黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤干层形成及氮素消耗研究

为掌握苜蓿连续种植多年土壤干层的形成规律及氮素的消耗规律,促进黄土高原地区苜蓿草地合理施肥及草田轮作,论文系统研究了3年、4年、6年、12年、14年、18年及26年生紫花苜蓿草地土壤干层及氮素的消耗。结果表明:黄土高原地区土壤干层可分为轻度干层（9~11%）、中度干层（7~9%）、重度干层（<7%）三级。荒地在80~100cm土层,出现轻度干层;苜蓿草地土壤干层出现的区域为140~600cm土层,随生长年限的延长,土壤干层厚度向下延伸,干化程度加剧,苜蓿生长至12年,出现中度干层,干层范围达到500cm土层。不同生长年限苜蓿草地土壤碱解氮含量呈现规律性的变化,即随土层深度的增加,碱解氮含量下降,300cm土层以下,变化趋势平缓;苜蓿生长至26年,0~200cm土壤上层的氮素有一定恢复,而200~1000cm深层土壤氮素难以恢复。研究表明,在黄土高原半湿润区紫花苜蓿生长6年以后,应对苜蓿草地进行合理施肥,实施粮草轮作,以维持土壤氮素平衡,持续提高土地生产力水平。     

宁南旱区紫花苜蓿土壤干层水分特征及时空动态

通过连续两年对宁南山区不同生长年限的苜蓿土壤深层水分进行测定,结果表明：①随着苜蓿生长年限的增加,土壤整体上干燥化程度加剧。 2004年测定的4、7和12年生苜蓿地0~700cm土层平均含水率分别为5.30%、5.22%和5.01%,2005年测定的3、6和10年生苜蓿地0~800cm平均含水率分别为6.26%、5.60%和5.27%。3年生以后,苜蓿根系已达300cm以下,对300~800cm土层水分消耗强烈,而对300cm以上土层水分消耗减缓。②根据不同生长年限苜蓿土壤深层水分分布和动态分析,可将土壤剖面分为4个层次：降水蒸发易变层（0~100cm）、降水继续扩散层（100~300cm）、根系耗水干燥层（300~800cm）和深层储水调节层（800~1000cm以下）。③苜蓿在6年生前,耗水深度和干层厚度逐年迅速增加;6年生时耗水深度和干层厚度均超过1000cm,0~1000cm平均含水率仅5.73%,土壤水分亏缺严重;7~12年生苜蓿生长衰退,耗水深度和干层厚度有所减小,300~700cm干层湿度仅维持在4.00%左右,而800~1000cm水分有回升现象。     

DMPP对氮素垂直迁移转化及淋溶损失的影响

采用自制模拟原状土柱装置,进行新型硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐（3,4-dimethyl pyrazole phosphate ,DMPP）对氮素淋溶效应试验,探讨其对氮素垂直迁移转化及降低淋溶损失的影响.结果表明,尿素添加1%的DMPP后,与不添加DMPP尿素相比,在60 d内能有效抑制土壤铵氧化反应的发生,显著提高20 cm以上耕作层土壤水铵态氮的浓度,降低硝态氮和亚硝态氮的浓度;20 cm以下深层土壤水铵态氮的浓度与未加DMPP的处理无显著差异,并没有明显导致铵态氮的垂直迁移;深层土壤水硝态氮的浓度显著低于未加DMPP的处理,明显降低硝态氮垂直迁移的淋溶损失;随施氮量增加,添加DMPP尿素的处理,60 d内土壤水中铵态氮与硝态氮的浓度在40 cm以下深层剖面并没有明显增加,其垂直迁移的淋溶损失差别不大.常规尿素添加1%的DMPP,可以调控土壤氮素的迁移转化,有利于土水环境的保护,降低对地下水氮素污染的潜在风险,具有显著的生态效益.     

宁南山区不同草地土壤原位矿化过程中氮素的变化特征

用顶盖埋管法对宁南山区天然草地、人工草地和自然恢复草地中有机氮、微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮含量和土壤氮素矿化速率在原位培养中的动态变化特征进行了研究.结果表明,微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮含量,总体上在培养60 d时(4~6月)基本保持不变,60~120 d(6~8月)明显降低,120 d(8月)后有所回升,各种氮素含量均在培养120 d(8月)时最低.有机氮含量在整个培养过程中基本保持不变.土壤氮净矿化速率、净硝化速率、净氨化速率均在60~120 d(6~8月)时最低.各种氮素占总氮的比例随培养时间的延长而变化:有机氮、亚硝态氮占总氮的比例相对稳定,微生物量氮、可溶性有机氮、硝态氮、铵态氮占总氮的比例在培养0~120 d(4~8月)时降低,培养120 d(8月)后升高.土壤有机碳、pH、容重与氮素含量极显著相关,各种氮素间极显著正相关.不同草地间,各种氮素含量均表现为天然草地>自然恢复草地>人工草地.     

水肥优化耦合下设施菜地水、氮响应的定量关系

采用正交试验设计,研究了微喷灌条件下,设施菜地土壤水分含量和硝态氮含量对水肥耦合的响应规律。结果显示:(1)灌溉施肥后,0~60 cm土层土壤含水量下降。青菜成熟期时,土壤含水量高于幼苗期和旺长期。(2)在青菜的不同生育时期,各水肥因子对土壤含水量的影响主次程度不同,施肥量、灌水量和肥料配比对土壤含水量的影响较大,灌水周期对土壤含水量的影响相对较小。(3)土壤硝态氮含量受灌溉施肥的影响波动幅度随土壤深度的增加而减缓。灌水后,0~10 cm土层硝态氮含量最高,达到380.53 mg/kg。(4)高肥低水和低肥高水的水肥耦合方式均会造成表层土壤硝态氮积累,引起氮肥流失。各水肥因子中,施肥量对土壤硝态氮含量影响最大,灌水量和肥料配比的影响次之,灌水周期对土壤硝态氮含量的影响最小。研究结果证实在微喷灌条件下,通过水肥优化耦合可以有效避免氮肥淋失。     

唐山市农业区地下水垂向剖面中硝态氮污染的研究

当今农业地区灌溉施肥引起氮素对地下水的污染已成为人们普遍关注的环境问题.本文结合唐山市农业区的生产实际,应用LEACHN数学模型,对唐山市农业地区灌溉施肥条件下氮素在土壤中的迁移转化进行了模拟计算.所建立的地下水垂向剖面的二维水量水质模型,对典型剖面中地下水的硝态氮污染进行了模拟和分析.计算结果表明,唐山农业区灌溉施肥引起根区以下硝态氮渗漏损失可造成浅层地下水的污染.     

集约化种植区硝态氮在土壤剖面中的分布与累积特征

采用GPS定位、土钻取样的方法,在北京市大兴区14个乡镇的农田土壤中选取了91个土壤剖面,分别在0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm4个不同深度取得土壤样品,并在一次种植期结束后,综合考虑种植类型和土壤质地后选取24个重复取样点.在此基础上,分析了种植类型及土壤质地对硝态氮分布及累积情况的影响.结果表明,研究区土壤中的硝态氮含量有随土壤深度的增加呈降低的趋势.露地菜田和设施菜田最容易出现硝态氮淋洗现象,果园和粮田的总体状况较好,但粮田个别地区有一定的污染风险,细质地土壤具有较强的保水保肥能力.大兴区采育镇及长子营镇地区有较高的硝态氮累积量,为硝态氮淋洗污染危险区,应进行合理施肥,以免在一个种植期结束后造成较深层土壤中硝态氮的累积.研究结果可为大兴区地下水环境保护提供参考.     

地表覆被对岩溶区鲜土无机三氮累积的影响

通过对毕节市七星关区地表覆被差异明显的3个样地逐月采样,文章检测了土壤的铵态氮、亚硝态氮、硝态氮及有机质含量等指标,研究表明:(1)3个样地无机三氮季节差异明显,总体上表层土壤变异程度强于深层。凉亭样地为乔灌草地,植被覆盖良好,整个剖面年均有机质含量为最高,微生物底物充足导致铵态氮含量最大。3样地土壤有机质与铵态氮相关分析表征两者存在显著性相关(r2=0.549,p0.05)。(2)对雨量充沛的中国南方区域新鲜土壤,其铵态氮均在夏季出现全年最低值,这主要是夏季强淋溶作用所致。而在北方非(弱)季风区,全年淋溶有限且夏季氨化作用强,铵态氮恰与南方相反,为全年高浓度时段。其他学者使用风干土此规律则被掩盖,这是因为矿质化作用会导致氮素出现流转。为精准评价原位土壤氮素含量应使用鲜土检测。(3)亚硝态氮全年最大的为农地鲜土,剖面均值达到2.39 mg/kg,最小的为撂荒疏草地。这与肥料施加和地表生物返还差异有关。3样地均在夏季出现了峰值,这除了与该季节腐殖质矿质化作用加强导致土壤转为弱碱性,进而为氨氧化细菌提供了游离氨基质有关,还受夏季土壤毛管孔隙长期被水充斥形成的微域缺氧环境,反硝化作用被激发、硝酸还原酶活性增大而亚硝酸还原酶活性被抑制等因素所制约。(4)3样地硝态氮含量曲线4月以后即表现显著下降态势,最低值出现在7月。这与硝态氮自身不易被土壤胶体吸附、春季以来逐步增强的淋溶和硝酸还原酶活性增大等因素有关。     

土壤水分对土壤中硝态氮水平运移的影响

对硝态氮示踪的风沙土和黄潮土中水分及其扩散率进行了研究.结果表明,硝态氮水平运移速率受土壤含水量的影响较大,并随土壤含水量增加而增加.硝态氮水平运移速率随土壤水分扩散率的变化呈指数曲线变化趋势.硝态氮水平运移浓度随土壤含水量的增加而减少,并呈幂函数曲线变化,硝态氮水平运移浓度与含水量的相关系数达到极显著水平.硝态氮水平运移浓度还受到土壤水分扩散率的影响,随土壤水扩散率的升高而下降,并在湿润锋(土壤干湿交界)面上达到最大值.     

HYDRUS-1D模型对河套灌区不同灌施情景下氮素迁移的模拟

选取河套灌区五原建丰的典型土壤,应用HYDBUS-1D 模型对不同灌溉强度、不同表施浓度以及将表施改为灌施3类情景下土壤氮元素的迁移进行了动态模拟,研究了灌溉和施肥对河套灌区典型区域土壤氮元素迁移的影响.结果表明,灌水强度小于0.10 cm·h-1时,铵态氮与硝态氨累积流出通量变化极为缓慢;强度大于 0.14 cm·h-1时,累积流出通量急剧攀升,表明氮元素大量向土层深层流失.铵态氮表施浓度的变化对氮素的迁移几乎没有影响.保持相同的施肥量,灌施情景对铵态氮迁移几乎无影响,但表施换为灌施后硝态氮下渗浓度增加47%,更易于向深层渗漏.     

黄土高原不同类型旱区旱作粮田深层土壤干燥化特征

随降水量趋势性减少和粮食产量不断提高,黄土高原旱作粮田深层土壤干燥化现象日益显现。在黄土高原不同类型旱区,测定了32类旱作粮田0～600cm土层土壤湿度,分析和比较了各类粮田深层土壤贮水量、土壤湿度剖面分布和土壤干燥化强度。结果表明：①32类旱作粮田0～600cm土层土壤湿度、土壤贮水量和土壤有效贮水量分别为13.90%、1084.4mm和573.7mm,其中有16类粮田发生了土壤干燥化现象,土壤水分过耗量平均值85.1mm;②有28类旱作粮田100～400cm土层为土壤干层,其中夏粮田土壤干层厚度大于秋粮田,最大耗水深度接近或超过600cm;③32类旱作粮田和16类干燥化粮田土壤干燥化指数分别为110%和83%,分别属于无干燥化和轻度干燥化强度,土壤干层厚度平均值为267cm,以半干旱偏旱区粮田土壤干燥化程度最严重。     

黄土丘陵区土地利用变化对深层土壤有机碳储量的影响

通过研究黄土丘陵子午岭林区5种典型土地利用类型土壤剖面有机碳分布特征,分析了天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为农田及撂荒后土壤有机碳变化特征.同时,以浅层(0~100 cm)土壤为对照,探讨了土地利用变化对深层(100~200cm)土壤有机碳储量的影响.结果表明,在0~200 cm剖面上,天然乔木林、天然灌木林、人工乔木林、撂荒地、农田土壤有机碳含量分别为5.85、3.96、4.98、3.09、3.20 g·kg-1,天然乔木林、人工乔木林土壤有机碳含量显著高于天然灌木林、撂荒地和农田(p0.05).各土地利用类型下浅层和深层土壤有机碳含量分别占0~200 cm土壤有机碳含量的58%~73%和27%~42%,不同土地利用类型间浅层土壤有机碳含量差异显著,但深层土壤有机碳含量差异不大.土地利用变化对土壤有机碳储量影响显著.天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为撂荒地、天然灌木林转变为农田4种土地利用转变方式0~200 cm土壤有机碳储量分别减少了9.68、52.90、20.20、12.49 t·hm-2,减幅为7%、39%、21%、13%,其中,浅层土壤减少了2%~48%,深层土壤减少了12%~22%.相对于林地开垦为农田而言,农田退耕还林后土壤有机碳的恢复要慢得多.研究结果揭示了浅层和深层土壤有机碳对土地利用变化的敏感性,反映了深层土壤有机碳具有较大的稳定性.     

内蒙古典型草原土壤及其水文过程对灌丛化的响应

基于野外观测和室内试验相结合的方法,研究了内蒙古典型草原小叶锦鸡儿灌丛化过程对土壤和土壤水文过程的影响,旨在为干旱半干旱区环境保护和恢复提供理论基础。结果表明,斑块尺度上,灌丛斑块土壤有机质和全氮含量分别是草地斑块的1.54倍和1.16倍;灌丛斑块平均沙粒、粉粒和粘粒含量是草地斑块的0.87倍、1.34倍和1.35倍;灌丛斑块土壤容重是草地斑块的0.97倍;灌丛斑块钙积层上表面出现深度是草地斑块的1.27倍。地形等自然条件也是形成土壤异质性的重要因子,坡面尺度上,灌丛和草地斑块土壤有机质、全氮、土壤容重、土壤钙积层上表面出现深度呈自坡顶向坡下方向增加的趋势。染色示踪实验表明,灌丛斑块土壤剖面湿润锋和土壤水分入渗速率分别是草地斑块的1.36倍和5.16倍,草地斑块0~10cm土层对水分的响应较敏感,而灌丛斑块25 cm以下土层对水分的响应较敏感。研究认为,灌丛化过程增强了土壤空间异质性,灌丛斑块能将土壤水分快速输送并存储于深层土壤中,灌丛斑块是土壤养分和水分富集区,灌木植物的定居和发展过程与土壤形态之间形成了正反馈。     

西昆仑山区土壤垂直带谱

西昆仑山区位于青藏高原西北隅,高山深谷,原面广阔,地形复杂,气候多样,致使本区土壤垂直带谱类型众多,概分为极干旱、干旱、半干旱和高寒干旱、高寒半干旱5个类型。其中干旱和半干旱型土壤垂直带谱中广布着草原和草甸草原,是塔里木盆地南缘重要的天然牧场。特别是半干旱型中还有云杉林分布,是昆仑山系唯一森林分布区。 本区土壤垂直带谱在边缘山脉与内部山脉之间,低海拔山地与耸立在5000m左右高原面上的高海拔山地之间有明显的差别。     

开发利用土壤深层水资源的一种有效途径——“以肥调水”的大田试验研究

我国北方冬小麦生育期内干旱少雨,农业水资源紧缺,因此,由汛期降水形成的底墒,特别是土壤深层储藏的水分则成为小麦生长的重要水源之一。在中国气象局固城农业气象试验基地大型人工控制农田水分试验场,进行了提高底墒和土壤深层水分利用率,以肥促根觅水的旱作冬小麦田间试验。试验结果表明,施肥深度在20～40cm范围内,能明显促进冬小麦中、下层根系的生长发育,扩大作物觅取水分和养分的土壤空间,有效地吸收和利用储藏在土壤深层的水分,从而能充分发挥土壤水库的调控作用,提高小麦的产量和水分利用效率。     

极端强降雨条件下黄土丘陵沟壑区不同植被类型土壤水分特征

为了解黄土丘陵沟壑区极端强降雨条件下土壤水分与植被之间的关系,对2013 年7 月极端强降雨条件下黄土丘陵沟壑区5 种主要植物群落,即刺槐(Robinia psendoacacia)、柠条(Caragana intermedia)、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)、长芒草(Stipa bungeana)、白羊草(Bothriochlo aischaemun)群落的土壤水分进行了调查与分析,结果表明:①极端强降雨下,植被是影响土壤含水量的主要因素;②草本群落的土壤水分明显好于人工林,其中长芒草群落的土壤含水量、土壤贮水量和土壤有效贮水量均最高,分别为17.8%、961.2 mm和691.2 mm,郁闭度最大的31 龄林土壤水分最差;③人工林地土壤水分可补充至300 cm左右,草本群落土壤水分可补充至500 cm左右,人工林地深层土壤水分的恢复仍十分困难.     

山地草甸退化对土壤速效养分的影响

以江西省武功山草甸为研究对象,分析不同海拔高度(1 600~1 900m)和不同土层(0~20cm和20~40cm)的草甸土壤有机质、p H值和速效养分对草甸退化的响应。结果表明:(1)在武功山草甸区各个海拔,草甸退化均使土壤有机质和速效养分含量有所下降,并且对表层土的影响要大于深层土。(2)草甸退化使得碱解氮和速效磷间的相关性减弱,速效钾和碱解氮、有效磷之间的相关性加强,土壤p H值与碱解氮之间由不显著相关变为极显著负相关(R=-0.637,P0.01)。     

陕北黄土丘陵区撂荒演替过程中的土壤水分效应

根据陕北黄土丘陵区17块不同撂荒年限样地土壤水分的普查和10块样地土壤水分的定位测定,利用多元回归分析和通径分析法研究了植被恢复过程中土壤水分的变化和各植被、土壤因子对土壤水分的作用效应:①农田撂荒后,随着植被的恢复,因群落生物量、植被盖度和土壤有机质等这些对土壤水分有直接作用因子的变化,而间接表现为随着撂荒年限的增加,土壤含水量越来越低,而土壤水分的波动却越来越大;②用地形因子(包括坡度、坡向和海拔)、土壤因子(地表土壤容重和有机质含量)和植被因子(地上生物量和植被盖度)可以较好地对土壤水分做出多元拟合,影响表层土壤水分含量和根系层水分波动的主导因子是植被盖度,而影响深层土壤水分波动的主导因子是地上生物量;③土壤水分两次测定期间深层储水量差值与累积降雨量成显著正相关,说明土壤水分测定下边界存在上渗与下渗运动,而且储水量差值多数为正值,说明是以下渗为主。因此O根据土壤水分来估算群落蒸散时会有正的系统误差。为此论文将深层储水量差值作为补偿调节因子自变量,以提高多元拟合精度。拟合结果说明群落蒸散可由群落生物量、群落盖度、坡度、坡向和土壤表层容重或坚实度来估计。在植被恢复过程中影响群落蒸散的最大因子是群落蒸腾,其次是植被盖度。     

尕海湿地植被退化过程中有机碳及相关土壤酶活性变化特征

以青藏高原东缘尕海湿地不同植被退化程度样地为研究对象,采用定位研究与室内试验相结合的方法,研究植被退化过程对土壤有机碳和土壤酶活性的影响。结果表明:植被退化显著影响土壤有机碳含量和土壤酶活性,降低了土壤有机碳的含量和酶促反应效率,且这种影响随土层深度变化有所不同。四种植被退化阶段有机碳含量和酶活性均值总体上(0～100 cm)表现为未退化>轻度退化>中度退化>重度退化。不同土层中,20～40 cm土层的有机碳含量中度退化>轻度退化;0～10 cm土层中淀粉酶和纤二糖酶中度退化阶段活性值较高;20～100 cm土层中蔗糖酶重度退化阶段活性值最高,纤二糖酶活性重度退化>中度退化。同一退化程度土壤有机碳含量、蔗糖酶和纤二糖酶活性随土层深度增加显著降低(P<0.05);淀粉酶和纤维素酶活性在>40 cm土层中活性值有所上升,整体呈波动下降趋势。