中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (7): 1350-1362.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.07.011
收稿日期:
2023-05-23
接受日期:
2023-09-22
出版日期:
2024-04-01
发布日期:
2024-04-09
通信作者:
联系方式:
倪书辉,E-mail:nish312@163.com。
基金资助:
NI ShuHui(), SHI DongMei(
), PAN LiDong, YE Qing, WU JunHao
Received:
2023-05-23
Accepted:
2023-09-22
Published:
2024-04-01
Online:
2024-04-09
摘要:
【目的】分析侵蚀条件下紫色土坡耕地耕层持水性能与产量响应特征,为调控坡耕地季节性干旱及水分利用效率、提升侵蚀条件下坡耕地玉米产量提供理论依据。【方法】采用铲土侵蚀模拟法,以未侵蚀地块为对照组(S-0),对比分析 5 cm(S-5)、10 cm(S-10)、15 cm(S-15)、20 cm(S-20)侵蚀程度和3种管理措施下(不施肥(CK)、施化肥(F)、生物炭+化肥(BF)),坡耕地耕层持水抗旱性能和玉米产量的年际变化特征及对侵蚀程度的响应。【结果】(1)坡耕地心土层土壤持水性能更强。在相同水平土壤水吸力下,耕作层土壤容积含水量降低幅度(13.9%—18.2%)较心土层更大(9.8%);随年际变化,土壤容积含水量在S-5时增幅最大为耕作层(14.2%),而心土层表现为在S-15最大(33.2%)。(2)坡耕地土壤总库容、兴利库容、最大有效库容及有效水分含量,随侵蚀加剧呈开口朝下的抛物线变化规律。随年际变化,各侵蚀程度下土壤最大有效库容最大增幅(44.7%)处于较强烈侵蚀程度(S-15),而有效水分含量、最大储水量及单次接纳最大降雨量在微弱侵蚀程度下(S-0至S-10)提升幅度最大。(3)坡耕地玉米产量随侵蚀加剧总体呈降低趋势,且与土壤最大有效库容、田间持水量有正相关关系;随年际变化,各侵蚀程度下坡耕地减产效果降低,且产量变化随侵蚀加剧呈一定滞后性,即侵蚀发生年产量无明显减产。(4)侵蚀条件下坡耕地土壤最大有效库容主要受土壤质地中黏粒含量、毛管孔隙度和有机质含量显著影响(P<0.01);而田间持水量与土层深度、有机质、粉粒及孔隙度呈极显著关系(P<0.01)。【结论】土壤持水抗旱性能的强弱主要受土壤结构优劣的影响。对坡耕地侵蚀耕层辅以深翻耕作和生物炭+化肥管理措施改善土壤结构,可有效调控坡耕地侵蚀性耕层持水抗旱性能,提升侵蚀条件下坡耕地作物产量。
倪书辉, 史东梅, 盘礼东, 叶青, 伍俊豪. 紫色土坡耕地耕层持水抗旱性能及生产力对侵蚀程度的响应[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1350-1362.
NI ShuHui, SHI DongMei, PAN LiDong, YE Qing, WU JunHao. Response of Cultivated-Layer Water-Holding and Drought Resistance Performance and Productivity to Erosion Degree in Purple Soil Sloping Farmland[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(7): 1350-1362.
表1
不同侵蚀程度下原始土层剩余厚度"
编号 No. | 模拟侵蚀深度 Simulated erosion depth (cm) | 模拟侵蚀年限Simulated erosion age (a) | 耕作层厚度 Top layer thickness (cm) | 原始土层Primary soil layer (cm) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0-20 | 20-25 | 25-30 | 30-35 | 35-40 | ||||
S-0 | 0 | 0 | 20 | 20 | - | - | - | - |
S-5 | 5 | 20 | 20 | 15.55 | 4.45 | - | - | - |
S-10 | 10 | 40 | 20 | 12.09 | 3.46 | 4.45 | - | - |
S-15 | 15 | 60 | 20 | 9.40 | 2.69 | 3.46 | 4.45 | - |
S-20 | 20 | 80 | 20 | 5.50 | 3.90 | 2.69 | 3.46 | 4.45 |
[1] |
doi: 10.1016/j.agwat.2022.107781 |
[2] |
王健. 陕北黄土高原土壤水库动态特征的评价与模拟[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2008.
|
|
|
[3] |
宋鸽, 史东梅, 曾小英, 蒋光毅, 江娜, 叶青. 紫色土坡耕地耕层质量障碍特征. 中国农业科学, 2020, 53(7): 1397-1410. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.07.009.
|
|
|
[4] |
韩晓增, 邹文秀, 陆欣春, 段景海. 旱作土壤耕层及其肥力培育途径. 土壤与作物, 2015, 4(4): 145-150.
|
|
|
[5] |
陈恩凤. 耕翻深度与耕层的层次发育. 中国农业科学, 1961(12): 1-6.
|
|
|
[6] |
史东梅. 基于RUSLE模型的紫色丘陵区坡耕地水土保持研究. 水土保持学报, 2010, 24(3): 39-44, 251.
|
|
|
[7] |
张鹏飞, 贾小旭, 赵春雷, 邵明安. 初始容重对土壤水分特征曲线的影响. 干旱区研究, 2022, 39(4): 1174-1180.
|
|
|
[8] |
李卓, 吴普特, 冯浩, 赵西宁, 黄俊, 庄文化. 容重对土壤水分蓄持能力影响模拟试验研究. 土壤学报, 2010, 47(4): 611-620.
|
|
|
[9] |
洪成, 尹殿胜, 陈俊英, 柴红阳. 容重对黏壤土土壤水分特征曲线的影响. 节水灌溉, 2018(10): 5-8.
|
|
|
[10] |
doi: 10.1016/j.still.2020.104730 |
[11] |
白伟, 孙占祥, 郑家明, 郝卫平, 刘勤, 刘洋, 冯良山, 蔡倩. 虚实并存耕层提高春玉米产量和水分利用效率. 农业工程学报, 2014, 30(21): 81-90.
|
|
|
[12] |
doi: 10.1016/j.fcr.2020.107867 |
[13] |
赵亚丽, 刘卫玲, 程思贤, 周亚男, 周金龙, 王秀玲, 张谋彪, 王群, 李潮海. 深松(耕)方式对砂姜黑土耕层特性、作物产量和水分利用效率的影响. 中国农业科学, 2018, 51(13): 2489-2503. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.13.005.
|
|
|
[14] |
李敖, 张元红, 温鹏飞, 王瑞, 董朝阳, 宁芳, 李军. 耕作、施氮和密度及其互作对旱地春玉米土壤水分及产量形成的影响. 中国农业科学, 2020, 53(10): 1959-1970. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.10.004.
|
|
|
[15] |
李荣, 侯贤清. 深松条件下不同地表覆盖对马铃薯产量及水分利用效率的影响. 农业工程学报, 2015, 31(20): 115-123.
|
|
|
[16] |
翟振, 李玉义, 郭建军, 王婧, 董国豪, 郭智慧, 逄焕成. 耕深对土壤物理性质及小麦-玉米产量的影响. 农业工程学报, 2017, 33(11): 115-123.
|
|
|
[17] |
黄尚书, 钟义军, 何绍浪, 黄欠如, 成艳红, 张昆, 吴艳, 叶川. 耕作深度对红壤坡耕地季节性干旱期土壤水分变化特征的影响. 土壤通报, 2023, 54(1): 39-45.
|
doi: 10.1046/j.1365-2389.2003.00502.x |
|
[18] |
王红兰, 唐翔宇, 张维, 刘琛, 关卓, 校亮. 施用生物炭对紫色土坡耕地耕层土壤水力学性质的影响. 农业工程学报, 2015, 31(4): 107-112.
|
|
|
[19] |
doi: 10.1016/j.geoderma.2019.03.044 |
[20] |
魏永霞, 王鹤, 吴昱, 刘慧. 生物炭对不同坡度坡耕地土壤水动力学参数的影响. 农业机械学报, 2019, 50(3): 231-240.
|
|
|
[21] |
doi: 10.1007/s11629-012-2241-9 |
[22] |
doi: 10.1016/S0167-1987(98)00091-9 |
[23] |
王志强, 刘宝元, 王旭艳, 高晓飞, 刘刚. 东北黑土区土壤侵蚀对土地生产力影响试验研究. 中国科学(D辑: 地球科学), 2009, 39(10): 1397-1412.
|
|
|
[24] |
中国科学院南京土壤研究所. 土壤理化分析. 上海: 上海科学技术出版社, 1978.
|
Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences. Physical and Chemical Analysis of Soil. Shanghai: Shanghai Scientific & Technical Publishers, 1978. (in Chinese)
|
|
[25] |
徐富安. 大量程土壤水吸力测量的吸力平板仪: CN2496013Y. 2002-06-19[2023-07-30].
|
|
|
[26] |
娄义宝. 侵蚀条件下紫色土坡耕地耕层质量变化特征及适宜性研究[D]. 重庆: 西南大学, 2019.
|
|
|
[27] |
郑荣伟, 冯绍元, 郑艳侠. 北京通州区典型农田土壤水分特征曲线测定及影响因素分析. 灌溉排水学报, 2011, 30(3): 77-81.
|
|
|
[28] |
梁艳玲, 何丙辉, 王涛. 新修坡改梯对土壤水库库容的影响. 水土保持学报, 2016, 30(3): 324-330.
|
|
|
[29] |
叶青. 紫色土坡耕地耕层土壤属性的侵蚀响应及恢复效应[D]. 重庆: 西南大学, 2021.
|
|
|
[30] |
郭凤台. 土壤水库及其调控. 华北水利水电学院学报, 1996, 17(2): 72-80.
|
|
|
[31] |
doi: 10.1002/jpln.v171:4 |
[32] |
翟俊瑞, 谢云, 李晶, 刘刚, 张珊珊, 王静, 蔺宏宏. 不同侵蚀强度黑土的土壤水分特征曲线模拟. 水土保持学报, 2016, 30(4): 116-122.
|
|
|
[33] |
中国科学院成都分院土壤研究室. 中国紫色土-上篇. 北京: 科学出版社, 1991.
|
Department of Soil Research, Chengdu Branch,Chinese Academy of Sciences. Purple Soils in China. Beijing: Science Press, 1991. (in Chinese)
|
|
[34] |
王忠江, 刘卓, 曹振, 李一博, 张正, 王丽丽. 生物炭对东北黑土持水特性的影响. 农业工程学报, 2019, 35(17): 147-153.
|
|
|
[35] |
刘文虎, 魏振康, 肖理, 殷庆元, 王章文, 黄成敏. 土壤紧实度对裸土侵蚀强度影响的实验与分析. 中国水土保持科学, 2019, 17(6): 52-60.
|
|
|
[36] |
史东梅, 蒋光毅, 蒋平, 娄义宝, 丁文斌, 金慧芳. 土壤侵蚀因素对紫色丘陵区坡耕地耕层质量影响. 农业工程学报, 2017, 33(13): 270-279.
|
|
|
[37] |
doi: 10.1007/s11368-017-1763-8 |
[38] |
|
[39] |
|
[40] |
高会议, 郭胜利, 刘文兆, 李淼, 张健. 不同施肥土壤水分特征曲线空间变异. 农业机械学报, 2014, 45(6): 161-165, 176.
|
|
|
[41] |
郑利芳, 吴三鼎, 党廷辉. 不同施肥模式对春玉米产量、水分利用效率及硝态氮残留的影响. 水土保持学报, 2019, 33(4): 221-227.
|
|
|
[42] |
doi: 10.1016/j.catena.2018.01.029 |
[43] |
王艳阳, 魏永霞, 孙继鹏, 张雨凤. 不同生物炭施加量的土壤水分入渗及其分布特性. 农业工程学报, 2016, 32(8): 113-119.
|
|
|
[44] |
张慧芋, 孙敏, 高志强, 梁艳妃, 杨清山, 张娟, 李念念. 旱地麦田深松蓄水和覆盖播种土壤水分变化与小麦籽粒蛋白质含量的关系. 中国农业科学, 2018, 51(15): 40-51. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.15.003.
|
|
[1] | 范虹, 殷文, 胡发龙, 樊志龙, 赵财, 于爱忠, 何蔚, 孙亚丽, 王凤, 柴强. 绿洲灌区密植对氮肥减量玉米产量的补偿潜力[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1709-1721. |
[2] | 仲金平, 郑子成, 李廷轩, 何晓玲. 磷肥不同施用量对紫色土坡面胶体态磷流失的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1547-1559. |
[3] | 王程泽, 张燕, 付伟, 贾京哲, 董金皋, 申珅, 郝志敏. 玉米ACO基因家族生物信息学及表达模式分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1308-1318. |
[4] | 高晨曦, 郝陆洋, 胡悦, 李永祥, 张登峰, 李春辉, 宋燕春, 石云素, 王天宇, 黎裕, 刘旭洋. 干旱条件下玉米转座子插入关联的表观调控分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(6): 1034-1048. |
[5] | 张博文, 赵丽雯, 徐璐, 李盼, 曾凡力, 孟亚南, 董金皋. 玉米大斑病菌细胞周期蛋白依赖性激酶结构亚基StCks1鉴定及其基因功能分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(5): 900-908. |
[6] | 王语, 张渝鹏, 朱冠亚, 廖航烯, 侯文峰, 高强, 王寅. 局部供氮对干旱胁迫下玉米苗期生长发育和水氮利用的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(5): 919-934. |
[7] | 高尚洁, 刘杏认, 李迎春, 柳晓婉. 施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(5): 935-949. |
[8] | 李乾川, 许世卫, 张永恩, 庄家煜, 李灯华, 刘保花, 朱之洵, 刘浩. 基于气象因素的玉米单产堆栈集成学习建模与预测[J]. 中国农业科学, 2024, 57(4): 679-697. |
[9] | 曹文茁, 于振文, 张永丽, 张振, 石玉, 王永军. 不同施氮量下黑土地春玉米籽粒淀粉积累动态及产量形成差异[J]. 中国农业科学, 2024, 57(22): 4431-4443. |
[10] | 董奎军, 张亦涛, 刘瀚文, 张继宗, 王伟军, 温延臣, 雷秋良, 文宏达. 玉米大豆间作减量施氮对当季作物农艺性状、经济效益和后茬小麦产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(22): 4495-4506. |
[11] | 韩旭东, 杨传奇, 张擎, 李亚伟, 杨夏夏, 何佳甜, 薛吉全, 张兴华, 徐淑兔, 刘建超. 玉米氮效率QTL定位和候选基因筛选[J]. 中国农业科学, 2024, 57(21): 4175-4191. |
[12] | 郭娅, 任昊, 王洪章, 张吉旺, 赵斌, 任佰朝, 刘鹏. 高温干旱复合胁迫抑制夏玉米光系统Ⅱ性能降低籽粒产量[J]. 中国农业科学, 2024, 57(21): 4205-4220. |
[13] | 田龙兵, 沈兆崟, 赵孝天, 张放, 侯文峰, 高强, 王寅. 种植密度与施氮量互作对不同玉米品种产量和水分利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(21): 4221-4237. |
[14] | 夏杨, 韩光杰, 李传明, 刘琴, 张楠, 黄立鑫, 陆玉荣, 徐彬, 徐健. 大豆-玉米带状复合种植模式下草地贪夜蛾的生存适应性和危害性[J]. 中国农业科学, 2024, 57(20): 4035-4044. |
[15] | 王丽丽, 栾炳辉, 王洪涛, 王培松, 高兴祥, 刘保友. 两种诱虫灯下亚洲玉米螟种群动态及迁飞状态分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(20): 4071-4081. |
|