东北黑土区沟蚀研究进展与热点——基于CiteSpace计量分析

[目的]直观把握东北黑土区沟蚀研究进展与热点,推进东北黑土区沟蚀研究领域的发展。[方法]以CNKI与Web of Siencec数据库中245篇相关文献为对象,利用文献计量的方法,使用CiteSacep软件绘制东北黑土区沟蚀研究知识图谱。[结果]结果表明:(1)黑土区沟蚀研究起步较晚,近十年发文量显著增加,但国际期刊发表成果较少,仅占26%。(2)该领域研究力量主要分布在我国东北,其中水利部松辽流域委员会、北京师范大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所、东北农业大学、沈阳农业大学等机构贡献突出、影响较大;张树文是该领域中文发文量最多的学者,刘宝元和伍永秋是英文发文量最多的学者。(3)关键词共现表明,目前对东北黑土区沟蚀的关注重点主要集中在侵蚀沟发育特征、影响因素和沟蚀防治措施等方面。[结论]东北黑土区沟蚀尚未形成完整的研究框架和全面的认识,在未来的研究中,需进一步注重东北黑土区沟蚀形成和发育过程及机理研究,并深入分析地质、地形、水文、人类活动等因素的影响。

典型黑土区不同生态系统土壤团聚体有机碳分布特征

基于团聚体分组和闭蓄态微团聚体分离技术,利用典型黑土区27年长期定位试验,研究草地生态系统、农田生态系统和裸地生态系统下土壤团聚体及团聚体内部组分中有机碳的分布,以解析不同生态系统下土壤团聚体和有机碳固持间的关系,揭示黑土有机碳的物理稳定性机制。结果显示:与农田相比,草地土壤有机碳含量显著提高7.6%;裸地土壤有机碳含量显著下降14.1%。草地促进了大团聚体(>250μm),尤其>2000μm团聚体的形成,提高了土壤团聚体的稳定性;裸地则降低了土壤的团聚化程度及稳定性,大团聚体和微团聚体含量下降,粉粘粒含量相应增加。草地大团聚体中有机碳含量显著高于农田,且内部各组分有机碳含量均有显著提高,其中粗颗粒有机质、闭蓄态微团聚体和粉黏粒有机碳含量增幅分别为600%、54%和65%;裸地增加了粉粘粒结合有机碳含量,降低了大团聚体和微团聚体中有机碳含量,且大团聚体和微团聚体内部各组分有机碳含量均有所下降。3种生态系统类型土壤均以总粉粘粒结合有机碳为主,占土壤总有机碳52%—79%,其作为惰性碳库是黑土有机碳的重要组成部分。黑土有机碳的累积或损失主要表现为活性较强的有机碳库-团聚体中颗粒有机质的增加或减少,与农田相比,草地土壤有机碳的累积主要归因于大团聚体中粗颗粒有机质的增加,为总有机碳增量的3倍;裸地土壤有机碳的损失主要归因于微团聚体中总细颗粒有机质的减少,对总有机碳损失的贡献率为60%。

东北黑土区中部海伦地区大豆品种生育期组归属研究

为了实现大豆不同栽培区域间的科学引种,以13个分属于MG(maturity group)000-I的北美大豆生育期标准品种的生育期表现为参考,在海伦试验站,通过4年的对比试验,对14份的东北黑土区中部海伦市的主栽品种和新近选育品种的生育期组进行鉴定和划分。结果表明:除了PI548596在2011年未能正常成熟以外,其余12个北美标准品种和所有的13个北美标准品种在2011-2014年均能够正常成熟。参试的14份大豆品种的生育期组介于MG00-MGI之间,其中主栽品种和新选育的品种有84%属于MGI组,而国家及省级区域试验对照品种绥农14在2011和2013年属于MG0组,而在2012和2014年则属于MGI组。

东北黑土区降水特征及其对土壤水分的影响

水分是东北黑土区农业生产的主要限制因子,为了探讨东北黑土区可持续的土壤水分管理方式,该研究以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内为基础,利用SPI(standard precipitation index)值(标准降水指数)研究了该地区1952-2008年的大气降水情况,同时分析了土壤水分对大气降水(1999-2008年)的响应。1952-2008年平均年降水量为540 mm,标准差为121 mm,生长季内平均降水量为473 mm,占年平均降水量的87.60%。利用标准降水指数(SPI)将1952-2008年大气降水划分为7个不同的干/湿状态,分别是极端干旱,严重干旱、中等干旱、平常年份、中等湿润、非常湿润和极端湿润。分析近10 a(1999-2008)大气降水的SPI值发现极端干旱的年份有增加的趋势,同时对生长季末期土壤含水量的影响表现为湿润的年份(2003年,SPI值=1.5)能够显著增加土壤含水量(639.70 mm),而在极端干旱的年份(2004年,SPI=-2.6)土壤含水量达到了最低值(512.21 mm)。年际间降水量的差异也影响了土壤的供水特征特,同时肥料的施用增加了作物对土壤中水分的消耗。根据降水合理地管理东北黑土区的土壤水分对农业的可持续发展具有重要意义。

东北黑土有机质组分与结构的研究进展

在全球气候变化背景下研究土壤有机质的转化过程对于评价陆地生态系统碳截获潜力具有重要意义,而土壤有机质的循环特征及其稳定性与土壤有机质的组成和结构密切相关。东北黑土区是我国重要的商品粮基地,近年来,黑土有机质含量呈显著下降趋势,造成黑土肥力和质量的严重退化。本文通过文献资料的整理,总结了不同农田管理措施下黑土土壤有机质的消长动态、组分变化以及结构特征的研究现状,并探讨了研究中存在的问题。开垦和耕作导致土壤有机质总量、活性组分以及腐殖物质含量的显著降低,而平衡施用化肥和有机肥是维持和提升土壤有机质数量和质量的有效途径,长期有机无机配施使土壤有机质结构趋于简单化,有利于土壤肥力的保持。黑土有机质组分化学结构变化的驱动机制是值得人们长期探索的问题。

松嫩平原黑土区农田土壤肥力评价研究

通过对松嫩平原农田土壤采样和调查、化验分析得到土壤养分各项指标,综合区域实际情况采用特尔斐模型确定10项评价指标。在Model Builder建模平台上综合运用模糊数学法、层次分析法、加法模型,结合Python脚本建立了土壤肥力评价模型,实现了土壤肥力评价的定量化、自动化、模型化。评价结果表明:研究区域土壤肥力综合指数介于0.57～0.84之间,空间分布呈现出明显西南低东北高的条带状分布特征,哈尔滨周边地区高而双城市较低的主要分布趋势,结果与实际情况相符。开展松嫩平原黑土农田土壤肥力评价可以为指导该区域农业生产及制定有效的农田生态环境保护措施提供科学依据。

东北地区大豆胞囊线虫卵定殖真菌的多样性研究

采用蔗糖梯度离心法及形态与分子方法相结合的真菌鉴定技术,对黑龙江、吉林和辽宁3省的大豆田根际土进行分离鉴定,分析土壤中大豆胞囊线虫卵定殖真菌种类及多样性。研究结果显示,采自黑龙江、吉林和辽宁38个县市大豆田根际的122份土样中,共分离获得真菌菌株3 937株,鉴定出24个不同的属。Paecilomyces spp.,Verticil-lium spp.和Fusarium spp.的菌株数量最多,分别占总菌株数量的37.9%,14.2%和7.4%。黑龙江省的卵定殖真菌以Paecilomycesspp.和Fusarium spp.为优势种类,辽宁和吉林省以Verticillium spp.为优势定殖真菌。连作5年以上的17份大豆田土壤样品中,有10份卵优势真菌均为Paecilomyces lilacinus(淡紫拟青霉),6份为Verticilium chlamydosporium(厚孢轮枝菌),1份为Fusariumspp。

施肥管理对东北黑土区玉米耗水量的影响

以东北黑土区长期定位试验为基础,选取2000、2003、2005和2007年为研究时段,分析不施肥(CK)以及化肥(NP)和化肥+有机肥(NPM)施用对玉米耗水量和土壤供水量的影响。结果表明,玉米的耗水高峰出现在拔节—抽雄期和抽雄—成熟期,这2个阶段的耗水模数分别为24.41%和47.07%,全生育期的平均耗水强度为3.64mm.d-1。降水量和降水的分配显著影响玉米的耗水特征。肥料的施用可明显增加玉米在干旱年份和生长季某干旱时期的耗水量,并显著增加玉米的水分利用效率,其中以NPM处理的效果较好。各处理土壤供水量由高到低依次为NPM、NP和CK处理。因此在东北黑土区,有机肥和化肥配施是提高玉米的水分利用效率以缓解季节性干旱胁迫的有效途径。

平坦黑土区田间尺度剖面土壤物理性质空间变异性的研究

土壤属性的空间变异性是土壤的重要性质之一。在平坦区黑土田块尺度上利用环刀取样测定20 cm^140 cm土层土壤的密度、孔隙度、田间持水量和饱和含水量,利用描述性统计的方法分析土壤物质性质的空间异质性。结果表明,土壤密度、孔隙度、田间持水量和饱和含水量在垂直方向上的变异系数均小于10%,属于弱度变异。除了20 cm^40 cm田间持水量在水平方向上的变异系数属于中度变异以外,密度、孔隙度、田间持水量和饱和含水量在黑土剖面20 cm^140 cm内的水平方向上的变异均属于弱度变异。因此,在平坦黑土区的田块尺度上剖面土壤物理性质具有比较大的稳定性,可以为做空间变异研究分析的采样工作提供一些参考。

降雨强度和坡度对东北黑土区顺坡垄体溅蚀特征的影响

坡耕地溅蚀特征研究可揭示和反映溅蚀的发生和发展机理,而以往研究大多在无垄作坡面进行,较少涉及顺坡垄体。为此,该研究基于野外人工模拟降雨试验,设计3个降雨强度(30、60和90 mm/h)和2个坡度(3°、5°),研究降雨强度和坡度对典型黑土(Mollisol)农田顺坡垄体溅蚀量、溅蚀过程和溅蚀分选特征的影响。研究结果表明:当降雨强度由30 mm/h增加到90 mm/h时,总溅蚀量增加2.5~17.9倍。当坡度由3°增大到5°时,总溅蚀量增加30.52%~74.08%。当降雨强度为30和60 mm/h时,总溅蚀率随降雨历时呈迅速减小-缓慢减小-波动稳定的趋势。当降雨强度为90 mm/h时,总溅蚀率随降雨历时呈迅速增加-迅速减小-波动稳定的趋势。整体而言,总溅蚀量随降雨强度和坡度的增加呈幂函数关系。各试验处理下,溅蚀分选水稳性团聚体中均以<1 mm粒级的团聚体为主,平均占总量的79.01%,以0.5~1 mm粒级最多,2~5 mm粒级最少,分别占总量的32.94%和3.36%。30和60 mm/h降雨强度下,分别为<0.25和<2 mm的各粒级团聚体在降雨后期达到波动稳定,其中<0.25 mm的团聚体均呈迅速降低-缓慢降低-波动稳定的变化趋势。90 mm/h降雨强度下,1~5和<0.25 mm各粒级团聚体均呈线性平稳变化,其中<0.25 mm的团聚体呈线性减少趋势。研究可为东北黑土区水蚀防治提供科学依据。

黑土区治理后侵蚀沟道融雪侵蚀观测研究

融雪侵蚀是季节性积雪区水土流失的重要组成部分,融雪作用对侵蚀沟发育的影响对侵蚀沟防治有重要意义。通过野外实地监测和测量,对东北黑土区治理后侵蚀沟融雪侵蚀过程及沟坡细沟形态特征进行分析,探讨水土保持措施对融雪侵蚀的防控效果。结果表明:除侵蚀沟G2未产流外,侵蚀沟G1和G3在融雪中期径流率和泥沙含量明显高于融雪末期和融雪初期。融雪径流率和泥沙含量的日动态变化过程均呈先增加后下降的趋势。融雪期3条侵蚀沟沟坡细沟平均宽度变幅为6.7~9.4cm,平均深度变幅为3.3~4.3cm。阳坡出现细沟的条数,细沟密度,细沟割裂度,平均细沟复杂度和细沟侵蚀平均深度明显高于阴坡,说明阳坡的破碎程度及细沟侵蚀程度大于阴坡。细沟主要以宽浅槽型为主,宽深比为1.91~2.18。水土保持措施在融雪期间作用明显,侵蚀沟G2水土保持措施的拦水拦沙效果达到100%,侵蚀沟G1和G3大部分融雪侵蚀的泥沙也在沟道内沉积。

黄土丘陵区刺槐人工林林龄增加土壤微环境变化对凋落物分解的影响

凋落物所处的土壤微环境是影响其分解的关键因素之一,然而在黄土高原广泛栽植的刺槐人工林中,土壤微环境随林龄增加如何改变、其对凋落物分解过程的影响趋势尚不清楚。为明确上述问题,以油松凋落物(典型的难分解凋落物)和白三叶凋落物(易分解)为对象,分别在林龄为10、20、33 a和43 a的刺槐林地土壤表面进行为期592 d的模拟分解试验,检测凋落物分解特征以及地表土壤理化生物学性质随林龄增加的变化趋势,并分析凋落物分解速率与土壤微环境指标间的关系。结果表明:(1)随林龄增加,油松凋落物的分解速率呈先小幅降低后提高的趋势,白三叶凋落物的分解速率持续提高(P<0.05);(2)总体而言,随林龄增加林地表层土壤温度呈先降后增趋势,土壤湿度、有效磷含量和pH持续降低,而速效氮含量持续提高(P<0.05);(3)林龄增加显著改变了林地土壤微生物群落结构,特别是在各分解时间点时均导致真菌属的明显演替现象。土壤中9种凋落物分解酶的总酶活性和木质纤维素酶活性均在分解第108天时随林龄增加呈先降后增趋势,而在分解第389天和第592天时持续提高(P<0.05)。(4)油松凋落物分解速率仅与土壤总酶活性、真菌群落结构和铵态氮含量呈显著正相关,白三叶凋落物分解速率则与总酶和木质纤维素酶活性、细菌和真菌群落结构、温度和铵态氮含量显著正相关,而与土壤湿度和pH显著负相关(P<0.05)。综上所述,刺槐林龄增加引起的土壤理、化和生物微环境变化总体倾向于加速凋落物的分解过程。

东北农田涝渍成因和治理研究概况

阐述了涝渍耕地的概念和现状,综述了东北黑土耕地涝渍灾害的成因和涝渍治理研究的概况,指出了今后在涝渍治理过程中应该提高治理工程的设计标准,加大涝渍治理的科研力度和理论研究,并采用生物措施和工程措施相结合的方法进行综合治理。

黑土区不同水分处理对大豆产量和水分利用效率的影响

以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内的2011年水分控制试验为基础,分析了四个水分处理对大豆产量和水分利用效率的影响。研究结果表明,不同水分处理对大豆生物量与株高的影响表现为过量水处理(I1)>适宜水处理(I2)>自然降水(R)>干旱水处理(I3);I2能够明显改善大豆的农艺性状,增加大豆的百粒重和每株粒数,降低瘪荚数的发生;与I1,R和I3相比,产量分别增加了13.7%,12.4%和24.1%,R与I2之间的差异表明除了土壤进水量以外,灌溉时间也是影响大豆产量的主要因素之一。受到土壤进水量的限制,I3的水分利用效率最高,为18.36 kg/(hm2.mm),其次为I2为14.38 kg/(hm2.mm)。因此,从大豆产量和水分利用效率的角度考虑,在大豆的生长期间内I2的347mm的土壤进水量是能够满足其生长发育需要的,合理的灌溉时间是节约灌溉用水,提高产量和水分利用效率的关键。

东北水保工程项目区水土保持效益评价

在国家农业综合开发东北黑土区水土流失治理一期工程区内,选取新型大垄、垄向区田(3°和5°)、3°垄沟深松、改垄、梯田、地埂、草地、林地共8个不同的水土保持措施地块作为试验小区,以传统3°和5°顺坡垄作为对照小区,开展全年水土保持监测,并以此进行了田块尺度上的各项水土保持措施的效益分析。研究结果表明,水保工程措施总体优于水保耕作措施,在耕作措施中新型大垄密植水保效果最佳。各项措施水土保持效益排序为:草地>林地>新型大垄>改隆>梯田>地埂>深松>3°区田>5°区田。新型大垄、区田和深松措施水保作用具有时效性。

东北地区不同轮作方式下大豆产量对施钾的响应

东北黑土区是我国重要的优质大豆主产区之一,因其大豆的商品率高,在保障我国粮油供应方面起到了重要作用。本研究以中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站内轮作试验为依托,分析了钾肥投入量和降水格局对大豆产量的影响。研究结果表明,在研究区域内,大豆产量取决于轮作方式、钾肥投入量及降水格局的共同调控作用。大豆连作显著降低了大豆的产量,与大豆-玉米轮作和大豆-玉米-小麦轮作相比分别降低了5.5%和29.6%;钾肥的施用能够显著缓解大豆连作对大豆产量的限制,并随着钾肥投入量的增加而呈增加的趋势。但是在大豆-玉米-小麦轮作条件下,当钾肥投入量增加到149.0 kg·hm-2后,大豆产量并没有表现出相应的增加趋势,说明在延长大豆与禾本科作物轮作周期的情况下,可以适当地减少钾肥施用量。与此同时,钾肥还能够缓解研究区域内湿润年份大气降水过多对大豆籽粒产量的限制作用。因此,在研究区域内钾肥的施用能够显著增加大豆连作对大豆产量的限制。

黑土区甜菜新品种间块根产量与含糖率差异

以品种KWS3418为对照,对24个甜菜新品种进行了对比筛选试验。结果表明共有12个品种块根平均产量达到50t·hm-2,其中10个品种对比照品种增产显著,增产幅度达20%以上;有8个品种产糖量达到8.5t·hm-2以上,均显著高于对照品种;综合块根产量、产糖量、抗病性等因素,在品种选用上建议黑土区优先考虑处理ST21116、SD14631、ST21115、SD12826、HI0474、瑞玛和阿麦斯。图1,参5。

黑龙江省黑土区水土流失动态及成因分析

为了解不同时期黑龙江省黑土区水土流失状况及其演变动态,根据历史调查资料、小流域原位勘察结果及同期遥感调查数据,分别对1950,1980和2000年黑龙江省黑土区50a来不同空间尺度水土流失状况、特征、成因及演变进行分析。结果表明:(1)该区水土流失面积50a来净增了2.08×104 km2,水蚀是造成该区水土流失主要形式。(2)1950—1980年20a间年均水土流失面积为411.9km2,比1980—2000年年均值高出25.5km2。(3)50a来该区侵蚀沟数量增加98 832条,2000年侵蚀沟面积所占比例比1950年增加了172.4%,沟壑密度增加2.83倍。该区水土流失呈持续恶化态势,不合理人类活动、政策导向和黑土质量退化是导致该区水土流失程度动态变异主要诱因。

黑土区不同水分处理对大豆田土壤含水量动态变化的影响

基于中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测试验站内控水试验场的定位试验，研究了不同土壤进水量（降水和灌溉水之和）对剖面土壤水分运移的影响。结果表明：过量水分（11）、适宜水分（12）、干旱（13）和自然降水（R）影响土壤剖面的深度为0～130cm；11处理试验期间土壤累计进水量为514mm，土壤水分入渗的最大深度为110cm。13处理0—90cm土层土壤储水量较其他处理平均减少了38mm，说明黑土处于干旱状态时0—90cm土层内土壤水分均能供给大豆生长需要。受土壤进水量的影响11和R，12和13处理0—150am土层土壤储水量的季节性变化分别表现出相似的趋势。因此，水分进入土壤的频率和量是影响剖面土壤水分变异的主要因子，当土壤发生干旱时能加深土壤水分的循环深度；同时黑土具有强大的水分调节能力，对于调节季节性干旱具有重要作用。

长期施肥对黑土农田土壤微生物群落的影响

基于中国科学院海伦农业生态试验站长期定位试验区,应用实时荧光定量PCR(Real-timePCR)和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术研究了无施肥(NF)、单施N、P化肥(NP)以及化肥配施有机猪粪肥(NPM)等3种长期施肥措施对黑土区玉米田土壤微生物群落密度和结构的影响。Real-time PCR方法定量NF、NP及NPM措施土壤细菌群落基因组DNA质量分别为381、1 351和1 773 ng g-1干土,真菌群落基因组DNA质量分别113.3、127.3和20.6 ng g-1干土,真菌与细菌的比率分别为0.31、0.09和0.01,NPM措施显著低于另两种施肥方式(p<0.05)。DGGE方法研究表明,NP和NPM措施不能改善土壤细菌和真菌群落的多样性、均匀性及优势菌优势程度;但主成分分析结果显示NP和NPM措施均可改变土壤细菌和真菌群落的构成,且真菌群落的变化更为显著;聚类分析结果显示NP和NPM措施下细菌群落结构较相近,其相似系数为0.89,真菌群落中NP措施与NF措施相近,相似系数为0.63,高于NP与NPM措施的相似系数0.51。上述结果表明有机猪粪肥的长期施用可以显著降低黑土农田土壤真菌与细菌的比率,且明显地改变土壤细菌和真菌群落的结构。