含有球状微塑料的黄绵土在各降雨条件下的盐分运移规律研究

为研究不同粒径和含量球状微塑料的黄绵土在不同降雨条件下的盐分运移变化规律,利用室内一维土柱模型开展垂直入渗试验,得到不同降雨条件下的各含量和粒径微塑料的土柱入渗电导率随时间变化散点图。研究结果表明:在黄绵土中低含量微塑料显著促进NaCl溶液的入渗,高含量微塑料阻滞NaCl溶液的入渗,而降雨条件会改变微塑料临界含量;在黄绵土中稍小粒径微塑料显著促进NaCl溶液入渗,稍大粒径微塑料阻滞NaCl溶液的入渗;低含量和小粒径微塑料对降雨响应更灵敏。

生物炭添加对黄绵土水分补给和消退的影响

[目的]明确雨季生物炭添加对黄绵土储水、保水能力的影响,为科学利用生物炭改良黄土高原地区土壤以及确定合理的生物炭施用量提供基本理论支持。[方法]采用多层一体式土壤水分温度测量系统(JDTS-01)对黄土高原地区土壤水分进行野外定点观测,并使用烘干法对监测数据进行校正,研究黄绵土0—40 cm土层水分动态变化与补给、消退情况。基于双变量相关分析探讨了不同生物炭添加量下土壤水分补给和消退变化的影响因素及其相对重要性。[结果]①整体上生物炭添加能在一定程度上增加土壤水分含量,低生物炭添加量增加了深层土壤水分,而高生物炭添加量增加了表层土壤水分,2.5%左右的生物炭添加量可能是影响土壤水分入渗和蒸发的拐点。②添加生物炭后,0—20 cm土层水分补给量增大,20—40 cm土层水分补给量减小。降雨带来的水分补给能够很大程度上滞留在土壤耕层,添加生物炭量较大时土壤水分补给效果更好;0—20 cm土层中添加生物炭处理的水分消退更快,而不添加生物炭的土壤水分入渗土层更深。③生物炭添加可以促进黄绵土土壤水分补给,减弱土壤水分消退,有利于降雨后土壤储水。[结论]生物炭添加能够改善黄土高原地区土壤水分入渗特性,减小土壤水分深层入渗量和增加耕层土壤储水量,在添加量大于4%时效果更显著。

模拟降雨下前期含水量对黄绵土坡面产流产沙过程的影响

为探究不同前期土壤含水量条件下坡面产流产沙特征及产流产沙关系,以安塞黄绵土为研究对象,通过设置6个前期土壤含水量处理(5%,10%,15%,20%,25%,30%),采用室内人工模拟降雨试验来系统研究前期土壤含水量对坡面产流产沙过程的影响。每个含水量处理设置2个重复,坡面坡度为15°,设计雨强为90 mm/h,降雨历时为1 h。结果表明:(1)随着前期土壤含水量的升高,坡面初始产流时间幂函数减小,产流量线性增大。(2)坡面土壤流失量随前期土壤含水量增大呈幂函数增加,高含水量组(29.3%)土壤流失量分别是低含水量组(5.8%和10.6%)和中含水量组(15.3%,20.4%,25.1%)的86.1,8.9倍。当前期含水量接近饱和时,坡面侵蚀加剧,土壤流失量迅速增加。(3)不同前期土壤含水量条件下坡面产流量与产沙量呈幂函数关系,当产流速率超过1.4 L/min,产沙量迅速增加甚至翻倍,呈“水大沙多”的特点。前期土壤含水量通过影响入渗产流和改变径流泥沙关系双重作用来影响坡面产沙。因此,对黄绵土坡面而言,应注意防范连绵持久降雨后暴雨或特大暴雨所造成的水土流失问题,可采取耕作、植被覆盖等措施维持适当土壤含水量使土层不饱和来减少侵蚀。研究结果为黄土高原水土资源保护和管理提供科学依据。

降雨强度对黄绵土坡地磷流失特征影响试验研究

坡地磷(P)的流失是导致土壤质量退化与水环境恶化的重要原因,探讨降雨特征对土壤P流失的影响机理对于坡地养分管理和环境保护具有重要的科学意义。该文以黄绵土(质地为粉质壤土)为试验材料,通过室内模拟降雨试验研究了雨强对坡地P随径流流失的影响。结果表明:施肥条件下坡地径流中溶解态磷(DP)含量达到0.18 mg/L以上。相同雨量时,径流中DP含量随雨强的增大而降低,泥沙浸提态磷(SEP)与全磷(STP)的含量与流失量以小雨强(0.91 mm/min)时为最大。坡面产流过程中DP、SEP及STP含量的变化均表现为“低-高-低”的变化趋势,其变化与径流含沙量呈正相关,而累积流失量则表现为加速增加的趋势。黄绵土坡地径流中不同形态P的含量随雨强的增大而降低,而总的流失量受雨强与产流过程等多种因素影响。

长期施肥对黄土高原黄绵土区小麦产量及土壤养分的影响

为探明在小麦长期连作条件下,黄土高原黄绵土区长期施肥对小麦产量及土壤养分的影响,以长达29年(1981-2010)的长期定位试验为基础,比较分析了不同长期施肥处理下小麦产量及土壤养分的差异。结果表明,施用有机肥和化肥的小麦籽粒产量较不施肥对照(CK)都明显增加,25年N、NP、NPK、M、MN、MNP和MNPK处理的小麦平均产量分别较CK增产32.9%、74.1%、78.5%、42.2%、73.3%、89.5%和90.3%,而7个施肥处理的肥料平均产量贡献率分别为24.8%、42.6%、44.0%、29.7%、42.3%、47.2%和47.4%。氮、磷、钾肥的平均增产效应分别为5.8、22.9和1.6g·kg-1。连续29年施用有机肥(M)显著提高了土壤有机碳含量,而且化肥无论是单施(N),还是平衡施用(NP和NPK),土壤有机碳含量较CK也可显著提高,平衡施用的效果更佳。施用氮肥及有机肥也显著提高了土壤全氮和速效氮含量。施用磷肥和有机肥显著提高土壤全磷和速效磷含量,而长期施用钾肥和有机肥对土壤全钾含量无明显影响,但显著提高了土壤速效钾含量。

黄绵土风干过程中土壤含水率的光谱预测

以2014年两次在陕西省乾县田间采集的129个黄绵土土壤样本为研究对象,建立土壤含水率定量反演模型。在土壤风干过程中测量光谱反射率及含水率,分析土壤含水率与光谱反射率之间的关系,并利用一元线性及指数回归建立土壤含水率光谱预测模型。结果表明在400～1 340、1 460～1 790、1 960～2 390 nm波长范围内,与含水率相关性最大的反射率对应的波长分别为570、1 460、1 960 nm;吸收深度最大的波长位于490、1 460、1 960 nm。土壤光谱特征指标与含水率之间的线性相关关系优于指数相关关系。以特征波长1 980 nm（C1980）、1 980 nm的吸收深度（D1980）和1 480 nm的吸收深度（D1480）为自变量建立的线性模型为土壤含水率预测的最优模型,校正和验证的决定系数R2大于0.92,相对预测偏差（RPD）大于2.5,均方根误差（RMSE）小于2.5%。研究表明利用自然土样,在风干过程中进行土壤含水率光谱快速预测是完全可行的,从而为遥感实时、快速监测土壤水分含量及大面积土壤水分反演提供了参考。

黄绵土钾含量高光谱估算模型研究

为了研究可见/近红外光谱法估算渭北旱塬区黄绵土钾含量的可行性,以陕西省乾县试验田采集的120个土壤样品为研究对象,在室内进行土壤全钾、速效钾含量及反射光谱数据测量的基础上,应用多元线性回归(MLR)和偏最小二乘回归(PLSR)方法建立土壤钾含量的估算模型,并用独立样本进行验证。结果表明,以土壤光谱反射率一阶微分(DSSR)为自变量建立的多元线性回归模型(MLR)能进行土壤全钾含量准确估算。以波段深度一阶微分(DBD)为自变量建立的PLSR模型,验证集的决定系数(R2pre)大于0.90,预测均方根误差(RMSEpre)等于0.054,预测相对分析误差(RPDpre)等于3.310,是估算土壤全钾含量的最优模型;而以DSSR为自变量建立的PLSR模型,RPDpre值为1.619和1.572,是估算土壤速效钾含量的最优模型。本研究表明可见/近红外光谱结合多元线性回归和偏最小二乘回归方法能对渭北旱塬区黄绵土全钾含量进行快速、准确估算,但对速效钾含量仅能进行粗略估算。

不同粒径黄绵土的溅蚀规律及表土结皮发育研究

溅蚀是土壤侵蚀过程的开始,为侵蚀发展提供了物质来源。因此,对其进行研究有助于对侵蚀过程的深入了解。本文选择了广泛分布于黄土高原地区的黄绵土,通过对不同粒径的土样进行模拟降雨试验,分析了土壤颗粒的溅蚀规律和表土结皮的形成过程,以及溅蚀率变化趋势。结果表明,不同粒径土样的溅蚀量差异明显,粒径在0.15mm附近的土壤颗粒最易被溅蚀;在一定的降雨历时内不同粒径土样的表土结皮发育完善程度不同,据此可以很好地解释溅蚀率的变化。

黄绵土坡耕地磷素迁移与土壤退化研究

坡地水土流失是导致区域土壤质量退化与土地生产力下降的重要原因。采用野外天然降雨-径流小区试验法,初步研究了黄土高原黄绵土休闲坡耕地一次轻度侵蚀(侵蚀量410～435t/km2)降雨前后土壤质量的退化特征。试验结果表明,降雨侵蚀前后坡地表层(0～5cm)土壤性质均具有相似的波状变化特征,其中>50μm砂粒含量与50～20μm微团聚体含量随坡长的增加呈降低趋势,而粘粒含量、比表面积(SSA)、20～2μm微团聚体含量、土壤有效磷(AP)与全磷(TP)含量以及土壤含水量均为增大趋势,表明由于长期处于侵蚀环境表层土壤的细颗粒与养分逐渐向坡下迁移,坡地土壤在向质地沙化和肥力退化方向发展。统计分析表明,坡地土壤AP与TP含量均与土壤粘粒含量及SSA呈显著正相关,TP含量与20～2μm微团聚体含量呈显著正相关。坡地土壤性质在降雨前后的变化不如其沿坡面的空间变化呈显著,但是坡地土壤与径流泥沙的分析结果仍然显示出,降雨主要导致有效养分(AP)、<20μm细颗粒以及20～2μm微团聚体在坡面的迁移与流失,这正是坡地土壤质量退化的主要原因。

主要农用黄绵土典型剖面养分分布特征及历史演变

利用历史资料及典型剖面土样,采用原位采样及相同测定方法研究不同时期黄绵土剖面的养分分布特征及演变趋势。结果表明:近30年来黄绵土中有机质、氮素、磷素含量水平有不同程度提高,耕层变化量最大,耕层有机质、全氮、碱解氮、全磷和速效磷的增加量分别为2.18,0.12,3.53,0.32,5.18 mg/kg。剖面中钾素含量呈减少趋势,耕层变化量最小。黄绵土耕层各养分含量的表聚系数均增大,该区土壤肥力向有利于作物吸收的方向演变。

黄绵土坡面土壤矿质氮素径流流失与入渗特征研究

采用人工模拟降雨的研究方法,研究了黄绵土坡面土壤矿质氮素径流损失与入渗规律。结果表明,径流损失是土壤矿质氮素流失的主要形式,土壤硝态氮是氮素径流损失的主要形态;土壤矿质氮素在地表流失过程中,随时间的延长累积流失量均不断增大,可用幂函数和对数函数方程进行模拟;降雨16h后,硝态氮发生深层渗漏现象比较明显;坡中部硝态氮发生向下迁移的现象相对严重,而铵态氮径流或泥沙损失主要集中在坡上和坡中部。

外加碳、氮对黄绵土有机质矿化与激发效应的影响

应用14C标记的葡萄糖和麦秸,15N标记的(NH4)2SO4和Ca(NO3)2对生黄绵土、菜园黄绵土土壤有机质的矿化与激发效应进行了研究。结果表明,外加有机质,特别是外加易分解的葡萄糖,和外加氮源,特别是外加(NH4)2SO4,对两种黄绵土土壤的有机质矿化与激发效应都有明显的促进作用,土壤有机质的矿化是高肥力菜园黄绵土高于低肥力生黄绵土,而有机质矿化的激发效应却是低肥力生黄绵土高于高肥力菜园黄绵土。外加有机质与外加N同时施入土壤时,外加N对外加有机质的矿化与激发效应同样有明显的促进作用,并发现外加有机质与外加N在促进土壤有机质矿化与激发效应过程中表现出正交互作用。激发效应对土壤肥力的更新和培养有积极作用。

耕作方式对黄绵土无机磷形态的影响

以设置在陇中黄土高原并已经进行了5年的田间定位试验为基础,采用蒋-顾石灰性土壤无机磷分级法,研究了不同耕作方式对黄绵土无机磷形态的影响。结果表明,供试土壤中78.6%的磷以无机磷形式存在,且以Ca-P占绝大多数。无机磷各形态含量排列顺序为:Ca1-0P>Ca8-P>O-P>Al-P>Fe-P>Ca2-P。与传统耕作不覆盖(T)相比,免耕秸秆覆盖(NTS)、免耕不覆盖(NT)、传统耕作结合秸秆还田(TS)均可降低土壤中的Ca8-P、O-P和0—5 cm土层中的Ca10-P含量,其中NTS最为明显;NTS处理可提高土壤中的Al-P、Fe-P含量。不同处理中,Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P均以0—5 cm土层中含量最高,且随着土层的增加呈下降趋势;但是Ca10-P以5—10 cm土层含量最高;各处理O-P在土壤剖面中的变化没有显著差异。

长期定位施肥对黄绵土区作物产量及养分回收率的影响

通过近30年(1981—2010年)的长期定位试验,系统研究长期施肥对黄绵土区作物产量及养分累积利用率的影响。结果表明:长期施用化肥和有机肥在显著增加小麦、油菜和胡麻3种作物产量的同时小麦产量年际间的稳定性也显著提高,化肥配施和有机肥与化肥配施的增产和稳产效果更佳;施用有机肥处理和不施用有机肥处理,氮磷配施(NP)及氮磷钾配施(NPK)的增产效应都随试验年限延长而逐渐增加,且与试验年限间呈极显著正相关关系;施用氮肥(N)、氮磷配施(NP)及氮磷钾配施(NPK)的平均增产效应分别为745、1 413 kg·hm-2和1474 kg·hm-2,有机肥的平均增产效应为983 kg·hm-2;不同施肥处理中,氮磷(NP)配合施用及氮磷钾(NPK)配施处理氮和磷的累积回收率最高,分别为44.35%、44.55%和15.11%、15.35%;施用有机肥降低了氮和磷的累积回收率,有机肥与氮磷(MNP)及有机肥与氮磷钾(MNP)配施处理氮和磷的累积回收率分别为30.41%、32.07%和9.95%、9.70%;氮磷钾(NPK)处理钾的累积回收率最高,为14.25%,同样施用有机肥显著降低了钾的累积回收率。

玉米秸秆及其黑炭添加对黄绵土CO_2和N_2O排放的影响

采用二次通用旋转组合设计,在室内进行恒温(28℃)培养试验,探讨在室内培养条件下土壤水分、有机碳(秸秆、黑炭)和氮素耦合对温室气体(CO2和N2O)排放的影响,并建立回归模型对试验数据进行回归分析,结果表明:(1)相比施加秸秆来说,在土壤中施加黑炭具有显著的减排效果。(2)以秸秆作为碳源时,水、碳、氮三因子对土壤两种温室气体(CO2和N2O)累积排放量的影响大小均表现为有机碳>水分>氮素;以黑炭作为碳源时,水碳氮三因子对土壤CO2累积排放量的影响大小表现为水分>有机碳>氮素,对土壤N2O累积排放量的影响为有机碳>氮素>水分。(3)水碳氮交互作用对土壤CO2累积排放量的影响表现为:施加秸秆时为碳氮>水氮>水碳,施加黑炭时为水碳=水氮>碳氮;而对N2O累积排放量的影响而言,施加秸秆时为水碳>碳氮>水氮,施加黑炭时为水氮>碳氮>水碳。(4)研究认为,令CO2累积排放量最小的水碳氮组合以秸秆作为碳源时为水分含量30%、不施加秸秆和氮素施加量81.9 mg kg-1,以黑炭作为碳源时为水分含量10%、不施加黑炭和氮素施加量48.4 mg·kg-1;令N2O累积排放量最小的水碳氮组合以秸秆作为碳源时为水分含量30%、不施加秸秆和氮素施加量100 mg·kg-1,以黑炭作为碳源时为水分含量10%、不施加黑炭和氮素施加量100mg·kg-1。

高羊茅和优良菌群联合作用降解陕北黄绵土中的石油烃

以长庆油田石油开采区的烃污染土壤作为供试土壤,以高羊茅为供试植物。从陕北石油污染土壤和污染泥浆中分别获得菌群TJQ和菌群JQ1;用原油污染城市花园土,经过90天驯化获得菌群JQ2,3菌群中主要以细菌和真菌为主,放线菌较少。降解结果表明,与对照组相比,接种菌群JQ1、JQ2、TJQ及其混合体使土壤中石油降解速率加快,30天内石油烃去除率提高了13.8%～25.4%,微生物FDA活性增长2～3倍,其中JQ1+JQ2组合对石油降解幅度最大,30天降解率可高达35.36%。尽管供试土壤中N、P和有机质含量少,pH偏碱性,土壤贫瘠,不利于植物生长,但高羊茅与各菌群及其混合体联合作用,在其出苗、生长的同时,能明显提高土壤中石油降解效率。与未种植高羊茅相比,30天内,石油降解率最大可提高14.4%,其中JQ1+JQ2+高羊茅组合对土壤中石油烃降解幅度最大,30天降解率最高达49.81%。且根际微生物的数量也相应高出1～2个数量级,微生物FDA活性高出0.53～1.26倍。

生物炭对黄绵土水分入渗和持水性能的影响

基于室内一维土柱入渗试验,定容重条件下研究了生物炭粒径(1—2 mm和≤0.25 mm)和添加量(10 g?kg^(-1)、50 g?kg^(-1)、100 g?kg^9-1)和150 g?kg^-1))对扰动黄绵土的水分入渗过程及持水能力的影响。结果表明:生物炭明显降低了黄绵土的入渗能力,黄绵土的湿润锋深度与累积入渗量随着生物炭添加量的增加而降低,且小粒径生物炭对黄绵土入渗能力的降低作用强于大粒径;生物炭明显增加了黄绵土的持水能力,且随添加量增大而增大,小粒径生物炭的促进作用优于大粒径;添加生物炭后黄绵土湿润锋深度与时间关系可用幂函数描述;Kostiakov、Philip、Horton入渗模型均能较好模拟生物炭添加后黄绵土累积入渗量随时间变化,其中,Kostiakov模型拟合精度更高;van Genuchten公式可以用来描述添加生物炭后黄绵土持水特征。该研究结果为添加生物炭后的黄绵土适宜性评价提供了土壤水分方面的参考依据。

黄绵土长期施肥后效及对土壤水分的影响

在６年长期施Ｎ、Ｐ、Ｍ、ＮＰ、ＭＮ、ＭＰ和ＭＮＰ的土壤上，连续种植一季谷子和两季小麦，研究长期施肥对后茬作物产量和吸Ｎ，Ｐ量的反映及Ｎ，Ｐ养分在作物体内分布情况，盆栽试验结果表明，磷肥、有机肥单施或与其它肥料配施均有后效，纯施Ｎ肥没有后效，而且影响和限制了后茬作物的生长和发育，Ｐ肥的后效最多能维持３年，有机肥后效仅能维持一年，经过三料作物吸收，其土壤有机质、全Ｎ、速效Ｐ和喊解Ｎ均有所降低。

甘肃省黄绵土耕地质量特征及其调控的关键技术

通过田间试验,对甘肃省黄绵土耕地质量特征及其调控的关键技术进行研究。结果表明,甘肃省黄绵土土壤养分含量低,且因干旱和瘠薄在1999-2001年以后开始下降,土壤质量处于退化状态。以提高自然降水拦蓄率、保蓄率和利用率为治旱突破口,提出集成田间沟垄微集水耕作与地膜、秸秆、沙草二元覆盖等抑蒸技术的治旱耕作关键技术;以提高土壤养分含量、保肥、供肥能力为治薄突破口,提出化肥秋深施、有机无机绿肥配施、秸秆堆腐还田和首选豌豆、扁豆为轮作豆科作物为主的治薄耕作关键技术,通过抗旱作物+治旱技术+治薄技术组配形式,建立黄绵土耕地质量调控关键技术体系。

黄绵土在连续施肥下的肥料效应

本文以1983～1989年在黄绵土上所做田间试验结果和室内分析资料为依据,详细讨论了施用不同肥料(氮、磷、氮磷、有机肥、有机肥+磷、有机肥+氮,有机肥+氮磷),对玉米、谷子、糜子、荞麦等作物的产量及其经济效益;植株对肥料的利用率;土壤养分含量的变化;肥料种类与籽粒品质等的影响。指出,在这一水土流失严重地区,应十分重视增施有机肥,切忌化肥单施,实行氮磷肥配合施用;磷肥效果明显高于氮肥,建议解决磷肥供应不足问题。在目前有机肥,化肥均感不足情况下,应优先提供玉米对肥料的需要,其次为谷子。