科尔沁沙丘-草甸相间地区表土饱和导水率的土壤传递函数研究

以科尔沁沙地典型坨-甸相间地区为研究区,野外布设240个采样点,对流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、沙丘区杨树林、沙丘区耕地、低覆盖度草甸、高覆盖度草甸、草甸区耕地、撂荒地9种地貌类型下的表层土壤进行了采样,测定了其含水率、干容重、有机质、饱和导水率等理化特性,分析了不同地貌类型下表层土壤理化参数差异。选取Campbell、Cosby、Wosten等、Saxton等4种土壤饱和导水率传递函数,对该地区表土饱和导水率进行了预测。结果显示这几种土壤传递函数预测值与实测值偏差较大,相关系数均小于0.3,精度难以满足本地区应用。在此基础上,选取土壤容重、有机质含量、饱和含水率、平均粒径、粒径标准偏差5种土壤特性参数作为输入变量,采用主成分分析与非线性回归分析相结合的方法,重新建立了预测本地区表土饱和导水率的土壤传递函数,结果显示预测值与实测值相关系数为0.661,该传递函数可用于科尔沁沙地表层土壤饱和导水率的预测。     

科尔沁沙丘-草甸相间地区表土饱和导水率的土壤传递函数研究

本研究以科尔沁沙地典型坨-甸相间地区为研究区,野外布设240个采样点,对流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、沙丘区杨树林、沙丘区耕地、低覆盖度草甸、高覆盖度草甸、草甸区耕地、撂荒地九种地貌类型下的表层土壤进行了采样,测定了这些样点的含水率、干容重、有机质、饱和导水率等理化特性参数,分析了不同地貌类型下表层土壤理化参数差异。选取Campbell、Cosby、Wosten1997/1999、Saxton四种土壤传递函数,对该地区表土饱和导水率进行了预测,结果显示这几种土壤传递函数预测值与实测值偏差较大,相关系数均小于0.3,由此可见这几种传统的土壤传递函数在本地区应用具有一定的局限性。在此基础上,选取土壤容重、有机质含量、饱和含水率、平均粒径、粒径标准偏差五种土壤特性参数作为输入变量,采用逐步多元统计回归、主成分分析及非线性回归分析相结合的方法,重新建立了预测本地区表土饱和导水率的土壤传递函数,结果显示预测值与实测值相关系数为0.648,该传递函数可应用于科尔沁沙地表层土壤饱和导水率的预测。     

灰色关联及非线性规划法构建传递函数估算黑土水力参数

土壤水分特征曲线和饱和导水率是重要的水力参数,为了简便准确获取这些参数,以松嫩平原黑土区南部为研究区域,采集136个采样点土样用于测定不同土层土壤水分特征曲线、饱和导水率以及土壤理化性质,并运用灰色关联分析确定影响土壤水力参数的主要土壤理化性质,采用非线性规划构建土壤分形维数、有机质、干容重、土壤颗粒组成与土壤水分特征曲线、饱和导水率之间的土壤传递函数,并通过与现有土壤传递函数对比分析进行精度验证。结果表明:1)土壤分形维数是估算土壤水分特征曲线模型参数和饱和导水率的主要参数之一,同时,干容重和有机质含量也在不同土层土壤传递函数中起到重要的作用;2)通过验证分析,不同土层各参数平均绝对误差接近于0,均方根误差值也都较小,其中在不同土层土壤传递函数估算的土壤含水率均方根误差分别为0.022、0.017cm~3/cm~3;3)对比分析其他已存的土壤水分特征曲线和饱和导水率的土壤传递函数,该文构建的土壤传递函数均方根误差值均较小,决定系数值都在0.66以上,表明估算精度较高,均好于其他方法估算精度,具有良好的区域适应性。综上,所构建的土壤水分特征曲线和饱和导水率土壤传递函数可以用于松嫩平原黑土区土壤水力参数估算。     

不同压实水平下铁尾矿砂和土壤的水力学特征比较

由于尾矿砂的不良结构和严重压实,水土流失严重,水分已成为其生态恢复的重要限制因素。因此以水分运移为主线,通过室内土柱模拟,研究铁尾矿砂和土壤在自然状态到最大压实状态间5个压实水平(铁尾矿砂1.50~1.70 g/cm^3,土壤1.30~1.50 g/cm^3)的水力学特征差异,为尾矿砂的合理改良提供依据。结果表明:铁尾矿砂自然容重1.50 g/cm^3的水分入渗能力低于土壤自然容重1.30 g/cm^3的水分入渗能力。随容重的增大,尾矿砂和土壤的水分运移特征均呈幂函数减小的趋势,但分别在1.60,1.40 g/cm^3处入渗能力明显降低。从水分参数入渗率、湿润锋距离、累计入渗量、饱和导水率、剖面水分分布整体来看,在较低容重范围内,土壤水分运移能力高于铁尾矿砂,但由于容重对土壤水分运移的影响大于铁尾矿砂,在较高容重范围内,土壤的水分运移能力则不如铁尾矿砂。铁尾矿砂和土壤的水分特征曲线形状也完全不同,铁尾矿砂呈现"上凸"形,表现为高吸力段缓低吸力段陡,土壤水分特征曲线均为"下凹"形,表现为高吸力段陡低吸力段缓。因此,尾矿砂中可以添加土壤或者类似土壤结构的基质来增强其不良的持水性和导水性,促进生态恢复。     

含水量和容重对旱地耕层土壤热导率的影响及预测

土壤热导率是研究地表能量平衡和土壤水热运移过程中的一个基础参数。受土壤耕作、干湿交替和根系生长等过程的影响,耕层土壤的含水率和结构呈现较强的变异特征,而目前缺乏关于定量分析耕层土壤热导率变异特征的研究。该研究利用田间定位试验,采用热脉冲技术测定了含水率和容重变化条件下耕层土壤热导率的变异特征,并利用传递函数模型对耕层土壤热导率进行了预测。结果表明:含水率和容重是影响耕层土壤热导率变异的主要因子,而耕作强度和干湿交替是这种变异的关键驱动力;与翻耕和旋耕处理相比,免耕处理提高了土壤容重和含水率,从而增大了土壤热导率;在干湿交替作用下,翻耕后土壤容重逐步增加,耕层热导率也呈现上升趋势,波动幅度与含水率的变化相关。基于含水率、容重和质地信息,土壤热导率传递函数模型可以给出可靠的田间土壤热导率估计值,其均方根误差和平均偏差分别为0.09和-0.01 W/(m·K);考虑耕层土壤容重的动态信息,可以提高该模型预测土壤热导率的准确性。     

SWCC测定过程产生的容重变化对SWCC参数的影响

土壤水分特征曲线（SWCC）测定过程本身会引起很大的容重变化。随着容重的增大,土壤的持水特性也发生改变。为了明确这种容重变化对土壤水分特征曲线的影响,本研究以4种原状土壤为例,用离心机法测定了不同定容重下的土壤水分特征曲线,分析了容重变化对Brooks-Corey和van Genuchten模型参数的影响。结果表明：土壤的容重越大,相同吸力下所对应的有效饱和度就越大,水分特征曲线就越平缓。4种土壤的参数A和α均随容重的增大而减小,可用幂函数表示。黑垆土和土娄土的λ、n随容重的增加而增大,可用线性函数描述,有别于黄绵土和红壤。从总体上看,无论扰动与否,土壤水分特征曲线测定过程引起的容重变化对粉质粘壤土和粉质粘土的影响情况一致。与van Genuchten模型相比,Brooks-Corey模型参数与容重具有更强的关系性。本研究有益于土壤水分特征曲线测定过程中容重影响因素的修正。     

科尔沁沙地流动沙丘土壤水分和特征常数的空间变化分析

选择科尔沁沙地典型流动沙丘作为研究对象,分析了流动沙丘土壤水分的时空变化以及土壤水分特征常数的空间变化规律。结果表明,流动沙丘土壤水分受降雨的响应呈现出明显的时空变化特征;土壤容重、凋萎湿度和机械组成的空间变化,由于流动沙丘风蚀运动的复杂化而表现为无规律性;各部位土壤田间持水量和容重随深度具有显著的负相关关系。同时土壤水分特征常数的量化,可以为流动沙丘的综合整治、恢复和开发利用提供一定的理论支持。     

基于BEPS生态模型模拟农田土壤水分动态

为了提高农田水分动态的模拟精度,以提高农田水管理的效率,该文研究验证了BEPS机理生态模型模拟季风气候区农田土壤水分的能力,分析了导致模型误差的原因。结果表明,BEPS模型能较好地模拟江苏省徐州农业气象试验站冬小麦生长季根层土壤水分动态,2000－2004年模拟结果与实际观测值的决定系数R2的范围在0.1339～0.9225之间,均方根误差和平均绝对误差分别在0.026113～0.06317和0.0232～0.0525之间。土壤水分饱和传导率和决定土壤水分传导率变化的参数对模拟结果有较大影响。模拟结果的可靠性及其对土壤水分饱和传导率和决定土壤水分传导率变化的参数的敏感性与降水和土壤含水率条件有关,当降水长期偏少、土壤含水率下降时,模拟的上层土壤含水率会较观测数据偏低,对2个参数的敏感性上升。     

吸附性土壤溶质运移参数识别的粒子群-差分算法

非饱和土壤水分和溶质运移参数(导水率、扩散率、水动力弥散系数)的识别是进行数值模拟的关键.基于垂直一维非饱和吸附性土壤水分-溶质运移方程,以溴化钾为入渗溶液,分别以土壤含水率和溶质溶度的实测值与计算值标准差最小为优化目标,建立水分-溶质运移参数识别的多目标优化模型.应用权重系数法,将这一多目标优化问题转化为单目标优化问题,采用动态权重、异步时变学习因子的粒子群算法对模型求解.通过土柱实验,测定了220、380和780 min三组时刻的土壤含水率以及钾离子浓度的空间分布值,以前两组数据识别参数,第三组数据进行验证.结果表明入渗780 min权重系数为0.5时含水率以及钾离子浓度的计算值和实测值相关系数分别为0.977和0.952,标准差分别为0.007 4、2.369,实测值和计算值吻合较好,这表明粒子群识别水分和溶质运移参数是可行的.数值模拟表明,权重越大含水率实测和计算值的相关系数越大而浓度实测值和计算值的相关系数越小.     

土壤水分-基质势-温度复合传感器研制

土壤水分、基质势是描述土壤持水特性的重要参数,不同类型土壤的水分特征曲线存在明显差异。目前在野外环境下通常采用传感器分离测量法测定土壤水分特征曲线,但因土壤的空间异质性导致较大的测量误差。为此,该研究设计了一种可同步测量土壤水分、基质势和温度的复合传感器,主要组成部分包括32位MCU主控芯片、继电器切换模块、介电水分/基质势测量模块和温度测量模块,主控芯片通过控制继电器切换实现土壤水分、基质势和温度的同步测定,同时进行温度校正。采用森林土壤、农田壤土和砂土对复合传感器进行性能测试、标定和观测试验,并与商业化仪器的测量结果进行对比。结果表明：在干燥至近饱和范围内,复合传感器测定的土壤水分和基质势均具有良好的单调性,决定系数R2均大于0.98,土壤体积含水率和基质势的测量范围分别为0%～40%和-1 500～-15 kPa,水分和基质势的响应时间分别为450 ms和150 s。采用商业化仪器分离测量方法与本文复合传感器分别同步测定森林土壤、农田壤土和砂土的水分特征曲线,2种方法测得的土壤水分特征曲线的皮尔逊相关系数均大于0.96。本文研制的复合传感器可以实现不同类型土壤水分特征曲线的准确测...     

苹果果实成熟期间电特性的研究

为了了解果实成熟期间电特性的变化规律,该文以红富士苹果为对象,研究了测试信号的频率和电压对成熟期苹果电参数的影响,果实生长中电参数和生理生化参数的变化,并分析了电参数变化的原因。研究结果表明：频率对苹果电参数的影响规律与苹果成熟度无关,但电压对苹果电参数的影响规律与苹果成熟度有关。苹果成熟期间,其呼吸强度持续下降;果实成熟前期,相对介电常数和pH值逐渐下降,后期逐渐增大;而电阻率和可溶性固形物含量在前期逐渐增大,后期减小。这些参数的转折点皆出现在同一时间,说明电参数与苹果内部品质之间存在必然的联系,可以用电参数反映内部物质成分的变化。     

几种栽培花卉基质的理化特性研究

对几种重要的花卉栽培基质的理化性质进行了测定,结果表明:岩棉的通透性能很好,几乎不含有效养分、无缓冲能力。泥炭本身含有一定的养分,大小孔隙度、容重适度,总盐含量适中,有一定的缓冲能力。椰糠的总盐含量和水溶性盐含量过高,在使用前必须进行处理。泥炭、椰糠采用混合基质后,理化性质有所改善。蛭石:珍珠岩(V:V=1:1)的保水力相对较差。在生产中,除考虑基质的上述理化性质即实用性外,还必须根据经济性的原则考虑基质的选择。     

Role of Soil Organic Matter in Maintaining Sustainability of Cropping Systems

Soil organic matter (SOM) has long been recognized as an important indicator of soil productivity. The SOM refers to the organic fraction of the soil exclusive of undecayed plant and animal residues. It plays a crucial role in maintaining sustainability of cropping systems by improving soil physical (texture, structure, bulk density, and water-holding capacity), chemical (nutrient availability, cation exchange capacity, reduced aluminum toxicity, and allelopathy), and biological (nitrogen mineralization bacteria, dinitrogen fixation, mycorrhizae fungi, and microbial biomass) properties. The preservation of SOM is crucial to ensure long-term sustainability of agricultural ecosystems. Improvement/preservation of soil organic matter can be achieved by adopting appropriate soil and crop management practices. These practices include conservation tillage, crop rotation, use of organic manures, increasing cropping intensity, use of adequate rate of chemical fertilizers, incorporation of crop residues, liming acidic soils, and keeping land under pasture. Organic matter can adsorb heavy metals in the soils, which reduce toxicity of these metals to plants and reduce their escape to ground water. Similarly, SOM also adsorbs herbicides, which may inhibit contamination of surface and ground water. Furthermore, SOM also functions as a sink to organic carbon and mitigates carbon dioxide (CO₂) gas escape to the environment. Globally, soil organic matter contains about three times as much carbon as found in the world's vegetation. Hence, organic matter plays a critical role in the global carbon balance that is thought to be the major factor affecting global warming. Overall, adequate amounts of soil organic matter maintain soil quality, preserve sustainability of cropping systems, and reduce environmental pollution.     

沼渣物理特性及沼渣纤维化学成分测定与分析

以反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气剩余物沼渣为研究对象,采用振动筛分分组、统计分析、图像处理和Fibertec 2010&M6纤维分析系统分析等方法,对沼渣的物理成分及沼渣纤维化学成分进行了测定分析。研究结果表明,沼渣主要由质量分数为64%的纤维、35%的非矿物质和1%的矿物质组成;沼渣纤维中纤维素、半纤维素、木质素、灰分及其它各成分的质量分数分别为44.8%、21.9%、15.6%和17.7%。从而得出结论：反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气后的沼渣中纤维素含量较水稻、小麦和玉米等作物秸秆的高5%以上,半纤维素含量较水稻、小麦和玉米等农作物秸秆低5%。研究结果为沼渣资源化、高值化利用技术研究奠定了基础。     

红花甜荞籽粒淀粉的理化特性

为明确红花甜荞籽粒淀粉理化特性,选用12个红花甜荞品种为材料,分析了其淀粉颗粒形态、粒度分布特征、直链淀粉含量、溶解度、透明度及糊化特性以及品种间差异。结果表明,红花甜荞淀粉颗粒多为不规则多角形和球形,多角形多且颗粒较大,球形颗粒较少且颗粒小,淀粉粒径范围介于0.38～25.78 μm;品种间淀粉粒径、直链淀粉含量、溶解度、透明度存在显著性差异（P＜0.05）;起始糊化温度在62.80～72.60℃,峰值黏度在126.58～141.00 RU;品种间谷值黏度、最终黏度、破损值、回生值和峰值时间差异显著。定边甜荞谷值黏度大,为118.00 RU;破损值及回生值小,分别为13.00和57.33 RU;达到峰值时间最长,达5.80 min;淀粉糊稳定性好。因此,在进行优质专用品种选育和产品加工时,应根据不同目标选择不同的甜荞品种。     

Influence of Gypsum and Organic Amendments on Soil Properties and Crop Productivity in Degraded Black Soils of Central India

ABSTRACT

Attempts were made to ameliorate sodic black calcareous soils by using different crop residues (composted cotton stalk and biomulch 5 t ha^?1, respectively) and green manures (in-situ Crotalaria juncea, Sesbania aculeata, Vigna unguiculata, Vigna radiata, and ex-situ Leucaena leucocephala loppings 5 t ha^?1) and gypsum 2.5 t ha^?1. The organic amendments were outperformed with respect to improvement in soil microbial biomass carbon and dehydrogenase activity, not gypsum. The application of dhaincha significantly improved the mean weight diameter by 14% over control. The application of gypsum and dhaincha recorded a significant drop in pHs (0.1 and 0.07 units) and exchangeable sodium percentage (26.7% and 20.6%) over control. After 2 years of experiments, dhaincha (14.8%) and sunhemp (15.5%) also showed the commensurable potential of improving yields of chickpea as compared to gypsum (14.8%) over control. Hence, dhaincha and sunhemp can be a better alternative choice to gypsum in sodic soils.     

不同干燥方法对栗粉的理化性质与功能特性的影响

以毛板红板栗品种为原料，研究了4种不同干燥方法加工所得栗粉的理化与功能特性，结果表明自然干燥与热风干燥加工成的栗粉在理化和功能特性上差异较小，但自然干燥粉比热风干燥粉具有更好的起泡能力和泡沫稳定性；微波干燥粉比热风干燥有较多的淀粉发生糊化，表现在具有较低的峰粘度、崩解值和回复值，其吸水能力较热风干燥粉大，但起泡能力、泡沫稳定性和复水成泥后的一些质地特征值较热风干燥粉低。高温蒸后热风干燥粉的理化与功能特性与微波干燥粉类似，但有较高的崩解值和较低的回复值。从色泽来看，自然干燥和热风干燥粉比微波干燥和高温蒸后热风干燥的要白，而且有光泽。     

储存方式对生物质燃料玉米秸秆储存特性的影响

为了解不同储存方式对农作物秸秆理化特性变化规律的影响,该文针对整株、打捆、粉碎3种预处理方式、且分别储存在露天、覆盖、密封条件下的秸秆进行为期5个月的试验研究。结果表明,粉碎秸秆的全水分、灰分较高,分别比整株与打捆秸秆高出约3.46%、3.83%与5.95%、4.62%;但挥发分较整株、打捆秸秆分别低5.81%、4.47%;密封储存全水分、灰分较露天、覆盖储存高,挥发分较露天、覆盖储存低。秸秆储存期间,温度平均值变化不明显,极差仅在3.24~3.71℃之间,温度最高值可达50℃左右,故应保持良好的通风。发热量与全水分呈负相关变化,与整株和打捆秸秆相比,粉碎秸秆发热量下降约1 000 k J/kg左右。秸秆长期储存时,应优先选择整株或打捆秸秆,露天和覆盖储存则需要进一步研究。     

车辆越野行驶有关的沙漠沙土特性分析

运用试验分析方法对与越野行驶有关的沙漠沙土的物理特征、承载特性和剪切特性进行研究,分析载荷作用方式各含水量等对沙土承载特性和剪切特性的影响,为发展沙地高通过性车辆提供依据。     

六种果皮原料果胶的理化及凝胶特性比较

为了解不同品种水果的果皮(柚子皮、西番莲皮、脐橙皮、石榴皮、榴莲皮)以及向日葵盘所提取果胶的理化和质构特性,研究了不同原料果胶的得率、色泽、果胶酸含量、甲氧基含量、酯化度、黏度及质构特性,特别是采用高效液相色谱准确测定了各类果胶的分子量。结果表明:柚子皮、向日葵盘和脐橙皮果胶质量分数较高,分别为18.06%、14.61%和14.43%;西番莲皮果胶质量分数为8.76%;而石榴皮及榴莲皮果胶质量分数较低(均<3%)。从分子量看,石榴皮、脐橙皮果胶分子量较大(>1000kDa),向日葵盘果胶分子量最小(483kDa)。此外,几种果胶的溶胶均属低黏度值果胶(<25厘泊),且在pH值为7.0时黏度最大、在pH值为5.0时黏度最小。结合凝胶质构分析表明:石榴皮果胶分子量最大,凝胶强度最大,但为高甲氧基果胶,且得率较低;而向日葵盘果胶分子量最小,但得率较高,且为低甲基果胶,在非糖及含糖体系中均可形成性能优良的凝胶,因此是生产果胶的良好原料。该文为果胶的生产及应用提供参考。