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长期耕作对典型黑土水力性质的影响

土壤学报 2023年

作者：黄怡婷陈俊熹高钰淏李馨月邹自强陈家宙华中农业大学资源与环境学院

为揭示长期耕作对黑土耕地水文退化的作用，以典型黑土区不同纬度带的未经机械耕作的林地与长期耕作的耕地土壤进行对比，研究沟垄耕作对土壤垂直和水平方向物理性质和水力性质的影响。结果表明：长期耕作使得总体物理与土壤水力性质严... 详细信息

为揭示长期耕作对黑土耕地水文退化的作用，以典型黑土区不同纬度带的未经机械耕作的林地与长期耕作的耕地土壤进行对比，研究沟垄耕作对土壤垂直和水平方向物理性质和水力性质的影响。结果表明：长期耕作使得总体物理与土壤水力性质严重退化，与林地土壤相比，耕地土壤质地未发生变化，有机质含量显著降低，容重从1.03(0.84～1.17)g·cm-3显著提高至1.31(1.20～1.46)g·cm-3，穿透阻力显著增加，持水供水与导水性显著降低，有效含水量从0.19(0.14～0.23)cm3·cm-3降至0.15(0.10～0.21)cm3·cm-3。物理质量指数S值从0.061(优)降至0.025(差)。长期沟垄耕作使得犁底层的饱和导水率(6.61 cm·d-1)仅为耕作层的1/10.。耕作导致耕作层垂直方向导水率(64.67 cm·d-1)低于水平方向(82.84 cm·d-1)。犁底层的穿透阻力(897.04 kPa)为耕作层的1.89倍，造成了耕作层与犁底层水力性质分层。长期耕作导致的耕地土壤水力性质分层和方向分异是促进耕地坡面径流“沟渠效应”而加速侵蚀退化的重要原因。

关键词：土壤水分典型黑土土壤物理性质土壤侵蚀饱和导水率

1970-2021年典型黑土区侵蚀沟损毁耕地速度与发育阶段

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农业工程学报 2023年第12期39卷 51-59页

作者：陈家宙何阳波高钰淏陈俊熹黄怡婷朱贻凡宋冯豪华中农业大学资源与环境学院武汉430070

黑土区侵蚀沟损毁耕地,威胁粮食生产,研究侵蚀沟发展速度与发育现状,对揭示侵蚀沟发育机理和保护黑土地具有重要意义。为研究近50年侵蚀沟损毁耕地速度和发育特征,分别在典型黑土区3个纬度带选取坡度约为1%、2%和3%的9个共计约378 km2... 详细信息

黑土区侵蚀沟损毁耕地,威胁粮食生产,研究侵蚀沟发展速度与发育现状,对揭示侵蚀沟发育机理和保护黑土地具有重要意义。为研究近50年侵蚀沟损毁耕地速度和发育特征,分别在典型黑土区3个纬度带选取坡度约为1%、2%和3%的9个共计约378 km2的典型黑土农田单元,并利用1970年、2011年和2021年卫星影像结合无人机和地面测量的结果进行计算与统计。结果表明,侵蚀沟数量在3个历史时期持续增加,剔除因治理而消失的311条,实际增加了958条,北部嫩江增加速度高于中部海伦和南部巴彦,而同一纬度区大坡度(3%)比小坡度(1%和2%)农田单元内侵蚀沟数量增长更快。人为治理和更高强度耕种导致侵蚀沟面积降低(1970-2011年)然后再增加(2011-2021年)的V型走势,但由侵蚀沟发育而实际损毁耕地的面积持续扩张,近10年年均损毁耕地面积0.1%,3个区域的损毁速度相近。从南往北3个区域侵蚀沟起始发育时间分别是1920s、1940s和1950s,与开垦时间先后顺序一致。典型黑土区侵蚀沟经历了谷底沟发育、沟系形成、多样化发育3个阶段,其中嫩江处在第二阶段,而海伦和巴彦处在第三阶段,即老沟、新沟、次生沟、浅沟多样化发育阶段。人为治理和促进侵蚀沟发育的较量,决定典型黑土区侵蚀沟的发育走势。研究为典型黑土区侵蚀沟防治提供科学依据。

关键词：侵蚀耕地坡度沟蚀卫星影像发育速度侵蚀沟阶段

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土体构型对花岗岩红壤细沟发育形态的影响

水土保持学报 2023年第6期37卷 74-82页

作者：刘子轩高钰淏陈家宙江宁王秋霞华中农业大学资源与环境学院武汉430070 长江水利委员会长江流域水土保持监测中心站武汉430012

为探究花岗岩红壤细沟形态特殊变化的原因,解释土体构型影响细沟形态发育的机理。设计单一红土层(H)、单一砂土层(S)、上红下砂层状土层(HS)3种土体构型、不同径流量(低径流量3 L/min、高径流量6 L/min)和不同坡度(中坡20°、陡坡40°)... 详细信息

为探究花岗岩红壤细沟形态特殊变化的原因,解释土体构型影响细沟形态发育的机理。设计单一红土层(H)、单一砂土层(S)、上红下砂层状土层(HS)3种土体构型、不同径流量(低径流量3 L/min、高径流量6 L/min)和不同坡度(中坡20°、陡坡40°)的室内模拟细沟冲刷试验。结果表明:H处理下,细沟形态更多向“V”形和“U”形发育;S处理下,细沟沟道发育过程中短暂形成上窄下宽的深宽梯形断面后,完全崩塌;HS处理下,细沟形态能发育为梯形断面,且能继续扩大发育。与H和S相比,HS陡坡(40°)处理下沟岸崩塌更加频繁且单次大质量崩塌更多。HS陡坡(40°)处理下沟岸崩塌发生21次,其中,单次崩塌量>1 kg的占比为63%。HS与H和S相比,雷诺数(Re)和弗罗德数(Fr)的波动更剧烈,更有利于梯形断面形成。与H、S相比,HS沟壁崩塌发生时,上层红土层含水量最低为0.31 cm^(3)/cm^(3),抗剪强度最高为178 kPa;而下层砂土层含水量较高(0.33 cm^(3)/cm^(3)),抗剪强度最小为54 kPa。上红下砂土层的土体构型是花岗岩红壤细沟沟道形态发育为上窄下宽深宽梯形断面的龛沟重要原因,陡坡和高径流量更有利于细沟内特殊形态的形成和发育,龛沟作为崩岗发育的初始阶段。该结果可为防治崩岗初期发育提供理论依据。

关键词：室内冲刷细沟龛沟土体构型沟岸崩塌

土壤水分状况对花生和早稻叶片气体交换的影响

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应用生态学报 2005年第1期16卷 105-110页

作者：陈家宙吕国安何圆球华中农业大学资源与环境学院武汉430070 中国科学院南京土壤研究所南京210008

通过田间测坑试验研究了长期处于不同土壤水分状况下花生和早稻叶片气体交换的一些特点.结果表明,花生分枝期轻度和中度水分胁迫使气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)略有下降,净光合速率(Pn)和叶片水分利用效率(WUE)减小,轻度水分胁迫Gs/Tr略... 详细信息

通过田间测坑试验研究了长期处于不同土壤水分状况下花生和早稻叶片气体交换的一些特点.结果表明,花生分枝期轻度和中度水分胁迫使气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)略有下降,净光合速率(Pn)和叶片水分利用效率(WUE)减小,轻度水分胁迫Gs/Tr略有上升而中度胁迫Gs/Tr变小.花生结荚期轻度和中度水分胁迫都使Gs、Tr、Gs/Tr和Pn显著降低,WUE大幅度上升.花生结荚期明显受土壤水分胁迫影响.早稻灌浆期轻度和中度水分胁迫Gs、Tr和Gs/Tr变化不显著,Pn和WUE增加,并且轻度水分胁迫下籽粒产量增加.Gs和Gs/Tr变化情况相结合可以作为作物水分胁迫程度的一个参考指标,即如果Gs和Gs/Tr同时下降则作物已经受到水分胁迫影响.

关键词：花生早稻蒸腾速率气孔导度水分胁迫

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龛沟是崩岗早期发育的形态标志

水土保持学报 2022年第4期36卷 105-111页

作者：高钰淏陈家宙邹自强刘子轩李文凯杨雪华中农业大学资源与环境学院武汉430070 湖北省水利水电规划勘测设计院武汉430070

为探究我国南方花岗岩红壤地区崩岗的起始标志和发育阶段。在湖北省通城县和广西岑溪市2个典型崩岗区调查崩岗的发育过程。结果表明,2个调查区都存在一种细沟发育而来的龛状浅沟,将其命名为龛沟。龛沟具有3个特征:上游有明显细沟,沟壁... 详细信息

为探究我国南方花岗岩红壤地区崩岗的起始标志和发育阶段。在湖北省通城县和广西岑溪市2个典型崩岗区调查崩岗的发育过程。结果表明,2个调查区都存在一种细沟发育而来的龛状浅沟,将其命名为龛沟。龛沟具有3个特征:上游有明显细沟,沟壁陡峭且具有上窄下宽的宽深梯形形态。龛沟主要发生在砂土层裸露、具有一定汇水面积和局地坡度>30°的裸露坡面。龛沟是一种特殊形态的浅沟,其定义、形态和侵蚀营力都不同于常规浅沟、切沟和Amphitheatershaped canyons等沟蚀地貌。龛沟是沟道侵蚀从水力侵蚀为主变为水力和重力复合侵蚀的过程,是崩岗起始发育的启动标志,其发生原因与花岗岩红壤上红(黏)下砂的土层结构有关。以龛沟出现为标志,将崩岗的发育阶段重新划分为早期准备阶段、初期启动阶段、中期发展阶段和后期成熟阶段。龛沟的特点和研究区的崩岗治理效果表明,削坡开级的治理方式不适合在红土层较薄的花岗岩红壤地区使用。龛沟的发现将推进对崩岗早期发育的研究,并为崩岗的预防和治理提供新的理论依据。

关键词：细沟浅沟花岗岩红壤水力重力复合侵蚀

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施氮水平对不同干旱程度夏玉米生长的影响

植物营养与肥料学报 2008年第4期14卷 646-651页

作者：王双陈家宙罗勇华中农业大学农业部亚热带农业资源与环境重点开放实验室湖北武汉430070

在田间小区遮雨条件下,采用有交互作用的双因素试验方法,设置了连续干旱0-32 d 7个水分处理及N 0、1402、80 kg/hm^23个氮肥处理,研究施氮水平对不同干旱程度夏玉米生长的影响。结果表明,轻度干旱条件下,随着施氮量的增加,夏玉米的株高... 详细信息

在田间小区遮雨条件下,采用有交互作用的双因素试验方法,设置了连续干旱0-32 d 7个水分处理及N 0、1402、80 kg/hm^23个氮肥处理,研究施氮水平对不同干旱程度夏玉米生长的影响。结果表明,轻度干旱条件下,随着施氮量的增加,夏玉米的株高、叶长、叶宽、茎粗等形态指标、生物量和产量都增加;中度干旱时,适量施用氮肥处理夏玉米的形态指标、生物量及产量均高于不施氮肥和大量施用氮肥处理;严重干旱时,随着施氮量的增加,夏玉米的形态指标、生物量和产量都呈逐渐下降趋势。本试验结果说明,施氮水平对不同干旱程度夏玉米生长有不同影响,应根据干旱程度选择合理的施氮量,以减小干旱带来的损失。

关键词：干旱程度施氮水平夏玉米

湖北省几种主要土壤的固定态铵及其固定与释放的研究

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华中农业大学学报 2002年第1期21卷 30-35页

作者：陈家宙蔡崇法丘华昌华中农业大学资源环境与农业化学系武汉430070

对湖北省几种主要旱地土壤用室内加氮培养和与植物物料混合于砂滤管田间培养进行试验研究 ,结果表明 ,湖北省耕地土壤固定态铵含量为 31.9～ 185 .3mg/kg ,占土壤全氮 5 .8%～ 2 3.7%。外源铵浓度为含N4 0 0mg/L时 ,土壤对铵的固定率为 ... 详细信息

对湖北省几种主要旱地土壤用室内加氮培养和与植物物料混合于砂滤管田间培养进行试验研究 ,结果表明 ,湖北省耕地土壤固定态铵含量为 31.9～ 185 .3mg/kg ,占土壤全氮 5 .8%～ 2 3.7%。外源铵浓度为含N4 0 0mg/L时 ,土壤对铵的固定率为 33.0 %～ 5 0 .7% ;土壤近似最大固定态铵含量与土壤原固定态铵含量大小顺序一致。植物物料分解过程中土壤固定态铵含量的变化比交换性铵含量的变化更大。

关键词：旱地土壤态铵植物物料矿化固定释放氮肥

基于土地利用和微地形的红壤丘岗区土壤水分时空变异性

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农业工程学报 2009年第2期25卷 36-41页

作者：罗勇陈家宙林丽蓉王双华中农业大学农业部亚热带农业资源与环境重点开放实验室武汉430070

在红壤丘岗区冬春两季,以网格采样法测定了红壤丘岗区一块包含茶地、旱地和林地的缓坡的地表层和深层土壤含水率,采用经典统计结合地统计方法分析了其空间变异特征。结果表明:单一土地利用下,林地土壤含水率明显高于茶地和旱地,整体采... 详细信息

在红壤丘岗区冬春两季,以网格采样法测定了红壤丘岗区一块包含茶地、旱地和林地的缓坡的地表层和深层土壤含水率,采用经典统计结合地统计方法分析了其空间变异特征。结果表明:单一土地利用下,林地土壤含水率明显高于茶地和旱地,整体采样区土壤水分变异系数明显大于单一土地利用。同一季节表层和深层土壤水分具有类似的变异趋势;土壤水分在不同利用下存在截然不同的变异特征。通过半方差分析发现,茶地-旱地交界区土壤水分空间变异低于其他地方;另一方面,茶地-旱地土壤水分不具备空间相关性。另外,采样区表现出明显的各向异性且季节性变化明显, 在冬季,土地利用和微地形共同影响水分变异特征;而在春季,土地利用是土壤水分变异的主导因素。除茶地-旱地交界区冬季水分不具有空间相关性外,土壤水分整体上具有良好的变异特征和空间连续性,因此可以利用地统计学在整体采样区进行水分空间变异的研究。

关键词：土地利用土壤含水率时空变异性微地形红壤丘岗区地统计学林地-旱地交界区

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红壤干旱过程中剖面水分特征与土层干旱指标

农业工程学报 2007年第4期23卷 11-16页

作者：陈家宙吕国安王石张丽丽华中农业大学农业部亚热带农业资源与环境重点开放实验室武汉430070

农田水分管理以及产量评估都需要对土壤作物受旱状况定量化和指标化。干旱强度和干旱程度结合才能完整地描述土壤作物干旱状况,土壤干旱强度I是土壤剖面失水速率的函数,干旱影响逐渐累积并增强就构成干旱程度D,据此提出了包含I和D二个... 详细信息

农田水分管理以及产量评估都需要对土壤作物受旱状况定量化和指标化。干旱强度和干旱程度结合才能完整地描述土壤作物干旱状况,土壤干旱强度I是土壤剖面失水速率的函数,干旱影响逐渐累积并增强就构成干旱程度D,据此提出了包含I和D二个指数的土层干旱指标表达模式。通过红壤小区种植玉米并在抽穗期开始设置连续干旱12-36 d等6个不同的处理,研究了红壤干旱过程中剖面水分特征和干旱指标。结果表明:供试红壤干旱过程中剖面40 cm以下含水率下降幅度很小,玉米主要利用了0-40 cm土层的水分,监测30-40 cm土层含水率的变化情况可以指示玉米受到干旱胁迫的程度。连续干旱25 d后40 cm以下土层含水率明显降低,玉米产量也显著下降,此时0-60 cm土层和30-40 cm土层的干旱程度D均为0.55,可用此指标作为灌溉的依据。

关键词：土壤干旱土层干旱指标干旱强度干旱程度红壤