地面覆盖对盐渍土水热盐运动及作物生长的影响

利用田间小区试验研究了山东省莱州半干旱海水入侵地区不同覆盖措施对土壤水盐热运动及作物生长的影响,试验结果表明,①塑膜覆盖对盐渍土有很好的保温增温效果和一定的保水抑盐作用;②秸秆覆盖能拦蓄雨水、减少地面径流和地表蒸发,对盐渍土有非常明显的保持土壤水分、抑制地表返盐、促进降雨淋盐的作用,且其作用随覆盖厚度的增加而增强,③秸秆覆盖的隔热性及其对土壤热容量的提高,缓和了土壤温度的日变化;④5cm厚秸秆覆盖的土壤含盐量变化幅度较小,说明秸秆覆盖提高了土壤对盐分的缓冲性;⑤随着油葵的生长,增加了地面的植被覆盖度,削弱了覆盖措施对土壤水盐热运动的影响;⑥5cm秸秆覆盖下的油葵生长状况及其产量均优于其他处理。由此可见,秸秆覆盖是改良利用盐渍土非常有效的一项措施。     

砾石覆盖对土壤水热过程及旱作小麦玉米产量的影响

为了揭示砾石覆盖对农田土壤水热变化及作物产量形成的影响,2013—2015年采用小区试验法研究冬小麦-夏玉米轮作条件下土壤水分变化、温度效应以及作物生长和产量之间的相互作用关系。田间试验设置无覆盖(CK)、25%砾石覆盖(GM1)、50%砾石覆盖(GM2)、75%砾石覆盖(GM3)和100%砾石覆盖(GM4)5个处理。结果表明:砾石覆盖度与土壤水分呈显著正相关,100%砾石覆盖处理土壤贮水量最高;干旱胁迫条件下砾石覆盖度越高土壤的保水性越好,降雨条件下砾石覆盖度越高土壤截留雨水的能力越大。砾石覆盖具有明显的增温效应,4个砾石覆盖处理的土壤平均温度大于CK处理,GM4处理土壤平均温度最大;砾石覆盖处理可以认为是一种有效的温度调节方式,具体表现在低温(-5~0℃)条件下GM4处理较CK处理土壤温度增加5℃,高温(40~45℃)条件下GM4处理较CK处理土壤温度降低3.7℃;在寒冷气候和水分亏缺的情况下4个砾石覆盖处理增温能力均大于对照。此外,夏玉米叶面积指数随着砾石覆盖度增加而增大。100%砾石覆盖处理的2季冬小麦和夏玉米平均产量较对照处理分别增加了58.55%和22.50%。可见,砾石覆盖技术可以有效保持土壤水分、增加土壤温度、促进作物生长和提高产量,是干旱半干旱地区应对水分胁迫和气候变化、     

降雨入渗条件下厚包气带土壤水流通量的模拟与分析

降雨较少的半干旱半湿润地区大范围的厚包气带中土壤水运动的研究越来越受到关注,其中厚包气带对降雨补给浅层地下水特征的影响是重要的研究问题。探究厚包气带情形下降雨对浅层地下水的补给作用和机理可为分析人类干扰情况下水文循环规律的变化、合理地制定水资源开发利用规划提供理论依据。本文以北京市大兴区新凤河流域采育镇由GEOPROBE钻机获得的9.6m厚包气带土壤样品为研究对象,在室内详细测得土壤特性数据的基础上,运用HYSRUS-1D软件模拟55a降雨入渗条件下的一维土壤水流动态过程,分析土壤水流通量的时空变异特征,探讨用较浅层位(2m深度附近)的土壤水流通量来估算深层土壤水渗漏量的可行性,旨在为野外裸地厚包气带条件下评价降雨入渗对浅层地下水的补给提供简捷实用的方法。研究结果表明:该地区多年自然降雨条件下的平均土壤水分深层渗漏量为131.03mm,多年平均降雨入渗补给系数约为0.21。其中,平水年对应的平均降雨入渗补给系数约为0.18。当模拟时段达到55年时,土壤剖面2m以下的入渗通量几乎不随深度变化而变化。这一实际案例的研究结果对该区域宏观水资源管理和评价具有一定的参考价值。     

黄土高原土壤水分与水土保持措施相互作用

土壤水是重要的生态水源和水文要素之一,黄土高原位于干旱半干旱地区,降水量的年际变化大和季节分配极不均匀,土壤水资源对植物生长发育的影响尤为重要。同时,土壤水的数量及其分布也受人类活动影响。水土保持措施是黄土高原人类改造下垫面过程之一,这种改造会影响土壤水分的静态分布和动态过程。水土保持坡面工程措施能有效地提高土壤含水率。深根系人工林草植被使土壤含水率降低,甚至造成利用性土壤干层,影响人工植被的永续发展。尽管天然植被也有较高的生产力水平,但并未引起土壤水分状况的恶化,这是黄土高原植被营造及规划中值得注意和进一步研究的问题     

冬季覆盖作物产量与土壤水分消耗之间的关系

因为成本和用水量的不确定,覆盖作物在加州的半干旱圣华金河谷一年生作物生产系统没有被广泛地应用。1999~2014年,研究人员量化了冬季降水和限量补灌产生的覆盖作物生物质产量。在另一项研究中,研究人员尝试在该区域通过3种不同处理的覆盖作物与休耕处理相比来确定覆盖作物的储水效果。通过长期研究,得出这样的结论:加州圣华金河谷因为降水量小或者降水不稳定,从而导致冬天覆盖作物并不是每年都生长旺盛,但是其降雨基本可保证地表覆盖作物正常生长。种植覆盖作物的地块比休耕地的多消耗4.8 cm的土壤水,然而,半干旱,干旱地区覆盖作物生物质产量可弥补因土壤水分消耗而造成的作物减产的损失。     

山东省禹城市夏玉米生长期水分利用特征分析

以山东省禹城地区夏玉米农田为例,利用氢氧稳定同位素技术测定2015年夏玉米生长期茎干水、大气降水以及不同深度土壤水的δD和δ18 O组成,利用直接对比法和多元线性混合模型法分析夏玉米对土壤水的利用情况,并分析农田降水—土壤水—作物水之间的转化规律。降水同位素测定结果显示禹城地区大气降水线方程为δD=6.55δ18 O-3.03(R2=0.88),斜率和截距均小于全球大气降水线,表明蒸发是导致同位素富集的主要过程。对夏玉米生长期水分来源特征分析表明,出苗期主要利用表层0—15cm土壤水,贡献率达73.9%;拔节期从土壤不同深处均吸收水分(0—55cm,81.8%),30—55cm处土壤水利用相对较多,也会利用同时期降雨;抽穗期较多利用深层土壤(30—55cm,71%),此时期浅层土壤蒸发强烈,土壤含水量快速减少,植物可利用水分较少。而30—100cm处土壤含水量受温度,土壤蒸发影响较小,为夏玉米生长持续提供稳定水分。灌浆期吸收各层土壤水分的量相近(15—100cm,72%),此时期无降水,温度下降,蒸发减弱,各层土壤含水量较稳定。成熟期主要吸收30—100cm处的土壤水分,贡献率达70%,表明降雨较少时,夏玉米吸收土壤水分依赖于较深层土壤。此外,夏玉米生长期水分来源受土壤体积含水量及土壤蒸发蒸腾的影响较大,同时降雨,大气温度及湿度会影响土壤含水量。通过水量平衡模型计算得出2015年夏玉米在出苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期的农田蒸散量分别为35.62,34.99,32.4,22.31,16.94mm。研究结果对于夏玉米不同生长期节水灌溉具有指导意义。     

秸秆覆盖量对农田土壤水分和温度动态的影响

2009年4-11月,在山西寿阳旱地农业试验区对覆盖量为1500、3000、4500、6000kg/hm24个不同秸秆覆盖量处理和不覆盖处理的春玉米试验小区进行田间定位观测,采用自动记录土壤剖面水分测定仪和自计温度测定仪实时观测了不同秸秆覆盖处理的玉米全生育期的土壤水分和温度动态,结合生育期土壤蒸发的动态观测,研究了农田秸秆覆盖量对土壤水热动态的影响。结果表明,秸秆覆盖在作物生长前期和旱季对土壤表层的土壤蒸发和温度调控效果明显,秸秆覆盖量越大效果越明显。按照对土壤水分和温度的综合作用,试验区域秸秆覆盖对土壤水分和温度调控效果最佳秸秆覆盖量为4500kg/hm2;秸秆覆盖量越高对土壤蒸发的抑制效果越好,但覆盖量对降雨入渗和土壤温度的影响受降雨强度、土壤湿度、土壤类型等具体条件的不同而产生不同的效果,其规律有待进一步研究。     

时间序列自回归模型在土壤水分预测中的应用研究

在黄土丘陵半干旱区,多年生柠条林地土壤旱化严重,为了实现土壤水资源可持续利用,需要依据土壤水分状况,调控柠条生长与土壤水关系,而监测和预报土壤水分是防旱抗旱、调控柠条生长与土壤水关系的基础。为此选取黄土丘陵半干旱地区柠条林地2011年4月至2013年2月的土壤含水量时间序列作为研究对象,将各土层土壤含水量变异系数分为3个变化范围,并从3个范围内各选取一个代表土层,建立自回归模型,运用AIC准则及最大似然估计法求解模型中的参数,卡方检验的结果认为建立的模型较好。经过实例验证,实测值与预测值的相关误差均小于10%,说明时间序列自回归模型能够很好地预测黄土丘陵半干旱地区柠条林地的土壤含水量。     

宁南山区保护性农业措施对冬小麦农田休闲期土壤水分的影响

[目的]研究宁南山区冬小麦农田休闲期保护性农业措施对土壤水分的影响,为该区降雨资源的高效利用以及保护性农业的可持续发展提供理论依据。[方法]基于不同时期多个保护性农业试验土壤水分数据比较分析。[结果](1)在干旱的情况下,免耕留茬处理能够显著增加土壤表层(0—20cm)含水量。(2)在免耕的情况下,随着秸秆留茬高度的增加,土壤水分呈现增加趋势。(3)在降雨量较大且降雨量具有连续性的情况下,常规耕作处理在土壤表层保蓄了较多的土壤水分(0—20cm),免耕秸秆覆盖处理能够增加土壤20—80cm土壤水分含量。(4)冬小麦休闲期种植豆科作物,降低了土壤水分,其降低幅度与降雨量以及种植密度有关,种植密度越大,对土壤水分的影响越大。[结论]免耕+留茬耕作措施能够提高冬小麦农田休闲期土壤水分含量,覆盖作物降低了休闲期土壤水分含量。     

微区作物种植条件下不同调控措施对土壤水盐动态的影响特征

本文研究了在试验微区内进行作物种植条件下不同调控措施对土壤表层20cm和土壤中层50cm处的电导率和0~120cm土壤水分的影响。分析了作物种植条件下土壤的水盐动态变化规律和引起变化的原因。综合考虑了灌溉水矿化度、灌水次数、灌水量,有机肥施用量及覆盖5种不同试验因素下,土壤水分和盐分在不同阶段的变化过程及机理的差异。得出试验因素影响因子对土壤水分盐分动态的作用及其调控机制;试验因子对土壤水盐动态的权重性分析和试验结果指标的综合因素分析;咸水或者边缘水质灌溉水利用过程中的土壤盐分动态与防盐调控机制,阐明了土壤水盐变化规律及其作用机理。     

自然降雨条件下干化土壤水分恢复试验

土壤干燥化是制约黄土丘陵半干旱地区生态环境可持续发展的瓶颈问题,自然降雨是当地土壤水分补充的唯一来源。为探究自然降雨条件下干化土壤的水分恢复状况,在陕北米脂试验站构建野外10 m深大型地下土柱,2014—2019年间利用CS650-CR1000型土壤水分自动监测系统和BLJW-4小型气象观测站对土壤水分、气象状况进行连续定位观测,分别对次降雨、月降雨、年降雨条件下的干化土壤入渗恢复深度进行研究。结果表明:黄土区降雨分布的阶段性和年际不均衡性是直接影响深层干化土壤水分入渗的主导因素,年内降雨可以划分为3个阶段:降雨匮乏阶段(上年11—次年3月)、降雨过渡增加阶段(4—6月)、降雨丰沛阶段(7—10月)。试验期间,能够促进深层干化土壤水分恢复的有效降雨(入渗深度大于50 cm)发生次数为56次,有效降雨量1 455.20 mm,分别为6a总降雨次数和总降雨量的16.23%、64.68%。月尺度、年尺度条件下,逐月、逐年降雨入渗深度均随降雨量增加呈二次函数增大变化,累积降雨入渗深度则随时间延续持续增大,对深层干化土壤水分恢复起决定作用。至2018年12月,累积降雨入渗深度达到1 000cm。以农地土壤水分为标准,2014—2019年自然降雨条件下干化土壤完全恢复深度分别为140、180、300、600、700、700cm,完全恢复程度依次可达14%、18%、30%、60%、70%、70%。研究结果对于探讨半干旱黄土区在自然降雨条件下林地深层干化土壤水分恢复规律,制定合理措施促进干化土壤水分恢复,以及深入干化土壤水文循环机理研究具有重要意义。     

神木试区土壤水分资源状况

通过试区内不同地型,不同土壤及利用下57点位实测资料,分析了土壤水分质地及利用,两大因素,并按土壤的储水量多少把试区划分为三个类型区,并绘出等值线,阐述了不同林地,作物及草地影响土壤水状况的规律性。     

基于稳定同位素的土壤水分运动特征

土壤水分受降雨和地下水的共同补给作用,是陆地水循环的重要环节。通过模拟试验,结合土壤水同位素特征,以黄土高原黄绵土为研究对象,研究降雨入渗和地下水补给方式下土壤水分的运移变化特点。结果表明:土壤体积含水量随时间的延长而增大,最终趋于稳定,土壤水分的运移有明显滞后效应;土壤水氢同位素受补给水源、交换混合以及蒸发的影响,随时间的延长,补给水源的影响逐渐减弱,水分的交换混合和蒸发作用逐渐显现,土壤水最终达到动态平衡状态;两种补给条件下,土壤水运移方式均为活塞式推进,降雨入渗方式土壤水δD随土层深度的增加先减小后增大最终趋于稳定,表层0~5cm土壤水由于蒸发富集重同位素,5~20cm土壤水滞留时间最长,保水能力最强,地下水补给方式下土壤水δD随土层深度的增加而减小,上层土壤水δD由于蒸发富集重同位素,下层受地下水补给影响贫化;两种补给方式下土壤水δD与δ18O有良好线性关系,降雨入渗方式土壤水蒸发分馏作用大于地下水补给方式,地下水补给具有较好的保水效果。     

不同砾石覆盖保持土壤水分有效性研究

土壤水分状况是制约金沙江干热河谷地区植被恢复和造林的主要因素,改善土壤水分状况是实现该地区生态恢复重建和农业持续发展的必然途径。为给干热河谷的造林以及作物种植提供切实可行的方法,进行了不同砾石覆盖保持土壤水分有效性的试验研究,结果表明:在起始条件相同的情况下,同一小区不同深度的土壤含水量是不同的,含水量随着土层深度的增加而增大;不同砾石覆盖厚度条件下,土壤含水量与砾石覆盖厚度成正相关关系;在相同覆盖厚度情况下,砾石粒径越小,覆盖抑制土壤蒸发效果越好,土层含水量也就越高。     

不同耕作方式对土壤水热变化的影响

为了研究各免耕处理下土壤的水热变化,2005～2008年在黄河流域清水河县对玉米进行了5种不同耕作方式的试验研究。结果表明,土壤含水量、温度在5种不同耕作方式下均达到了显著(p0.05)或极显著(p0.01)差异。①三年间在0～10 cm土层,整个生育期内留高茬覆盖、留低茬覆盖、留高茬、留低茬处理的平均土壤含水量分别较常规耕作增加了29.92%、26.23%、17.30%、13.95%。在0～40 cm土层,留茬覆盖处理能有效地抑制土壤水分蒸发,提高作物的水分利用率。在80～100 cm土层,土壤含水量达到最大值。土壤水分变化主要受季节影响,随秸秆覆盖和降雨量的变化而变化。②土壤温度在5 cm土层变化幅度最大,留茬覆盖能有效地调节土壤温度,使土壤温度日变化平缓,且随土层深度的增加土壤温度的变化幅度减小。③不同耕作方式形成的土壤微环境为玉米的生长发育提供了更好的基础,其中留茬覆盖处理效果最佳,由于水热状况良好,留茬覆盖下作物产量较高。     

不同降雨量及雨强条件下兰州南山人工侧柏林土壤水分入渗规律

[目的]降雨是干旱半干旱地区土壤水分的主要来源,将野外观测和模型模拟相结合研究降雨入渗规律,可以更系统地掌握土壤水分亏缺状况。[方法]通过定点观测,应用Hydrus-1d模型对兰州南山人工侧柏林土壤水分动态变化进行模拟,评估模型在干旱区的适用性,分析不同降雨条件下土壤水分响应状况和入渗机制。[结果] Hydrus-1d模型在兰州南山人工侧柏林有较好的适用性,且深层模拟效果更优。降雨量<30 mm时,10 cm处土壤含水量对降雨响应最为强烈,30,50 cm处受降雨影响相对较小且有明显的滞后,70 cm以下没有响应;降雨量>8.2 mm时存在湿润峰。模拟期内,最大入渗深度为70 cm,最大入渗量为23.7 mm,入渗深度随时间增加而入渗量和入渗速率却随时间延长而减小。降雨量与入渗量、入渗深度和入渗速率呈显著正相关(p<0.05)。降雨量<20 mm时,降雨强度对入渗量、入渗深度和入渗速率存在显著影响。[结论]使用Hydrus-1d模型可以较好地模拟兰州南山人工侧柏林土壤水分动态变化并计算入渗量、入渗速率和入渗深度,且分析发现降雨量对该地土壤水入渗过程的影响更显著。     

辽西半干旱区玉米段秸半覆盖技术研究

辽西地区属典型的半干旱雨养农业区,水蚀、风蚀并存,水土流失严重,每年春、夏、秋频繁的交替干旱已给农业造成严重损失。为避旱减灾、提高农业产值,开展了作物秸秆覆盖试验。结果表明:段秸覆盖不仅具有保护土壤免遭风蚀和水蚀的作用,且能有效地使土壤水、肥、气、热等状况得到综合改善,聚水效果可提高1.42%,增产幅度最高可达18%。在辽西半干旱地区最适宜的覆盖时间是中耕后,覆盖量应该在7500~8000 kg/hm2。段秸覆盖比整秸秆更利于腐烂,不影响下年耕作。     

集水技术与林木生长的土壤水环境研究

该文依据多种集水技术条件下的降雨径流观测资料和林地不同空间位置上定期土壤水分观测资料，分析了在半干旱黄土地区集水造林技术与土壤水环境的关系，林木对水分的利用状况及林地水量平衡。结果表明：集水技术不仅改善了土壤水环境，而且提高了林木对降水的利用率。     

地表滴灌条件下水热耦合迁移数值模拟与验证

土壤水热分布状况是作物优质高产的关键环境条件之一,基于土壤水、热运动基本方程,结合地表滴灌水分运动特点,建立了地表滴灌水、热运移数学模型,利用HYDRUS-2D软件对构建的数学模型进行了数值求解,并对数值模拟得到的土壤水热值与田间实测数值进行了对比验证。结果表明, 所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动和土壤温度变化及分布的动态变化具有较好的模拟效果;当土壤、气象以及灌水资料等可知时,利用该数学模型可以较准确地预测地表滴灌条件下水热耦合迁移与分布规律,模型可用来适时监测和调控地表滴灌条件下作物生长所需的土壤水、热环境条件。此外,数值模拟值和实测结果都显示,地表滴灌条件下上层土壤的水分和温度值较下层土壤易受到土壤蒸发和大气温度剧烈波动的影响。     

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤含水率的影响

在干旱半干旱地区,土壤含水率是影响作物生长和植被恢复的重要因子。采用土钻法对黄土丘陵区典型流域不同土地利用方式下土壤含水率进行了比较。结果表明,农田土壤含水率显著较高,这与农田坡度较小及梯田建设有关,还与农作物蒸腾耗水相对较小有关。林地、灌木地和草地土壤含水率相对较低,且相互间无显著差别。黄土丘陵区土壤含水率主要受坡度和土壤稳定入渗速率的影响。但草地土壤含水率还与坡向及年生物量有关。土壤水分分布格局与该区土层深厚,地下水埋藏较深,土壤水分收入主要受降雨的补给有关。因此,该区农田建设应在坡度较小（＜10°）的地形上进行,并优先考虑梯田。坡度较大的地方应以天然灌木和草本群落的保育为主。人工乔灌林只适宜在沟道等水分条件较好的地方种植。