mm/h和120 mm/h)和4种水稻秸秆覆盖度(0,20%,50%和80%)。结果表明:(1)秸秆覆盖减小地表径流的效果受降雨强度控制。在中雨强(60 mm/h)条件下,秸秆覆盖可以有效降低地表径流系数。在大雨强(120 mm/h)下,只有20%覆盖度可以减少地表径流系数;(2)在中雨强(60 mm/h)条件下,20%和50%的秸秆覆盖显著增加壤中流和地下径流量; 在大雨强(120 mm/h)条件下,20%的秸秆覆盖显著增加了壤中流量,50%和80%秸秆覆盖度对壤中流量影响不显著;(3)秸秆覆盖可以有效减少地表土壤侵蚀总量,地表土壤侵蚀总量与秸秆覆盖度呈负相关。(4)秸秆覆盖减弱了地表径流的携沙能力,在50%和80%秸秆覆盖度时地表径流的携沙能力得到显著减弱。结果可为喀斯特坡地幼龄橘园合理布设秸秆覆盖措施提供科学依据。     

秸秆覆盖对旱作冬小麦农田土壤呼吸、作物产量及经济 环境效益的影响

基于2009-2011年田间试验, 研究了黄土旱塬区不同秸秆覆盖措施下冬小麦农田土壤呼吸和小麦产量变化, 计算了生产每千克籽粒产量下土壤CO₂的释放量, 并以此比较了处理间的经济 环境效益值。试验包括4个处理: 无覆盖对照(CK)、全年9 000 kg·hm^-2秸秆覆盖(M₉₀₀₀)、全年4 500 kg·hm^-2秸秆覆盖(M₄₅₀₀)和夏闲期秸秆覆盖(SF)。结果表明: 冬小麦生育期内土壤CO₂累积释放量在处理间无显著差异, 但第1年生育期为14.92~17.43 t(CO₂)·hm^-2, 显著高于第2年[12.95~13.69 t(CO₂)·hm ^-2](P<0.05), 处理和年份的交互作用不显著。与CK(产量5.03 t·hm^-2)相比, 秸秆覆盖降低了作物产量, 其中M₉₀₀₀ (4.71 t·hm^-2)与CK差异显著。经济 环境效益值计算结果显示, 冬小麦生育期内生产每千克籽粒释放2.96~3.16 kg CO₂, 处理间无显著差异。从各处理平均值看, 小麦产量以及经济 环境效益值均存在显著的年际差异, 降水偏少的第1年度作物产量(4.60~4.98 t·hm^-2)显著低于降水相对丰富的第2年度(4.50~5.47 t·hm^-2), 但经济 环境效益值(3.03~3.69 kg·kg 1、2.45~2.88 kg·kg^-1)结果相反。处理和年份对作物产量和经济 环境效益值具有显著的交互影响, 在缺水年份秸秆覆盖能够提高作物产量, M₉₀₀₀处理具有最优的经济 环境效益; 而在丰水年份, 秸秆覆盖导致产量显著下降, CK具有更好的经济 环境效益。     

青贮玉米氮投入对坡耕地土壤侵蚀及水稳性团聚体的影响

为探讨不同氮投入对红壤坡耕地水土流失及土壤水稳性团聚体的影响,在种植青贮玉米的坡耕地上设置4个不同氮投入处理(N1:300.00 kg/hm~2;N2:225.00 kg/hm~2;N3:150.00 kg/hm~2和N4:75.00 kg/hm~2),用湿筛法获得2,1～2,0.5～1,0.25～0.5,0.25 mm粒径的团聚体组分并计算出水稳性团聚体含量(WSA_(0.25))、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和分形维数(PD)的含量。结果表明:(1)不同氮投入处理的坡面产流产沙特征与降雨强度关系密切,在低强度、中强度和高强度降雨条件下,N1和N2处理的径流量和产沙量均显著小于N3和N4处理(P0.05),N2与N1处理径流量及产沙量差异均未达到显著水平(P0.05),但在极高强度降雨下,各处理径流量和产沙量的差异均不显著(P0.05)。(2)N2处理的WSA_(0.25)、MWD和GMD比其他3个处理大,而PD却比较小,此外,WSA_(0.25)、MWD和GMD三者之间相互存在极显著正相关性(P0.01),而与PD、径流量和产沙量均呈现出极显著负相关关系(P0.01)。(3)N1和N2处理土壤容重显著低于N3和N4处理的容重(P0.05),但其孔隙度和田间持水量显著高于N3和N4处理(P0.05)。因此,在当地常规施肥水平上减少25%氮投入量不会加剧土壤侵蚀,还可通过改善土壤物理性质以维持红壤坡耕地的生产能力。     

基于木本泥炭快速构建红壤新垦耕地优质耕作层技术与效果

为了探究木本泥炭对红壤岗地新垦耕地优质耕作层构建的机理以及木本泥炭相对于其他有机物料对红壤新垦耕地的改良效果,采用田间小区试验的方法,研究添加不同有机物料对红壤新垦耕地0—20cm耕作层土壤理化性质和微生物生物量以及水稻产量的影响。试验共设6个不同处理:CK(不添加改良材料)、M30FS(木本泥炭30t/hm2+腐熟秸秆3t/hm2+石灰石粉3.75t/hm2)、M15FS(木本泥炭15t/hm2+腐熟秸秆3t/hm2+石灰石粉3.75t/hm2)、CFS(生物炭15t/hm2+腐熟秸秆3t/hm2+石灰石粉3.75t/hm2)、OFS(有机肥15t/hm2+腐熟秸秆3t/hm2+石灰石粉3.75t/hm2)和FS(腐熟秸秆3t/hm2+石灰石粉3.75t/hm2)。结果表明:(1)与对照相比,添加木本泥炭与有机物料处理显著降低了耕作层土壤容重,提高了土壤总孔隙度和pH,且添加木本泥炭与有机物料处理中土壤肥力均有不同程度提高,其中土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量分别提高了36.41%～88.53%,2.22%～37.78%,6.25%～93.75%和27.57%～85.60%,土壤硝态氮、铵态氮、有效磷和有效钾含量分别提高了17.21%～134.85%,1.42%～72.76%,8.71%～156.79%和12.99%～332.39%。(2)添加木本泥炭与有机物料处理对耕作层土壤微生物生物量影响比较明显,与对照相比,各处理中土壤微生物量碳和氮含量分别显著增加了52.95%～219.00%和121.45%～548.73%。(3)添加木本泥炭与有机物料处理中水稻产量均明显提高,其中M30FS增产效果最明显,增幅为39.53%。(4)利用聚类分析方法将添加不同有机物料处理下新垦耕地耕作层土壤质量等级划分为3级,分别为:一级(M30FS)、二级(M15FS,OFS,CFS)、三级(FS,CK),其中经M30FS处理后土壤质量水平等级最高。添加木本泥炭与有机物料可显著降低新垦耕地耕作层土壤容重,提高土壤总孔隙度和pH,解决了红壤黏重和酸化的特征,且土壤养分和微生物量碳、氮含量均得到了提高,改善了土壤理化性状和生物学特征,提高了水稻产量,其中添加30t/hm2木本泥炭对红壤新垦耕地优质耕作层构建效果最明显。     

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。