宁夏中部地区典型灰钙土的发育特性及系统分类研究

为了解宁夏中部地区地带性土壤——灰钙土的发育特性及其在中国土壤系统分类中的归属,在研究区内挖掘8个代表性的土壤剖面,进行剖面形态观察,采集分层土壤样品,测试理化性状。结果发现:(1)灰钙土中发生的主要成土过程有:弱腐殖质积累、弱淋溶淀积过程。(2)8个供试剖面中检索出的诊断依据有淡薄表层、干旱表层、雏形层、钙磐等诊断层,黄土和黄土状沉积物岩性特征、半干润/干旱土壤水分状况、温性土壤温度状况、钠质特性、石灰性等诊断特性和钙积诊断现象等。(3)依据《中国土壤系统分类检索(第三版)》,可将8个供试剖面初步归属为雏形土、干旱土2个土纲,干润雏形土、正常干旱土2个亚纲,简育干润雏形土和简育正常干旱土2个土类,普通简育干润雏形土、钠质简育正常干旱土2个亚类。依据《中国土壤系统分类土族与土系划分标准》将供试剖面初步划分为5个土族,5个土系。(4)参比研究表明,灰钙土在土壤发生分类和系统分类中的分类类别不是简单一对一的关系,发生分类中相同的类别可对应系统分类中不同类别,系统分类定量化的分类指标使土壤分类更加量化,减少了同名异土情况的发生,提高了分类的准确性。     

中国主要旱作粮食耕地土壤钾素的时空演变特征

以小麦和玉米等旱作粮食为主的旱地是我国重要的耕地类型,其对国家粮食安全和稳定发挥着极其重要的作用。基于全国耕地质量监测数据库,分析了1988—2007年和2008—2018年间全国及不同区域主要旱作粮食耕地的钾肥投入量、土壤速效钾和缓效钾的时空演变规律,并探讨了土壤速效钾与缓效钾的量化关系。结果表明,1988—2018年全国主要旱作粮食耕地的化肥钾、秸秆钾和总钾的年均投入量（K2O）均保持在较为稳定的水平,年均投入量分别为125 kg?hm-2?a-1、148 kg?hm-2?a-1和273 kg?hm-2?a-1。在不同区域间均呈现出华北和东北的钾肥投入量显著高于其他区域的趋势。与1988—2007年相比,2008—2018年东北、华北、华东和西南的总钾年均投入量增加了4.22%~23.8%,而西北则略有降低。在1988—2018年,全国主要旱作粮食耕地土壤速效钾和缓效钾分别为139 mg?kg-1和665 mg?kg-1,与1988—2007年相比,2008—2018年的土壤速效钾和缓效钾分别提高了15.1%和6.72%。在不同区域间,土壤速效钾以西北和东北较高（大于150 mg?kg-1）,而华北和华东较低（136~149 mg?kg-1）,西南最低（116 mg?kg-1）,与1988—2007年相比,2008—2018年华北、华东、西北和西南的土壤速效钾分别提高了15.7%、17.7%、4.16%和34.5%,土壤缓效钾分别增加了8.95%、2.15%、5.71%和4.19%,而东北则略有降低。线性方程表明,随着土壤速效钾的提高,2008—2018年土壤缓效钾的增加量（14.2 mg?kg-1）明显高于1988—2007年（7.23 mg?kg-1）,同时,不同区域间的拟合方程也表明,随着土壤速效钾的增加,1988—2018年东北、华东和西北的土壤缓效钾增加量明显高于华北。因此,在全国耕地质量监测平台上,与1988—2007年相比,2008—2018年全国和大部分区域主要旱作粮食耕地的土壤速效钾和缓效钾均显著增加。土壤速效钾与缓效钾的线性关系为快速估算缓效钾含量提供了技术参考,但不同试验阶段和区域内拟合方程存在差异,建议不同区域应因地制宜,综合土壤速效钾和缓效钾含量精准划分土壤供钾能力等级,从而为实现藏钾于地的目标奠定基础。     

1988―2019年中国农田表土有机碳库密度变化及其主要影响因素

  【目的】  研究中国农田土壤有机碳(SOC)密度时空变化特征及其主要驱动因素,为土壤肥力提升、固碳减排和粮食安全提供理论依据。  【方法】  基于1988至2019年农业农村部全国农田监测数据(1298个点位),分析水田、旱地和水旱轮作下SOC密度时空变化特征,利用方程拟合和提升回归树模型探究气候、施肥和土壤属性对SOC密度变化的影响。  【结果】  1988―2019年全国农田表层(0―20 cm) SOC密度平均为35.13 t/hm2,不同土地利用方式下表现为水田>水旱轮作>旱地,水田和水旱轮作较旱地分别高53.2%和24.9%。SOC密度随监测时间的延长呈先降低后增加的趋势,其中水田、旱地和水旱轮作分别在2000、1998和2004年之前呈下降趋势,之后呈上升趋势。不同利用方式水田SOC密度随监测时间的变化趋势在东北地区逐渐增加,华南地区逐渐降低,西南和长江中游地区则先降低后增加,转折点分别在1995和2002年;旱地SOC密度的变化趋势在西北、华北和华南地区逐渐增加,东北、长江中游和长江下游地区先降低后增加,转折点分别在2008、2004和2004年;水旱轮作下SOC密度的变化趋势在长江中游、下游地区先降低后增加,转折点分别在2001和2013年,在西南地区呈先上升后微弱下降趋势,转折点在2012年。提升回归树结果显示,水田SOC密度后期上升阶段最重要的解释变量在西南、东北和华南区是年均温,在长江中游和下游分别是钾肥用量和土壤速效钾含量;旱地SOC密度后期上升阶段最重要的解释变量在东北为年均温,华北和华南为年均降雨,长江中游、下游区为氮肥,西北为有效磷;水旱轮作SOC密度后期上升阶段最重要的解释变量,在西南、长江中、下游地区分别为年均降雨、有效磷、氮肥。  【结论】  1988―2019年全国农田表层SOC密度除华南水田外,整体上呈先降低后增加,水田、旱地和水旱轮作土壤的转折点分别在2000、1998和2004年,旱地SOC密度的提升快于水田和水旱轮作。影响表土SOC密度提升的主要因素,东北和西南地区水田和旱地为年均温,长江中、下游地区水田为钾肥投入和土壤速效钾含量,旱地为氮肥投入;华南地区水田为年均温,旱地为年降雨量;华北和西北地区旱地为年均降雨和土壤有效磷含量;西南和长江中游水旱轮作区为土壤有效磷含量,而长江下游为土壤速效钾含量。     

基于模糊数学（Fuzzy）法的中国水稻土肥力质量近30年的时空变化特征

基于农业农村部在我国主要稻区的长期定位监测数据（1988—2017年）,采用模糊数学（Fuzzy）法对水稻土肥力质量进行评价,并结合地统计学和机器学习,阐明我国水稻土肥力质量时空变化特征及其影响因素。近30a来全国稻区土壤肥力质量呈显著上升趋势（P<0.05）,从前期（1988—1999年）至中期（2000—2009年）和从中期至近期（2010—2017年）,全国稻田土壤肥力指数（SFI）分别平均增加了6.9%和17.7%。各稻区SFI阶段性变化特征存在差异,西南和长江中游稻区呈前慢后快的显著上升趋势（P<0.05）,华南和长江三角洲（长三角）稻区呈前快后稳的上升趋势,东北稻区呈前降后升的变化趋势。近期全国稻田SFI呈现北高南低、东高西低的分布特征,SFI超过全国平均值（0.61）的区域占50.2%。与中期相比较,近期全国稻区SFI总体呈上升趋势,SFI增加的区域占69.3%。各稻区在前期和中期（东北稻区的中期除外）均表现为土壤有机质和全氮影响SFI变化的相对重要性占比（19.4%～60.3%）远大于其他指标（0.1%～13.3%）。至近期,所有稻区各指标影响SFI变化的相...     

旱作种植条件下基础地力贡献率演变特征及影响因素分析

【目的】耕地基础地力是其生产潜能的重要指标。探究耕地基础地力区域差异、演变特征及其驱动因素,可为耕地地力提升与可持续利用提供科学依据。【方法】基于国家级长期定位监测点试验平台,按照种植区域、监测年限、土壤类型和土壤理化性状分别进行分组,分析小麦和玉米季基础地力贡献率特征,并采用随机森林模型和非参数检验等统计学方法,探究小麦/玉米季基础地力贡献率的时空演变特征及影响因素。【结果】总体上,小麦季和玉米季的基础地力贡献率为48.9%和53.4%（中位值）。东北地区玉米季（60.8%）和西北地区小麦季（57.0%）的基础地力贡献率最高;而西南地区小麦季和玉米季的基础地力贡献率均最低（分别为35.8%和21.3%）。近30年我国基础地力贡献率总体呈现上升趋势,2010s比1980s增长了约15个百分点。在全国尺度上,土壤类型、土壤pH是影响基础地力贡献率的主要因素。对于不同区域小麦而言,有机质是影响华北地区基础地力贡献率的第一要素,长江中下游地区与西南地区的则为有效磷;而在玉米季,影响东北地区与西南地区是有机质,华北地区和长江中下游地区基础地力贡献率的主要因素则分别为速效钾和pH。【结论】我国耕地基础地力贡献率整体上呈增长趋势,区域间差异明显。就全国尺度,土壤类型和土壤pH是小麦与玉米季基础地力贡献率变异的主要因素。土壤类型、pH、有效磷和有机质含量是影响区域尺度上耕地基础地力主要因素。     

河北省雏形土土系概况

为从整体上了解河北省雏形土的特点,基于科学出版社2017年出版的《中国土系志·河北卷》中61个雏形土的土系信息,总结分析了其剖面形态特征、土壤理化性质测试数据、分类信息、农业生产性能等。其结果为：（1）雏形土在河北省内任何地域均存在,是河北分布面积最广的土壤类型;（2）61个土系隶属于3个亚纲、8个土类、15个亚类和52个土族。（3）不同土系的剖面形态特征和理化性质差异较大。（4）河北省雏形土养分肥力普遍较低,农业生产性能宽广,高中低产土壤皆有。目前河北雏形土土族、土系存在明显的过渡划分而不利于指导农业生产,建议对土族、土系的划分方法和划分指标做适当的修改。     

土壤水分时间变异对玉米生长及水分效率的影响

为探究土壤水分时间变异对玉米生长发育和水分利用效率的影响,在盆栽条件下采用负压灌溉（-5、-10、-15 kPa、）和手工浇灌（artificial irrigation,AI）两种方式分别形成稳定性土壤水分和波动性土壤水分,分析了不同处理对玉米拔节期至成熟期的土壤含水量动态变化及其总耗水量、农艺性状、光合作用、干物质量、水分利用效率等指标的影响。结果表明：①玉米拔节期至成熟期,-5、-10、-15 kPa、AI的平均土壤体积含水量分别为53% FC（field capacity,田间持水量）、47% FC、38% FC、78% FC,负压灌溉处理为弱时间变异的稳定性土壤含水量,AI为中等时间变异的波动性土壤含水量。②与时间变异性中等的78% FC相比,时间变异性弱的53% FC和47% FC的株高、茎粗、叶面积较大,更有利于玉米的生长发育;时间变异性弱的53% FC的玉米叶片SPAD值和净光合速率较高,更有利于玉米的光合作用。③相比变异性中等的78% FC,时间变异性弱的53% FC的玉米干物质量、籽粒干重、生物量水分利用效率和产量水分利用效率分别显著提高了39.0%、1066%、28.8%、87.3%。④在稳定的弱时间变异条件下、38% FC~53% FC范围内,玉米的农艺性状、光合作用、水分利用效率等指标均随含水量的增加而提高。综上所述,平均土壤体积含水量为47% FC~78% FC时,弱时间变异性的土壤水分条件更有利于玉米的生长发育和水分利用效率的提高;相同土壤水分时间变异性条件下、38% FC~53% FC范围内,玉米生长发育和水分利用效率等指标均随含水量的增加而提高。     

我国主要粮食产区土壤有效态钙镁硫的变化特征及其对作物产量的影响

中量元素钙、镁、硫对农业生产的作用日益突出,研究土壤有效态钙镁硫的变化特征及其对作物产量的影响,可为全国和区域尺度耕地土壤中量元素管理和合理施肥提供理论依据。基于覆盖全国697个耕地质量监测点的监测数据,对比分析2016和2021年全国及六大粮食产区(东北区、华北区、西北区、西南区、长江流域和华南区)的土壤有效态钙镁硫含量的变化特征及其对主要粮食作物产量的影响。与2016年相比,2021年697个监测点的土壤交换性钙和交换性镁平均含量变化不显著,有效硫平均含量显著下降了27.3%,全国交换性钙、交换性镁和有效硫主要与土壤pH和有机质(OM)相关。六大粮食产区土壤有效态钙镁硫含量的年际变化特征有所不同。与2016年相比,2021年东北区交换性钙和镁含量分别显著增加了25.5%和52.4%,主要与pH相关;有效硫含量显著下降了47.8%,主要与速效钾相关。华北区交换性钙含量显著下降了11.8%,主要与pH相关。西北区交换性钙、镁和有效硫含量分别显著下降了64.0%、54.0%和30.4%,钙主要与总钾相关,镁主要与全磷相关,硫与土壤其他理化性质不存在显著相关。西南区有效硫含量显著下降了30.0%,主要与pH和OM相关。长江流域交换性镁和有效硫含量分别显著下降了52.0%和15.7%,主要与pH和OM相关。华南区3种有效态中量元素含量变化不显著,三者主要与pH和OM相关。在全国尺度下,水稻产量与土壤交换性钙和镁含量呈显著正相关,玉米产量与交换性镁和有效硫含量呈显著正相关,小麦产量则与3种中量元素不存在显著相关性;当pH≤7.0时,小麦产量与交换性钙和镁含量呈显著正相关,当pH＞7.0时则不存在显著相关性;无论土壤呈酸性还是碱性,小麦产量均与有效硫含量不存在显著相关性。综上,2016—2021年的5年间,我国耕地土壤交换性钙、镁含量变化不显著,有效硫含量显著降低,这些中量元素主要与土壤pH和OM相关。六大粮食产区中量元素含量变化特征和影响因素及其对主要粮食作物产量的影响存在较大差异,针对性施用中量元素肥料有助于提升区域粮食产量。     

宁夏山地土壤的发育规律及系统分类研究

为全面了解宁夏山地土壤的发育特性及其系统分类归属,基于宁夏土系调查项目挖掘的典型剖面,选取10个发育在宁夏贺兰山山地(剖面编号为3、11、13、14和108)和六盘山山地(剖面编号为73、82、119、120和121)的土壤作为研究对象,结合剖面形态特征和理化性质,尝试对山地土壤的发育特征和系统分类归属进行研究。结果表明:(1)发育在宁夏的10个山地土壤高级单元归属为新成土、雏形土、淋溶土和均腐土等4个土纲,正常新成土、干润雏形土、湿润雏形土、冷凉淋溶土、湿润均腐土等5个亚纲,干旱正常新成土、简育干润雏形土、暗沃干润雏形土、冷凉湿润雏形土、简育冷凉淋溶土、斑纹湿润均腐土等6个土类,石灰干旱正常新成土、普通简育干润雏形土、普通暗沃干润雏形土、暗沃冷凉湿润雏形土、普通简育冷凉淋溶土、斑纹简育湿润均腐土等6个亚类,续分为10个土族,包括粗骨砂质硅质混合型温性—石灰干旱正常新成土,粗骨砂质长石型温性—石灰干旱正常新成土,壤质长石混合型石灰性冷性—普通简育冷凉淋溶土,砂质硅质混合型非酸性冷性—斑纹简育湿润均腐土等,10个供试剖面在土族完全分异,因而续分为10个土系,包括葡萄泉系、一堆系、滚钟口系、六盘山公园系、绿塬腰系等10个土系。(2)海拔对宁夏山地土壤的发育特征有着明显影响,表现为随海拔升高:腐殖质积累过程逐渐明显、土体淋溶过程加剧、土体石灰反应逐渐减弱直至消失;土壤水分条件逐渐改善,处于高海拔位置的山地土壤土体底部有弱氧化还原反应发生,形成铁子和铁锰胶膜;土壤pH逐渐减小,土壤酸碱性发生一定的变化。(3)受成土环境和成土因素的作用,土壤发育规律在诊断特征上的反映为随海拔高度的抬升呈现一定的垂直分异规律,其中诊断表层由淡薄表层演变为暗沃表层;土壤水分状况经干旱/半干润土壤水分状况向湿润土壤水分状况演化;土壤温度状况由温性土壤温度状况变为冷性状况。     

土壤水分时间变异对玉米生长及水分效率的影响

为探究土壤水分时间变异对玉米生长发育和水分利用效率的影响,在盆栽条件下采用负压灌溉（-5、-10、-15 kPa、）和手工浇灌（artificial irrigation,AI）两种方式分别形成稳定性土壤水分和波动性土壤水分,分析了不同处理对玉米拔节期至成熟期的土壤含水量动态变化及其总耗水量、农艺性状、光合作用、干物质量、水分利用效率等指标的影响。结果表明：①玉米拔节期至成熟期,-5、-10、-15 kPa、AI的平均土壤体积含水量分别为53% FC（field capacity,田间持水量）、47% FC、38% FC、78% FC,负压灌溉处理为弱时间变异的稳定性土壤含水量,AI为中等时间变异的波动性土壤含水量。②与时间变异性中等的78% FC相比,时间变异性弱的53% FC和47% FC的株高、茎粗、叶面积较大,更有利于玉米的生长发育;时间变异性弱的53% FC的玉米叶片SPAD值和净光合速率较高,更有利于玉米的光合作用。③相比变异性中等的78% FC,时间变异性弱的53% FC的玉米干物质量、籽粒干重、生物量水分利用效率和产量水分利用效率分别显著提高了39.0%、1066%、28.8%、87.3%。④在稳定的弱时间变异条件下、38% FC~53% FC范围内,玉米的农艺性状、光合作用、水分利用效率等指标均随含水量的增加而提高。综上所述,平均土壤体积含水量为47% FC~78% FC时,弱时间变异性的土壤水分条件更有利于玉米的生长发育和水分利用效率的提高;相同土壤水分时间变异性条件下、38% FC~53% FC范围内,玉米生长发育和水分利用效率等指标均随含水量的增加而提高。