丘陵红壤蔗区土壤的中微量营养元素的空间变异

在面积约24 km2的低丘红壤蔗区中,测定了土壤表层175个土样的中、微量有效养分(Ca、Mg、B、Zn)、有机质和pH值,结果表明,所有测试项目均为中等变异强度,测试项目彼此间基本上都有显著相关关系。地统计学的空间结构分析表明,微量元素有极强的空间相关性,其余均为中等程度的空间相关性,有效锌的变程最小(0.5 km),有机质的变程最大(7.1 km)。Kriging方法绘制的等值线图显示,各测试项目的分布值区域之间,以及与地形之间都有一定程度的空间相关性,交换钙、交换镁在微量元素亏缺区的含量都很高。     

土壤溶质运移模型的研究及应用

土壤溶质运移的研究已成为土壤学、生态学、水资源学以及资源与环境科学等相关学科的基础和前沿研究领域。本文系统地论述了不同尺度下土壤溶质运移模型的研究进展,对其在农业生产、资源利用和环境保护方面的应用进行了简要综述,并就其未来发展趋势进行了展望。     

基于最小数据集的洞庭湖流域南部耕地土壤肥力综合评价

构建一套既能减少人力、物力和财力投入,又能保证原有信息丢失最少的土壤肥力综合评价体系,对于指导农业生产和土地利用规划具有重要作用。研究选取洞庭湖流域南部的四个行政市为研究区,综合考虑表征土壤立地条件、剖面构型、土壤物理性状、土壤养分四个方面的14项指标,通过主成分分析确定了最小数据集（MDS）,对其土壤肥力指数（SFI）进行了综合评价,并分析了研究区耕地土壤肥力的主要限制因子。结果表明:1）研究区耕地主要偏酸性,土壤容重较紧实;氮素养分处于较高水平,磷素养分处于中上水平,钾素养分处于较低水平。2）选取的最小数据集包括成土母质、剖面土体构型、阳离子交换量、容重、有机质、有效磷和全钾等7项指标。全数据集与MDS的均值与标准差均十分接近,其Pearson相关系数达到0.788（P < 0.01）。3）土壤肥力的高值区主要位于洞庭湖南部附近集中连片的水稻种植区,低值区主要分布于海拔相对较高的丘陵部位或靠近城市建筑区的低植被覆盖率区,磷素与钾素为研究区内土壤肥力的主要限制因素。研究结果为洞庭湖流域南部土壤肥力综合评价和土壤培肥提供了理论指导。     

基于密切值法和水氮管理模型的华北平原农田水氮优化管理

优化农田水氮管理措施可为实现粮食高产、资源高效及环境友好的目标提供科学依据。该研究以华北平原泰安地区为例,利用农田生态系统水热碳氮过程耦合模型(soil water heat carbon and nitrogen simulator,WHCNS)分别对冬小麦季设置的165个水肥组合和夏玉米季设置的55个水肥组合进行了情景模拟分析,在综合考虑农学、环境和经济效益的基础上,采用密切值法优化了农田水肥管理方案。结果表明:受到华北地区年内降雨分配不均的影响,冬小麦产量随着灌水量的增加呈先增加后稳定的趋势;而夏玉米产量与灌水量没有明显的关系。冬小麦和夏玉米产量均随着施肥量的增加而增加,后保持稳定。水分渗漏和氮素淋洗量均随着灌水量或施肥量的增加而显著增加。在研究区作物秸秆全部还田及高累积氮的条件下,冬小麦季灌水240 mm和施肥60 kg/hm~2(以N计,下同),夏玉米季不灌溉和施肥90 kg/hm~2分别为研究区当年冬小麦季和夏玉米季最佳的水肥管理方案。在所有水肥组合情景中,优化的水肥管理方案不仅能保证冬小麦-夏玉米最大周年产量的97%、具有较高的水氮利用效率和最佳的产投比,而且氮素淋洗和气体损失分别比最大值降低了77%和71%。因此,该方法可以用来优化华北平原农田的水肥管理措施。     

不同肥力农田玉米产量构成差异及施肥弥补土壤肥力的可能性

【目的】农田基础土壤肥力和肥料的投入共同决定着农田的养分供应以及影响作物的生长与产量。明确不同肥力土壤和低肥力农田增施氮肥对玉米生长及产量形成的影响差异,是科学评价土壤培肥和施肥的基础。【方法】本研究设置两个玉米田间试验,试验一选取三块具有基础肥力和产量差异的农田,按土壤肥力由高到低依次命名为农田A、 B和C,采用完全统一施肥管理; 试验二在土壤肥力水平最低的农田C上设置了常规施氮量N 210 kg/hm2,以及在此基础上拔节期增施N 40和80 kg/hm2共3个处理。测定了各农田土壤基础性质,以及0—20 cm土层硝态氮含量,调查了不同生育期玉米的干物质和叶面积,产量和产量构成。【结果】不同肥力水平农田中土壤的潜在矿化氮量与产量的相关性最好。不同肥力水平农田的土壤硝态氮含量没有显著性差异; 低肥力农田增施氮肥处理在拔节期施肥后土壤中的硝态氮含量要大幅度高于常规施肥处理,在抽雄期该差异达到最大值,然后逐步降低。不同肥力水平农田的玉米产量、 每公顷穗数、 穗粒数、 千粒重均随土壤肥力升高而显著增加,其中肥力最高的农田A的玉米产量、 每公顷穗数、 穗粒数和千粒重较肥力最低的农田C分别高20.3%、 5.7%、 5.2%和7.8%。低肥力农田C在拔节期增施氮肥显著提高了产量、 每公顷穗数和穗粒数,对千粒重影响很小,同时降低了收获指数。其中增施氮肥80 kg/hm2处理较常规施氮处理的产量、 公顷穗数和穗粒数显著分别增加了17.1%、 9.2%和4.6%,收获指数降低了8.2%。【结论】高肥力土壤能够持续矿化出更多的无机氮供玉米利用,通过全面提升玉米每公顷穗数、 穗粒数和千粒重来提升产量。低产田在拔节期增施氮肥能够大幅度提高拔节期至抽雄期土壤的硝态氮含量,提高每公顷穗数和穗粒数,进而增加作物产量,但通过增施肥料得到的产量依然达不到高肥力农田的产量水平,而且降低了收获指数。因此,培肥土壤是实现玉米高产高效的基础。     

溶液初始pH值及裂解温度对玉米秸秆基生物炭吸附Cr（遇）的影响

以玉米秸秆为原料,在300、450益和600益下裂解得到3种生物炭,通过批处理实验讨论了溶液初始pH值和裂解温度对玉米秸秆及其生物炭吸附Cr（遇）的影响,并用吸附动力学模型和等温吸附模型对实验结果进行拟合。结果表明：对于同种吸附材料而言,溶液初始pH值越低,玉米秸秆及其生物炭对Cr（遇）的吸附量越大;当溶液初始pH值为3或5时,对Cr（遇）的吸附性能大小顺序为：玉米秸秆>生物炭300益>生物炭450益>生物炭600益;当溶液初始pH=1时,对Cr（遇）的吸附性能大小顺序为：生物炭300益>玉米秸秆>生物炭450益>生物炭600益,且生物炭300益对Cr（遇）的最大吸附量约为141.24 mg·g-1。可见,溶液初始pH值越低,生物炭的裂解温度越低,越有利于生物炭对Cr（遇）的吸附。     

污水灌区耕层土壤中铅、镉的空间变异特征

随着污水灌溉面积的迅速扩大 ,污灌区土壤重金属污染问题日趋严重 ,其中Ｃｄ、Ｐｂ的污染问题十分突出[1 ,2 ] ,了解污水灌区土壤重金属的空间分布特征是防治土壤污染、合理进行污水灌溉的重要前提。地统计学作为一门新的空间分析方法[2 ] ,它特别适于对区域化变量空间变异特征     

毛乌素沙地不同沙丘土壤水分的时空变异

在毛乌素沙地，其主要地貌为各种大小不一的流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘。沙丘高度一般在5～10m之间，大小因沙丘类型不同而不同，地形起伏不大。不同沙丘类型以及沙地微地形对沙地土壤水分运动影响很大。固定程度不同的沙丘，植被的生长状况不同，对水分的消耗不同，使不同类型沙丘的土壤水分存在明显的差异，从而造成景观异质性变大。     

不同水肥管理对冬小麦灌浆影响的模拟研究

在河北省衡水市中国-加拿大合作研究试验站,结合田间试验对不同水肥管理条件下冬小麦的灌浆过程进行了研究。结果表明,小麦粒重的大小主要取决于灌浆时间和强度,子粒的灌浆过程可较好地用Logistic函数描述。小麦生长前期的水分胁迫有利于加快其发育进程,促使早抽穗灌浆。灌浆期适宜的水分状况可延缓小麦的灌浆进程,由于较大灌浆速率持续的时间较长,增加千粒重的潜力较大。小麦的群体密度是影响收获粒重的主要因素之一,随着穗密度的增大,灌浆速率和千粒重逐渐降低。随着施氮量的增加,小麦的干粒重下降,这主要与施氮的增穗作用有关。     

中国北方农田氮磷淋溶损失污染与防控机制

突破厚包气带农田根层氮磷淋溶与地下水污染复杂定量关系和阻控机理是国际研究难点。本文系统梳理了重点研发专项"农田氮磷淋溶损失污染与防控机制"项目取得的主要进展,项目包括以下4方面研究内容:1)北方主要农区农田根层氮磷淋溶时空规律;2)根层—深层包气带氮磷淋溶机制和主控因子;3)黑土、潮土和褐土氮磷淋溶阻控机制及其效果; 4)典型农区氮磷淋溶风险与区域消减途径。主要科学发现包括:1)受土地利用类型、地下水埋深、包气带岩性、水文地质条件等综合因素的影响,黑土区、潮土区和褐土区根层氮磷淋溶规律与地下水硝酸盐超标率体现出空间不一致和较大差异性。黑土区虽然根层淋溶较小,然而受地形地貌影响,地下水水质对淋溶响应更强烈,应该进一步研究黑土区地下水水质对淋溶的响应机制。华北潮土区和褐土区厚包气带具有明显氮阻控能力,应该进一步加强厚包气带对氮磷淋溶减排机理与途径研究。2)基于长期施肥定位试验和12 m深观测井对包气带农田土壤氮盈余累积特征和淋失规律的研究发现,华北平原区的环境安全施氮量约为200kg(N)·hm~(-2)·a~(-1),超过环境安全阈值的多投入氮肥中有51%淋失到1m根层以下,不合理灌溉、强降水、大孔隙和裂隙是造成土壤硝酸盐淋溶的主要因素,对包气带累积硝态氮的淋失作用可影响至6m以下土层。3)利用深层取样和生物学方法结合,对厚包气带0～10.5m原位土壤微生物的反硝化活性和微生物区系组成的研究结果表明,表层土壤是微生物进行反硝化的主要场所,深层土壤中反硝化作用显著减弱,"碳饥饿"是限制底层土壤反硝化微生物丰度与活性的关键因素;室内培养试验证实添加碳源可有效激活土壤微生物的反硝化活性,为"根层截氮包气带脱氮"的淋溶阻控机理找到了突破口。4)利用黑土、潮土和褐土区氮磷淋溶阻控试验、全国农业面源污染国控监测网、北方农区地下水硝酸盐监测网和NUFER (NUtrient flows in Food chains, Environment and Resourcesuse)模型,提出了养分损失脆弱区区划和区域氮磷污染削减草案,可为农业绿色发展和面源污染阻控提供科学依据。