生物炭与化肥配施对紫色土坡耕地侵蚀性耕层土壤水分及入渗特性的影响

土壤水分及入渗是坡耕地降雨径流侵蚀的关键环节.采用铲土侵蚀模拟法,建立5种侵蚀程度的坡耕地原位试验,开展不施肥(CK)、单施化肥(F)、生物炭与化肥配施(BF)的对比试验,分析不同施肥措施与侵蚀程度下土壤水分及入渗性能变化.结果表明:①在不同施肥措施下,BF提高了土壤中粉粒占比,显著降低了土壤容质量,增大了毛管孔隙度,提高了土壤自然含水率;而随着侵蚀强度加剧,土壤容质量总体呈现上升趋势,总孔隙度则呈相反规律,自然含水率也随之下降.②坡耕地耕层土壤稳定入渗率从大到小依次为:CK,F,BF,对施肥措施响应显著,但土壤侵蚀强度对入渗特征作用不显著;Philip模型对施肥措施下坡耕地侵蚀性耕层土壤水分入渗过程模拟效果最佳,Horton模型能较好地反映低侵蚀强度下耕层入渗规律,而高侵蚀强度下则以Philip模型拟合效果更优.③冗余分析(RDA)结果显示,BF、土壤侵蚀厚度20 cm(S-20)、F、CK、土壤侵蚀厚度15 cm(S-15)是引起耕层土壤物理性能与入渗参数发生变化的主要因素(p<0.05);土壤孔隙度以及水分指标与砂粒、粉粒均呈正相关,与黏粒、容质量呈负相关;土壤容质量与黏粒、入渗特征存在正相关关系;同时,15 cm侵蚀厚度(S-15)是该研究区紫色土坡耕地侵蚀性耕层土壤的承受阈值.

典型农作措施对沙溪庙组壤质紫色土坡耕地径流氮流失的影响

明确典型农作措施对紫色土坡耕地径流氮(N)流失的影响可为优化面源污染防控措施提供科学依据。基于2019—2021年沙溪庙组发育的壤质紫色土坡耕地不同降雨等级次降雨产流事件,分析了常规施肥(CK),优化施肥(T1)和优化施肥+秸秆还田(T2)措施下径流、径流中总氮(TN)、硝态氮(NO3-N)及铵态氮(NH4-N)流失浓度和流失量的变化特征。结果表明,与CK相比,T1和T2的径流深分别减小了4.24%、12.71%,但减小程度不显著(P>0.05);CK与T1的径流系数相等,且比T2增加了12.5%(P>0.05);相比CK,T1和T2的TN浓度增加了19.35%、25.8%(P>0.05),TN流失量则均增加了11.54%(P>0.05),表明T1和T2的施用也有增加土壤N流失的潜在风险。与中雨、大雨和大暴雨事件相比,暴雨事件的径流深分别增加了6.5%—191.11%(P<0.05),而TN、NO_(3)-N及NH_(4)-N的流失量分别增加106.38%—177.14%(P>0.05)、32.14%—360%(P<0.05)及55.56%—600%(P<0.05)。与降雨量、径流系数相比,径流深与N流失指标间的相关系数更高(R^(2)=0.32—0.76),表明径流深更适合用于构建N流失预测模型。采用优化施肥和秸秆还田措施时要考虑其对土壤N滞留及无机态N随径流迁移的风险。

紫色土坡耕地侵蚀耕层土壤养分变化特征

通过设置侵蚀模拟小区,研究紫色土坡耕地耕层质量退化过程中土壤养分的变化特征。以三峡库区紫色土坡耕地侵蚀耕层土壤为研究对象,基于铲土侵蚀模拟法建立5种侵蚀程度(0,5,10,15,20 cm)和2种管理措施[不施肥(CK)、常规耕作(F)]的原位试验,采用田间原位检测、土壤化学性质分析等手段,对常规耕作侵蚀耕层土壤养分的恢复效应和土壤养分的年际变化趋势进行研究。结果表明:(1)耕层土壤养分各项指标均表现为F>CK,表明F较CK改善土壤养分效果较好,且对有机质、全氮和有效磷改善效果明显。(2)紫色土坡耕地耕层土壤养分主要富集在0—20 cm表土层,整体随侵蚀程度加剧,随剖面呈下降的趋势,F下0—30 cm土层土壤养分含量增加明显,对10—20 cm土层有机质含量增幅效果最优。(3)经过连续4年的定位试验,CK下有机质、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量较背景值增长4.33%~15.89%,全氮含量较背景值无明显变化,全磷含量较背景值降低11.78%;F土壤养分含量较背景值增长4.51%~49.46%。研究成果可为坡耕地合理耕层调控途径、提高土地生产力提供基础参数。

平衡施肥对紫色土坡耕地磷素径流流失的影响

通过对川中丘陵不同施肥试验田径流、泥沙和磷素流失的观测与测定分析,研究了暴雨下平衡施肥对紫色土坡耕地水土流失与土壤磷素随径流流失的特征。结果表明:相对于无肥区和单施氮肥区,平衡施肥试验田的泥沙量减少了60%～65%,径流量减少了28%～33%,表现出显著的水土保持作用;在作物不同生育期,土壤磷素随地表径流迁移的强度依次为:成熟期>拔节期>抽雄期;暴雨下地表径流磷含量呈现先升高后下降的变化趋势;颗粒态磷是径流磷的主要组成部分,占总磷迁移量的54%～79%,说明泥沙吸附态迁移是紫色土坡耕地的主要迁移形式;不同施肥处理的径流磷损失存在显著差异,平衡施肥处理的总磷流失减少了52%～61%;径流量、泥沙量与径流磷迁移量显著线性相关;作物生长情况显著影响土壤磷素流失,地上部分生物量与径流磷流失量呈明显负相关。为了防止紫色土磷流失而加剧农业非点源污染,应在该区坚持以氮、磷、钾为主的平衡施肥。

秸秆还田对紫色土坡耕地养分流失的影响

通过对川中丘陵区不同施肥坡地径流、泥沙和养分流失的观测与测定分析，研究了紫色土坡耕地暴雨下的产流产沙特征和氮、磷养分流失特征。结果表明，秸秆还田显著影响雨季紫色土坡耕地土壤侵蚀和产流情况；相比单施化肥处理。秸秆还田的泥沙量减少了70％～82％．地表径流量减少了26％～31％，渗漏径流量增加了30％～52％。秸秆还田显著减少了N、P的流失．减幅为60％～76％；各处理P流失的强度顺序依次为：NPK〉RSD〉RSDNPK〉RSDNP〉RSDN，N流失的强度顺序为：NPK〉RSDN〉RSDNPK〉RSDNP〉RSD；地表径流损失是P的主要流失途径。颗粒态是地表径流中P的主要迁移形态．磷酸盐是地表径流中溶解态总磷的主要组成部分，渗漏径流中的PO4^3- -P／DTP显著下降。渗漏淋失是N的主要流失途径．硝态氮是渗漏液中N的主要迁移形态．地表径流中NO3^- -N／DTN较渗漏液略低，溶解态总氮在地表径流N流失中所占比例超过50％。

紫色土坡耕地水土流失试验分析

实地试验了影响水土流失的主要因子 ,应用通用土壤流失方程预报本地紫色土坡耕地在耕种情况下的水土流失量。经实测资料检验精度良好 ,说明确定的R、K、LS、C。

不同方法测定紫色土坡耕地入渗性能试验研究

点源入渗法是一种应用数字图像软件计算土壤入渗性能的精密型新方法。为了准确测得紫色土区坡耕地土壤入渗性能,采用3种方法(点源入渗法、双环法和环刀法)对其进行测定。并对不同方法之间的试验结果进行分析和比较,以评价点源入渗法在紫色土区坡耕地土壤入渗测定的应用性。结果表明:点源入渗法与双环法测定土壤入渗过程规律具有一致性,初始入渗速率很大,而后入渗速率迅速减小并趋近于一个稳定值,其中以点源入渗法测定土壤入渗速率在试验过程中表现出的规律性最好;3种方法测得的入渗率随时间变化过程用Kostiakov模型拟合的效果均较好,以双环法的最好,点源入渗法次之,环刀法最差;3种方法测得的入渗性能各项指标(初渗速率、稳渗速率和平均入渗率)有一定差异,除初渗速率外,双环法测得的数值最大;点源入渗法在紫色土坡耕地测定土壤入渗性能试验中有较好的应用性。

川中丘陵区紫色土坡耕地土壤侵蚀研究进展

川中丘陵区是四川主要的农产区之一,该区紫色土坡耕地比重大,分布面广,土壤侵蚀十分严重。本文综述了川中丘陵区紫色土坡耕地土壤侵蚀的研究方法、特征及治理措施等相关内容,以期能对该区紫色土坡耕地土壤侵蚀研究现状及进展有较为系统的了解和认识。

紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发与水分利用效率及其影响因素

蒸散发与水分利用效率是农田生态系统碳水循环的重要衡量指标。本研究利用涡度相关技术对紫色土坡耕地生态系统进行连续观测,获取2014—2018年碳水通量数据,分析紫色土冬小麦-夏玉米轮作下的雨养坡耕地农田生态系统蒸散发和水分利用效率变化特征及其对主要环境因子的响应规律。结果表明:紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发日变化规律呈单峰型趋势,最大值均在14:00前后出现;一年中8月日蒸散发最高,1月最低;夏季日变化幅度最大,春季次之,冬季和秋季变化较为平缓。叶面积指数、温度为影响紫色土坡耕地蒸散发的最主要因子,其次为饱和水汽压差。水分利用效率在9:00—17:00期间基本呈先下降后回升的变化规律,冬季水分利用效率为全年最高;叶面积指数、CO_(2)通量为影响水分利用效率的主要因子,其次为温度,相对湿度、饱和水汽压差等水分条件也显著影响了水分利用效率。年际差异分析结果表明,紫色土坡耕地夏季玉米生长盛期的水分利用效率对降雨响应更为敏感,同时冬季土壤水分为冬季蒸散发和水分利用效率的关键影响因子。未来仍需对紫色土坡耕地农田生态系统生长盛期蒸散发与水分利用效率动态进行深入研究,从而为探明当地主要作物应对春夏季季节性干旱威胁的系统性策略提供科学依据。

绿肥覆盖对紫色土坡耕地柑橘园氮磷流失的阻控效应研究

为探明紫色土坡耕地不同绿肥覆盖对柑橘园径流和养分流失的阻控效应,在田间径流小区设置黑麦草(Lolium perenne L.)、光叶苕子(Vicia villosa Roth var.)、二月兰(Orychophragmus violaceus)和清耕对照4个处理,定量监测了在自然降雨条件下不同处理的径流及氮磷养分流失量。结果表明,与清耕对照相比,周年内绿肥覆盖可显著降低8.7%~27.0%的地表径流量、30.1%~50.6%总氮流失量和32.4%~62.9%总磷流失量。绿肥覆盖对径流和养分的阻控效应在不同品种间存在差异,整体表现为黑麦草>光叶苕子>二月兰。与清耕对照相比,黑麦草覆盖使径流中总氮、可溶性氮、硝态氮和铵态氮的流失总量分别减少50.6%,47.0%,49.5%和48.1%;总磷、可溶性磷和磷酸盐流失总量分别减少62.9%,62.6%和62.6%。此外,绿肥覆盖对不同形态养分的阻控效应也有所不同,其径流液中以可溶性氮和颗粒态磷的流失占比最大,分别占总氮和总磷的59.6%~67.0%和68.6%~71.8%。综上,绿肥覆盖栽培能有效降低紫色土坡耕地柑橘园径流及氮磷的流失,其中以覆盖栽培黑麦草和光叶苕子较好。研究结果为紫色土坡耕地柑橘园水土保育和面源污染防治提供了依据。

土壤侵蚀对紫色土坡耕地耕层障碍因素的影响

紫色土坡耕地是长江上游重要的耕地资源,明确不同侵蚀程度下紫色土坡耕地耕层土壤的主要障碍因素及障碍因素变化特征,对紫色土坡耕地耕层土壤质量调控和持续利用具有重要价值。以紫色土坡耕地耕层土壤为研究对象,设置5个侵蚀程度(0、5、10、15、20 cm)的原位控制试验。从土壤属性角度出发,选取容重、总孔隙度、饱和导水率、土壤紧实度、土壤抗剪强度、有机质、全氮、全磷、pH、阳离子交换量等10个耕层质量指标,计算耕层质量指数(Cultivated-layer quality index,CLQI)及障碍度(Obstacle degree,Mij),定量评价不同侵蚀程度下耕层质量和障碍度变化特征。结果表明:(1)土壤侵蚀导致紫色土坡耕地耕层土壤质量指标恶化。总孔隙度、饱和导水率、抗剪强度、阳离子交换量、全氮、全磷随着侵蚀程度增加而减小,容重、土壤紧实度则随着侵蚀程度增加而增大。(2)紫色土坡耕地耕层质量指标障碍度排序依次为土壤紧实度(17.04%)>饱和导水率(15.83%)>全氮(11.49%)>有机质(11.47%)>全磷(10.73%),耕层质量主要障碍因素为土壤紧实度、饱和导水率、全氮、有机质、全磷。(3)土壤侵蚀对土壤紧实度的障碍度影响效果极显著(P<0.01);管理措施对土壤紧实度的障碍度影响效果显著(P<0.05),对有机质、饱和导水率的障碍度影响效果极显著(P<0.01);土壤侵蚀与管理措施的交互作用对饱和导水率、有机质的障碍度影响效果显著(P<0.05)。紫色土坡耕地耕层主要障碍类型分为土壤养分贫瘠型和土壤酸化型。研究结果可为紫色土坡耕地耕层质量调控提供理论依据。

生物炭对紫色土坡耕地侵蚀性耕层土壤有机碳的影响

土壤有机碳是陆地生态系统最大的碳库,不仅是耕地土壤质量评价的核心指标,也是全球碳循环的重要组成部分.为研究耕层土壤有机碳对土壤侵蚀和管理措施交互作用的响应特征,以三峡库区典型紫色土坡耕地侵蚀性耕层土壤为研究对象,采用铲土侵蚀模拟试验小区,建立5种侵蚀程度的坡耕地原位试验,以不施肥(CK)为对照措施,设置单施化肥(F)和生物炭配施化肥(BF)两种恢复性管理措施,研究土壤有机碳含量在不同侵蚀程度和管理措施下的差异,分析土壤有机碳沿耕层剖面的变化特征及年际变化趋势.结果表明:1BF措施能显著提升紫色土坡耕地耕层有机碳含量,BF措施平均较CK和F措施提升90.25%和23.84%的有机碳;土壤侵蚀显著降低CK措施土壤有机碳12.25%~27.74%,不同侵蚀程度下有机碳含量的剖面分布差异不显著.2坡耕地表层(0~10 cm)土壤有机碳含量最高,且BF和F两种措施对表层有机碳含量提升效果也最明显,分别为120.59%和66.90%.3经过连续3 a的定位试验,坡耕地耕层土壤有机碳含量发生了显著变化,在CK措施下,有机碳年均损失12.52%;而在BF措施下,有机碳年均提升9.31%.4不同土层有机碳与土壤理化性质的相关性不同,土层越深,有机碳与各理化性质的相关性越弱.生物炭配施化肥措施可作为一种紫色土坡耕地侵蚀性耕层改良和侵蚀土壤肥力提升的重要措施.结果可为坡耕地合理耕层调控途径和土壤肥力提升提供基础参数.

土壤管理措施对坡耕地侵蚀退化耕层的恢复作用

【目的】紫色土坡耕地土壤侵蚀严重,研究土壤管理措施对不同侵蚀程度坡耕地耕层侵蚀恢复作用,为紫色土坡耕地耕层质量调控和坡耕地持续利用提供理论及实践依据。【方法】采用单因素方差分析(One-way ANOVA)检验各指标的差异显著性,研究不施肥(CK)、施化肥(F)、施生物炭+化肥(BF)3种土壤管理措施对侵蚀0 cm(S-0)、侵蚀5 cm(S-5)、侵蚀10 cm(S-10)、侵蚀15 cm(S-15)、侵蚀20 cm(S-20)5个不同侵蚀程度坡耕地耕层土壤属性的恢复作用。【结果】(1)随侵蚀程度增加,土壤砂粒含量由38.1%—42.4%逐渐增至44.2%—46.4%,土壤黏粒含量由12.6%—14.8%逐渐减少至9.6%—11.0%;与S-0、S-5、S-10相比,S-15、S-20土壤容重显著增大;S-10侵蚀程度下,土壤抗剪强度最大,在8.71—9.56 kg·cm^(-2)之间;F、BF处理下S-15侵蚀程度的土壤稳定入渗率、平均入渗率降幅均最大。(2)不同管理措施下坡耕地耕层土壤属性差异显著,BF处理下土壤砂粒含量小、黏粒含量最大,0—10 cm、10—20 cm土层土壤容重显著低于CK(P<0.05),土壤总孔隙度、毛管孔隙度均显著高于CK、F处理;BF处理下土壤初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率均最大,CK处理最小;与CK处理相比,BF处理土壤抗剪强度显著增大。(3)随侵蚀程度增加,土壤可蚀性K值显著下降,与S-0相比,S-20侵蚀程度下土壤可蚀性K值下降0.1960%—0.2192%;BF处理下土壤可蚀性K值最大,F处理次之,CK最小;S-10侵蚀程度下F、BF处理的K值均较CK增加幅度最大,分别增加0.0684%、0.1404%。【结论】施加生物炭+化肥在改善土壤物质组成、结构特征、提高土壤蓄渗性能等方面较单施化肥效果更为显著,可有效减轻紫色土坡耕地耕层土壤侵蚀,对侵蚀10 cm条件下的坡耕地耕作层(0—20 cm)土壤的改良效果最佳。

水分耗散下紫色土埂坎裂隙发育及影响因素

埂坎裂隙发育危害埂坎稳定性,进而影响埂坎水土保持作用的发挥。为揭示失水过程埂坎裂隙发育规律及其主要影响因素,以紫色土坡耕地埂坎为样地,采用模拟埂坎试验,研究不同初始含水率(25%,30%,35%)、干密度(1.3,1.4,1.5 g/cm^(3))和加筋量(0.05%,0.15%,0.25%)下裂隙发育过程,通过图像分析方法获取裂隙发育强度和复杂度指标,分析了裂隙发育与(初始)含水率、干密度、加筋量的关系。结果表明:水分耗散下裂隙开裂可分为起始阶段、迅速扩展和基本稳定3个阶段。不同初始含水率下各试样裂隙开裂强度和形态复杂度均随水分耗散快速增大,直至含水率为12%后趋于稳定。相同初始含水率情况下干密度越小,试样裂隙强度和复杂度越大。加筋量能抑制裂隙的快速发育,与裂隙开裂程度呈反比。相比而言,初始含水率对水分耗散过程中裂隙起始阶段影响较大,但裂隙开裂之后含水率影响更大,其次是干密度和加筋量。研究结果为紫色土区埂坎的设计、建设和管理维护提供参考。

W-OH固化剂对土壤水渗漏及硝态氮淋失的影响

采用盆栽试验结合天然降雨观测,研究了不同W-OH喷施浓度(1%、3%和5%)对作物(大豆、玉米和大蒜)地土壤水渗漏及硝态氮淋失的影响。结果表明:本试验条件下W-OH的保水作用受降雨量和作物类型影响;小雨和中雨条件下,玉米地土壤水渗漏量随W-OH施用浓度的增加呈先减小后增加,浓度为3%的处理渗漏量最低,保水效益明显;当降雨量达大雨及以上级别时,W-OH的保水作用与其喷施浓度成正比;W-OH对大豆和大蒜地的保水作用不受降雨量的影响,且其对二者土壤水渗漏量的影响规律相似,与对照(不喷施WOH)相比,各处理水分渗漏量随W-OH浓度增加而增加。在作物生长初期,W-OH的保肥作用与其施用浓度成正比,经历后续降雨渗流多次淋溶,保肥作用趋于稳定;玉米和大蒜地喷施中、高浓度(3%和5%)的WOH即可减少硝态氮淋失量,大豆地1%浓度的W-OH即可减少硝态氮淋失。

水、土壤、大气、植物相互关系

20091260 微孔渗灌条件下土壤水分运动数值模拟；20091261 喷灌大田土壤水分不同空间插值方法对比分析；20091262土壤水分入渗特性的时间变异规律研究；20091263 室内基于土壤水分再分布过程推求紫色土导水参数；20091264 紫色土坡耕地降雨入渗试验研究……