不同耕作方式下黑土区农田中小型土壤动物群落特征

[目的]研究中小型土壤动物群落组成、多样性、动态特征及垂直分布情况,反映土壤环境状况,为探索黑土区农田适宜的耕作方式提供参考依据。[方法]采用改良干漏斗(modified tullgren)法分离中小型土壤动物,分析比较了不同耕作方式下中小型土壤动物的群落结构及分布特征。[结果]从研究样地共捕获中小型土壤动物3 749只,隶属47个类群。其中四奥甲螨科(Quadroppiidae)和等节■科(Isotomidae)为试验区的优势类群。3种耕作方式下,0—10 cm土层中小型土壤动物个体数占总个体数的71%,在垂直分布上具有明显的表聚性。深松处理下中小型土壤动物个体数最多(1 671),CK处理下类群数最多(41)。CK处理下中小型土壤动物多样性指数和丰富度指数最高,分别为(2.81)和(3.81);深松处理下中小型土壤动物优势度指数最高(0.15)。不同耕作方式下土壤渗透总量表现为深松CK免耕;土壤含水量和土壤温度表现为深松免耕CK;土壤容重表现为免耕CK深松。中小型土壤动物个体数与土壤容重呈显著正相关(p0.05);中小型土壤动物丰富度指数与土壤有机质呈显著正相关(p0.05);中小型土壤动物均匀度指数与土壤渗透总量呈极显著正相关(p0.01)。[结论]耕作方式对中小型土壤动物的群落结构有明显的影响,深松耕作后显著提高中小型土壤动物个体数,能够有效改善土壤环境,比免耕和传统耕作更有利于中小型土壤动物的生存与繁殖。     

耕作方式对农田土壤水分变化特征及水分利用效率的影响

探讨耕作方式对土壤含水量及水分利用效率的影响,对于高效利用自然降水,提高自然降水利用效率,增加作物产量具有重要的理论与实践意义。因此,采用铝盒称重法测定不同年份、季节、土壤剖面及冻融前后土壤含水量,研究不同耕作方式对土壤含水量及作物水分利用效率的影响。结果表明:在特定时期内土壤含水量随土层深度的增加而减少,特别是土层40cm以下尤为明显,而且随季节呈波动性变化且受降雨影响较大;季节冻融作用明显降低土壤含水量,但深松较其他处理土壤含水量增幅为0.93%~2.23%;土壤贮水量随季节呈先增后降的趋势变化,且生育前期明显高于生育后期;不同耕作方式对田间耗水量和耗水系数无显著影响,但深松耕作显著提高作物水分利用效率,并且水分利用效率与产量的相关性达到极显著水平(r=0.76**)。综合分析认为,保护性耕作结合深松是有效改善耕层结构,增加土壤含水量,提高自然降水利用效率的有效耕作方法。因此,该研究可为东北雨养农业区留茬深松保护性耕作技术的推广提供理论依据。     

不同耕作方式下玉米农田土壤养分及土壤微生物活性变化

通过连续3年的野外调查与室内分析试验,研究了不同耕作方式（翻耕、旋耕、免耕）对玉米农田土壤养分及土壤微生物活性的影响。结果表明,不同耕作方式下土壤pH值略显酸性,土壤容重与土壤总孔隙度变化趋势相反;土壤容重基本表现为:免耕 > 翻耕 > 旋耕;土壤总孔隙度TSP基本表现为:翻耕 > 旋耕 > 免耕,不同耕作方式差异均显著（p<0.05）。不同耕作方式下土壤养分（有机碳、全氮含量）和有效养分（有效磷、铵态氮和硝态氮）均呈现出一致性规律,大致表现为翻耕 > 旋耕 > 免耕,不同耕作方式下土壤全磷含量差异均不显著（p > 0.05）;与免耕相比,土壤微生物量碳和氮、土壤微生物数量（细菌、真菌、放线菌、固氮菌和纤维素菌）均有明显的增加,大致表现为:翻耕 > 旋耕 > 免耕。土壤微生物活度的变化范围为0.38~0.69,依次表现为翻耕 > 旋耕 > 免耕,不同耕作方式下土壤微生物活度差异均显著（p<0.05）。不同耕作方式下土壤微生物量碳周转率高于氮周转率,说明微生物量碳更新比微生物量氮快,其中翻耕处理下土壤微生物量碳和氮更新较旋耕和免耕快。通径分析发现,不同土壤环境因子对土壤微生物活度产生直接和间接负作用,其中有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮、细菌数量对土壤微生物活度产生直接效应;土壤微生物量碳、微生物量氮、真菌数量和固氮菌数量对土壤微生物活度产生间接效应。     

海河低平原不同耕作方式下麦田土壤生态环境特征

在片面追求单产导致耕地可持续生产力退化背景下,为探索一种科学合理的土壤耕作模式,优化麦田土壤生态环境,促进耕地生产力可持续提升,于2011-2013年小麦生长季,大田条件下,通过在小麦季设旋耕、深松和深耕3种耕作方式处理,在海河低平原进行了2a研究。在不同土壤耕作方式下,采用环刀法测定麦田土壤容重差异,采用HL20型自动气象数据采集器测定10cm深处土壤温度,采用动态密闭气室法测定土壤呼吸速率,采用TDR法测定土壤含水量,采用平板稀释法测定土壤微生物数量,采用重铬酸钾容量法-磷酸浴法、靛酚比色法、磷酸苯二钠比色法、高锰酸钾滴定法等方法测定土壤酶活性、采用碱解扩散法、碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法、乙酸铵浸提-火焰光度法、重铬酸钾容量法-磷酸浴法等方法测定土壤养分状况,采用重铬酸钾容量法和氯仿熏蒸-K2SO4浸提法分别测定土壤有机碳和微生物量碳含量,成熟时期测定产量、水分利用效率和肥料偏生产力。结果表明:深松处理有利于20-40cm土层土壤容重降低,加深耕层。旋耕处理和深松处理分别有利于表层和深层土壤水分储蓄。深耕处理有利于提高土壤温度,分别比深松处理和旋耕处理提高5.8%和8.8%。深耕处理土壤呼吸作用最高,分别比旋耕处理和深松处理提高8.0%和4.8%。小麦返青至成熟期,深松处理可提高土壤过氧化氢酶和脲酶活性,且深松处理还可提高小麦灌浆后土壤碱性磷酸酶活性;深耕处理和深松处理可分别在灌浆前、后提高表层土壤多酚氧化酶活性。深松处理全生育期碱解氮含量最低;旋耕处理速效磷有\"表层聚集\"现象;深松处理有利于20cm以下土层速效磷和速效钾积累;深耕处理可提高表层土壤有机质含量,旋耕处理和深松处理分别在返青前、后提高20-40cm土层有机质含量。深松处理有利于真菌和细菌增殖,旋耕则有利于放线菌的增殖。深松处理和旋耕处理分别在不同生育期可提升土壤微生物生物量碳含量。旋耕处理和深松处理分别在小麦返青前和返青后土壤总有机碳含量最高。深松处理可降低麦田耗水量,提高产量、水分利用效率和肥料偏生产力。     

长期施肥与耕作方式对土壤酶活性的影响

通过长期田间试验,研究了白浆土耕种18年后施肥与耕作方式对土壤酶活性的影响。结果表明:无论轮作还是连作施肥,土壤脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶活性均有不同程度提高,施用厩肥尤为明显,OM处理的脲酶活性最大,与CF、CK处理间差异显著,轮作的土壤脲酶活性和中性磷酸酶活性均高于连作;深松处理配施化肥可以提高白浆土的蔗糖酶和脲酶活性,且轮作影响大于连作。     

东北黑土区不同耕作方式土壤养分与酶活性的时空变化

通过田间试验研究了东北黑土区玉米不同耕作方式的土壤养分与酶活性的时空变化规律.结果表明,整个生育期不同处理在各个土层均有较高的碱解氮含量,而在播种前常规耕作高于宽窄行,玉米生长中期则是宽窄行高于常规耕作,收获后各处理含量水平基本一致.有效磷不同处理均表现出养分表聚现象,且宽窄行在各个生育期的不同土层内均高于常规耕作.速效钾含量随着土层的加深降低不十分明显,处理间没有表现出明显的差异,体现了钾素养分移动性大的特点.玉米生长关键期的全量氮、磷、钾变化幅度不大,处理问含量水平一致;有机质含量在2%～3%之间;pH值不同处理均随着土层的加深逐渐升高的趋势,说明不同的耕作措施都有促进土壤表层酸化的现象.不同耕作方式土壤酶活性在整个生育期变化趋势相同,无明显差异.     

不同耕作措施对东北玉米农田土壤物理性质的影响

为了揭示耕作措施对东北玉米田土壤物理性质的影响,本研究进行了连续4年的田间定位试验,探明了深松(ST)、免耕(NT)以及传统耕作(CT)对东北玉米田土壤物理指标(土壤容重、土壤三相比、土壤结构指数以及颗粒组成)的影响。结果表明：与传统耕作相比,深松处理能够显著降低0～20 cm土层的土壤容重(P<0.05),下层土壤(20～40 cm)各处理间差异不显著,其中免耕处理土壤容重最大;同时,深松处理降低了0～40 cm土层的土壤固相比例,显著增加气相比例(P<0.05),而免耕处理增加了下层土壤(20～40 cm)的固相比例,降低了液相比例;深松处理可以显著提高下层土壤的结构指数,平均增加28.3%(P<0.05),另外,深松处理的土壤三相结构距离为15.0,显著低于其他两个处理(18.4和17.7)(P<0.05),使得耕层土壤物理结构更加接近理想状态,免耕与常规耕作处理间的差异不显著;深松可以增加0.002～0.2 mm粒级的比例,0～40 cm土层中土壤颗粒0.002～0.2 mm等级中所占比例大小依次为深松>免耕>传统耕作。种植玉米后,深松耕作措...     

不同施肥与耕作方式下土壤—径流氮磷变化特征

为探讨长期不同施肥与耕作条件下土壤与径流中氮磷化学计量关系变化。在紫色土坡耕地设5个处理：顺坡耕作无施肥(对照,CK)、顺坡耕作+化肥有机肥混施(T1)、顺坡耕作+单施化肥(T2)、顺坡耕作+1.5倍单施化肥增量(T3)和横坡耕作+单施化肥措施(T4),每个处理均设3个重复,分析2008—2017年土壤总氮(TN_S)、总磷(TP_S)含量与化学计量TN_S∶TP_S,以及83场产流事件径流总氮(TN_W)、总磷(TP_W)浓度及化学计量TN_W∶TP_W的变化特征。结果表明：CK处理TN_S、TP_S含量与T1处理差异不显著,但显著低于T2、T3、T4处理,主要是因为化肥施用显著提高土壤氮磷含量。各处理间TN_S∶TP_S无显著差异,其平均值为3.55～4.79,CV值为0.39～0.94,表明施肥对于多年间土壤氮磷比并无显著影响。CK处理的TN<...     

不同耕作方式对土壤水热变化的影响

为了研究各免耕处理下土壤的水热变化,2005～2008年在黄河流域清水河县对玉米进行了5种不同耕作方式的试验研究。结果表明,土壤含水量、温度在5种不同耕作方式下均达到了显著(p0.05)或极显著(p0.01)差异。①三年间在0～10 cm土层,整个生育期内留高茬覆盖、留低茬覆盖、留高茬、留低茬处理的平均土壤含水量分别较常规耕作增加了29.92%、26.23%、17.30%、13.95%。在0～40 cm土层,留茬覆盖处理能有效地抑制土壤水分蒸发,提高作物的水分利用率。在80～100 cm土层,土壤含水量达到最大值。土壤水分变化主要受季节影响,随秸秆覆盖和降雨量的变化而变化。②土壤温度在5 cm土层变化幅度最大,留茬覆盖能有效地调节土壤温度,使土壤温度日变化平缓,且随土层深度的增加土壤温度的变化幅度减小。③不同耕作方式形成的土壤微环境为玉米的生长发育提供了更好的基础,其中留茬覆盖处理效果最佳,由于水热状况良好,留茬覆盖下作物产量较高。     

坡耕地不同耕作方式对土壤性状的影响

通过田间实验,在坡耕地采用垄沟种植的耕作方式,设置垄覆膜旋耕(X)、垄覆膜灭茬翻耕(F)、垄覆膜灭茬深松(S)3种处理方式;垄、沟比为60:40.结果显示,不同的耕作方式对土壤产生不同程度的扰动,使土壤耕作层密度总体上存在显著差异,其中0～20 cm及20～40 cm深松耕作方式土壤密度相对较低.其中X处理在一定程度上...     

挪威北部土壤微生物活性的季节变化

Seasonal development of soil microbial activity and bacterial biomass in sub-polar regions was investigated to determine the impacts of biotic and abiotic factors, such as organic matter content, temperature and moisture. The study was performed during spring thaw from three cultivated meadows and two non-cultivated forest sites near Alta, in northern Norway. Samples from all five sites showed increasing respiration rates directly after the spring thaw with soil respiration activity best related to soil organic matter content. However, distributions of bacteria] biomass showed fewer similarities to these two parameters. This could be explained by variations of litter exploitation through the biomass. Microbial activity started immediately after the thaw while root growth had a longer time lag. An influence of root development on soil microbes was proposed for sites where microorganisms and roots had a tight relationship caused by a more intensive root structure. Also a reduction of microbial activity due to soil compaction in the samples from a wheel track could not be observed under laboratory conditions. New methodological approaches of differential staining for live and dead organisms were applied in order to follow changes within the microbial community. Under laboratory conditions freeze and thaw cycles showed a damaging influence on parts of the soil bacteria. Additionally, different patterns for active vs. non-active bacteria were noticeable after freeze-thaw cycles.     

季节性冻融土壤水盐动态预测BP网络模型研究

冻融土壤水盐运移模拟预测一直是冻土物理学和土壤水科学研究的热点和难点,而冻土水盐运动的特殊规律与分配特性是影响河套灌区土壤盐渍化发生、发展和演变的重要因素。该文基于内蒙古河套灌区5个冻融期（1994～1999）的水分、盐分和温度的田间实测资料,利用人工神经网络对冻融土壤水盐耦合运移进行了联合预测。结果表明：初冻期地下水埋深、初冻期含水率、初冻期含盐量、秋浇水量、11月到翌年4月的月平均地温等10个影响因子可以有效表征冻融土壤水分和盐分之间的强烈耦合关系,神经网络预测模型具有较好的精度。该研究为冻融条件下土壤水盐动态预报和灌区灌溉管理的研究开辟了新的途径。     

积雪覆盖条件下土壤液态含水率空间分布

为了揭示季节性冻土区积雪覆盖条件下土壤垂直剖面各层次液态含水率序列的复杂性变化过程,基于(2013年11月-2014年4月)实测的田间数据,分析了裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖处理条件下5、10、15、20、40、60、100、140、180 cm土层土壤液态含水率的变化过程,采用变异系数、方差等指标评价其时间序列的离散程度,同时利用小波变换信息量系数(wavelet transform information cost function,WT-ICF)值对含水率序列的复杂性进行识别验证。结果表明:冻融期,积雪覆盖阻碍了土壤与环境之间的水汽传输与能量交换过程,裸地处理条件下土壤含水率变幅最大的层面出现在20 cm土层处,其含水率变幅为18.31%,自然降雪、积雪压实和积雪加厚条件下其最大变幅层面分别为15、15、10 cm,层面逐渐上升;裸地处理条件下20 cm土层处的离散程度最大,随着积雪覆盖厚度的增加和密度的增大,序列离散程度最大的层面逐渐上移,其变异系数依次为6.0189%、6.1367%和6.8546%,波动性增强;小波变换信息量系数能够精确的测算各土层土壤含水率的复杂度,裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚处理条件下其复杂性活跃层依次为21、18、14和10 cm,积雪的存在导致了环境因子对于土壤的影响区域减小,复杂性活跃层向地表移动。该研究揭示了北方寒区冻融期土壤水分迁移的复杂性特征,对于合理预测春播期土壤墒情,精准、高效的利用土壤水资源具有指导意义。     

不同冻结和解冻速率对猪肉保水性和超微结构的影响

采用均匀设计研究不同个体、冻结和解冻速率对猪肉保水性和组织结构的影响,结果显示：解冻速率对解冻汁液流失率的影响成非线性关系,在一定的范围内存在最佳解冻速率使解冻汁液流失率最低;蒸煮损失率的主要影响因素是冷冻速率,不同的肉品来源对猪肉的蒸煮损失率有显著影响;肉品的加压系水力主要与肉的来源相关,与肉品的冷冻工艺无关;解冻速率对全蛋白的溶解性有一定的影响,且成非线性关系;冻结和解冻操作对于肉品的超微结构有一定的影响,解冻速率越大对于肉品超微结构的破坏作用也越大。     

冻融期气温与土壤水盐运移特征研究

在中国西北干旱、寒冷地区,冻融作用是土壤盐碱化独特的形成机制。该文以内蒙古河套灌区为例,基于田间实测资料,对土壤冻融期间多年水分、盐分和温度的变化规律进行分析。研究结果表明：不同土层各个年度的土壤温度变化规律基本一致,土壤温度的变化滞后于气温的变化,而且滞后时间随着土层深度的增大而增大;气温的降低引起了土壤温度的降低,从而引起水分和盐分的迁移;盐分的时间变异系数(0.30～0.85)大于水分的变异系数(0.02～0.40),说明盐分的运移机制比水分运移机制复杂。该研究结果为河套灌区冻融土壤水热盐耦合模拟的研究和秋浇制度的制定提供了基础理论依据。     

不同地表覆盖下冻融土壤入渗能力及入渗参数（英）

为了研究不同地表覆盖下冻融土壤入渗能力的差异和入渗参数的变化规律,进行了一系列裸地、地膜覆盖地和秸秆覆盖地土壤田间入渗试验。研究表明,冻土的入渗能力主要受冻层的控制,冻层是入渗水分的控制界面,土壤冻融特征差异是影响不同地表覆盖下土壤入渗能力大小的主导因素。冻融土壤的水分入渗过程可用三参数考斯加科夫土壤入渗经验模型描述。水分入渗开始 1 min内的累积入渗量大小随着冻层厚度和密实度的增加而减小,随着土壤冻融循环次数增加而增大;入渗能力的衰减率随着冻层厚度和密实度的增加而减小;稳定入渗率大小主要取决于土壤冻结状态和入渗锋面处的水力特性。三入渗参数均与土壤含水率和冻结深度有关,不同地表覆盖下的土壤入渗参数随着冻层深度的增加而减小,随着土壤的消融解冻而增大。该研究成果对农业生产实际和水土保持具有重要的指导意义。     

冻融期积雪覆盖下土壤水热交互效应

为了研究季节性冻土区土壤水热时空分异特征,揭示冻融过程中的水热相互作用机理及其复杂性。在松嫩平原黑土区,以野外实测试验数据为基础,分别建立裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖处理条件下20 cm土层土壤含水率和温度的耦合模型,并通过对比模型的预测效果研究土壤水热变化的复杂程度,采用差异性分析和基于小波变换的分形理论方法定量研究含水率与温度序列的变异波动性和分维指标,进而验证不同覆盖处理条件对于土壤水热空间变异复杂性的影响。结果表明:冻结期,积雪阻碍了环境因素对于土壤水热迁移过程的影响,土壤含水率和温度的耦合效果较好,并且预测值与实测值能够较好的吻合,裸地、自然降雪、积雪压实、积雪加厚处理条件下的相对误差分别为0.42%、0.31%、0.13%和0.06%,随着积雪厚度的增加和密度的增大,含水率和温度的差异性减弱,复杂程度逐渐降低;融化期,积雪覆盖区的融雪水入渗抑制了土壤温度稳定提升,含水率出现骤然升高的现象,自然降雪、积雪压实、积雪加厚条件下的含水率变化分别为14.31%、15.90%和16.91%,土壤温度变化范围分别为-5.9~5.3、-3.6~6.9和-3.1~3.8℃,二者的互作效应减弱,并且随着积雪覆盖量的增加,土壤的水热时空迁移复杂程度逐渐增强。同时,采用基于小波变换的分形理论研究土壤含水率和温度的时间序列复杂性精度较高、结果可靠。该研究对于揭示冻土区土壤水热迁移动态规律,准确预测春播期土壤温度和墒情,合理高效地利用松嫩平原的土壤水资源具有重要的理论价值和现实意义。     

基于昼夜温度变化的混凝土衬砌渠道冻胀有限元分析

为了掌握衬砌渠道冻胀量及冻胀力随昼夜气温变化的发展规律及冻胀破坏极限状态,根据冻土力学及冻土物理学理论,利用有限元软件ANSYS按瞬态温变模式加载温度,对衬砌渠道冻胀过程进行数值模拟,研究了其温度场和冻胀变形及法向冻胀力与切向冻胀力随时间的变化规律。结果表明：渠道冻融破坏除因渠基土冻胀外,阴阳两坡的温度、冻胀变形、冻胀力既不均匀不对称变化又不同步,也是渠道冻胀破坏的重要原因;阳坡滞后阴坡约15 d冻结,最大冻胀量及最大冻胀力滞后日平均最低气温约4 d,日内最大冻胀量及最大冻胀力滞后日最低气温约1 h;模拟结果与野外观测资料基本吻合,但比稳态数值模拟结果偏大,表明了运用瞬态数值模拟进行渠道抗冻胀设计的正确性和合理性。     

冻融作用对土壤镉吸附特征的影响

选择东北地区棕壤为供试土壤,采用人工控温方法进行冻融处理（冻-融时间为12h-12h,冻-融温度为-30℃-30℃）,进行不同含水量和冻融频次处理下土壤镉的静态等温吸附试验和动力学等温吸附试验,并选择不同模型对吸附曲线进行拟合,研究冻融作用与土壤镉吸附特征之间的关系。结果表明：未冻融和冻融处理土壤对镉的吸附量均随着含水量的增加先增加后减少;冻融作用会增加土壤镉的吸附量,加快土壤镉的吸附速率;Henry模型和Temkin方程可以较好拟合土壤镉静态等温吸附曲线,双常数方程、Elovich方程和型曲线方程则可以很好拟合土壤镉动力学等温吸附曲线。     

冻融期灌水和覆盖对南疆棉田水热盐的影响

为了探索不同冬灌定额和地表覆盖模式对棉田水热盐的影响,该文设置了冬灌裸地(winter irrigation with bare land,WIB)、冬灌留秆(winter irrigation with high cotton stubble,WICS)、冬灌玉米秸秆覆盖(winter irrigation with corn straw mulching,WICM)、免冬灌裸地(no winter irrigation with bare land,NWIB)、免冬灌留秆(no winter irrigation with high cotton stubble,NWICS)和免冬灌玉米秸秆覆盖(no winter irrigation with corn straw mulching,NWICM)6个处理。经过2013-11-15-2014-04-04和2014-11-15-2015-04-04冬季大田试验,得到:灌水和地表覆盖可以平抑土壤温度的变幅,免冬灌或冬灌条件下,温度变异幅度均为裸地留秆玉米秸秆覆盖。玉米秸秆覆盖更有利于土壤水分保持,WICM土壤储水量比WIB和WICS分别多29.10%和10.36%,NWICM土壤储水量比NWIB和NWICS分别多14.97%和2.21%,经过两年冻融过程NWIB、NWICS和NWICM 0~100 cm土壤储水量平均减少了18.32、7.36和2.62 mm。(免)冬灌0~30 cm土壤含盐量均为裸地留秆玉米秸秆覆盖;0~100 cm土壤范围冬灌盐分淋洗率为玉米秸秆覆盖(34.86%)留秆(15.82%)裸地(7.26%);免冬灌0~100cm积盐率为裸地(10.11%)留秆(7.96%)玉米秸秆覆盖(3.01%)。研究结果可为南疆冬季休闲期棉田土壤水热盐调控提供科学依据。