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。     

长期施肥对红壤性水稻土团聚体稳定性及固碳特征的影响

施用有机肥是提高土壤有机碳(SOC)含量、促进土壤团聚体形成和改善土壤结构的重要措施。本研究旨在探讨长期作物残留和投入有机物料对水稻土团聚体分布及稳定性的影响,分析不同粒级团聚体的固碳特征及其与团聚体形成的相关性,以及土壤和不同粒级团聚体对累积碳投入的响应。长期定位施肥试验始于1986年,设不施肥(CK)、单施化肥(CF)、秸秆化肥混施(RS)、低量粪肥配施化肥(M1)和高量粪肥配施化肥(M2)5个处理。2009年采集0~10 cm土壤样品,测定总土以及大团聚体(LM,2 mm)、较大团聚体(SM,0.25~2 mm)、微团聚体(MA,0.25~0.053 mm)和黏粉粒(SC,0.053 mm)的质量比例及其SOC浓度,并分析闭蓄于SM内部的颗粒有机物(POM)、微团聚体(MA-SM)和黏粉粒(SC-SM)的质量含量和SOC浓度。结果表明,与CK和CF比较,有机肥混施化肥处理(RS、M1和M2)均显著提高了LM和SM的质量比例和平均当量直径(MWD),降低了SC质量含量;两个粪肥配施化肥处理(M1和M2)的效果优于秸秆化肥混施(RS),但是M1和M2间差异不显著;单施化肥则降低了稳定性团聚体的比例。团聚体的SOC浓度没有随粒级增大而增加,各处理均为LM和SM结合的SOC浓度最高,其次为SC,最小为MA。与CK比较,有机肥混施化肥处理均显著提高了各粒级团聚体的SOC浓度。总土SOC的增加主要取决于SM的SOC含量,而MA-SM组分决定了SM固持SOC的能力。总土、LM和SM的SOC含量以及从SM分离出的POM、MA-SM和SC-SM的SOC含量均与累积碳投入量呈显著正相关,但总土分离出的MA和SC的SOC含量对累积碳投入量反应不敏感,表现出碳饱和迹象。因此,尽管长期大量施用有机物料促进了红壤性水稻土大团聚体的形成和团聚体稳定性,增加了其SOC的固持,但有机质可能不是该土壤水稳性团聚体形成的最主要黏结剂。     

土壤物理学研究的现状、挑战与任务

根据新近土壤物理学研究进展,论述了土壤物理学在土壤学中的定位和在自然科学和社会可持续发展中的地位;从研究的对象、内容、尺度、理论、方法和测定技术方面,阐述了土壤物理学的研究现状;分析了新形势下土壤物理学面临的挑战;提出了我国土壤物理学研究未来10年5个方面的主要任务,即:农业可持续发展中的土壤物理问题,土壤结构形成过程及其稳定性,土壤中能量传输和物质运移过程,土壤性状及过程的时空变异与尺度转化,土壤物理过程与土壤化学、土壤生物过程的耦合。     

河北省不同生态区农田土壤肥力现状及变化特征

河北省第二次土壤普查距今已近30年,经过多年的耕作施肥,河北省农田土壤肥力发生了明显的变化,为了更好的对河北省不同生态区农田土壤资源进行管理,需要对河北省肥力现状和变化特征进行充分了解,以实现耕地保育与生态环境协调发展的目标。通过对2009~2014年河北省测土配方施肥项目中获取的45698个土壤样品的测试数据分析,并与第二次土壤普查数据结果对比,以明确河北省不同生态区农田土壤肥力现状与变化特征。结果表明:河北省农田土壤pH平均为7.8,有机质含量平均为17.0 g kg~(-1),有效磷平均含量为24.4 mg kg~(-1),速效钾平均含量在137.1 mg kg~(-1)。河北省不同生态区土壤pH差异明显,燕山丘陵区有明显酸化趋势;土壤有机质含量自西北向东南方向逐渐降低,有效磷和速效钾含量呈明显的地带性分布,在不同生态区间有明显差异。与第二次土壤普查结果相比,河北省不同生态区的土壤有机质和有效磷含量均大幅度增加,速效钾含量略有增加,但在不同生态区间变化趋势不一致,而土壤则有酸化的趋势,这种变化与各生态区的自然生态状况和农业管理有紧密的关系。建议河北省应加强对主要生态区的土壤肥力的长期定位观测,以明确土壤肥力演变规律与发展方向。在生产上推广应用测土配方施肥技术,增加有机肥施用并推进秸秆还田技术在不同作物体系的应用,以实现河北省农田土壤肥力与作物生产能力的同步稳定提升。     

不同施肥方式对河北省小麦产量及肥料贡献率的影响

通过总结2006-2013年河北省测土配方项目田间示范数据,分析了配方施肥（PF）与农户常规施肥（RF）对小麦产量及肥料贡献率的影响,为明确当前生产条件下河北省小麦产区施肥效果及肥料的合理施用提供依据。结果表明：河北省小麦施肥后增产效果显著,其中RF处理增产40.8%,PF处理增产54.8%,并且PF较RF可节肥9.36%、节本8.37%。PF与RF的平均肥料贡献率分别为35.0%和28.9%,平均差值为6.1%,且二者的肥料贡献率均与不施肥处理产量（土壤供肥能力）呈显著线性负相关关系,2条线斜率相近,这说明不同施肥方式肥料贡献率与土壤供肥能力的响应效果相差不大。不施肥处理产量每提高1 000kg/hm ²,PF和RF的肥料贡献率分别降低8.4%和8.2%,PF的肥料贡献率整体较RF高7.2%。在河北省小麦生产中应大力推广配方施肥、平衡施肥,提高肥料贡献率,并且应提高基础地力,以减少对肥料的依赖,实现减肥增效。     

长期不同施肥措施下华北潮土土壤有机碳的固存变化

为揭示小麦秸秆还田及施肥对潮土土壤有机碳演变的影响,以指导华北潮土培肥增产。在辛集马兰设置22 a潮土长期定位试验(1992-2014年,试验包含4个处理,NP:不施钾+秸秆不还田; NPK:平衡施肥+秸秆不还田;NPS:不施钾+小麦秸秆还田; NPKS:平衡施肥+小麦秸秆还田),研究不同施肥措施下试验年限、碳投入、碳平衡与土壤有机碳含量的响应关系。结果表明:所有处理表层(0～20 cm)土壤有机碳含量随时间均呈增加趋势,NP、NPK、NPS、NPKS增加速率分别为0. 06,0. 17,0. 25,0. 34 g/(kg. a),且22 a后各处理土壤有机碳储量均增加,分别增加为2. 2,6. 2,5. 9,8. 9 t/hm~2,固碳速率分别为0. 10,0. 28,0. 27,0. 40 t/(hm~2·a)。土壤有机碳储量变化与累积碳投入变化量呈线性相关关系(y=0. 091x-0. 241,R~2=0. 360*),在小麦秸秆还田下,维持初始有机碳水平的累积碳投入量为2. 65 t/hm~2,固碳效率为9. 1%。通过边界线分析可知,小麦和玉米生产中稳产高产最低土壤有机碳含量分别为9. 47,9. 04 g/kg,未达到此值时土壤有机碳含量每增加1 g/kg,小麦籽粒产量增加167. 5 kg/hm~2,玉米籽粒产量增加678. 5kg/hm~2。秸秆还田和平衡施肥是华北潮土有机碳含量提升和土壤碳库保育的重要手段,连续秸秆还田和平衡施肥对保证该区域粮食生产高产稳产有重要作用。     

利用最小水分限制范围评价东北黑土区免耕和垄作的土壤水分稳定性

为明确耕作方式对黑土土壤水分稳定性的作用,提高黑土区雨养农业对气候变化的适应性,该研究基于黑土区长期免耕定位试验,利用最小水分限制范围(Least Limiting Water Range, LLWR)评价免耕(NT)和垄作(CT)管理下土壤含水率有效性及其变异特征。结果表明:1)在0～5、5～10、10～20和20～40 cm 4个土层中,NT处理显著降低了5～10 cm的LLWR,其他3个土层LLWR差异均不显著;2)在平水年(2014)、枯水年(2015)和丰水年(2016),NT管理下作物生育期内0～40 cm平均土壤含水率正常率分别为48%、72%和85%,年间变异系数为0.23;CT的土壤含水率正常率分别为56%、20%和51%,年间变异系数为0.38;3)在丰水年,NT与CT的平均有效储水量差值最小,NT比CT高8.95mm;在枯水年相差最大,NT的平均有效储水量比CT高13.99mm。因此,NT管理下土壤水分更稳定地分布在LLWR内,在极端降雨年份(枯水年和丰水年)优势尤其明显。     

河北平原夏玉米农田土壤磷、钾养分丰缺指标和培肥目标

利用2005-2015年测土配方施肥数据分析了河北平原农田土壤有效磷、速效钾含量对夏玉米产量的影响,建立了磷钾养分丰缺指标,并利用边界线分析方法评价了土壤磷钾肥力对夏玉米产量差的影响.结果表明:河北平原农田土壤有效磷、速效钾养分对夏玉米产量的贡献率分别为85.4％和88.8％,建立的土壤磷、钾肥力丰缺指标的缺乏、低、中、高和极高含量分别为:土壤有效磷含量＜12.0、12.0～16.0、16.1～22.0、22.1～30.0、＞30.0 mg/kg,土壤速效钾含量＜86、86～100、101～114、115～131、＞131 mg/kg.河北平原区影响夏玉米产量的土壤有效磷含量临界值为26.9 mg/kg,土壤速效钾含量临界值为112 mg/kg,在生产中要培肥土壤使土壤有效磷和速效钾含量高于此临界值,以减少土壤肥力对作物产量的影响.     

东北三省土壤风蚀天数时空变化及分区评述

基于东北三省1981−2017年气候资料,明确不同区域不同耕作阶段（全年、休耕期和播前1个月）不同等级日最大风速发生的变化规律;结合考虑降水影响下的起动风速指标,解析不同区域各阶段风蚀发生天数的时空规律,为各区域提出相适应的土壤保护耕作措施提供科学依据。结果表明：东北三省全年0−3级、4−6级和7级及以上日最大风速年均出现频率分别为48.5%、50.4%和1.1%,研究期内,全年、休耕期和播前1个月0−3级日最大风速出现频率均呈增加趋势,而4级及以上风速出现频率呈减少趋势。研究区域全年风蚀发生天数比例为35.0%,而播前一个月发生风蚀天数占该时期总天数的比例高于全年均值,达57.0%。大部分地区各个时期风蚀发生天数呈减少趋势。辽河平原区和三江平原区休耕期和播前1个月风蚀发生天数均较多,应重视风蚀对土壤的影响。松嫩平原区虽然休耕期土壤风蚀发生频率较低,但播前1个月风蚀发生较多,该区域应倡导免耕技术以降低土壤风蚀。     

华北平原区农田优化施肥技术防治立体污染效果研究

通过对文献资料的分析指出,华北平原区施肥对农田环境可能造成的立体污染主要包括对地表水、地下水、大气、土壤以及农产品的污染。施肥对地表水的污染主要表现为水体的富营养化,白洋淀污染物中氮磷的输入量分别占总输入量的50.6%和34.1%;施肥对地下水的污染主要是造成地下水硝酸盐或亚硝酸盐超标;施肥对大气的污染主要是增加了N2O的排放,整个华北平原区因氮肥施用导致的N2O排放量每年约为2.25万t;施肥对土壤的污染包括重金属累积、养分失调、肥力下降、次生盐渍化多个方面;施肥对农产品的污染主要表现为农产品硝酸盐超标和重金属污染。农田优化施肥技术如控制肥料用量、平衡施肥、水肥合理配合、适当的施肥方法与施肥时期、缓控释肥料的应用等是提高肥料利用率、控制或减少农田立体污染的主要途径。