亚热带红壤区不同土地利用方式下的土壤剖面水流特征

以江西省鹰潭市的典型旱地、稻田和林地为研究对象,采用野外亮蓝染色示踪试验结合室内图像处理的方法,量化了各样地土壤剖面染色特征参数,明确了水流类型的剖面分布规律,并揭示了土壤理化性质对水流特征的影响机制。结果表明:染色面积比(SAR)随着土层深度的增加急剧降低,0—60 cm土层的平均SAR表现为稻田(28.16%)高于旱地(21.95%)和林地(18.64%),SAR差异主要体现在5—25 cm土层;染色路径数(SPN)随着土层深度的增加先增加后减小,整个剖面的平均SPN为稻田最多(20条),旱地其次(12条),林地最少(9条)。各样地0—20 cm土层染色路径宽度(SPW)均以1—10 cm为主,水流类型从上至下依次为均质流、非均质指流和高相互作用大孔隙流;对于20 cm以下土层,旱地和稻田的SPW以1 cm为主,水流类型分别以低相互作用大孔隙流和混合作用大孔隙流为主,林地以1—10 cm的SPW为主,主要水流类型为高相互作用大孔隙流。有机质含量、根系密度和土壤机械组成等性质影响了土壤的孔隙特征,进而影响了土壤的饱和导水率和水流特征。为提高红壤区的水分利用效率、减少水土流失,可以通过破除旱地犁底层、减少稻田干湿交替下的裂隙发育,以及增加林地植被多样性等多种方式实现。     

入射角度对气力射播小麦种粒入土参数影响的试验研究

针对稻麦轮作区黏湿土壤条件下的小麦机械化播种,为避免传统接触式小麦播种技术存在的粘附堵塞严重和作业阻力、功耗大等问题,该文采用非接触式小麦气力射播技术理论,通过自制的小麦气力射播试验台,开展整洁种床土壤条件下入射角度对气力射播小麦种粒入土参数影响的试验研究。试验结果表明:随着入射角度的增加,相同加速气压下小麦种粒的射播速度垂直分量和射播深度不断增加,小麦种粒触土后产生水平滑移和弹跳的几率变小,且各入射角度下射播深度与射播速度呈正相关关系,不同入射角度下小麦种粒呈现出不同射播深度和土壤冲击效果,小麦种粒未产生损坏情况;当入射角度≥45°和射播速度垂直分量≥25 m/s时,小麦种粒可被完全射播入土壤中且出苗率大于86%,90°入射角度下的射播效果最好。同时,为实现田间作业时小麦种粒的垂直射播入土,应使射播速度水平分量与机具作业速度相等且射播速度垂直分量≥25m/s。试验结果可为非接触式小麦射播装备的研制提供基础数据和技术支撑。     

基于土地生态要素分区的坝上生态用地生态服务价值分析

坝上地区是京津冀地区的重要生态屏障,也是京津冀的重要水源涵养地和生物多样性保护重要基地,对保障京津冀地区的生态安全和水资源供给有着不可替代的作用。本研究运用软件ARCGIS 10.2,将坝上地区的土壤类型与地貌类型两大主要土地生态要素进行叠加,划分典型类型区,并结合现行的土地利用分类系统和生态系统服务功能,构建生态用地分类体系,在此基础上,以粮食单产进行区位修订,采用当量因子法估算2015年坝上各类型分区内生态用地的生态系统服务价值,以期为坝上地区的生态用地格局规划与区域生态保护管理政策制定提供理论依据。结果表明:1)河北省坝上地区粮食单产大体趋势是自中部向两翼方向逐渐递增,高产区主要是东南部的褐土侵蚀剥蚀低山类型区和褐土侵蚀剥蚀中山类型区,产量高达5 000 kg×hm~(-2)以上;低产区则是主要位于西南的张北县栗钙土玄武岩台地类型区和尚义县粗骨土侵蚀剥蚀中山类型区,产量不足2 500 kg×hm~(-2)。2)河北省坝上生态用地类型以草地和林地为主,两者面积之和占总面积的73.95%。沼泽土侵蚀剥蚀中山类型区、沼泽土冲积风积高原类型区、灰色森林土侵蚀剥蚀中山类型区以及灰色森林土冲积风积高原类型区的生态用地面积占其类型区总面积的95%以上,而盐土湖积高原类型区的生态用地所占比例最小,仅占39.74%。3)2015年坝上生态服务总价值高达634.77亿元,其中坝上地区东部的棕壤侵蚀剥蚀中山类型区生态服务价值最大,主要由林地提供;位于西北部的盐土湖积高原类型区生态服务价值最小,基本为草地所提供。本研究表明,不同的土壤类型和地貌类型均影响着土地生产能力的大小,从而影响着该地区的生态系统服务价值大小。     

密云水库上游流域次降雨坡面产流产沙特征

以北京市密云县石匣小流域为研究区,利用2006-2010年连续5 a的坡面径流试验小区观测资料,运用统计方法,分析了密云水库上游流域的降雨、产流产沙特征以及在不同土地利用和不同坡度条件下,降雨量、降雨强度与产流、产沙之间的关系。结果表明:1)该研究区域水土保持治理措施实施的关键时间为每年的7、8月份,当降雨量大于10 mm时,应注意采取水土保持措施;2)在裸地、耕地和林地条件下,高雨量、中雨强型降雨为导致产流、产沙的主要雨型,在草地条件下,中雨量、高雨强型降雨为导致产流、产沙的主要雨型;3)中雨量高雨强型降雨条件下,林地的减流效益最好,低雨量低雨强型降雨和高雨量中雨强型降雨条件下,耕地的减流效益相对较低,草地和林地的减流效益差异不大;在3种不同雨型条件下,耕地、草地和林地的减沙效益差别不大;4)裸地条件下,降雨量与产流量间的关系更为密切,尤其在14.4°坡面下相关性最高;耕地条件下,产流量与降雨量的相关性较好,产沙量则与降雨强度的相关性较好,11.4°的坡面产流量、产沙量与降雨因子间的相关系数最高;草地条件下,降雨强度与产流量间的关系较为密切;林地条件下,产流量、产沙量与降雨因子间的相关性均不显著。研究结果可为密云水库上游水土保持措施及农业面源污染管理措施的科学实施提供依据。     

镉污染下不同类型水稻土氮素供应特征及其影响因素

污染条件下的土壤氮素供应影响了作物生产和植物生态修复。采用温室盆栽试验,研究了两种剂量镉污染下我国21种水稻土无机氮的供应特征和影响因素。结果表明：淹水10天后,不同水稻土土壤溶液无机态氮含量变幅为1.42 ~ 70.40 mg/L （(平均值为16.76 mg/L）),其中NH4+-N和NO3--N分别占62.5% 和33.7%;与施肥对照相比,镉污染降低了大多数水稻土土壤溶液无机态氮的含量,平均降幅为58.4%,主要是由土壤溶液NH4+-N含量下降所致;土壤溶液NO3--N含量受镉污染的影响程度则因土壤类型而异。基于典范对应分析的偏因子分析（(VPA）)表明镉污染对水稻土土壤溶液无机氮含量的影响最大,其次是土壤类型,施肥影响最小,三类因子单独作用的影响比例分别为40.38%、6.51% 和0.05%。镉污染下,pH、CEC和土壤质地显著影响水稻土无机氮供应,其中土壤pH是镉污染条件下影响NH4+-N含量变化的首要因子。     

天津市农田氮肥施用氨排放量估算及分布特征分析

氮素是作物生长的必要营养元素,氮肥施用过程中,会导致氨的挥发,而氨是形成可吸入颗粒物的重要前体物,为了解天津市农田氮肥施用过程中氨的排放,为天津市空气污染治理提供技术支撑,通过获取天津市不同农作物的不同氮肥种类施用量,依据国家环保部推荐的排放因子法和天津市的年均温度,对天津市农田氮肥施用过程中氨的排放量进行了估算和时空分布特征分析。结果表明,2014年天津市农田氮肥施用氨排放量为17 999.91 t,排放强度为3.27 t·km-2;从氮肥种类上看,尿素是最大排放源,贡献率为83.13%,其次是碳铵(13.83%),其他氮肥占比为3.04%;从农作物类型上看,蔬菜是最大的排放源,贡献率为38.91%,其次是玉米(29.43%)和小麦(19.66%),其他作物占比为12.00%。氨的排放系数具有明显的时间特征:中午高,夜间低;8月份最高,1月份最低。在各区县中,武清区氨排放量最大,贡献率为27.06%;津南区氨排放量最小,贡献率为1.14%;另外,宝坻区和蓟县的氨排放量也较高,贡献率分别为20.71%、17.86%。氨具有较强的空间分布差异性,在有氮肥施用的农田排放较高,其他区域排放较低。因此在控制天津市农田氮肥施用氨排放中应加强对武清区、宝坻区、蓟县等区县6—8月份蔬菜种植过程中尿素的科学施用。农田氨的时空分布特征可为天津市空气污染的防治提供科学依据。     

水稻秧盘育秧播种机气动式自动供盘装置设计与试验

为减轻工人劳动强度,提高水稻秧盘育秧播种机的生产效率,研制了一种气动式自动供盘装置。通过建立秧盘输送模型确定了输送机构的输送过程和速度关系,根据秧盘外形特征和自动供盘装置工作原理,研制了气动式落盘机构及控制系统,由接近开关对秧盘进行检测,利用落盘机构快速升、放秧盘,实现秧盘的自动供送。为研究生产率、放盘时间和叠盘偏差对自动供盘装置性能的影响,以供盘合格率为指标进行了自动供盘正交试验。试验结果表明,叠盘偏差对供盘合格率的影响最显著,放盘时间对供盘合格率有一定影响,生产率对供盘合格率的影响不明显;当生产率为600~1 000盘/h、叠盘偏差为0~6 mm、放盘时间为0.8 s时,供盘合格率为98.67%~100%,试验结果满足水稻秧盘育秧播种机育秧技术使用要求。该研究对提高水稻秧盘育秧播种机的自动化程度具有重要意义。     

吉林省农田耕层土壤pH的时空变化特征

本研究通过分析2005~2013年测土配方施肥项目在吉林省采集的大量土壤样品,明确了不同地区农田耕层土壤pH的空间变异特征,并与第二次土壤普查数据对比探讨了土壤pH的变化趋势。结果表明,目前吉林省农田耕层土壤pH分布在3.8~9.1之间,平均值为6.5。不同类型农田土壤pH的高低顺序为:黑钙土风沙土草甸土黑土白浆土≈暗棕壤水稻土。空间上,吉林省农田耕层土壤呈现自西向东逐渐降低的分布特征,以西部白城市的通榆县最高而东部延边朝鲜族自治州的汪清县最低。时间上,与第二次土壤普相比,吉林省各种土类的pH存在共性的土壤酸化趋势。不同土类间pH的降幅存在较大差异,代表性的黑土下降约0.5个单位,酸化程度较大的草甸土和水稻分别下降了1.4和1.6个单位,而酸化程度较小的白浆土下降了0.1个单位。吉林省农业生产中应控制化肥用量,调整肥料品种,合理增施有机肥,大力推广秸秆还田,从而缓解土壤酸化趋势,改善土壤肥力。     

基于地区和土类的吉林省农田耕层土壤氮素时空变化特征

为明确吉林省农田耕层土壤氮素营养的时空变化特征,基于2005—2013年间测土配方施肥项目测定的土壤全氮和碱解氮数据,分析吉林省不同地区、土类农田耕层土壤氮素养分的空间变异特征,并与第2次土壤普查数据对比,探讨土壤氮素养分的时间变化趋势。结果表明,目前吉林省农田耕层土壤全氮含量为0.4~3.9g/kg,平均为(1.62±0.60)g/kg,碱解氮含量为15~360 mg/kg,平均为(145.0±59.5)mg/kg。不同土类之间全氮和碱解氮含量的高低顺序一致,均以暗棕壤最高,平均分别为(2.02±0.57)g/kg和(190.2±72.80)mg/kg,其后依次为白浆土、水稻土、黑土、草甸土、黑钙土和风沙土;空间变异方面,吉林省农田耕层土壤氮素营养水平呈自东向西逐渐下降的分布特征,全氮和碱解氮含量在县域尺度上存在显著正相关关系;时间变化方面,吉林省农田耕层土壤全氮和碱解氮含量相比第2次土壤普查均呈明显上升趋势,中部地区变化最显著,西部地区变化相对较小。不同土类之间,黑土、黑钙土、草甸土和风沙土呈上升趋势,而暗棕壤、白浆土和水稻土出现下降,其中以风沙土的增加和暗棕壤的下降最明显。综上所述,吉林省农田耕层土壤氮素营养状况在空间上存在显著差异,时间上也发生了巨大变化。建议中部粮食主产区应严格控制作物施氮量以提高氮肥效率,降低环境风险,东、西部地区应因地制宜优化氮肥管理以提升地力,实现增产增效。     

不同气候和土壤条件下秸秆腐解过程中养分的释放特征及其影响因素

农田土壤中秸秆腐解伴随氮磷钾养分的释放是重要的生物地球化学过程,也是秸秆还田替代化肥养分的基础。了解不同农区秸秆分解过程中的养分释放动态,揭示秸秆、气候和土壤条件的交互作用机制,是制定秸秆还田合理措施的理论基础。基于寒温带-暖温带-中亚热带的黑土、潮土、红壤互置试验平台,研究了小麦、玉米秸秆在3年腐解过程中养分释放过程和影响因素。结果表明,秸秆中养分释放速率的大小顺序为KPN;秸秆中氮素和磷素在寒温带以及在红壤和潮土中表现为先富集再释放特征,在暖温带、中亚热带以及黑土中表现为直接释放特征;秸秆中钾素均表现为直接快速释放特征,在腐解0.5 a平均释放率达89.5%。气候和土壤条件主导了氮磷的释放,其相对平均贡献率分别为19.5%和15.2%。在腐解后期(2~3 a)气候、土壤和秸秆因素对养分释放的贡献率30%,说明土壤生物因素可能起了主导作用。