地下水作用下微咸水灌溉对土壤及作物的影响

随着微咸水灌溉面积逐年增加,不合理的灌溉对土壤环境造成了不同程度的污染。该文采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水灌溉夏玉米对土壤-作物系统环境因子的影响。研究结果表明：在地下水水位低于3 m地区进行微咸水灌溉,0～100 cm的土层内不会形成严重的积盐现象。当灌水水质为4 g/L时,灌水水质对土壤盐分环境的影响大于地下水埋深对其的影响。地下水埋深越深,夏玉米叶面积指数、株高及产量越小,且随灌溉水盐分水平的增加而减小,地下水埋深对夏玉米形态指标的影响大于盐分水平对其的影响。     

银川平原土壤盐分及盐渍土的空间分布格局

系统认识和掌握盐渍土的空间分布特征,是治理改良盐渍土的基础。在总面积约6 184.9 km2的银川平原引黄灌区布设101个采样点,分层（0～180 cm）测定了土壤全盐量,应用地统计学方法结合GIS技术对其空间分布特征进行了研究。结果表明,银川平原各层土壤盐分的分布类型均比较复杂,呈高度的偏态分布。土壤盐分的变异属于中等变异强度。0～120 cm土层盐分的空间相关距离一般在20～28 km;而深层（＞120 cm）土壤的空间相关距离较大,约34 km。银川平原表层土壤属于非盐化土、轻度、中度、重度盐渍土和盐土的土地面积分别为0、1 508.8、3 614.9、982.6和78.6 km2,总体属于中度和轻度盐化土类型,且呈现一定的盐分表聚趋势。重度盐渍土和盐土主要分布在银北的石嘴山市、平罗县、惠农县一带和银南的部分地区。总体来说,银川平原的土壤盐渍化现象依然严重,应加强研究与治理改良。     

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.     

Application of biochar in mitigation of negative effects of salinity stress in wheat (Triticum aestivum L.)

Salinity is a major abiotic stress that affects crop production throughout the world. Biochar is an activated carbon soil conditioner that can alleviate the negative impacts of salinity. The research was conducted to evaluate the ameliorative effect of 1% and 2% of biochar application on wheat seed germination and growth attributes under salinity. Both levels of biochar improved the germination and growth conditions under salinity; however, 2% biochar level was more effective compared to 1% level. Root and shoot length increased up to 23% and11% with 2% biochar, respectively. The maximum increase of 16% and 10% in leaf water potential and osmotic potential was noted with 2% biochar at 150 mM salt. The decrease in proline content and soluble sugar at 2% biochar was 51% and 27%, respectively. Decrease in superoxide dismutase activity was 15.3% at 2% level of biochar under stress biochar mitigates the negative effects of salinity and improved wheat productivity.     

高效降解有机磷农药真菌的分离鉴定及其特性研究

从有机磷农药严重污染的土壤中分离筛选出有机磷农药高效广谱降解真菌,并对其进行鉴定及降解特性研究。通过有机磷农药驯化培养、形态学和生理生化特性及其18S rDNA序列分析等试验对其进行初步鉴定,研究外界因素初始pH、培养温度、氧化乐果初始浓度等对降解菌的生长量和降解能力的影响。通过驯化分离筛选等过程从污染土壤中筛选到2株可以在高浓度氧化乐果环境下生长的真菌J4和J6,它们经生理生化和18 S rDNA序列测定初步鉴定均为黑曲霉（Aspergillus niger）。研究发现,J4和J6菌株在氧化乐果初始浓度1000 mg/L,pH值分别为6.5和6.0,温度分别为30℃和28℃,摇床转速160 r/min条件下,培养5天后降解菌可达到最佳生长量和降解能力,降解率可分别达77.83%和70.81%,耐受氧化乐果的最大浓度均为5000 mg/L,其生长量和降解能力具有正比例相关性变化趋势;并进一步研究发现,曲霉J4和J6还具有广谱降解有机磷农药的特性。     

基于遥感数据同化的土壤含盐量估算方法

为探究同化遥感数据对监测区域尺度土壤含盐量时空信息的适用性,以河套灌区沙壕渠灌域为研究区,以高分一号卫星影像为数据源,通过灰度关联法筛选光谱指数,采用岭回归法构建不同深度的土壤含盐量反演模型,使用集合卡尔曼滤波同化算法将遥感数据应用于HYDRUS-1D模型中,开展区域尺度不同深度土壤含盐量的同化研究。结果表明,基于不同深度土壤含盐量的岭回归法模型,其R²均在0.64以上,RE为0.14～0.22,反演精度较高,得到的反演值较为准确;在单点尺度上,与模拟值、反演值相比,同化值更接近实测值,其EFF为0.84～0.93,NER为0.61～0.73,均为正数,且RMSE降低到0.006%～0.011%,提高了HYDRUS-1D模型模拟精度;在区域尺度上,不同深度同化值的r均为0.94以上,NER为0.61以上,优于模拟值和反演值,且同化精度随着深度的增加而降低。本文基于遥感数据和HYDRUS-1D模型的集合卡尔曼滤波同化研究,提高了土壤含盐量的模拟精度,对提高监测区域尺度土壤含盐量时空信息的精度具有一定的参考价值。     

基于指示Kriging的土壤盐渍化风险与地下水环境分析

土壤盐渍化是制约干旱区农业发展的主要障碍,而浅埋地下水区域的地下水环境是影响土壤盐渍化的直接因素。为调控合理的地下水埋深和矿化度,以防控区域盐渍化,以河套灌区永济灌域为研究区,运用指示Kriging法比较了春灌前和生育期不同阈值条件下土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度的概率分布,从概率空间分布的角度研究了不同时期防治土壤盐渍化的地下水临界埋深和矿化度。结果表明：地下水埋深属于中等变异性,土壤表层含盐量和地下水矿化度属于强变异性。春灌前较生育期土壤表层盐渍化高风险区扩大、浅埋地下水高概率区缩小、地下水矿化高风险区缩小。春灌前永济灌域土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.6、2.2 m,地下水矿化度临界值分别为2.0、2.5 g/L;生育期土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.2、1.8 m,地下水矿化度临界值分别为2.5、3.0 g/L,春灌前更易发生土壤盐渍化。春灌前较生育期土壤盐分受外界因素（气象因素和人为因素）影响小,且土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度变异性也相对较小,地下水环境对土壤盐渍化的影响更强烈。研究区北部、东南部和中部小部分区域为地下水埋深小于临界值且大于矿化度临界值的高概率区,是土壤返盐的高风险区,建议进一步完善该地区的排水系统。     

井渠轮灌下秸秆还田对土壤含盐量与玉米产量的影响

为探究井渠轮灌下不同秸秆还田的耕作模式对土壤含盐量及玉米产量的影响,设置“渠井渠”灌溉模式下无秸秆还田的常规耕作（CK）、秸秆表覆旋耕（BF）、秸秆深埋深翻（SM）和秸秆混拌旋耕（HB）4种处理,于2018年和2019年在河套灌区开展了井水与渠水轮灌下不同秸秆还田方式的田间试验。结果表明,井渠轮灌下各处理收获后1m土体均积盐,秸秆还田处理均显著降低土壤积盐率（P<0.05）,BF、SM和HB处理积盐率较CK处理分别下降8.7、12.4、6.9个百分点,SM处理积盐率最小,仅为3.2%,且在20~40cm土层形成脱盐区;收获后CK处理不同土层饱和浸提液的钠吸附比（SAR）较初始值提高10.2%~53.3%,土壤钠质化风险很大;秸秆还田处理有效降低了SAR,SM处理收获后不同土层的SAR最小,较初始值下降了0.4%~73.0%,可有效缓解土壤钠质化。通径分析表明,玉米产量主要决策因子是穗长,限制因子是秃尖长。BF、SM和HB处理分别较CK增产11.2%、19.8%、11.6%,水分利用效率提高18.4%、36.1%、21.2%,SM处理综合效果较好。该研究可为河套灌区地下微咸水安全利用和秸秆资源化利用提供理论依据。     

基于全子集-分位数回归的土壤含盐量反演研究

为提高植被覆盖条件下卫星遥感对土壤含盐量的估测精度,以河套灌区解放闸灌域为研究区,以高分一号卫星影像为数据源,同步采集不同深度土壤含盐量,通过全子集筛选法(Best subset selection)分析不同波段和光谱指数对于不同深度土壤含盐量的敏感性,并采用人工神经网络(Artificial neural network,ANN)、支持向量机(Support vector machine,SVM)和分位数回归(Quantile regression,QR) 3种方法,构建全子集筛选前后0～20 cm、20～40 cm、0～40 cm、40～60 cm、0～60 cm等不同深度下的土壤含盐量反演模型。结果表明,B4、BI、SI1、SI3是0～20 cm、0～40 cm处土壤含盐量的敏感变量组合,B4、BI、NDVI为20～40 cm、40～60 cm、0～60 cm处土壤含盐量的敏感变量组合;在各深度下,分位数回归模型的精度最高,模型的决定系数R2c1、R2v1均在0. 4以上,均方根误差RMSEc1、RMSEv1均小于0. 4%,SVM次之,ANN最差;在20～40 cm深度下QR反演模型效果优于其他深度,为本文土壤含盐量估算的最优模型,其建模和验证的决定系数R2c1、R2v1分别为0. 611和0. 671,建模和验证均方根误差RMSEc1、RMSEv1分别为0. 177%和0. 160%。本研究可为卫星遥感大范围监测植被覆盖条件下土壤盐渍化程度提供参考。     

渭-库绿洲土壤剖面盐分分布特征及驱动因子分析

[目的]监测渭-库绿洲土壤盐渍化的空间分布特征,探究驱动因子作用机理,对当地因地制宜进行土壤盐渍化调控。[方法]采用决策树、克里金插值和灰色关联度分析研究了渭-库绿洲土壤盐渍化的剖面分布特征,着重分析了样本点海拔、植被覆盖度、地下水位、TW( I 地形湿度指数)、地下水矿化度5个驱动因子对土壤盐渍化的影响。[结果]①研究区表层土壤(0~10 cm)属于重度盐渍化土壤,10~20、20~40、40~60 cm各深度剖面土壤属于中度盐渍化土壤。土壤EC1:5有强的空间变异性,其分布格局受灌溉等人为驱动因素的影响较大。②绿洲内部(即耕作区)表层土壤属于非盐渍化区域,绿洲东部10~20、20~40、40~60cm土层有轻、中度的盐渍化现象。绿洲内部表层以下土壤盐分高于表层,绿洲存在潜在的盐渍化风险。耕作区外围绿洲-荒漠交错带区域各剖面层均属于盐渍化区域,随着剖面深度的增加,盐渍化程度在不断减弱。③样本点海拔、植被覆盖度、地下水位、TWI、地下水矿化度与土壤EC1:5的灰色关联度大小次序为:0~10 cm土层:地下水矿化度>TWI>样本点的海拔>植被覆盖度>地下水位;10~20、20~40 cm土层:地下水矿化度>样本点的海拔>TWI>植被覆盖度>地下水位。[结论]渭-库绿洲土壤盐渍化主要分布在绿洲-荒漠交错带区域,土壤盐分表聚强烈,地下水矿化度是造成该研究区土壤盐渍化问题的首要原因。