耦合干空气机制的黄土水热运移过程模拟——以山地苹果园为例

黄土疏松多孔,气相占比较高,但是土壤干空气过程如何影响黄土水热运移尚不清楚。采用考虑土壤水-汽-热-气耦合的STEMMUS(Simultaneous Transfer of Energy,Mass and Momentum in Unsaturated Soil)模型,以黄土丘陵区苹果园为例,探讨土壤干空气对黄土土壤水热运移的影响。结果表明:(1)该模型可以较好地模拟果园土壤水热动态过程。通过优化土壤水力参数,STEMMUS模型在率定期与验证期模拟土壤水分的归一化均方根误差介于4.7%～30.0%,一致性指数介于0.83～0.96,模拟土壤温度的归一化均方根误差介于0.1%～9.9%,一致性指数介于0.76～0.99。(2)STEMMUS模型中考虑干空气机制的二相耦合模型模拟值较未考虑干空气机制的单相模型与实测值更为接近。降雨1d过后,耦合模型剖面土壤含水率增量明显小于单相模型,耦合模型的归一化均方根误差为0.07%,一致性指数介于0.93～0.97,单相模型的归一化均方根误差介于0.06%～0.2%,一致性指数介于0.95～0.96,鉴于该地区有压入渗等现象,耦合模型能更好反映实际土壤水分的运移过程。     

太行山前平原典型灌溉农田深层土壤水分动态

该文针对70年代以来太行山前平原典型灌溉农田地下水位普遍下降的问题,通过分析中国科学院栾城农业生态系统试验站连续3 a的农田土壤水分观测资料,探讨了山前平原典型灌溉农田0~800 cm深土壤水势变化规律和0~1 540 cm深土壤水分含量变化规律。结果表明:土壤水分动态自上向下具有明显的分带性,0~800 cm土壤层水分动态可分为3层:0~200 cm为入渗-蒸发交替变动带(水分增长和消退的较快,土壤含水率变化范围为0.14~0.47 cm3/cm3,基质势变化范围为-628.21~0 cm,200~600 cm为非稳定入渗带(土壤含水率变化范围为0.04~0.41 cm3/cm3,基质势变化范围为-311.79~0 cm,土壤水势梯度有一定变化范围在0.1~5.61 cm/cm之间),600~800 cm为相对稳定入渗带(土壤含水率在0.03~0.35 cm3/cm3之间变化,基质势变化范围为-138.18~-45.57 cm,土壤水势梯度在单位势梯度左右浮动)。在土壤质地和土壤含水率(维持在田间持水量水平)的影响下,深层土壤层的湿润锋运动速率较快(0.13 m/d),表明地下含水层会迅速地响应地表水分输入(降水和灌溉)。结果可为太行山前平原典型灌溉农田地下水分及可持续利用提供科学依据。     

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。     

金沙江干热河谷微地形改造对土壤水分运动参数的影响研究

以云南元谋干热河谷典型坡面上改造后的微地形为研究对象,对集中降雨条件下的土壤水分进行动态监测,运用土壤水分动力学原理和水量平衡原理,分析计算改造微地形的土壤水分特征曲线,土壤水分通量、导水率和扩散率.结果表明:微地形改造后,强化了降雨的入渗,水平沟整地和水平台整地分别能将89%和83%的降雨转化为土壤水分,而自然坡面只有22%的天然降雨转化为土壤水分,集中降雨后,土壤水分以垂直人渗为主,土壤水分以零通量面为界,在零通量面以上水分向上运动.零通量面以下向下运动,改造后微地形土壤水分运移动速度明显增大,最大运移速度大约为15～17 cm/d,但随着坡度增加.土壤水分的侧向损失有所增加,在集中降雨条件下,水平台、水平沟整地后能使拦截的降雨在0-200 cm土层范围进行分配,且缓坡上的水平台能使100 cm以下的土壤水分得到明显改善,而自然坡面人渗的水分主要在0-100 cm范围分配,且改善土壤水分效果不好,100 cm以下土层,降雨后土壤水分仍维持在较低水平.     

黄土丘陵枣林非生育期土壤水分 损失及其剖面气态水分析

针对黄土丘陵半干旱区枣林地土壤干化缺水严重的现象,利用2012—2015年土壤水分、温度等实测数据,分析枣林土壤水分损失的运动规律及其机理。结果表明:休眠期是枣林地土壤水分损失十分严重的阶段,0—200cm土层土壤水分损失量达到85.64~92.34mm,大约是同期降雨量的2倍。蒸发是休眠期土壤水分损失的主体。在垂直剖面上,休眠期土壤水分损失自上而下呈现减少趋势,土壤水分由地下向上运移,最终在近地表以气态水形式散失到大气。土壤气态水运动的活跃层在0—11cm土层间,最大深度为540cm。受温度、相对湿度等因素的影响,土壤气态水通量随土壤深度增加而减少。     

晋西黄土区雨养果园土壤水分动态及对降雨的响应

通过对晋西黄土区雨养苹果园土壤水分进行连续定位观测,研究土壤水分的动态规律及其对降雨的响应。结果表明:春季土壤含水率变化幅度不大,CV在0.02~0.27范围内波动;雨季降雨增多,0-170cm土层CV均大于0.2;冬季土壤表层蒸发强烈,0-60cm土层CV均大于0.1,而60cm以下土壤水分能够继续向下运移,180-190cm土层CV为0.11。2011年苹果园土壤水分亏缺度为30.89%~58.68%,补偿度为3.88%~57.37%,降雨能够补充0-70cm土层的土壤亏缺量,但是深层土壤一直处于亏缺状态,需要科学合理的管理措施防治山地雨养果园的缺水问题。果园0-10cm的土壤含水率对降雨的响应极其明显,能够有效反映出土壤水分对降雨的响应特征,随着土壤深度的增加,土壤含水率对降雨的响应逐层滞后并且减弱。     

黄土高原不同树龄苹果园土壤水分及硝态氮剖面特征

为揭示黄土高原农田转变为苹果园后土壤水分及硝态氮剖面变化特征,以洛川县为研究区,采集农田(对照)和8,17,25年苹果园共40个0-600 cm剖面土样,分析土壤水分、NO3--N浓度及其储量。结果表明:与农田相比,8年苹果园0-600 cm土壤水分含量及贮水量偏高(旧县镇)或相当(槐柏镇),而NO3--N浓度及其累积量则没有显著差异;17,25年苹果园0-600 cm土层贮水量则显著降低(P<0.05),分别下降150,230 mm,且该差异主要与300 cm以下土层水分变化有关;0-500 cm土层NO3--N浓度随苹果种植年限显著增加,17,25年苹果园0-600 cm土层NO3--N累积量分别为6 830,8 370 kg/hm2,二者显著高于农田(695 kg/hm2)和8年果园(440 kg/hm2)。综合可知,农田转变为苹果园这一土地利用方式变化可导致深层土壤水分亏缺(>300 cm)和硝态氮累积,黄土高原大力发展苹果种植过程中应重视蓄水保墒及氮肥减施等措施。     

旱地地膜和秸秆双元覆盖栽培下小麦产量与水分效应

通过覆盖措施提高水分利用率对旱地农业生产具有重要意义。该文采用田间对比试验,研究了旱地冬小麦几种覆盖栽培下产量、水分利用率、土壤水分剖面和硝态氮的分布的差异。结果表明,地膜和秸秆双元覆盖模式下小麦籽粒产量比对照增产12.11%～17.65%,水分利用效率(WUE)比常规栽培提高7.2%～30.8%,土壤0～20 cm土层的含水量提高到12%～16%,硝态氮含量提高到4.70～10.17 mg/kg。地膜和秸秆双元覆盖模式能够显著的提高作物产量和水分利用率,并显著增加耕层土壤中水分含量和硝态氮含量,减轻了土壤剖面硝态氮的淋溶累积。     

基于表层水分信息的胶东樱桃园深层土壤水分估算研究

在樱桃生长旺期,利用Trime土壤水分速测系统测定的果园土壤水分,建立了土壤水分随深度的变化曲线,以及利用表层水分进行深层水分的预测模型.结果表明,0~90 cm范围内土壤水分变异幅度较大,0~90 cm以下土壤水分变异系数明显降低.除个别经验关系预测精度较差外,0~50 cm范围内各层与50 cm以下深层水分间的拟合效果较好,其相对误差均在4.7%内.利用0~50 cm水分进行深层水分预测,相对误差小于1%的占34.7%,介于1~3%的占55.6%,与其它0~50 cm内各层的预测误差相比明显偏低.因而     

陕北黄土丘陵区山地苹果园的土壤水分动态研究

掌握土壤水分特征是实现果园科学管理、有限雨水资源合理高效利用、保证果树高产优质的关键。以陕北米脂山地6年生红富士苹果园为研究对象,于2015年4月—2016年6月采用FDR、中子水分仪和烘干法相结合的土壤水分监测方法,分析了山地苹果园的土壤水分总体特征、单株不同位点的水分动态以及不同旱作措施(秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨、有机肥覆盖)的土壤水分环境效应。结果表明:陕北山地果园时段干旱严重,最严重的为苹果树新梢生长和幼果发育期;春季土壤干旱程度取决于上年入冬前土壤储水量高低。果园0~60 cm土层(根系分布集中层)水分随降雨量而变化,表现为较一致的季节变化特征;土壤水分的变化滞后于降雨变化,且降雨对土壤水分的影响随土层加深而减弱,100 cm深土层受降雨影响减弱,土壤剖面200 cm以下土层土壤含水量保持相对稳定。6年生山地苹果园土壤已经出现干化现象,且在90~300 cm存在明显的低湿层,土壤体积含水量常年处在12%以下。苹果树单株尺度范围内,土壤含水量随距树干距离增加单调递增;土壤水分的平均值处在距树干105 cm处;沿行向距树干不同距离位点的土壤含水量显著高于沿株向距树干等距离位点的含水量(P0.05)。秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨和有机肥覆盖措施相较于空白对照(不覆盖、不灌溉)均能有效改善土壤水分环境,缓解果树生育期内水分供需矛盾,其中起垄覆膜垄沟集雨措施的保墒效果最佳,建议陕北黄土丘陵区山地雨养苹果园采用起垄覆膜垄沟集雨的保墒措施。     

慈溪市土壤系统分类研究

本文对浙江省慈溪市第二次土壤普查土壤分类系统进行了修订,并建立了慈溪市土壤系统分类,依据浙江省土系建立的原则和要求,初步建立了慈溪市土壤的土族和土系。     

土壤动物在农业生态系统中的研究进展

近些年来随着对生态学的深入研究,人们认识到土壤动物的群落结构、功能以及在生态过程中积极的不可替代的作用,土壤动物逐渐成为生态学研究的热点之一。本文分析评价了国内关于土壤动物的研究进展。同时对国外土壤动物在土壤环境评价、凋落物分解、土壤健康的指示作用、与污染环境的关系、二氧化碳浓度对其的影响、在农业生态系统中的作用、在城市生态系统研究中的作用、在废弃物处理及土壤改良中的应用、在N循环中的作用、湿地土壤动物研究等10个方面的研究动态进行了综述。并提出了对土壤动物研究工作的几点建议。     

土壤时空变化研究的进展与未来

理解和表征土壤的时空变化是土壤学的基本任务,也是评估和合理发挥土壤功能的重要前提。土壤的时空变化与气候环境变迁、岩石圈风化、地表物质迁移、生物地球化学循环等圈层变化过程相耦合。围绕土壤时空变化研究的新近进展,本文综述并展望了土壤形成和演变过程、土壤形态学、土壤调查、土壤分类、数字土壤制图与土壤退化的发展态势。未来土壤时空变化研究的关键科学问题主要包括:地球表层系统中土壤与环境要素之间的多过程耦合机理与模拟、多尺度土壤-环境关系与模拟、多元土壤信息的融合机理与数据同化。未来重点研究领域将涉及到关键带科学引领的土壤形成和演变研究、多尺度数字土壤制图与时空变化预测、基于多传感器的土壤综合观测原理与技术、完整和详尽的国家和全球土壤资源清单及共享平台建设、区域土壤资源退化机理及其功能恢复。     

四种土壤管理方式对李园土壤微生物和土壤酶的影响

通过2003~2004两年的试验发现,刈割覆盖、刈割压埋、畜粪还园三处理纤维分解菌和硅酸盐细菌的数量均明显高于清耕处理(对照),且两种微生物数量均以夏季最多,秋季次之,春季再次,冬季最少。前三处理蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、纤维分解酶、多酚氧化酶的酶活性都较清耕有显著或极显著提高;各处理酶活性也以夏季最高、秋季次之,春季再次,冬季最低。2004年刈割覆盖、刈割压埋两处理蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性较2003年有显著或极显著增加,畜粪还园、清耕两处理三种酶活性两年间差异很小。经相关性分析还发现,纤维分解菌除与脲酶相关性不显著外,它与其余的酶均显著或极显著正相关;硅酸盐细菌与所有的酶均极显著正相关。     

城市化过程对土壤资源影响研究进展

世界范围内的快速城市化过程对土壤资源的质与量都产生了深刻影响.作为一种不可再生性自然资源,土壤在我国快速城市化过程中的强烈人为活动影响下发生功能上的转化、弱化甚至消失.城市及其周边地区的土壤景观、各种土壤过程都明显异于传统的土壤质量演变规律.与农业生态系统相比,城市生态系统更加复杂,城市化过程中土壤演变研究的挑战性也更大.深入开展城市化过程中土壤质、量响应及其生态环境效应的系统研究意义重大.     

湖南省典型农田土壤养分现状及近30年变化趋势

通过文献资料分析及实地调查和采样,对比研究了湖南省典型农田土壤的肥力状况及近30年变化趋势.结果表明:湖南省典型农田当前0 ～ 20 cm 和20 ～ 100 cm土壤有机质平均含量为30.43 g/kg和11.91g/kg,全氮平均含量为1.79 g/kg和0.82 g/kg,全磷平均含量为0.56 g/kg和0.44 g/kg,全钾平均含量为17.13 g/kg和17.17 g/kg.与第二次土壤普查结果比较:除20 ～ 100 cm土壤层次有机质和碱解氮含量呈下降趋势外,其他层次有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾等土壤养分指标呈显著增加趋势.0～20 cm土壤有酸化趋势.     

分形理论在土壤肥力研究中的应用与前景

分形理论的提出对于定量描述复杂的、高度不规则的系统特征与机理提供了方法.本文从土壤腐殖质、土壤微生物、土壤团聚体等方面回顾了分形理论在土壤肥力研究中的主要结果:土壤腐殖质胶体在不同条件下形成不同分形特征的聚合物;同一种微生物可能形成具有不同分形特征的结构;土壤中的有机无机胶体在不同条件下凝聚成不同的团聚体,从而形成不同的土壤结构并对其肥力功能产生影响.我们认为分形理论在探索土壤的形成过程和肥力功能上将具有重要的应用前景:如团粒结构体的形成可能是由土壤胶体分形凝聚而成;土壤中的活性有机质有逐渐老化的现象,可能和腐殖质胶体由结构疏松的分形结构向普通团聚体过渡的过程有关;土壤微生物在不同微环境下具有不同的分形特征,可以推测在各种土壤过程(包括物理、化学以及生物化学过程)中它们的功能也可能是不一样的.此外,土壤结构的开放程度决定孔隙、水分以及空气的分布,从而决定了微生物的生存空间.所以土壤结构体对微生物空间分布的影响也是将来该领域值得研究的内容之一.     

土壤退化时间序列的构建及其在我国土壤退化研究中的意义

我国土壤退化发生广、发展快,后果严重,很多问题亟待解决,加大其研究力度势在必行。显而易见,人们对土壤特性与土壤退化过程了解得越详细,对土壤退化的评估与防治也会越好。因此迫切需要建立大量土壤退化时间序列来明确土壤退化过程中时间因素的作用并帮助人们正确理解和认识土壤退化与人为作用之间的关系。为了得到可靠的结果,土壤退化时间序列的建立需包括起始土壤相似性判定与退化土壤绝对或相对年龄的验证两个重要过程。本文详细论述了土壤退化时间序列的构建过程及应注意的问题,并探讨了土壤时间序列在我国土壤退化研究中的意义,旨在为土壤退化时间序列的正确建立与应用提供较为详尽的参考。     

Spatio-temporal variation of anisotropy of saturated hydraulic conductivity in a tilled sandy loam soil

Knowledge on anisotropy of saturated hydraulic conductivity can improve the understanding of transport phenomena in soil. We hypothesized that saturated hydraulic conductivity (K_s) in the upper part of the root zone of an agricultural sandy loam soil was anisotropic at different soil depths and times after tillage. K_s was measured on undisturbed 100 cm³ core samples taken in the horizontal and vertical directions in up to four soil layers (Surf: surface layer (0–5 cm); Top: topsoil (10–15 cm); Trans: transition layer between topsoil and subsoil; Sub: subsoil (40–60 cm)) 1, 8 and 32 months, respectively, after mouldboard ploughing and drilling. The ratio between estimated geometric mean values for K_s in the vertical and the horizontal directions (K_ms,v/K_ms,h) was used to test the hypotheses. A total of 669 soil samples were analysed.K_ms,v/K_ms,h varied with time after tillage and between soil layers. One month after ploughing, K_ms,v/K_ms,h was <0.23 (P = 0.975) in the Trans layer with an average value of 0.084, i.e. K_ms,h was 12 times larger than K_ms,v. Anisotropy could not be documented in this layer 8 or 32 months after ploughing, i.e. K_ms,v/K_ms,h was not significantly different from 1.0. For the Surf and Top layers 32 months after ploughing, K_ms,v/K_ms,h was in the intervals 1.4–50 and 3.1–77, respectively, (P = 0.95) with average values of 8.4 and 15, respectively. Thus, K_ms,v was 8.4 respectively 15 times larger than K_ms,h in the two layers. Anisotropy was not found in these layers 1 or 8 months after tillage. Strong anisotropy was found in the Sub layer with K_ms,v/K_ms,h averaging to 14 and 32, respectively, 8 and 32 months after tillage. K_ms,v and K_ms,h generally decreased with time in the Surf, Top and Trans layers, except in the vertical direction in the Top layer between 8 and 32 months after ploughing, and in the Trans layer between 1 and 8 months after ploughing. Overall, the geometric means of K_s varied between 10^−4.0 and 10^−7.1 m s⁻¹.The results may reflect systematic effects of soil settlement and drying/wetting phenomena coupled with biological activity and the existence of stable, vertically oriented biopores in the subsoil. It appears to be necessary to consider anisotropy of K_s and its variation in the analysis and modelling of water flow and chemical transport in agricultural soils, particularly to explain heterogeneous flow phenomena at the plot and field scales.     

矿区复垦土壤养分变化趋势研究

系统研究了孝义露天铝矿不同复垦年限的土壤养分变化 ,结果表明 :随着复垦年限的增加 ,复垦土壤有机质、全氮、有效磷均呈逐年增加趋势 ,土壤容重逐年下降 ,土壤全磷、全钾、速效钾、土壤 pH、交换量和Cu、Zn、B、Mn、Fe等微量元素的有效态含量变化不明显。研究证明通过种植牧草和大量施用有机肥和化肥 ,可加速复垦土壤的熟化、土壤理化性状逐年改善 ,土壤生产力逐年提高。