玉米秸秆堆腐还田对黑土区土壤性状的影响

本研究针对东北地区秋冬季节气候寒冷特点和秸秆堆腐还田的实际操作需求,开展秸秆堆腐还田试验。在秋季玉米收获之后进行田间堆腐试验,期间连续监测环境温度、降水、秸秆堆温度、秸秆失重率等指标。离田玉米秸秆经过腐熟后作为肥料还田,连续施用3年,检测土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、土壤孔隙度、土壤容重等指标。在基本农田和棚室保护地进行为期2年的应用试验。结果表明:120 d秸秆失重率达到31.53%。施用腐熟秸秆3年,土壤有机质提高了4.06~6.31 g/kg、土壤中碱解氮提高了15.08~27.35 mg/kg、速效磷提高了18.11~21.95 mg/kg、速效钾提高63.97~89.93 mg/kg;土壤容重降低了0.10~0.14 g/cm^(3)、土壤田间持水量提高了7.51%~9.24%(V/V)、土壤孔隙度提高了3.69%~5.27%(V/V),且差异显著(P≤0.05)。基本农田和棚室保护地应用试验中,速效养分与有机质有所增长,土壤容重与田间持水量变化显著。逐年施用腐熟秸秆对于提高土壤有机质含量、速效养分具有显著作用。同时,施用腐熟秸秆能够降低土壤容重,提高土壤孔隙度与田间持水量,改善土壤板结问题。腐熟秸秆在改良与保育黑土性质方面具有良好的作用。

陕北黄土丘陵区撂荒草地群落生物量及植被土壤养分效应

为了明确植被演替过程中植被与土壤的互动效应,为植被恢复提供依据。根据陕北黄土丘陵区36块不同年限(时间尺度为2～45a)的撂荒样地地上生物量、土壤养分和水分的测定结果,及4块典型撂荒群落样地地上/地下生物量,7种撂荒群落主要植物生长特性的测定,分析了撂荒演替过程中群落生物量与土壤养分的变化过程、趋势及其相互关系,进而探讨了撂荒演替过程中群落生物量对土壤养分的作用效应,并利用多元回归和通径分析法分析了土壤养分对群落生物量的作用。结果表明:(1)除速效磷外,撂荒演替过程中群落地上生物量和土壤有机质、全氮、全磷、全钾、NO3-N、NH4-N和速效钾都呈先减少后增加的趋势,步调基本一致。(2)从撂荒年限与土壤养分的相关性来看,0～20cm土壤有机质含量、速效磷含量和0～20、20～40cm土壤层NO3-N含量与撂荒年限相关显著,说明演替过程中有机质、速效磷和NO3-N有较为明显的植被土壤效应,而其它土壤养分与撂荒年限相关不显著,不能排除演替初始条件和植物暂时固定的影响;从群落生物量与土壤养分的相关性来看,群落生物量对土壤有机质、全氮、磷、钾、NO3-N、速效钾和速效磷含量具有正效应,而对NH4-N具有负效应,但都不显著。(3)通径分析说明撂荒年限、土壤全氮、全钾、速效钾和土壤水分变异量对生物量表现为正的直接作用,其中以撂荒年限和土壤水分波动量作用较大,土壤养分对群落地上生物量的作用以土壤全氮最大,全钾和速效钾影响较小;演替过程中群落地上生物量的变化主要是由于植被盖度和群落组成种的生态学特性造成的(撂荒年限较大的直接作用),其次是由于撂荒演替过程中土壤水分的波动造成的(撂荒年限通过土壤水分的间接负作用)。(4)随着土层深度的加深植物根系生物量呈幂函数递减过程,演替后期群落根冠比有增加的趋势,演替后期序列种根冠比和根长也有增加的趋势,这些在一定程度上会影响到生物量积累和有机质分解等,进而会影响到植被土壤效应。

黑土区水田化肥氮去向的研究

选取东北北部黑土地区水稻生产上施氮量、施肥方法和主要氮肥品种 (尿素 )为参数 ,采用示踪元素微区法和常规尿素小区法 ,连续 2年系统地研究了水田化肥氮的去向 .结果表明 ,化肥氮 2 2 .2 %～4 6 .1%进入了水稻体内 ,平均为 37.7% ,当年进入土壤中的残留氮 12 .7%～ 2 5 .4 % ,氨挥发为 8.8%～17.2 % .作物对化肥氮的利用高低决定于施氮方法 ,化肥氮深施、混施均比表层施用利用率高 ,低施肥量化肥氮利用率比高施肥量利用率高 .土壤残留量与施肥方法有关 ,深施和高施氮量均增加土壤残留 .15N试验证明 ,由于东北北部黑土比较粘重和土体构型的原因 ,在土层深度为 80cm以下未检测出土壤残留化肥氮 ,示踪试验和小区试验证明 ,化肥氮的激发效应 (PE)

梭罗草在青藏铁路取土场植被恢复中的应用研究

根据青藏铁路工程建设中的生态环境保护以及植被恢复建设的迫切需要,在青藏铁路沱沱河试验段高寒草原区取土场开展植被恢复的试验工作,主要研究和分析了梭罗草(Kengyilia thoroldiana(Oliv.)J.L.Yang,Yen et Baum)在青藏铁路取土场植被恢复中的应用,为青藏铁路工程建设中的取土场植被恢复提供科学依据.结果表明:青藏铁路建设过程中形成的取土场属次生裸地,其有机质含量为3.31 g.kg-1,pH为8.84.梭罗草为高原干旱地区乡土多年生草本植物,具有耐寒旱、抗风沙以及耐盐碱等特性.在取土场植物的出苗率接近50%,越冬率可达75%以上.恢复第2年植物群落盖度为41%,群落地上生物量和地下生物量分别达到(128.16±41.85)g.m-2和(266.50±95.69)g.m-2.可见,无论是种子萌发和植物越冬,还是植物个体生长发育以及人工植物群落特征,梭罗草表现出对青藏铁路沿线高寒干旱地区气候和土壤环境具有较好的适应性.只要采用高原乡土植物种类和采取相应的植被恢复技术措施,青藏铁路多年冻土区取土场次生裸地的植被快速恢复是可行的.

减水和减施化肥对设施黑土菜田茄子产量及水分利用率的影响

为了探究减水和减施化肥对设施黑土菜田茄子产量和水分利用率的影响,本研究以茄子为研究对象,对比分析了常规施肥量和灌溉量、80%常规化肥量+正常灌溉量以及80%常规灌溉量+常规施肥量处理的茄子产量和水分利用率的效果。试验结果表明:与常规水肥处理相比,减施化肥处理显著降低了茄子果实、茎叶和根系干物质量(P <0. 05),降幅分别为5. 42%、15. 3%和8. 54%,但对茄子产量、耗水量和水分利用率均无显著影响(P> 0. 05)。减水处理的茄子果实和茎叶干物质量较常规水肥处理分别显著降低了6. 86%和18. 3%,茄子产量和耗水量分别显著降低了5. 17%和21. 8%,水分利用率显著增加了21. 6%(P <0. 05)。适当减少化肥的施用量对茄子产量和水分利用率均无显著影响(P> 0. 05);减少灌水量显著降低了茄子的产量,但提高了水分利用率(P <0. 05)。

河北省坝上风电场建设区水土流失特点与植被恢复途径

以河北省坝上风电场建设区为研究对象,探讨风电场建设区水土流失特点、分区、防治重点及植被恢复措施。结果如下:风电场建设区水土流失特点为风电场工程的特殊性与坝上水土流失特征的相互耦合的表现;风电场建设区水土流失特点表现为点状与线状侵蚀并存,风蚀与水蚀共存,植被破坏点多面广、植被恢复难度大,土石方量较小、弃渣相对较少,水土流失重点在施工建设期等;风电场建设区的水土流失主要来自升压站、风机区、施工生产生活区、道路区、集电线路区和弃渣场等6个区域,不同区域的水土流失特点和防治重点各有侧重;坝上风电场建设区的植被恢复可采取封育恢复自然植被,清理表土集中覆盖、利用土壤种子库恢复植被及人工植被建设3类途径。

施肥与灌溉对黑土区稻田氮素渗漏淋溶的影响

为明确东北黑土区稻田土壤氮素渗漏规律,在典型黑土区开展了基于农田水平衡的小区试验,分析了不同灌溉方式和施氮水平条件下稻田土壤渗漏水中三氮浓度变化情况,并结合农田水平衡方程计算出了不同水肥条件下的氮素淋失总量。结果表明,渗漏水中铵态氮、硝态氮和总氮浓度与施氮量呈正相关关系,控制灌溉和浅湿灌溉分别可以减少硝态氮渗漏浓度11.89%和14.15%;常规灌溉方式下每公顷每增加1kg施氮量(折合成纯氮),氮素淋失量增加0.117 5kg,控制灌溉和浅湿灌溉则分别增加0.035 9kg和0.055 7kg;在水稻全生育期,控制灌溉氮素淋失总量最小,平均为4.51kg/hm2,约是常规灌溉的1/3、浅湿灌溉的1/2。综合分析认为,浅湿灌溉是适用性更高的灌溉方式,理论合理施肥量为137.30kg/hm2。

北亚热带红壤丘陵区3种土地利用方式下CH_4通量及其影响因素

以北亚热带红壤丘陵区林地、茶园、菜地为对象,采用静态箱-气相色谱法,对3种土地利用方式下CH4通量进行了研究,同时测定了土壤温度、含水量和无机氮含量。旨在探索不同土地利用方式下CH4"源"和"汇"的功能,对评估不同土地利用方式对全球气候变化的贡献具有重要意义。结果表明,不同土地利用方式下土壤甲烷平均通量有显著差异,分别为:林地-15.44μg·m-2·h-1,茶园-1.49μg·m-2·h-1,菜地7.11μg·m-2·h-1;菜地土壤甲烷平均通量最高,茶园其次,林地最低,CH4年累积通量分别为0.52、-0.31和-1.46 kg·hm-2,菜地土壤以排放CH4为主,而茶园和林地土壤是CH4的汇。茶园和菜地土壤CH4通量呈一定的季节性变化,春、秋季CH4通量较高。林地CH4吸收通量与土壤湿度呈显著的负相关关系(P<0.05),且当土壤湿度(WFPS)高于70%时,林地土壤才以排放CH4为主;而茶园和菜地土壤CH4吸收通量与土壤含水量无显著相关关系。土壤CH4通量与土壤温度之间未呈显著的相关关系。不同土地利用方式下土壤CH4排放通量与铵态氮含量呈显著的负相关关系(P<0.05),而与硝态氮含量未呈显著的相关性。

黑土区农田氮磷淋溶消减措施

黑土是我国重要的土壤资源,承载了全国50%以上的玉米产量。但过量的化肥施入和不合理的农业管理造成黑土土壤氮磷大量残留,氮磷淋溶风险增强。相关研究表明,尽管黑土区旱地农田氮磷淋溶损失相对较低,肥料残留效应仍致使其潜在淋溶风险增强。因此,本研究综合分析了环境因子和农业管理措施对黑土区农田氮磷淋溶特征的影响规律,明确了黑土氮磷淋溶消减措施,并针对玉米农田和蔬菜地提出消减策略。具体结果如下:施肥和降水是影响黑土农田氮磷淋溶的重要因素,灌溉是影响蔬菜地氮磷淋溶的关键农田管理措施;按需施肥、有机无机配施、避免雨热同期追肥、节水灌溉、免耕秸秆覆盖、不同作物轮作和添加生物炭等均是适合于当地气候和土壤条件的氮磷淋溶阻控措施。建议玉米农田采用一次性基肥施入,有机肥占比50%~70%,采用免耕秸秆覆盖技术;蔬菜地在常规施肥和灌溉频次下分别降低20%的施肥量和灌溉量,推荐蔬菜秋季收获后秸秆粉碎深埋等管理措施。本研究明确了黑土区农田氮磷淋溶消减策略,有助于实现黑土区农业绿色可持续发展和绿色生态环境的构建。

植被覆盖和降雨因子变化及对东北黑土区土壤侵蚀的影响

[目的]研究东北黑土区植被覆盖和降雨侵蚀力因子对土壤侵蚀时空变化的影响程度,为该区水土流失治理和可持续发展提供科学依据。[方法]运用修正后的通用土壤流失方程(RUSLE)得到了2000—2018年东北黑土区土壤侵蚀分布特征,并探究土壤侵蚀模数与因子时空分布变化规律,得出侵蚀模数对于植被覆盖和降雨侵蚀力因子变化的敏感性。[结果]黑土区土壤侵蚀变化与植被覆盖与管理因子和降雨侵蚀力因子的变化相关。研究期间侵蚀模数从1175.20 t/(km 2·a)下降至822.07 t/(km 2·a),并且全区主要以微度侵蚀和轻度侵蚀为主,空间上呈现西南向东北逐渐降低的空间分布特点。[结论]东北黑土区东南部和西南部的植被覆盖与管理因子(C)敏感系数分别为0.95和1.00,是强度敏感区域,提高植被覆盖度将成为有效治理手段;西北与西南降雨侵蚀力因子(R)敏感系数分别为0.45和1.00,为中度敏感和强度敏感的区域,降低降雨的影响对治理侵蚀最为有效。

木本泥炭促进设施番茄生长和改良土壤的效果

针对设施菜田土壤连作障碍、蔬菜品质降低等问题,以北京郊区春大棚番茄为研究对象,通过基施木本泥炭及其他添加物料作土壤调理剂,研究其对番茄产量、品质以及设施土壤改良效果的影响。结果表明:木本泥炭+苛性钾处理较常规施肥处理番茄产量显著增加16.73%,果实VC含量显著增加55.77%,同时明显增加了耕层土壤速效磷、钾养分含量,提高了p H值,而单施木本泥炭、木本泥炭+米糠菌剂处理与常规施肥处理均无显著差异。施用木本泥炭及其他添加物料均有降低土壤表层盐分累积的趋势。综上,施用木本泥炭及其他配合物料对设施番茄生长以及土壤改良有良好的促进作用,其中木本泥炭+苛性钾处理效果最佳。

土壤调理剂对设施菜田土壤及作物生产的影响

为了明确土壤调理剂在改良设施土壤理化性状及增加作物产量方面的作用,确定土壤调理剂产品的最佳施用量,便于在农业生产中的应用推广,笔者研究了土壤调理剂对设施菜田（以北京市房山区为例）土壤性状及农作物生产的影响。结果表明：施用土壤调理剂对提高设施土壤田间持水量、土壤阳离子交换量及番茄产量作用明显,土壤调理剂施用量与土壤田间持水量、阳离子交换量及番茄产量的关系分别可以用方程y=-8×10^-5x2＋0.0329x＋27.34（R2=0.958）,y=-0.0004x2＋0.0639x＋16.39（R2=0.9344）和y=-0.0041x2＋＋0.5155x＋77.725（R2=0.9877）拟合。土壤调理剂施用量60~75 L/hm2对改善土壤理化性状、增加番茄产量最优。

松嫩平原黑土区玉米穗质量构成要素的空间变异性研究

基于在松嫩平原黑土区获取的玉米穗质量构成要素(穗粒质量、穗轴质量、穗粒数、穗行数、行粒数、穗长、穗粗),利用传统统计学、多重分形和联合多重分形方法分析了玉米穗质量构成要素的空间变异性。结果表明,玉米穗粒质量、穗轴质量、穗粒数、穗行数、行粒数、穗长、穗粗的空间变异强度依次减弱,且穗粒质量和穗轴质量的变异程度为中等变异,穗粒数、穗行数、行粒数、穗长、穗粗的变异程度为弱变异;玉米穗轴质量和穗粒质量的多重分形特征最明显,行粒数、穗粗和穗长的多重分形特征最不明显,穗行数和穗粒数多重分形特征的明显程度介于上述两者之间;穗行数的空间变异性主要是由高值信息造成,而行粒数、穗轴质量、穗粒质量、穗粒数、穗粗、穗长的空间变异性主要由低值信息引起;单一尺度和多尺度上,穗粗、穗轴质量、穗长、穗粒数、行粒数、穗行数对穗粒质量空间变异性的影响程度排序有所差异,穗粒质量与穗长、穗粗、穗粒数、穗行数、穗轴质量、行粒数在多尺度上的相关程度明显大于在单一尺度上的相关程度。

典型黑土区小流域秸秆直接还田技术在土壤改良中的应用

黑土在人类的影响下,土壤结构恶化,土层不断变薄,其根本问题在于,不合理的人类活动使黑土区土壤侵蚀加剧,黑土赖以发育的有机质得不到补充。而该区的作物秸秆却又出现大量剩余,并且这些秸秆的不合理利用导致环境污染。因此,在东北典型黑土区小流域土壤改良中应推广秸秆直接还田技术,同时考虑到技术中存在的问题,提出相应的解决方案。

有机无机肥配施对宁夏引黄灌区露地菜田土壤氨挥发的影响

为了探讨宁夏引黄灌区露地菜田土壤氨挥发损失特征,于2013年5—9月在该区域露地花椰菜-大白菜轮作体系下,采用田间小区试验,研究了不同有机无机肥配施对土壤氨挥发速率、氨挥发损失通量及其损失率的影响。结果表明：露地花椰菜和大白菜基肥后,不同有机无机肥配施处理下土壤氨挥发损失高峰通常出现在第1～4天,而追肥后提前到1～2天,在高量施氮处理下,氨挥发延续时间在10天以上;花椰菜季大多数施肥处理的氨挥发损失发生在追肥阶段（占总氨挥发损失通量的50.2%～60.3%,单施有机肥和低氮处理除外）,大白菜季各处理的氨挥发损失主要在基肥阶段（占总氨挥发损失通量的57.0%～73.6%）;露地花椰菜基肥和追肥后,不同施肥处理下土壤氨挥发最大速率分别在0.79～4.56、1.00～5.34 kg·hm^-2·d^-1之间,而露地大白菜季分别为3.49～13.09、1.54～7.03 kg·hm^-2·d^-1;不同有机无机肥配施下,花椰菜和大白菜全生育期内土壤氨挥发损失通量分别为5.15～35.82、11.11～70.60 kg·hm^-2,其随总施氮量的增加而增加;花椰菜和大白菜季不同施肥处理的土壤氨挥发损失率分别为4.02%～4.87%和2.54%～10.55%,其化肥贡献率分别为62.0%～100.0%和85.5%～100.0%,且化肥贡献率随化学氮肥用量的增加而增加。因此,在同等施用有机肥的情况下,合理降低化肥氮用量是减少该地区露地菜田土壤氨挥发损失的重要措施。

设施菜田土壤磷素累积特征与风险调控方法

为了研究设施菜田土壤磷素累积特征与风险调控方法,笔者综述了国内外近20年的设施菜田土壤磷素累积与损失方面的研究。发现中国设施菜田由于磷素的过量投入,导致表层土壤磷素过量累积,有效磷含量远远超出50~80 mg/kg的磷素损失环境拐点值。从磷素损失途径着手,讨论了源头调控(控制磷肥投入数量、改进磷肥施用方法)、过程调控(优化种植制度、施用磷素螯合剂)、末端控制(植物篱拦截)和经济、法规策略等方法对控制磷素损失的影响。最后探讨了该研究领域存在的若干问题,今后需要加强有机肥使用管理和环保重点区域磷素风险评估等方面的研究。

黑土低山丘陵区水平梯田地力提升措施对土壤质量和玉米产量的影响

[目的]定量评估黑土低山丘陵区不同地力提升措施对坡改梯区域土壤质量和玉米产量的影响,为该区耕地地力提升和黑土地保护提供理论支持。[方法]采用野外监测与多元数理统计方法,识别化肥、有机肥和秸秆不同组合混施对土壤养分含量、物理性状、玉米生长及产量等的影响。[结果]①秸秆配施有机肥措施不仅对耕层肥力起到了非常显著的改良作用,同时明显改善了土壤物理性状,且化肥、有机肥和秸秆混施处理效果最好;②添加秸秆与有机肥措施显著降低了C∶N,提高了N∶P和C∶P值,为土壤微生物群落生长、发育提供了更为理想的环境;③土壤持水能力和有机C含量是黑土低山丘陵区梯田作物产量影响最大的因素,未来应持续开展秸秆与有机肥混施措施;④化肥混合有机肥3.75 t/hm^(2)或秸秆3.00 t/hm^(2)是提高黑土丘陵区梯田产量的最佳施用量。[结论]黑土低山丘陵区不同地力提升措施对坡改梯区域土壤质量和玉米产量的影响有显著差异,该区域适宜用化肥混合有机肥、秸秆来改善土壤质量和玉米产量状况。

黑土区农田防护林带对小流域土壤侵蚀和泥沙沉积的影响

采用137Cs和210Pbex双核素示踪方法,结合GIS技术,在典型黑土区面积为28.5hm2的小流域上,研究了林带对小流域土壤侵蚀和泥沙沉积的影响。结果发现:小流域内的林带能在一定程度上减少土壤流失,林带前、后特别是带前表现为泥沙沉积,而带后一定距离上,土壤侵蚀会加剧;坡面较缓和等高线与林带夹角较小的林带拦沙效益高;在小流域两条防护林带和沟口地埂的作用下,小流域呈现侵蚀-沉积-侵蚀-沉积的模式。近50年来,平均每年沉积在两条林带前后60m范围内的泥沙占小流域总泥沙沉积量的18.8%;在100年的时间尺度上,平均每年沉积在林带前后的泥沙占流域年泥沙总沉积量的7%左右。在50年和100年的时间尺度上,小流域的泥沙输移比分别为53%和78%。

黑土区宽垄和窄垄耕作的顺坡坡面土壤侵蚀对比

宽垄耕作具有明显的增产效应,但顺坡宽垄耕作的坡面土壤侵蚀研究鲜见报道。该文基于野外大型坡面径流场观测和室内模拟降雨试验,对比分析了中国黑土区顺坡宽垄和窄垄耕作的坡面土壤侵蚀差异。结果表明,野外观测和室内模拟条件下顺坡宽垄坡面侵蚀量较之于顺坡窄垄坡面分别减少64.4%~90.4%和33.2%~57.9%,同时2种垄作方式下坡面侵蚀量与径流量均呈现出良好的线性关系(R^2≥0.81),但顺坡宽垄处理下的坡面侵蚀量随径流量的增加幅度小于顺坡窄垄处理。野外观测结果还表明,2种垄作方式的坡面侵蚀量皆与降雨侵蚀力PI30和径流量呈显著正相关关系,顺坡宽垄较之于顺坡窄垄减少的坡面侵蚀量随着PI30的增大而呈降低趋势,当PI30为430~605时,顺坡宽垄较顺坡窄垄的坡面土壤侵蚀量减少74.8%~90.4%,当PI30为1520~1708时,顺坡宽垄较顺坡窄垄的坡面土壤侵蚀量减少64.4%和66.5%。无论是野外观测还是室内模拟试验均表明,与传统的顺坡窄垄相比,顺坡宽垄具有较好防治坡面土壤侵蚀效果。因此,在东北黑土区推广宽垄耕作对保护黑土资源有重要意义。

设施菜地土壤氮素运移及淋溶损失模拟评价

设施菜地因大水大肥管理方式导致的氮素淋失已成为当前关注焦点。探寻氮素淋失阻控技术需要首先探明土壤中NO3--N的运移和淋失过程,找到淋失阻控的关键点,从而实现蔬菜栽培高产量低环境成本。本研究以京郊设施菜地黄瓜-番茄轮作系统为研究对象,通过田间试验获取土壤温度、湿度、NO3--N含量等数据,对反硝化-分解(DNDC)模型进行参数校验,并以农民常规种植模式为基线情景,设置改变土壤基础性质、灌溉量、施氮量等不同情景,运用DNDC模型对设施菜地系统土壤氮素运移及淋溶损失进行定量评价。结果表明:经验证后的DNDC模型能够较好地模拟蔬菜产量、5 cm土壤温度和0~20 cm土壤孔隙含水率变化以及NO3--N的迁移过程,是模拟和评价氮素运移和损失的有效工具。模拟不同情景表明,设施菜地0~60 cm土壤NO3--N累积主要受灌溉水量和氮肥施入量的影响,此外土壤pH和土壤有机碳的变化也是影响NO3--N运移的重要因子。节水节肥是设施菜地氮素淋失减量的最有效方法,相比常规措施,同时减少20%灌溉量和20%施氮量可明显降低59.04%的NO3--N淋失量。同时,在节水节肥的基础上改变灌溉方式并提高20%土壤有机碳含量,在保证蔬菜产量的前提下,能够进一步降低69.04%的NO3--N淋失量。可见,DNDC模型为设施菜地NO3--N淋失评价和阻控提供了一个较好的解决方案。在当前重点关注减氮节水等管理措施的同时,提高土壤本身的质量,不失为一种更有效的减少设施菜地氮素淋失的途径。