生物炭对滨海盐渍土理化性质及玉米幼苗抗氧化系统的影响

以黄河三角洲典型盐化潮土为供试土壤,设置12.5,25.0,50.0,100 g/kg 4个梯度生物炭添加量,通过盆栽试验研究不同添加量下生物炭对滨海盐渍土理化性质及玉米幼苗抗氧化系统的影响。结果表明:(1)与对照相比,随着生物炭添加量的增加,盐渍土的电导率、速效磷、速效钾、阳离子交换量及易氧化有机碳的含量呈现显著增加的趋势;不同生物炭添加量下,盐渍土的pH、碱解氮含量略有下降,但各添加量处理间差异不显著;而生物炭对盐渍土可交换态钠含量无显著影响。(2)添加适量生物炭(12.5,25.0,50.0 g/kg)可显著提高玉米幼苗叶片抗氧化酶活性和根系活力,并降低叶片超氧阴离子产生速率和过氧化氢含量,从而改善玉米幼苗的生理性状;然而,较高的生物炭添加量(100 g/kg)对幼苗抗氧化系统产生不良影响,造成植物体内活性氧的累积。因此,添加适量生物炭可以改善滨海盐渍土的理化性质,并在一定程度上有效改善盐胁迫下玉米幼苗的生理特性,但较高用量对作物抗氧化系统具有抑制作用。     

地膜覆盖对春季咸水灌溉条件下滨海盐渍土水盐动态的影响

在河北省沧州市海兴县选取耕层土壤初始含水量有较大差异的两个地块,于春季利用当地高矿化度咸水(10~15 g·L~(-1))进行灌溉和地膜覆盖,以探究地膜覆盖对春季咸水灌溉条件下滨海盐渍土水盐动态的影响。设不灌咸水不覆膜(对照,CK)、不灌咸水覆膜(PM)及3月29日和4月13日灌咸水不覆膜(SE、SL)、灌咸水后覆膜(SE+PM、SL+PM)6个处理探讨不同咸水灌溉和覆膜对土壤水盐动态的影响;另在耕层土壤含水量≥20%(海兴县小山乡)和20%(海兴县农场)两个地点分别设灌咸水后覆膜(SE+PM)和不灌咸水不覆膜(CK)处理,探讨初始土壤含水量对咸水灌溉下土壤水盐动态的影响。灌水量均为180 mm,灌溉咸水来自排水渠,矿化度分别为12.12 g·L~(-1)和11.53 g·L~(-1),咸水入渗后,播种油葵。结果表明:春季咸水灌溉后覆膜能有效降低耕层土壤盐分,并且该项措施实施的时间越早越好,脱盐深度和脱盐率均较深和较高,本研究中,脱盐效果最优的为SE+PM处理,该处理在油葵收获后0~5 cm脱盐率为58.93%,土壤含盐量由1.15%降至0.51%。此外,脱盐效果也受到土壤初始含水量的影响,耕层土壤含水量20%时,春季咸水灌溉覆膜处理对土壤盐分的淋洗效果较好,平均脱盐深度大于40 cm,保证了油葵正常生长,油葵出苗率和产量分别为73.9%和920 kg·hm~(-2),至油葵收获时,0~20 cm土层土壤含盐量由灌溉前的1.93%降低至0.32%,脱盐率达84.07%;而当耕层土壤含水量≥20%时,脱盐速度慢、深度浅,至油葵播种时,土壤盐分依然较高,导致油葵出苗率低,最终绝收。本研究通过利用春季高矿化度咸水灌溉和地膜覆盖措施,在春季干旱和土壤严重积盐条件下有效降低了耕层土壤盐分,为作物播种出苗提供适宜的土壤水分条件和低盐环境。     

秸秆与地膜覆盖方式对咸淡交替灌溉模式下水盐调控及玉米产量的影响

为探明秸秆与地膜覆盖方式对咸淡交替灌溉模式下水盐调控及玉米产量的影响,筛选出适合内蒙古河套灌域轻度盐碱地地区玉米种植的耦合技术。通过田间试验,研究了在已有优化的咸淡交替灌溉模式下地膜覆盖(H1)、上膜上秸(地膜覆盖 +秸秆表覆)(H 2)、上膜下秸(地膜覆盖 +秸秆深埋)(H 3)、对照(无覆膜无秸秆)(CK)4种处理对玉米生长效应和水盐运移机理的影响。结果显示:1)H 1、H2、H3处理的玉米收获指数均显著高于 CK处理(P<0.05),分别比 CK提高了5.39%、14.48%、16.50%,H 2处理提高了玉米生育前期的生长指标,H 3处理提高了玉米生育后期的生长指标,但 H 3比H2处理玉米产量、水分利用效率高;2)咸淡水交替灌溉节约淡水资源,秸秆隔层与地膜覆盖减少了水分散失,提高了土壤含水率,20～ 40 cm土层 H 3处理的含水率最高且比CK增加了 7.13%;3)秸秆隔层能够减弱盐分表聚,把盐分控制在秸秆层以下位置,淡化了玉米根层土壤含盐量,20～ 60 cm土层 H 3处理的土壤含盐量分别比 H 1、H2、CK处理降低了30.97%、23.21%、44.07%。总之,优化咸淡交替灌溉模式下上膜下秸(H 3)耦合技术具有较好的蓄水控盐效果,为轻度盐渍化土壤玉米的生长提供了较好的生态环境,获得了较优产量,在内蒙古河套灌域轻度盐碱地地区较为适用。     

生物炭对玉米茎秆性状及产量的影响

通过田间试验研究了生物炭不同施用量(0、10、20、40、80 t/hm2)对玉米茎秆中的钾含量、茎秆形态特征、茎秆质量性状及产量的影响。结果表明：土壤中施加生物炭能够促进玉米茎秆各节的钾含量,并且生物炭的施入矮化了蜡熟期玉米茎基部3~5节的节间长,增大了玉米茎粗,增强了茎秆弹力和茎秆外皮穿刺力,增加了茎秆干物质积累,使茎秆粗壮、坚韧。随着生物炭施用量增加对玉米茎秆钾含量、茎秆性状及产量的影响均表现出先增大后降低的趋势。施炭量40 t/hm2为最优施用量,产量达13261 kg/hm2,较对照提高了25.99％。当施炭量为80 t/hm2时茎秆中的钾含量、茎秆形态特征、茎秆质量性状及产量的提高幅度略有下降。     

多水源交替灌溉模式对玉米生长特性及产量的影响

为了节约地表淡水资源,以玉米为指示作物,通过大田试验对井水(地下微咸水)、渠水(地表淡水)2种水源联合灌溉模式进行研究,试验设置8个多水源交替灌溉模式:井井井(JJJ)、井井渠(JJQ)、井渠井(JQJ)、渠井井(QJJ)、井渠渠(JQQ)、渠渠井(QQJ)、渠井渠(QJQ)、渠渠渠(QQQ)及空白对照的处理。研究较适宜的多水源交替灌溉模式对玉米生长特性、产量及水肥利用效率的影响。结果表明:灌溉井水次数的增加,对玉米的叶片生长及地上地下部生物量的积累有不同程度的抑制作用,其中QJQ处理与QQQ处理在地上部生物量积累上无显著差异。拔节期灌溉井水对玉米穗的外观形态及产量影响最大且土壤积盐程度较高,其次为灌浆期,抽雄期最小。QJQ处理的水肥利用效率均高于其他灌溉模式,且与QQQ无显著差异。综上所述,考虑玉米叶片生长、生物量积累、产量及水肥利用效率等因素的基础上,QJQ处理为当地较适宜的多水源交替灌溉模式,既有利于玉米作物生长和保证玉米产量,还可节约地表淡水资源。     

咸水淋洗改良滨海盐渍土的潜力研究

通过室内土柱模拟试验,研究了不同矿化度咸水对砂壤质滨海盐碱土土壤入渗特征的影响,以及咸水淋洗土壤水盐变化规律和节水潜力。研究结果表明,高矿化度咸水略微降低土壤入渗性能,但当淋洗水矿化度高于15.61g/L时,土壤入渗性能不再继续降低;不同矿化度水处理淋出液矿化度都经历快速下降、较快下降、缓慢下降3个阶段,土壤盐分随咸水淋洗水量的增加先上升,再经历急剧下降、快速下降、缓慢下降,土壤经咸水淋洗后盐分含量明显下降;根据水盐平衡预估咸水淋洗具有较高的节水潜力,5.35g/L和10.36g/L的咸水淋洗节水潜力分别约为48.08%,38.46%,海水淋洗节水潜力最小,约为24.04%。     

生物炭对砂质潮土养分及玉米产量的影响

为了探索生物炭对砂质潮土中低产田的改良效果,采用田间小区试验,设三个生物炭梯度8 thm-2、16 thm-2和32 t hm-2,研究了生物炭施用对砂质潮土养分,微生物数量及玉米产量的影响。结果表明:施生物炭后土壤含水量显著高于空白对照(P0.05),其中以32 thm-2施用量含水量最高,最高比不施生物炭对照(CK)高5.4%。施用生物炭显著增加了土壤pH值,施用量越大pH增加值越高,开花期后pH开始缓慢下降;施用生物炭土壤铵态氮含量总体变化不明显,硝态氮含量显著低于CK,施用量越高,硝态氮含量越低;施生物炭明显提高了土壤中速效钾含量(P0.05),而对速效磷影响较小,后期有降低土壤速效磷的趋势;各梯度施用生物炭对试验土壤细菌数量没有显著影响(P0.05),较大施用量16 t hm-2和32 t hm-2显著提高了真菌数量(P0.05)。施用生物炭16 thm-2和32 thm-2可显著提高玉米地上部干物质积累量和产量,二者之间差异不显著(P0.05)。     

咸淡水交替沟灌对土壤盐分及玉米产量的影响

以玉米为试验材料，在内蒙古河套灌区进行大田试验，研究在灌水定额相同、咸淡水交替沟灌模式下，不同灌溉水质(淡水、低矿化度水、中矿化度水和高矿化度水)对沟顶和沟底土壤剖面盐分累积和玉米产量的影响。试验结果表明，无论是沟顶还是沟底，淡水灌溉下土壤剖面盐分收获前与沟灌前相比无明显差异，其他灌溉水质都引起土壤剖面盐分的累积，累积程度为高矿化度水＞中矿化度水＞低矿化度水。通过对生育期内不同时段沟顶土壤剖面盐分情况分析，同一处理土壤表层(0～5cm)盐分明显高于根系密集层(0～40cm)和土壤1m层(0～100cm)；不同处理相同层次下，各个时段土壤盐分累积情况为高矿化度水＞中矿化度水＞低矿化度水＞淡水。与淡水相比，其他处理(低矿化度水、中矿化度水和高矿化度水)作物分别减产7.3%、30.3%和50.2%。     

咸淡水交替沟灌对土壤盐分及玉米产量的影响

以玉米为试验材料,在内蒙古河套灌区进行大田试验,研究在灌水定额相同、咸淡水交替沟灌模式下,不同灌溉水质(淡水、低矿化度水、中矿化度水和高矿化度水)对沟顶和沟底土壤剖面盐分累积和玉米产量的影响。试验结果表明,无论是沟顶还是沟底,淡水灌溉下土壤剖面盐分收获前与沟灌前相比无明显差异,其他灌溉水质都引起土壤剖面盐分的累积,累积程度为高矿化度水＞中矿化度水＞低矿化度水。通过对生育期内不同时段沟顶土壤剖面盐分情况分析,同一处理土壤表层(0～5cm)盐分明显高于根系密集层(0～40cm)和土壤1m层(0～100cm);不同处理相同层次下,各个时段土壤盐分累积情况为高矿化度水＞中矿化度水＞低矿化度水＞淡水。与淡水相比,其他处理(低矿化度水、中矿化度水和高矿化度水)作物分别减产7．3％、30．3％和50．2％。     

不同生物炭对南疆盐渍土盐分离子淋洗效果的影响

为探究不同生物炭添加对盐渍化土壤盐分及离子淋洗效果的影响。采用室内土柱模拟试验,在土壤表层(0-10 cm)添加比例为0.5%的猪粪(PMB)、棉秆(CSB)和玉米秸秆(MSB)生物炭,淋洗过程分为急降(P1)、缓降(P2)和稳定(P3)3个阶段,通过测定淋洗速率、流量、累积浸出阴阳离子浓度、土壤剖面含水率和土壤剩余可溶性离子的含量来探究不同生物炭对南疆盐渍土盐分离子的淋洗效果。结果表明:与未添加生物炭处理(CK)相比,生物炭的施用能提高各阶段淋洗液的流量和淋洗速率,在电导率快速下降阶段CSB处理流量提高20%,PMB处理淋洗速率提高29%,MSB处理最先使EC值降低到5 mS/cm,但对离子的去除能力提升较小。生物炭的施用对各阶段离子淋出先后顺序有一定影响,即促进Ca²⁺、Na⁺、SO₄^2-和Cl^-淋出,抑制K⁺淋出。淋洗结束时,生物炭均能显著降低土壤残余含盐量。CSB处理可提高表层土壤保水能力,使得钠吸附比(SAR)始终保持较低水平且对土壤中残余阴离子洗脱效果最好。表明CSB处理是一种非常有潜力的土壤改良剂。研究结果可为南疆盐渍化土壤改良提供理论参考。     

滨海重度盐碱地微咸水滴灌水盐调控及月季根系生长响应研究

滨海盐碱地是滨海地区重要的土地资源,随着滨海地区城镇化进程及生态文明建设的发展,迫切需要低成本、快速、可持续的滨海盐碱地原土植被构建技术。针对滨海盐碱地原土建植与咸水/微咸水资源的利用,该研究以月季(Rosa chinensis)为例,采用微咸水滴灌技术进行滨海盐碱地水盐调控植被构建。试验在渤海湾曹妃甸区吹沙造田形成的典型沙质滨海盐渍土上进行,设计了灌溉水电导率(ECiw)为0.8、3.1、4.7、6.3、7.8 dS/m的5个处理,研究滴灌水盐调控对土壤盐分淋洗及月季根系生长和分布特征的影响。结果表明:在渤海湾滨海地区气候条件下,先进行淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗灌溉,随后采用7.8 dS/m的微咸水滴灌,0～100 cm土层土壤盐分得到了有效的淋洗,尤其是根层0～40 cm土壤盐分经过一个月左右,由初始28.33 dS/m降低到均小于4 dS/m,一个低盐适生的土壤环境得到快速营造;随着ECiw的增加,0～40 cm土层土壤最终趋于稳定的盐分呈增加趋势,土壤脱盐过程可以被logistic方程描述,脱盐过程可划分为快速脱盐、缓慢脱盐和盐分趋于稳定3个阶段;94%以上的月季根系主要分布在0～20cm的表层土壤中,随着ECiw的增加,根系生物量显著降低,根系受盐分胁迫生理干旱影响向土壤深处生长以扩大水分空间。研究认为,采用短期淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗淡水滴灌、随后进行微咸水滴灌的方法,可以实现土壤盐分的快速淋洗并维持在较低水平,但受盐分对根系生长的影响会作用于植物地上部分生长及植物存活,因此需要结合植物耐盐性及生产目标(产量、景观)确定适宜灌溉水矿化度阈值。     

地下水作用下微咸水灌溉对土壤及作物的影响

随着微咸水灌溉面积逐年增加,不合理的灌溉对土壤环境造成了不同程度的污染。该文采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水灌溉夏玉米对土壤-作物系统环境因子的影响。研究结果表明：在地下水水位低于3 m地区进行微咸水灌溉,0～100 cm的土层内不会形成严重的积盐现象。当灌水水质为4 g/L时,灌水水质对土壤盐分环境的影响大于地下水埋深对其的影响。地下水埋深越深,夏玉米叶面积指数、株高及产量越小,且随灌溉水盐分水平的增加而减小,地下水埋深对夏玉米形态指标的影响大于盐分水平对其的影响。     

Response of gas exchange and chlorophyll fluorescence of maize to alternate irrigation with fresh- and brackish water

The scarcity of good-quality water is forcing the use of brackish water for irrigation in many areas around the world. Alternate fresh- and brackish water irrigation is a feasible irrigation method (IM). A pot experiment was carried out with three brackish water IMs and at three levels (1, 3 and 5?g NaCl L^?1). The various levels of brackish waters were irrigated at the seedling stage, the jointing and tasseling stage and the after tasseling stage, respectively. The responses of maize (Zea mays L.) to alternate irrigation were investigated through gas exchange and chlorophyll fluorescence. The results showed that the alternate use of fresh- and brackish water reduced the increasing soil salinity caused by brackish water irrigation. The changes in net photosynthesis rate (Pn), stomatal conduction (gs), intercellular CO₂ concentration (Ci) and chlorophyll content (SPAD) values revealed that maize was more resistant to brackish water at the after tasseling stage. Moreover, significant reductions in maximum quantum yield (Φ_po), effective quantum yield of photochemical energy conversion (Φ₂), photochemical quenching (q_p), non-photochemical quenching of variable chlorophyll fluorescence (qN) and non-photochemical chlorophyll fluorescence quenching (NPQ) of photosystem II, grain yield and biomass weight of maize subjected to high NaCl level brackish water at the jointing and tasseling stage were observed. This implied that maize plants were extremely sensitive to brackish water irrigation during the jointing and tasseling stage, and freshwater should be applied at this growth period. Our results would be helpful for sustainable maize production using alternate irrigation with fresh- and brackish water in arid and semi-arid areas.     

不同土质下灌水盐度对滴灌棉花生理及产量品质的影响

在干旱、半干旱地区利用微咸水进行灌溉可以缓解淡水资源供需矛盾,但其灌溉效果与土壤质地是否相关有待研究。该研究旨在探讨灌水矿化度对不同土壤质地滴灌棉花生长发育和籽棉产量、纤维品质的影响。2022 年进行桶栽试验, 设置 2 种玛纳斯河流域常见的棉田土壤质地（砂壤土 T1、砂土 T2）和 4 个灌水矿化度（0.85（S0）、2.00（S1）、 5.00（S2）、8.00g/L（S3））,共 8 个试验处理,研究不同处理下棉花光合指标、株高、茎粗、产量及品质。结果表明： 随灌水矿化度增大,在砂土中棉花苗期后株高、茎粗、净光合速率、蒸腾速率、单铃质量、单株铃数、产量、灌溉水利 用效率和断裂比强度均呈现减小趋势,S3 处理的蒸腾速率在蕾期较 S0 降低 10.61%;而在砂壤土条件下,各指标呈先增 后减趋势,S1 处理净光合速率较 S0 增加 8.40%。随灌水矿化度升高,2 种土壤质地下棉花的最大荧光呈现减小趋势, 非光化学淬灭呈现增加趋势。通过回归分析可知,砂土棉田棉花产量与灌水矿化度呈负相关关系,而在砂壤土棉田中, 用小于 3.69 g/L 的灌溉水不会降低棉花产量。利用通径分析可知,在砂壤土条件下,棉花茎粗、蒸腾速率是影响产量的主要因素,株高是影响马克隆值的主要因素。在砂土条件下,非光化学淬灭系数、蒸腾速率是影响产量的 主要因素,株高、蒸腾速率是影响马克隆值的主要因素。该研究可为玛纳斯河流域不同土质棉田合理利用微咸水资源提供理论依据与技术支撑。     

微咸水混灌对土壤理化性质及冬小麦产量的影响

根据中科院南皮生态农业试验站2002～2005年的冬小麦微咸水混灌田间试验资料,以淡水为对照研究了矿化度分别为3、4、5 g/L的微咸水混灌对土壤积盐率、土壤饱和浸提液钠吸附比（SAR）、冬小麦产量和产量构成因素以及水分利用效率的影响,从而确定适宜的灌溉水矿化度上限。结果表明,微咸水灌溉后土壤积盐程度与灌溉水矿化度呈正相关;微咸水灌溉会使土壤饱和浸提液的SAR升高,且影响深度因灌溉水矿化度而异。通过对冬小麦产量和产量构成因素的分析可得,在非偏旱年利用微咸水灌溉的矿化度不宜超过3 g/L,偏旱年不宜采用微咸水进行灌溉,或灌溉后应采取措施缓解盐分胁迫,水分利用效率与灌溉水矿化度呈负相关,综合各种因素可以认为3 g/L是当地微咸水灌溉的矿化度的上限。     

微咸水非充分灌溉对土壤水盐分布与冬小麦产量的影响

为了实现高效用水,缓解北方地区水资源紧缺的状况,根据河北省中科院南皮生态农业试验站2003－2005年的冬小麦微咸水非充分灌溉田间试验资料,研究了微咸水非充分灌溉对土壤含盐量、冬小麦产量和产量构成因素以及水分利用效率的影响。结果表明,从拔节前到麦收后的冬小麦主根区土壤含盐量随着生育期的发展呈明显升高趋势;随着缺水阶段的后移,0～100 cm深度土壤积盐程度逐渐增大;穗粒数对缺拔节水敏感程度最高,缺抽穗水对单位面积穗数的影响最大,缺灌浆水对千粒重的负效应最大;总的来说产量随着缺水阶段的后移,水分胁迫的负效应逐渐减小,水分利用效率随着缺水阶段的后移有所提高,微咸水非充分灌溉的灌水优先顺序应为拔节水、抽穗水和灌浆水。该研究为黄淮海地区冬小麦在微咸水非充分灌溉下的适宜灌溉次数和灌溉水量的确定提供了科学依据,有利于合理开发利用当地微咸水资源。     

咸淡水交替灌溉下土壤盐分再分布规律的室内实验研究

咸水灌溉是解决目前淡水资源短缺的重要途径。为寻求合理的咸水农田灌溉方法,进行了不同矿化度和不同灌水模式的室内土柱咸淡水交替灌溉模拟试验,分析了咸淡水交替灌溉条件下土壤溶液电导率(EC)值和钠吸附比(SAR)的变化规律。结果表明：两种灌水模式下,灌水结束时土壤溶液EC值在22.5 cm处达到最高,且4 g/L>2 g/L,且与试验初期相比,土壤溶液EC值明显提高,土柱整体积盐明显。灌水模式对土壤溶液EC值的影响大于矿化度;两种灌水模式不同矿化度处理的SAR值变化规律基本一致。     

咸水负压渗灌对番茄生长和土壤盐分的影响

该研究旨在探讨日光温室条件下咸水灌溉对番茄生长发育和土壤盐分积累的影响。试验采用负压渗灌设备在番茄不同生育期（全生育期、花果期、果实膨大期、采收期）、使用不同质量浓度咸水（淡水、3、5、7、9 g/L）和土壤基质势（0、-40、-80 hPa）下进行咸水灌溉,研究咸水灌溉对番茄产量、根质量、耗水量、水分利用效率和土壤盐分的影响。结果表明,番茄不同生育期耐盐能力差异明显,花果期对土壤基质势与盐分胁迫比较敏感,采收期忍耐性最强。咸水灌溉的盐分浓度临界值全生育期与花果期为3 g/L,果实膨大期为5 g/L,采收期可以用较高浓度咸水灌溉。咸水灌溉会造成温室生产系统土壤的盐分积累。适量咸水灌溉,对株体发育具有"控上促下"调节效应,利于降低耗水量、提高番茄产量与水分利用效率。因此,依据番茄不同生育阶段耐盐性的差异,利用一定浓度的咸水灌溉不仅可替代淡水资源,还可提高水分利用效率。     

Effects of biochar application on phreatic water evaporation and water-salt distribution in coastal saline soil

A 35-day simulated evaporation experiment was conducted to evaluate the effects of biochar application on phreatic water evaporation and water-salt distribution in coastal saline soil. Three biochar rates (0, 1%, and 5%; w/w) were applied to 65-cm-long soil columns. Results showed that applying the low biochar application rate effectively inhibited soil water evaporation. The 1% biochar treatment resulted in 4.4% lower cumulative soil water evaporation compared with the control, while it caused salt accumulation in the surface soil. By contrast, the high biochar application rate had little effect on cumulative soil water evaporation. Nonetheless, the 5% biochar treatment significantly increased the soil water-holding capacity while decreasing sodium adsorption ratio and salinity in the surface soil. In conclusion, applying a higher biochar rate (e.g., 5%) could improve salt water-distribution in the coastal saline soil under the experimental conditions.