PBAT生物降解膜覆盖对绿洲滴灌棉花土壤水热及产量的影响

为应对农田残膜污染,探明基于聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)材料的完全生物降解地膜代替普通塑料地膜与滴灌结合在棉花滴灌上应用效果,于2015-2016年在新疆石河子大学节水灌溉试验站,分别设置4种不同厚度和降解诱导期生物降解地膜和普通塑料地膜共5种不同处理,研究不同覆盖对滴灌棉花土壤温度、水分及产量的影响,并对可降解膜降解性能和经济效益对比分析.2a试验结果表明,覆膜60～80 d开始出现降解,至覆盖180 d后出现均匀细纹并未完全降解,0.012mm可降解地膜覆膜180 d仅仅出现裂纹,降解速度较慢.0.010mm和0.012mm厚完全生物可降解地膜处理棉花苗期土壤0～25 cm平均温度较对照分别低0.94℃和1.34℃(P＜0.05),但随着作物生长两者差异逐渐减小.4种类型可降解膜覆盖在棉花生长前期均能提高土壤土壤水分,但随地膜降解和棉花生长后期则显著降低,与普通塑料地膜相比土壤水分显著降低1％～3％.总体而言,覆盖完全生物可降解地膜处理2a平均产量较CK减少2％～3％,水分利用效率减少4％左右(P＜0.05),净收入少1 858.5元/hm2 (10.2％),4种类型可降解地膜产投比相比,厚度较薄0.010mm处理应用经济效果较好.可见,目前全生物降解地膜若要代替普通地膜,解决残膜污染,仍需进行较大的改善.     

九宫山土壤剖面中黏土矿物的组成特征

以湖北省九宫山的4种垂直地带性土壤为对象,研究其剖面层次的黏土矿物组合和铁、铝氧化物的特征,揭示山地土壤中黏土矿物的变化特点。结果表明,随海拔升高,土壤中黏土矿物类型从以高岭石为主,逐渐变为以14.0?矿物、伊利石及三水铝石为主,有从1︰1型向2︰1型矿物过渡的趋势;不同层次的土壤中黏土矿物类型和相对含量变化明显;土壤随垂直高程的升高,其中游离态铁、铝减小,非晶形和络合态铁、铝增加,各种形态铁、铝氧化物的总量也增加。     

土壤因子对莫索湾梭梭林林下植被分布和多样性的影响

[目的]研究土壤因子对古尔班通古特沙漠西南缘莫索湾地区天然梭梭林、天然—人工梭梭林、人工梭梭林林下植被分布和物种多样性的影响,为该区物种多样性保护提供理论依据。[方法]采用典范对应分析法(canonical correspondence analysis,CCA)和广义加型模型(generalized additive model,GAM)分析了6个土壤因子(共8个指标)与物种分布和多样性之间的关系。[结果](1)土壤水分、电导率、pH值和生物结皮的发育是影响植物分布的主要土壤因子。刺沙蓬和狭果鹤虱主要分布在土壤水分和电导率较高的林地,细裂补血草分布在高pH值环境中,虫实分布在土壤水分和电导率较低,同时生物结皮发育较好的林地,甘新念珠芥和滨藜对环境的适应能力较强,各生境均有分布,自然更新的梭梭幼苗分布随着土壤水分、电导率降低和生物结皮增加相对重要值逐渐增大;(2)土壤水分、电导率、pH值和土壤质地是影响物种多样性的主要因素。物种多样性指数与土壤水分和粉粒含量呈极显著正相关(p0.01),与电导率和pH值呈极显著负相关(p0.01),在土壤水分较低的环境条件下(2.19%~6.28%),土壤水分是影响多样性指数的最主要因子,当土壤水分8.0%时,多样性指数趋于稳定,同时,土壤pH值9.0时,多样性指数有明显下降趋势。[结论]梭梭林林下植被的分布和物种多样性是由土壤水分、电导率和土壤质地为主的多种土壤因子综合作用的结果。     

沼肥替代化肥对设施蔬菜产量和土壤养分及重金属累积的影响

针对盲目施用沼肥可能带来的土壤环境问题,该研究采用5年8茬的设施番茄-甜椒田间轮作试验,研究不同沼肥和化肥配比对蔬菜产量、设施土壤氮磷养分及重金属累积的影响.结果表明:在等氮钾养分投入下,沼肥和化肥以不同比例配施的各处理没有影响蔬菜产量;氮素盈余和0~180cm土层土壤全氮含量随沼肥施用比例增加没有显著差异;磷素盈余随沼肥施用比例增加显著增加,完全沼肥处理0~30cm土层土壤Olsen-P及CaCl2-P含量分别达到151和8.0mg/kg,高于其他2个处理,且明显超出环境阈值.与完全沼肥处理相比,减量沼肥施用(3/5沼肥处理)明显降低了土壤氮素淋洗风险和磷素累积.与不施肥处理相比,施用沼肥后30~60、60~90、150~180cm土层土壤全Hg含量均低于不施肥处理;除30~60cm土层使用沼肥处理土壤中全As含量显著高于不施肥处理,其他土层各处理间均没有显著差异,而完全沼肥处理全Cr、全Cd、全Pb含量有所下降,且全Pb含量下降最为显著,但均没有出现重金属污染风险.沼肥替代化肥施用可有效实现废弃物中的养分资源循环利用,但增加菜田土壤磷素累积和淋失风险,本研究为设施菜田合理施用沼肥提供技术支持,为实现沼肥资源的循环利用和化肥替代模式提供理论参考.     

基于土壤水分异质性的小麦滴灌试验小区布设方法

科学合理地确定适宜的试验小区规格,对于经济、高效地获取具有较高精度和代表性的试验数据具有重要现实意义.该研究以确定滴灌条件下适宜的试验小区规格为目标,采用幂函数建立土壤含水率方差与不同小区面积之间的相关关系,计算土壤水分异质性指数以表征试验小区内土壤含水率的相关程度;利用土壤含水率异质性指数,采用Hatheway法确定小麦滴灌试验小区适宜的面积和重复数;根据不同方向上土壤含水率异质性指数研究形状对试验结果的影响,确定试验小区适宜的长宽比.结果表明:增大试验小区面积可以提高试验数据的准确性,但不同面积区间数据离散程度的降低幅度变化较大:面积由1 m2增大到50~100 m2,灌水定额30 mm处理田块间土壤含水率方差降低77.4%~82.6%,灌水定额45 mm处理降低78.6%~83.7%,面积从100 m2增加到500 m2,方差降低幅度显著变小,灌水定额30 mm处理降低17.4%,灌水定额45 mm处理降低16.3%;增加试验重复数可以增加试验对处理间土壤含水率差异的区分能力,试验小区面积在50~100 m2时,重复数由2增加到3能检测出的处理间土壤含水率差异由23.2%~26.5%提高到13.1%~15.0%,表明增加试验重复数可以检测出试验处理间更小的土壤含水率差异,提高试验精度.通过研究滴灌试验小区土壤水分异质性指数与滴灌试验小区规格之间的关系,综合考虑试验精度、代表性和田间实际操作得出以下结论:若试验为高、低水2处理时,试验布设宜为3重复,每重复小区面积为50 m2,可在80%的概率下检测出15%的真实差异;若试验为高、中、低3处理时,试验布设宜为3重复,每重复小区面积为100 m2,可在80%的概率下检测出12%的真实差异.滴灌试验小区适宜的形状为沿滴灌带方向布设的长方形,长宽比在1:1到5:1之间可使试验小区所得数据更具代表性.     

湘中紫色丘陵区不同植被类型根际与非根际土壤理化特征

[目的]探索湘中紫色丘陵区不同植被类型根际与非根际土壤的理化特征,为湘中地区生态修复提供理论依据。[方法]以典型抽样方法调查湘中丘陵区草丛(G)、草灌(GS)、灌木(S)和乔灌(AS)4种典型植被,研究其根际与非根际土壤理化性质的差异,通过典型相关分析揭示根际与非根际土壤理化指标间的耦合关系。[结果]研究区草丛和灌木根际土壤中细砂粒(0.25~0.05mm)含量分别显著(p0.05)低于乔灌63.84%和76.97%;粉粒(0.02~0.002mm)含量表现为草和灌木分别显著高于乔灌的38.48%和37.66%。根际土壤0.25~0.05mm微团聚体含量均表现为乔灌高于其他植被,0.02~0.002mm微团聚体含量均表现为灌木高于其他植被。草灌与灌木非根际土壤有机质含量显著(p0.05)低于根际土壤148.05%和121.92%,灌木和草灌根际土壤有机质含量显著(p0.05)高于乔灌土壤84.28%和92.08%;草灌根际土壤全氮含量显著(p0.05)高于非根际土壤83.33%,草灌根际土壤碱解氮含量显著(p0.05)高于乔灌土壤200.83%;不同植被类型根际/非根际土壤磷含量差异不明显,总体来看,同一植被根际土壤全磷含量低于非根际土壤,而有效磷表现为乔灌最低;乔灌根际土壤速效钾含量分别显著(p0.05)低于草丛和草灌土壤125.15%和137.71%,除草灌外,其余植被类型根际土壤全钾含量均低于非根际土壤。典范相关分析表明土壤有机质和全量养分含量,2~1,1~0.5,0.25~0.05mm土粒含量,2~1,1~0.5mm团聚体3组理化性状间相互关系密切。[结论]改善土壤理化性质,促进湘中丘陵地区生态恢复,应注重协调土壤养分、颗粒组成及团聚体之间的耦合关系。     

植被格局特征对大理河流域侵蚀产沙的响应

为了进一步研究植被覆盖FBM(fractional brownian motion)分形维数在不同流域中对植被覆盖特征的综合效果及作为固定参数代替现有的植被量化指标在实际的水文、土壤侵蚀等预测模型中的应用,该文通过对大理河流域上中下游青阳岔、李家河和曹坪3个水文站控制流域的降雨、径流和产沙等资料的全面综合分析,以次降雨径流侵蚀功率作为侵蚀外营力输入,通过对站控流域地貌特征FBM分形维数、植被景观格局FBM分形维数和NDVI植被指数作为描述下垫面特征,以地理信息系统(GIS)为平台,利用GIS和RS技术,构建大理河流域侵蚀产沙量多元线性回归模型,并通过2组不同参数预测结果对比,结果表明:以植被格局分形维数为植被量化参数的模型输沙模数模拟值与实测值之间的相对误差和绝对误差比以NDVI为植被量化参数的小;在38场次暴雨洪水中,基于植被格局分形维数为植被量化参数的模型次暴雨输沙模数模拟值与实测值之间的相对误差小于10%、20%、50%的分别占总场次的34.21%、55.26%、86.85%;38场次暴雨输沙模数的模拟值和实测值之间的平均相对误差为25.19%,其中模拟值与实测值绝对误差小于300 t/km2有31场,植被格局FBM分形维数可以更好反映植被覆盖与水土流失之间的关系,并且分析得到植被格局分形维数与土壤侵蚀强度之间呈负相关关系,决定系数为0.5066,即土壤侵蚀强度随着植被格局FBM分析维数的增大呈减小趋势,说明植被格局FBM分形维数对土壤侵蚀强度的影响较大.     

适用于三峡水库中陡土坡消落区等高种植的土工结构模型

[目的]探讨在当前三峡库区面临的严峻生态环境下,采取何种适合的生态治理技术以解决库区生态环境安全问题,为三峡库区生态环境修复提供一定的参考依据。[方法]通过生态治理模型整体框架结构,提高中、陡土坡生态系统地表基底稳定性;通过等高种植平面绿化技术、土工格室垂直绿化技术,提高消落区植被覆盖率和土壤肥力;通过不同高层区段消落区适宜植物"乔—灌—草—藤(177~170 m)、"灌—草—藤"(170~160m)、"草—藤"配置(160~145m),对消落区的生物多样性、植被覆盖率及景观层次起提高作用。[结果]通过模型设计,将传统混凝土护坡技术与现代生态护坡技术相结合、等高种植平面绿化技术与土工格室垂直绿化技术相结合,实现了生物措施与工程措施的高度统一、系统稳定性与开放性的高度统一、植被覆盖率与景观层次的高度统一。[结论]该土工结构模型的应用对三峡水库中陡土坡消落区生态治理具有一定的参考价值和现实的应用前景。     

不同含水量天然硫酸盐盐渍土中二氧化碳和氧化亚氮的排放

Soil salinization may negatively affect microbial processes related to carbon dioxide(CO_2) and nitrous oxide(N_2O) emissions. A short-term laboratory incubation experiment was conducted to investigate the effects of soil electrical conductivity(EC) and moisture content on CO_2 and N_2O emissions from sulfate-based natural saline soils. Three separate 100-m long transects were established along the salinity gradient on a salt-affected agricultural field at Mooreton, North Dakota, USA. Surface soils were collected from four equally spaced sampling positions within each transect, at the depths of 0–15 and 15–30 cm. In the laboratory, artificial soil cores were formed combining soils from both the depths in each transect, and incubated at 60% and 90% water-filled pore space(WFPS) at 25?C. The measured depth-weighted EC of the saturated paste extract(EC_e) across the sampling positions ranged from 0.43 to 4.65 dS m~(-1). Potential nitrogen(N) mineralization rate and CO_2 emissions decreased with increasing soil EC_e, but the relative decline in soil CO_2 emissions with increasing ECe was smaller at 60% WFPS than at 90% WFPS. At 60% WFPS, soil N_2O emissions decreased from 133 μg N_2O-N kg~(-1) soil at EC_e 0.50 dS m~(-1) to 72 μg N_2O-N kg~(-1) soil at EC_e = 4.65 dS m~(-1). In contrast, at 90% WFPS,soil N_2O emissions increased from 262 μg N_2O-N kg~(-1) soil at EC_e = 0.81 dS m~(-1) to 849 μg N_2O-N kg~(-1) soil at EC_e = 4.65 dS m~(-1), suggesting that N_2O emissions were linked to both soil ECe and moisture content. Therefore, spatial variability in soil EC_e and pattern of rainfall over the season need to be considered when up-scaling N_2O and CO_2 emissions from field to landscape scales.     

未来30年川东平行岭谷区县域农田SOC动态模拟

以位于川东平行岭谷的典型县——垫江县为研究对象,探讨在特定气候模式下未来30 a研究区农田土壤有机碳(SOC)及其动态变化,为研究区未来耕地可持续利用与管理提供数据支持和科学依据。利用生物地球化学模型DNDC,选取IPCC AR4报告中的BCCR_BCM 2.0的B1模式,在基于研究区土壤性质和农业管理制度等建立的GIS区域数据库的支持下,模拟研究区2011—2041年SOC动态变化。结果表明:1)DNDC模型能够较好地模拟特定气候条件下SOC及其动态变化,模拟值和观测值的相关系数r为0.981,达到0.01水平下的极显著相关关系;模拟值和观测值的RMSE值为16%,模拟结果较好。2)未来30 a研究区农田0~20 cm土层SOC密度和储量均呈显著增加态势,单位面积碳增量2 637.07~8 091.55 kg(C)·hm~(-2),增幅为10%~34%,新增固碳量2.7×10~5~8.3×10~5 t,年均增速87.9~269.7 kg(C)·hm~(-2)·a~(-1)。3)未来30 a川东平行区县域农田土壤总体呈持续碳增汇状态,研究区固碳、丢碳以及相对平衡三者间的差异将逐渐凸显。