生物炭对不同坡度坡耕地土壤水动力学参数的影响

在3种地形坡度条件下,开展了施加生物炭后连续两年的土壤水动力学效应试验研究,探究不同坡度坡耕地施加生物炭当年和次年对土壤水分常数、土壤水分特征曲线、比水容量、非饱和导水率K(h)和非饱和扩散率D(θ)的影响。结果表明:施用生物炭当年和次年均使土壤田间持水率和饱和含水率增大,且随坡度增加其增率变大,生物炭因子两年内对土壤水分常数的影响显著(P <0. 015),而坡度因子影响不显著(P> 0. 05),即生物炭因子作用更明显;施用生物炭两年内,在各个土壤吸力条件下土壤含水率均增大,土壤持水性增强,且同地形坡度呈正相关关系、同年限呈负相关关系;生物炭在两年内均增大土壤比水容量,使其供水能力加强,最大增量1. 830 207×10^-3cm^3/cm^4;地形坡度对K(h)无明显影响,但施加生物炭可使K(h)增大,土壤导水性增强,2016、2017年K(h)最高分别增加239. 61%、164. 04%;施加生物炭可降低D(θ),抑制土壤水分的水平运动,随地形坡度增加抑制效果增强。生物炭施用当年对各土壤水动力学参数的影响大于施用次年。研究结果可为东北黑土区坡耕地农业水土保护和利用提供理论依据。     

基于双线性理论的土壤介电测量研究

针对目前土壤介电计算模型适应性差等问题,基于双线性理论构建了双线性介电计算模型。为探究双线性介电计算模型对土壤介电测量的适应性,选用7种不同质地土壤分别配置0、5、10、15、20、25、30cm3/cm3体积含水率,在0.001～3GHz频域内进行不同含水率下介电谱测量。分析发现,该模型介电谱可很好地反映土壤不同含水率下混合介质的介电特性;土壤含水率介电法测量理想频率点为1.50288GHz。在理想频率点上,基于复介电常数实部和视在介电常数构建了2个土壤含水率频域测量经验公式,通过试验数据分析,土壤含水率复介电实部测量式的计算值与干燥法含水率测量值对比,两者R2为0.9126,RMSE为0.0294cm3/cm3、RPD为3.343;土壤含水率视在介电测量式计算值与干燥法含水率测量值对比,两者R2为0.8907,均优于其他3种经典公式（Topp公式、Roth公式、Malicki公式）。双线性介电计算模型对土壤介电常数计算有良好的适应性,基于该模型建立的土壤含水率频域测量式对土壤含水率有较高的测量精度。     

秸秆覆盖条件下滨海土壤蒸发阻力模型研究

为明确秸秆覆盖对土壤蒸发阻力的影响、实现秸秆覆盖条件下的土壤蒸发模拟，以滨海土壤为对象，通过室内模拟试验，确立并构建了不同秸秆覆盖量（0、0.3、0.6、0.9、1.2kg/m2，分别表示为CK、S1、S2、S3、S4）下的土壤水分蒸发动力学模型和秸秆覆盖模式下的蒸发阻力模型，并根据实测蒸发数据进行了模拟评价。结果表明，表层土壤含水率随时间呈指数型减小趋势，且同一时刻，秸秆覆盖量较大的处理表层土壤含水率较大；土壤蒸发强度随含水率的增加呈指数型增加，土壤累计蒸发量随含水率的降低呈线性增加趋势，拟合直线的决定系数R2均大于0.9，且秸秆覆盖量越大，平均土壤蒸发强度和土壤累计蒸发量均越小；不同秸秆覆盖量下覆盖阻力差异较大，而同一秸秆覆盖量间覆盖阻力差异较小，覆盖阻力随秸秆覆盖量的增加而线性增加，两者呈显著正相关（R2=0.9114，p<0.05）。根据秸秆覆盖阻力模型模拟的计算土壤蒸发量与实际土壤蒸发量的RMSE为4.18×10-4mm/min、MAE为3.85×10-5mm/min、NS为0.90，拟合直线斜率k为0.926。说明所建立的秸秆覆盖阻力模型能够准确估算秸秆覆盖模式下的土壤蒸发量。     

生物炭对东北草甸黑土水分运动参数的影响

为探明添加生物炭对东北草甸黑土水力学特性的影响,研究了以5种生物炭体积比(0、2%、4%、6%、8%)施入土壤后的土壤水分运动参数。采用土壤的VAN GENUCHTEN模型和MUALEM理论,推导出添加生物炭土壤的水分特征曲线、相对导水率和水分扩散率方程,并用试验校验理论推导结果。理论和试验结果表明,添加生物炭土壤的饱和度随基质吸力的变化接近无添加的土壤;当基质吸力低于2 000 cm时,添加生物炭能够大大提高土壤的含水率,当基质吸力高于8 000 cm时,土壤的含水率不一定增加;水平土柱吸渗试验表明,生物炭能够抑制土壤水分的水平扩散;数值模拟降雨后的土壤含水率与田间实测数值相比误差小于13.3%。研究可为东北黑土区农业水土保护和利用提供理论依据。     

生物炭对坡耕地土壤肥力和大豆产量的影响与预测

为探究施用生物炭对东北黑土区不同坡度坡耕地土壤肥力和大豆产量影响的持续性,于2016—2018年在3种典型坡度的坡耕地上开展生物炭持续效应试验,分析施加生物炭对土壤团聚体及其稳定性、土壤养分指标、大豆产量及其构成要素影响的持续性,并采用改进的灰色理论预测模型对大豆产量进行预测,进而确定生物炭一次性施入后的增产作用年限。结果表明:施用生物炭使土壤团聚体直径d 0. 25 mm的土壤团聚体含量明显减少、d 0. 25 mm的土壤大团聚体含量显著增加;施用生物炭使大于0. 25 mm的水稳性团聚体含量比例R0. 25、平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)增加,使土壤不稳定团LT粒指数E_(LT)减小,即土壤团聚体稳定性提高,该稳定性增强幅度随坡度增大、施炭后时间延长而减小;施加生物炭使土壤pH值、铵态氮、速效钾、有机质含量这4个指标显著增加(P 0. 05),最大增长率分别为17. 88%、27. 23%、20. 31%、17. 51%,施炭后土壤养分等级有所上升,土壤肥力增强,增强效果与施炭后年限呈负相关,但生物炭对有效磷含量并无明显影响;施加生物炭后,大豆单株荚数、单株粒数、百粒质量、产量均显著提高(P 0. 05),增产率高达26. 29%,并且坡度越大、施炭年限越长,各指标增加幅度越小,各因素对大豆产量影响由大到小依次为施炭与否、坡度、施炭后年限;改进的多变量灰色预测模型精度较高,预测单次施用生物炭后大豆增产有效时间为5～6年。研究结果可为东北黑土区生物炭应用提供理论依据。     

生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响

为探明生物炭对草甸黑土物理性质及雨后水分动态变化的影响,在大豆全生育期生长条件下,研究了东北黑土区草甸黑土5种生物炭添加量(0、25、50、75、100 t/hm2)下土壤物理性质(包括:土壤水分特征曲线、土壤含水率常数、土壤水分扩散率)和单次降雨土壤含水率变化特征,分析了生物炭对黑土区草甸黑土耕层土壤持水能力及雨后水分动态变化的影响。结果表明,施用生物炭能降低土壤残余含水率,增加土壤饱和含水率和田间持水量,其中对残余含水率的影响最显著,100 t/hm~2生物炭处理使残余含水率最多降低27.6%;施用生物炭能明显降低土壤水分扩散率,随生物炭添加量的增加依次比对照组减少34.8%、37.5%、71.4%和58.9%;在单次降雨过程中,施用生物炭能减小土壤含水率的变化幅度,使土壤含水率在降雨之后更快地由迅速下降期进入缓慢下降期,并能明显提高缓慢下降期对应的土壤含水率;施用生物炭可以提高大豆产量,以75 t/hm~2生物炭处理最高。研究结果可为黑土区农业水土资源高效利用与保护提供理论依据。     

基于雷达遥感的不同深度土壤含盐量反演模型

为及时、有效地监测盐渍化土壤含盐量，以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区，将Sentinel-1雷达影像作为数据源，同步采集不同深度土壤含盐量数据，通过组合两组雷达后向散射系数构建多种指数，并用灰度关联（Gray correlation degree,GCD）排除共线性强的指数，采用偏最小二乘回归（Partial least squares regression，PLSR）、分位数回归（Quantile regression，QR）和支持向量机（Support vector machine regression，SVM）3种方法，构建0~10cm、10~20cm不同深度下的土壤含盐量反演模型。结果表明，在3种回归方法中，SVM回归模型的精度最高，模型建模集决定系数R2c、验证集决定系数R2p均在04以上，建模集均方根误差RMSEc、验证集均方根误差RMSEp均小于03%，分位数回归模型次之，偏最小二乘回归模型最差；在各反演深度下，0~10cm深度的反演精度均高于10~20cm深度的反演精度，其中在0~10cm深度下SVM反演模型效果优于其他模型，R2c、R2p分别为0568和0686，RMSEc、RMSEp分别为0.201%和0.151%。本研究可为雷达遥感监测裸土期土壤盐渍化提供参考。     

黑土区坡耕地生物炭应用模式综合效益研究

为探究黑土区坡耕地不同生物炭应用模式（不同生物炭施用量和施用年限）的综合效益,以东北黑土区坡度为3°耕地径流小区为研究对象,于2015—2018年,设置不加生物炭的常规处理（C0）和生物炭施加量分别为25 t/hm²（C25）、50 t/hm²（C50）、75 t/hm²（C75）、100 t/hm²（C100）共5个处理,分析不同施炭量以及施炭年限的综合效益,结果表明：在生态效益方面,生物炭能够有效改善土壤结构、增强土壤肥力、提高土壤蓄水保土能力,在施炭量为50 t/hm²时,连续施用2年,土壤蓄水保土效果最佳;连续施用3年,土壤结构最为理想;施炭量为100 t/hm²时,连续施用4年,土壤肥力最佳。在经济效益方面,生物炭能够有效提高作物节水增产性能及其经济产值,施用1年、施炭量为75 t/hm²时,水分利用效率最大;连续施用2年、施炭量为25 t/hm²时,生物炭边际生产力最大,施炭量每增加1 t,产量增加1...     

施用生物炭对膜下滴灌玉米土壤水肥热状况及产量的影响

为探究生物炭在河套灌区滴灌玉米种植过程中的适用性,试验设置不施用生物炭(CK)、生物炭施用量为15 t/hm~2(ST1)、30 t/hm~2(ST2)、45 t/hm~2(ST3)和60 t/hm~2(ST4)共5个处理,研究了不同施炭量对土壤含水率、温度、养分含量和玉米产量指标的影响。结果表明:随生物炭施用量的增加,玉米耕层土壤含水率呈先增加后减小的趋势,但均明显高于CK,且当施炭量达到45 t/hm~2,效果最为显著,各生育期0~20 cm平均含水率较CK高15.01%、19.60%、13.12%、11.06%和3.38%。施用生物炭显著提高了耕层土壤养分含量,玉米全生育期内,各施用生物炭处理土壤有机碳含量平均较CK高37.48%~56.09%,差异性显著,以处理ST4增幅最大;速效磷平均较CK高51.26%~69.75%,差异性显著,且处理ST3增幅最大;速效钾平均较CK高25.97%~49.37%,差异性显著;碱解氮含量平均较CK高29.91%~51.88%,差异性显著,以处理ST3增幅最大。施用生物炭显著提高了耕层土壤温度,且随施炭量的增加呈增加趋势,但当施炭量达到45 t/hm~2后,增温效果减弱。施用生物炭显著提高了玉米产量,处理ST1、ST2、ST3和ST4分别较CK增产11.05%、18.56%、22.46%和18.72%,差异性显著。综上所述,施用生物炭显著改善了耕层土壤的水肥热条件,且增产效果显著,较适宜在河套灌区膜下滴灌玉米种植过程中应用推广。     

生物炭与化肥互作对土壤含水率与番茄产量的影响

为探明生物炭与化肥互作对番茄土壤含水率与及产量的影响,试验设置5个生物炭水平0t/hm~2(B1)、10t/hm~2(B2)、20t/hm~2(B3)、40t/hm~2(B4)、60t/hm~2(B5)和2个化肥水平中肥(F1)和低肥(F2)。结果表明:0～20cm土层土壤含水率均随生物炭施用量增加呈现增大趋势。在番茄生长阶段,0～20cm低炭处理土壤含水率与对照相比增幅在10%以内,高炭处理增幅达40%。20～40cm土壤含水率与0～20cm变化规律恰好相反,与对照相比施炭处理土壤含水率均呈下降趋势。其中B4F1和B4F2含水率最小,为对照的70%。施加生物炭后土壤含水率变化幅度(Ka)和变异程度(Cv)减弱。同一深度土壤随着施炭量增加Ka和Cv均减小。与对照相比较高施炭处理(B4F1、B4F2、B5F1、B5F2)变异系数Cv相对较小。随着番茄生长土壤水分在垂直剖面影响表现为较高施炭量(B4F1、B4F2、B5F1、B5F2)能有效保持耕作层有效水分,与对照相比差异显著。随着施炭量增加番茄产量增幅出现先升高后降低趋势,且均高于对照。B4F1、B4F2、B5F1、B5F2分别增幅46.34%、58.61%、49.63%和39.18%,其中B4F2产量最高。同一施炭不同施肥处理间差异不显著。研究成果可为内蒙古半干旱地区农业生产提供依据。     

用TDR快速确定非饱和土中水分的入渗锋面

对低含水量土壤进行灌溉时在土壤中会形成水分的入渗锋面,垂直插入的ＴＤＲ信号可以在水分锋面形成二次反射。由ＴＤＲ（时域反射仪）测得的折合介电常数,平均含水量和锋面反射波三种方法来确定表土在非饱和灌溉条件下水分入渗锋面,与水分实际入渗距离进行对比分析表明用介电常数测得的锋面比用土壤水分计算结果准确,在初始入渗时,只有用锋面反射波方法计算的入渗深度才是可行的。     

土壤入渗传输函数输入变量分析

依据土壤水分入渗参数与其相关土壤理化参数之间的相关性,从土壤学的角度用物理的方法分析应县土壤常规土壤理化参数对土壤入渗传输函数影响程度,进一步确定其土壤入渗传输函数的输入变量。并用大田耕作土壤水分入渗参数及其土壤理化参数的实测资料,建立土壤入渗传输函数进行验证。     

用h方程计算饱和非饱和土壤水入渗问题的一种加速收敛方法

阐述了计算土壤水入渗情况下θ方程和ｈ方程的适用条件及其优缺点，讨论了用ｈ方程计算饱和非饱和土壤水入渗时的收敛问题。在计算过程中，当ｈ＜－ｈｐ时，可令ｈ＝０，即认为土壤已经饱和。这种处理方法，既满足计算精度，又加快了收敛速度。论文还通过一个实例说明ｈｐ如何确定。     

黄河大堤非饱和土边坡渗透分析

利用改进的非饱和土三轴仪,对取自黄河大堤开封段的土样进行了土水特性和渗透性试验,根据试验结果对非饱和土的渗透性进行分析,推导出了适合黄河大堤的渗透函数方程,并应用二维饱和-非饱和有限元渗流分析程序得出洪水时期黄河大堤中的含水量、浸润线的变化、水头分布,为拟定必要的渗流控制和堤坝的补强、加固措施提供理论依据。     

大孔隙对土壤比水容重及非饱和导水率影响的实验研究

以南京市栖霞区东阳镇的粉砂壤土为例,用土壤水分特征曲线(van Genuchten模型)拟合包含大孔隙原状土、不包含大孔隙扰动土的实测数据,得到了模型参数,进而得到比水容重和非饱和导水率与土壤含水量之间关系的表达式,在此基础上对比分析了原状土与扰动土水分运动参数之间的异同,并着重分析了土壤大孔隙对其影响。结果表明,受土壤大孔隙的影响,在同一含水量的情况下,扰动土的比水容重比原状土大1～2个数量级,并且随着吸力的增大,二者的差值逐渐减小;扰动土的非饱和导水率小于原状土,最大可相差2～3个数量级。     

Quick Estimation of Hydraulic Conductivity in Unsaturated Sandy Loam Soil

Laboratory experiments were conductedfor determining hydraulic conductivity duringinfiltration in an unsaturated sandy loam soil, usingboth steady state and equilibrium methods. A constanthead Guelph permeameter and a volumetric pressureplate extractor were used. Based on two ponded heightsin the permeameter, the parameters of Gardner'sequation expressing the unsaturated hydraulicconductivity as a function of pressure head (i.e. thesaturated hydraulic conductivity K_s and theexponent ), were estimated simultaneously.Furthermore, it was found that the parameter ,could also be predicted from the soil-water retentioncurve based on equilibrium data obtained from theextractor. This indicated that, for the soil typestudied, one-ponded height in the permeameter methodcould be sufficient for the determination of theexponent , provided that the soil-water retentioncurve is known.     

振动深松蓄水保墒机理的试验研究

振动深松技术是在原有的深松技术的基础上和引进日本的先进设备,通过消化、吸收、创新,成功地创造和形成适合我国国情的振动深松技术。在解决土壤板结、建立“土壤水库”、草原改良、低产田改造、根茎收获等方面得到了广泛的应用,取得了巨大的经济效益。通过土壤水动力学的方法就其“土壤水库”能够调节土壤水分的机理进行了试验研究和探讨,初步揭示了振动深松蓄水保墒的机理,为该技术提供了理论依据。     

农业机械作业对土壤参数影响的试验研究

对两种农业机械采用模拟的方法进行了压实试验研究,测定了土壤容重、含水量和坚实度等土壤参数,并与压前的土壤参数进行了比较。结果表明:轮式拖拉机比履带式对土壤参数的影响要显著些;随土壤深度的增加,土壤参数的变化量在减小;一次轮式拖拉机作业后使干容重增加了11.1%,5~10cm处含水量最大减小了16.8%,0~6cm处坚实度增加为原来的1.4倍,5次作业后土壤含水量最多减少了23.1%。     

基于支持向量机方法的土壤水分特征曲线预测模型

在山西省黄土高原区进行野外试验获取土壤样品,经室内试验测定,最终获得土壤样品的水分特征曲线以及理化参数,建立了基于支持向量机的Van-Genuchten预测模型。研究与分析的结果:输入变量选用了5个土壤基本理化参数(土壤黏粒、粉粒、密度、有机质和全盐量),输出变量为Van-Genuchten模型的参数α、n,对土壤水分特征曲线Van-Genuchten模型的参数进行预测并取得良好的结果。所建立的支持向量机预测模型下,Van-Genuchten模型参数α、n的预测值与检验值的平均相对误差都小于4%,建模与检验样本都具有较高的精确度。研究成果有助于丰富黄土地区的土壤水分特征曲线理论研究。     

增塑剂DEHP对土壤脲酶活性的影响

为科学合理地评价增塑剂DEHP的环境污染效应,通过室内模拟试验,研究不同浓度DEHP对土壤中脲酶活性的影响。试验结果表明,DEHP对脲酶活性的影响主要以抑制作用为主,抑制率随其浓度的增加而增大。米氏动力学方程拟合结果显示,脲酶活性对DEHP的污染不敏感,不能作为DEHP污染土壤的生态毒理学指标。