黄土高原丘陵沟壑区土壤物理性质对苜蓿 种植年限的响应

西部黄土高原丘陵沟壑区是中国乃至世界上水土流失最严重的区域,以禾谷类作物单播为主的传统农业生产系统和过度耕作是引致水土流失的最主要原因。紫花苜蓿作为优良豆科牧草,在区域生态环境建设和产业结构调整中发挥着重要作用。因此,本研究通过设置在陇中黄土高原半干旱区的长期定位试验,以苜蓿草地(3 a、10 a、12 a)和农田(马铃薯地)为主要研究对象,探讨了土壤物理性质对于苜蓿种植年限的响应,为黄土高原雨养农业系统紫花苜蓿适宜种植年限的选择及苜蓿草地的可持续利用提供科学依据。结果表明,随着紫花苜蓿种植年限的加长,土壤表层呈容重降低、孔隙度增加的变化趋势,而下部土层变化不明显。苜蓿种植可以提高耕层0~30 cm土壤0.25 mm水稳性团聚体含量、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),同时降低团聚体破坏率(PAD),且随种植年限的延长效果愈加明显。苜蓿种植一定年限后土壤总有机碳(TOC)和易氧化有机碳(ROOC)与农田差异明显,其中种植苜蓿土壤易氧化有机碳占总有机碳的比例为44%~57%,农田土壤易氧化有机碳比例占52%~68%,表明种植苜蓿不仅提高了土壤总有机碳含量,且改变了土壤有机碳的组成比例。与农田相比,苜蓿种植可改善土壤水分入渗性能,表现为随种植年限的延长呈现先增加后降低的趋势。黄土高原沟壑区种植苜蓿可以改善土壤有机质形态和物理结构,提高土壤渗透能力,但苜蓿种植年限以10 a为宜,10 a之后应该进行轮作换茬以维持雨养农业系统的可持续发展。     

不同生物质炭输入水平下旱作农田温室气体排放日变化研究

在陇中黄土高原干旱半干旱区,采用小区定位试验,对不同生物质炭水平(0 t·hm~(-2)、10 t·hm~(-2)、20 t·hm~(-2)、30 t·hm~(-2)、40 t·hm~(-2)、50 t·hm~(-2))下农田土壤温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)的日排放通量及其影响因子进行连续观测,并确定1 d中不同生物质炭处理水平下的最佳观测时间。结果表明:6个生物质炭输入水平处理下,春小麦地土壤CH_4、N_2O和CO_2通量变化趋势与气温日变化轨迹大体一致,均表现为白天排放量大于夜间,并在4:00—5:00时,出现对CH_4通量的吸收峰,以及N_2O与CO_2的排放低谷;全天内各处理CH_4平均排放通量依次为:10.14mg·m~(-2)·h~(-1)、7.82mg·m~(-2)·h~(-1)、6.57mg·m~(-2)·h~(-1)、-0.10mg·m~(-2)·h~(-1)、1.05mg·m~(-2)·h~(-1)和2.89mg·m~(-2)·h~(-1),N_2O平均排放通量依次为:288.79mg·m~(-2)·h~(-1)、201.78mg·m~(-2)·h~(-1)、157.14mg·m~(-2)·h~(-1)、112.06mg·m~(-2)·h~(-1)、154.60mg·m~(-2)·h~(-1)和164.02mg·m~(-2)·h~(-1),CO_2平均排放通量依次为:85.44 mg·m~(-2)·h~(-1)、80.91 mg·m~(-2)·h~(-1)、76.49 mg·m~(-2)·h~(-1)、65.29 mg·m~(-2)·h~(-1)、67.19 mg·m~(-2)·h~(-1)和69.10 mg·m~(-2)·h~(-1);当生物质炭输入量小于30 t·hm~(-2)时,土壤CH_4、N_2O、CO_2排放通量随其输入量增加而显著减小,但当其输入量超过30 t·hm~(-2)时,3种温室气体排放通量则呈显著增大趋势;当生物质炭输入水平为30 t·hm~(-2)时,春小麦土壤全天表现为CH_4的吸收汇,其余各水平处理下的土壤表现为CH_4的弱排放源;6种处理水平下,全天春小麦地土壤表现为N_2O、CO_2的排放源。0~5 cm的土壤温度及水分(y)与生物质炭输入量(x)回归方程分别为y=-0.017 6x+16.585(R~2=0.302 6,r=-0.55,P0.05)和y=0.056 5x+13.626(R~2=0.815 1,r=0.903,P0.05),生物质炭输入量与0~5 cm的土壤水分呈显著正相关关系;无生物质炭输入处理下3种温室气体的吸收或排放通量与地表温度及5 cm地温均呈显著正相关关系,其他各处理也表现出不同程度的正相关关系。因此,当生物质炭输入水平为30 t·hm~(-2)时,更有利于CH_4、N_2O和CO_2 3种温室气体的增汇减排;生物质炭输入水平差异引起的土壤温度及水分差异可能是不同生物质炭处理CH_4、N_2O和CO_2日排放通量产生差异的主要原因;由矫正系数及最佳时段温室气体排放量与累积排放量回归分析可得,3种温室气体的最佳同期观测时间为8:00—9:00。     

黑河中游典型绿洲土地利用/覆盖变化及生态环境效应——以甘州、临泽、高台绿洲为例

以2000和2007年两期TM遥感影像为数据源,通过动态度、转移矩阵、生态环境质量指数等数学方法定量分析黑河中游典型绿洲土地利用时空变化特征及生态环境效应。研究结果表明:1)2000-2007年间黑河中游典型绿洲土地利用变化显著,耕地、建设用地增加幅度明显,未利用地、草地、水域、林地不断减少,开垦未利用地是耕地增加的主要来源;2)土地利用变化引起了区域生态环境的响应,生态环境质量整体好转,EV值从2000年的0.1191上升到2007年的0.1207,同时具有明显的空间差异性,甘州区和临泽县环境有所改善,高台县环境质量下降;3)生态环境质量表现出总体改善和局部恶化的情况,大面积未利用地的转出和草地的恢复对生态环境改善贡献度最大,草地和沼泽的退化是局部地区生态环境恶化的主要原因。     

长期不同耕作措施下陇中黄土高原旱作农田土壤磷的组分特征

【目的】探究黄绵土有机磷各组分在不同耕作措施下的效应关系,了解雨养农业区农业系统磷素利用效率,降低过多的磷素投入,进而减少农业生产对环境的破坏.【方法】本研究通过设置在陇中黄土高原半干旱区的保护性耕作长期定位试验,应用Bowman-Cole法,测定了传统耕作(T)、免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕不覆盖(NT)、传统耕作秸秆还田(TS)四种耕作措施实施15年后,0~5,5~10,10~20,20~40cm土层的有机磷组分特征.【结果】4个土层免耕与传统耕作差异不大,在秸秆覆盖方式下免耕处理显著高于传统耕作,并且从NT处理与TS处理下4个土层相比较,TS处理均高于NT处理,秸秆覆盖处理高于免耕处理;同时,0~40cm土层加权平均值表现为NTSTSTNT.活性有机磷在各处理间差异显著,0~5cm土层NTS处理下活性有机磷含量显著高于NT、TS、T处理,分别高出11.21%,19.62%,30.75%;0~5cm中等活性有机磷在处理NTS下含量最高,分别较NT、TS、T处理高4.63%,6.71%,8.69%.有机磷各组分含量以中等活性有机磷为主体含量最大;各处理有机磷组分含量都随土层深度的增加而减小.【结论】通过研究不同处理下有机磷各组分含量来看,总体均表现为NTSTSNTT,说明免耕的基础上进行秸秆覆盖,有利于总有机磷的积累与提高,免耕加秸秆覆盖对本地区的土壤有机磷组分提高明显,增加了土壤磷库的储存量.     

促腐条件下小麦玉米秸秆还田土壤养分变化特征研究

采用盆钵培养法,模拟定西市李家堡镇典型的黄土高原旱作农业区旱作覆膜方式,通过秸秆添加腐解剂还田研究小麦秸秆、玉米秸秆腐解120 d土壤养分含量的动态变化特征。结果表明:在小麦秸秆、玉米秸秆120 d的腐解过程中,各处理土壤有机质、碱解氮、全氮的增加速率一致表现为先增后减,土壤磷素、钾素的增加速率变化趋势为增—减—增—减;添加腐解剂处理的土壤养分增加速率均大于秸秆直接还田(对照),培肥土壤效果明显;小麦、玉米秸秆添加腐解剂F3的处理土壤养分含量高于其他处理,即内含具特殊功能的芽孢杆菌、丝状真菌、放线菌和酵母菌的秸秆腐解剂F3增加土壤养分的效果最好;相同腐解剂下不同种类秸秆处理的土壤养分含量表现为:WF1CF1,WF2≥CF2,WF3CF3,即由好氧性的多个菌种复合培养而成的秸秆腐解剂F1对小麦秸秆促腐优势最大;F3对玉米秸秆的促腐作用优于F1和F2;富含分解纤维素、半纤维素、木质素和其他生物有机物质的微生物菌群的秸秆腐解剂F2对小麦、玉米秸秆的促腐效果基本相似。     

不同耕作措施下春小麦应对干旱胁迫的生理响应

为了解春小麦在不同耕作措施下应对干旱胁迫的能力强弱,对不同耕作措施下春小麦叶片的光合生理特性、叶绿素含量、脯氨酸含量以及丙二醛(MDA)含量进行了测定分析。结果表明:经过8年的轮作后,与传统耕作(T)相比,免耕+秸秆覆盖(NTS)、免耕无覆盖(NT)和传统耕作+秸秆还田(TS)3种保护性耕作方式均能不同程度地提高拔节期、孕穗期、灌浆期春小麦叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度以及叶绿素含量。与保护性耕作的3个处理相比,在春小麦生长的各生育期脯氨酸含量和丙二醛(MDA)含量均表现为保护性耕作的3个处理低于传统耕作,其中NTS处理最低。说明保护性耕作措施能有效缓解作物受到的干旱胁迫;而传统耕作措施下情况反之。     

耕作方式对耕层土壤结构性能及有机碳含量的影响

为了寻求能够提高土壤结构稳定性的耕作模式,在陇中黄土高原半干旱区连续7年的定位试验研究基础上,采用常规分析方法(湿筛法、重铬酸钾容量法、环刀法),研究了不同耕作方式对耕层土壤结构性能及有机碳含量的影响.结果表明:与传统耕作(T)相比,免耕无覆盖(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)和免耕+秸秆覆盖(NTS)3种保护性耕作方式均能不同程度地增加耕层土壤的有机碳和不同粒径水稳性团聚体的含量,其中免耕+秸秆覆盖(NTS)处理效果最佳.在0～10 cm土层中,NTS处理的土壤容重低、孔隙度大,土壤结构得到了较大改善.不同耕作方式下0～5 cm、5～10 cm和10～30 cm土层粒径1～0.5 mm水稳性团聚体的含量最高,粒径>0.25 mm水稳性团聚体含量与有机碳含量和孔隙度呈显著正相关,与容重呈显著负相关.     

耕作方式对黄绵土无机磷形态的影响

以设置在陇中黄土高原并已经进行了5年的田间定位试验为基础,采用蒋-顾石灰性土壤无机磷分级法,研究了不同耕作方式对黄绵土无机磷形态的影响。结果表明,供试土壤中78.6%的磷以无机磷形式存在,且以Ca-P占绝大多数。无机磷各形态含量排列顺序为:Ca10-P Ca8-P O-PAl-P Fe-PCa2-P。与传统耕作不覆盖(T)相比,免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕不覆盖(NT)、传统耕作结合秸秆还田(TS)均可降低土壤中的Ca8-P、O-P和0—5 cm土层中的Ca10-P含量,其中NTS最为明显;NTS处理可提高土壤中的Al-P、Fe-P含量。不同处理中,Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P均以0—5 cm土层中含量最高,且随着土层的增加呈下降趋势;但是Ca10-P 以5—10 cm土层含量最高;各处理O-P在土壤剖面中的变化没有显著差异。     

施氮对陇中黄土高原旱作农田土壤颗粒态有机碳的影响

为探明不同施氮水平对陇中黄土高原旱作农田土壤有机碳的影响,以布设于2013年的施氮定位试验为研究对象,利用碘化钠重液分组法,探究了N_0,N_(52.5),N_(105),N_(157.5)4种施氮水平对陇中黄土高原旱作农田土壤总有机碳(STOC)、游离态颗粒有机碳(FPOC)、闭蓄态颗粒有机碳(OPOC)、矿质结合态有机碳(MOC)的影响。结果表明:在0—20 cm土层,不同处理下STOC,FPOC,OPOC,MOC含量及FPOC/STOC,OPOC/STOC均随土层加深而降低,MOC/STOC随土层加深而增大。较N_0处理,N_(52.5),N_(105),N_(157.5)处理均可提升STOC,FPOC,OPOC含量以及FPOC/STOC,OPOC/STOC,且N_(105)处理下提升效应最优;N_(105)和N_(157.5)处理可显著提升0—20 cm各土层MOC含量,且N_(105)处理下提升效应最优。综上所述,N_(105)处理可有效促进土壤固碳能力、节约投入成本,可筛选为该区春小麦栽培的合理施氮量。     

中国与非洲农产品贸易虚拟水流动及节水效应研究

虚拟水贸易作为一种调节工具,已成为水资源紧缺国家或地区增加本国或本地虚拟水、平衡区域水资源、缓解国家和地区的水资源短缺状况、保障本国或区域的水资源安全与粮食安全的重要手段之一。利用2003-2012年中国与非洲各国农产品贸易数据计算了中非农产品虚拟水流特征及其节水效应。结果表明,2003-2012年中国从非洲进口虚拟水总量为769.71×10⁸ m³,向非洲出口虚拟水总量为427.27×10⁸ m³,总体表现为虚拟水净进口。中国进口的虚拟水主要来源于莫桑比克、南非、布基纳法索、贝宁及马里等国家;中国出口的虚拟水主要流向南非、摩洛哥和科特迪瓦等国。中国虚拟水进口的农产品种类主要为棉花和果品等;而出口虚拟水产品主要为茶叶,其次是谷物和畜产品。中非虚拟水净贸易表现为水资源利用效率低的地区输向水资源利用效率高的地区,中非农产品贸易虚拟水为双方农产品消费需求和水资源保障提供支撑,却在全球尺度上造成年均5.91×10⁸ m³水资源的浪费,从全球水资源的高效利用角度看是不可持续的。