新疆棉田耕后土壤模型离散元参数标定

为提高耕后分层施肥开沟覆土过程离散元仿真模拟的准确性,采用EDEM离散元软件对分层施肥作业土壤的堆积和滑落过程进行仿真模拟,来标定土壤接触参数。通过通用旋转中心组合试验,采用 Design-Expert 软件对试验数据进行回归分析,以实测土壤休止角、土壤与65 Mn钢滑动摩擦角为优化目标,获得最优的离散元接触参数组合为：土壤间恢复系数0.48、土壤间滚动摩擦系数0.56、土壤间静摩擦系数0.24、土壤与65 Mn钢间恢复系数0.5、土壤与65 Mn钢间滚动摩擦系数0.1、土壤与65 Mn钢间静摩擦系数0.31。为验证标定优化的离散元模型参数的准确性,对土壤堆积试验和滑落试验进行仿真试验与实际试验对比,两者相对误差分别为1.7%和2.5%;并在最优标定参数组合条件下,采用离散法仿真模拟分层施肥装置的开沟覆土过程,获得分层施肥装置5、6和7 km/h作业速度下,仿真试验和田间试验的工作阻力相对误差分别为10.2%、7.95%、7.04%,误差在可接受范围内。仿真试验和田间试验开沟覆土效果基本一致,验证了土壤参数标定的准确可靠,可为后期分层施肥装置减阻研究提供理论基础和技术支持。     

覆盖方式对旱地马铃薯阶段耗水量特征和产量的影响

为明确不同覆盖方式对旱地马铃薯田土壤耗水、耗水规律、水分利用效率、产量及产量形成的影响,在陇中半干旱农区设置了玉米秸秆带状双行覆盖(SSM2)、玉米秸秆带状单行覆盖(SSM1)、玉米秸秆全覆盖(SFM)、地膜春覆盖(PMS)和地膜秋覆盖(PMA)5种覆盖方式,以传统露地平作为对照(CK)。结果表明:2年试验中,玉米秸秆带状覆盖和地膜覆盖处理土壤贮水消耗量较CK分别增加13.5,14.8 mm。玉米秸秆带状覆盖能显著提高降水对马铃薯耗水贡献率,不同降雨年型内均以SSM2处理贡献率最高,2年分别为95.6%和94.3%。于CK相比,覆盖处理均降低了生育前期(播种-块茎形成期)耗水量,地膜覆盖显著增加了生育中期(块茎形成期-淀粉积累期)耗水量,玉米秸秆带状覆盖显著增加了生育后期(淀粉积累期-收获期)的耗水量。玉米秸秆带状覆盖和地膜覆盖分别能使马铃薯干薯产量增加27.9%和24.2%,干薯水分利用效率提高23.1%和19.3%。综上可知,玉米秸秆带状覆盖处理能显著增加马铃薯生育时期内农田土壤贮水消耗量,并改善马铃薯生育前期和生育后期耗水,减少旱地马铃薯农田无效耗水,能显著提高马铃薯干薯产量和水分利用效率。     

秸秆和地膜覆盖对黄土高原旱作小麦田土壤团聚体氮组分的影响

利用田间定位试验研究旱作农田不同覆盖措施对土壤团聚体氮组分的影响。基于黄土高原8年冬小麦覆盖定位试验,试验设置生育期秸秆覆盖(SM)、生育期地膜覆盖(PM)和无覆盖对照(CK)3个处理。采用干筛法测定团聚体分布特征及不同粒径团聚体中全氮(STN)、微生物量氮(MBN)和潜在可矿化氮(PNM)含量。结果表明:(1)与CK处理相比,2种覆盖处理均未在各粒径团聚体全氮含量有显著变化,但SM处理相较于PM处理提高了0—10 cm土层的1.00～0.25 mm粒径团聚体STN含量(12.88%,P0.05)。(2)与CK处理相比,SM处理在0—10 cm土层中2.00,2.00～1.00,0.25 mm粒径团聚体MBN含量分别提高18.67%,24.05%,20.08%(P0.05),且各粒径团聚体PNM含量分别提高35.13%,30.03%,42.88%(P0.05);SM处理在10—20 cm土层中2.00 mm粒径团聚体MBN含量提高23.02%(P0.05),分别提高2.00,2.00～1.00,0.25 mm粒径团聚体PNM含量28.59%,31.31%,32.48%(P0.05)。(3)PM处理较CK处理提高0—10 cm土层中0.25 mm粒径团聚体PNM含量(32.34%,P0.05)。(4)微团聚体(0.25 mm)氮组分含量均高于大团聚(0.25 mm)氮组分含量,但大团聚体氮组分贡献率为81.88%～87.66%。可见,SM处理可提高土壤表层大团聚体氮组分的贡献率,使更多的氮素储存在大团聚体中,而PM处理对团聚体氮素贡献率的影响作用较小。总体而言,与CK和PM处理相比,SM处理可提高总土壤氮组分含量,提高微团聚体和大团聚体氮组分含量,使更多的氮储存在大团聚体中,促进土壤氮素周转。     

覆膜对不同施肥条件下玉米拔节期光合参数与荧光参数的影响

为探明覆膜对早春东北黑土玉米叶片光合生理特征的影响,在大田条件下,研究了覆膜对不同施肥条件下玉米拔节期叶片光合参数与叶绿素荧光参数的影响.结果表明:覆膜能够显著增加不同施肥条件下玉米拔节期叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用率,而对其他光合参数如细胞间隙CO2浓度和气孔限制值影响不显著.就施肥条件而言,覆膜对N、P处理玉米拔节期叶片光合参数的影响明显强于其他施肥处理.覆膜能够增加施P和PK处理玉米拔节期叶片Fm、Fv/Fm和Fv/Fo值,而显著降低了施NPK处理玉米拔节期叶片相应的荧光参数,覆膜对其他施肥处理玉米拔节期叶片叶绿素荧光参数的影响不显著.     

不同种植年限大棚菜田土壤水溶性盐分的变化特征

采集新乡市不同种植年限大棚菜田、露天菜田及大田土壤共计160个样品,调查分析水溶性盐总量、各盐分离子的变化及土壤pH值。结果表明,大棚土壤在连续种植不同年限后,水溶性盐总量上升幅度与种植年限呈极显著相关(r=0.92**);K+、Na+、Cl-、NO2-、NO3-、SO24-含量与种植年限呈正相关,而Ca2+、Mg2+、HCO3-含量变化与种植年限呈负相关;土壤pH值降低幅度与种植年限呈极显著相关;K+、Na+、Cl-、NO3-、SO42-的含量均与土壤水溶性盐总量呈极显著相关。新乡市大棚菜田土壤中Cl-、NO2-、NO3-含量与pH值变化存在极显著负相关;SO42-含量与pH值变化存在显著负相关;HCO3-与土壤pH值变化存在极显著正相关。新乡市大棚菜田阳离子以K+、Na+为主,阴离子主要以Cl-、NO2-、NO3-、SO42-为主;不同种植年限对大棚土壤盐渍化和酸化有极显著影响,K+、Na+、Cl-、NO2-、NO3-、SO42-则是造成土壤盐渍化的重要原因,Cl-、NO2-、NO3-、SO42-是造成土壤酸化的重要原因。     

免耕对华北地区潮土碳库特征的影响

以实施7年的中国科学院禹城综合试验站冬小麦-夏玉米轮作免耕长期定位试验场为对象,系统研究免耕条件下土壤总碳(TC)、有机碳(SOC)、无机碳(SIC)的变化,为进一步评价免耕措施对华北地区潮土碳库的影响提供数据支持。研究设置免耕秸秆覆盖(NTRC)、免耕施用有机肥(NTRR)、常规耕作(CT)3种处理,分析表层(0-20cm)及深层(20-60cm)土壤TC、SOC及SIC的变化特征和影响因素。主要结果为:NTRC和NTRR能够增加0-20cm土层TC含量及储量,但降低20-60cm土层TC含量及储量,0-60cm总碳储量表现为NTRC>CT>NTRR;与CT相比,NTRC能够显著增加0-20cm而降低20-60cm土层SOC含量及储量,NTRR增加了0-5cm土层SOC含量及储量,在5-60cm则呈降低趋势,0-60cm土层SOC储量表现为CT>NTRC>NTRR;NTRC增加了0-60cm土层SIC储量,而NTRR则影响较小。TC与SOC呈显著正相关(P<0.05),而与SIC呈显著负相关(P<0.05),说明总碳的变化趋势与SOC一致,与SIC相反。     

秸秆覆盖旱作对稻田甲烷排放和水稻产量的影响

为较全面评价秸秆覆盖旱作水稻栽培模式的生态意义,采用田间试验研究了常规淹水（F）、秸秆覆盖旱作（NF-M）和无覆盖旱作（NF-ZM）3种栽培模式稻田甲烷排放、水稻产量及土壤养分的变化规律。结果表明：3种水稻栽培模式的甲烷排放均集中在水稻生育期的前20d;在水稻生育期内,秸秆覆盖旱作稻田甲烷的排放总量为11.12g·m^-2,显著高于常规淹水稻田的7.78g·m^-2和无覆盖旱作稻田的4.23g·m^-2。秸秆覆盖旱作稻田的水稻产量为8.60t·hm^-2,与常规淹水处理没有显著差异,但二者均显著高于无秸秆覆盖旱作处理的6.78t·hm^-2;与常规淹水处理相比,秸秆覆盖旱作还可以提高水稻单株生物量10g以上。秸秆覆盖旱作还可以显著提高稻田表层土壤有机质含量,维持和改善表层土壤养分状况,对实现农业可持续性有重要意义。因此,在水资源缺乏地区,秸秆覆盖旱作是一种值得考虑的替代传统淹水栽培的水稻栽培模式,同时秸秆覆盖旱作还田也是一种值得推广的稻田秸秆管理技术。     

双季稻田马铃薯不同覆盖栽培对土壤酶活性的影响

为探讨双季稻区春马铃薯不同覆盖模式下稻田土壤酶活性的变化情况, 在大田条件下, 以露地处理为对照, 设置稻草、无纺布、稻草+无纺布、黑膜、稻草+黑膜5 种覆盖处理。结果表明: 地表覆盖显著影响土壤酶活性。其中, 稻草覆盖显著(P<0.05)提高碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶酶活性, 分别较对照提高17.55%、24.77%和87.2%; 稻草+无纺布覆盖显著(P<0.05)提高芳基酰胺酶和脱氢酶活性, 分别较对照提高8.03%和71.05%; 黑膜覆盖显著(P<0.05)提高β-葡萄糖苷酶、碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶活性, 分别较对照提高23.44%、22.70%、37.43%和146.30%; 稻草+黑膜覆盖显著(P<0.05)提高β-葡萄糖苷酶、芳基酰胺酶、碱性磷酸酶、芳基硫酸酯酶和脱氢酶活性, 分别较对照提高34.76%、19.31%、19.03%、51.98%和125.62%。由此得出, 覆盖稻草并加盖黑膜可显著提高与土壤养分循环有关的主要土壤酶活性, 利于提高土壤质量。     

不同耕作方式下覆草旱作稻田土壤肥力的特征

通过始建于2003年中国南方季节性干旱区(江西省余江县)的双季稻田定位试验,于2005～2007年研究了水稻覆草旱作和免耕覆草旱作对稻田土壤理化性质和生物学性质的影响。结果表明,覆草旱作、免耕覆草旱作的耕层土壤容重和总孔隙度与常规水作的差异不显著。与常规水作相比,免耕覆草旱作显著提高土壤有机质、全氮、碱解氮和土壤基础呼吸;与常规水作相比,覆草旱作和免耕覆草旱作均显著提高土壤微生物生物量碳含量、脲酶和蔗糖酶活性。由此可知,覆草旱作和免耕覆草旱作可以作为该区积极推行的具有培肥地力作用的节水型稻作栽培模式。     

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。