生物炭与凹凸棒对土壤水力特性的影响

选取生物炭、凹凸棒两种土壤改良剂，以纯土为CK，设置3种生物炭质量比(0%、2%、4%)与3种凹凸棒质量比(0%、2%、4%)，通过测定土壤水分特征曲线，并结合电镜试验，分析不同生物炭与凹凸棒添加比例下土壤当量孔隙分布、比水容量、水分常数及土壤微观结构变化，研究生物炭与凹凸棒对土壤水力特性的影响。结果表明：与CK相比，生物炭与凹凸棒均能增强土壤持水能力。不添加凹凸棒时，土壤持水能力随着生物炭的添加而增强；添加2%凹凸棒时，土壤持水能力随着生物炭的添加而减弱；添加4%凹凸棒时，土壤持水能力随着生物炭的添加而增强。单独添加生物炭可以增大土壤比水容量，单独添加凹凸棒会减小土壤比水容量。添加凹凸棒后，施加2%生物炭可以明显增大土壤比水容量。施加生物炭与凹凸棒的土壤残余含水率较CK增大15.6%～103.1%；重力水较CK降低0%～7.1%。不添加凹凸棒时，极微孔隙随着生物炭的添加而增加；添加2%凹凸棒时，极微孔隙随着生物炭的添加而减少；添加4%凹凸棒时，极微孔隙随着生物炭的添加而增加。通过微观结构分析得出生物炭与凹凸棒会使得土壤颗粒接触紧密，出现桥接状垒结。以期为西北旱区土壤环境改善提供一定的...     

秸秆全量深翻还田和施加生物炭对不同土壤持水性的影响

【目的】研究秸秆深翻还田对土壤持水性的影响机理。【方法】采用连续4 a玉米秸秆全量深翻还田定位试验和土壤有机碳梯度入渗淋溶模拟试验,秸秆全量深翻还田1~4 a处理(SF1、SF2、SF3和SF4),以不深翻秸秆全量还田处理作为对照(CK);土壤有机碳入渗淋溶模拟试验研究了2种质地土壤(砂土、壤土)的不同质量比生物炭处理条件下的土壤水力传导性,砂土中添加质量比为0、1%、3%、5%、8%、10%生物炭处理分别记作CKS、BS、CS、DS、ES、FS,壤土中添加质量比为0、1%、3%、5%、8%、10%生物炭处理分别记作CKR、BR、CR、DR、ER、FR,应用单环入渗法测定了土壤平均入渗速率和累积入渗量,应用压力膜法测定了土壤水分特征曲线。【结果】秸秆全量深翻还田后,相同的静水压力下,SF4处理持水性比CK降低21.05%,土壤平均入渗速率比CK增加82.07%,累积入渗量比CK增加225.09 cm;随深翻秸秆还田年限(随年份和深翻措施的累积增加)的增加,土壤持水性逐渐降低,土壤平均入渗速率逐渐加快,土壤的累积入渗量逐渐增多;在土壤体积质量保持不变的情况下,随生物炭量的增加,砂土的入渗速率、累积入渗量减小,持水能力升高;当生物炭添加比例从1%到8%时,壤土累积入渗量、入渗速率递增,持水能力降低,当添加生物炭量为10%时,较添加8%生物炭处理时土壤持水性略有升高,土壤持水性变化规律出现波动。秸秆全量深翻还田增加了土壤有机质量,土壤有机质的腐解增加了土壤生物炭量,同时结合室内模拟试验的结果,生物炭量的增加改善了土壤(0~40 cm)持水性和通透性。【结论】应适度采取秸秆深翻还田来改善土壤的持水性,可为春玉米的连续高产稳产提供良好的土壤水分环境。     

基于水稳定同位素技术的生物炭对土壤持水性影响分析

以不同生物炭配比的土壤样品为研究对象,通过低温真空抽提和稳定同位素光谱技术,进行不同抽提时间下的土壤水稳定同位素分析,采用绘制土壤抽提曲线和计算抽提贡献率的方法,探讨生物炭对土壤持水性的影响。结果表明,低温真空抽提下,砂土的最短抽提时间(T_(min))为30 min,壤土为45 min,粘土为60 min。土壤持水性的变化会导致抽提过程中水稳定同位素值、T_(min)和抽提贡献率发生变化,通过分析不同生物炭配比下土壤的T_(min)、水稳定同位素分馏情况以及计算贡献率可得出,生物炭显著影响砂土持水性,且与生物炭添加量呈线性正相关;而对壤土和粘土的持水性有一定影响,但过量或过少则不明显,壤土对生物炭更为敏感。     

生物炭对东北草甸黑土水力特性影响的数值化研究

为探究生物炭对东北草甸黑土水力学特性的影响,建立适用于添加生物炭后的土壤模型,以5种生物炭体积比(0、2%、4%、6%、8%)施入土壤,对土壤水分运动参数进行了试验和数值分析研究。结果表明,添加生物炭后土壤持水能力的增加主要是生物炭大于2 200 cm吸力范围持水能力的提升,土壤导水性能的改善是由于生物炭在小于35.82 cm吸力段具有良好的导水特性。饱和导水率试验结果表明,添加生物炭后土壤的饱和导水率接近于生物炭层状分布的理论结果,最大偏差为8.9%。采用毛细管模型模拟了添加生物炭的土壤在渗水24 h后的水分分布情况,模拟计算的饱和度与实际测量值相比偏低11%左右,这说明毛细管模型很好地导出添加生物炭后土壤的非饱和导水特性。该研究结果可为不同生物炭施加量、施加面积、地势、渗透时间的土壤水力学特性研究提供方法与保障。     

生物炭对不同坡度坡耕地土壤水动力学参数的影响

在3种地形坡度条件下,开展了施加生物炭后连续两年的土壤水动力学效应试验研究,探究不同坡度坡耕地施加生物炭当年和次年对土壤水分常数、土壤水分特征曲线、比水容量、非饱和导水率K(h)和非饱和扩散率D(θ)的影响。结果表明:施用生物炭当年和次年均使土壤田间持水率和饱和含水率增大,且随坡度增加其增率变大,生物炭因子两年内对土壤水分常数的影响显著(P <0. 015),而坡度因子影响不显著(P> 0. 05),即生物炭因子作用更明显;施用生物炭两年内,在各个土壤吸力条件下土壤含水率均增大,土壤持水性增强,且同地形坡度呈正相关关系、同年限呈负相关关系;生物炭在两年内均增大土壤比水容量,使其供水能力加强,最大增量1. 830 207×10^-3cm^3/cm^4;地形坡度对K(h)无明显影响,但施加生物炭可使K(h)增大,土壤导水性增强,2016、2017年K(h)最高分别增加239. 61%、164. 04%;施加生物炭可降低D(θ),抑制土壤水分的水平运动,随地形坡度增加抑制效果增强。生物炭施用当年对各土壤水动力学参数的影响大于施用次年。研究结果可为东北黑土区坡耕地农业水土保护和利用提供理论依据。     

生物炭对微润灌土壤水分运动的影响

生物炭可以改善土壤的持水能力,通过室内土箱模拟试验,研究了不同生物炭添加量对微润灌累计入渗量、湿润锋运移距离和湿润体含水率的影响。结果表明,添加生物炭能显著降低微润灌累计入渗量,抑制微润灌土壤水分的向上运移,促进微润灌土壤水分的侧向和向下运移。土壤中添加生物炭后,提高了微润灌湿润土壤的含水率,且随着生物炭添加量的增加而增大。生物炭改良土壤后可以提高微润灌的节水能力。     

秸秆生物炭对黑土区坡耕地生产能力影响分析与评价

采用径流小区试验,选取不施用生物炭(CK)、生物炭施用量25 t/hm~2(T1)、50 t/hm~2(T2)、75 t/hm~2(T3)和100 t/hm~2(T4)5个处理,分析生物炭施用量对土壤理化性质、持水能力、水土保持效应、节水增产效应等能够反映土地生产能力的指标的影响,建立基于Gumbel Copula函数的不同生物炭施用量下黑土区坡耕地生产能力评价模型,结果表明:随着生物炭施用量的增加,土壤容重降低,孔隙度增大,养分分布更为均匀,土壤有效P、速效K、pH值和有机质含量呈线性递增趋势,土壤铵态N含量呈指数增长;土壤饱和含水率、田间持水量、凋萎系数和有效水最大含量均与生物炭施用量正相关,且高施炭量处理对于土壤水分的影响程度明显高于低施炭量处理;随着生物炭施用量的增加,年径流深和土壤侵蚀量均呈线性递减,减流率和减沙率均呈对数函数递增,而大豆产量和水分利用效率则先增后减,呈抛物线型变化。基于Gumbel Copula函数计算的土地生产能力评价结果较为理想,计算的土地生产能力指数随生物炭施用量的增加呈"S型"曲线递增,土壤理化性质、持水能力和水土保持效应指数均呈线性递增,而节水增产效应指数则呈抛物线型先增后减。     

生物炭对黑垆土土壤水分运移特征参数影响

为了了解生物炭施加对宁南山区黑垆土土壤水分运移特征参数影响,以宁南山区典型土壤黑垆土为研究对象,按0%,1%,2%和3%的比例将土壤改良剂生物炭施加到垂直和水平土柱中,探讨不同施加比例下入渗速率、饱和体积含水量、饱和导水率、饱和扩散率等土壤水分运移特征参数的变化.研究结果表明:生物炭施加比例1%,2%和3%的土壤体积含水量较0%增加了2.98%,6.45%和7.94%,生物炭施加减缓了土壤入渗速率,提高了土壤持水性能;Philip模型比Kostiakov模型更加能反映出不同比例生物炭施加下土壤水分入渗过程;生物炭施加比例1%,2%和3%的饱和体积含水量分别较0%增加了5.05%,8.33%和9.85%,饱和导水率分别减少了45.71%,62.86%和74.28%,生物炭施加提高了土壤持水能力;Van Gencuhten中1%,2%,3%的参数a较0%分别减少了31.90%,29.25%,19.23%;n分别减少了0.28%,0.16%,0.66%;生物炭施加比例1%,2%和3%的饱和扩散率分别较0%减少了58.46%,77.96%和89.28%.生物炭施加改良了土壤结构,增加了土壤体积含水量,提高了土壤持水性能.     

生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响

为探明生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响,在大豆全生育期生长条件下,研究了东北黑土区草甸黑土5种生物炭添加量(0、25、50、75、100 t/hm2)下土壤物理性质(包括:土壤水分特征曲线、土壤含水率常数、土壤水分扩散率)和单次降雨土壤含水率变化特征,分析了生物炭对黑土区草甸黑土耕层土壤持水能力及雨后水分动态变化的影响。结果表明,施用生物炭能降低土壤残余含水率,增加土壤饱和含水率和田间持水量,其中对残余含水率的影响最显著,100 t/hm~2生物炭处理使残余含水率最多降低27.6%;施用生物炭能明显降低土壤水分扩散率,随生物炭添加量的增加依次比对照组减少34.8%、37.5%、71.4%和58.9%;在单次降雨过程中,施用生物炭能减小土壤含水率的变化幅度,使土壤含水率在降雨之后更快地由迅速下降期进入缓慢下降期,并能明显提高缓慢下降期对应的土壤含水率;施用生物炭可以提高大豆产量,以75 t/hm~2生物炭处理最高。研究结果可为黑土区农业水土资源高效利用与保护提供理论依据。     

施加生物质炭对滨海盐碱土壤水分运移的影响

【目的】探究施加生物质炭对滨海盐碱土壤水力学特性的影响机制。【方法】通过室内模拟入渗实验,研究不同生物质炭施加量(质量分数分别为0%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、3.0%、5.0%、8.0%)对典型滨海盐碱土壤水分导水入渗及持水性能的影响。【结果】供试土壤水分入渗速率和饱和导水率随生物质炭施加量增加呈先增大后减小趋势,生物质炭施加量<1.0%有助于供试土壤水分入渗,生物质炭施加量>1.0%则制约供试土壤导水性。1.0%生物质炭施加量是影响土壤水分入渗和土壤导水性的重要转折点。施加生物质炭能够显著提升滨海盐碱土壤的持水能力,且随着生物质炭施加量的增加而增加,但过量施加生物质炭降低了土壤渗透性,不利于提高滨海土壤的导水性。【结论】0.8%～1.0%的生物质炭施加量对滨海盐碱地改良成效较好。     

黑土区坡耕地施加生物炭对水土流失的影响

为了探索生物炭对黑土区坡耕地的水土保持作用效果,于2015年在东北黑土区典型黑土带上的黑龙江省北安市红星农场3°坡耕地上的径流小区内,开展了不同生物炭施用量(0、25、50、75、100 t/hm~2)对土壤结构、持水性能、径流泥沙控制等影响的试验研究。结果表明:生物炭可有效改善黑土区土壤结构,随着生物炭添加量的增加,土壤容重随之减小,而土壤孔隙度则会明显提高;土壤饱和含水率、田间持水量和土壤储水能力均随生物炭施用量的增加而增加;适当施加生物炭对黑土区坡耕地降雨径流及水土流失具有较好的控制作用,75 t/hm~2处理具有最好的径流泥沙控制效果,其中径流控制效果好于泥沙控制;施加生物炭还可以不同程度地减少黑土区坡耕地土壤养分流失,并可以改善养分的空间分布,4种生物炭用量处理的养分含量不仅在数量上高于对照处理,而且在均匀程度上有较大的改善,减缓了坡度对土壤养分造成的坡上与坡下的差异。研究结果为东北黑土区秸秆资源的高效、绿色、循环利用提供了一条新的途径,可为黑土区坡耕地水土流失防治提供理论依据和技术支撑,对该区农业可持续发展具有重要意义。     

沙质河漫滩地土壤质量提升技术研究

【目的】研究沙质河漫滩地土壤质量提升技术,探索覆土改良措施对该地区土壤地力提升效益。【方法】通过对沙质河漫滩进行覆土,研究覆土材料的理化性质,进一步分析了其对土壤速效养分的影响。【结果】①覆土土壤田间持水率沙土高于黄土,黄土是沙土的1.88倍,表明黄土的保水特性远高于沙土。②通过水分特征曲线分析,黄土体积含水率高于沙土,黄土体积含水率在下降至14%以后趋于稳定,沙土饱和导水率在下降至5%以后趋于稳定,表明黄土持水性能高于沙土。③在水稻抽穗期和成熟期,表层土壤有效磷量显著高于底层,且差异显著。水稻成熟期土壤速效钾除表层量较高外,其余各土层量均较低,其中20～30 cm土层速效钾量较水稻抽穗期的量显著降低。④土壤有效磷与土壤有机质显著相关,与土壤黏粒量显著相关;有机质与土壤有效磷和速效钾著正相关。【结论】沙地覆盖黄土后土壤质量得到改善,土壤保水保肥能力显著提升。     

连年施加生物炭对黑土区土壤改良与玉米产量的影响

为研究连年施加生物炭对黑土区坡耕地的土壤结构、持水性能、玉米产量及可持续性的影响,从2015年开始,在黑土区3°坡耕地径流小区内,将玉米作为试验作物连续进行4年生物炭效应试验。共设置C0（0 t/hm²）、C25（25 t/hm²）、C50（50 t/hm²）、C75（75 t/hm²）和C100（100 t/hm²） 5种生物炭的施用量处理。结果表明:4年中土壤容重随生物炭的增加有减小的倾向,孔隙度有逐渐增加的倾向;适量生物炭可有效降低土壤固相比例,提高气相和液相比例,除2015年外,连续3年广义土壤结构指数（GSSI）随施炭量的增加先增大后减小,土壤三相结构距离指数（STPSD）随施炭量的增加先减小后增大,均在第3年C50处理达到最优（99.96、0.63）,同时土壤三相比偏离值R最小（1.03）,三相比最接近理想状态;连续4年大于0.25 mm团聚体含量R_0.25、平均质量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）随着生物炭的增加有先增加后减小的倾向;连...     

生物炭对砂壤土节水保肥及番茄产量的影响研究

采用室内盆栽试验定量分析方法,研究了砂壤土中施加不同含量生物炭对土壤节水保肥及提高番茄产量的影响。试验共设5个处理:不添加生物炭(CK),每1 kg干土加生物炭10 g(C10)、20 g(C20)、40 g(C40)和60 g(C60)。结果表明:施加生物炭处理有利于提高土壤肥力,其中较高施用量的处理增幅明显。与CK相比,C60处理的有机质含量增加560%;C60和C40的碱解氮含量分别增加110%和130%,速效磷含量增加410%和290%,速效钾含量增加290%和150%。随着生物炭施用量的增大土壤含水率呈现递增趋势,其中C60较CK提高170%。较高生物炭施用量可以有效增加番茄产量,C60和C40处理分别比CK提高98%和170%,其中C40处理的产量增幅最大。相关分析可知,水、肥因素对番茄产量影响显著,相关性超过80%,通过在砂壤土中施加生物炭可有效提高肥水利用效率,提高番茄产量。     

保水剂对土壤持水性影响及在不同土壤中效果比较

为分析保水剂对土壤持水性的影响以及对不同土壤持水效果进行比较,按保水剂质量占土壤质量百分比设计0.10%、0.30%、0.50%、1.00%、以及对照(土壤不加保水剂)5个处理进行室内试验。结果表明:保水剂可提高土壤的持水性,土壤保水率随保水剂用量增加而增大,3种土壤施用比例为0.10%~1.00%的保水剂,经过7h恒温蒸发后土壤平均保水率较对照提高103%~187%。但是,当保水剂达到一定用量后,保水率增幅效果不显著。综合3种土壤平均保水率,保水剂比例为0.10%时,恒温蒸发7h后与对照差异显著,当比例增大至0.30%时,虽然与对照相比存在显著差异,但与比例为0.10%时相比无显著差异,当比例逐渐增大至0.50%和1.00%时,与比例为0.30%时相比,相互间也无显著差异。保水剂对提高不同土壤持水性方面的功效存在差异,且差异的大小与水分蒸发时间及保水剂用量有关。土壤水分蒸发初期(1~2h),不同保水剂用量,3种土壤的保水率无明显差异;土壤水分蒸发后期(2h后),保水剂对提高不同土壤持水效果的差异逐渐显现,总体上在黏粒含量较低的壤沙土中的应用效果要好于黏粒含量较高的沙黏壤土和壤土。3种土壤施用比例为0.10%~1.00%,经过7h恒温蒸发后保水率较对照提高分别为:壤沙土293.08%~591.29%,沙黏壤土181.85%~249.78%,壤土29.53%~73.03%。针对本试验所测试的壤沙土、沙黏壤土和壤土3种土壤,保水剂更适宜在黏粒含量较低的壤沙土中使用,用量以保水剂占土壤质量百分比为0.10%为宜。     

聚丙烯酰胺(PAM)对土壤水分蓄渗能力的影响

聚丙烯酰胺(PAM)作为一种土壤结构改良剂在我国正处于试验应用阶段。为了更好地了解其作用效果,掌握其作用机理,探求其使用方法,通过试验,分别对施用不同浓度比例PAM的试验土壤的积水入渗情况、饱和导水率值、保水情况、土壤容重进行了测定。结果发现,各种处理土样与对照相比,①积水入渗速率和饱和导水率值都有所降低。②各处理土样的蓄水能力增强,保水能力未见提高。③土壤容重有一定程度的降低。④以上各种趋势随PAM施用量的增大而增强。     

黑土区施加生物炭对土壤综合肥力与大豆生长的影响

为探明黑土区施加生物炭对土壤持水性能、土壤养分以及大豆生长的影响,以东北黑土区3°坡耕地田间径流小区为研究对象,进行为期4年的观测。按照生物炭施加量,2015年共设置C0(0 t/hm~2)、C25(25 t/hm~2)、C50(50 t/hm~2)、C75(75 t/hm~2)、C100(100 t/hm~2) 5个处理,2016—2018年分别连续施加等量的生物炭。结果表明:连续4年,0～60 cm土层土壤储水量随施炭量的增加呈先增大、后减小的趋势,而对60～100 cm土层土壤储水量影响不显著;连续4年,饱和含水率随施炭量的增加呈逐渐增大的趋势; 2015年田间持水率、凋萎系数随施炭量的增加呈逐渐增大趋势,2016—2018年呈先增加、后减小趋势;连续4年,施加生物炭提高了大豆各生育阶段的株高和叶面积,同期相对较优处理分别为C75、C50、C50、C25;连续4年,大豆冠层覆盖度与施炭量呈抛物线变化(R~2均在0. 89以上,P 0. 01),连续施加2年的C50处理各生育期提高量最大,与C0相比提高了81. 4%、36. 7%、31. 5%和39. 6%;连续4年,土壤pH值和有机质、速效钾含量随施炭量的增加呈逐渐升高趋势,碱解氮、有效磷含量呈先升高、后降低趋势,相对较优处理为C50、C50、C25、C25。采用改进的内梅罗指数模型计算的土壤综合肥力指数与产量呈正相关(R~2=0. 861 5,P=0. 001 2,RMSE为0. 75),土壤综合肥力水平最高的生物炭施用模式为连续2年施加50 t/hm~2的生物炭。     

生物炭种类与施量对新复垦区土壤水分入渗过程的影响

为探究不同种类生物炭与其施量对新复垦区土壤水分入渗过程的影响,设置2个生物炭种类（玉米秸秆生物炭A、水稻稻壳生物炭B）和3个施量梯度（2%、4%和8%）以及不施加生物炭（CK）共7个处理,进行垂直一维积水入渗试验。结果表明：除低施量水稻稻壳生物炭处理（B2）外,添加生物炭延缓了新复垦区土壤水分入渗过程,玉米秸秆生物炭优于水稻稻壳生物炭。添加2%、4%和8%玉米秸秆生物炭处理（A2、A4、A8）随施量增加,入渗时间逐渐延长,与CK相比,入渗时间分别延长35.0%、46.0%和59.1%;而水稻稻壳生物炭组中仅4%施量处理（B4）延缓了水分入渗,入渗时间较CK增加28.5%。同时,添加生物炭降低了土壤初始入渗率及相同入渗时间内的湿润锋运移距离和累积入渗量,生物炭种类及其施量对这3项指标的影响与对入渗时间的影响规律相似。添加生物炭均提高了土壤表层含水率,增幅2.2%～20.3%,且两种生物炭在高施量处理条件下土壤保水能力明显优于中、低施量。湿润锋运移距离与时间符合幂函数关系,Philip模型能较好地模拟不同种类及施量生物炭处理下新复垦土壤的水分入渗过程。总体来讲,添加8%玉米秸秆生物炭处理有利于改善新复垦区土壤水分下渗快、保水能力弱的问题。