秸秆还田对甘蔗地土壤优先流运动特征的影响

秸秆还田措施可改变田间土壤环境,在一定程度上影响作物生长。为探究不同秸秆还田措施对田间土壤优先流的影响,以秸秆覆盖(CM)、秸秆焚烧覆盖(BM)和无秸秆覆盖(CK)3种处理方式下的甘蔗地为研究对象,通过野外染色示踪试验,结合图像解析技术和生态学景观格局分析方法对广西不同秸秆还田措施下的甘蔗地土壤优先流运动特征进行研究。结果表明: 在相同外部供水环境下,无秸秆覆盖甘蔗地土壤染色形态分化为指状和团块状,秸秆覆盖和秸秆焚烧覆盖均以团块状分化形态为主,其平均总染色面积比均显著高于无秸秆覆盖(26.0%)。无秸秆覆盖下表层染色面积比快速下降,在15～30 cm深度中秸秆覆盖和秸秆焚烧覆盖下水流运动范围快速减小,深层土壤中秸秆覆盖染色面积比变化速度最小。无秸秆覆盖下形状指数达15.54,优先流运动更集中,而秸秆覆盖和秸秆焚烧覆盖下甘蔗地平均近圆形指数为0.67,优先流弯曲程度更高,且平均邻近指数为0.87,水流连通性更好。无秸秆覆盖下平均基质流深度(3.52 cm)和边缘密度指数(11.51)均最小,但优先流比最大(73.2%),优先流空间发育程度最高。秸秆还田措施在一定程度上降低了甘蔗地土壤优先流现象,对蓄水保墒起到了积极作用。     

四面山阔叶林土壤大孔隙特征与优先流的关系

为研究土壤大孔隙数量、分布特征与优先流发生之间的关系,在使用亮蓝染色法划分林地优先流发生区域基础上,利用穿透曲线理论方法,对重庆四面山典型亚热带阔叶林土壤剖面染色和未染色区域内的土壤大孔隙进行了量化分析.结果表明：研究林地土壤剖面内大孔隙半径多在0.3～3.0 mm,大孔隙率为6.3%～10.5%,随着土壤深度的增加,大孔隙呈现出聚集态的分布特征.各孔径范围内,染色区域的土壤大孔隙数量较未染色区域高出约1个数量级.半径＞0.3 mm,尤其是半径＞1.5 mm的大孔隙数量,是影响林地优先流发生的主要通道.森林土壤0.3～3.0 mm孔径范围内,大孔隙数量与其对应的土壤水分稳定出流速率呈显著的正相关关系,其中在0.7～1.5 mm和1.5～3.0 mm孔径范围内大孔隙数量与稳定出流速率相关程度最大,相关系数分别为0.842和0.879.发生优先流的染色区内大孔隙联通状况优于未染色区,两区中1.5～3.0 mm孔径范围内的联通大孔隙数量差异最大,相差78.3%.染色区内大孔隙数量随土壤深度的增加逐渐减少,“漏斗”状的孔隙分布特征可以形成有效的水压梯度,有利于水分优先运移.     

干湿交替对红河干旱河谷区土壤优先流形成特征的影响

为明确干旱河谷气候区干湿交替作用对土壤优先流形成的影响,本研究以红河干旱河谷区的荒草地为对象,通过模拟干湿交替的方法,基于染色示踪和水分穿透曲线试验并利用图像处理技术,对比分析模拟前后土壤优先流特征的差异性规律。结果表明: 模拟干湿交替条件下基质流发生区在0~10 cm土层,染色深度高达35 cm,其优先路径的水平宽度仅为3～10 cm,且染色面积曲线波动小。模拟干湿交替条件导致土壤稳定出流速率、大孔隙数量和大孔隙率明显增加,在0~20 cm土层,实施干湿交替后的土壤稳定出流速率较非干湿交替条件高约0.27 cm³·s^-1,染色区的大孔隙数量增加约1.4倍,大孔隙率则高13.4%。大孔隙数量与稳定出流速率呈极显著正相关,模拟干湿交替后大孔隙数量从大到小依次为: 0.6～0.8 mm＞0.8～1.0 mm＞1.0～1.5 mm＞1.5～2.0 mm＞2.0～3.7 mm,非干湿交替条件下为: 0.8～1.0 mm＞0.6～0.8 mm＞1.0～1.5 mm＞2.0～3.7 mm＞1.5～2.0 mm。各孔径范围的大孔隙数量与染色面积比呈极显著相关关系,经过模拟干湿交替处理后,其相关性增大,且影响优先流发生的主导因素由孔径1.5～2.0 mm的大孔隙数量变为孔径0.8～1.0 mm的大孔隙数量。干湿交替作用会通过影响大孔隙特征进而导致土壤更易发生优先流且程度增强。     

荒漠绿洲湿地土壤优先流与水分入渗特征

地表水分、溶质和污染物以土壤优先流的形式下渗到深层土壤或地下水中,将导致土壤养分流失与地下水污染等问题。因此,土壤优先流研究将为干旱区荒漠绿洲湿地水分运移与盐分积累过程提供理论依据。以荒漠绿洲湿地为研究区,选取柽柳灌丛、盐碱草地和杨树林,以道路为对照,采用室外染色示踪法对湿地土壤优先流特征与水分入渗进行研究。结果表明:不同植被类型土壤优先流入渗深度存在显著差异,其柽柳灌丛和盐碱草地几乎是杨树林和道的2倍;染色面积比随深度的增加而波动下降,0—20 cm土层染色面积比占总染色面积的54.42%—89.27%;染色路径宽度以20—250 mm和250 mm为主;优先流类型以高相互作用混合流和非均质指流为主。在荒漠绿洲湿地,砾石促进土壤优先流发生,增加了侧向流;同时,粗根的减少抑制了优先流的发生;此外,土壤盐分通过影响土壤大孔隙分布而影响水分入渗过程。因此,荒漠绿洲湿地土壤优先流与水分入渗差异是土壤质地、根系分布与盐分离子共同作用的结果。     

雷达探测分析下的广西蔗田土壤优先流空间分布

以广西垄耕和免耕两种处理方式下的甘蔗地为对象，将染色示踪与雷达探测技术相结合，通过染色图像形态分析与雷达图像信息解译，以及Logistic回归分析等方法对不同耕作方式下甘蔗地的土壤优先流空间分布变化及其影响因素进行研究。结果表明：土壤介电常数和雷达剖面图像幅值随土壤深度呈现先增大后减小的变化趋势，介电常数在不同土壤深度存在显著性差异(P<0.05),免耕耕作方式下在20～50 cm土壤深度仍有幅值变动区域，变化范围在-0.3×10⁶～0.3×10⁶,表明免耕方式下水分发生垂向运动；垄耕甘蔗地的电磁波幅值变动集中在0～20 cm土壤深度，优先流多为横向运动，波峰与波谷间变动值为0.27,小于免耕甘蔗地的变动值(0.34),二者电磁波幅值变动存在显著性差异(P<0.05);饱和导水率和有机质含量是雷达探测下优先流发育的主要影响因素。雷达探测可定量表征土壤中的优先流空间分布情况，垄耕在一定程度上降低了蔗田土壤水分的快速运移，提高了田间保水蓄水状况。     

典型黑土耕地土壤优先流环绕特征

以典型黑土耕地土壤为研究对象,采用双环入渗仪和染色示踪技术相结合的方法,通过对图片的判读,测定与分析了染色宽度、横纵剖面染色百分比和田间最大染色深度,以研究典型黑土耕地土壤的水分运移形式及其分布特征.结果表明:在0～15cm土层范围内,水分的运移以基质流为主;15～20cm范围内,有侧向入渗发生,平均染色宽度和染色百分比均在此层达到最大值,分别为23cm和20.73%;20～67cm范围内,水分的运移则以大孔隙流为主,优先路径主要是裂缝和大孔隙,其中,20～35cm范围内的大量裂缝使优先流表现出明显的环绕特征;而在40～67cm范围内,优先路径的形成则以连通性良好的大孔隙为主.由于裂缝和大孔隙2种优先路径的存在,使水分在土壤中的运移速度增加了4.5倍,这不仅可能造成水分损失,而且可能加速农药迁移造成地下水污染.建议在黑土区土壤的耕作和经营过程中,应当减少和消除这些优先路径.     

长期免耕秸秆覆盖对寒地草甸土土壤物理性质的影响

黑龙江地处中温带地区,农田秸秆量大,不同秸秆还田技术与耕作制度结合对土壤物理性质的影响尚不明确.通过2010-2017年连续8年的田间定位试验,研究免耕条件下秸秆覆盖对草甸土土壤物理性质的影响.试验设秸秆无覆盖区(0%)、30%覆盖量(30%)、60%覆盖量(60%)、100%覆盖量(100%)4个处理.结果表明: 免耕条件下,秸秆覆盖可使土壤容重增加0.10～0.20 g·cm^-3,差异达到显著水平,并随覆盖量增加呈递增趋势;秸秆覆盖使土壤固相率比无覆盖增加2.5%～7.8%;土壤温度随秸秆覆盖量增加降幅增大,表层尤为明显,0～5 cm土层温度降幅1.87～2.90 ℃;土壤含水量随秸秆覆盖量增加呈增加趋势,与无覆盖相比差异显著,0～5 cm土层增加幅度为6.4%～10.2%;秸秆覆盖使土壤总孔隙和直径>0.05 mm通气孔隙减少,0.05～0.002 mm有效孔隙增加,覆盖量越大增加越明显,对土壤无效孔隙的影响不规律.长期秸秆覆盖增加了土壤紧实度和土壤水分,降低了土壤温度和土壤总孔隙,增加了0～5 cm土层土壤有效孔隙.     

免耕条件下秸秆覆盖对旱地小麦田土壤团聚体的影响

设2个秸秆覆盖时期(全程覆盖、生育期覆盖)和3个覆盖量(3000、6000和9000kg·hm-2),以全程不覆盖为对照,研究陕西渭北旱塬免耕条件下秸秆覆盖对小麦田土壤团聚体的影响.结果表明:在0～40 cm土层,随土层的加深,＞5 mm径级的土壤团聚体含量逐渐增加,＜5 mm径级的土壤团聚体含量逐渐减小;各覆盖处理中,＞0.25 mm径级的机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的含量均显著大于对照,分别增加13.0％～26.4％和18.6％～45.6％,其中,6000 kg·hm-2秸秆覆盖处理的增幅最大;秸秆覆盖提高了土壤有机质含量,土壤有机质含量与＞0.25 mm径级的土壤水稳性团聚体含量呈显著正相关;各秸秆覆盖量处理均降低了土壤不稳定团粒指数,以6000 kg·hm-2秸秆覆盖处理的土壤不稳定团粒指数最小.表明秸秆覆盖可显著增加0 ～40 cm土层＞0.25 mm径级的土壤团聚体和有机质含量,提高土壤结构稳定性,并且以6000 kg·hm-2覆盖量的处理效果最佳,该覆盖量可以作为渭北旱塬小麦田合理的秸秆覆盖模式应用于农业生产中.     

保护地蔗田对土壤优先流与根系生物量及产量品质的影响

为探明保护性耕作对蔗田土壤及甘蔗生长的影响,该研究设置2种耕作方式(常规耕作、粉垄耕作)与2种施肥水平(减量施肥20%、常规施肥),并于甘蔗苗期后在甘蔗行间近根部覆盖豆科秸秆,以第二年宿根蔗为研究对象,采用染色示踪法测定秸秆覆盖下蔗田土壤优先流特征,同时测定分析甘蔗株高、茎围、地下根系生物量、产量及品质等重要农艺性状。结果表明:(1)粉垄耕作方式下蔗田土壤优先流发生速度快且活跃,添加秸秆覆盖降低了土壤优先流发生程度,增加了土壤水分在10～25 cm土层的横向运移能力,在一定程度上提高了土壤蓄水能力。(2)粉垄保护性耕作在秸秆覆盖下提高了甘蔗根系生物量和产量,秸秆覆盖下粉垄免耕宿根蔗根系生物量提高了8.97%～25.54%,并且减量施肥处理中秸秆覆盖宿根蔗伸长期地下根系生物量显著高于无秸秆覆盖,秸秆覆盖下甘蔗株高提高了4.2%～13.1%; 在减量施肥处理中,粉垄耕作添加秸秆覆盖甘蔗产量提高了16.27%,并且添加秸秆覆盖较常规施肥中无秸秆覆盖,产量提高了5.95%。(3)粉垄保护性耕作利于提高甘蔗品质,对比无秸秆覆盖处理,粉垄耕作下秸秆覆盖后显著提高了甘蔗蔗汁视纯度,并且宿根蔗纤维分、蔗汁锤度、转光度和蔗糖分均有提升。综上认为,免耕秸秆覆盖可作为粉垄红壤坡耕地蔗田保护性生产调控方式。     

绿洲农田土壤优先流特征及其对灌溉量的响应

优先流是土壤养分和水分快速通过土壤剖面的普遍物理现象.研究农田土壤优先流特征及其影响因素,对量化绿洲灌溉深层渗漏量、提高水肥利用效率以及降低浅层地下水质污染的风险具有重要意义.在绿洲农田利用亮蓝溶液进行原位染色示踪试验,结果表明：沟与垄位置处的染色路径数目在土壤深度7.3～16.7 cm差异显著,而优先流最大入渗深度差异不显著.优先流最大入渗深度主要受蚂蚁洞穴和灌溉量的影响,平均灌溉量120 mm下优先流的最大入渗深度为(43.1±5.9) cm;受到蚂蚁洞的影响,灌溉量55 mm的样方优先流最大入渗深度达(68.3±7.6) cm.细根(Φ≤2 mm)与优先流显著相关,粗根与优先流相关性不显著,表明植物根系中的细根对优先流的产生有重要作用.绿洲农田土壤优先流特征受到灌溉量、垄沟耕作、蚂蚁洞穴和根系等因素的影响,而蚂蚁洞穴是影响优先流最大入渗深度的不确定因素.     

秸秆覆盖与施磷对四川丘陵旱地土壤磷形态及有效性的影响

为揭示秸秆覆盖配施磷肥下土壤无机磷形态变化规律及磷的有效性,本研究采用二因素裂区设计,主区为秸秆覆盖和不覆盖,副区为3个施磷量(0、75和120 kg·hm^-2),分析秸秆覆盖与施磷条件下四川丘陵旱地紫色土磷吸附-解吸特征、无机磷组分含量及其与有效磷的关系。结果表明: 2018—2020年两个试验年度秸秆覆盖处理比不覆盖处理土壤磷最大吸附量分别显著降低7.7%和7.4%,磷吸附饱和度分别显著增加35.4%和18.6%,土壤易解吸磷分别显著提高21.6%和35.2%,磷最大缓冲容量无显著差异;施磷与不施磷相比,磷最大吸附量和最大缓冲容量显著降低,吸附饱和度显著增加,易解吸磷则随施磷量的增加而增加。两个试验年度秸秆覆盖处理比不覆盖处理磷酸二钙(Ca₂-P)、磷酸八钙(Ca₈-P)和铁磷(Fe-P)含量显著增加,铝磷(Al-P)含量显著降低,闭蓄态磷(O-P)和磷灰石(Ca₁₀-P)含量有降低的趋势;与不施磷相比,施磷则提高了不同无机磷组分含量。与不覆盖处理相比,两个试验年度秸秆覆盖处理土壤有效磷含量分别显著增加23.2%和9.6%,磷活化系数分别显著提高21.3%和8.9%,且土壤有效磷含量和磷活化系数均随施磷量的增加而提高。回归分析表明,无机磷各组分对紫色土有效磷有效性的贡献为Ca₂-P>Fe-P>Al-P>Ca₈-P>Ca₁₀-P>O-P。因此,秸秆覆盖配施磷肥促进了土壤难溶性磷向中等活性或易于作物吸收的磷形态分解和转化,降低土壤对磷素的吸附,促进土壤磷素的解吸,最终提高土壤磷素有效性。综合考虑经济效益,推荐四川丘陵旱地秸秆覆盖配施75 kg·hm^-2磷肥更有利于提高土壤磷素有效性。     

西南喀斯特地区典型林分土壤优先流特征及影响因素

研究喀斯特地区的优先流现象,明确影响优先流的主要因素,对当地植被恢复具有重要意义。通过野外染色示踪试验以及图像处理技术,获得染色溶液在垂直和水平方向上的分布情况,并提取总染色面积比、基质流深度、优先流比和长度指数作为优先流特征参数,运用灰色关联度分析法对影响优先流的14个因子进行分析。结果表明: 喀斯特地区典型林分土壤存在优先流现象,其优先流主要有漏斗状和树枝状两类,有横向水流运动现象发生。喀斯特地区林下的染色面积比平均为19.4%,基质流深度、优先流比和长度指数平均分别为4.96 cm、62.9%和385.5%。在影响优先流的14个环境因子中,对染色面积比影响最大的是土壤初始含水量,对基质流深度影响最大的是速效钾含量,对优先流比和长度指数影响最大的均为速效磷含量。喀斯特地区典型林分下优先流的发育程度高且空间变化剧烈,土壤初始含水量等物理性质对其有较大影响,土壤养分也是优先流的一个重要影响因素。     

秸秆带状覆盖对半干旱雨养区冬小麦田地温和产量的影响

为了明确秸秆带状覆盖对西北半干旱雨养区冬小麦田地温和产量形成的影响,于2013-2015年连续进行2年定位试验,设不覆盖露地(CK)、全膜覆土穴播(PM)、秸秆带状覆盖(覆盖带和种植带各30 cm,播种3行,SM₁)、(覆盖带和种植带各40 cm,播种4行,SM₂)、(覆盖带和种植带各50 cm,播种5行,SM₃)5个处理.结果表明: 各处理在不同生育时期、不同土层土壤温度存在显著差异.与CK相比,SM₁、SM₂和SM₃处理全生育期0～25 cm土层土壤温度分别比CK显著降低1.0～1.3 ℃、0.7～0.9 ℃和0.7～1.1 ℃.不同时期比较,覆盖处理存在增温和降温的双重效应,秸秆覆盖在苗期-越冬期具有提高地温的作用,返青期-成熟期具有降温效应,增温效应覆膜>秸秆覆盖,而降温效应秸秆覆盖>覆膜.同时,秸秆覆盖降低了全生育期土壤有效积温和日变化幅度,全生育期有效积温较CK降低3.4～33.5 ℃·d,土壤温差较CK降低0.6～2.0 ℃;秸秆覆盖在越冬期平均温度比CK高0.2～0.3 ℃、负积温比CK高0.4～17.0 ℃·d.秸秆覆盖较CK增产11.9％～19.5％,处理间单位面积穗数的差异是引起产量差异的主要结构因素.因此,秸秆带状覆盖适宜在西北雨养区旱地冬小麦产区推广应用.     

不同耕作方式对陇中旱农区春小麦和豌豆根系空间分布及产量的影响

依托陇中旱农区长期的保护性耕作定位试验,对不同耕作方式下春小麦和豌豆根系空间分布特征及作物产量进行研究,以探索耕作措施影响作物产量的机制.结果表明: 随着生育期的推进,春小麦和豌豆的总根长、根表面积呈先增后减的趋势,开花期达到最大;春小麦根系苗期以0～10 cm最多,花期、成熟期10～30 cm最多;而豌豆根系苗期和成熟期均以0～10 cm最多,花期10～30 cm最多.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜增加了根长和根表面积,春小麦和豌豆各生育时期的根长较传统耕作增加了35.9%～92.6%,根表面积增加了43.2%～162.4%.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜优化了春小麦和豌豆根系分布,与传统耕作相比,增加了春小麦和豌豆苗期0～10 cm土层根长和根表面积分布比例,花期和成熟期深层次根系分布也显著增加,免耕秸秆覆盖在开花期30～80 cm土层根长和根表面积的分布比例分别比传统耕作提高了3.3%和9.7%.春小麦各生育期的总根长、根表面积与产量呈显著正相关,豌豆各生育期的总根长与豌豆产量呈极显著正相关.免耕秸秆覆盖和免耕覆膜较传统耕作春小麦和豌豆产量增加23.4%～38.7%,水分利用效率提高了13.7%～28.5%.在陇中旱农区,免耕秸秆覆盖和免耕覆膜可以增加作物根长和根表面积,优化了根系在土壤中的空间分布,增强作物根层吸收能力,从而提高作物产量和水分高效利用.