秸秆粉碎和焚烧还田对石灰性紫色土耕层土壤孔隙和有机碳的影响

为明确川中丘陵区长期不同秸秆还田方式对石灰性紫色土耕层土壤孔隙及有机碳的影响,利用田间原位监测和计算机断层扫描技术,测定夏玉米-冬小麦轮作、秸秆不还田（RMW₀）,夏玉米-冬小麦轮作、秸秆50%粉碎还田（RMW_shred）和夏玉米-冬小麦轮作、秸秆50%焚烧还田（RMW_burn）处理耕层土壤有机碳浓度、储量及孔隙特征参数。结果表明：RMW_shred和RMW_burn均能显著增加耕层土壤总孔隙度、降低土壤容重,RMW_burn耕层土壤大孔隙度是RMW_shred的2.7倍。RMW_shred和RMW_burn较RMW₀能有效改善土壤大孔隙集中分布现象,使层间大孔隙分布更均匀,3个处理孔隙数量均以当量孔径100~500μm孔隙为主,RMW_shred和RMW_burn优化了耕层土壤不同当量孔径孔隙数量比和体积比,且以RMW_shred更优。RMW_burn有利于增加耕层土壤>1000μm孔径的孔隙数量,RMW_shred耕层土壤>1000μm孔径的孔隙平均直径趋小。RMW_shred和RMW_burn平均喉道截面积、平均喉道截面形状因子、平均孔隙形状因子均较RMW₀低,长期秸秆还田使耕层土壤孔隙向有利于保水保肥的方向转变,且RMW_shred保水保肥能力较RMW_burn更优。秸秆连续还田15a后,只有RMW_shred耕层土壤有机碳浓度增幅显著。综合比较两种还田方式在改善川中丘陵区石灰性紫色土耕层土壤孔隙特征和固碳效果的差异表明,长期秸秆粉碎还田较焚烧还田更有利于改善耕层土壤孔隙特征,更能有效积累耕层土壤有机碳,更有利于川中丘陵区农业绿色发展。     

紫色土坡地不同种植模式下水土和养分流失动态特征

以径流小区定位监测为基础,研究了紫色土坡地不同种植模式对水、土及养分流失特征的影响。种植试验结果表明：紫花苜蓿＋青蒿模式和连翘＋紫苏种植模式能较好地保持水土。各小区养分流失表现为：玉米／红苕模式小区地表径流全氮和有效氮含量高于其他小区,玉米／红苕模式和连翘＋紫苏模式的小区流失泥沙全氮养分富集度高于其他小区,传统农作模式玉米／红苕通过地表径流和泥沙迁移的全氮流失总量最大,可能造成土壤耕作层肥力下降。观测期间,除由于较强的生物固氮作用,紫花苜蓿＋青蒿模式增加了土壤全氮含量外,各种植模式下土壤养分均呈下降趋势,表明各小区均出现较明显的养分流失。试验证明：由于传统农作方式水土流失量最大,导致养分流失量大,对环境有较大影响。因此应注意减少传统农作方式中的地面扰动,并提高雨季地表覆盖率,从而保证农业生产的可持续发展。     

紫色土丘陵区典型坡地产流及产沙模拟试验研究

应用人工模拟降雨实验,对紫色土丘陵区坡地产流及产沙特征进行了研究.(1)地表径流初始产流时间随着雨强和坡度的增加而加快,在0.7～9.5 min之间变化;壤中流初始产流时间变化复杂,在2.6～46.4 min之间变化,雨强是影响低坡度壤中流初始产流时间的主要因子;(2)地表径流累积量与雨强、坡度均成正比关系,壤中流累积量随着坡度和雨强的增大呈现出减小趋势;(3)地表径流雨后消退迅速,退水常数k(Barnes法)值为0.41～0.66,壤中流消退缓慢,退水常数为0.91～0.99;(4)同一降雨历时下,相对坡度而言,雨强是决定产沙量的主要因子,产沙量在23.4～972.3 g/(m2·h)之间变化;在同一雨强下,产沙量随着坡度的增大而增加.就紫色土坡地而言,改良耕作制度和耕作措施,实施因地制宜的水保措施,提高坡地土壤入渗率和持水量,使降雨径流以壤中流形式产生,能更有效地防治水土流失.     

紫色土农业小流域径流过程与氮流失尺度效应

为揭示紫色土丘陵区小流域径流过程和氮素流失过程中迁移转化机制,同步监测了该区域内苏蓉(3.01hm~2)、截流(35hm~2)、大兴(480hm~2)、万安(1 236hm~2)4个梯级小流域径流过程与氮素迁移特征,分析了不同雨型条件下典型农业小流域中氮素迁移转化规律与尺度效应。结果表明:流域面积越小洪峰对降雨响应越快,随着面积增大,洪峰在流域中有明显的滞后和坦化现象;全氮(TN)、硝态氮(NOx-N)浓度在降雨过程中呈现出较为明显的两段式特征,降雨产流初期及径流峰前期波动较大,退水期浓度缓慢上升。相较人为影响较强的源头小流域(苏蓉)而言,尺度较大小流域的TN浓度有较为明显的削减,但NOx-N仍是氮素流失的主要形式。根据NCL-NCF曲线可知,历时短、强度大的暴雨更容易产生"初始冲刷效应",梯级流域对AN负荷有明显消减作用。携带大量NOx-N的壤中流和地下水控制退水过程线,并不断补充水体中氮素负荷,表现出一定的"末期冲刷效应"。运用数理统计方法得出TN流失总量与流域面积之间的经验公式,可为区域内小流域氮流失通量估算提供依据。     

AnnAGNPS和SWAT模型对非点源污染的适用性研究——以中国科学院盐亭紫色土生态试验站为例

为了选取适合于紫色土流域的机理模型。同时为控制紫色土丘陵区的农业非点源污染。以及为三峡库区内非点源污染物输出与控制提供科学依据,本文将2种机理参数模型AnnAGNPS与SWAT运用到不同土地利用方式下的紫色土小流域,对地表径流和非点源污染物的输出模拟进行研究。通过适用性研究发现：2种模型对紫色土流域的径流量模拟效果最为理想,平均误差为-7.5％和2.9％;而模型对流域的泥沙模拟效果均不理想,误差较大;对于养分迁移的模拟,AnnAGNPS模型的模拟效果要好于SWAT模型。平均误差控制在10％左右。因此,AnnAGNPS模型更适合在紫色土典型流域进行模拟运用,可获得可信度较高的模拟结果。     

秸秆还田量对川中丘陵冬小麦-夏玉米轮作体系土壤物理特性的影响

【目的】探明秸秆还田量对农田土壤物理特征的影响,为川中丘陵紫色土区建立“提升土壤质量、高效利用秸秆”的种植业副产物利用模式,同时为秸秆资源化利用提供科学依据。【方法】基于田间长期定位试验(2006—至今),采用原位监测和计算机断层微扫描技术(CT)相结合的方法,研究秸秆还田量(无秸秆还田(RMW₀)、秸秆30%还田(RMW₃₀)、秸秆50%还田(RMW₅₀)和秸秆100%还田(RMW₁₀₀))差异对冬小麦-夏玉米轮作体系耕层土壤物理特征的影响。【结果】(1)秸秆还田可明显改善土壤透气、持水和导水性能,随秸秆还田量增加改善效果明显增加。RMW₃₀、RMW₅₀和RMW₁₀₀处理较RMW₀处理土壤容重分别显著降低15.2%、11.7%和17.9%,土壤孔隙度则分别显著增加18.4%、13.7%和21.3%。另外,RMW₁₀₀处理饱和导水率高达1.62 mm·min^-1,导水性...     

紫色土坡耕地水量季节变异特征与平衡初步研究

通过具有壤中流测定功能的紫色土坡地径流小区的定位观测，结合物质平衡方法研究紫色土坡耕地水量的季节变异特征与平衡问题。结果发现，坡耕地玉米生长期水量的主要支出项为农田蒸散量、壤中流，分别为278．07，187．32mm，农田蒸散率与壤中流径流系数分别为50．51％，34．03％，而地表径流系数、农田蓄水率模拟值分别为7．59％，7．94％；坡耕地生长期支出总量为229．08mm，总径流系数为41．61％；坡耕地生长期径流支出具有季节变异特征，地表径流是玉米播种-拔节初期径流的唯一支出方式，其径流系数为9．32％，而壤中流则是拔节初期-收割近100天径流的主要支出方式，尤以灌浆成熟-收割前的近两月为甚；期间，壤中流径流系数最低为10．82％，最高至65，61％。     

金沙江干热河谷元谋强侵蚀区土壤裂隙形成与侵蚀机制

根据金沙江干热河谷元谋地区红土层非常发育的裂隙现象,对该地区典型区土壤裂隙形成的环境和土壤剖面进行了调查,并采样进行相关土壤理化性质测定、粘土矿物X-射线衍射分析以及土壤微形态研究。结果表明:(1)该区旱季丰富的土壤裂隙形成与该区主要分布的第四系古红土层(QS)和第四系元谋组的黄棕色土层(QY)等红土母质特性有密切关系;(2)由于土壤裂隙非常发育,成为了边坡崩塌和直接产生重力侵蚀的成因,加剧了土壤侵蚀过程,导致了土柱和土林等强侵蚀景观形成。研究表明,土壤裂隙是金沙江干热河谷元谋地区强烈侵蚀和水土流失所特有的成因。     

紫色土坡地尺度土壤养分的空间变异特性

利用地统计学方法,结合坡地土壤养分采样分析与G IS技术,分析紫色土坡地土壤养分空间变异特征。结果表明地块尺度上土壤养分的空间变异特性和空间相关性具有明显特征,其中土壤有机质、全氮和有效磷具有很强的空间异质性;碱解氮和pH具有中等的空间异质性;而速效钾不具有空间异质性。利用克里格法进行插值并绘制各养分属性的等值线图,表现出空间分布的类似性,但因微地形和耕作管理的影响而表现出各自的规律性,其中土壤有机质、全氮和有效磷的分布具有相似性,而碱解氮、速效钾和pH具有明显不同的分布规律。对典型地块的空间异质性分析有助于坡地和小流域尺度的土壤采样和调查分析,同时对地块水文过程分析和模型应用有重要参考价值。     

紫色土丘陵区农业小流域暴雨事件磷素多尺度流失特征

为了揭示自然小流域尺度降雨、地形、土地利用结构等对泥沙和磷素输出的影响,根据丘陵区农业小流域自然地貌与土地利用特征,设计了不同尺度的小流域监测点,分别为苏荣、截流、大兴、万安,监测面积分别为3.0,34.6,480.3,1 236.4hm~2,并选择了降雨侵蚀力(R)分别为1 411.5,595.7,391.4 MJ·mm/(hm~2·h)的3场降雨事件监测小流域内磷素流失过程特征。结果表明:(1)以居民点集镇和耕地为主的苏荣和截流小流域水文响应速度较快,暴雨事件中径流峰值出现在降雨峰值后的5~10min,较大尺度大兴和万安小流域泥沙浓度峰值与径流峰值滞后于降雨峰值0.5~3h。(2)3场暴雨径流中泥沙与全磷、颗粒态磷均存在较一致的显著相关关系(R0.6,P0.01),泥沙、全磷流失负荷在源头小流域(苏荣、截流)最高,3场暴雨苏荣全磷平均流失负荷达到0.36kg/hm~2,万安小流域泥沙、全磷流失负荷最低,全磷平均流失负荷为0.009kg/hm~2。(3)小流域径流中颗粒态磷占全磷流失量50%以上。(4)多元回归分析结果表明,径流量和泥沙含量可用于进行磷素流失通量预测。坡耕地、林地与水田带状组合结构可显著降低小流域泥沙和磷素流失负荷。研究结果为计算丘陵区农业小流域暴雨过程中磷素多尺度流失负荷提供参考。