开发利用土壤深层水资源的一种有效途径——“以肥调水”的大田试验研究

我国北方冬小麦生育期内干旱少雨,农业水资源紧缺,因此,由汛期降水形成的底墒,特别是土壤深层储藏的水分则成为小麦生长的重要水源之一。在中国气象局固城农业气象试验基地大型人工控制农田水分试验场,进行了提高底墒和土壤深层水分利用率,以肥促根觅水的旱作冬小麦田间试验。试验结果表明,施肥深度在20～40cm范围内,能明显促进冬小麦中、下层根系的生长发育,扩大作物觅取水分和养分的土壤空间,有效地吸收和利用储藏在土壤深层的水分,从而能充分发挥土壤水库的调控作用,提高小麦的产量和水分利用效率。

土壤深层供水对冬小麦干物质生产的影响

采用根系研究装置研究了土壤深层供水对冬小麦干物质生产的影响 .结果表明 ,上层低湿度下层高湿度的处理在小麦灌浆期仍然保持了较高的土壤和叶片含水量 ,具有发达的根系 ,特别是 1m以下的根量在 4个处理中为最高 ,旗叶和穗的干重也最大 ,具有最大的产量潜力 .本研究表明 ,上层土壤较干下层土壤湿润有利于发挥小麦根信号的积极作用 ,平衡水分利用 ,同时通过对土壤水分的合理调节可以促进深层根的发育 ,有利于提高产量和水分利用效率 .

玉米对土壤深层标记硝态氮的利用

采用将15N标记的硝态氮注射于土壤剖面110cm处的田间微区试验法,在施氮和不施氮两种条件下研究玉米对深层累积硝态氮的利用程度。结果表明,对于试验土壤在施氮和不施氮的条件下,玉米对注射于土壤剖面110cm处15N标记的硝态氮的回收率分别为11.9％和6.7％;土壤耕层施用氮肥促进了玉米中下层根系的发育,提高了对深层标记NO3--N的回收率;在偏旱气候年份,土壤深层110cm处标记的硝态氮没有发生明显向下迁移,仅以标记区域为中心向上和向下扩散了20cm左右。研究结果还表明,通过植物利用土壤深层累积NO3--N,避免硝态氮进一步向浅层地下水迁移具有一定的可行性。

土壤深层多点呼吸状态在线检测方法研究

针对土壤深层呼吸状态在线检测的复杂性问题,提出了一种土壤深层呼吸在线多点检测方法,设计并实现了在线监测系统。根据检测面积、土质、精度要求,把土壤区域划分为95个小块种植区,在各小区安装小型呼吸室对土壤3个不同深度(20,50,100cm)层面进行测量;最后,采用动态气室法实现在线检测。该系统通过PCI系统总线和RS232实现数据采集与实时控制,最终实现了土壤多点呼吸的在线检测。实验表明,该方法单点测量时间在8～12s之间,具有采集结果稳定可靠、多线程工作和无人值守等优点,实用性较高。

淮北地区夏玉米土壤深层耕作的意义及壮苗培育技术

阐述了夏玉米土壤深层耕作的意义,并从品种选择、种子处理、适期集中早播等方面总结了淮北地区壮苗培育技术,以促进淮北地区夏玉米的高产。

寺尔沟流域土壤深层储水的特征及利用状况

通过测定寺尔沟流域土壤深层存在的持久低湿层,分别就不同土地利用条件下的土壤水分状况进行测定分析,从土地资源合理利用的观点出发,提出在水资源有限的情况下,在有利于提高地力、改善生态环境的前提下,改变传统的撂荒制度,大力种草植树,推行粮草轮作,提高土地生产力的意见。

基于ANSYS/LS-DYNA的土槽土壤深层振实机设计

由于目前土槽土壤深层压实工作强度高、效率低,针对土槽深松试验深层土壤硬度要求,设计了一种土槽土壤深层振实机。在ANSYS/LS-DYNA环境下,建立了振实机—土壤有限元模型,对振实机压实土壤进行了动力学仿真。通过动力学仿真研究土壤压实过程中不同深度土壤的应力分布表明:振实机的深层压实效果优于光辊碾,为样机试制提供理论依据。

深层土壤硝态氮原位实时检测系统设计与开发

硝酸盐是植物氮素营养的重要来源,低成本、微损的深层土壤硝态氮含量原位检测一直存在瓶颈。基于土壤光谱特性,设计了一款低成本、深层土壤硝态氮原位实时检测系统。该系统基于单光谱波段,可深层植入土壤中进行原位测量,利用钛烧结滤芯采集土壤溶液,通过220 nm波段的紫外光灯作为照射光源,根据吸光度原理和电压电流转换放大电路,检测采集到的土壤溶液中硝态氮的含量,同时采用LoRa无线传输模块将数据自主传输至上位机,无需人工干预,无需对土壤样本进行采集和处理,不仅降低了检测成本,而且降低了人力成本。土壤硝态氮预测模型的预测决定系数R^(2)、相关系数R、均方根误差RMSE分别为0.9822、0.9911、0.0092,满足实际应用测量的准确度。

基于TRNSYS的中深层土壤源供暖系统运行特性分析

本文针对长春地区某居住建筑,利用TRNSYS软件建立中深层地埋管土壤源热泵系统仿真模型,模拟分析了热泵机组性能系数(简称COP)随地埋管深度和运行年数的变化趋势及岩土导热系数对地埋管出水温度的影响。结果表明,地埋管深度越深,COP随运行年数变化越小,系统运行越趋于稳定。当地埋管深度达到1800 m时,系统运行趋于稳定。在运行初始阶段,地埋管出水温度变化幅度较大。当运行达到750 h时,地埋管出水温度趋于稳定;当热储层岩体导热系数增加2 W/(m·℃),载热流体出口温度由34.1℃增至36.9℃,增加了8.21%,由此可见岩体导热系数对地埋管出水温度的影响显著。

长期连作茭白增加水田深层土壤有机碳的积累

为了解长期连作茭白后水稻土有机碳库及其组分的变化,选择了连续种植茭白时间分别为0(对照)、2~5、5~10、10~20、20~30、30~35 a等6组种植茭白前土壤类型相同的18块农田,通过挖掘标准土壤剖面采集0~20、20~40、40~60、60~80 cm分层土样,分析了土壤有机碳、不同稳定性有机碳组分和微生物生物量碳。结果表明:随着茭白种植时间的增加,土壤容重由上层至下逐渐下降;各土层中有机碳总量、高活性有机碳、中活性有机碳、低活性有机碳和惰性有机碳及微生物生物量碳均逐渐增加,增幅以20~40、40~60 cm等2个土层最为明显。同时,深层土壤中高活性有机碳比例呈现显著的增加,20~80 cm土层中有机碳总量及其各形态有机碳贮量占0~80 cm土层有机碳总量的比例逐渐增加,呈现有机碳向深层土壤积累的特点。分析认为,深耕、长期浸水及茭白生产过程田间人为频繁踩踏,导致土壤犁底层逐渐消失、软糊层形成是造成茭白田深层土壤有机碳快速积累、有机碳活性增加的主要原因。

小流域深层土壤水分分布状况及变化特征分析

以灯塔市叶河小流域为例,探讨了不同土层以及垂直、水平方向的土壤水分分布状况。结果表明:可以将土壤垂直方向上的水分变化划分成稳定层、规律变化层与活跃层,土壤含水量随坡度和耕地年限的增加逐渐减小,阳坡小于阴坡含水量,从高到低土壤含水量排序为农地>草地>灌木>乔木;水平方向上,从南到北、自东到西土壤水分逐渐减小,变化范围为6.18%~14.10%,这种分布格局是由小流域土壤特性、植被以及气候所决定的,整体分布比较稳定且持续时间更长;退耕年限、土地利用类型、坡向以及坡度对深层土壤水分的影响显著,可以为灯塔市生态修复和小流域治理提供参考依据。

秸秆富集深层还田对农田土壤质量影响的研究进展

我国农业生产面临秸秆数量不断增加和土地耕层浅、底层土壤紧实、肥力低下等突出问题。过去对农业用地的管理集中于表层土壤,直到近年来对深层土壤进行管理逐渐受到了学者的重视,也出现了各种创新的田间措施。秸秆富集深层还田就是一项新型高效的秸秆管理措施,在利用秸秆资源来改良土壤结构、培肥深层地力和提高作物产量等方面优势突出。该模式能够打破犁底层避免土壤压实、缓解微生物与作物争夺氮素、减轻秸秆还田对播种和出苗质量的负面影响,提升农田耕层土壤质量,实现秸秆资源的高质高效利用。秸秆富集深层还田为集约化农业生产提供了切实可行的秸秆田间处理和土地健康保育手段,对我国高质量农业发展具有现实意义。本文介绍了秸秆富集深层还田技术,归纳了秸秆富集深层还田的技术特点、研究进展和应用潜力,综述了秸秆深层还田对土壤容重、孔隙度、土壤水分、团聚体结构、养分、有机碳、盐分、微生物、酶活性和作物产量的影响及机制,并在此基础上提出了今后的研究重点,为进一步深入探究秸秆深层还田技术和耕地保育提供参考依据。

黄土高原旱作麦田深层土壤水利用与小麦产量及产量稳定性的关系

黄土高原是我国重要旱作农业区,冬小麦是该地区重要的粮食作物之一,如何进一步提高旱作小麦产量并降低由干旱缺水引起的产量波动是该区域未来小麦生产亟待解决的重要问题。由于黄土高原地区冬小麦生育期和降水季节不匹配,土壤水的利用对该区域小麦生产至关重要。基于黄土高原地区以往研究数据,分析表明当前冬小麦产量水平下土壤水利用并不充分;进一步分析表明,1~2 m深层土壤水残留量和产量高度相关,即在冬小麦收获期,当1~2 m深层土壤中有效水残留量为100~130 mm时,冬小麦产量为2640~4920 kg·hm^(-2),而当残留量减少至30~70 mm时,其产量可显著提高至5250~6576 kg·hm^(-2);此外,加强深层土壤水利用亦可显著提高高产概率。统计结果表明,在可用水量为666~766 mm(播前0~2 m土层储水量与生育期降水量之和)条件下,收获时如果1~2 m深层土壤水残留量从270~210 mm降低至150~90 mm时,小麦产量高于4000 kg·hm^(-2)和5000 kg·hm^(-2)的概率可分别从6%提高至92%、1%提高至66%;在可用水量大于766 mm条件下,小麦产量高于5000 kg·hm^(-2)和6000 kg·hm^(-2)的概率可分别从14%提高至99%、1%提高至41%。进一步讨论了如何通过品种和农艺措施的选用来提高小麦对深层土壤水的利用,基于实际研究案例印证了在该区域可通过优化农艺措施增加深层水利用从而提高产量和水分利用效率的可行性。

半干旱区深层土壤CO_(2)浓度对降雨事件的响应

降雨是干旱半干旱地区土壤CO_(2)产生、传输或扩散的重要影响因素,并进一步影响土壤和大气中的CO_(2)浓度。目前大量研究集中在地表CO_(2)通量变化与降雨的关系,深层土壤有机碳储量巨大,但深层土壤CO_(2)浓度变化对降雨事件的响应机制尚不清楚。本研究通过对10 cm、50 cm和100 cm处土壤CO_(2)浓度进行原位连续监测,分析不同深度土壤CO_(2)浓度对降雨事件的响应过程及其影响因素。结果表明:试验期间,78%的降雨事件能迅速引起10 cm处土壤CO_(2)浓度发生改变,且随着降雨量增大,土壤CO_(2)浓度发生变化的深度逐渐增加。当降雨量在10~25 mm时,50 cm处土壤CO_(2)浓度在91 h后降低;降雨量>25 mm时,100 cm处土壤CO_(2)浓度在121 h后降低。当土壤由干变湿时,降雨量>25 mm的降雨事件促进10 cm处土壤CO_(2)浓度升高30%后开始降低,而50 cm和100 cm处土壤CO_(2)浓度随水分升高分别降低16.3%和10.9%。在半干旱区,当土壤含水量较低时,降雨可以对10 cm处土壤CO_(2)浓度变化产生短暂的正激发效应,而深层土壤含水量往往高于田间持水量,水分升高会导致该处土壤CO_(2)浓度降低。降雨对不同深度土壤CO_(2)浓度变化的影响存在差异,这在很大程度上取决于土壤含水量状况。

基于文献计量的近25年深层土壤碳循环研究进展分析

土壤深层碳库巨大,在全球碳循环中具有重要作用。为了深入理解深层土壤碳循环,分析深层土壤为主题的全球土壤碳循环研究的热点与前沿,以Web of Science核心合集为数据库,获取近25年以深层土壤为主题词的土壤碳循环研究文献(280篇)。通过文献计量方法,分别对年文献发表量、研究区分布、研究主题热点等进行了统计与可视化分析。结果表明:(1)1995-2020年间,以深层土壤为主题词对土壤碳循环研究的发文数量逐渐增长,尤其是2010-2020年期间;(2)不同研究主题对深层土壤的定义不同,其中以土壤碳储量为主题的研究对深层土壤的定义深度最深,52.2%的文献对深层土壤定义深度超过60 cm;(3)农林、环境科学、土壤科学和生态学是深层土壤碳循环研究的主要领域;(4)研究热点主要集中在环境因素和土地利用变化对土壤碳储量、碳稳定性及碳剖面垂直变化的影响方面;(5)近几年,研究主题逐渐向微生物群落、激发效应、碳组分、碳稳定性等转变,研究对象扩展到了北极永久冻土。

采煤沉陷区深层土壤物理性质时空变化研究

为了研究深层土壤容重、孔隙度以及含水率时空变化,基于榆神府矿区纳林河二号矿采煤沉陷区实测数据,研究了0~10m深度的土壤含水率及土壤容重、孔隙度的时空变化规律。结果表明,随着采煤沉陷区形成时间的推移,土壤容重逐渐减小,孔隙度逐渐增加,土壤含水率有所恢复。在空间分布上,拉伸区土壤容重低于盆底区,土壤孔隙度高于盆底区,说明采煤沉陷对拉伸区地表结构的影响更为明显且持久;拉伸区土壤含水率变化小于盆底区,纵深方向上0~2m土壤含水率主要受采煤地裂缝影响,6~10m主要受地下水变化影响,中间为过渡地带,土壤含水率相对稳定。

氯代烃污染深层土壤细菌群落结构及组装机制

为研究氯代烃污染土壤中细菌群落结构特征和组装机制,在某氯代烃污染场地不同污染区域采集2~10m范围内非饱和带土壤,基于高通量测序技术分析了细菌群落结构,揭示了群落结构变化的主要驱动因子、环境影响因子及组装机制.结果表明:轻污染区细菌群落结构变化的主要驱动因子是土壤类型,β多样性主要受物种替换影响,贡献度为53.9%,群落组成与水溶性硫酸盐(R=0.61,P=0.0002)和总有机碳含量(R=0.42,P=0.0005)显著相关;重污染区细菌群落结构变化的主要驱动因子是污染程度,β多样性主要受丰富度差异影响,贡献度为52.9%,群落组成与三氯乙烯(R=0.17,P=0.0425)、三氯甲烷(R=0.22,P=0.0375)、水溶性硫酸盐(R=0.36,P=0.0074)、总有机碳(R=0.29,P=0.0168)、全氮(R=0.20,P=0.0130)含量显著相关.氯代烃胁迫降低了大多数物种的生态位宽度和生态位重叠指数,但适应性物种除外,最终导致变形菌门(Proteobacteria)的丰度增加,放线菌门(Actinobacteriota)、厚壁菌门(Firmicutes)和绿弯菌门(Chloroflexi)丰度出现降低.在污染物浓度较低时,菌群组装以随机性过程为主,贡献度为65.6%,污染物较高时,随机性过程下降为27.7%,组装由确定性过程主导.

土壤碳氮磷和酶化学计量特征对原始林转换的响应

为了解区域典型农林用地土壤碳、氮、磷、胞外酶生态化学计量特征,采用时空代换法研究湘西北本底一致、土地利用史清晰的常绿阔叶原始林及其转换而来的人工林地、果园、坡耕地和水田0~40 cm土层中有机碳含量、全氮含量、全磷含量、胞外酶活性、计量比值及其与活性碳、氮、磷组分的关系。结果表明,与原始林相比,果园和坡耕地土壤有机碳、全氮、全磷含量的降幅(40%~79%)较高,且深层土壤(20~40 cm)和表土(0~20 cm)的降幅类似,表明原始林转换为果园、坡耕地不利于深层土壤有机碳和养分的保存。果园、坡耕地、水田和原始林土壤碳、氮、磷含量的比值无显著差异。杉木人工林土壤碳、氮、磷含量比值较原始林高60%~124%,说明人工林土壤存在较强的氮、磷素共同限制作用。与原始林相比,土地利用方式转换后,土壤胞外酶活性降低18%~64%;果园和坡耕地表土碳磷获取酶计量比(E_(C/P))也显著降低,而深层土壤E_(C/P)显著升高。土壤中碳含量、氮含量、磷含量、酶活性及其计量比值与活性碳、氮、磷组分含量显著相关。原始林转换导致表土和深层土壤中的碳含量、氮含量、磷含量、胞外酶活性大幅下降,微生物底物有效性降低,表明土壤质量/健康退化。土壤碳、氮、磷含量计量比和酶计量比值对原始林转换的响应较弱,对土壤健康的指示作用有待进一步探索。

福建省典型亚热带森林土壤细菌群落结构特征

识别亚热带典型森林土壤细菌的群落特征有助于深入理解植被-微生物-土壤间的相互作用。研究采集马尾松纯林,阔叶混交林、马尾松阔叶混交林和天然次生林的土壤样品,通过扩增子测序测定细菌的群落特征。结果表明,酸杆菌门、变形菌门、浮霉菌门和绿弯菌门为优势的细菌类群。细菌的Shannon多样性指数和群落组成在不同森林类型中差异显著。此外,土壤pH值和养分含量显著影响优势细菌类群和alpha多样性。研究表明,纯林的近自然修复通过影响土壤的pH值和养分来调节土壤细菌群落组成,可为亚热带森林可持续管理提供科学支撑。

膜下滴灌下土壤深层水分对棉花根系生理及叶片光合特性的调节效应

在新疆气候生态条件下,以土柱栽培棉花(新陆早13号)为试材,通过人工改变播种前60cm以下土壤含水量,设计有深层水和无深层水处理,并采用膜下滴灌控制生育期间耕层土壤含水量[分别为田间相对持水量的70%(±5%)和55%(±5%)],探讨土壤深层水分对棉花根系生理及叶片光合特性的影响.结果表明:深层水增强了棉花根系SOD活性和根系活力,提高了植株对土壤深层水的利用率,提高了叶片水势、叶绿素含量、净光合速率和植株光合物质累积量,最终获得了较高的产量和水分利用效率.在有深层水条件下,棉花生育期间耕层水分为55%处理的中下层根系衰老慢、根系活力增强,在一定程度上弥补了生育期间水分亏缺对叶片光合功能的负面效应,但其产量仍显著低于70%处理,而水分利用效率与70%处理无明显差异.因此,在膜下滴灌棉花水分管理中,播种前应重视冬春储备灌,增加土壤深层的贮水量,并通过协调关键栽培技术、适度减少滴水量或延长滴水周期,充分挖掘膜下滴灌节水增产潜力.