河套灌区近50年气候变化特征及趋势分析

以河套灌区为研究区,收集、整理和分析了河套灌区由西向东的磴口、杭后、临河、五原、前旗5个区域近50年的气候资料:包括降水量、气温、日照总时数、无霜期、平均风速、蒸发量等,分别运用线性趋势法、Mann-Kendell法和小波分析等手段,研究了该地区不同时段、不同区域的气象因子的趋势性、突变性和周期性.结果显示:近50年来灌区年平均气温呈逐年上升的趋势,并且通过了M-K显著性检验.50年间增温幅度约为2℃,各月极端气温差约为41℃,且各月气温呈明显的升高趋势,突变点为1990年;灌区年降水量在波动中呈微弱增加的线性趋势,增加总量不足10mm;而灌区年蒸发量自2000年以来呈现出明显的增加趋势,增加的蒸发量体现在春季的2、3、4月份;灌区年平均风速有明显的降低趋势,突变点为2000年;年日照总时数有变短、年无霜期有增加趋势,但二者变化趋势并不明显.

不同改良措施对盐渍化土壤水热碳与葵花产量的影响

为探明不同改良措施对盐渍化土壤水热碳及葵花产量的影响,设置了施加生物炭(C,22.5 t/hm^2)、脱硫石膏(S,37.5 t/hm^2)、秸秆还田(J,20.625 t/hm^2)和对照(CK)4个处理,进行大田试验。结果表明:3种改良措施均能改善土壤水热环境,其中生物炭更具优势。3种改良处理在整个生育期内0~20 cm和20~40 cm土层的土壤含水率显著高于对照;在垂直分布上表现出0~40 cm土层各改良措施保水、蓄水作用的效果优于40 cm以下土层,各处理剖面土壤水分空间分布格局均表现出下湿、上干的特点。与CK相比,各改良处理体现出良好的增温、保温效果,均表现出低温时具有“增温效应”、高温时具有“降温效应”,且对温度的调控作用主要集中在5~25 cm土层,从35 cm处开始影响减弱。采取3种改良措施均能增加土壤有机碳含量和有机碳密度,其中施加生物炭效果最显著,有机碳密度较对照增加了17.46%。与对照相比,C处理的葵花产量增产率最高,达32.28%,J、S处理产量分别增加21.94%、30.68%,三者差异不显著。综合分析得出,施加生物炭22.5 t/hm^2为适宜于河套灌区盐渍化农田种植葵花过程中的土壤改良处理。

不同改良剂对河套灌区盐渍化土壤性状和葵花生长特性的影响

为了评价不同改良剂对盐渍化土壤的改良效果,以葵花为研究对象,采用大田裂区试验方法,设置生物炭(DC,22.5 t/hm^2)、脱硫石膏(DS,37.5 t/hm^2)、脱硫石膏加有机肥(DSF,各37.5 t/hm^2)、对照(DCK)4种处理。结果表明:施加改良剂均降低了土壤容重,增加了土壤孔隙度,生物炭效果最明显,在耕层(0—20 cm)收获后较播种前土壤容重降低6.11%,是DCK的4倍,孔隙度增加12.89%,是DCK的5倍;脱硫石膏降低土壤pH和电导率效果最优,最大降幅分别为10.09%和28.51%;3种改良剂对盐渍化土壤的肥力效应不同,与对照相比,在收获后生物炭处理显著提高土壤耕层有机质、碱解氮、速效磷含量,脱硫石膏显著提高速效钾含量;各改良剂处理能显著增加葵花株高、茎粗、干物质积累量和百粒重,且生物炭处理的葵花产量最高,为4 539.60 kg/hm^2,较对照增产32.28%。综上所述,在河套灌区盐渍化土壤中施入不同改良剂后,土壤性状得到明显改善,促进葵花的正常生长,提高了产量。其中施入生物炭22.5 t/hm^2对盐渍土壤改良效果最佳,其次是施入脱硫石膏37.5 t/hm^2,能有效地提高土壤肥力和葵花产量。

模拟降雨条件下垄膜方式对土壤蓄水效应影响

通过小区试验和模拟降雨的方法,分析了旱作区不同降雨量下不同垄膜覆盖方式对土壤水蓄积效应的影响。结果表明:随着模拟降雨量增大,0～50 cm土层的土壤贮水量及其增量增大,表现为垄作全覆膜(QLM)>垄作半覆膜(BLM)>传统平作(CKM)。对于沙壤土,垄作全覆膜较传统平作贮水量增量增大0.9～3.4 mm,产流效率为10.50%～27.50%,蓄墒增加率为36.21%～95.65%;垄作半覆膜较传统平作贮水量增量增大0.6～2.1 mm,产流效率为5.00%～15.00%,蓄墒增加率为17.24%～55.26%。对于壤土,垄作全覆膜较传统平作贮水量增量增大1.7～6.8 mm,产流效率为31.00%～45.83%,蓄墒增加率为75.68%～95.77%;垄作半覆膜较传统平作贮水量增量增大1.4～4.2 mm,产流效率为15.00%～35.00%,蓄墒增加率为75.68%～95.77%。试验验证了不同覆膜方式的集雨效果、土壤蓄水和保墒效应,全覆膜和半覆膜垄上沟播模式能够起到集雨增温保墒作用,可提高土壤蓄水,实现区域降水资源的高效利用。

不同灌溉水源及方式对玉米生长特性及水肥利用效率的影响

【目的】探求河套灌区不同灌溉水源及方式对玉米生长特性及水肥利用效率的定量影响。【方法】试验设置地下水畦灌(J)、黄河水畦灌(H)和地下水滴灌(D)2种灌溉水源及3种灌溉方式,对比分析了不同灌溉水源及方式对玉米生长特性及水肥利用效率的影响。【结果】滴灌能显著促进玉米对氮肥的利用效率以及玉米生长,增加玉米籽粒产量。滴灌处理玉米产量较黄河水畦灌、地下水畦灌分别提高8%~15%和10%~15%(P<0.05);滴灌处理作物水分利用效率较黄河水畦灌、地下水畦灌分别提高36.7%~57.6%和44.4%~66.7%,黄河水畦灌较地下水畦灌分别提高5.6%、17.3%(P<0.05);滴灌处理氮肥偏生产力较黄河水畦灌和地下水畦灌提高117%~131%、120%~131%(P<0.05)。【结论】膜下滴灌可以明显提高玉米水分利用效率,促进植株生长和产量增加,是目前适宜于河套灌区玉米灌溉的节水方式之一。

秸秆不同还田方式对土壤理化性质及玉米产量的影响研究

为了探索秸秆不同还田方式在土壤改良、土壤培肥及作物产量方面的作用,通过大田小区试验,研究土壤在分别施用秸秆生物炭和秸秆后,土壤含水率、土壤温度、土壤pH值及电导率,土壤有机质和速效养分在玉米整个生育期的变化规律并比较玉米产量情况。结果表明,施用生物炭提高耕层土壤含水率,相比对照,土壤含水率在三叶期和成熟期差异显著;秸秆还田在三叶期、拔节期和抽雄期提高耕层土壤含水率且高于生物炭处理,与对照相比三叶期土壤含水率增幅最大,0~10和10~20cm土壤深度增幅分别为：12.24%和14.17%,在灌浆期和成熟期,秸秆还田降低耕层土壤含水率,其中,0~10和10~20cm土壤深度土壤含水率最大降幅分别为：-12.27%和-9.35%;生物炭和秸秆还田,在三叶期对土壤温度影响较小,没有明显的规律,在后面的生育期表现为不同的规律,生物炭在拔节期提高土壤温度,其余玉米生育期均表现为降低作用,秸秆还田在以后的生育期均表现为升温作用;生物炭和秸秆还田降低耕层土壤pH值增大耕层土壤电导率,各处理在玉米不同生育期土壤pH值从大到小依次为：B0、B15、BJ,电导率从大到小依次为：B15、BJ、B0;两种秸秆还田方式提高耕层土壤有机质和速效养分含量,各处理耕层土壤碱解氮、速效钾、有机质和有效磷含量在三叶期和拔节期,从大到小均为：BJ、B15、B0,在抽雄期、灌浆期和成熟期,从大到小均为：B15、BJ、B0;相比对照,生物炭和秸秆还田显著提高玉米产量,分别增产：19.27%和8.1%,生物炭处理相比秸秆还田增幅达到10.3%,差异显著。综上所述,生物炭和秸秆还田能够改善土壤,培肥土壤,增加作物产量,为秸秆及生物炭广泛推广并利用提供理论基础,秸秆还田可在玉米生育后期适量追肥灌水,以达到产量最大化。

不同改良剂对黄土高原丘陵区山地果园土壤质量的影响

土壤质量是影响黄土高原丘陵区山地果园健康可持续发展的关键因素之一。针对黄土高原目前存在的土壤保水能力差,肥力低及微生物群落结构单一等问题,选取保水剂、生物炭和植物根际促生菌三种改良剂,研究其对土壤质量的影响。研究设置5个处理,分别为:生物炭处理(BC),施用量为5%;枯草芽孢杆菌处理(PGBS),施用量为0.25%;胶质芽孢杆菌处理(PGBM),施用量为0.25%;腐殖酸型保水剂处理(SAP),施用量为0.1%,不施用土壤改良剂作为对照(CK)。通过主成分分析法和最小数据集法筛选出相关指标,分别与对照处理(CK)进行对比,并进行综合评价。结果表明:土壤全氮、速效磷、β-1,4-葡萄糖苷酶、真菌Chao1指数、纤维素酶和细菌Chao1指数对土壤质量的影响较大;同时土壤改良剂的施用可以明显提高果园土壤质量。通过综合评价,发现不同改良剂改善土壤质量效果为:生物炭(BC)>保水剂(SAP)>枯草芽孢杆菌(PGBS)>胶质芽孢杆菌(PGBM)。综合考虑土壤质量和改良成本,保水剂在黄土高原山地果园土壤改良方面的适用性最好,若农林废弃物可资源化则生物炭在黄土高原土壤改良方面具有很大的应用潜力。

不同改良剂对旱地苹果园壤土团聚体和水分的影响

为对比研究植物根际促生菌(枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌)和苹果树枝生物炭的施加对黄土丘陵区山地苹果园粉质壤土团聚体含量、稳定性以及土壤水分的影响,采用田间定位试验,设置4个处理:施加65 t/hm^(2)生物炭(BC)、20 t/hm^(2)枯草芽孢杆菌(PGBS)、20 t/hm^(2)胶质芽孢杆菌(PGBM)和对照(CK)。湿筛法获得土壤各粒径团聚体含量,并计算水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和分形维数(D)。结果表明:BC、PGBS和PGBM处理有机碳含量(SOC)较CK提升18.04%~206.91%,全氮(TN)含量较CK提升6.11%~66.56%。分析表明,BC、PGBS和PGBM处理0—60 cm土层>0.25 mm团聚体含量显著增加;各处理分形维数D较CK均降低,MWD、GMD均高于对照CK,大小顺序为PGBS>PGBM>BC,施加改良剂可以增加土壤团聚体的稳定性。各处理0—60 cm土层土壤饱和导水率和土壤含水量均得到提升。施加生物炭和植物根际促生菌可以显著提升土壤有机碳和全氮含量,增强土壤结构稳定性,提升土壤含水量,生物炭处理对于土壤有机碳和全氮含量的提升优于植物根际促生菌,但植物根际促生菌施用对土壤结构稳定性的提升更佳。

不同改良剂对旱地苹果园温室气体排放的影响

为探讨不同土壤改良剂对黄土丘陵区旱地苹果(Malus pumila Mill)园温室气体排放的影响,设置空白对照(CK)、胶质芽孢杆菌(JZ)、枯草芽孢杆菌(KC)及生物炭(BC)4个处理,采用静态暗箱-气相色谱法监测温室气体(CH4、CO2和N2O)排放情况,并综合分析和评价不同土壤改良剂在旱地果园的固碳减排效果。结果表明:试验期内,CK、JZ、KC和BC平均土壤(0~25 cm)温度分别为17.4、17.5、17.7℃和16.9℃;表层(0~20 cm)土壤平均孔隙含水率(WFPS)分别为38.23%、45.66%、38.93%和44.46%,JZ和BC较CK处理显著增加了表层土壤水分(P<0.05)。JZ、KC和BC处理CH4吸收总量较CK处理分别减少15.4%、13.4%和28.4%;3种处理的CO2排放总量较CK处理分别减少0.06%、4.0%和28.8%,N2O排放总量较CK处理分别增加了-6.3%、7.2%和103.1%。整体上,3种改良剂中,生物炭在增加土壤水分含量和N2O排放,并减少CH4吸收和CO2排放方面的综合效果最突出。综合分析土壤水分和温度等环境因子对温室气体排放的影响,土壤温度与3种温室气体排放呈正相关,土壤水分与CO2、N2O排放呈负相关。因此,推荐旱地果园施加生物炭,以达到保水固碳效果。

不同土壤改良剂对盐渍化农田土壤改良及温室气体排放的影响

全球气候不断变暖已是不争的事实,而农田土壤所排放的温室气体为其做出了很大贡献,同时土壤盐渍化亦成为制约目前农田发展的重要颈瓶,为农田土壤盐渍化并同步缓解农田温室气体排放和发展可持续低碳农业,推进废弃物资源综合利用。本文选用秸秆生物炭、石膏、石膏+有机肥作为土壤改良剂,采用静态暗箱-气相色谱法对盐渍化农田土壤温室气体(CO2、CH4、N2O)进行原位采集,分析不同处理对土壤温室气体排放的影响,为抑制和降低农业领域温室气体的排放提供理论依据。本研究共设4个试验处理,即生物炭(DC)、石膏(DS)、石膏+有机肥(DSF)和空白(CK),每个处理设3个重复,同时辅以相同的灌溉与施肥措施。结果表明:各处理的CO2平均排放通量差异性显著(p<0.05),石膏对抑制CH4和N2O排放通量的效果最好。DC、DSF、CK处理温室气体排放强度(GHGI)差异性不显著,但与DS差异性显著。与对照相比,DSF、DC、DS温室气体排放强度(GHGI)均表现为降低趋势,分别降低了5.57%、16.77%、34.93%。施加生物炭和石膏对降低盐渍化土壤pH和EC有明显效果。盐渍化农田施加生物炭和石膏加有机肥可显著提高有机质、碱解氮、速效磷含量改善土壤理化性。综合分析各处理对温室气体指标的影响,石膏对抑制温室气体排放的效果最佳,生物炭效果次之。而对土壤改良效果生物炭较优。

无机吸附剂处理黄河水滴灌抗堵塞试验研究

为了解决黄河水滴灌中泥沙处理的问题,利用黄河泥沙配置出高、中、低3种含沙量水质的试验组,采用“水梦”无机吸附剂泥沙分离装置过滤3种水质进行滴灌堵塞模拟试验,监测水质变化情况并进行滴灌的抗堵性试验;观测2种滴灌带沿程流量变化规律、滴灌系统均匀度以及系统相对平均流量变化规律.结果表明:经“水梦”无机吸附剂泥沙分离装置处理后,不同含沙量下水体中的浊度及各类污染物指标得到明显降低,其中总氮、总磷、COD,BOD、浊度平均降低了23.9%,40.3%,47.0%,38.3%,97.8%.模拟大田滴灌进行8次灌水试验,依据2种滴灌带试验过程中灌水均匀度及灌水相对平均流量的变化情况可知,在实际使用过程中应采用流量更大、滴头类型为内镶贴片式的滴灌带.

不同灌溉方式下施用生物炭对土壤水盐运移规律及玉米水分利用效率的影响

【目的】研究不同灌溉方式下生物炭对土壤水盐运移特征、作物生长及水分利用效率的中长期综合影响效应,推荐适宜的灌溉方式和生物炭用量,为内蒙古河套灌区农田水资源高效利用及盐碱化耕地治理提供理论依据和技术支撑。【方法】以灌溉方式、玉米秸秆生物炭用量为二因素,设计完全随机区组田间小区试验,共设置6个处理,其中灌溉方式为地下水滴灌、地下水畦灌、黄河水畦灌,生物炭用量为0、30 t/hm^2。生物炭在2016年玉米播种前施入土壤表面并通过旋耕机混入土壤耕层,2017年和2018年不再施用生物炭。2018年玉米生长季考察并分析不同灌溉条件-生物炭耦合处理下的土壤水分动态、降盐效果、玉米产量、蒸散量和水分利用效率。【结果】地下水滴灌条件下,与未施加生物炭的处理相比,施加生物炭的脱盐量增加13.3%,作物蒸散量提高10.5%,水分利用效率6.0%,产量提高3.5%。而畦灌条件下,施用生物炭的处理的脱盐量增加5.0%,蒸散量提高1.3%,产量提高4.8%,水分利用效率增加3.1%。【结论】生物炭施用后的第3年仍能抑制不同灌溉方式下玉米农田0~100 cm土壤的盐分积累,提高作物水分利用效率,增加作物产量,相比而言,膜下滴灌下施用30 t/hm^2的生物炭的节水降盐增产效果更优。