红壤裸露坡地次降雨土壤侵蚀规律

揭示红壤裸露坡地次降雨土壤侵蚀规律可为红壤坡地水土流失防治和水土保持效益评价提供科学依据。该文基于典型红壤区裸露坡地试验小区134场次降雨气象、水文观测资料,选取雨量、历时和雨强为特征指标,综合采用快速聚类和判别聚类,划分确定出3种雨型:A雨型(高频次、短历时、小雨量、大雨强),B雨型(中频次、中历时、中雨量、中雨强)和C雨型(低频次、长历时、大雨量、小雨强)。其中,A雨型是造成红壤裸露坡地土壤侵蚀的主要降雨类型。通过Pearson相关分析和Mann-Kendall检验表明,红壤裸露坡地土壤侵蚀主要受雨强和雨量共同影响,雨强的指标中以最大30 min雨强与其关系最为密切,是导致土壤侵蚀变化的直接因素,雨量则通过改变雨强产生一定的间接影响。土壤侵蚀强度随最大30 min雨强增大过程中,在15 mm/h处存在明显转折,最大30 min雨强小于该值前,侵蚀强度呈缓慢增大,大于该值后,侵蚀强度快速增大。土壤侵蚀与雨量整体呈同步增大,但不同雨型的单位雨量侵蚀能力表现为A雨型B雨型C雨型。在排除前期降雨影响的前提下,利用数理统计方法建立了南方红壤裸露坡地次降雨土壤侵蚀强度与雨量和最大30 min雨强的幂函数统计关系,用于3类雨型下的侵蚀预报时整体精度较好,且更适于短历时暴雨。以上研究将为深入揭示红壤坡地土壤侵蚀规律和构建预报模型提供有益参考。     

复杂景观环境下土壤厚度分布规则提取与制图

复杂景观环境下,土壤—环境关系知识的获取是预测性土壤制图的基础。为了探究复杂景观下土壤厚度分布与环境条件的关系,该文以黑河上游祁连山区典型小流域为研究区,应用模糊c均值聚类(fuzzy C-means cluster,FCM)和决策树(decision Tree,DT)方法,建立了一套获取土壤厚度分布与环境间关系知识的方法。利用2种方法结合获得流域内土壤厚度各分布等级的环境要素关键阈值与土壤-环境关系知识集,将所得环境阈值和知识集进行预测性制图,并通过野外独立样点对制图结果进行精度评价。结果表明:土壤厚度图的总体精度为74.2%,Kappa系数为0.659。该研究将2种方法结合获得了土壤厚度分布对应的土壤环境关键阈值和土壤-环境关系知识集,为复杂景观环境下土壤厚度的预测性制图提供了一种有效的解决方案。     

虚实并存耕层提高春玉米产量和水分利用效率

为了探明耕层构造对春玉米产量及水分利用效率的影响,在农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站利用长期定位试验,设置了虚实并存耕层(furrow loose and ridge compaction plough layer,FLRC)、全虚耕层(all loose plough layer,AL)、全实耕层(all compaction plough layer,AC)、以及作为对照(controlled trial,CK)的上虚下实耕层(up loose and down compaction plough layer,ULDC)4种耕层结构,研究了不同耕层构造对春玉米产量及水分利用效率的影响。利用2011和2012年数据分析结果表明,不同耕层构造对春玉米产量影响显著(P0.05),2a平均表现为FLRCALULDCAC,FLRC和AL比CK分别增加16.39%、5.30%,收获指数在0.38~0.44之间。在平水年(2011)和丰水年(2012)虚实并存耕层和全虚耕层均可有效蓄积降水,改善土壤水分状况,明显提高玉米的降水利用效率,2011年FLRC比ULDC提高11.95%(P0.05);2012年FLRC和AL分别比CK提高21.23%(P0.05)和12.43%(P0.05);不同降雨年型和不同耕层结构对作物水分利用效率(water use efficiency,WUE)影响不同,2011年FLRC比CK增加15.68%(P0.05),2012年FLRC比CK增加23.13%(P0.05),2a平均提高18.43%。综合分析认为,虚实并存耕层是提高土地生产力和农田水分利用效率的最优耕层结构。该研究为辽西旱作农业区合理耕层构建、确定适宜的耕作技术和实现作物的高产稳产提供参考。     

防风固沙灌木花棒沙柳根系生物力学特性

为了揭示花棒和沙柳的根系生物力学特性,该文选取毛乌苏沙地5 a生人工种植花棒、沙柳的根系为研究对象,通过室内单根拉伸试验,得到沙柳(直径0.78~7.44 mm)的平均最大拉力、抗拉强度和杨氏模量分别比花棒(直径0.91~6.46 mm)高42.07%、44.52%和90.00%。花棒、沙柳单根根系的最大拉力随直径增大以幂函数增大,抗拉强度和杨氏模量随直径增大以幂函数减小。花棒与沙柳单根根系的平均抗拉强度能达到Ⅰ级钢筋(370MPa)的6.86%和9.91%,对土壤有一定的加筋作用。采用自制根系拉力测试系统进行野外原位整株根系垂直拉拔试验,得到花棒(地径17.65~42.68 mm)和沙柳(地径20.35~48.07 mm)的整株根系最大垂直拉拔力为(1.71±0.16)k N和(1.18±0.16)k N,花棒比沙柳高出44.92%。花棒整株根系的生物力学特性要优于沙柳,整体固沙能力更强。该研究可为根系固土作用理论研究和防风固沙树种的筛选提供参考。     

不同氮水平下黄瓜-番茄日光温室栽培土壤N_2O排放特征

为探讨日光温室黄瓜—番茄种植体系内N2O排放动态变化及其对不同氮水平的响应规律,采用密闭静态箱法,研究了常规氮量(黄瓜季1 200 kg/hm2,番茄季900 kg/hm2)、比常规氮量减25%(黄瓜季900 kg/hm2,番茄季675 kg/hm2)、减50%(黄瓜季600 kg/hm2,番茄季450 kg/hm2)以及不施氮对日光温室土壤N2O排放的影响。结果表明,温度是影响日光温室土壤N2O排放强度的重要因素,4-10月(平均气温为27.4℃)的N2O排放通量最高达818.4μg/(m2·h);而2-3月(平均气温15.1℃)以及11-12月(平均气温14.7℃)期间的N2O排放通量最高仅为464.5μg/(m2·h),比4-10月的N2O排放峰值降低了43.2%。N2O排放峰值在氮肥追施后5 d内出现,N2O排放量集中在氮肥施用后7 d内,可占整个监测期(271 d)排放量的64.7%~67.8%。施氮因增加了土壤硝态氮含量而引起N2O排放爆发式增长,0~10 cm土壤硝态氮含量与N2O排放量呈指数函数关系(P0.01)。日光温室黄瓜—番茄种植体系内的N2O排放量为0.99~9.92 kg/hm2,其中75.6%~90.0%由施氮造成。与常规氮用量相比,氮减量25%和50%处理的N2O排放量分别降低了40.4%和59.3%,总产量却增加4.9%和7.4%。综上所述,合理减少氮用量不仅可显著降低日光温室土壤N2O排放,而且不会引起产量的降低。该研究为日光温室蔬菜生产构建科学合理的施氮技术及估算中国设施农田温室气体排放量提供参考。     

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。     

绿肥与化肥配施对植烟土壤微生物群落的影响

土壤微生物群落被认为是土壤生态系统变化的预警及敏感指标,指示着土壤质量的变化。本研究利用 3 年定位试验,通过测定磷脂脂肪酸(PLFAs)的含量,分析了连年绿肥和化肥配施对植烟土壤微生物群落结构的影响。研究结果表明：施肥明显地提高了土壤中 PLFAs 的种类和总量;在绿肥和化肥配施处理中,当翻压 15 000 kg/hm2 绿肥的基础上施用大于 85% 常规化肥时,明显提高了土壤中细菌、AM 真菌及微生物总的 PLFAs 含量;而当化肥的施用量减至常规施肥 70% 时,对土壤细菌、真菌及微生物总 PLFAs 含量的积累产生不利影响。从不同处理的主成分分析和聚类分析的结果可知,不同绿肥和化肥配施比例对土壤微生物群落结构变化有明显影响。经相关性分析表明,PLFA 分析方法和氯仿熏蒸法之间具有很好的一致性,且土壤速效钾和速效磷含量与革兰氏阴性菌的 PLFAs 含量呈显著相关,而与土壤真菌PLFAs 含量则无明显的相关性。     

覆膜方式毛管密度和灌水下限对温室甜瓜生长的影响

为探明在日光温室内不同的覆膜方式、毛管密度、灌水下限等农艺措施对甜瓜生长及产量的影响,采用正交试验设计,研究了不同的覆膜方式(全覆膜、半覆膜、无膜)、滴灌毛管密度(1管1行、3管4行、1管2行)和灌水下限(田间持水量的60%、70%、80%)组合对日光温室甜瓜的植株生长、光合效率、生物量、产量和水分利用效率等的影响,分析了甜瓜产量与植株生长、光合效率、生物量等的关系。结果表明,半膜覆盖的根区土壤温度较高、水分分布更均匀,其叶面积指数、根鲜质量、根冠比等指标优于全膜和无膜处理,土壤脲酶、磷酸酶活性等也显著高于全膜和无膜处理,提高了甜瓜的生物量和产量及水分利用效率。毛管密度对甜瓜生长与产量具有显著影响,3管4行的植株鲜质量和植株干质量等均低于1管1行和1管2行处理,但茎粗、根鲜质量、根冠比等高于其他两个处理。3管4行模式有利于作物吸收更多的养分和水分,光合产物更多地向果实分配,产量比1管1行和1管2行分别提高了8.56%和3.37%,其水分利用效率也最高。灌水下限是影响甜瓜生长和产量的重要因素,与田间持水量的60%和80%比较,灌水下限为田间持水量的70%时,植株平衡生长,产量比60%时和80%时分别提高了22.58%和2.42%。全膜、半膜覆盖的水分利用效率(Irrigation water use efficiency,IWUE)分别比无膜高57.21%、56.41%,3管4行的IWUE分别比管1行和1管2行高3.54%和0.80%,灌水下限70%田间持水量的IWUE比80%时高58.46%。根据试验结果,建议日光温室的甜瓜栽培宜采用半膜覆盖,3管4行和70%田间持水量组合。     

不同护坡草本植物的根系分布特征及其对土壤抗剪强度的影响

为明确用于三峡库区植被构建的边坡植物物种根系特征与土壤抗剪强度之间的关系,该文以裸地为对照,应用WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系统对香根草(Vetiveria zizanioides(Lin.) Nash)、百喜草(Paspalum notatum Flugge)、狗牙根(Cynodon dactylon(L) Pers.)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)4种护坡草本的根系特征进行定量分析.研究发现:香根草的根长密度和根表面积密度显著大于其他草本;各草本类型的根长密度、根表面积密度及根重密度均随着土壤深度的增加递减,但随深度的增加,不同草本类型的差异逐步缩小;不同草本类型土壤内摩擦角φ和粘聚力c大小均为:香根草>百喜草>紫花苜蓿>狗牙根>裸地,且随土层深度的增加而降低;随着根长密度、根表面积密度的增大,土壤内摩擦角φ呈显著的对数增长,土壤粘聚力c呈显著的线性增长,且与直径D≤5 mm不同径级的根系特征之间存在明显的相关性.结果表明:相对于裸地而言,4种草本均能显著增强土壤内摩擦角φ和粘聚力c,且根系对土壤内摩擦角φ的提高程度大于土壤粘聚力c;根长密度和根表面积密度,尤其是直径D≤5 mm径级的根长密度和根表面积密度能很好的表征土壤的抗剪强度,可作为评估土壤抗剪强度的重要参数.     

Comparison of field and laboratory measurement of denitrification and N2O production in the saturated zone of hydromorphic soils

We evaluated a new method to measure in situ denitrification under field conditions in a number of water-saturated subsoils that had a broad range of biogeochemical properties. A test solution containing ¹⁵NO₃⁻ and/or C₂H₂ was introduced to the subsoil and the subsequent production of dissolved denitrification products was measured to quantify denitrification activity. The method showed a clear production of denitrification products over time. Results were compared to laboratory-based measurements from the same soil incubated as anaerobic slurries with added ¹⁵NO₃⁻. Rates of denitrification with the in situ and the laboratory methods ranged from 1-2800 and 1-1700 μg N kg⁻¹ d⁻¹, respectively. Generally the methods gave good agreement and we consider both to be valid. However, there were some significant deviations, which we attribute to spatial heterogeneity and laboratory effects. Because the laboratory method is so much easier to perform, we suggest it should be the preferred method for large-scale studies of denitrification from the soil types we investigated. However, the two methods showed poor agreement in determining the proportion of N₂O in the total denitrification output. This was because this proportion is subject to delicate and complex control. We conclude that neither method was suitable for quantifying N₂O emission from the denitrification measurements.