秸秆和生物炭对砒砂岩与沙“复配土”稳定性的影响

本研究将不同有机物料添加到砒砂岩与沙体积比为1∶2的复配土中,试验设置4个处理,对照(不添加有机物料,CK)、单施秸秆(秸秆5%,T1)、单施生物炭(生物炭5%,T2)、配施生物炭和秸秆(生物炭5%+秸秆5%,T3),分别培养30 d后采集土壤样品,分析各处理的土壤需水量、团聚体粒径分布、水稳性团聚体稳定效率、平均重量直径、平均几何直径和分形维数等。研究结果表明:培养周期,四种处理的平均需水量以对照最高,且处理间差异显著(P0.05)。各处理的团聚体百分含量(0.25 mm)以CK最低,T3最高,趋势呈现为CK T1T2T3,添加有机物料后的复配土稳定性指标均比对照高,且混施物料对团聚体稳定指标改善效果优于单一物料。在干筛法和湿筛法处理下,不同团聚体分形维数的范围为2.79～2.89,表现趋势为T3 T2 T1 CK;湿筛法,复配土分形维数(y)与WR_(0.25)(x)之间存在良好的线性方程关系,即为y=-0.002 8x-2.989 2,且R~2=0.93。研究综合分析,通过增加有机物料的施入可有效增加复配土稳定性,并且可改善结构,而且有机物料的混施后的改善效果更好。     

秸秆和生物炭对黄绵土稳定性能影响的研究

为研究不同有机物料对黄绵土土壤团聚体和稳定性的影响,以陕西富平黄绵土为研究对象,通过添加两种有机物料(生物炭和秸秆),分析团聚体组成、水稳性团聚体稳定性、平均质量直径、几何平均直径和分形维数等指标,旨在为改良黄绵土障碍因子及合理提升肥力提供科学依据。利用光照恒温培养箱,设置4个试验处理,分别为对照(无添加,CK);玉米秸秆(5%秸秆,S1);生物炭(5%生物炭,S2);生物炭和秸秆混施(5%生物炭+5%秸秆,S3),培养90 d后采集土壤样品,选择干筛法和湿筛法测定团聚体,分析不同处理下黄绵土的稳定性能。结果表明:(1)添加有机物料的处理需水量均高于对照处理,增加量分别为0.42、1.10和1.76g。(2)不同处理下的0.25 mm的团聚体数量大小依次为CK S1S2S3。(3)不同有机物料添加下的黄绵土土壤水稳性团聚体稳定率、平均质量直径、几何平均直径和分形维数均优于对照,水稳性团聚体稳定率较对照CK处理提高幅度为3.35%～17.21%,平均质量直径提高幅度为9.81%～83.01%,几何平均直径提高幅度为3.11%～21.25%;且生物炭对土壤团聚体作用改善效果优于玉米秸秆,两者混合施用效果较单一施用效果提升显著,黄绵土分形维数与0.25 mm的团聚体数量存在显著的负相关关系,且R~2=0.957。综合分析,添加有机物料可有效增加黄绵土大团聚体含量,从而提升土壤稳定性和抗蚀性,并且以生物炭和秸秆混合施用效果最优。     

砒砂岩与沙复配土体的植物营养保障措施研究

为探索适宜砒砂岩与沙复配土土体有机重构的植物营养保障措施,开展以生物炭为改良剂的不同梯度盆栽试验,得到适合复配土肥力提升的生物炭施用比例,为复配土的植物营养保障提供技术支撑。研究表明:生物炭能够有效提高土壤持水保肥能力,有利于提高土壤营养元素利用效率。其中投加30g·kg~(-1)生物炭,复配土中各养分含量最高,且作物长势较好;生物炭对复配土中速效钾、有效磷、铵态氮的提升可持续性较好,对复配土中硝态氮提升可持续性较差;在适当比例的生物炭作用影响下,会较好的提升复配土的肥力,若过量施用会抑制作物生长。     

添加材料对黄绵土团聚特性的影响

探究不同添加材料对黄绵土团聚体数量、水稳性团聚体稳定率、团聚体大小和分形维数等的影响,以期为增加黄绵土土壤团聚体和提高其稳定性提供科学依据。在陕西富平中试基地设置野外培养试验,以黄绵土为研究对象,通过添加材料(玉米秸秆和生物质炭),设置4个试验,分别为对照(零添加,CK)、玉米秸秆(5%,S1)、生物质炭(5%,S2)、玉米秸秆与生物质炭混施(各5%,S3),培养30 d后,采集黄绵土土壤样品,利用团聚体测定常用干法和湿法进行测定稳定性指标。结果表明:在整个培养过程中,添加玉米秸秆的处理较其它处理需水量高。通过干法和湿法测定黄绵土不同粒径的团聚体百分含量,各处理下黄绵土不同粒径团聚体含量呈现相同趋势,0.25 mm的团聚体含量的大小次序分别为S3S2S1CK。水稳性团聚体稳定率以S3处理最高,在干法和湿法处理下,土壤团聚体平均重量直径和几何平均直径大小顺序趋势一致,均为S3S2S1CK。湿法下,黄绵土土壤团聚体分形维数与0.25 mm土壤团聚体含量存在良好的负相关线性关系,即R~2=0.960 4。综合分析表明,添加材料可有效改善土壤结构,增加其稳定性,并且混合使用材料对土壤团聚体改善效果优于单一添加材料。     

砒砂岩与沙复配土的水土保持效应研究

毛乌素沙地的水土流失严重,是黄河下游泥沙和北方沙尘暴风沙的主要起源地之一。本文以水土保持为目标,以砒砂岩与沙复配成土为研究对象,采用小区试验、模拟土柱试验和风洞试验方法,设置砒砂岩与沙的质量比例分别为1∶5(S_1)、1∶2(S_2)、1∶1(S_3)的处理,以S_s(全沙)、S_(ss)(全砒砂岩)为对照,研究复配土的保水、保肥、保土能力。结果表明:复配土中随着砒砂岩的增加,土壤粘粒、粉粒含量逐渐增加,沙粒含量逐渐减少;S_3处理的复配土,土壤大团聚体含量最高,呈现出随着含沙量的增加,土壤大团聚体减少的趋势;不同处理的土壤含水量S_3S_2S_1,砒砂岩与沙复配比例为1∶1时,土壤蓄水条件较好;砒砂岩与沙复配比例为1∶1时土壤保肥效益最好,其中硝态氮含量分别比S_s(全沙)、S_(ss)(全砒砂岩)高24.64%、43.10%;S_1、S_2、S_3处理与S_s、S_(ss)相比,风蚀量均显著减少89%以上。其中在7 m·s-1的风洞模拟风速下,S_1处理的复配土风蚀量最小。砒砂岩与沙复配可以提高保水、保肥及保土效益,复配比例为1∶1时,水土保持效益最佳。试验结果在土地复垦和土壤改良等方面具有重要参考意义。     

风沙土中有机碳矿化对砒砂岩添加的响应

土壤有机碳为生物转化过程提供物质能源,在土壤质量评价及养分循环中起着至关重要的作用。本研究选择砒砂岩与沙复配比为0∶1(CK)、1∶5(C1)、1∶2(C2)和1∶1(C3)四个处理的土壤进行室内培养试验,利用碱液吸收法分析土壤有机碳的矿化过程。结果表明,与CK处理相比,C1、C2和C3处理的增幅分别为205.24%、182.27%和365.14%(P0.05)。有机碳矿化速率可分为1～8d的快速上升与下降阶段、8～30d的不稳定下降阶段和30～60d的平稳下降阶段。有机碳累积矿化量与培养时间符合动力学方程[Ct=C0(1-e-kt)]的指数变化趋势(P0.01)。随着培养时间的延长,有机碳的累积释放强度逐渐减弱。与CK处理相比,C1、C2和C3处理的有机碳累积矿化量和潜在可矿化有机碳含量增幅分别为106.97%～225.93%和112.22%～254.08%。累积矿化率和C0/SOC的变化趋势一致,表现为C1CKC3C2,其中C2处理的降幅最大。可见,砒砂岩与沙复配比为1∶2时,土壤有机碳的单位损失率最低,较其他处理可间接促进土壤有机碳的积累,为砒砂岩与沙复配成土关键技术提供理论借鉴。     

不同比例砒砂岩与沙复配对作物产量及土壤性质的影响

通过小区模拟试验,研究不同比例砒砂岩与沙复配对作物产量及成土理化性质的影响,寻找适宜作物生长的最佳混合比例。砒砂岩与沙混合比例共设3个处理:1:1(C1)、1:2(C2)和1:5(C3),每处理重复3次,种植作物为冬小麦。试验结果表明:小麦产量以C3处理增产效果最佳,比C2处理增产4.4%,比C1处理增产8.7%。新复配土壤容重C3C2C1,水稳性团聚体C1C2C3,有机质C3C2C1。种植一季作物后各处理土壤容重均有所下降,水稳性团聚体均有所升高,有机质C1、C2处理有所提高,C3处理稍有下降,土壤养分含量除有效磷外,全氮、速效钾及有机质均处于极低水平,在随后的推广应用中应不断加大氮肥和钾肥的投入,增施有机肥,提高复配土壤的养分水平,从而达到新增耕地的可持续利用。该研究可为毛乌素沙地的开发利用、沙化土壤的治理以及当地水土流失的防治提供理论依据和技术支撑。     

秦岭北麓地区不同成土材料重构效应研究

针对秦岭北麓地区不适宜农业种植的条件,科学合理的布置替代性成土材料试验,可为土地工程和土体有机重构提供理论依据。选取蛭石(TI)、珍珠岩(T2)、页岩(T3)、陶砾(T4)、沙(T5)、砒砂岩(T6)等六种不同替代性成土材料,分别与土以0.5L·m-2和1L·m-2的比例混合,填充至2m×3m的试验田内,以油菜为显示植物,研究油菜的生长特征、农艺性状及产量。结果表明:不同土体构造的各处理下,油菜各生长阶段平均株高大小依次为T6>T2> T1>T5>T4>T3,其中T6的砒砂岩与粘土复配最适宜植株生长;油菜收获后,分析不同土体构造下其油菜产量、根系重量等指标,T4陶砾与粘土复配后根重和产量最大,表现最佳。综合作物生理特性、农艺性状两大方面分析得出,砒砂岩与粘土和陶砾与粘土组合最适宜作为替代性成土材料用于土体有机重构。     

砒砂岩对毛乌素沙地风沙土固碳能力影响研究

为探析砒砂岩对于毛乌素风沙土固碳能力的影响规律及机制,通过不同比例砒砂岩与沙复配成土实验小区和技术应用示范区采样检测进行对比。小区试验结果表明:2010~2015年,适量砒砂岩的加入将风沙土质地由砂土改良至壤土—壤砂土,土壤团聚能力显著增强,土壤表层有机碳含量从0.30g·kg^(-1)提升至2.16~3.03g·kg^(-1),土壤的固碳能力显著提升。技术应用示范区采样结果则表明:砒砂岩与沙复配成土技术将0~100cm深度内土壤的总碳密度由22.09t·hm^(-2)提升至24.07t·hm^(-2),有机碳密度16.64t·hm^(-2)提升至18.44t·hm^(-2),体现出砒砂岩对风沙土固碳能力的提升作用。     

微生物土壤改良剂对复配土养分及作物产量的影响

以砒砂岩与沙复配土壤(简称"复配土")为研究对象,以微生物土壤改良剂为添加材料,通过盆栽试验,研究了不同施用量对玉米不同生育期内土壤养分含量以及作物产量的影响。结果表明:施用微生物改良剂对复配土具有解钾、释磷、固氮作用,能够显著提高复配土的土壤养分,尤其对铵态氮和速效磷的提升效果显著;从整个玉米生育期来看,施用微生物改良剂对土壤速效钾、速效磷、铵态氮和硝态氮的影响主要表现在生长前期(拔节期和大喇叭期),而对有机质的影响主要体现在成熟期;就不同施用量处理而言,M2处理(1.0 g·kg~(-1))的增产效果最佳,与对照相比,穗长、行粒数、单穗重、百粒重分别增加了13.8%、7.9%、26.4%、14.1%。本研究可为复配土培肥增产提供技术参考。     

生物炭对矿区重金属污染土壤养分影响及修复效果

通过生物炭—辣椒盆栽试验,研究果木炭与猪粪炭在0%(CK)、5%(G5和Z5)和10%(G10和Z10,以风干土计)添加量下,种植辣椒后对重金属污染土壤养分及修复效果的影响。结果表明:添加生物炭后(未种植作物),与CK组相比,土壤全氮、有效磷和速效钾含量明显增加,且添加猪粪炭对养分含量提升效果更显著。种植后,土壤有效磷和速效钾含量均有所下降,而仅添加猪粪炭使全氮含量有所下降。种植前后猪粪炭添加有利于土壤养分的提升与保持,且Z10组效果最佳。生物炭对Pb、Hg和Cd的修复效果依次减弱。其中,猪粪炭添加对三种重金属的修复效果整体较优,且修复效果随猪粪炭浓度增加显著增强;果木炭对Pb和Hg的修复效果较好,对Cd的修复效果较不稳定,后期治理中可优先选用猪粪炭进行修复。     

砒砂岩与沙复配土抗风蚀能力研究

陕北毛乌素沙漠南缘地区广泛分布着"两害"——砒砂岩和沙,严重影响着当地作物的生长。为改善区域生态环境,实现资源的合理化利用,本研究将砒砂岩(P)和沙(S)按照不同的质量比进行复配(m(P)∶m(S)=1∶1,1∶2,1∶5),通过测定复配土的粘聚力、内摩擦角、风蚀量等一系列基本理化指标,研究复配土的抗风蚀能力及其影响因素。结果表明:随着砒砂岩含量的增加,复配土的粘聚力逐渐增加,抗剪强度增大,内摩擦角逐渐减小,风蚀量逐渐减小,抗风蚀能力逐渐增强。其中,1∶1复配土的粘聚力最大,内摩擦角最小,风蚀量最小;1∶5复配土的粘聚力最小,内摩擦角最大。砒砂岩的加入,可以显著降低风沙土的风蚀量,增强该地区风沙土的抗风力侵蚀能力。另外,粘聚力与容重有极显著的负相关性,粘粒含量与内摩擦角有极显著的负相关性,风蚀量和砒砂岩含量占比有极显著的负相关性。风蚀量和内摩擦角、容重有很强的正相关性,与粘聚力、分形维数、粘粒、粉粒含量有很强的负相关性。     

砒砂岩与沙复配成土生物培肥效应研究

为寻求砒砂岩与沙复配成土生物可持续性培肥措施,本研究开展了秸秆、微生物菌剂、有机质、油渣4种改良剂对复配土有机质、有效磷、速效钾肥力提升研究,以期探索适合复配土大田生物培肥措施,为复配土稳定性及可持续良性发展提供理论支撑和技术指导。研究表明:4种培肥技术均可以实现复配土有效磷、速效钾的显著提升,除秸秆外的3种改良剂对有机质均可以显著提升。改良剂的施用可在时间尺度上大幅度缩小复配土自然熟化进程,培肥方式取得的养分效应大于时间尺度的自然熟化进程效应。     

不同复配土壤氮素淋溶规律研究

本试验通过室内的土柱模拟淋溶试验,分别取砒砂岩、沙及两者不同比列复配土壤,按照土壤的容重回填形成土柱,以榆林年平均降雨量为基本标准,进行了12次模拟降水分别对土柱进行淋洗,并收集淋溶液对其中的铵态氮、硝态氮及全氮进行测定,研究结果表明:不同复配土壤淋溶液中pH的变化差异较大。T2处理的铵态氮在第七次的时候达到4.95mg·L~(-1),显著高于其他处理,且差异显著(P0.05);而T1处理的最低为2.12mg·L~(-1),其次是T3处理为2.57mg·L~(-1);淋溶液中的NO_3~--N在第七次达到顶峰值,其中以T2处理的量最大,为105.06mg·L~(-1),显著高于其他处理;而T1处理的最低,为80.07mg·L~(-1),其次为T3处理,为83.02mg·L~(-1),均显著低于其他三个处理,但两者间差异不显著。土壤淋溶液中全氮的变化规律与NO_3~--N的变化规律基本一致。综合分析,T2处理氮素淋失量最为显著,降雨极易造成土壤营养元素的缺失;而T3处理对营养元素的吸附效果最佳,施肥后有利于营养元素的富集。     

砒砂岩与沙不同重构比例对表层土体储水量的影响

研究毛乌素沙地砒砂岩与沙不同质量重构比例下表层(020cm)土体的储水情况,为砒砂岩改良风沙土的应用提供参考。将砒砂岩与沙分别按0∶1,1∶5,1∶2,1∶1,2∶1,5∶1和1∶0质量比重构,采用烘干法测定各处理的有效水分及储水量。随着砒砂岩与沙m(砒砂岩)∶m(沙)重构比例的增加,表层(020cm)土体有效水分含量呈多项式y=0.027x~2+0.625x+2.678(y为有效水分,%,x为7种处理,x=1,2,3,4,5,6,7)增长趋势,当向沙中加入1/6的砒砂岩时,增长幅度最大为28.71%。储水量呈幂函数y=8.286x~(0.705)(y为储水量,mm,x为7种处理,x=1,2,3,4,5,6,7)增长规律,当向沙中加入1/6的砒砂岩时,增长幅度最大为29.67%,向沙中加入1/3的砒砂岩时,为27.56%。砒砂岩与沙重构后,在沙中添加的砒砂岩不超过沙时,有利于复配土壤储蓄水分。     

不同节水措施下马铃薯灌溉制度及其产量的研究

本文通过设置6种不同的节水灌溉措施,沙地正常灌溉(T1)、喷灌(T2)、滴灌(T3)、复配土(T4)、复配土+喷灌(T5)、复配土+滴灌(T6),结合马铃薯不同时期需水量的特点,研究不同灌溉方式以及灌溉制度对马铃薯产量的影响,以期找到可以在陕北榆林大面积推广的节水灌溉措施。研究结果表明,相对于T1的灌水定额,T2和T3分别节水30.0%和34.9%;在T4处理下,已经达到滴灌措施下的节水效果;T5和T6措施下分别比T1的灌水定额减少了55.6%和58.2%。水资源供需平衡中,T1措施下,该地区灌溉期水资源平衡差为负值,而在喷灌、滴灌、复配土、复配土+喷灌、复配土+滴灌措施下,供需平衡差都变为正值,T2、T3、T4、T5和T6处理下水资源平衡差分别达到了667、807、807、1 349和1 419×10~4 m~3·a~(-1)·ha~(-1)。从产量来看,T6和T5处理下的马铃薯产量比T1分别高出26 625kg和21 750kg,增产了98.6%和80.6%。复配土+喷灌和复配土+滴灌这两种综合节水灌溉措施是可以在榆林地区大面积推广的。     

不同修复材料对空心菜铅镉重金属富集特征的影响研究

采用Pb、Cd复合污染的土壤进行盆栽试验,以空心菜为试验对象,分别研究有机质、生物炭和铁渣对空心菜-土壤系统中空心菜生长状况以及重金属Pb和Cd累积与分布的影响,探寻不同修复材料对空心菜Pb、Cd富集的影响。结果表明:添加5g·kg~(-1)铁渣的处理能显著降低土壤中Cd含量,添加20g·kg~(-1)有机质的处理则能显著降低土壤中Pb含量。空心菜叶片对Cd的吸收效果显著高于空心菜茎对Cd的吸收效果,其中添加10g·kg~(-1)生物炭和铁渣的空心菜叶片吸收效果最佳。添加有机质和生物炭处理中的空心菜叶片对Pb的吸收效果优于空心菜茎,但是添加铁渣处理的空心菜中茎对Pb的吸收效果优于叶片。其中添加10g·kg~(-1)生物炭的空心菜叶片对Pb的吸收效果最佳。     

基于田间试验的砒砂岩和沙复配成土特性研究

为研究砒砂岩和沙复配成土特性及对农业作物的影响,本文利用正交试验方法开展田间试验,采用不同的砒砂岩和沙混合比例,引入灌溉量、种植作物类型、农艺处理等变量参数,共设置10个试验小区。经过两季的作物种植,从复配土土壤质地、水稳定性大团聚体含量、有机质、作物生长水平及产量四个方面进行分析。结果表明,随着时间的推移,混合砒砂岩改良沙地,促使土壤宜耕层厚度增长,且土壤结构改良,肥力逐渐增加;作物对不同比例的复配土壤具有不同的敏感性,玉米、大豆在砒砂岩和沙1∶2混合比例下最适宜生长,小麦、马铃薯在砒砂岩和沙1∶5混合比例下最适宜生长。     

基于蓄排水模式下盐碱地土壤稳定性空间变异效应研究

针对陕西卤泊滩盐碱地在蓄排水模式下对土壤物理特征、稳定性及有机碳储量的影响展开研究,力求为提高治理盐碱地的土壤物理性质、稳定性及有机碳储量提供科学依据。在陕西富平设置盐碱地模型试验,分别设置排水和蓄水2种处理,测定分析0~30cm土层土壤容重、孔隙度、田间持水量及平均质量直径(WMD)、几何平均直径(GMD)、水稳性团聚体稳定率(WASR)、团聚体破坏率(PAD)、分形维数(D)和有机碳储量,并分析各指标间关系。结果表明:蓄水处理较传统排水处理可有效降低0~30cm土层土壤容重幅度为1.3%~4.2%,同时提高土壤孔隙度和田间持水量。干筛和湿筛处理下0~30cm土层土壤稳定性均呈现蓄水处理高于排水处理,土壤WMD和GMD表现趋势相似且均随着土壤深度的增加而增加;土壤水稳性团聚体稳定率提高幅度为14.5%~53.4%;平均团聚体破坏率较排水处理低3.2%,差异显著(P0.05)。蓄水处理可有效提高0~30cm土层土壤有机碳含量和有机碳储量,两者分别较排水处理高13.4%~27.9%和9.9%~18.8%。0~30cm土层土壤平均团聚体破坏率、分形维数与土壤有机碳储量(Y)均存在负相关关系,且相关系数分别为r=0.927 0和r=0.969 3,差异性显著(P0.05)。综上所述,蓄水处理较排水处理可有效改善土壤质量,提高土壤稳定性及土壤有机碳储量,可良好的实现盐碱地治理。     

基于HYDRUS-1D模型的土壤容重对水分入渗影响的研究

将HYDRUS-1D模型用于模拟土体有机重构中土壤容重对水分入渗的影响。试验和模拟结果表明,HYDRUS-1D软件构建出的一维水分运动数值模型能形象地表明土壤水分运移规律。土壤质地对土壤水分分布的影响显著,相同入渗条件下,沙土湿润体土壤水分分布距离较黄绵土距离远,湿润体体积大,土壤中高含水量区(高于田间持水量)范围大,湿润体内的土壤水量也多。在相同入渗时间内,与表层覆黄绵土10cm和20cm相比,表层覆土厚度30cm和40cm下土壤水分入渗距离最小,且表层覆土厚度30cm和40cm下土壤水分入渗距离差异不大;表层覆土容重从1.2g·cm~(-3)到1.6g·cm~(-3),土壤水分入渗深度依次降低。表层覆土容重1.5g·cm~(-3)和1.6g·cm~(-3)下的土体水分分布差异不大。本文结果可为后期土体有机重构提供数据支持。