通过对黄土高原设施农业与土壤环境效应的系统分析 ,从土壤pH、EC及NO-3-N含量的变化方面阐述了土壤环境质量的退化过程 ,提出了保持设施农业中土壤质量、维持该产业可持续发展的可能途径

设施农业的快速增长是近10年来青藏高原农业发展的一个突出亮点。揭示设施农业用地的空间分布和变化特征,有助于理解青藏高原设施农业的发展态势,为其规划布局提供决策支持。本文基于2018年Google Earth高分影像数据,采用目视解译和地统计学分析相结合的方法,获取了青藏高原设施农业用地的空间分布格局;并选择西宁和拉萨为典型区,对比2008年和2018年设施农业用地的时空变化特征。结果表明:①2018年青藏高原共有设施农业面积7821.74 hm~2,主要集中在河流两侧的城市周边,与河流走向大致吻合,其中青海和西藏设施农业面积分别占青藏高原设施农业总面积的58.10%和36.49%;②受海拔、地貌类型和城市分布的影响,设施农业分布海拔在1400～4600 m之间,但在2200～2600 m和3600～3900 m高程区间分布最为集中;③2008—2018年西宁和拉萨设施农业增长迅速,分别从293.73 hm~2和429.01 hm~2增至2111.45 hm~2和1422.30 hm~2。同时,因城市发展,两个城市超过60%的设施农业用地被建设占用,造成空间格局的显著变化;④设施农业在青藏高原发展前景良好,但也存在温室类型单一、变动频繁和"过程性浪费"等问题,应加强保护和规划管理,促进设施农业的良性发展。

了解土壤磷素积累特征对调控磷肥使用、降低农田磷素的环境风险和保障生态环境安全具有重要意义。以黄土高原沟壑区的典型小流域为对象,分析了18年来(1986~2004年)综合治理条件下流域土壤全磷、有效磷(Olsen-P)含量的时空变化特征及其对土壤水溶性磷含量变化的影响。结果表明,截至到2004年,流域磷素积累由塬面逐步向塬坡和沟道扩展。2004年,农田土壤全磷(752 mg.kg-1)和Olsen-P(20.2 mg.kg-1)较1986年分别提高了45%和3.5倍,相当于每年全磷提高13 mg P.kg-1,Oslen-P每年提高1.0 mg.kg-1,流域50%的农田土壤Olsen-P含量超...

研究目的:基于黄土高原近30余年来土地利用/植被覆盖变化(LUCC),分析该地区LUCC及其环境效应,为区域生态环境与社会经济的可持续发展政策提供科学依据。研究方法:地统计和趋势分析等。研究结果:(1)黄土高原土地利用结构整体上未发生变化,仍以草地、耕地和林地为主,但植被覆盖度提升显著;(2)黄土高原LUCC受气候变化和人类活动共同影响,影响程度存在区域性差异,其中黄土高原中部丘陵沟壑区主要由人类活动导致;(3)黄土高原LUCC对地表径流、土壤侵蚀、土壤水分及碳循环等生态环境过程将产生长期的影响,植被恢复在发挥生态效益的同时对区域生态环境产生消极的作用。研究结论:黄土高原植被生产力已接近水资源承载力阈值,提升人工植被稳定性、促进水资源平衡仍为现阶段促进黄土高原可持续发展的主要课题。

小分子有机酸是土壤环境中一类重要的活性物质。土壤中的小分子有机酸主要来源于植物根系的分泌、动植物残体的分解、微生物的分泌与合成、土壤中有机物的转化等,其组成比较复杂,主要为脂肪族和芳香族羧酸,且在土壤中的含量较低(小于10 mmol/kg)。土壤中的小分子有机酸具有重要的环境效应,除对土壤中重金属的迁移、毒性和生物有效性有影响外,同时还对有机污染物的迁移、转化和降解也有一定的影响,其作用机制不同。本文对土壤环境中的小分子有机酸的来源、种类及其环境效应等进行综合阐述,并对小分子有机酸的进一步研究进行展望。

【目的】提高土壤碳固持,特别是增加有机碳累积、减少碳损失,对于提高旱地土壤肥力、缓解大气温室效应具有重要意义。黄土高原旱地土壤有机碳含量低,增施氮肥是这一地区重要的作物增产措施,但氮肥投入对土壤碳的影响如何,一直没有报道。【方法】利用黄土高原旱地持续23年的长期定位试验,在每年施磷39 kg P2O5·hm-2条件下,设置0、45、90、135、180 kg N·hm-2 5个氮水平种植冬小麦,在小麦收获期采集0—40 cm不同土层的土壤样品,研究长期施用不同用量的氮肥对旱地土壤总碳、有机碳、轻质有机碳及无机碳的影响,分析不同氮肥用量引起的土壤有机碳、轻质有机碳及无机碳累积量的变化,定量分析氮...

土壤质量高低对植被恢复具有重要作用,它不仅影响植物群落的发生、发育和演替的速度,而且也对生态系统过程、生产力和结构等具有重要影响。植物演替过程,也是物种对土壤肥力逐渐适应、改造及不同物种在不同肥力梯度下相互竞争和代替的过程。因此,植被恢复过程也从多个方面影响着土壤质量,植被是土壤质量改善的重要驱动力之一。黄土高原地区实施退耕还林还草后土壤质量将在某种程度上得以恢复,不同类型植被土壤质量恢复还具有明显差异,并且在一定时间范围内,随恢复时间延长,土壤质量不断改善。

在详细描述土壤干层现象和类型的基础上 ,分析了土壤干层的成因 ,即低降水高蒸发、水土流失、植被类型选择失当、群落生产力过高和群落密度过大等 ,指出土壤干层的危害主要表现为使局部小气候环境趋于旱化、土地退化、植被生长衰退、天然下种更新不良及加大造林难度等 ,最后提出了缓解土壤干层对黄土高原生态环境的恢复和重建的意义和重要性。

【目的】通过两年田间氨挥发测定，研究不同施氮量和不同施氮方式对黄土高原旱作春玉米农田土壤氨挥发的影响。【方法】该试验采用裂区试验设计，主处理设置0、180、300 kg·hm~(-2) 3个氮肥用量，同一施氮量下副区分尿素一次性基施（UR）、尿素分次施用（URT）（基肥40%，十叶期追肥60%）以及尿素与控释尿素掺混一次性基施（CRU）3种施氮方式，采用海绵吸收通气法进行原位测定。【结果】（1）对于施基肥后的氨挥发速率，3种施肥方式均出现挥发峰值，且UR处理的氨挥发峰值高于另外两种施肥方式，特别是在高施氮量的情况下；对于追肥后的氨挥发，只有URT处理出现峰值，且高于基肥后的挥发峰值。（2）氨挥发累积量随着施氮量的增加而增加。在同等施氮量处理下，URT处理氨挥发累积量最高（2.88—36.84 kg·hm~(-2)），且主要集中在追肥期（占整个生育期的72.2%—90.4%）；其次是UR处理（1.08—10.07 kg·hm~(-2)）;CRU处理氨挥发累积量最低（0.96—5.69 kg·hm~(-2)）。（3）施氮量和施肥方式对氨挥发量的交互作用极显著，氨挥发的年间差异主要是受到施肥后的降雨影响。【结论】对于西北旱作覆膜春玉米，尿素与控释尿素掺混一次性施用方式（CRU）既能减少追肥人工投入，又能减低氨挥发损失，可作为该区域值得推广的绿色施肥方式。

【目的】探究黄土高原半干旱区不同覆盖方式调控土壤水、热与持续增产、增效的协同效应,为该区确立高效、环保覆盖方式提供理论依据。【方法】设置塑料地膜全膜覆盖(PM)、降解膜全膜覆盖(BM)、膜垄种植(RH)和秸秆覆盖(SM)4种不同周年覆盖(休闲期+生育期)方式,以裸地不覆盖为对照(CT),通过3年大田定位试验,研究不同覆盖方式对土壤水、热时空动态变化规律及其利用特征的影响。【结果】周年覆盖能有效抑制休闲期土壤水分无效蒸发,提高降水潜在利用效率,PM、BM、RH和SM处理休闲期分别较CT多储水53、51、32和36 mm,降水潜在利用效率分别提高了14%、12%、11%和10%。地膜覆盖增温显著,有效提高了玉米干物质累积速度,缩短了其生育进程,其中PM、BM和RH处理拔节期分别较CT提前了15、8和7 d,成熟期分别提前了17、7和7 d。与CT处理相比,PM、BM和RH处理产量增幅分别为52%、32%和27%,积温生产效率分别提高了57%、15%和58%,水分利用效率分别提高了31%、14%和26%,降水利用效率分别提高了53%、27%和29%,耗水系数则分别降低了33%、21%和22%。SM处理能有效增加玉米生育期土壤储水量,但土壤温度的降低导致其生长发育迟缓,其拔节期和成熟期分别较CT推迟了4 d和5 d,最终产量、水分生产效率和积温生产效率分别降低了21%、18%和9%。PM处理增加了农田耗水量,其季末供水能力分别较BM、RH和SM降低了19、56和86 mm。但PM处理土壤水分平衡受生育中后期降水量影响较大,2015年7—9月降水量较多年平均值减少71 mm,PM处理收获期100—200 cm土层土壤储水量较CT处理减少28 mm,并较土壤稳定度降低5.4 mm,造成深层土壤水分亏缺。【结论】塑料地膜全膜覆盖是黄土高原半干旱区协同提高土壤水、热资源利用效率,增加玉米产量的有效措施,然而在玉米生育中后期遭遇干旱容易引起深层土壤水分亏缺和产量波动;降解膜全膜覆盖和膜垄种植处理的增温和增产效果均弱于塑料地膜全膜覆盖,但更有利于维持土壤水分平衡;秸秆覆盖降温、减产效果明显,不推荐在气温较低的半干旱区应用。

采用连续浸提形态分级方法,研究了连续施用锌肥后锌的土壤化学特性变化。结果表明,经过17年连续施用锌肥,锌在土壤中有明显的累积。0～60cm各土层土壤全锌和有效锌(DTPA-Zn)含量均高于对照,并且表现出锌在表层土壤(0～15cm)累积和向深层土壤迁移的特点。土壤中的锌主要以矿物态锌存在,占土壤全锌含量的95.57%～99.11%。其次为松结态锌,约占全锌的0.82%～3.58%。其它形态锌占全锌的比例很小,不到1.00%。锌肥施入土壤后各形态锌的含量都有较大幅度的增加,施入土壤中的锌有很大一部分转化为矿物态锌,只有一小部分进入土壤溶液,或与有机质、碳酸盐及氧化锰相结合。在土壤各形态锌中,交换...

为提高黄土高原人工植被建设成效,依据天然植被呈地带性分布的规律,对比分析不同地带人工林与天然植被对土壤水分利用的差异。结果表明:不同植被地带的人工林下均存在一定程度的水分亏缺和干化层现象,其严重程度为森林带<森林草原带<典型草原带。森林带的水分条件可满足林木成材对水分的需求,林木采伐后土壤水分可得到很好恢复;森林草原带可满足10龄以下林木生长对水分需求,10龄以上林分的水分亏缺严重,林木采伐后土壤水分恢复进程缓慢;典型草原带不能满足人工林生长对水分需求。在此基础上,提出了与地带性水分条件相适应的人工林草植被建设模式。

研究了黄土高原油松人工林土壤养分及化学性质的时空分布特征。结果表明,油松林地土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾含量及pH值随树龄增加无确定的变化规律;土壤全磷含量随树龄增加按幂函数衰减;土壤交换性钙含量和交换性盐基总量随树龄增加按Logstic模型变化;交换性镁含量随树龄增加按幂函数递增;油松林地土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾含量随土壤深度的增加按幂函数衰减,土壤全磷、交换性钙和交换性镁含量及交换性盐基总量随土壤深度增加无确定变化规律,但土壤pH值随深度增加按幂函数增加。与撂荒地相比,油松林地土壤有机质、全氮、速效氮、全磷、速效磷、交换性钙、交换性镁含量及交换性盐基总量分别增加...

黄土高原种植紫花苜蓿(Medicago sativa)多年后会形成土壤干层,严重影响后茬作物的生长。本研究利用黄土高原建植9年的苜蓿地布设田间试验,研究比较了苜蓿连作(L–L),苜蓿移除后休闲(L–F)或分别种植小麦(Triticum aestivum, L–W)、玉米(Zea mays, L–C)、马铃薯(Solanum tuberosum, L–P)和谷子(Setaria italica, L–M)6种苜蓿-作物种植模式对田间水分蒸散特性的影响及水分动态变化特征。结果表明:苜蓿与作物的轮作中,3年的平均水分利用效率均是苜蓿-马铃薯最高,苜蓿-玉米次之,苜蓿-小麦最低,种植马铃薯和玉米能有效提高作物产量和水分利用效率。苜蓿-玉米处理在高耗水的同时,抑制了土壤棵间蒸发量,显著降低了蒸发与作物耗水量的比率(17.0%),促进了作物的蒸腾作用。经过轮作倒茬后,苜蓿-作物轮作处理下0–300 cm土层的平均含水量较苜蓿连作增加了18.4%～34.9%,苜蓿-休闲处理对于土壤干层水分的恢复效果最佳,其次为苜蓿-马铃薯。综合水分利用效率和农田水分变化特征,在黄土高原半干旱区种植苜蓿多年后选择休闲或轮作其他作物,以苜蓿-马铃薯和苜蓿-玉米轮作的效果较好。该研究结果也表明,合理的利用土地可以减轻土壤干层在黄土高原的形成和发展。

为了揭示黄土高原南部地区不同质地类型土壤剖面坚实度的变化及其与土壤含水率的定量关系,以黄墡土、土娄土、裸露在地表的粘化层耕作剖面为研究对象,定位观测其0~45 cm土壤坚实度与含水率的变化。结果表明,黄墡土、土娄土、裸露在地表粘化层耕作剖面的犁底层平均坚实度均大于耕层,犁底层平均坚实度较耕层分别高194.8%,87.3%,10.4%;剖面土壤质地越粘其平均坚实度越大;土壤坚实度与含水率呈负相关关系;土壤坚实度变化速率为0时,以上3种土壤剖面临界含水率分别为0.1712,0.1757,0.1835;质地不同的土壤剖面坚实度时空变化特征有差异,其中黄墡土剖面0~20 cm土层土壤坚实度为350~5...