有机物料改良土壤结构及其定量化研究方法综述

【目的】秸秆、有机肥、生物炭等众多有机物料被广泛应用于农业实际生产之中,改良土壤结构是其主要效用之一。在此基础上,定量评价改良效果成为当前国内外的研究热点。【方法】本文针对不同有机物料对土壤结构的改良效应及其定量化评价方法进行了归纳和评述。【结果】在低温干旱地带,有机肥和聚丙烯酰胺对土壤结构的改良效果较好;在气候多变以及高温潮湿地区,秸秆的改良效果更优;生物炭适用于改良粗质土壤结构;木本泥炭适用于改良细质土壤结构;为多尺度、定量化地评价有机改良剂对土壤结构特性的影响,土壤原状结构的无损获取技术以及相对应的数字图像处理方法成了当下和未来的主要研究手段。【结论】在今后的研究中应当根据土壤的理化性质合理选择改良物料,通过多学科交叉对各尺度的土壤物理结构进行优化,对未来研究土壤结构的新方法等作了展望。

新疆棉田地膜残留对棉花产量及土壤理化性质的影响

为了探讨地膜残留对棉花产量的影响,该文在全面调查新疆北疆短绒棉主栽区地膜残留状况的基础上,根据地膜残留趋势,人工设置地膜残留密度梯度(0、250、500、1000、1500、2000kg/hm2),选择新陆早33号(发达根系)和新陆早13号(不发达根系)2个棉花主栽品种,研究了地膜残留对棉花产量性状和土壤理化性质的影响。结果表明,随着地膜残留密度的升高,2个品种产量和成苗率均呈下降趋势,新陆早13号减产趋势更加明显,早熟度明显提前。如果按照现有的地膜残留趋势,则覆膜68a左右,即现在往后38a,残膜密度将达到1000kg/hm2,新陆早33号和新陆早13号产量分别下降18.1%、13.5%,成苗率分别下降8.4%、16.5%,早熟度分别上升17.0%、26.7%。当残膜密度为2000kg/hm2(覆膜141a左右)时,新陆早33号和新陆早13号产量分别下降38.3%、45.2%,成苗率分别下降13.0%、21.1%,早熟度分别上升32.2%、27.7%;生物量、根冠比和根系表面积等生长指标都与没有残膜下生长的棉株存在显著差异。地膜残留可导致土壤理化性质恶化,水分分布不均,土壤营养下降。其中在残膜密度为2000kg/hm2时,碱解氮、速效磷分别下降55.0%、60.3%。研究表明新疆地膜残留对棉花产量和土地产生明显影响,如不及时采取措施,将严重危害棉花可持续发展与土地的可持续利用,必须引起足够重视。同时发现,应用、培育发达根系的棉花品种可以一定程度上缓解地膜残留对产量的不利影响。

生物炭与氮肥配施改善土壤团聚体结构提高红枣产量

探讨花生壳生物炭配施氮肥对华北平原枣区土壤机械稳定性和水稳性团聚体的分布、稳定性及红枣产量的影响,阐明土壤和枣树对生物炭与氮肥培肥效果的响应,为枣区土壤结构改良和合理培肥制度建立科学依据。通过3 a(2013—2015)田间定位试验,设置生物炭用量4个水平(0,2.5,5和10 t/hm2)、氮肥用量3个水平(300,450和600 kg/hm2),利用干、湿筛法得到不同粒级的土壤团聚体含量。结果表明:与对照相比,生物炭与氮肥配施对机械稳定性团聚体的平均质量直径(MWD,mean weight diameter)、几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)和>0.25 mm大团聚体质量分数无显著影响,但>0.25 mm水稳性大团聚体含量则显著提高20.7%,水稳性团聚体的MWD和GMD较对照分别显著增加29.2%和27.2%。同时,各配施处理降低了土壤团聚体破坏率,最大降幅为27.1%。与对照相比,中、高用量的生物炭与氮肥配施显著提高土壤有机碳含量,且有机碳含量与MWD和GMD均达到了显著水平(P<0.05)。生物炭施入土壤1 a后,随试验时间的推移,与氮肥的培肥效果越来越明显,红枣产量呈上升趋势。综合分析认为,生物炭与氮肥配施对枣区土壤水稳性大团聚体的形成、土壤结构及稳定性提升效果显著,有利于缓解枣区土壤质量退化问题和提高红枣产量。

种植年限对果园土壤团聚体分布与稳定性的影响

用干筛法和湿筛法研究了延边地区典型地域不同种植年限果园土壤团聚体的分布特征及其稳定性。结果表明：果园土壤〉10mm大团聚体含量和0．25～10mm团聚体含量均随着种植年限显著增加，年增长分别为1．28％，0．078％；种植60年时0．25～10mm粒级体所占比例由荒地的80．92％增加到88．10％，分形维数随种植年限延长而减小，而明显小于荒地土壤，减小幅度为7．73％。土壤平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）呈现逐年增大，年增长分别为0．76％，1．10％。〉0．25mm水稳性团聚体含量随着种植年限逐年增加，种植60年时，较荒地增加44．31％，年均增长0．74％；水稳性团聚体的分形维数逐年减小趋势，种植60年时较荒地下降4．65％；水稳性MWD与GMD均明显大于荒地，且随着种植年限的增加而逐年增大，GMD在种植60年时较荒地增加63．71％；可蚀性K值随着种植年限延长逐年减小，种植60年时较荒地减小25．05％。果园土壤〉5mm，〉1mm，〉0．5mm，〉0．25mm粒级的团聚体破坏率均大于荒地；〉0．25mm团聚体破坏率逐年减小，种植60年时的团聚体破坏率较荒地减小36．55％，果园土壤容重随着种植年限的延长逐年减小，种植60年时较荒地下降14．29％。果园土壤结构随种植年限增加日趋稳定，增强了抗侵蚀能力。

免耕法对土壤结构影响的研究

通过对江苏省5大农区5个点连续免耕两年后土壤容重收缩性能和破碎强度的测定，结果表明：免耕能改善土壤结构和土壤排水通气状况。体变率与土壤＜0．01mm的物理性粘粒和＜0．001粘粒含量相关密切；常耕与免耕破碎强度的差值也与粘粒含量有一定的相关。因此，对土壤粘粒含量较高的土壤更不能烂耕烂种和过多的水旋水耙。

基于粒度对比法的坝上农田风蚀与粉尘释放量估算

为了计算当前年内的农田风蚀量,该研究利用农田耕作层土壤粒度组成较均一,风蚀使表层可蚀性颗粒减少,不可蚀颗粒含量相对增加这一特点,通过比较一个风蚀季结束后,农田耕作层表层与下层可蚀性颗粒与不可蚀颗粒相对含量的变化,提出了一种估算当前年内土壤风蚀量和粉尘释放量的方法,并给出了风蚀量与粉尘释放量的计算公式。利用此方法对河北坝上地区主要农田类型土壤风蚀量和粉尘释放量进行计算。计算结果表明,2013年研究区农田风蚀量为960-5 700 g/（m2·a）,平均为2 852.14 g/（m2·a）,平均风蚀深度为0.21 cm/a,从强度上划分属于重度风蚀。农田平均粉尘释放量为768.16 g/（m2·a）,约占农田平均风蚀量的29.00%。粉尘释放量与风蚀量之间有显著的线性相关关系,翻耕耙平地的风蚀量和粉尘释放量显著大于留茬地。该方法的估算结果与前人采用其他方法得到的结果以及实地观测得到的结果基本吻合。

土壤质量研究进展与方向

本文在简要介绍和分析土壤质量的概念及其与持续农业的关系、土壤质量的评价方法、土壤质量变化和土壤退化的动因、危害及动态监测方法等方面的最新国际研究进展的基础上，对我国今后土壤质量研究工作的方向和重点领域提出了建议。

红壤性水稻土无机肥连施与土壤结构特性的研究

良好的土壤物理环境,是农业高产稳产的基础。通过9年定位研究阐明,红壤性水稻土无机肥连施特别是偏施,随着有机和无机胶结物质的数量减少,土壤结构性遭受破坏,容重增值,孔隙度降低,水稳性结构破坏率提高,微团聚体分数系数上升,致使土壤紧实,耕性变坏,土壤肥力衰退。无机肥与有机肥配合施用能有效地提高作物产量,改善土壤物理环境,为建立优化施肥结构展示了良好前景。

不同灌溉方式对棉田土壤物理性质的影响

以新疆生产建设兵团125团滴灌、沟灌、漫灌的棉田土壤为研究对象,分别测定不同灌溉方式棉田土壤的比重、容重、孔隙度以及团聚体结构和机械组成等物理性状。结果表明:棉田不同灌溉方式对其土壤各种物理性状产生了不同程度的影响。比重、容重表现为漫灌>沟灌>滴灌,而孔隙度则反之;土壤团聚体中粒径小于0.25 mm的微团聚体占了较大比重,良好结构团聚体的含量表现为滴灌>沟灌>漫灌,而微团聚体则相反;土壤机械组成中砂粒的含量占了较大比重,而砾石没有,砂粒、粉粒的含量均表现为漫灌>沟灌>滴灌,而粘粒则表现相反。

咸水滴灌下沙漠公路防护林土壤理化性质的变化

对塔克拉玛干沙漠腹地防护林地下咸水滴灌下0-30 cm各层风沙土的理化性质进行了测定。结果表明, 咸水滴灌下, 土壤结皮层枯枝落叶量随防护林定植年限的增加而增加；土壤结皮层、0-5 cm、5-15 cm和15-30 cm土层土壤紧实度随防护林定植年限的增加而不断减小, 土壤有机质含量均随防护林定植年限增加而增加且自表层向下层逐渐减少, 土壤全盐量随防护林定植年限增加而逐渐降低且由表层向下层逐渐减少；结皮层各离子含量均随防护林定植年限增加而逐渐降低, 而0-5 cm、5-15 cm和15-30 cm土层各离子含量均随防护林定植年限增加而逐渐增加；结皮层、5-15 cm和15-30 cm土层土壤pH均随防护林定植年限增加而逐渐降低, 而0-5 cm土层pH随防护林定植年限增加而升高。

全生物可降解地膜的土壤环境效应研究——以玉溪市为例

【目的】针对我国农业生产过程中,农用地膜大规模使用带来的环境问题,通过运用可降解地膜进行田间实验,研究可降解地膜的土壤环境效应,为可降解地膜的推广使用提供理论依据。【方法】通过在试验核心区进行三种厚度(0.006 mm、0.008 mm、0.01 mm)的可降解地膜布设,同时设置普通PE地膜和不覆膜试验区作为对照,对比在相同的气候、栽培条件下,不同类型的膜的降解情况,其所生长的烟叶情况,及其所覆盖土壤产生的环境效应,进行对比研究。【结果】(1)核心区所采用的地膜均有良好的保温保水效果。(2)通过全生物可降解地膜的降解情况可以看出,不同厚度的可降解地膜在试验区均可以在作物收获前保持完整。(3)可降解地膜的覆盖对作物的产量具有一定的增益效果。【结论】全生物可降解地膜在实验区域内可以取得良好的效果,对作物的生长发育具有增益作用,其中以0.008 mm厚度的全生物可降解地膜效果最为明显,为全生物可降解地膜的推广提供了良好的理论依据。

改进粒度对比法估算单次农田风蚀量

为了定量估算单次大风蚀事件的土壤风蚀量，该研究采用改进的粒度对比法对2014年春季一次大风蚀事件的农田风蚀量进行了估算。结果表明，在这次风蚀事件中，研究区农田风蚀量在0.35×10^6～4.11×10^6 kg/km2之间，平均为1.30×10^6 kg/km2，平均风蚀厚度0.9 mm。各采样点的风蚀量存在较大差距，翻耕耙平地的风蚀量显著大于莜麦留茬地，是莜麦留茬地风蚀量的2.85倍。这次风蚀事件使研究区2014年农田风蚀量增加了1倍,可见大风蚀事件对农田风蚀量的影响较大，一次风蚀事件产生的风蚀量可能超过多次小风蚀事件的总和。改进后的粒度对比法具有多方面的优势，取样厚度稍有变化，不可风蚀颗粒物的粒径取值范围稍有变化，都不会对公式计算结果造成显著影响。该方法方便快捷，操作简单，适用于地面平坦、不可风蚀物含量较高的农田上大风蚀事件风蚀量的估算。该研究在区域农田土壤风蚀评价和风蚀模型验证方面具有较好的应用前景。

连续两年秸秆还田与不同耕作方式对直播稻田土壤理化性质的影响

为了改善秸秆大面积焚烧现状、实现农业的可持续发展，采用大田试验研究了稻麦两熟制不同耕作方式与连续秸秆还田对直播稻田土壤结构和养分含量连续变化的影响。结果表明，秸秆还田能够显著降低土壤容重，土壤耕作方式对土壤容重变化也有影响；秸秆还田可以显著增加土壤有机质含量、土壤全氮含量以及0-7cm土层速效磷含量，耕作方式对土壤有机质含量、土壤全氮含量影响显著，但是对土壤速效磷含量影响不显著。

生物活性肥配方筛选及其对土壤理化性质和玉米经济效益的影响

选择甘肃省河西走廊淡漠土区连续种植制种玉米12a的试验地,采用田间试验方法,研究了生物活性肥配方的筛选及其对土壤理化性质和玉米经济效益的影响。结果表明,生物活性肥配方最佳组合为:功能性改土剂0.12t,生物菌肥0.09t,多元复混肥1.20t。生物活性肥施用量与土壤总孔隙度、团聚体、持水量、玉米植物学性状、经济性状和产量呈显著的正相关关系,与土壤容重、pH值呈显著的负相关关系。经回归统计分析,生物活性肥施用量与玉米产量间的肥料效应可用二次函数拟合,经济效益最佳施用量为1.80t/hm2,玉米的理论产量为6 597.24kg/hm2。

不同农业措施对土壤持水特征的影响及其保水作用

本试验讨沧了容重及粒径大小对土壤持水性的影响,并对各种物料处理(或措施)的保水效果及其对土壤持水特征的影响进行了探讨。结果表明:随着容重的增大,土壤的透气和饱和导水率迅速下降;水分饱和时的土壤重量含水量(W％)因容重的增大而减少,但随着土壤水势的降低,W％不受容重所影响。<0.3mm和1～0.3mm的较小粒径土粒的持水量在高土壤水势范围内往往较大颗粒持水量为高;然而,随着土壤水势的下降(<-30kPa),较小土粒失水较快,较大土粒的持水量相对较高。保水剂和粪对土壤水的保持具有良好作用,当水势ψ>-200kPa,重量含水量W％>16％,保水剂和牛粪分别可使W％提高1.4％～9.9％和0.8％～2.5％。化肥在ψ>-50kPa,W％>19％时同样可提高土壤的持水能力(W％提高0.8％～3.0％)。土壤结构剂、秸秆时土壤持水特征曲线的影响范围较窄,在土壤水势较高的情况下才显示其保水效果。

前期含水量对机械压实后黑土团聚体特征的影响

以东北典型黑土区耕地土壤为研究对象,通过对不同前期含水量下机械碾压处理后土壤干筛团聚体和水稳性团聚体粒级分布、破坏率(PAD0.25)、分形维数(D)、平均重量直径(MWD)、平均重量比表面积(MWSSA)等特征指标的测定和分析,对比研究了干湿处理条件下模拟机械作业过程中土壤团聚体特征的变化。结果表明:黑土耕作区0～30 cm范围内团聚体组成上干筛团聚体以>2 mm粒级的团聚体比例最高,而水稳性团聚体则随着粒级的减小,比例逐渐增加。不同前期土壤含水量能够对机械压实黑土的团聚体组成分布、分形等特征产生影响,低含水量时,机械碾压在一定程度上能够促进土壤团聚体的团聚,但同等负荷下多次积累压实会削弱土壤的水稳定性和机械稳定性;而在高含水量时,机械碾压相对更易对黑土团聚体产生负效应,加剧破坏、抑制团聚,降低其水稳定性和机械稳定性。同时发现,MWSSA与其他常用团聚体特征值PA0.25、MWD、D、PAD0.25的线性关系达到了极显著水平,说明MWSSA同样可以作为分析和研究土壤团聚体特征的有效指标。研究结果可为科学指导大机械作业提供理论依据。

不同耕作措施对旱作农田土壤水稳性团聚体稳定性的影响

为了探明陇中黄土高原旱作农田土壤水稳性团聚体崩解机制,以连续进行15年的不同耕作措施长期定位试验为研究对象,利用LB湿筛法(快速湿润法、慢速湿润法和预湿润后扰动法)和传统湿筛法探索了传统耕作(T)、传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕(NT)、免耕+秸秆覆盖(NTS)4种耕作措施对陇中黄土高原旱作农田土壤水稳性团聚体稳定性的影响及其破坏机制。结果表明:不同耕作措施下,4种湿筛法处理后,<0.25 mm非水稳性团聚体含量排序为:传统湿筛法>快速湿润法>预湿润后扰动法>慢速湿润法;4种湿筛法处理后,团聚体平均重量直径排序为:慢速湿润法>预湿润后扰动法>快速湿润法>传统湿筛法;不同耕作措施下,土壤团聚体相对崩解指数高于相对机械破坏指数。不同湿筛法处理后,在0~5 cm和5~10 cm土层均以NTS的水稳性团聚体含量和平均重量直径最高,且NTS处理的平均重量直径显著(P≤5%)高于NT和T处理;而10~30 cm土层,TS处理的水稳性团聚体含量和平均重量直径最高,且显著高于T处理的平均重量直径,但与NTS处理的平均重量直径无显著差异。不同耕作措施下的团聚体崩解指数和机械破坏指数均以T处理最高,NT次之,NTS处理最低。秸秆对0~5cm、5~10 cm、10~30 cm土层的团聚体崩解指数和机械破坏指数的降低均具有显著效应,而免耕仅在0~5 cm土层具有显著效应。因此,该区水稳性团聚体分散主要是由于水分入渗而引起的,且快速湿润时的破坏最大;同时,NTS处理可有效提升土壤水稳性团聚体稳定性,更有利于该区农田水土保持。

沼渣的改土作用及其对稻麦产量和品质影响的研究

五年定位试验(1986～1990)结果表明,沼肥与化肥(氮)配合施用,明显地改善了土壤胶体的品质、增加了复合胶体的数量。随着沼肥用量增加,原土有机碳、原土复合量、复合体腐殖质松紧比及土壤全氮均显著增加,土壤容重降低,总孔隙增加,固相减少,气相增加,土壤物理性状改善,稻麦产量和品质提高。单施沼肥的增产及培肥地力效果优于单施等氮量化肥,而二者配合施用优于分别施用。研究提出了稻麦配合施用沼肥与化肥(氮)的数学模式。

农田氮素淋失研究进展

本文概述了农田氮素淋失的研究进展。指出了氮素淋失的农学和环境学意义，描述了氮素迁移过程和机理，介绍了主要的模拟模型。对气候、土壤、作物和肥料等影响氮素淋失的主要因素进行了详细的分析和比较。介绍了氮素淋失的研究方法和技术及其工作难点。最后从“农业最佳管理措施”的高度提出了防止氮素淋失的对策，并提出了氮素淋失研究未来的工作重点。

地膜覆盖栽培的土壤结构与空气状况研究

在玉米生育期内测定了０～１００ｃｍ土层土壤空气组成、土壤通气状况的呼吸强度．结果表明，裸地上壤空气中ＣＯ２浓度为０．１％～１．６％，覆膜处理为０．２～１．８％，平均比对照高３２．３９％，尚在作物生长适宜范围内．土壤Ｏ２含量与ＣＯ２浓度变化成负相关（裸地ｒ＝０．９２，地膜ｒ＝０．７９），裸地的Ｏ２浓度变化范围为１３％～１８％，覆膜上红为１１％～１７％，覆膜低于裸地４．９６％．Ｎ２含量差异不显著．土壤呼吸强度与土壤深度呈幂函数关系，０～２０ｃｍ耕层内，覆膜土壤明显高于裸地．覆膜对土壤结构有明显影响，与裸地相比，大团聚体（＞０．２５ｍｍ）和０．０１～０．００１ｍｍ粒级微团聚体含量减少，表层０～１０ｃｍ土壤总孔隙度、气相率和通气孔隙度分别增加９．９３％、２４．５６％和３２．３０％．