稻草和紫云英协同还田下钾肥施用量对水稻产量及土壤供钾能力的影响

[目的]水稻生产对钾素的需求量大,研究稻草和紫云英协同还田条件下不同施肥处理对水稻产量和土壤钾素形态变化的影响,旨在保障我国南方水稻的高产和土壤钾素高效利用。[方法]不同轮作模式钾肥定位试验位于中国农业科学院红壤实验站内(始于2016年)。试验处理包括不施肥和冬闲(CK)、氮磷钾肥和冬闲(F)、氮磷钾肥和冬种紫云英(CM)、氮磷钾肥配合稻草还田和冬种紫云英(RCM)、氮磷减钾50%配合稻草还田和冬种紫云英(50%KRCM)。在试验第3年(2019年)于水稻收获后调查分析水稻产量和钾素含量,以及耕层土壤中速效钾和缓效钾含量,计算水稻钾素吸收量、钾素生理效率和钾素表观平衡,并进一步探讨水稻产量和钾素各指标之间的相关性。[结果]与CK处理相比,紫云英轮作显著提高水稻年产量,增幅以RCM、50%KRCM较高,分别为59.4%和59.7%。两者协同还田和紫云英单独还田均可显著提高有效穗数,相比化肥冬闲处理(F),增幅为53.1%~63.3%,在稻草和紫云英协同还田下,减钾对水稻产量构成因素的影响不明显。和F处理相比,RCM、50%KRCM处理显著提高了土壤速效钾和缓效钾含量,增幅分别为87.6%、41.1%和14.0%、12.1%,紫云英单独还田(CM)可显著提高土壤速效钾含量,对缓效钾含量的影响不显著。与RCM处理相比,50%KRCM处理的土壤速效钾含量显著降低了24.8%,缓效钾含量没有显著变化。和CK处理相比,RCM处理显著提高了稻谷含钾量,增幅为6.7%,4个施肥处理均显著提高了稻草和稻谷吸钾量,钾素表观平衡均表现为盈余,RCM和50%KRCM处理的钾素盈余量高于CM处理,但50%KRCM处理的钾素盈余量比RCM处理降低了119.7 kg/(hm^(2)·a)。钾素盈余量与土壤速效钾含量变化呈显著正相关,钾素盈余量每增加1 kg/(hm^(2)·a),土壤速效钾含量提高0.25 mg/kg。施肥降低了钾素生理效率,CM、RCM和F处理的钾素生理效率比CK降低了10.3%~15.5%。土壤速效钾含量、植株总吸钾量、钾素表观平衡和水稻产量之间均显著正相关,植株总吸钾量每增加1 kg/hm^(2),水稻产量提高30.5 kg/hm^(2),钾素表观平衡每增加1 kg/(hm^(2)·a),水稻产量提高9.5 kg/hm^(2)。[结论]稻草和紫云英协同还田可增加水稻有效穗数进而提高稻谷产量,增加钾素盈余量可提高土壤速效钾和缓效钾含量,两者协同还田提升水稻产量和土壤供钾能力的作用优于紫云英单独还田。稻草和紫云英协同还田条件下减少钾肥施用量,显著降低钾素盈余量,但没有降低土壤钾素的供应能力,因此,可适当减少钾肥的施用量。

长期不同秸秆还田措施对土壤供磷能力的影响

研究潮土区冬小麦-夏玉米轮作体系下长期不同秸秆还田措施对土壤磷素吸附解吸特性的影响,以期为提高该地区土壤供磷能力提供理论依据。依托山东禹城长期定位试验(始于2007年),研究了秸秆不还田(CK)、小麦秸秆单季还田(W)、玉米秸秆单季还田(M)和小麦玉米秸秆双季还田(D)4个处理对土壤有效磷含量和土壤磷吸附解吸特性的影响。结果发现,与CK相比,3种秸秆还田均显著提高了土壤有效磷含量,W、M和D处理有效磷含量分别增加了47.5%、15.4%和12.2%,而土壤交换性钙含量分别降低了49.1%、30.5%和31.7%。不同秸秆还田措施均对潮土磷吸附特征产生了影响:与CK相比,秸秆还田处理均能显著降低土壤对磷的吸附,W、M和D处理土壤磷平均吸附量分别下降了10.7%、7.5%和5.1%;单季秸秆还田处理W的土壤最大吸磷量(Q_(m))显著低于CK处理,但M和D处理土壤Q_(m)与CK没有显著差异;秸秆还田处理的磷吸附饱和度(DPS)均有所增加,但仅单季秸秆还田处理(W和M处理)的磷吸附饱和度显著高于CK。3种秸秆还田处理均显著提高了土壤磷解吸能力,各处理土壤磷解吸率表现为W>D≈M>CK,而秸秆还田处理均显著降低了土壤磷解吸滞后系数(HI),规律表现为CK>D≈M>W。相关性分析结果显示,土壤交换性钙含量与土壤磷吸附解吸能力显著相关。以上结果说明,在石灰性潮土中,单季和双季秸秆还田均能减少土壤对磷的吸附及增加其对磷的解吸能力,从而提升土壤供磷能力,且小麦单季秸秆还田效果优于其他两个秸秆还田处理。降低土壤中交换性钙对磷的固定可能是秸秆还田提高土壤磷有效性的重要途径。

柑橘园地土壤分离能力对集中流水力学参数的响应

[目的]探究三峡库区典型坡地橘园土壤分离能力与集中水流水力学特性参数间的数学关系,为坡地橘园土壤侵蚀预测建模提供理论依据与数据支撑。[方法]通过集中流冲刷试验,分析在不同坡度(10°~30°)与流量(18~126 L/min)组合的梯度水动力条件下,清耕样地与绿肥(白三叶、早熟禾和野豌豆)覆盖样地的土壤分离量,探讨柑橘园地土壤分离能力与水流动力参数(水流剪切力、水流功率)、流态流型参数(雷诺数、弗罗德数)、阻力参数(Darcy-Weisbach阻力系数、曼宁系数)的定量关系并建立相应的数学模型。[结果]绿肥覆盖与清耕柑橘园地的土壤分离能力均与各水力学参数有显著相关性;土壤分离能力与水动力和流态流型参数呈幂函数正相关(R^(2)为0.86~0.99,NSE为0.88~0.98,p<0.01),与水流阻力参数呈幂函数负相关(R^(2)为0.32~0.60,NSE为0.39~0.64,p<0.05),表明土壤分离能力随水动力和流态流型参数的增大而显著提高,随阻力参数的增大而显著下降。[结论]在绿肥覆盖或清耕柑橘园地,水流剪切力对土壤分离能力的预测效果优于水流功率;雷诺数预测土壤分离能力的效果优于弗罗德数;Darcy-Weisbach阻力系数的预测效果优于曼宁系数。总体来说,水流剪切力预测土壤分离能力的效果最好,精度最高(R^(2)平均值为0.96,NSE平均值为0.96)。

红壤丘陵区苔藓结皮土壤分离能力季节变化特征

土壤分离是土壤侵蚀的初级阶段,受植物根系、生物结皮的生长等影响,可能存在明显季节变化。而南方红壤丘陵区水热资源丰富,生物结皮在林下广泛存在,势必会影响林下水土流失过程。以红壤丘陵区樟树林和油茶园内苔藓结皮为对象,研究了苔藓结皮土壤分离能力季节变化特征及主控因素。结果表明:(1)苔藓结皮表面特征随季节变化显著,水热条件适宜时,苔藓结皮表面特征发育良好;降雨减少干旱时,苔藓结皮开始退化。(2)随着苔藓结皮盖度、厚度、株高和黏结力增加,土壤抗蚀性能增强,土壤分离能力下降;细沟可蚀性与土壤分离能力变化趋势一致,均随苔藓结皮发育程度增加而减小;干旱时苔藓结皮退化有滞后效应,土壤分离能力迅速增大后再缓慢增大。(3)采用水流剪切力、结皮盖度、土壤黏结力等来模拟土壤分离能力的季节变化,通过拟合方程可以较好地解释区域内经果林下苔藓结皮发育对土壤分离能力的季节变化,模型精度(NSE=0.728)表明该模型在预测和解释土壤分离能力变化方面具有较好效果。研究苔藓结皮季节动态及分离能力变化可为南方红壤丘陵区的水土流失防治提供重要的科学依据。

长期深松耕作结合秸秆还田对土壤团聚体固碳能力与无机稳定机制的影响

分析长期耕作和秸秆还田对土壤团聚体固碳能力的影响,探讨团聚体铁铝氧化物的无机稳定机制,为选择合适的农田管理措施提供理论依据。试验设深松还田(STs)、深松不还田(ST0)、免耕还田(NTs)、免耕不还田(NT0)4个处理。用湿筛法测水稳性团聚体,用TOC分析仪测土壤有机碳和团聚体有机碳,用比色法测各形态铁铝氧化物,分析比较4个处理对各指标的影响。结果表明,与深松相比,免耕的平均重量直径、几何平均直径增加了18.6%、6.8%。与免耕相比,深松各粒级的有机碳含量按粒级从高到低依次提高了27.9%、28.8%、16.9%、11.0%和5.5%。深松的总碳储量比免耕提高了11%,秸秆还田的总碳储量比秸秆不还田提高了11%。深松全还田的表层土壤游离态铁氧化物含量相比于其他处理均提高了近50%。深松的无定形铁的含量比免耕提高了大约43%。深松的络合态铝的含量比免耕提高了65%。因此,长期深松结合秸秆还田能有效提高土壤固碳能力和团聚体无机稳定性。

放牧对荒漠草原区植被、土壤及根系的影响研究综述

荒漠草原区是我国北方防沙带的重要组成部分,因气候变化和人类活动等因素的综合影响,导致该区域出现生产力下降、草场沙化、风蚀沙害等突出问题。国内专家学者围绕草地生产力、放牧梯度实验、草场沙化恢复等方面开展了大量研究,但仍存在部分科学技术难题尚未解决,如放牧对土壤及根系的潜在影响、放牧-土壤-风蚀-水蚀间的联动机制等问题。文章通过梳理国内外相关文献,明确已有研究基础,挖掘研究薄弱点,提出未来荒漠草原区关于放牧与植被-根系间的关键科学问题,为制定合理的草地资源利用政策提供理论依据。

坡面流水动力学参数对土壤分离能力的定量影响

利用变坡试验水槽,在较大流量(0.5～2.0L/s)和坡度(0～50%)范围内,详细研究了水深、平均流速、雷诺数、佛汝德数和阻力系数对土壤分离能力的定量影响,旨在得到估算土壤分离能力最简单的方法。研究结果表明:坡面流土壤分离能力与水深、平均流速间均呈显著的幂函数关系;土壤分离能力与水流流态密切相关,与水流佛汝德数相比,水流雷诺数与土壤分离能力的关系更密切;土壤分离能力与水流阻力间呈良好的幂函数关系。研究结果表明,平均流速是预测土壤分离能力的最佳参数。研究结果对于理解土壤侵蚀机理,建立土壤侵蚀过程模型具有重要的意义。

秸秆深施对土壤蓄水能力的影响

对耕地进行秸秆深施,可提高土壤的入渗速率,增加土壤蓄水空间和能力,提高降水的利用率,是缓解干旱半干旱地区农田的水分匮乏的有效措施。将厚度为8cm的大豆秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆分别深施于宽5cm、深28cm的沟中并回填土壤,研究其蓄水效果。结果表明,秸秆深施后,地表下0～20cm的土壤含水量比对照地提高了0.5%～2.0%,深度越接近秸秆深施处土壤含水量越大,反之越小,深施玉米秸秆和水稻秸秆的蓄水效果与对照地有显著差异(P<0.05),而深施大豆秸秆的蓄水效果无显著差异(P>0.25)。

模拟氮沉降对土壤酸化及土壤酸缓冲能力的影响

为探讨N沉降对酸雨区森林土壤酸化和土壤酸缓冲能力的影响,于2012年4—12月在重庆缙云山地区选取针阔混交林和常绿阔叶林2种典型林分进行模拟N沉降试验,设N0、N1、N2、N3 4个处理,施N量(模拟N沉降量)分别为0、60、120、240kg/(hm2·a),每月月初将NH4NO3溶液均匀喷洒在所选样方内,8个月后进行取样分析.结果表明:1不同p H下2种林分土壤的酸缓冲能力存在较大差异,p H越低土壤酸缓冲能力越高.22种林分的土壤酸缓冲能力随N沉降量的增加而降低.在相同的N沉降量下,常绿阔叶林土壤酸缓冲能力略高于针阔混交林.3N沉降会加快土壤酸化速率.与N0处理相比,N1、N2、N3处理常绿阔叶林土壤p H分别下降了0.03、0.06、0.16,而针阔混交林则分别下降了0.08、0.10、0.26.42种林分土壤中盐基离子含量均随N沉降量的增加而降低,交换性Al3+含量则相反.与N0处理相比,常绿阔叶林N1、N2、N3处理盐基离子含量分别下降了55.76%、66.00%、70.38%,交换性Al3+含量分别增加了16.03%、21.37%、31.81%;针阔混交林盐基离子含量分别下降了24.12%、43.38%、62.24%,交换性Al3+含量分别增加了19.19%、23.48%、34.85%.研究表明,氮沉降会降低森林土壤酸缓冲能力,加快酸化速率,并且常绿阔叶林土壤对N沉降的敏感性高于针阔混交林.

水旱轮作条件下不同类型土壤供钾能力及钾素动态变化研究

采用盆栽试验,研究了黑麦草-水稻轮作条件下不同类型土壤供钾能力及钾素动态变化,以期为土壤供钾机制研究及合理的钾素调控提供依据。结果表明:不施钾条件下(NP处理),潮土上种植作物的生物量和吸钾量最高,黄褐土次之,红壤最低;施钾条件下(NPK处理),3种土壤上种植作物的生物量无显著差异,作物吸钾量为黄褐土>潮土>红壤。整个轮作期,红壤、黄褐土和潮土NPK处理的作物生物量较NP处理分别增加55.6%、45.2%和23.2%,作物吸钾量分别增加368.8%、166.8%和74.5%。轮作前季(黑麦草季),NP处理的3种土壤水溶性钾含量和交换性钾含量均降低,潮土非交换性钾含量明显降低,红壤和黄褐土非交换性钾含量在前期变化不大,中期有升高的趋势,后期显著降低;NPK处理的土壤钾含量均高于NP处理,且各种形态钾含量的变化趋势与NP处理基本相同。轮作后季(水稻季),NP处理的3种土壤水溶性钾含量变化不大,交换性钾含量呈先降低后升高的趋势,非交换性钾含量呈先升高后降低的趋势;NPK处理的土壤交换性钾含量在水稻生长前期明显升高,中期下降,后期有略微上升,水溶性钾和非交换性钾含量有先升高后降低的变化趋势。综上所述,在不施钾条件下,轮作期内各土壤钾素消耗量较大,水溶性钾和交换性钾含量降低,并促进了非交换性钾的释放;施钾能提高土壤水溶性钾和交换性钾含量,并向非交换性钾方向转化,施钾对黑麦草和水稻有显著增产效果,可以有效地提高土壤供钾水平。

枯落物分解与土壤蓄水能力关系的研究

枯落物层分解产生的有机质不仅是森林重要的营养来源,而且对改变土壤理化性质,提高土壤蓄水量都有积极影响。通过分析枯落物层的分解对土壤结构等特性的改变来论述这一观点。

施钾方法对土壤供钾能力及烤烟钾累积的影响

为探明钾肥施用方法、土壤供钾能力和对钾的吸收之间的内在关系 ,为烤烟生产合理分配和施用钾肥提供依据 ,以湖南烟区主要植烟土壤——石灰岩母质发育的红壤性水稻土为供试土壤 ,采用盆栽土培方法 ,研究了施钾方法对土壤供钾能力及烤烟钾累积的影响 .结果表明 :烟苗移栽后 30 d施用总施钾量的 40 % ,能够使土壤对生长发育中后期的烤烟维持较高的供钾能力 ,土壤速效钾和缓效钾含量比钾肥一次性作基肥施用的处理分别提高了5 7.4%～ 6 0 .9%和 5 .7%～ 6 .2 % ,同时可促进烤烟对钾的吸收与累积 ,使烟株的总吸钾量提高 5 .0 %和 15 .5 % ,烟叶的含钾量提高了 4.6 %和 12 .2 % .

施用绿肥条件下减施化肥对土壤养分及持水供水能力的影响

以长期定位试验为基础,设置7个紫云英和化肥施用配比试验处理,以探索施用绿肥情况下减施化肥对土壤养分、持水和供水能力的影响。结果表明:在翻压紫云英条件下,即使不施化肥土壤氮也可基本得到满足,应适量施用化学钾肥,必须合理施用磷肥,以保证土壤全量和速效养分得到平衡和持续供给,化肥施用量减少未显著降低水稻产量;土壤持水、供水能力在处理间的趋势表现为:紫云英+40%化肥>紫云英+60%化肥>紫云英+80%化肥、紫云英+100%化肥>单施100%化肥、单施紫云英>CK,与CK相比,其它6个处理田间持水量提高了1.6%~15.4%,有效含水量增幅更大,平均提高1.5%~30.5%,说明紫云英化肥配施能显著提高土壤的持水、供水能力,且化肥施用量越少效果越好,而单施化肥或单施紫云英效果有限。因此,紫云英施用量一定时(22 500 kg/hm^2),化肥施用量应减少至40%甚至更低。

短期放牧对高寒草甸表层土壤入渗和水分保持能力的影响

为深入揭示短期放牧对高寒草甸生态系统地表水文过程的影响机理,基于5个放牧强度(A:2.75只羊/hm^2;B:3.64只羊/hm^2;C:4.35只羊/hm^2;D:4.76只羊/hm^2;E:5.20只羊/hm^2)的3a控制放牧试验,对比研究了表层土壤(0—10cm)物理性状、入渗过程、土壤水分特征曲线及持水和供水能力对放牧强度的响应。结果表明:C处理的土壤初始含水量显著高于D、E处理,但各放牧强度的土壤容重和4个孔隙指标无显著变化;放牧改变了土壤入渗过程,随放牧强度增加,B与C处理入渗较好,D与E处理入渗较差;Gardner模型适用于放牧强度的土壤水分特征曲线拟合,相关系数均达极显著水平,且表征土壤持水性能的a值与低中吸力段含水量表明B与C处理的持水能力高于其它处理;100kPa吸力下比水容量显示,A、B和C处理较D与E处理提高了土壤供水能力。总之,合理放牧强度短期内有利于保存高寒草甸土壤含水量,增强土壤导水性和持水能力,保证土壤有效供水,降低高寒草甸生态系统的退化风险。

基于主成分分析法的土壤蒸发能力影响因子研究

[目的]为沙地土壤蒸发的研究提供参考。[方法]采用主成分分析法,分析与沙地土壤蒸发能力有关的18个影响因子系列的主成分,研究土壤蒸发能力的影响因子。[结果]通过特征值和特征向量的删减和剩余变量的舍弃分析,最终确定的主成分是由11个因变量共同构成的综合向量,它们所对应的载荷都达到了75%以上,并将沙地土壤蒸发能力的影响因子分为3类:温度因素、湿度因素、风速因素。在众多影响因子中,距地面高2.0m处的风速和相对湿度突出,它们所对应的因子累计载荷值分别是94.3%、94.2%。[结论]距离地面高2.0 m处的气象因子对土壤蒸发能力的影响最为显著。

植物根系对土壤抗侵蚀能力的影响

以决定土壤抗侵蚀能力的土壤内在性质为表征指标，以长江中上游几种常见的水土保持林为对象，就植物根系对土壤抗侵蚀能力的影响机制和影响程度进行了研究．结果表明：植物根系能够提高土壤的抗侵蚀能力，且主要通过d≤1mm的须根发挥作用；其可能的机制是：活根提供分泌物，死根提供有机质，作为土壤团粒的胶结剂，配合须根的穿插挤压和缠绕，使土壤中直径d＞7mm、d＝7～5mm和d＝5～3mm3个大粒级水稳性团聚体数量增加，同时既增加了土壤的总孔隙度，又提高了土壤抗冲击分散能力和结构、孔隙的稳定性，从而提高了土壤饱和渗透系数．与无林裸地相比较，林地中表征土壤抗侵蚀能力的土壤各理化性质改善值（Y），与土壤中d≤1mm须根量（Rw）之间服从Y＝a＋bRw的线性关系．本文建立了相应的回归模型，并比较了不同林型根系的作用效果．

草地土壤分离能力季节变化特征及其影响因素

土壤分离能力是土壤侵蚀机理模型的重要参数。受土壤性质、植被根系等因素影响,土壤分离能力呈现显著的季节变化。为研究草地土壤分离能力季节变化特征及其影响机制,以建植一年的柳枝稷、无芒雀麦草地及对照裸地为研究对象,以20 d为周期,测定土壤密度、黏结力和根系密度,并采集原状土样进行水槽实验(τ=6.5-23.4Pa),测量土壤分离能力,并运用相关分析、回归分析等方法,研究土壤性质及植被根系对土壤分离能力季节变化的影响。结果显示:柳枝稷和无芒雀麦草地具有类似的季节变化特征,而裸地与二者差异明显。4月中旬至6月下旬,草地土壤分离能力较大,此后土壤分离能力迅速下降;7月中旬直至10月上旬,草地土壤分离能力较低;10月下旬,土壤分离能力小幅回升;裸地土壤分离能力7、8月份较低,其余时间较高。裸地土壤分离能力试验期均值为柳枝稷草地的10.6倍,无芒雀麦草地的23.7倍。草地土壤分离能力的季节变化受根系密度和土壤黏结力的影响,随着根系密度与土壤黏结力增大,土壤分离能力呈指数形式降低,而土壤密度对土壤分离能力季节变化的影响并不显著。试验区内草地土壤分离能力可用水流剪切力、根系密度、根径和土壤黏结力等参数进行模拟(R2=0.636)。研究结果可为土壤侵蚀机理模型的推广应用,以及小流域水土保持措施配置等工作提供科学依据。

苏北山丘区典型性次生林下土壤蓄水能力分析

次生林下土壤蓄水能力作为水源林生态系统的重要组成部分,是发挥森林水文生态功能的主体之一。研究采用"每木调查法",以苏北山丘区现存的赤松林、黑松林、侧柏林、栎类林、杂木林、刺槐林6种典型次生林作为主要对象,通过对林下植被土壤各个层面水文特性的研究,比较分析其林下土壤的蓄水能力。结果表明:6种次生林下土壤蓄水能力范围为280.8～451.2t/hm2,各次生林下土壤的蓄水能力与土壤容重呈负相关,与土壤毛管孔隙度呈正相关,其蓄水能力的大小顺序为:刺槐林>栎类林>杂木林>侧柏林>赤松林>黑松林。

耕作深度及秸秆还田对农田黑土土壤供水能力及作物产量的影响

黑土是我国重要的农田土壤,耕作深度和秸秆还田是影响黑土生产力的重要因素。此研究利用一个三年的田间试验,分析了耕作深度和秸秆还田深度对玉米和大豆产量的影响,并探讨了其影响机制。试验采用裂区设计,主处理包括浅耕0~15 cm(D15),中浅耕0~20 cm(D20),深耕0~35 cm(D35)和深耕0~50 cm(D50),副处理对照和秸秆还田(+S)。结果表明增加耕作深度能够增加玉米和大豆的产量,并在D35处理达到了最大值,分别为8 999 kg·hm^(-2)和2 424 kg·hm^(-2),说明耕作深度是影响作物产量的一个重要因子。每个耕作深度又裂区为是否秸秆还田,即增加了D15+S,D20+S,D35+S,D50+S处理,与非秸秆还田处理相比,当秸秆还田深度≤20 cm时,作物产量降低了10.62%~16.81%,而当还田深度≥35 cm时,作物产量提高了2.25%~7.29%,说明秸秆还田深度是影响秸秆还田效果的重要因素,D35+S处理作物的产量达到了最大值。与D15+S相比,D20+S,D35+S,D50+S,0~15 cm土层土壤含水量增加了7.81%~12.63%,作物的出苗率增加了11.42%~16.94%,土壤的供水量增加6.71%~10.43%,其中D35+S的效果最佳,说明上述因素是能够调控秸秆还田效果;虽然D50+S也能够增加作物产量,但是增加了作业成本,同时不利于保水。因此,在典型黑土区为了提高粮食产量,提高大气降水的利用效率,推荐的耕作深度是0~35 cm配以全层秸秆深混还田。