灌溉条件下秸秆覆盖麦田耗水特性研究

试验于2 0 0 2 2 0 0 3年在中科院禹城综合试验站完成,研究了秸秆覆盖和灌溉对冬小麦农田耗水特性的影响,结果表明:秸秆覆盖能够增强灌溉水的入渗能力。随着灌溉量的增加,秸秆覆盖减少深层底墒水(SMBS)的消耗。灌溉显著增加冬小麦的耗水强度,返青后,覆盖处理冬小麦的耗水强度大于不覆盖处理。在播种到返青期间,覆盖比不覆盖处理平均少蒸散5 2 2 5mm。返青后,覆盖处理的阶段耗水量大于不覆盖处理,但覆盖与不覆盖处理间的总耗水量差异不大     

秸秆覆盖对黄土坡面矿质氮素径流流失的影响

利用室内模拟降雨试验，研究了秸秆覆盖对坡面土壤矿质氮素径流流失和入渗的影响。结果表明：秸秆覆盖可使侵蚀量显著减少，减沙效应十分明显。由于秸秆覆盖使坡面径流流速减弱，增加了表层土壤与地表径流的作用强度，使溶解和解吸于径流中的矿质氮素含量增加，但由径流显著减少，矿质氮流失总量仍减少。与裸地相比，秸秆覆盖可显著地增加土壤水分和硝态氮的入渗深度和入渗量。     

不同PAM施用方法对土壤入渗和侵蚀的影响

施用土壤调理剂PAM可增加入渗率和减少土壤侵蚀,为了研究不同PAM形态与施用方法对施用PAM效果的影响,该文对3种形态的PAM（溶胶态、溶液与干粉状）以及干粉PAM与石膏混合的2种施用方法进行了试验。结果表明,3种不同形态PAM均能够显著增加土壤入渗、减少侵蚀量。与对照相比,喷洒溶胶和溶液PAM可分别提高土壤稳定入渗率1.0～2.5、1.7～2.8倍,直接施用干粉PAM可提高0.25～1.8倍。综合比较干粉PAM的两种施用方法,地表直接撒施干粉比与土壤混合效果略好一些,与石膏联合施用可明显提高干粉PAM增加入渗效果,并且增加幅度随着石膏混合量增加而增加。地表直接撒施干粉PAM,与对照相比减少土壤侵蚀量最大约80%,可达到施用溶胶态与溶液PAM减少侵蚀相同的效果。干粉PAM与表层土壤混合施用将降低PAM减少侵蚀的效果。增加石膏掺入量可以加强干粉PAM增加土壤入渗、减少径流的效果,但会降低减少土壤侵蚀的作用。综合比较3种形态PAM及干粉PAM施用方法对入渗与侵蚀的影响,直接使用干粉PAM不仅具有较好效果,且施用方法简单易行,适合在旱作农业区推广使用。     

聚丙烯酰胺对盐渍化土壤水分垂直入渗特性的影响

为了探明聚丙烯酰胺(PAM)对盐渍化土壤水分入渗性能及变化过程的影响,通过室内模拟入渗试验,比较分析了不同盐分含量、不同PAM掺量处理的盐渍化土壤水分的入渗速率、累计入渗量及湿润锋等的动态变化。结果表明:(1)经PAM处理的盐渍化土壤入渗速率随PAM浓度的增大而显著减小;(2)对于重度盐渍化土壤,PAM掺量的多少对累计入渗量的影响不显著,而非盐渍化土壤、轻度盐渍化及中度盐渍化土壤均随着PAM浓度的增大而显著减小;(3)对于盐分含量不同的土壤,在同一PAM处理水平下,入渗速率、累计入渗量及湿润锋总体呈现随着盐分增加而减小的趋势;(4)土壤含水率随着PAM掺量及盐分含量的增加而增加的趋势,而对于重度盐渍化土壤PAM施用量之间的差异同样不显著。     

PAM与不同土壤调理剂混合施用对降雨入渗和土壤侵蚀的影响

土壤中施用聚丙烯酰胺(PAM)可以提高降雨入渗率,减少土壤侵蚀量。PAM大多施用于土壤表面。为了研究PAM与不同土壤调理剂混合施用对入渗率和侵蚀量的影响,对PAM(22.5kg/hm2)与保水剂(45kg/hm2)、粉煤灰(1 500kg/hm2)、腐殖酸(900kg/hm2)混合的6种施用方法进行了试验。结果表明,施加了PAM的土壤调理剂均能显著提高降雨入渗率和减少土壤侵蚀量。与对照相比,施加了PAM处理的降雨入渗率较对照试验提高了1.8～2.7倍,土壤侵蚀量减少约50%～70%,PAM与粉煤灰和腐殖酸混合施用提高降雨入渗率效果最为显著,PAM和保水剂混合施用减少土壤侵蚀量最多,PAM与粉煤灰和腐殖酸混合施用相比单独施用PAM均没有显著性差异。综合比较结果发现,PAM与粉煤灰混合施用增加降雨入渗率和减少径流的效果最好,PAM与保水剂混合施用抗土壤侵蚀效果最好。     

秸秆覆盖和有机质输入对紫色土土壤可蚀性的影响

以紫色土坡耕地为研究对象开展野外径流小区定位监测试验,设置有机质(OM)、秸秆覆盖(SW)、有机质+秸秆覆盖(OM+SW)和对照(无秸秆覆盖,不增施有机质,CK)4个处理,对2014年侵蚀性降雨条件下不同处理小区径流及产沙特征进行分析,以单位径流冲刷侵蚀量(K_w)作为土壤可蚀性指标,研究四川省中江县紫色土区秸秆覆盖和有机质输入对坡耕地土壤可蚀性的影响。结果表明:秸秆和有机质输入能显著降低紫色土区坡耕地产流量,4个处理减小径流的效果表现为OM+SWSWOMCK;有机质、秸秆覆盖均显著降低单位径流侵蚀量,从而减小土壤可蚀性,OM、SW、OM+SW处理对土壤可蚀性的平均消减率分别为22.30%、29.76%、35.04%,秸秆覆盖处理(SW)对土壤可蚀性的减小效应略高于有机质处理(OM),但二者差异不显著。综合分析得出,增施有机质的同时进行秸秆覆盖可作为紫色土区坡耕地减小土壤可蚀性的有效措施。     

雨滴能量和土壤改良对渗透及侵蚀的影响

降雨或喷灌水滴的击溅能量可使土壤表面结皮。这是干旱半干旱地区耕地存在的一个严重问题。在土壤表面施入土壤改良剂和补充一定量的电解质可防止土壤形成结皮。作者应用箱式滴水型模拟降雨器,对雨滴击溅能和水质对入渗及侵蚀的影响进行了试验研究。在所有处理中,入渗率(IR)、累积入渗量(降雨吸收量)随雨滴击溅能增加而减少,土壤侵蚀则随雨滴击溅能增加而增加。在土壤表面施入电解质(或PG或TW)之后,再施入聚丙烯酰胺,与未经化学处理的对照试验相比,稳渗率和累积入渗量都增加了7~8倍,且比单独施入PAM、PG或TW更有效。PAM+电解质处理与对照试验相比,减少侵蚀量1倍以上。     

聚丙烯酰胺增加土壤降雨入渗减少侵蚀的模拟试验研究 Ⅰ.入渗

土壤 (特别是黄绵土 )在雨水作用下 ,表面会形成结皮 ,显著地降低降雨入渗率 ,聚丙烯酰胺 (PAM)能有效地抑制降雨过程中土壤结皮的形成 ,提高降雨入渗率。为了获得PAM使用量和覆盖率与入渗率之间的关系 ,进行了一系列的人工降雨模拟试验。试验采用了三个雨强 :5 0、1 0 0和 1 5 0mmh- 1,四个坡度 :8.74%、1 7.63 %、3 6.4%和 46.63 % ,及五种地表处理 :对照、秸秆覆盖和三个PAM覆盖率 (A、B和C) ,试验设三次重复。试验分Ⅰ、Ⅱ两个降雨阶段进行 ,第Ⅱ阶段在第Ⅰ阶段降雨结束土壤放置 2 4h后进行。分析建立了降雨入渗率与PAM的覆盖率间的相关关系 ,确定了PAM的覆盖率对降雨入渗的影响。     

不同覆盖模式下砂壤土水盐运移特征研究

地表蒸发引起土壤水分的散失是造成盐分表聚的重要原因之一,土壤表层进行覆盖可改变地表结构,从而影响土壤水分蒸发和盐分迁移过程。为了揭示不同覆盖模式的蓄水控盐效果,通过室内模拟试验,研究了不同覆盖模式下土壤水分入渗过程和水盐迁移特征。试验设置无覆盖(CK)、覆砂(S)、覆砂+覆膜(SM)、覆秸秆+覆膜(JM)和覆秸秆+覆砂(JS)5种模式。结果表明:土壤表层进行的不同覆盖处理会降低土壤湿润锋推进速率和水分入渗速率,具有一定的阻渗作用;湿润锋推进距离与时间符合幂函数F=a·t~b,累积入渗量与时间符合Kostiakov入渗公式,湿润锋推进距离与累积入渗量符合线性关系I=K·Z_f+c。土壤表层进行的不同覆盖处理可有效抑制土壤水分蒸发,土壤保水效果为SMJSSJMCK;随土层深度的增加,土壤含水率减小的趋势逐渐减缓。土壤表层进行的不同覆盖处理也可减弱土壤盐分表聚,缩小盐分在土壤中迁移的范围;覆盖处理的土壤盐分主要在0—20cm范围内迁移,CK在0—35cm范围内。综合考虑不同覆盖模式对土壤水分入渗、抑制水分蒸发和减弱盐分表聚效果,认为砂石覆盖模式是较适合西北旱区的覆盖模式。     

耕作方式与地表覆盖量对苜蓿及小麦地水蚀过程的影响

通过模拟降雨对定西苜蓿-春小麦轮作土壤的水蚀过程进行了研究，试验结果表明：苜蓿翻耕（T1）处理的地面积水产生时间最长，苜蓿不翻耕处理（T2）径流产生时间最长，显著高于其它3个处理。在整个模拟降雨过程中，不翻耕处理的径流产生速率总是低于翻耕处理的径流产生速率，其中以苜蓿不翻耕处理（T2）的径流速率最小，而两个翻耕处理的径流速率之间无显著性差异。T2处理的入渗速率始终高于其他3个处理；秸秆覆盖可有效地降低累积径流量和总侵蚀量，增加累积入渗量；在不同处理中，以苜蓿不翻耕处理加100％秸秆覆盖抗水蚀的效果比较明显。     

沟灌土壤侵蚀控制效应的室内模拟试验研究

灌溉地土壤侵蚀问题已经越来越引起人们的普通关注。该文采用微型水槽的室内模拟试验，对利用PAM及波涌灌溉等技术减少沟灌引起的土壤侵蚀效果进行了试验研究，分析了在不同坡度、不同流量条件下PAM及灌溉间歇时间对侵蚀的影响。结果表明：PAM可显著减少沟灌土壤侵蚀量，地面坡度是地面灌溉土壤侵蚀最主要影响因素，而流量及波涌灌间歇时间对它的影响较小。     

PAM和尿素混施对土壤入渗特性的影响

采用一维垂直积水入渗法,分析PAM与尿素混施对土壤入渗性能的影响.结果表明:PAM和尿素处理均降低了土壤的入渗能力;相对于尿素,PAM对入渗的抑制作用更强;随着PAM用量的增加,入渗率、累积入渗量减小,达到稳渗所需时间显著增加;在同一PAM处理水平下,入渗率、累积入渗量总体呈现随尿素用量增加而减小的趋势,达到稳渗所需时间也有所增加,但是当PAM用量超过0.1％时,由尿素产生的这种差异不显著;入渗结束后,测量土柱各土层含水率,显示土壤含水率随PAM用量增大而增加,尿素对土壤含水率的影响不显著.     

PAM特性对砂土壤入渗及土壤侵蚀的影响

选择3种分子量(12×106、15×106和18×106Da)和3种水解度(7%、20%和35%)聚丙烯酰胺(PAM),测试PAM特性对土壤入渗和侵蚀的影响。结果表明,3种不同分子量PAM均能明显提高土壤入渗,与对照相比,稳定入渗率分别增加了58.9%、92.2%和83.3%。中分子量和高分子量PAM处理增加入渗效果明显大于低分子量处理,但前两者之间差异不显著。同样不同分子量PAM处理可显著降低土壤侵蚀量,与对照相比,土壤侵蚀量分别降低26.3%、52.6%和26.3%。3种分子量之间比较,中等分子量效果明显好于其他两种分子量。3种水解度PAM提高稳定入渗率分别为对照的1.9倍、2.4倍和2.3倍,20%中等水解度增加初始入渗效果明显高于7%与35%水解度,PAM的水解度对侵蚀量影响不明显。低分子量PAM链长较短,不能在相邻的黏粒之间形成"搭接桥",使黏结作用减弱,而高分子量PAM分子链过长,难穿透进入土壤团聚体之间的空隙,中等分子量的分子链长处于中间尺度,较易穿透土壤空隙,也可形成土壤颗粒之间搭接,产生较好黏结效果。PAM水解度小,电荷密度小,吸附作用弱,但水解度大,电荷密度大,造成分子链之间互斥作用增强,反而导致PAM黏结作用减弱,因而,中等水解度施用效果较好。     

玉米秸秆覆盖对喀斯特坡耕地产流产沙过程的影响

通过原位小区模拟降雨试验,研究玉米秸秆覆盖对喀斯特坡耕地产流产沙过程的影响,试验处理分为3种典型小区(上坡位、中坡位、下坡位)和4种秸秆覆盖度(0、20%、50%、80%)。试验结果表明：秸秆覆盖能显著加快地表径流产流时间,尤其在土层较厚的小区最为明显,50%秸秆覆盖度的地表径流产流时间显著提前;秸秆覆盖能显著改变径流系数大小,尤其在20%覆盖度时地表径流系数降低效果最显著,同时增加了壤中流,但具有明显的空间异质性;秸秆覆盖下地表径流和壤中流径流强度随降雨时间的变化过程均表现为先迅速增加后逐步稳定,多数情况秸秆覆盖能够有效地降低达到稳定时的地表径流强度,其中20%覆盖度时的稳定地表径流强度最小,同时秸秆覆盖对稳定壤中流径流强度影响的空间异质性较大;玉米秸秆覆盖能够有效减少喀斯特坡耕地的地表侵蚀量,在50%覆盖度时减少地表侵蚀量效果最好,且在砾石较多的小区土壤侵蚀量较小。     

人工降雨条件下秸秆覆盖减少水土流失的效应研究

采用人工降雨模拟试验,研究秸秆不同用量对径流、入渗和土壤侵蚀的影响。结果表明：秸秆覆盖有增加入渗和减少水土流失的作用;覆盖率大于40%条件下能有效的控制水土流失,但当覆盖率低于40%时对控制水土流失的作用不明显。在土壤含水量10%,降雨强度120 mm/h的雨强条件下,秸秆覆盖能推迟起流时间1～15min,增加累积入渗量37%～113%,减少径流总量3%～40%,减少土壤侵蚀10%～80%,效果随着覆盖率的增加而增加。     

秸秆和木纤维覆盖下喷洒聚丙烯酰胺减轻土壤侵蚀效果研究

研究评估了秸秆和木质纤维覆盖下,添加聚丙烯酰胺(PAM)降低侵蚀和提高径流水质量的效果。试验中,在倾斜18°、1m×2m的木槽中装深0.06 m的土壤,降雨模拟器置于水槽上方。秸秆使用量2 240 kg/hm2,颗粒PAM量为0、37、74 kg/hm2,溶液PAM 37 kg/hm2。木质纤维覆盖1 970、2 940 kg/hm2,添加溶解的PAM 0.37 kg/hm2。降雨模拟器以37 mm/h的速率运行40 min,产生29.6 mm深的降雨量,收集径流水,分析浑浊度和总悬移质(TSS),记录径流启动时间。在两个试验中单独秸秆处理浑浊度最高,1 500和1 040浊度单位(NTU);木纤维覆盖加PAM处理的浑浊度最低,62~151NTU。添加37 kg/hm2颗粒PAM到秸秆中降低了浑浊度但增加土壤流失,然而溶解的PAM和高应用量的颗粒PAM没有增加了土壤流失,这明显由于集中降雨之后的几分钟里颗粒PAM的缓慢溶解造成的。应用PAM的秸秆提供降低浑浊度的益处,如果大雨发生在应用后不久,颗粒应用能增加侵蚀。最好的结果是木纤维覆盖加PAM,但是加PAM到一个不太昂贵的秸秆覆盖中,和不加PAM的木纤维覆盖应用相比,能够产生相似或较好的效果。     

小麦秸秆长度、覆盖量对坡面产流产沙的影响

为定量研究小麦秸秆覆盖对坡面产沙产流过程及减水减沙效益的影响,采用室内人工模拟降雨试验,研究在降雨强度为90 mm/h时,不同秸秆长度和秸秆覆盖量下的坡面产流产沙特征和产流产沙过程规律,结果表明:(1)在相同秸秆长度下,随秸秆覆盖量增加,产流量产沙量极显著减少(p0.01)。相同覆盖量水平下随秸秆长度增加,产流量显著增加(p0.05),在4.5 t/hm~2覆盖量下产沙量极显著增加(p0.01)。(2)秸秆覆盖坡面的初始产流时间较裸露坡面延迟6.23倍,产流量平均下降19.5%,产沙量下降31.6%。覆盖措施通过保护土壤的结构有效抑制了细沟侵蚀过程向切沟侵蚀发展。产流产沙过程受秸秆长度和覆盖量的交互作用影响,交互效应对产流过程的影响更突出。(3)随覆盖量增加,减水减沙效益极显著增加(p0.01);随长度增加,减水减沙效益分别减少为17.26%,27.97%。不同覆盖条件下的坡面产流量、产沙量和减水、减沙效益均与秸秆长度、秸秆覆盖量呈二元线性关系。(4)在当前试验条件下,当秸秆长度为3～5 cm,覆盖量为4.5 t/hm~2时达到最优减水减沙效益。     

聚丙烯酰胺对黄土坡面水分入渗及溶质迁移的影响

通过研究上方供水方式模拟降雨径流条件下,聚丙烯酰胺(PAM)对黄土坡面水分入渗及溶质(Br-)迁移的影响,结果显示:施加PAM能显著减少坡面产沙率及溶质的流失量,不施PAM(CK)的坡面累积产沙量分别是施加PAM1、PAM2、PAM3和PAM4的5.2,3.0,13.1,30.5倍;冲刷试验前期不同施量的PAM均能增加土壤水分入渗,约5～10min后与PAM施量较少的处理(<1g/1.25m2)相比,施量较大的处理(>1g/1.25m2)地表径流量较大;对于提高降雨径流的就地利用、增加地表入渗,PAM的最佳用量约为1g/1.25m2;对于集蓄和利用坡地径流、减少入渗,PAM最佳用量约为3g/1.25m2;不同PAM用量条件下,坡面溶质Br-浓度变化过程与时间存在y=axb的幂函数关系。     

覆盖与灌溉条件下农田耕层土壤养分含量的动态变化

试验于2002-2003年在中国科学院地理所禹城综合试验站进行，研究了秸秆覆盖和灌溉相结合条件下冬小麦-夏玉米一年两熟农田耕层土壤有机质及速效养分含量的动态变化．结果表明：秸秆覆盖对提高土壤有机质含量有重要作用。不覆盖农田中，灌溉可降低有机质含量。而覆盖农田中，这种降低作用不显著。在冬小麦生育期间，灌溉可使碱解氮的含量下降．覆盖处理下降的程度更大。秸秆覆蓝可明显提高速效磷的含量，灌溉可使其含量进一步增加。秸秆覆盖可明显提高耕层内速效钾的含量，夏玉米生育期间．灌溉处理速效钾含量升高。     

秸秆不同还田方式对土壤入渗特性及持水能力的影响

通过入渗试验及对土壤水分特征曲线的测定,对比研究了秸秆在经过粉碎、氨化及与无机土壤改良剂混合3种措施处理后加入土壤中对土壤入渗特性及持水特征的影响。结果显示：长秸秆处理加入土壤后显著降低土壤入渗能力;粉碎氨化后的秸秆较对照处理及粉碎秸秆处理能显著增加土壤稳定入渗率、土壤累积入渗量,同时在经过30 d培养后土壤体积质量较对照低7.13%;无机土壤改良剂（氢氧化铁）能显著提高土壤稳定入渗率和累积入渗量,但在减小土壤体积质量、增加土壤孔隙度作用方面不如氨化秸秆处理显著,同时当秸秆与其混合加入土壤时未对土壤改良效果起到正交互作用;各种处理土壤持水能力差异不明显,但粉碎并氨化措施处理过的秸秆在中低吸力段均表现出较高的土壤持水能力,这对于提高旱区农田蓄水保墒抗旱能力有重要意义。