水耕人为土磁性矿物的生成转化机制研究回顾与展望

随着环境问题的日益突出,人为活动对土壤的影响越来越深刻,需加强对"人为作用"的研究以便解释现代土壤磁性的过程和变化。水耕人为土在发育过程中人为作用的方式多种多样,明确其磁性矿物的生成和转化机制及其影响因素有利于理解人为活动对现代土壤磁性的作用。但目前水耕人为土磁学研究还比较零散,缺乏系统性,已有研究结果有待深入梳理。本文对已有的相关研究报道,包括水耕人为土磁性参数的演变特征、磁性矿物的生成转化机制以及对成土因素的响应等进行综合评述。最后,对当前研究的不足和存在问题进行总结,并对研究方向进行了展望,以期有助于环境磁学的发展。     

土壤增氧方式对其氮素转化和水稻氮素利用及产量的影响

以3种不同生态型水稻品种中浙优1号(水稻)、IR45765-3B(深水稻)和中旱221(旱稻)为材料,比较研究了不同增氧方式(T1-增施过氧化钙、T2-微纳气泡水增氧灌溉、T3-表土湿润灌溉和CK-淹水对照)下稻田土壤氮素转化和水稻氮素吸收利用特性。结果表明:1)增氧处理明显改善土壤氧化还原状况,3种增氧方式下土壤氧化还原电位均高于CK。稻田增氧促进土壤氮素硝化,在分蘖期和齐穗期T1、T2和T3的土壤硝化强度和脲酶活性均显著高于CK,反硝化强度显著低于CK。2)不同增氧处理对水稻氮素吸收的影响不同,在拔节期、齐穗期和完熟期3品种的植株氮素积累量均表现为T1、T2显著高于CK,而T3显著低于CK;在完熟期,T1处理下中浙优1号、IR45765-3B和中旱221植株氮素积累量分别较CK增加了21.2%、13.2%和17.0%,而T2处理下3品种的植株氮素积累量分别较CK增加了14.3%、6.9%和9.1%。3)与CK相比,T1和T2显著提高水稻籽粒产量和收获指数,氮素籽粒生产效率与CK无显著差异,而T3显著增加水稻氮素干物质生产效率和氮素籽粒生产效率。可见,施用过氧化钙和微纳气泡水增氧灌溉能有效改善稻田土壤氧化还原状况,不仅显著提高水稻产量,而且显著增强稻田氮的硝化而减少氮素损失,从而提高水稻氮素积累量和氮素收获指数。     

基于离散元的西北旱区农田土壤颗粒接触模型和参数标定

为了解决利用离散元法模拟土壤作业过程在预测农具阻力和土壤动态运动时存在失真等问题,整合延迟弹性模型(hysteretic spring contact model,HSCM)和线性内聚力模型(liner cohesion model,LCM)优势建立西北旱区农田土壤模型,以不同参数(静摩擦系数、动摩擦系数和内聚强度)组合下仿真得到的土壤仿真堆积角为响应值,基于Box-Behnken试验法建立回归模型,并根据该回归模型进行了参数预测并验证,对17组土壤仿真堆积角方差分析表明:静摩擦系数、动摩擦系数、动摩擦系数和抗剪强度的交互项、动摩擦系数的二次项对仿真堆积角的影响极显著;静摩擦系数和动摩擦系数的交互项、静摩擦系数的二次项对仿真堆积角的影响显著。使用预测的参数进行6种不同含水率土壤直接剪切仿真和试验对比可知,当含水率为1%~20%时,仿真与试验间的抗剪强度相对误差为1.18%~9.31%,仿真与试验间的内摩擦角相对误差为0.55%~4.07%。对仿真和试验鸭嘴插入阻力数据进行分析可知,仿真与试验曲线在入土距离处于0~50 mm期间时,但仿真入土阻力曲线波动较大,仿真和试验阻力走势基本一致,玉米直插穴播最深处50 mm处的仿真和试验入土阻力相对误差为0.928%,可利用此时的入土阻力分析直插鸭嘴结构对强度的影响。     

不同含水率高易溶盐含量的伊犁黄土流变特性

流变学研究方法可以揭示黏弹性物质的流动和变形规律,常被应用于土体结构的力学稳定性及长期变形参数研究。为了深入探究伊犁黄土类土的黏弹性和结构稳定性,该研究采用流变仪对不同含水率和易溶盐(Na₂SO₄)含量的伊犁黄土类土进行了稳态和动态流变试验,引入Bingham模型对小剪切速率下的流变曲线进行了拟合,并分析解释了稳态和动态流变试验的演化过程。同时,讨论了含水率及易溶盐含量对稳态和动态流变参数的影响规律,定量分析了流变参数与各变量之间的关系。结果表明：稳态剪切过程中土体由固态向类固态转化,并最后趋于流态,具有剪切变稀行为;随着含水率及易溶盐含量增大,屈服应力和黏度均减小,且屈服应力在300～1 100 Pa之间。随着含水率和易溶盐含量增大,动剪切强度参数和黏弹性参数均线性减小,土体的结构稳定性降低。当剪切应变小于0.1%时,土体处于线性黏弹区,损耗因子变化不大;剪切应变大于0.1%时,损耗因子逐渐增大。高含水率及高易溶盐含量的土壤最先到达屈服点,说明高含水率和高易溶盐含量不利于土体结构的稳定性。随着含水率的增大,易溶盐含量对流变参数的影响程度变小...     

黑土长缓坡地形与横垄对土壤有机碳空间分异的交互作用

横坡垄作对坡耕地土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）流失有一定的阻控作用,但黑土区特有长而缓的地形与横垄对坡耕地SOC空间分异会产生交互作用,而这种交互作用引发的SOC流失风险没引起足够的重视。该研究以典型黑土区黑龙江省黑河市北安分局红星农场为研究区域,2022年在横坡垄作与顺坡水线方向上共布设25个采样点,采用地理探测器模型、单因素方差分析（one-way ANOVA）和Pearson相关性分析,探讨土壤有机碳的空间分异及其交互作用。结果表明,横坡垄作方向上垄沟土壤有机碳含量从坡顶到水线呈现逐渐增大的变化趋势;在垄台从坡顶到水线呈现先增大后减小的变化趋势。顺坡水线方向,土壤有机碳含量在垄沟呈现从上坡到下坡增大的变化趋势;在垄台呈现先增大后减小的变化趋势。由于断垄产生水线,顺坡土壤有机碳含量上坡与下坡仍有显著差异（P＜0.05）。Pearson相关性分析表明, 有机碳与可蚀性K因子呈显著负相关（垄沟和垄台相关系数分别为–0.228和–0.238,P＜0.05）,与碳循环相关的β-葡萄糖苷酶和微生物生物量碳在垄沟呈极显著正相关（相关系数为0.398和0.676,P<0.01）。地理探测器分析表明,顺坡水线对土壤有机碳空间分异的影响最大,其对垄沟和垄台SOC的解释力分别达到61%和52%以上;顺坡水线与其他因子的交互作用共同增强了对土壤有机碳的解释力,尤其是顺坡水线与高程的交互作用最为明显。黑土区坡耕地土壤有机碳空间分异主要受顺坡水线与高程的交互作用,横坡垄作虽然能够拦截径流,但由于长缓坡地形影响产生的断垄会加剧土壤侵蚀诱发的有机碳流失。因此,黑土坡耕地治理需要同时考虑横垄与地形的共同影响,从而实现防蚀的优化效果。     

土壤中施加锌对豌豆(Pisum sativum L.)中锌浓度以及其种子产量的影响

A 2-year field experiment was conducted to assess the effect of applied zinc（Zn） on the seed yield of pea（Pisum sativum L.） and to determine the internal Zn requirement of pea with emphasis on the seed and leaves as index tissues.The experiment was carried out at two different locations（Talagang,Chakwal district and National Agricultural Research Centre（NARC）,Islamabad） in the Potohar Plateau,Pakistan by growing three pea cultivars（Green feast,Climax,and Meteor）.The soils were fertilized with 0,2,4,8,and 16 kg Zn ha^-1 along with recommended basal fertilization of nitrogen（N）,phosphorus（P）,potassium（K）,and boron（B）.Zinc application increased seed yield significantly for all the three cultivars.Maximum increase in the pea seed yield（2-year mean） was21%and 15%for Green feast,28%and 21%for Climax,and 34%and 26%for Meteor at Talagang and NARC,respectively.In all cultivars,Zn concentrations in leaves and seed increased to varying extents as a result of Zn application.Fertiliser Zn requirement for near-maximum seed yield varied from 3.2 to 5.3 kg ha^-1 for different cultivars.Zinc concentrations of leaves and seeds appeared to be a good indicator of soil Zn availability.The critical Zn concentration range sufficient for 95%maximum yield（internal Zn requirement）was 42-53 mg kg^-1 in the pea leaves and 45-60 mg kg^-1 in the seeds of the three pea cultivars studied.     

石油烃类污染物降解动力学和微生物群落多样性分析

为了探讨不同初始浓度石油污染土壤堆腐化修复机制,以石油降解菌剂和腐熟鸡粪为调理剂,研究了初始浓度分别为5 000(T1)、10 000(T2)和50 000 mg/kg(T3)的石油污染土壤堆腐化修复过程石油烃类污染物降解动力学特征和微生物群落多样性。结果表明:堆腐化修复过程石油烃类污染物降解符合一级反应动力学,反应常数分别为0.012、0.094和0.050 d-1,半衰期分别为6.79、7.37和13.86 d。整个堆腐过程石油烃类污染物平均降解速率分别为112.08、230.05和887.93 mg/(kg·d)。3个处理的孔平均颜色变化率(average well color development)和碳源利用率(除芳香烃类化合物外)随堆腐进程的推进逐渐升高,在堆腐中、后期达到最大,T3处理显著高于T1、T2处理。多聚物类和糖类代谢群是堆腐体系中的优势菌群。主成分分析表明3个处理的微生物群落差异显著(除第9天外),起分异作用的碳源主要是糖类和羧酸类。微生物群落的丰富度指数和均一度指数随堆腐进程的推进逐渐升高并在堆腐后期达到最大,与T1处理相比,T3处理分别高了0.21%和17.64%,差异达到显著水平(P0.05)。微生物群落优势度指数在中期达到最大,T1处理分别比T2、T3处理高2.12%和9.44%,3个处理间差异不显著(P0.05)。堆肥结束时3个处理的种子发芽指数(seed germination index,SGI)分别比堆腐初期提高了18.26%、20.42%和36.41%。该研究结果为黄土高原不同程度石油污染土壤堆腐化修复的应用提供参考依据和理论基础。     

干湿效应下崩岗区岩土抗剪强度衰减非线性分析

发育于花岗岩的崩岗侵蚀区红土受干湿变化影响显著。通过室内直剪试验,研究了不同干湿效应对崩岗侵蚀区岩土抗剪强度衰减的影响。试验处理采用5种干湿效应水平(风干48h、风干24h、自然含水率、浸30s和浸60s)。结果显示:土壤黏聚力c和内摩擦角φ随干湿变化呈非线性衰减趋势,当土壤含水率13%左右时,对应的抗剪强度指标出现峰值;峰值强度前符合线性递增规律,峰值强度后符合一阶指数衰减规律。在风干阶段,抗剪强度主要受裂隙性影响,而在增湿阶段,基质吸力是影响抗剪强度的主要因素;探讨了干湿循环效应对崩岗侵蚀发育的影响。     

运用土壤水盐运移模型优化棉花微咸水膜下滴灌制度

为优化设计棉花微咸水膜下滴灌灌溉制度,利用HYDRUS建立含根系吸水项的土壤水盐运移数值模拟模型,并用田间试验资料进行参数识别和模型验证。用验证认可的数值模型优化设计棉花微咸水膜下滴灌和非生育期洗盐灌溉制度,并预测棉花生育期水盐运移规律和长期效应。结果表明:模型仿真度较高、运行速度较快;T检验说明土壤含水率和电导率模拟值与实测值均无显著差异;模型参数中形状系数α、n对含水率影响较大,纵向弥散度DL对电导率影响较大;当地膜下滴灌适合生育期一膜双管、低额高频灌溉,并结合非生育期1年1次或2年1次大水漫灌洗盐,20a的模拟结果显示此灌溉制度下不会引起土壤次生盐渍化。     

覆膜和露地旱作春玉米生长与蒸散动态比较

利用土壤水分传感器、微型蒸渗仪与涡度相关系统,连续监测覆膜和露地春玉米田土壤水分、蒸发和农田蒸散,分析春玉米田蒸散与土壤蒸发变化规律,探讨了覆膜玉米高产节水增效的机理。结果表明:与露地相比,覆膜的表层土壤温度和体积含水率分别提高4.9%和19.5%。覆膜、露地处理玉米出苗率分别为99.0%和80.0%,其差异为显著水平,覆膜提早春玉米各生育阶段平均为7d,全生育期缩短11d。生育前期、中期,覆膜的叶面积指数、株高和地上、地下干物质均显著高于露地的,播种一个月后差异最大,分别高110.2%、13.5%、42.9%和12.7%。玉米拔节期前(6月前)和8月后至玉米成熟,覆膜的农田蒸散量分别比露地的低6.8%和0.4%,但6-8月覆膜的比露地的高5.1%。全生育期覆膜的农田蒸散量为376.2mm,降低了6.0%,且土壤蒸发降低了57.7%。最终单株平均果穗质量、生物量差异不显著。但是,由于覆膜显著提高了出苗率从而增加了单位面积生物产量和经济产量,增幅分别为23.7%和15.3%。同时,覆膜作物水分利用效率提高了22.6%,达到31.3kg/(hm2·mm)。可见,覆膜能显著降低土壤蒸发和农田总蒸散量;保水增温促出苗,提前玉米各生育期;生育中期日蒸散量和干物质积累速率较高;最终显著提高单位面积生物产量和经济产量以及作物水分利用效率。