龙门山地震带坡耕地土壤侵蚀对有机碳迁移的影响

坡耕地土壤再分布对土壤有机碳(SOC,soil organic carbon)迁移的作用机制研究已成为土壤侵蚀学研究的热点,然而目前极少有研究关注地震后生态脆弱的龙门山地震带坡耕地土壤侵蚀机理及其导致的土壤有机碳再分布规律。该研究选择龙门山地震带内(都江堰市)一块陡坡耕地和一个梯田系列,采用137Cs法和野外调查,对比分析强震导致田埂垮塌和未受损情况下坡耕地土壤侵蚀空间变化特征和有机碳运移变化机理。结果表明,该区黄棕壤有效137Cs背景值为1 473 Bq/m2;坡度较小的坡式梯田内部上坡表现为侵蚀,下坡表现为沉积,同时,上部梯田的侵蚀速率高于下部梯田,但整个梯田系列净侵蚀量非常小,这表明梯田之间由于缺乏田埂的保护,水力也起着侵蚀、搬运上坡梯田土壤的作用,但是整个坡式梯田系列可以起到较好的保土作用,同时,坡式梯田内部主要以耕作侵蚀为主,是造成梯田上部坡位土壤流失严重的主要原因;陡坡耕地的地形为复合坡,由于田埂垮塌导致其土壤侵蚀速率显著高于坡式梯田系列,在整个坡面上,除了坡顶土壤侵蚀速率高之外,下坡坡度变大(曲率较大)的部位土壤侵蚀速率也非常高,同时,土壤沉积也发生在2个坡位(中下坡坡度较缓的部位和坡脚部位);在梯田系列和陡坡耕地上,SOC与土壤137Cs的空间变化规律较为一致。研究结果表明,在龙门山地震带,质量较好的石埂梯田仍然发挥着较好的土壤保持效果,同时,耕作侵蚀是该区坡耕地上一种重要的土壤侵蚀形式,在制定相应的土壤保持措施时,必须充分考虑耕作侵蚀的作用,才能有效地控制土壤侵蚀,此外,该研究结果还表明采用137Cs核素示踪技术可以比较科学地解释该区域的土壤侵蚀速率和SOC的空间变异规律。     

黄土耕作坡面溅蚀过程中微地形响应特征

[目的]探究60mm/h雨强下不同耕作坡面在溅蚀阶段的微地形变化特征,为黄土坡地水土保持耕作方式布设提供科学依据。[方法]在室内人工模拟降雨试验的基础上,采用激光扫描量测方法分别获取溅蚀前后4种不同耕作方式(人工锄耕、人工掏挖、等高耕作、耙磨整平)黄土坡面微地形相对高程,并对能反映微地形变化的高精度M-ΔDEM进行了分析。[结果]不同耕作措施下坡面微地形均具有较弱的空间变异,其空间分异主要受耕作措施的影响;降雨对微地形具有一定的夷平效应,且不同耕作坡面在1~1.3m尺度范围内均表现出侵蚀平衡现象;不同耕作微地形对溅蚀均具有阻滞作用,其中人工掏挖和等高耕作具有较强的水土保持作用。[结论]微地形水系分维能较好地反映复杂的微地形特征,而坡面耕作方式是溅蚀过程中微地形时空变异分布状况的控制性因子。     

转变耕作方式对长期旋免耕农田土壤有机碳库的影响

土壤深松是解决长期旋免耕农田耕层浅薄化、亚表层（>15～30 cm）容重增加等问题的有效方法之一,而将长期旋免耕农田进行深松必然导致农业生态系统中土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）及碳固定速率的变化。因此,为对比将长期旋免耕转变为深松前后农田土壤有机碳库变化,该研究利用连续12a 的旋耕和免耕长期定位试验以及在此基础上连续6 a旋耕-深松和免耕-深松定位试验,对比了转变耕作方式对农田土壤0～30 cm有机碳含量、周年累积速率及其固碳量的影响。研究结果表明,经过连续12 a的旋耕和免耕处理（2002－2014）,2014年免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比试验初期（2002年）提高38%,旋耕处理降低了30%,而对照常规处理无显著差异。免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比旋耕处理高约2.6倍（2014年）。长期免耕显著提高了土壤0～30 cm的有机碳含量,2002~2014年其土壤0～30 cm固碳量为16.69 t/hm2,但长期旋耕导致土壤0～30 cm SOC含量显著降低,表现为土壤有机碳的净损耗,年损耗速率为?0.75 t/hm2。而长期旋耕后进行深松（旋耕-深松处理）6年其土壤0～30 cm的有机碳含量较原旋耕处理提高32%～67%,且显著提高了土壤固碳量及周年累积速率;免耕-深松土壤0～30 cm的有机碳周年累积速率较免耕处理下降了42%。长期旋耕造成有机碳水平下降的条件下,将旋耕处理转变为深松处理在短期内更有利于促进土壤有机碳的积累,而将长期免耕处理转变为深松措施,降低了土壤有机碳的累积速率和固碳量。     

耕作方式对豫南雨养区土壤微环境及冬小麦产量的影响

针对豫南雨养农业区降水基本满足作物生长需求但年内和年际间分配不均、土壤耕性差的生态实际,为解决小麦播种期和冬春干旱以及改善耕层水、肥、气、热等因子提供理论依据。于2007—2015年,在豫南雨养农业区进行了连续9a的大田定位试验,研究了不同耕作模式对小麦生长季土壤水分、容重、温度及冬小麦产量的影响。试验共设置6个处理:T1(传统翻耕)、T2(不覆盖/不深松+覆盖/免耕)、T3(覆盖/不深松+不覆盖/免耕)、T4(不覆盖/深松+不覆盖/免耕)、T5(覆盖/深松+覆盖/免耕)以及T6(不覆盖/不深松+还田/旋耕)。结果表明,(覆盖/深松+覆盖/免耕)T5可以有效提高小麦播种期0~40cm土层的含水量,为麦播提供较好的水分基础,不同耕作方式处理对冬小麦越冬期和返青期土壤日平均温度影响较小,不足以对冬小麦发育进程产生影响。(覆盖/深松+覆盖/免耕)T5能够有效降低耕层0~20cm和0~40cm的土壤容重。覆盖/深松+覆盖/免耕处理的前3a,冬小麦产量较对照有所降低,从第4年开始较对照增产,2011—2015年增产幅度分别为2.02%、2.83%、10.93%、5.88%、1.97%。以上结果表明,通过T5(覆盖/深松+覆盖/免耕)的简耕覆盖技术可以有效利用降水资源、培肥地力,提高产量,具有节本增效的作用。     

等高犁耕朝向对紫色土坡面土壤再分布的影响

选择一块坡长15 m、坡度14.16%的坡地,采用磁性示踪法分析等高向下犁耕（向下坡方向翻垈）和等高向上犁耕（向上坡方向翻垈）的土壤再分布特征,利用模拟耕作（15次）检验两种等高犁耕的长期作用下对土壤剖面和微地貌演化的影响。结果表明:等高向下犁耕导致土壤发生向下坡移动,土壤位移量为15.62～28.70 kg/m,坡度对其影响不显著（p=0.93）;等高向上犁耕导致土壤同时发生向下坡和向上坡移动,土壤净位移量为-10.91～8.23 kg/m,坡度对其有显著影响（p < 0.001）,土壤净位移方向随着坡度的增大由向上坡转为向下坡,本研究条件下临界坡度为14%;等高向下犁耕15次后坡顶侵蚀深度是原土层深度的132%,耕作后土层深度与耕作深度相当,表明等高向下犁耕加速土壤侵蚀和促进母岩成土的双重作用共同维持着坡顶土层深度的稳定;等高向上犁耕15次后坡顶土层深度增加了12.7%,表明等高向上犁耕具有保护坡顶土层深度的作用。等高向上犁耕是一种防治类似紫色土的薄层土壤耕作侵蚀和土壤退化的有效措施。     

含水量和容重对旱地耕层土壤热导率的影响及预测

土壤热导率是研究地表能量平衡和土壤水热运移过程中的一个基础参数。受土壤耕作、干湿交替和根系生长等过程的影响,耕层土壤的含水率和结构呈现较强的变异特征,而目前缺乏关于定量分析耕层土壤热导率变异特征的研究。该研究利用田间定位试验,采用热脉冲技术测定了含水率和容重变化条件下耕层土壤热导率的变异特征,并利用传递函数模型对耕层土壤热导率进行了预测。结果表明:含水率和容重是影响耕层土壤热导率变异的主要因子,而耕作强度和干湿交替是这种变异的关键驱动力;与翻耕和旋耕处理相比,免耕处理提高了土壤容重和含水率,从而增大了土壤热导率;在干湿交替作用下,翻耕后土壤容重逐步增加,耕层热导率也呈现上升趋势,波动幅度与含水率的变化相关。基于含水率、容重和质地信息,土壤热导率传递函数模型可以给出可靠的田间土壤热导率估计值,其均方根误差和平均偏差分别为0.09和-0.01 W/(m·K);考虑耕层土壤容重的动态信息,可以提高该模型预测土壤热导率的准确性。     

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。     

几种保护性耕作措施在黄土高原旱作农田的实践

自2001年起,甘肃农业大学的研究者在甘肃省定西市安定区李家堡镇布设了不同保护性耕作措施下春小麦→豌豆和豌豆→春小麦轮作系统的定位试验,以研究免耕不覆盖(NT)、传统耕作秸秆还田(TS)、免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作地膜覆盖(TP)和免耕地膜覆盖(NTP)等保护性耕作措施在黄土高原旱作农田生态系统中的效应。本文就近10年依托该试验获取的相关研究结果进行综述,重点阐述特定土壤、气候、农作制度下土壤理化性状、土壤微生物及其酶活性、土壤温室气体排放、作物生理生态等对上述几种保护性耕作措施的响应。初步得到免耕秸秆覆盖措施有助于形成良好的土壤结构、减少土壤侵蚀、改善土壤持水特性、提高土壤养分利用效率、改善土壤微生物区系、增强作物光合效能、增加作物产量等结论,对筛选出当地适宜的耕作模式、改善区域土壤质量、促进农业可持续发展有重要意义。在此基础上,提出目前该项研究存在的问题和今后重点关注的方向:1)保护性耕作土壤碳循环机理;2)覆盖方式的创新;3)温室气体排放测量方法的改进与完善。     

改良耕层土壤中苯胺的吸附动力学

研究有机改良土壤对污染物的动力学吸附特征,有助于深入了解其对污染物的吸附机制。以十六烷基三甲基溴化铵单一改良（CB）和十六烷基三甲基溴化铵＋十二烷基磺酸钠混合改良（CS）塿土耕层土样,采用批处理法通过不同的速度参数研究了改良土壤对苯胺的吸附动力学特征,并与苯酚对比探讨改良土样对有机污染物吸附的动力学机制。结果表明,塿土耕层土样的有机改良能够显著加快对苯胺的吸附速度,苯胺的吸附反应呈现快速反应和慢速反应两个阶段,且以快速吸附反应为主。总体上耕层土样Vt、V0.5、Vf的大小顺序均为100CB＆gt;120CS＆gt;（≈）50CB＆gt;CK。随温度升高和苯胺添加浓度增大,苯胺吸附速度增大,苯胺、苯酚的吸附动力学特征在改良土样上具有良好的相似性,从而证实有机污染物以分子状态存在导致的单一疏水吸附是改良土样吸附的决定机制。     

农田耕作措施对近地表风沙运动的影响

我国北方传统耕作模式的犁耕、耙磨及磨平整地措施对农田近地表风沙活动影响显著。通过对春季半干旱沙区农田风沙活动的观测,本文对犁耕、耙磨磨平两种处理下近地表0~60 cm内输沙率和风沙流结构随田块长度的变化规律进行了研究。结果表明,耙磨磨平处理破坏了犁耕在农田地表形成的非可蚀性土块结构,使近地表0~60 cm内输沙率增大,在强沙尘事件中增加幅度可达数10倍。犁耕地表上输沙率随田块长度的增加呈指数关系递增,而耙磨磨平后风沙流发育的饱和路径长度减小,在强沙尘事件中近地表输沙率随田块长度的增加而递减。此外,上风向处犁耕地表低层输沙比例(Q0-10/Q0-60)小于耙磨磨平地表,且随田块长度的增加逐渐增大,而耙磨磨平后风沙流结构随田块长度的变化不大。