玉米生长期土壤抗蚀性特征及其影响因素分析

土壤抗蚀性是评定土壤抵抗土壤侵蚀能力的重要参数之一,为了摸清川中丘陵区土壤抗蚀力变化特征,该文通过野外调查与室内分析相结合方法,开展玉米生长期土壤抗蚀性特征及其影响因素研究。研究结果表明:玉米季各生育期土壤抗蚀指数随着土粒浸水时间延长均呈下降趋势,0～20 cm土层抗蚀指数均大于>20～40 cm土层。各生育期土壤抗蚀指数总体特征表现为:苗期-小喇叭口期土壤抗蚀指数呈较小的增长趋势,小喇叭口期-抽雄期土壤抗蚀指数呈大幅增加并于抽雄期达最大,抽雄期-成熟期土壤抗蚀指数却呈小幅下降趋势。随玉米生育期推进,土壤抗蚀性总体表现为:抽雄期>成熟期>大喇叭口期>小喇叭口期>苗期。玉米植株对土壤抗蚀性的增强效应主要体现在大喇叭口期-成熟期,0～20 cm土层土壤抗蚀性增强效应明显优于>20～40 cm土层。土壤抗蚀性与土壤容重和>2 mm水稳性团聚体呈显著正相关,与土壤有机质含量和<0.25 mm水稳性团聚体分别呈极显著正相关和负相关,与含根量、根系表面积、根系体积和总根长呈极显著正相关。研究成果为区域水土流失防治措施配置及土壤侵蚀预报提供理论依据。

不同土地利用方式下土壤团聚体的组成及稳定性研究

采用野外调查与室内分析相结合的方法,就不同土地利用方式下土壤团聚体的组成及稳定性进行了研究。试验结果表明:(1)干筛处理下土壤团聚体均以>5 mm粒径为主,总体随粒径的减小呈先降低后增加再降低的趋势;湿筛处理下土壤团聚体以<0.25 mm粒径为主,总体随粒径的减小呈先降低后增加的趋势。(2)干筛处理下,平均重量直径和几何平均直径均表现为桉树人工林最大,杉木人工林最小;湿筛处理下平均重量直径和几何平均直径均以杉木人工林最大,枇杷园最小。(3)风干性团聚体的分形维数表现为杉木人工林>茶园>枇杷园>桉树人工林>撂荒地,水稳性团聚体的分形维数表现为枇杷园>撂荒地>茶园>桉树人工林>杉木人工林。

不同坡度下紫色土地表微地形变化及其对土壤侵蚀的影响

为了揭示川中丘陵区紫色土地表微地形变化对土壤侵蚀的影响,该文通过室内人工模拟降雨试验,从地表糙度角度出发,结合多重分形理论与方法,分析了不同坡度条件下紫色土地表微地形变化特征,探讨了地表微地形变化与土壤侵蚀间的关系。结果表明:1)雨强为1.5 mm/min,历时为40 min降雨条件下,10°、15°和20°坡面地表相对高程的变化量分别为-11.66、-3.52和-5.61 mm,仅20°坡面地表初始低洼部位被径流贯通形成细沟;各坡面地表糙度均有所减小,且表现为15°>10°>20°,其中10°和15°坡面不同坡位地表糙度均较雨前减小,20°坡面下坡地表糙度较雨前增大,不同坡度全坡面地表糙度均较雨前减小;2)地表微地形具有一定的多重分形特征,10°和15°坡面雨后多重分形参数广义分形维数跨度、奇异指数跨度和多重分形谱高差均较雨前增大,微地形空间分布差异增大,且地表变得圆润,20°坡面与之相反;3)随坡度增大,地表径流量呈先减小后增大的变化趋势,且地表糙度变幅越小的坡面,地表产流量越高,而侵蚀产沙量则随坡度的增大显著提高(P<0.05)。研究成果为揭示水蚀过程中地表微地形变化的本质和作用机理提供了参考。

玉米生长期土壤抗剪强度变化特征及其影响因素

采用野外实测与室内分析相结合的方法，对玉米各生育期土壤抗剪强度变化特征及其影响因素进行了研究。结果表明：随着玉米生育期推进，0-5cm土层土壤抗剪强度持续增加，于成熟期达最大；5-10cm和10-15cm土层表现为先增加后减小，在抽雄期达最大；15-20cm土层抗剪强度总体较大。玉米对0-5cm 、5-10cm和10-15cm土层土壤抗剪强度的增强效应较好，其增强率在抽雄期最高。抗剪强度与土壤含水率呈线性函数关系，与土壤容重呈极显著线性正相关；含根量、根长和根系体积等根系参数与土壤抗剪强度呈极显著正相关，土壤抗剪强度增强值与0-1mm根长增加值呈极显著正相关。土壤抗剪强度随玉米生育期推进逐渐增强，含水率、容重和玉米根系对土壤抗剪强度具有较大影响，采用一定耕作和水保措施增加土壤表层含水率和容重，同时选取含0-1mm根径较多的玉米品种对该区域水土流失防治具有重要意义。

不同土地利用方式下土壤团聚体中养分的分布特征

采用野外调查和室内分析相结合的方法,就不同土地利用方式下土壤团聚体中主要养分的分布特征进行了研究。结果表明,不同土地利用方式下土壤团聚体均以>2 mm粒径为主,0.5～0.25 mm粒径团聚体含量最少。不同土地利用方式下土壤有机碳,全氮、全磷、全钾,速效氮、速效钾在团聚体中的分布存在一定差异。土壤团聚体中有机碳、全氮含量均随团聚体粒径的增大而减小,碱解氮、全磷和全钾的含量在团聚体中的分布较均匀,而速效钾含量随粒径的减小呈先增大后略减小的变化趋势。不同土地利用方式下,各粒径团聚体对土壤主要养分分布的影响程度有所不同。土壤团聚体对土壤养分的贡献率中约有40%来自>5 mm团聚体,这主要取决于团聚体含量的多少。

地表糙度对径流和产沙影响的室内试验研究

该文通过室内人工模拟降雨的方法,分析了连续降雨过程条件下,不同糙度地表的径流量和产沙量的变化。研究结果表明:人工锄耕的地表,延缓径流的作用较为明显,但这一作用仅发生在降雨初期;随着降雨的进行,不同糙度地表的径流变化规律基本一致,先增加,随后趋于稳定的趋势,但径流总量没有明显变化。同样,人工锄耕的地表,延缓地表的产沙作用强于糙度小的地表,产沙率15°坡面要高于5°坡面,随着降雨的进行,在雨强1.0mm/min条件下,这一变化更为明显,最终产沙总量变化不大。地表糙度对侵蚀的影响,不仅与降雨持续时间相关,同时与坡度密切相关,并初步证实黄土区地表糙度对侵蚀的影响存在着一定的临界条件。这为揭示地表糙度的本质特征提供了一定的理论依据,同时也可服务于黄土高原坡耕地水土流失的治理和退耕还林(草)工程的实施。

不同耕作措施下成熟期玉米对径流及侵蚀产沙的影响

采用野外人工模拟降雨的方法,开展不同耕作措施下成熟期玉米对坡面产流及产沙影响的研究。结果表明:不同雨强下,种植玉米各措施径流量和产流强度都要小于相应的对照。在雨强为1.0,2.0mm/min下,平作措施径流量最小;在雨强为1.5mm/min下横坡措施径流量最小;在雨强为1.5mm/min下,平作措施和顺坡措施径流量达最大。在雨强为1.0mm/min下各措施含沙量均最小;在雨强为1.5mm/min下平作措施含沙量达最大;在雨强为2.0mm/min下横坡和顺坡措施含沙量最大。不同雨强下,平作、顺坡耕作、横坡耕作和对照小区产流产沙过程均呈波动变化,平作、顺坡耕作和横坡耕作的产流时间均较对照小区延后。

不同退耕模式下土壤抗蚀性差异及其评价模型

土壤抗蚀性是评定土壤抵抗土壤侵蚀能力的重要参数之一,该文通过野外调查与室内分析相结合方法,在土壤理化性质综合分析的基础上,融入生物学指标,对川西低山丘陵区退耕桉树林、退耕杉木林、退耕茶园、退耕枇杷园和退耕撂荒地5种退耕模式下土壤抗蚀性进行了研究。结果表明:19个用于表征研究区土壤抗蚀性的指标可优化为>0.25mm水稳性团聚体含量、平均质量直径、>0.25mm团聚体破坏率、>0.5mm团聚体破坏率、有机质含量及酸性磷酸酶6个指标;5种退耕模式下土壤抗蚀性综合指数大小依次为退耕杉木林>退耕桉树林>退耕枇杷园>退耕茶园>退耕撂荒地。在此基础上,应用6个优化指标构建了研究区不同退耕模式下土壤抗蚀性强、中等、弱3个等级的判别模型,模型总判别正确率为96.7%,具有较高的可信度。这为完善不同退耕模式下土壤抗蚀性评价指标体系和区域性土壤抗蚀性评价提供依据。

片蚀与细沟间侵蚀过程中地表微地形的变化

采用室内人工模拟降雨和地统计分析相结合的方法,对4种人为管理措施地表微地形在片蚀和细沟间侵蚀过程中的变化特征进行了研究。结果表明,不同雨强下,各管理措施坡面地表微地形表现出了一定程度的不规则性。不同雨强和管理措施条件下,各等级的高程在片蚀阶段和细沟间侵蚀阶段都发生了相互转移;其中第Ⅰ级和第Ⅱ级转移出最多,且在细沟间侵蚀阶段后也只有很少部分转移至第Ⅰ级、第Ⅱ级;第Ⅲ级地表高程转移最少,且有大部分的其他等级的高程转入第Ⅲ级,这两个侵蚀阶段在0～0.01 m和0.01～0.03 m区域最易发生土壤堆积。

基于分形理论的设施土壤水分特征曲线研究

采用现场调查取样与室内分析相结合的方法,研究了设施栽培条件下原状土壤和扰动土壤分形维数及其与水分特征曲线的关系,结果表明:在相同质地的情况下,分形维数随土壤容重的增大而增大;设施土壤水分特性曲线原状土分形维数与扰动土分形维数具有良好的线性关系;通过原状土与扰动土分形维数的关系来预测的原状土水分特征曲线在整个含水率范围内预测结果与实测值一致性较好,表明根据土壤扰动土分形维数来预测原状土水分特征曲线是可行的。

降雨条件下耕作方式对地表糙度的溅蚀效应

地表糙度是影响坡耕地土壤侵蚀的主要因素之一,为了进一步明确耕作方式对地表糙度的侵蚀效应,该文通过室内人工模拟降雨的方法,就单雨强与组合雨强条件下耕作方式对溅蚀的作用以及地表糙度的变化进行了研究。结果表明,从对照坡面,经耙耱地、人工锄耕、人工掏挖到等高耕作方式的坡面,在雨强0.62mm/min条件下,不同耕作方式坡面向上坡溅蚀量呈先增加再减小的变化,向下坡和总溅蚀量均呈先增加再减小最后增加的变化;除耙耱地外,其他耕作方式坡面的地表糙度呈减小的变化。在雨强1.53mm/min条件下,不同耕作方式坡面向上坡、向下坡和总溅蚀量均呈先增加再减小最后增加的变化;地表糙度与对照坡面相反,均呈增加的变化。组合雨强条件下,随降雨强度的增加,耙耱地总溅蚀量与地表糙度呈一直增加的变化趋势;其他耕作方式下,随降雨强度的增加,坡面总溅蚀量呈先增加后减小的变化趋势,地表糙度却呈先减小后增大的变化。这为揭示地表糙度的侵蚀特征提供了一定的理论依据,同时也可服务于黄土高原坡耕地的水土流失治理。

玉米季土壤抗冲性变化特征及其影响因素分析

采用野外原状土冲刷与室内分析相结合的方法,对玉米各生育期土壤抗冲性动态变化及其影响因素进行了研究。结果表明：不同坡度条件下,玉米各生育期土壤冲刷过程中含沙量随冲刷时间延长呈先下降后趋于平稳的变化,在15°坡度下含沙量最高。土壤抗冲性和增强效应随生育期推进呈逐渐增加的趋势,于成熟期达最大。随冲刷坡度的增加,玉米根系对土壤抗冲性的增强效应呈逐渐降低的变化趋势。土壤抗冲性与土壤容重、有机质和2 mm以上水稳性团聚体数量呈极显著正相关,与0~0.25 mm水稳性团聚体数量呈极显著负相关。土壤抗冲性与含根量、根系表面积、根系体积和总根长呈极显著正相关。因此,采用增施有机肥促进有机质和水稳性团聚体的提高,以及筛选根径0~0.5 mm根系发达的玉米品种对该区域水土流失防治具有重要现实意义。

玉米植株冠层截留分异特征及其影响因素

基于研究区实际降雨频率,采用人工模拟降雨法对玉米全生育期冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量进行测定,分析叶面积和降雨强度对玉米植株冠层截留分异特征的影响。结果表明:不同生育期,玉米冠层截留率平均为8.42%,茎秆流率平均为35.38%,穿透雨率平均为56.19%;不同降雨强度,玉米冠层截留率平均为7.53%,茎秆流率平均为26.79%,穿透雨率平均为65.68%。冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量与雨强呈极显著线性正相关关系,冠层截留量和茎秆流量与叶面积之间呈极显著正相关直线关系,而穿透雨量与叶面积之间呈极显著线性负相关关系。

保护地土壤生态问题及其防治措施的研究

从土壤次生盐渍化、土壤板结、土壤酸化、土壤病虫害等方面分析了目前规模化的保护地中出现的土壤生态问题,提出了相应问题的具体防治措施,并在此基础上指出了该领域今后应加强的研究方向。

模拟降雨条件下玉米植株对降雨再分配的作用

为了辨明成熟期玉米对降雨的再分配作用,有效地防治区域水土流失,采用人工模拟降雨的方法,就川西低山丘陵区成熟期玉米植株对降雨的冠层截留量、茎秆流量和穿透雨量的作用进行了研究。结果表明:冠层截留率平均为7.5%,茎秆流率平均为28.8%,穿透雨率平均为63.7%。随着降雨强度的增加,单位时间内玉米冠层的截留量呈增加趋势,但随着玉米植株的叶面积增大,有效截留量却呈减少趋势,株高和角度对它的影响较小。随着叶面积和降雨强度的增加,茎秆流量呈增加趋势,角度影响较小。随着叶面积的增加,穿透雨量呈减少趋势;而随着降雨强度的增加,单位时间内穿透雨的数量呈增加的变化趋势,株高影响较小。

降雨条件下地表糙度对片蚀的影响及其变化

为了进一步明确地表糙度在片蚀过程中的效应,该文通过室内人工模拟降雨的方法,就场降雨和连续降雨条件下,地表糙度对片蚀的影响及其变化进行了研究。结果表明,场降雨条件下,实施人为管理措施坡面的径流与产沙量均低于对照坡面;在雨强0.67mm/min条件下,随地表糙度的增加,径流量与侵蚀量呈先减小、后趋于稳定的变化趋势;而在雨强1.63mm/min条件下,随地表糙度的增加,径流量与产沙量却呈一直减小的变化趋势。在雨强0.67mm/min条件下,耙耱地、人工掏挖和等高耕作坡面的地表糙度均呈减小的变化趋势,而人工锄耕坡面的地表糙度呈增加的变化趋势;在雨强1.63mm/min条件下,人工掏挖和等高耕作坡面的地表糙度呈减小的变化趋势,人工锄耕、耙耱地坡面的地表糙度却呈增加的变化趋势;对照坡面地表糙度的变化,与耙耱地相反。连续降雨条件下,在前二次降雨作用下,坡面的径流量与产沙量随地表糙度的增加而逐渐减小,且均低于对照坡面;在第三次降雨条件下,径流与侵蚀产沙量变化较为复杂,且实施人为管理措施坡面均高于对照坡面。不同降雨条件下,实施人为管理措施坡面地表糙度对片蚀具有一定的抑制效应,且坡面片蚀的发展与地表糙度间的变化表现出相应的互动作用。该文研究结果为揭示地表糙度的侵蚀特征提供了一定的理论依据,同时也为黄土高原坡耕地的水土流失治理奠定理论基础。

不同坡度下玉米季坡耕地地表径流中磷素流失特征

采用野外人工模拟降雨和微小区相结合的方法,研究紫色土零散坡耕地玉米季坡耕地地表径流中磷素流失特征。结果表明：地表坡度越大,坡面产流时间越早,产流量越大。各坡面的产流时间均在苗期最早,抽雄期最晚。20°坡面产流量最大,是10°坡面的1.4-2.0倍,是15°坡面的1.3-1.6倍,产沙量是10°坡面的14.3-19.7倍,是15°坡面的3.8-6.0倍。地表径流中磷素流失总量随着坡度的增加而增加,径流中磷素流失以可溶性磷为主,其中可溶性磷占总磷的比例随坡度的增加而增加,且在65%以上。

不同植茶年限土壤团聚体有机碳的分布特征

【目的】探索和了解茶园土壤有机碳的稳定性及碳固持能力。【方法】采用野外调查和室内分析相结合的方法,开展植茶年限为15 a、22 a、30 a和50 a土壤团聚体有机碳分布特征研究。【结果】随着土壤团聚体粒径的减小,团聚体总有机碳、活性有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳和可矿化碳含量增加,最大值主要集中于<0.25 mm、0.5—0.25 mm团聚体中,而团聚体微生物量碳含量则随粒径减小而先增加再减小,最大值分布于5—2 mm团聚体中,团聚体中各组分有机碳占总有机碳比例随团聚体粒径减小而减小;随植茶年限的延长,团聚体中总有机碳含量增加,活性有机碳和颗粒有机碳先降低再增加,植茶22 a时含量最低,而水溶性有机碳、可矿化碳和微生物量碳则呈现先增加再降低的趋势,植茶30 a时含量最高,且团聚体中各组分有机碳占总有机碳比例均随着植茶年限的延长呈现下降的趋势;土壤团聚体总有机碳以及各个碳组分含量均为0—20 cm土层大于20—40 cm土层,而土壤团聚体各组分有机碳占总有机碳的比例均为20—40 cm土层大于0—20 cm土层。【结论】较小粒径团聚体有机碳稳定性较强,土壤有机碳固持能力存在临界植茶年限;0—20 cm土层碳汇效应较20—40 cm土层强。

耕作措施对产流作用的研究

本文在室内人工模拟降雨条件下,通过不同耕作措施人为造成不同地表的方法,从地表糙度方面定量化地研究了耕作措施对侵蚀产流的影响。结果表明:增加地表糙度,可减小径流量,进而减小侵蚀,并建立了相应的数学表达式。这为进一步完善侵蚀测报模型奠定了一定的基础,同时也为黄土高原坡耕地水土流失的治理和退耕还林(草)的实施,提供了一定的理论依据。

侵蚀过程中地表糙度变化特征的研究

在地表侵蚀过程特征的基础上,通过室内人工模拟降雨试验,运用三段降雨法,研究了这一过程中地表糙度的变化,得出:降雨过程中,随机糙度的地表与有向糙度的地表变化不同,前者呈增加趋势;而后者呈递成趋势,且随着雨强的增加,变化幅度增大。