黔中喀斯特地区5种林型冬季土壤呼吸研究

以黔中喀斯特地区的柏木林、灌木林、阔叶混交林、针阔混交林和马尾松林5种林型为对象,采用LI-6400-09便携式土壤呼吸叶室对其冬季土壤呼吸速率进行了测定和分析.结果表明,土壤呼吸速率的日变化幅度大小因林型和月份而存在差异,以灌木林2月份的土壤呼吸日变幅最大1.65～2.37μmol/(m2·s),以柏木林12月的土壤呼吸日变幅最小0.41～0.53μmol/(m2·s),大部分林地不同月份最大土壤呼吸速率是最小土壤呼吸速率的1.2～1.5倍;5种林型的土壤呼吸速率基本表现为1月＜12月＜2月,最大土壤呼吸速率是最小土壤呼吸速率的1.46～2.85倍,且同一林型不同月份间和不同林型同一月份间的土壤呼吸速率差异显著;几种林型的冬季土壤呼吸速率均与5,10和15 cm处土温都呈较高的指数正相关;各林型的土壤呼吸速率与各土层的土壤体积含水率的关系较复杂;凋落物层对土壤呼吸的贡献率均表现为1月＜2月＜12月,占土壤总呼吸速率的比重为6%～36%.     

滴灌条件下水土温度对覆砂土壤水热运移影响的数值模拟

为探究滴灌条件下水温与土温对覆砂土壤水热运移规律的影响,基于HYDRUS-2D构建了不同水土温度土壤水热运移数值模型,模拟分析了不同水土温度对覆砂土壤水分、温度动态变化的影响。结果表明:灌溉水温对土壤水热分布影响显著,随着温度升高,土壤湿润体内含水率减小,表现为35℃水温20℃水温5℃水温,灌溉水温对土壤剖面温度分布也有较大影响,表层0—15 cm范围内温度变化了5～10℃。相同水温条件下,随着土壤温度升高,土壤饱和导水率增大,湿润土体内体积含水率减小,表现为30℃土壤温度15℃土壤温度5℃土壤温度。滴灌水平和垂直湿润锋运移距离随温度升高而增大,湿润锋运移距离与时间符合幂函数F=at~b,决定系数R~2介于0.977 4～0.999 6,并建立了水平和垂直湿润锋运移距离与入渗时间和温度的关系模型。以期为西北干旱地区砂石覆盖生态农业的合理补灌提供理论指导。     

灌溉排水耦合调控稻田水分转化关系

该文利用装配有地下水位自动控制系统的蒸渗仪,分析节水灌溉与旱地控制排水技术耦合调控对于稻田水分转化关系的影响。结果表明,灌排耦合调控在小幅减少水稻产量的同时,显著减少了稻田灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量,最终显著增加了水稻水分生产效率。与常规灌排稻田相比,灌排耦合调控稻田水稻产量减少1.9%,灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量分别显著减少41.7%、49.9%及24.9%,水分生产效率增加30.5%。随着控灌稻田排水控制限的提高,稻田灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量减少,水稻产量保持稳定,使得水稻水分生产效率进一步增加。提高控灌稻田的排水控制限,减缓了稻田土壤水分的衰退速度,并增加稻田地下水位低于排水控制限的比例,稻田灌溉次数与发生地下排水的时段均减少,使得控灌稻田灌溉水量与地下排水量下降,两者综合作用下控灌稻田水稻蒸发蒸腾量减少。在采用控制灌溉模式的基础上,适当提高稻田排水控制限,可以较好地实现水稻生产中水分的高效利用,研究结果可为优化稻田水管理模式提供依据。     

水稻节水高产灌溉模式及土壤水分能量调控标准研究

根据土壤—植物—大气连续系统原理，1989～1998年在沈阳农业大学灌溉试验场通过盆载、蒸渗仪、小区及大田进行试验，分析了水稻的需要水规律及稻田土壤水分能量的变化特点，论述了土壤水分状况与水稻腾发强度之间的关系、不同灌模式对水稻腾发量的调控作用以及水分胁迫对水稻产量的影响，提出了水稻节水高产灌溉模式和土壤水分能量调控标准。     

上海地区农田土壤有效硅含量状况及水稻施硅效应研究

本文应用控制灌溉理论研究了控制灌溉及淋洗条件下稻田土壤的盐分动态,分析了控灌 淋洗水的节水增产及抑盐效率。研究结果表明在宁夏引黄灌区进行控制灌溉的节水抑盐效果明显。应用控制灌溉技术进行该区灌溉将明显提高淡水资源的利用效率。     

夏玉米-冬小麦轮作期土壤呼吸的温度敏感性分析

研究土壤呼吸和温度敏感性(Q_(10))的季节变化对丰富农田土壤的碳循环理论具有重要理论和现实意义。采用动态密闭气室法于2018年6月-2019年6月连续监测北京夏玉米-冬小麦轮作期间农田土壤呼吸速率,研究不同作物生育期Q_(10)值和土壤呼吸变化特征,综合分析土壤温度和土壤含水率对土壤呼吸的影响。结果表明:日内尺度上不同作物生育期土壤呼吸变化均呈单峰型,对土壤温度昼夜变化的响应关系呈顺时针近椭圆曲线;Q_(10)具有明显的季节变化特征,夏玉米苗期、拔节-抽雄、开花-成熟3个时期Q_(10)分别为2.27、6.13、1.28,在整个夏玉米季,土壤体积含水率在19.52%～45.43%变化,水分解释了50%的土壤呼吸变化(P0.05),临界值土壤体积含水率为27.84%(田间持水量的83.83%),土壤温度只能解释夏玉米季土壤呼吸速率变化的3%(P0.05),Q_(10)为1.29。冬小麦出苗-分蘖期、越冬期、返青-拔节期、孕穗-抽穗期、开花-成熟期Q_(10)分别为4.17、8.41、6.57、2.53、1.92,与土壤温度呈显著负相关关系(P0.05),温度能够解释冬小麦季土壤呼吸变化的88%(P0.01),Q_(10)为2.50。在整个轮作周年,土壤温度和土壤含水率分别解释54%(P0.01)、28%(P0.05)的土壤呼吸变化,周年尺度的Q_(10)为1.72。可见,在气候变化背景下,使用Q_(10)预测土壤呼吸需采用合适的时间尺度,同时注意土壤水分对Q_(10)模型适用性的影响。     

干旱区灌溉及施肥措施下棉田土壤的呼吸特征

为探讨干旱区不同灌溉方式及施肥措施对棉田土壤呼吸速率的影响及其与水热的关系,在新疆绿洲农田棉花生长季设滴灌和漫灌2种灌溉方式,每种灌溉方式设有机肥(OM)、氮磷钾化肥(NPK)、氮磷钾化肥与有机肥配施(NPK+OM)3种施肥处理,以不施肥处理为对照(CK),对不同灌溉方式及施肥措施下土壤呼吸速率及土壤温度、土壤含水率进行了测定和分析。结果表明,不同灌溉方式及施肥措施下,棉田土壤呼吸速率具有明显的季节变化特征,在7月中旬达到峰值,10月中旬降至最低;日变化呈单峰曲线,盛花期峰值出现在15:00～17:00,盛铃期峰值均出现在15:00,最低值均出现在04:00。滴灌各施肥处理平均土壤呼吸速率显著大于漫灌,施肥处理间平均土壤呼吸速率大小顺序为(NPK+OM)>OM>CK>NPK,灌溉与施肥互作条件下,滴灌方式下NPK+OM处理平均土壤呼吸速率最大。滴灌和漫灌方式下各施肥处理的温度敏感性系数(Q10值)平均值分别为2.03和2.43,不同年份漫灌Q10值均大于滴灌。不同灌溉方式及施肥措施下,用复合方程预测土壤呼吸速率的准确性较高,R2值均在0.64～0.72。综合考虑土壤温度和土壤含水率对土壤呼吸速率的影响,能够提高区域土壤呼吸作用研究的准确性。     

沙坡头区直插式根灌条件下土壤水分变化分析

为提高沙坡头地区造林过程中的水分利用效率,制定最优化的灌溉制度,在宁夏中卫沙坡头自然保护区,两年生固沙梭梭(Haloxy lonammodendron)林展开直插式根灌节水试验,分析和模拟直插式根灌过程中土壤水分入渗和消退规律。结果表明:1)直插式根灌过程中,土壤含水量随灌水时间的变化符合Logistic曲线变化;停灌后,土壤水分消退规律符合幂函数模型变化。2)本试验条件下,不同土层土壤水分最大入渗速率依次为60 cm40 cm80 cm100 cm20 cm,达到最大入渗速率的时间40 cm土层最短,平均为1.22 h,100 cm土层最长,平均为4.57 h;1 m深土层土壤水分最大入渗速率平均为1.65%·h-1,达到最大入渗速率的时间平均为2.16 h。3)根据模拟结果,建议沙坡头区梭梭林直插式根灌灌溉周期为4 d左右,单次灌水时间以6~10 h为宜。4)停灌2 h后,各土层土壤含水量消退速率随土层深度增加而增大,停灌后48 h,各土层土壤水分消退速率基本为零;梭梭全生长期,1 m深土层土壤水分消退速率在结实期最大,为2.20%·h-1,休眠期最小,为1.31%·h-1。5)直插式根灌对20 cm土层土壤水分的影响最小,对60 cm土层土壤水分影响最大;灌溉过程中,土壤水分等值线以60 cm土层等值线为中心,向表层和深层土壤辐射状分布,灌后各土层平均土壤含水量,20 cm和60 cm土层与其他各土层之间差异显著(P0.05)。研究表明,直插式根灌的土壤水分入渗规律符合Logistic曲线变化,消退规律符合幂函数曲线变化,直插式根灌对20 cm土层土壤水分的影响最小,对60 cm土层土壤水分影响最大,沙坡头区梭梭林直插式根灌灌溉周期为4 d左右,单次灌水时间以6~10 h为宜。     

喀斯特峡谷不同植被类型土壤的呼吸及其温度敏感性

[目的]了解喀斯特地区植被恢复对土壤碳释放的影响,为精确估计区域土壤碳收支变化提供参考。[方法]以喀斯特峡谷地区典型植被类型(草地、稀灌草丛、灌丛和乔木林地)为研究对象,采用Li-8100便携式土壤呼吸仪对其土壤呼吸、土壤温度和土壤水分进行定位连续观测,系统研究土壤温度(T)和土壤湿度(W)对土壤呼吸速率(Rs)的影响。[结果](1)草地、稀灌草丛、灌丛和乔木林4种植被类型土壤呼吸均呈单峰型季节动态,土壤呼吸速率的最大值均出现在夏季,最小值出现在冬季,其土壤呼吸速率变化范围分别为0.73~1.21,1.20~1.48,1.54~2.41,1.86~2.95μmol/(m2·s);观测期内,土壤呼吸速率均值分别为1.65,2.76,2.45,3.43μmol/(m2·s)。(2)土壤温度是影响土壤呼吸速率的主导因素,单因素指数模型显示土壤温度对土壤呼吸速率变化的解释能力为72.37%;三次项模型表明土壤水分的贡献率为43.9%。双因素关系模型较好地反映了土壤温度、湿度对土壤呼吸的影响,二者可共同解释土壤呼吸变化的81.5%~91.2%。(3)土壤呼吸的温度敏感性指数Q10值与土壤温度和湿度均呈显著负相关(p0.05)。[结论]4种植被类型土壤呼吸及其温度敏感性同时受土壤温度和水分影响,当土壤含水量过低或过高时,土壤温度的主导作用相对减弱,土壤湿度的影响作用加强。     

水分亏缺程度对变量灌溉水分传感器埋设位置预判的影响

基于土壤黏粒含量遴选可代表平均土壤含水率的点位,是确定变量灌溉系统土壤水分传感器网络埋设位置的重要方法。为了评估水分亏缺程度对传感器埋设位置的影响,该研究通过在不同土壤可利用水量管理区内设置不同的水分亏缺灌溉处理,基于土壤含水率时间稳定性原理,分析了水分亏缺程度和土壤性质对冬小麦主要根系层内土壤含水率空间分布结构相似性和直接代表平均土壤含水率点位的影响。结果表明,受土壤性质和水分亏缺程度的影响,在土壤砂粒含量随土层深度增加而增大的1区,土壤含水率空间分布结构相似性仅在2016年的雨养处理达到了显著水平(P0.05),而在土壤剖面质地均匀的2区,2016年的雨养和高、中、低水分亏缺处理和2017年的中、低水分亏缺处理均达到了显著水平(P0.05)。在冬小麦主要根系层内,不同土壤性质管理区直接代表平均土壤含水率点位占总测点数的比例基本相等。受水分亏缺程度的影响,1区直接代表平均土壤含水率的测点比例随水分亏缺程度减小而增加,2区则呈先减小后略有增加趋势。除2016年高水分亏缺处理外,0~0.2、0.2~0.4、0.4~0.6 m土层代表平均土壤含水率点位的黏粒含量与该土层平均黏粒含量之间均存在显著的线性关系(P0.05),2 a拟合系数变化范围为0.66~1.03,且2017年拟合系数随土壤水分亏缺程度增加呈增大趋势。因此,在砂壤土地块变量灌溉管理区内,基于管理区平均土壤黏粒含量进行土壤水分传感器埋设位置遴选时,需根据拟采用的水分亏缺管理模式对拟合系数进行修正。     

田块和小区尺度下节水灌溉稻田腾发量差异分析

为了揭示节水灌溉稻田腾发量在不同尺度间的差异,基于田间实测数据,对比分析了节水灌溉田块尺度与小区尺度间稻田腾发量的差异性。结果表明,节水灌溉水稻整个生育期不同尺度腾发量间存在显著差异,田块尺度的总腾发量比小区尺度小18.7%。各生育期稻田腾发量尺度间差异显著(P0.05),不同时段(旬、候)稻田腾发量尺度间差异极显著(P0.01)。节水灌溉条件下稻田下垫面状况、大气湍流状况、灌溉补水过程、土壤水分状况以及气象因子是造成不同尺度稻田腾发量差异的主要原因。气象因子中空气相对湿度和气温造成了尺度间腾发量差异的变化。稻田腾发量尺度差异的揭示可为稻田腾发量在尺度间的转换提供依据。     

大棚种植川贝母分区变量灌溉系统研制

名贵中药材川贝母喜湿、怕高湿特性成为人工灌溉的难点,智能化精准灌溉系统可实现川贝母按需节水灌溉。该研究开发了基于无线传感器网络的川贝母分区变量灌溉系统。在人工种植试验过程中,采用电容法和土壤水分测定仪获得了川贝母生长需水及灌溉用水数据,建立了川贝母生长含水率模型和灌溉含水率模型。为了实现川贝母分区变量灌溉,建立了灌溉模糊控制决策模型,该模糊控制器为双输入单输出结构,利用遗传算法优化模糊控制量化因子、比例因子、模糊控制规则和隶属函数,实现遗传算法优化的模糊控制对川贝母灌用水进行精确决策和川贝母分区变量灌溉。在川贝母种植大棚内应用了该分区变量灌溉技术和系统,结果表明,模糊控制决策的灌溉有一定节水效果,遗传算法优化后的模糊控制每次灌溉用水主要分布在5%～7%,灌溉用水有明显下降。特定种植密度下灌溉用水结果表明,优化后川贝母变量灌溉误差能控制在±5%附近,满足川贝母按需灌溉需求,分区变量灌溉效果明显;随川贝母种植密度增加,所需灌溉用水也增大,基本呈线性关系（R2=0.975）;川贝母分区变量灌溉节水率与种植密度比之间呈抛物线关系,最佳节水在标准种植密度附近,年节水率大于27.6%。该研究可为川贝母种植密度和灌溉节水提供参考和技术支持。     

适宜节水灌溉模式抑制寒地稻田N_2O排放增加水稻产量

2014年在大田试验条件下,设置控制灌溉、间歇灌溉、浅湿灌溉及淹灌4种水分管理模式,采用静态暗箱-气相色谱法田间观测寒地水稻生长季N2O排放特征,研究不同灌溉模式对寒地稻田N2O排放的影响及N2O排放对土壤环境要素的响应,同时测定水稻产量,以期为寒地稻田N2O排放特征研究提供对策。结果表明:不同灌溉模式下N2O排放的高峰均出现在水分交替频繁阶段,水稻生育阶段前期,各处理N2O排放都处于较低水平,泡田期几乎无N2O排放。与淹灌相比,间歇灌溉使N2O排放总量增加47.3%,控制灌溉和浅湿灌溉使N2O排放总量减少40.7%和39.6%。寒地稻田N2O排放通量与土壤硝态氮含量关系密切,与土壤10 cm温度显著相关(P0.05)。水稻生长期间各处理N2O排放顺序间歇灌溉淹灌,二者均显著高于浅湿灌溉和控制灌溉(P0.05)。各处理水稻产量以浅湿灌溉最低、其他方式差异不显著。可见,间歇灌溉有助于提高水稻产量,但会促进稻田N2O的排放。在综合考虑水稻产量及稻田温室效应的需求下,控制灌溉为最佳灌溉方式,应予以高度重视。该研究可为黑龙江寒地稻作区选择节水减排模式提供科学支撑。     

鄂北地区水稻适宜节水模式与节水潜力

研究作物需水规律、探寻适宜节水模式对缓解农业用水短缺十分重要。该文基于长渠灌溉试验站2009-2013年的水稻灌溉试验数据,分析了浅灌、中蓄、湿润3种传统灌溉模式下水稻的需水规律;运用率定后的ORYZA_V3模型模拟了30 a(1981-2010年)不同灌溉模式、不同灌溉下限以及不同灌水定额等多种情景下的水稻生长,对比分析了水稻各生育阶段腾发量、耗水量、灌溉定额、灌水次数、产量以及水分生产率在不同情景下的差异;通过模拟典型年不同受旱情景下的水稻生长,对比分析了各生育阶段不同受旱程度对水稻腾发量和产量的影响。结果表明:与浅灌模式相比,湿润模式下水稻年均产量增加2.7%、灌溉用水量减少4.2%;中蓄模式下水稻产量减少2.3%、灌溉用水量减少1.1%;湿润模式优于浅灌、中蓄模式。分蘖期的灌溉下限低于90%能减少水稻腾发量47%以上,其他阶段的灌溉下限低于70%时能减少水稻腾发量10%以上;拔节孕穗期和抽穗开花期受旱对产量的影响最大;综合考虑节水、降低田间管理难度、确保粮食产量等因素,提出了鄂北地区的适宜灌溉模式:蓄水深度为60 mm,返青期保持薄水层,黄熟期水层自然落干,拔节孕穗期、乳熟期可中度受旱(灌溉下限为饱和含水率的70%~80%),分蘖、抽穗开花期可轻度受旱(灌溉下限不能低于饱和含水率的80%);灌水定额为30~40 mm。该适宜灌溉模式可为鄂北地区至少可节水1.68亿m~3,具有巨大的节水潜力。研究结果对指导鄂北地区水稻灌溉用水和明晰节水重点具有重要意义。     

极端干旱区土壤呼吸对储水灌溉和冻融循环的响应

[目的] 揭示中国极端干旱区甘肃省石羊河流域储水灌溉与季节性冻融叠加作用下对土壤呼吸的影响,为进一步提高极端干旱区灌溉水资源利用效率和节约灌溉水源提供理论基础和技术支撑。[方法] 按照1 199.4 m³/hm²低灌溉定额分为灌水和非灌水处理,将冻融循环分为冻结期、冻融期和解冻期3个时间段,采用LI-8100土壤碳通量全自动测量系统对各处理地块的土壤呼吸速率进行观测与分析。[结果] 极端干旱区储水灌溉在季节性冻融作用下农田生态系统土壤呼吸速率增强,土壤碳排放量增加,农田生态系统碳循环被改变,有利于作物的生长和提高粮食产量。不同土地利用方式下土壤呼吸速率对水分和温度的响应程度不同。整个冻融过程中土壤呼吸速率呈现出：解冻期>冻结期>冻融期的规律。冻结期、冻融期和解冻期3个时期的土壤CO₂都表现为源,但在夜间极低温度时土壤CO₂由源转化为汇。[结论] 储水灌溉调控了整个冻融期土壤呼吸的过程,改变了极端干旱区农田生态系统的碳循环。在水分与季节性冻融叠加作用下,储水灌溉地块土壤呼吸速率相对未储水地块随温度的波动更为剧烈,但与温度的变化趋势一致,水分加剧了其随温度的波动。     

秸秆覆盖条件下水分亏缺对春青稞水分利用和产量的影响

提高水分利用效率对发展西藏高海拔地区节水农业至关重要。该文通过小区试验,研究了秸秆覆盖条件下春青稞不同生育期对水分亏缺程度的响应。试验处理包括全生育期充分灌溉处理(对照)以及苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期水分亏缺处理。结果表明,水分亏缺处理显著降低了春青稞耗水量和耗水强度(P0.05),且其减小程度随着亏缺程度的增加而增大。灌浆期水分亏缺对全生育期作物耗水量的影响最大,其轻、重度水分亏缺处理分别减少全生育期耗水量19.6%和24.2%;在水分亏缺处理下春青稞产量差异不显著。在试验条件下,不同水分亏缺没有导致减产,而水分利用效率提高4.64%~21.85%,节水4.96%~24.24%。当土壤水分下限控制在55%田间持水率时,对春青稞产量及构成没有产生显著不良影响且获得了较高的节水率,表明在西藏高海拔半干旱寒区,可以通过秸秆覆盖农田管理措施,使春青稞获得更大的节水空间。     

节水灌溉联动控制系统

为了节约农田灌溉用水,提高水资源利用效率,实现自动灌溉控制,该文采用自主设计的灌溉控制设备和墒情监测设备,通过GSM网络传输数据,设计了一套集墒情监测、灌溉控制和专家决策支持的节水灌溉联动控制系统。该系统由就地控制柜、数据采集系统和自动控制软件三部分组成,实现了土壤墒情实时监测、专家知识管理及根据不同作物、不同生育期需水参数等进行自动灌溉控制等功能。在示范区的应用证明,该系统稳定可靠、操作方便、可广泛应用于规模化种植、温室大棚、精细农业等领域,对节水农业的实施具有重要的现实意义。     

基于Penman-Monteith方程的节水灌溉稻田蒸散量模型

为利用Penman-Monteith方程直接计算非充分灌溉条件下的稻田蒸散量,该文根据国家“863”节水农业重大专项试验资料,在K-P表层阻抗模型修正研究基础上,提出改进的稻田蒸散量模拟模型。结果表明：根据土壤相对含水率修正后的K-P模型较好地模拟了水稻表层阻抗,且反映出不同土壤水分状况下表层阻抗的变化规律;采用改进的Penman-Monteith方程模拟水分胁迫条件下的稻田蒸散量后,误差从改进前的18.57%降低至10.84%,且对冠层未完全覆盖条件下的稻田蒸散量也具有较好的模拟效果;土壤含水率、空气温度和空气湿度是改进的Penman-Monteith方程最为敏感的因子,它们的准确观测对于提高模型的估算精度至关重要;模型回归系数（c1、c0）的变化对模型估算结果的影响较小。表明当某一特定作物的回归系数值确定后,改进的Penman-Monteith方程可应用于不同地区、不同灌溉模式下作物蒸发蒸腾量的估算。