黑土区土壤剖面水分动态变化研究

通过对2007年5-9月作物生长季内农Ikt黑土土壤剖面水分含量的监测,分析了黑土区土壤剖面水分分布特征,季节性动态变化和变异系数.结果表明,在观测期内农田黑土水分在剖面上随土层深度的增加呈现出先增加,再减少,后增加的趋势;土壤剖面各土层土壤水分含量随时间的变化表现为先减小,后增加,再减小的波浪式,这与降雨量的季节性分布和作物生长发育密切相关;在观测期内没有发现激变层,土壤水分变异系数的最大值出现于0-10 cm,随着土层深度的增加变异系数呈减小的趋势.     

黑土区不同土地利用方式土壤水分动态变化特征研究

在中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站.应用田间定位试验研究了玉米地、休闲地、苜蓿地和裸地4种不同土地利用方式下农田黑土水分动态变化特征.结果表明:土壤剖面0-190 cm水分含量随深度的增加呈先增加后减小的趋势,不同土地利用方式下农田黑土表层0-30 cm的土壤含水量差异较明显,总体表现为裸地相对较高,其次为休闲地、苜蓿地和玉米地;研究时段内土壤水分的动态变化具有明显的季节性,一般可以划分为水分相对稳定期、水分消耗期和水分补给期3个时期;根据变异系数将土壤水分的垂直变化划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层,变异系数随土层深度的增加而减小.     

生物炭对东北黑土持水特性的影响

为探究生物炭对东北黑土持水特性的影响,系统研究3种添加比例(2%、5%、10%)、3种粒径(0.25、0.5、1 mm)的杨木炭和竹炭对3种质地东北黑土(壤土、砂壤土、砂土)田间持水量和含水率的影响规律,构建添加生物炭黑土的水分特征曲线,并采用Van-Genuchten和Broods-Corey模型进行拟合。结果表明:生物炭能显著提高不同质地东北黑土的持水能力,黑土的田间持水量与生物炭的添加比例呈显著正相关,而与生物炭的粒径呈负相关,0.5 mm和1 mm粒径的生物炭对黑土田间持水量的影响差异不显著,杨木炭显著优于竹炭,0.25 mm、10%添加比例的杨木炭对东北黑土持水能力的提高效果最优,壤土、砂壤土、砂土3种质地黑土的田间持水量和饱和含水率分别可提高64.97%、66.42%、69.39%和47.60%、38.93%、31.18%;Van-Genuchten模型能更精确的模拟添加生物炭黑土的水分特征曲线,最佳离心时间为100 min,三次函数曲线能够较好的拟合添加生物炭黑土的体积含水率与离心吸力之间的多元动态关系,为生物炭对各种质地东北黑土水分运动规律的深入研究提供理论依据。     

深耕对黑土水分特征及动态变化影响

水分特征曲线是反映土壤持水性、供水性和水分有效性的重要参数。为明确深耕对黑土土壤水分特征及有效性的影响,通过田间多点取样,比较研究了深耕与常规耕作对土壤水分特征曲线、孔隙组成及水分动态变化影响。研究结果显示:深耕提高土壤饱和含水量和田间持水量,土壤水分特征曲线符合Van Genuchten模型,相关显著;深耕提高土壤有效孔隙比例,有效孔隙增加5.48%~82.00%;深耕提高了0~40 cm土层有效水储量,其中速效储水量和迟效储水量分别比对照增加1.54和1.21倍;深耕改变了作物整个生育期间土壤水分动态变化,5 cm土层土壤受降雨影响波动性大,对照、深耕无差异,15 cm、25 cm土层对照水分高于深耕,60 cm土层土壤水分含量对照低于深耕;对照0~30 cm土层土壤耗水量高于深耕7.8 mm,30~60 cm土层低于深耕7.2 mm,深耕深层土壤水分利用率高,是对照的1.74倍。黑土深耕可提高土壤水分有效性和总储量。     

长期培肥黑土脱氢酶活性动态变化及其影响因素

对东北典型黑土区长期不同培肥黑土脱氢酶活性在作物生长季的动态变化进行研究。结果表明,施用有机肥,生长季黑土总体脱氢酶活性显著高于施用化肥和不施肥,其生长季脱氢酶活性保护容量在5.5 mg TPF/kg土.h以上,黑土总体脱氢酶活性施用高量有机肥>低量有机肥>不施肥>化肥,季节性变化波动性大。长期施用高量有机肥脱氢酶活性最大峰值出现在拔节期,施用低量有机肥、化肥和不施肥最大峰值出现在完熟期;长期施用不同数量和种类肥料所引起的黑土总体脱氢酶活性差异并未因玉米生长影响而改变,说明长期施用高量有机肥黑土微生物氧化活性能力增强,土壤自身调解和维持肥力能力增强。黑土脱氢酶活性的动态变化与绝大多数土壤生物、理化特性指标的动态变化没有显著的相关性;总体脱氢酶活性与多数土壤生物、理化特性因子、植物全磷、钾含量有极显著和显著正相关关系。     

翻盖“埋藏沼泽土”对粉质砂壤土水分运行的影响

我国江苏北部淮阴等地,在地下一米左右或更深处埋藏有一层老沼泽土层,富含有机质,有明显的小团块状结构,农民称之为“黑土”。当地农民有用翻盖“黑土”的办法来改良盐渍土的习惯。盐渍土在翻盖“黑土”后,抑制了地表返盐,增产效果显著。众所周知,土坡中的盐分主要随土坡中水分的运行而运行,翻“黑土”所以能改良盐土,主要与它改变了土坡中水分的运行有关。本工作主要通过实验室模拟试验,研究“黑土”层对粉质砂壤土水分运行的影响,从而讨论翻“黑土‘对改良盐土的作用。     

基于COMSOL模型的黑土农耕地剖面冻结水热耦合分析

为量化分析典型黑土农耕地在冻结过程中的剖面水热耦合特征，以东北典型黑土区耕层土壤为研究对象，通过室内单土柱模拟试验，并结合COMSOL Multiphysics模型PDE模块，实现黑土冻结过程中温度场与水分场的耦合求解。结果表明：(1)COMSOL模型可实现黑土剖面冻结过程的水热耦合分析，温度场(R²=0.83,RMSE=0.91℃)与水分场拟合效果(R²=0.88,RMSE=0.02 cm/cm³)均较好，可满足拟合精度需要；(2)黑土农耕地剖面温度的变化速率呈先快速冷却后缓慢趋于稳定的变化趋势，且越接近冷端，土壤温度下降至稳定阶段的速率越快；(3)黑土农耕地剖面水分场在冻结过程中呈明显的水分重分布现象，且在冻结峰面呈现暖端聚集速率快[0.000 93～0.001 00 cm/(cm³·h)]而冷端反之[0.000 34～0.000 42 cm/(cm³·h)]的冰晶聚集现象。研究结果可为黑土冻结水热运移规律分析提供技术支持，并为黑土冻融—水力复合侵蚀机理研究和剖面水热动态模...     

农田黑土生态系统特征

本文通过对黑龙江省海伦市的典型中厚层黑土的水分循环、养分循环系统的分析研究，论述了农田黑土特殊的理化性状及其生态系统特征，明确其生产性能，以便于充分合理利用农田黑土资源。     

长期培肥对农田黑土土壤微生物量碳、氮的影响

以黑龙江省农科院"黑土肥力与肥效长期定位试验"的农田黑土为研究对象,探讨了长期不同施肥处理对土壤微生物量碳、氮动态变化的影响。研究结果表明,与不施肥、单施化肥、单施有机肥处理相比,化肥配施有机肥能显著增加大豆各生育期土壤微生物量C、N,促进土壤微生物量显著增长,增强了农田黑土土壤有机质、全氮含量,有利于培肥农田黑土。     

咸水非充分灌溉条件下土壤水盐运动SWAP模型模拟

为了研究咸水非充分灌溉条件下土壤水盐动态变化规律,该文在2013年田间试验的基础上,利用试验观测数据,对SWAP模型进行了率定和验证,并对咸水非充分灌溉条件下土壤剖面水分和盐分通量变化过程进行了模拟和分析。研究结果表明:SWAP模型模拟值较好地反映了实测值的变化趋势,经过率定和验证后的SWAP模型能够较好地模拟土壤水盐的动态变化规律以及制种玉米的产量情况。在制种玉米苗期阶段,3种灌水处理40 cm以上土壤剖面的水分通量主要以向上为主;在灌水和降雨阶段,各处理土壤剖面的水分通量主要向下,且灌水量越大的处理,向下的水分通量越大;在土壤蒸发阶段,各处理60 cm以下土壤剖面的水分通量向下,且向下的水分通量逐渐减小。土壤盐分通量模拟结果与土壤水分通量具有类似的规律,60 cm以下土壤剖面的盐分通量主要向下,表明土壤盐分主要向深层土壤运移。研究结果可为该研究区域咸水非充分灌溉制度的制定提供理论依据。     

浅地下水埋深条件下土壤水盐动态BP网络模型研究

针对浅地下水埋深条件下作物生育期内根系层土壤水盐动态模拟中存在的问题，将人工神经网络引入水盐动态的模拟和预报中，建立了根系活动层0～60 cm和0～100 cm深度内土壤水盐动态的BP网络模型。结果表明，以生育时段初平均土壤含水率、平均土壤盐分指标、地下水水位埋深、地下水盐分指标、时段内水面蒸发量、降雨量(包括灌水量)、生育期日序列7个因素为输入因子，以生育时段末平均土壤水分、平均土壤盐分指标为输出因子的BP网络模型可有效表征土壤水盐动态及其影响因素之间的内在复杂关系，并且有较高的精度。该研究为分析浅地下水埋深条件下作物生育期内土壤水盐动态规律的分析提供了一种有效可行的方法，是对传统土壤水盐动态研究的补充。     

土壤水稳定同位素研究进展

本文从影响土壤水稳定同位素变化的因素、时空变化规律以及"土壤-植物-大气"界面水分转化和循环过程等方面综述了国内外土壤水同位素研究的主要成果,认为同位素方法在研究土壤水运移、降水入渗及土壤蒸发问题上优势比较明显,并且有助于从宏观和微观上阐明土壤水的特征及其运动规律;指出了当前土壤水分同位素研究存在的问题和今后研究的重点,并对同位素技术与方法在土壤水中应用前景进行了展望。     

日光温室黄瓜栽培条件下土壤水分动态的数值模拟

为研究日光温室黄瓜需水规律,在温室中布设了主要气象因素和土壤水基质势监测装置。根据试验资料拟合得到了黄瓜根系伸展深度及叶面积指数动态曲线,进而获得蒸散与蒸腾模式及黄瓜根系吸水模式,在此基础上,依据土壤水动力学理论,建立了土壤水分动态的数值模型,对黄瓜两个主要生育期土壤水分动态进行了模拟,并就不同灌溉量和土壤不同初始含水率对土壤水分动态的影响进行了数值分析     

太湖地区典型水稻土水力学特征及土壤库容研究

针对气候变化条件下温度升高对土壤水分产生的影响,选择太湖地区典型水稻土——乌栅土作为研究对象,对其土壤的水力学特征及土壤库容进行了研究。结果表明：（1）影响乌栅土水分特征曲线的主要因素是容重与黏粒含量。饱和条件下和水吸力达到1.50×106 Pa时各土层的含水量（凋萎含水量）变化均表现为：耕作层〉犁底层〉潴育层〉潜育层。（2）乌栅土的有效水含量与容重和黏粒含量呈显著负相关关系,与孔隙度呈显著正相关关系。（3）在土壤的各种理化性质中,容重和总孔隙度是影响饱和导水率的主要因素,而毛管孔度与pH值为次要因素。（4）乌栅土耕作层总库容为91.48mm,有效水库容为22.02mm,滞洪库容为20.50mm,这种土壤具有良好的水分状况,既能保证太湖地区粮食作物的稳产高产,又具一定的蓄水调节功能。     

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。     

土壤水分运动特征参数空间异质性:理论分析、取样与影响因素

 通过对土壤水分运动特征参数异质性研究的理论分析和方法回顾与总结,概述土壤水分运动特征参数异质性研究的取样方法,并对土壤水分运动特征参数异质性的影响因素做简要分析。     

层状土垂直一维入渗土壤水分运动数值模拟与验证

[目的]为进一步认识层状土垂直一维入渗土壤水分运动规律。[方法]依据非饱和土壤水分运动理论,建立了垂直一维土壤饱和—非饱和水分运动的数学模型,并用SWMS-2D软件进行求解。采用已有文献资料,对均质土和层状土的土壤剖面含水率、土壤湿润锋运移值和累积入渗量及入渗速率等指标的实测值与模拟值进行分析验证。[结果]实测值与模拟值具有较好的一致性,所提出的数学模型既适用于均质土壤,也适用于层状土壤。[结论]所建模型能比较真实地反映均质土和层状土垂直一维入渗土壤水分运动的状况,证明利用SWMS-2D软件对层状土柱中土壤水分运动进行模拟具有可行性。     

利用放射性同位素131I研究砂土的释水性

土壤释水性,即土壤释放重力水的能力,在制定盐碱土改良措施时,应作为一个重要的土壤因素来考虑,因为它决定着土壤的储水及排水能力,并因此而影响着排水洗盐的速度和效果,所以土壤释水性的研究在理论上和生产上都有重要意义。     

植穴控制体对盐渍土水分运移的影响

该研究旨在探讨以植穴控制体作为调控水分运移的基本单元,以提高盐渍土造林成效及土地使用价值。结合土柱微宇宙试验控制技术,选取植穴控制体（PHCB）的结构因子（木本植物、植穴袋材料、覆膜材料配比、填充材料配比及填料厚度）和环境因子（地下水矿化度、土壤质地、补水量）为影响因素,设计U12(12×43×34)的混合均匀试验。经回归分析筛选出PHCB最佳结构设计参数,建立植穴控制体结构因子和环境因子与含水率间关系的预测方程。分析结果显示：当每次补水量达到5.06 mm,土壤质地为轻黏土的环境条件下,木本植物选择紫叶李、植穴袋材料为麻布、PVA（polyvinyl alcohol）/VAE（vinyl acetate-ethylene copolymer emulsion）/蒙脱石的体积比按100︰20︰10配制成覆膜材料,秸秆、枯枝落叶和木屑以质量比1︰1︰2混合制成填料,可使植穴袋内的土壤含水率提高48.83%。而环境因子的地下水矿化度及结构因子填料厚度对植穴内水分运移的影响均不显著。PHCB可以有效调控盐渍土水分运移过程,是一种盐渍土生态修复方法。     

多因素影响下土壤上升毛管水运动特性HYDRUS模拟及验证

基于饱和—非饱和土壤水分运动理论,通过HYDRUS-1D软件对多因素作用下的土壤上升毛管水运动进行模拟,研究土壤容重、黏粒含量、初始含水率、地下水埋深和时间5个因素对上升毛管水运动特性的影响。分别建立上升毛管水补给量和毛管水上升高度与各影响因素之间经验模型,其均方根误差均为0.003 cm,相关系数均大于0.99,决定系数均大于0.98(P0.01),计算值与实测值相对误差均小于11.25%。各影响因素对上升毛管水补给量的影响程度由大到小依次为时间、土壤容重、初始含水率、黏粒含量、地下水埋深,对毛管水上升高度的影响程度由大到小依次为时间、初始含水率、黏粒含量、土壤容重、地下水埋深。采用截距为0的线性函数对毛管水上升高度与上升毛管水补给量之间的关系曲线进行拟合,其决定系数均在0.96以上,表明其两者之间呈显著线性关系。该研究成果可为制定灌溉和排水以及盐碱地改良等措施提供理论依据。