川中丘陵区农田生态系统太阳辐射及土壤热通量数据集(2005-2021年)

太阳辐射是地表生态系统的主要能量来源,是生态系统维持本身正常运转和发展的原始动力;地表层土壤热通量是地表能量平衡的重要参数之一。四川盐亭农田生态系统国家野外科学观测研究站(简称盐亭站)是国家布局在亚热带四川盆地农业生态区的唯一农田生态系统监测野外站。该区域具有优越的光、热、水资源,非地带性土壤紫色土广泛分布,形成亚热带湿润季风气候与非地带性紫色土的最佳农业组合,农耕活跃,是四川盆地农业的主体区域。本研究基于盐亭站综合气象观测场Vaisala(芬兰)自动气象观测系统,经过数据采集、处理、数据质量控制与评估,集成2005-2021年紫色土典型农田生态系统太阳辐射和土壤热通量数据集,太阳辐射监测包括总辐射、反射辐射、紫外辐射、净辐射和光合有效辐射。数据集包含5个EXCEL文件,有各类辐射的时值、日值和月值观测及统计数据,数据量32.7 MB。本数据集可为生态系统生产能力评估、应对气候变化等方面的研究提供数据支持。

川中丘陵区小流域非点源氮素迁移的季节特征——以中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站小流域为例

通过分析川中丘陵区典型小流域主排水沟不同部位氮素浓度随季节变化的特征,结果表明NO3--N和NH4+-N浓度随季节变化特征明显,但浓度变化波动大。NH4+-N浓度春季最高,达到2.11 mg/L,NO3--N浓度秋季最高,达到7.12 mg/L,与总氮浓度有显著相关关系。TON浓度随季节变化特征不明显,受人类活动影响大,TN浓度随季节变化波动较小,从上游到出口处经过河流自净作用能明显降低。

川中丘陵区施肥制度对夏玉米生物性状和产量的影响

通过川中丘陵区不同施肥制度的田间对比试验研究,结果表明在相同施氮水平下,不同施肥制度对夏玉米生物性状和产量有明显影响。农家肥与化肥配施的处理在株高上表现最优,拔节期、抽雄期和成熟期分别比CK高49.73%、38.90%、26.96%,氮磷配施的处理叶面积、分节数、雌雄蕊长等指标与氮磷钾配施的处理差异不明显,说明紫色土施钾效应不明显。氮素是玉米的养分限制因子,施氮肥后最高产量达到CK的13.57倍。秸秆还田与氮磷配施可有效供应作物养分,是一种养分资源节约型的施肥制度。

紫色丘陵区不同侵蚀沉积地段土壤结构特征

以中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站小流域为例，研究不同土壤侵蚀沉积地段（斜坡和沟谷不同部位）的土壤结构特征，以了解侵蚀沉积对土壤结构的影响。结果表明，在植被覆盖较好的坡体顶部，土壤侵蚀较弱，团聚度达到30．1％，MWD变化为3．4mm，土壤结构良好；沟谷底部由于沉积而有较多细土物质并具有适宜的水分条件，有利于土壤团聚体的形成，结构状况亦较好，团聚度达到50．3％，结构保持率为35．4％；而坡腰侵蚀较严重，团聚度仅为13．6％，结构保持率为14．1％，土壤结构状况较差。

减量施肥下小麦产量、肥料利用率和土壤养分平衡

【目的】我国化肥过量施用现象普遍,不利于生态环境保护和农业可持续生产。研究化肥减量施用对小麦产量、籽粒灌浆和肥料利用率的影响,可以为我国化肥高效施用和零增长目标提供理论依据。【方法】在四川盆地进行了两个大田试验,以习惯施肥(N、P_2O_5、K_2O分别为180、120、45 kg/hm^2)为对照,设置减量施肥(N、P_2O_5、K_2O分别为96、60、45 kg/hm^2)处理,测定了小麦产量及构成、籽粒灌浆、花后干物质转运、旗叶叶绿素含量、养分平衡和肥料利用率。【结果】与习惯施肥相比,减量施肥下小麦产量、穗数、穗粒数没有显著变化,小麦–玉米轮作田块小麦千粒重显著提高5.8%。根据Logistics方程拟合结果,减量施肥显著提高了小麦–玉米轮作田块小麦理论最大千粒重,渐增期、缓增期籽粒净增重,对其他灌浆参数影响不显著。减量施肥下小麦干物质转运量、转运率及其对籽粒灌浆的贡献率增加28.5%、17.5%和20.7%,但花后旗叶叶绿素含量下降速度加快。习惯施肥和减量施肥土壤氮素盈余分别为22.6和–30.2 kg/hm^2,土壤磷盈余分别为80.4和22.8kg/hm^2。减量施肥后氮肥偏生产力、农学效率和表观回收率比习惯施肥提高79.2%、69.1%和27.9%,磷肥偏生产力、农学效率和表观回收率提高91.1%、72.7%和68.5%。【结论】本试验的两年时间内,减量施肥可以维持小麦产量,促进小麦干物质转运及其对籽粒灌浆的贡献,但花后功能叶衰退加速。减量施肥下肥料利用率提高,土壤磷素盈余降低,土壤氮素亏缺,需要在确保维持小麦产量、土壤肥力和养分平衡的基础上,继续优化减氮量。

紫色土坡耕地硝酸盐淋失特征

利用具有壤中流测定功能的径流小区的定位观测结合土壤剖面硝酸盐累积的动态分析,研究了紫色土坡地硝酸盐淋失特征.结果表明,紫色土坡地硝酸盐呈旱季累积,雨季淋失的特点,而壤中流是紫色土硝酸盐淋失的主要通道.紫色土为土层浅、土壤下伏透水性极弱的紫色泥页岩,同时夏季降雨丰富,壤中流极为发育,2003～2005年壤中流平均流量为169.7mm,占雨季径流量的52.42%,其中,NO3--N含量持续偏高,2003～2005年平均含量高达14.92mg.L-1.3年平均随壤中流淋失的硝态氮达27.98kg.hm-2,占年施肥量的10.0%,硝酸盐淋失具有季节与年际间差异,淋失负荷主要受壤中流流量影响.紫色土坡地硝酸盐随壤中流大量淋失不仅造成当地浅层地下水硝酸盐污染,而且将加剧长江三峡库区水环境压力.

平衡施肥对紫色土坡耕地磷素径流流失的影响

通过对川中丘陵不同施肥试验田径流、泥沙和磷素流失的观测与测定分析,研究了暴雨下平衡施肥对紫色土坡耕地水土流失与土壤磷素随径流流失的特征。结果表明:相对于无肥区和单施氮肥区,平衡施肥试验田的泥沙量减少了60%～65%,径流量减少了28%～33%,表现出显著的水土保持作用;在作物不同生育期,土壤磷素随地表径流迁移的强度依次为:成熟期>拔节期>抽雄期;暴雨下地表径流磷含量呈现先升高后下降的变化趋势;颗粒态磷是径流磷的主要组成部分,占总磷迁移量的54%～79%,说明泥沙吸附态迁移是紫色土坡耕地的主要迁移形式;不同施肥处理的径流磷损失存在显著差异,平衡施肥处理的总磷流失减少了52%～61%;径流量、泥沙量与径流磷迁移量显著线性相关;作物生长情况显著影响土壤磷素流失,地上部分生物量与径流磷流失量呈明显负相关。为了防止紫色土磷流失而加剧农业非点源污染,应在该区坚持以氮、磷、钾为主的平衡施肥。

川中丘陵区典型小流域地下水硝酸盐污染分析

对川中丘陵区典型小流域地下水N素含量及形态分配的监测结果表明,硝酸盐(NO3--N)是该地区地下水N素存在的主要形态。川中丘陵区54.5%的地下水NO3--N含量超过世界卫生组织(WHO)饮用水准则规定的10mg.L-1标准,另有27.3%的地下水NO3--N含量接近这一标准,表明该区地下水已经大范围地受到NO3--N污染的威胁。土地利用状况可能是影响川中丘陵区地下水NO3--N含量的主要因素。降雨量和水井深度也影响该区地下水NO3--N含量。紫色土坡耕地NO3--N随壤中流向浅层地下水迁移,可能是造成该区地下水NO3--N含量较高的最重要原因。

秸秆还田对紫色土坡耕地养分流失的影响

通过对川中丘陵区不同施肥坡地径流、泥沙和养分流失的观测与测定分析，研究了紫色土坡耕地暴雨下的产流产沙特征和氮、磷养分流失特征。结果表明，秸秆还田显著影响雨季紫色土坡耕地土壤侵蚀和产流情况；相比单施化肥处理。秸秆还田的泥沙量减少了70％～82％．地表径流量减少了26％～31％，渗漏径流量增加了30％～52％。秸秆还田显著减少了N、P的流失．减幅为60％～76％；各处理P流失的强度顺序依次为：NPK〉RSD〉RSDNPK〉RSDNP〉RSDN，N流失的强度顺序为：NPK〉RSDN〉RSDNPK〉RSDNP〉RSD；地表径流损失是P的主要流失途径。颗粒态是地表径流中P的主要迁移形态．磷酸盐是地表径流中溶解态总磷的主要组成部分，渗漏径流中的PO4^3- -P／DTP显著下降。渗漏淋失是N的主要流失途径．硝态氮是渗漏液中N的主要迁移形态．地表径流中NO3^- -N／DTN较渗漏液略低，溶解态总氮在地表径流N流失中所占比例超过50％。

氮肥施用对紫色土-玉米根系系统N_2O排放的影响

通过不同施氮水平与不同氮肥品种2个田间试验，结合静态箱-气相色谱法研究了川中丘陵区2005年5—9月石灰性紫色土-玉米根系系统的N2O排放变化．结果表明：1）施用氮肥显著地增加了N2O排放，在3个施氮水平下（0、150和250kg·hm^-2），N2O排放总量分别为0．88、2．19和2．52kg·hm^-2；施氮量越高，N2O排放量也越高．当施氮量超过一定水平后，施肥量高低对N2O排放总量的影响并不显著．由氮肥施用引起的N2O排放量占施氮量的0．87％（150kg·hm^2）和0．66％（250kg·hm^-2）．2）氮肥品种显著影响N20排放，尿素（酰胺态氮肥）和硫酸铵（铵态氮肥）处理的N20排放量分别为2．09和1．80kg·hm^-2，显著高于硝酸钾（硝态氮肥）处理（1．27kg·hm^2），三者排放量分别占施氮量的0．80％、0．60％和0．27％．3）降雨是玉米生长季N2O排放的主要影响因子，而无机氮则是影响N2O排放的主要限制因子．

长期施肥对紫色土农田土壤动物群落的影响

土壤动物在陆地生态系统物质循环和能量流动中起着重要作用,直接或间接的参与土壤有机质的分解与矿化;长期施肥对土壤理化性质产生影响的同时,改变了土壤动物群落组成。为查明紫色土长期施肥对土壤动物群落的影响及其响应关系,于2008年的5、7、9和11月分别对紫色土农田无肥对照(CK)、单施氮肥(N)、常规化肥氮磷钾(NPK)、有机肥(OM)、有机肥与化肥氮磷钾混施(OMNPK)、秸秆还田(RSD)和秸秆还田与化肥氮磷钾混施(RSDNPK)等7种长期施肥定位试验地的土壤动物群落进行调查,采用改良的干漏斗和湿漏斗两种方法,共获得土壤动物9454只,隶属7门17纲24目。分析表明,OM和RSDNPK两种施肥方式下土壤动物群落的多样性显著高于CK、N和NPK等3种施肥方式,说明有机物料的长期投入有利于提高土壤动物群落丰富度和多样性。方差分析表明施肥方式对土壤动物主要类群密度的影响差异性极显著(F=42.412,P=0.0001),对土壤动物群落类群影响存在不均衡性。施肥方式主要影响农田土壤动物类群的种群个体数量、线虫动物门个体数量、大蚓类个体数量、甲螨亚目个体数量、密度-类群指数DG及土壤动物群落类群数等六个指标,初步认为这些主要类群因素能够预测长期施肥引起的土壤肥力变化,可能对指示土壤质量的变化具有一定潜力。

土层厚度对紫色土坡地生产力的影响

通过紫色土坡地土层厚度的调查与不同土层厚度的小区对比试验,研究紫色土薄层坡地的生产力特性。结果表明,约73%的紫色土坡耕地土层厚度为20～60cm。土层厚度是紫色土生产力的基本限制条件。土层越薄,作物株高、生物量和产量愈低,生产力愈低;土层越厚,生物量、产量愈高,生产力愈高,土层厚度的影响在玉米季尤为突出,20cm、40cm小区夏玉米产量仅为60cm小区的50%、74%,为80cm小区的28%、40%,100cm小区的23%、34%。当土壤厚度超过60cm,小麦、玉米的株高、生物量及根重差异不显著,而土壤蓄水可抵御紫色丘陵区连续20d的夏旱,因此,可初步判定60cm土层为紫色土生产力临界土层。60cm以上厚度的紫色土可维持基本稳定的生产力水平。

紫色丘陵区典型小流域氮素迁移及其环境效应

选择四川盆地中部紫色土丘陵区典型小流域,通过2002～2004年3 a对主要土地利用地类氮素流失、小流域地表水和井水氮素迁移形态、途径与通量的连续观测,研究非点源氮素的来源、去向、迁移特征及其环境效应。结果表明,紫色土坡地氮素主要通过径流与泥沙迁移,坡耕地、居民点氮素流失是小流域非点源氮的主要贡献者,其氮素流失负荷分别为150．4kg、73．84 kg,占小流域氮素迁移总负荷的52．4％、25．7％；紫色丘陵区小流域地表水已呈现明显氮索富营养化特征,地下水硝酸盐污染较为严重,应重视该地区非点源污染控制；小流域氮素迁移的尺度差异明显,坡地以颗粒态氮为主,小流域以硝酸盐为主,氮素迁移的尺度效应可能导致非点源氮污染的异地效应,从而加剧长江三峡水体富营养化压力。

不同施肥制度下紫色土坡耕地氮素流失特征

利用野外径流小区试验,比较了川中紫色土丘陵区12种不同施肥制度下坡耕地侵蚀产沙特征和氮素迁移特征。结果表明,在单次降雨量达到44 mm时,相对于不施肥而言,农家肥配施化肥分别降低坡地径流与侵蚀量68.2%,67.3%,秸秆还田配施化肥分别降低80.3%,92.6%。不同施肥制度下随地表径流迁移的颗粒态氮占总氮的比例大部分都在60.0%以上。坡耕地平衡施肥能降低坡耕地土壤氮素随径流的损失,增施了磷、钾肥后,总氮迁移量分别降低了41.0%和46.1%。与不施肥相比较,农家肥配施化肥减少径流总氮69.0%,秸秆还田配施化肥减少90.5%。

紫色土坡耕地氮素淋失通量的实测与模拟

氮淋失是氮素循环研究中最重要的环节之一,获得准确的氮淋失通量是当今农田氮循环研究中必不可少而又较为困难的工作之一。紫色土土层薄,土壤氮素难以蓄存,加之降水丰富,下伏透水性较弱的母岩,淋溶水达到母岩后难以垂直下渗而沿土壤岩石界面出流、汇流形成壤中流,紫色土氮素淋失主要表现为氮素随壤中流迁移流失。DNDC模型是基于过程的一种土壤碳氮循环模型,常用于农田温室气体排放模拟,但其应用于氮素淋溶的验证与测试不足。本文利用大型坡地排水采集器(lysimeter),测定紫色土坡耕地淋溶水量(壤中流流量)和氮素淋失通量,并利用观测数据对DNDC模型进行验证。结果表明,紫色土坡耕地小麦玉米季累积淋溶水通量为323.6 mm,径流系数33.3%,氮素淋失量为36.93 kg.hm 2,占全年氮素施用量的13.2%。壤中流流量与氮素淋失量实测值和模拟值的Pearson相关系数分别为0.944(P<0.05)和0.972(P<0.05),Theil不等系数分别为0.07和0.1,降雨量、土壤孔隙率和施氮水平是氮流失模拟的高敏感性参数。DNDC模型应用于紫色土坡耕地氮素淋失通量的模拟具有较高的可靠性,同时DNDC基于过程模型的优势可以描述持续降雨条件下的氮淋失过程,未来可通过进一步的验证,测试DNDC模型应用于氮淋失过程及区域氮淋失评估的可行性。

不同降雨侵蚀力条件下紫色土坡耕地的养分流失

通过对川中丘陵区几次暴雨过程氮、磷流失的观测与分析,研究了不同降雨侵蚀力条件下的紫色土坡耕地的养分流失特征。结果表明在产流初始阶段,氮、磷流失严重,径流中养分输出浓度比较高,总氮最大可达8.0 mg/L左右,总磷在1.9 mg/L左右;坡耕地养分流失与土壤侵蚀的关系密切,氮、磷迁移以泥沙吸附态迁移为主,径流中的颗粒态氮、磷含量随降雨侵蚀力增大而增大,而溶解态氮、磷含量与降雨侵蚀力无明显相关。

不同排放源周边大气环境中NH_3浓度动态

2010年4月—2011年3月利用ALPHA被动采样器,研究了北京市不同排放源附近NH3浓度的时空变异及其在大气环境保护中的启示。结果表明:大气中NH3的年均浓度可以分为3个层次,以养殖场猪舍内(2479μg/m3)和垃圾填埋场的原水调节池(2801μg/m3)浓度最高;其次为养殖场粪水池边(205μg/m3)和垃圾填埋场厌氧换热工房(198μg/m3),而交通源附近的公路边(15.2μg/m3)、垃圾填埋场办公区(11.1μg/m3)和远郊农田(7.8μg/m3)浓度相对最低。受垃圾组成,温度及降水的影响,垃圾填埋场原水调节池的NH3浓度变化较大,最高浓度(137μg/m3)和最低浓度(6581μg/m3)相差达47倍以上。养殖场猪舍内NH3浓度受温度及窗户开闭的影响,表现出冬季高,夏季低的变化趋势,而猪舍外粪池边则相反。交通源附近由于受高浓度的颗粒物含量和温度影响,NH3浓度表现出夏季高、冬季低的变化规律。农田受施肥和温度的影响,也表现出夏季高、冬季低的季节变化。从大气浓度推断,单位面积猪舍和填埋场原水调节池NH3排放量远高于施肥农田,均为NH3的重要排放源。另外,交通源附近(公路边)的NH3浓度几乎为远郊农田的两倍,提醒人们在关注机动车尾气造成NO x污染的同时,也应重视其NH3排放所致的大气污染,后者与机动车普遍安装的尾气后处理装置(三元催化器)有关。

紫色土坡地尺度土壤养分的空间变异特性

利用地统计学方法,结合坡地土壤养分采样分析与G IS技术,分析紫色土坡地土壤养分空间变异特征。结果表明地块尺度上土壤养分的空间变异特性和空间相关性具有明显特征,其中土壤有机质、全氮和有效磷具有很强的空间异质性;碱解氮和pH具有中等的空间异质性;而速效钾不具有空间异质性。利用克里格法进行插值并绘制各养分属性的等值线图,表现出空间分布的类似性,但因微地形和耕作管理的影响而表现出各自的规律性,其中土壤有机质、全氮和有效磷的分布具有相似性,而碱解氮、速效钾和pH具有明显不同的分布规律。对典型地块的空间异质性分析有助于坡地和小流域尺度的土壤采样和调查分析,同时对地块水文过程分析和模型应用有重要参考价值。

四川紫色土坡耕地磷素渗漏迁移初探

通过对川中丘陵区冬小麦-夏玉米轮作条件下,玉米季不同施肥试验田渗漏水的观测与分析,研究了紫色土坡耕地在天然降雨时渗漏水的产流规律及土壤磷素的淋溶迁移特征。结果表明,渗漏水量与降雨量呈明显的指数关系,与雨强大小没有直接关系。暴雨下渗漏水中的DTP及PO34--P含量变化过程呈现明显的二次波峰规律。不同的施肥条件显著影响渗漏水的DTP含量,NP处理最高,DTP含量达到了0.047mg·L-1。PO43--P是DTP的主要组成形态,占了DTP的62%～85%。不同施肥处理渗漏水的DTP迁移总量为4.0～7.5g·hm-2。

不同轮作体系不同施氮量甲烷排放比较研究

【目的】本研究通过在重庆市江津区进行单季稻转换为不同轮作体系的田间试验,测量CH4排放通量,探讨不同轮作体系CH4的排放规律。【方法】试验以玉米-小麦(MW)、水稻-小麦(RW)、水稻-冬水休闲(RF)三种轮作体系为主处理,每种轮作体系设不施氮对照(N0)、优化施氮(Nopt,即小麦季N 96 kg/hm^2、玉米季或水稻季N 150 kg/hm^2)、传统施氮(Ncon,即小麦季N 180 kg/hm^2、玉米季或水稻季N 225 kg/hm^2)3个副处理。温室气体采用静态箱-气相色谱法进行田间原位测量,每周1 3次,周年监测。【结果】MW、RW、RF体系第一年甲烷排放量分别为CH4-C 13.5、26.7和89.8 kg/hm^2,第二年为第一年相应体系的6.2%、85.1%和263.1%。第一年MW、RW、RF系统N0处理甲烷排放量分别为CH4-C 17.7、30.5、85.7 kg/hm^2,Nopt处理分别为其对照的87.5%、111.3%、111.9%,Ncon处理为对照的41.5%、51.1%、94.8%;第二年MW、RW、RF系统N0处理甲烷排放量分别为CH4-C 0.4、26.0、227.4 kg/hm^2,Nopt为其对照的240.4%、103.9%、104.9%,Ncon为其对照的229.6%、58.6%、100.1%。MW、RW、RF三个轮作体系两年均为甲烷净排放,MW体系以玉米季为主,N0、Nopt、Ncon处理分别占总体系的87.4%、87.2%、76.2%;RW体系以水稻季为主,N0、Nopt、Ncon处理分别占总体系的91.4%、95.7、94.9%;RF体系中以水稻季为主,N0、Nopt、Ncon处理分别占总体系的84.2%、84.9%、84.8%。MW第一年玉米季施肥期甲烷排放累积量占该季总排放量的6%11%,第二年占30%45%;RW水稻季施肥期甲烷排放量占该季总排放量的37%50%,RF水稻季施肥期甲烷排放量占该季总排放量的21%28%,淹水休闲季约占总体系16%,也不可忽略。【结论】水稻-冬水休闲系统甲烷排放最高,水稻-小麦轮作次之,玉米-小麦轮作最低。单季稻改小麦-玉米轮作后第一年,玉米季有明显甲烷排放,第二年则未出现,两年甲烷排放总量无差异;水稻-冬水田轮作,甲烷排放在第二年明显增加。玉米-小麦轮作、水稻-小麦轮作和水稻-冬水休闲系统两年平均值均表现出甲烷的净排放,并以水稻或玉米季为主。大量施氮后,抑制水稻-小麦轮作和玉米-小麦轮作系统甲烷排放,对水稻-冬水休闲系统无影响。