从小尺度探讨苏打盐渍土的特征以及演变规律

在吉林省大安地区选取3个30m长的截面,探讨了松嫩平原西部苏打盐渍土发展规律。结果表明:松嫩平原西部的植被对土壤盐渍化发生和演化具有举足轻重的作用。植被一旦被破坏,在相距3-5m的微域尺度内地势相对高差很小(相对高差为2-18cm),土壤剖面间的性质与结构却存在明显的差异,甚至局部地下水的化学特征也发生巨大的变化。植被破坏后,土壤表层的粘粒逐渐向下迁移和淀积,致使土壤结构恶化,同时盐分表聚使土壤由盐分含量较低、碱化程度较弱的盐化草甸土迅速向碱化度较重的浅位柱状碱土和白盖苏打碱土转化,最后发展成为成片的白盖苏打碱土,最终使整个区域的盐渍化程度不断加重。人类不合理利用是近年来松嫩平原盐渍化迅速发展的重要原因;保护已有的植被和恢复被人类破坏的植被对遏制盐渍化的发展具有十分重要的意义。     

松嫩平原苏打盐渍土碱化特征与影响因素

松嫩平原盐渍土属内陆苏打盐渍型,盐分组成中以苏打(Na2CO3)和小苏打(NaHCO3)为主。该类型土壤兼有不同程度的盐化和碱化特征。在中重度苏打盐渍土的典型区域,选择了不同土壤剖面,测定计算了土壤pH、总碱度、碱化度(ESP)和钠吸附比(SAR)等主要碱化特征参数,并分析了这些参数在0-200cm土壤剖面上的变化特征。对苏打盐渍土碱化特征的形成因素进行了分析讨论。     

基于HYDRUS模型的暗管排水水盐运移模拟

为了探索暗管排水条件下膜下滴灌农田的水盐运移规律，本文设计了埋深1 m，间距4 m的暗管排水模型试验，研究分析灌水淋洗过程中土壤水分和盐分的动态变化规律，并利用HYDRUS模型对暗管排水条件下的水盐运移规律进行数值模拟分析与验证。结果表明：经过3次灌水淋洗后，表层0~20 cm土层内盐分含量下降至2 g·kg^-1，达到了非盐化土水平，20~60 cm土体内上层土壤脱盐效果高于下层，总盐分含量下降至8 g·kg^-1以下；经过实测值与模拟值的验证，土壤盐分和水分的均方根误差RMSE最大分别为0.632和1.324，决定系数R²最小分别为0.992和0.906，说明模拟结果与实测结果吻合度较好，HYDRUS模型能够较好地模拟暗管排水过程中水盐运移规律。通过模型模拟6次灌水（共90 d）后暗管排水条件下不同土层深度的水盐动态变化特征，模拟结果表明，0~40 cm土层内盐分含量下降至2 g·kg^-1，40~80 cm土层内盐分含量下降至4 g·kg^-1左右，基本达到轻度盐化水平；距离暗管不同间距处的土壤剖面盐分含量呈波动变化，距离暗管越远，土壤剖面含盐量越大，盐分含量在0~8 g·kg^-1范围内变化。     

冻融期膜下滴灌棉田土壤温度盐分迁移特征

采用大田试验与室内分析相结合的方式研究了冻融期气温、土壤温度及盐分间的相互作用关系。结果表明:外界气温对冻融期土壤温度的影响随深度的增加而减弱;土壤消融前,地温随深度呈现递增趋势,土壤消融后,地温呈现随深度增大而减小的趋势;冻融期相邻两土层间地温在0.01的置信水平下保持极显著相关性,其决定系数均在0.8以上,且随深度的增加,各土层地温的相关性减弱;试验区土壤冻融期长达120 d左右,最大冻土深度约为80 cm,至3月上旬土壤完全解冻;整个冻融期可分为冻结带发育阶段、稳定冻结阶段及消融三个阶段,且此三阶段地温与土层深度间关系均可用公式精确拟合;冻融期土壤剖面盐分呈现随深度增加先增大后减小的趋势;处于冻结带中的土壤盐分保持0.3%以内的较低水平,属于非盐化土;80~120 cm深度存在稳定积盐层,且其盐分值基本表现出中度及重度盐化土的特征。     

人工控制潜水位下苏打盐渍土水盐动态分析

土壤盐渍化是松嫩平原的主要生态环境问题之一。潜水埋深及矿化度对盐渍化的发生和盐渍土的水盐运移有着重要的影响。本文通过在"中国大安碱地生态试验站"进行野外定位实验,研究了人工控制潜水位下的土壤水盐动态,进一步探讨了不同潜水位下的苏打盐渍土水盐运移规律。通过对人工控制不同潜水位(1.0m、1.4m、1.8m、2.2m、2.5m)下苏打盐渍土土壤含水量和盐分在剖面深度和试验期间内的变化进行分析,发现:试验期间的土壤盐碱化程度较重;基本上地下水埋深越浅,土壤体积含水量在剖面中的变化越小;受降水和蒸发等因素的影响,深度80cm以上土壤体积含水量随深度变化幅度较大,深度40cm以上土壤含水量在整个试验期间(7月~10月)变化比较明显;土壤盐分和主要离子含量(Na+、HCO3-)在深度60或100cm处表现为最大值;且在降水和蒸发的共同作用下,试验期间(7、8、9月)土壤盐分和主要离子含量表现出高-低-高的变化趋势。     

基于主成分分析的宁夏银北地区龟裂碱土盐分特征研究

为探明宁夏银北地区龟裂碱土的盐分状况,并构建滴灌利用龟裂碱土过程中具有代表性和限制性的盐分特征因子,利用经典统计和主成分分析方法对龟裂碱土原状土剖面和滴灌利用下的土壤盐分特征进行了研究。结果表明,龟裂碱土剖面盐分离子含量总体呈现"T"字型分布,0~40 cm土壤SAR值较大,均高于15(mmol/L)0.5,土壤pH值9.5左右;Cl-和Na+是该土壤中最主要的阴阳离子;HCO3-含量在100 cm以下的土层中逐渐增加;土壤可溶性总盐(TSS)与Cl-和Na+的相关性较大,相关系数分别为0.967和0.910(P<0.01),TSS与饱和浸提液电导率(ECe)亦存在着显著的正相关(P<0.01);主成分分析表明影响土壤利用的4个主成分依次为土壤盐化状况、土壤结构状况、土壤碱化特征以及除Na+、Mg2+和Ca2+等离子之外的其它离子含量状况,其累积方差贡献率为87.18%。由此可见,在宁夏银北地区龟裂碱土具有干旱区盐碱土壤盐分表聚特征,在利用过程中仍需要首先降低土壤盐度,通过改变离子组成减小土壤碱度,改善土壤结构。     

秋灌对冻融期土壤水盐热时空变化规律影响及灌水效果评价

为探究河套灌区秋灌条件下冻融期土壤水盐热变化规律及其灌水效果,采用田间试验的方法,对秋灌前至土壤冻融结束期间温度变化下水盐运移规律及玉米播种前的土壤水盐热条件进行了研究分析。结果表明:冻融期各层土壤温度在各时段具有相同的变化趋势,土壤温度的变化直接影响到水盐的运移过程;冻结期在温度梯度作用下非冻结区水分向冻结区运移使得冻结区土壤含水率增加,平均增幅4.02%~18.18%;进入消融期后上层土壤出现返浆现象,0~10 cm土壤含水率平均较冻结期增加11.54%~111.15%;随着温度的升高,在水势梯度的作用下盐随水向表层运移出现春季返盐现象;秋灌后土壤盐分被淋洗到作物根系层以下,但还存在于田间,所以冻结期随着水分的上移,根系层以下盐分又被带到上层土壤中,各土层含盐量平均增幅11.19%~50.19%;消融结束后下层土壤由于消融水下渗,盐分随之向下运移,20~100 cm土层含盐量平均降幅15.71%~44.95%,呈现脱盐趋势。研究表明秋灌灌水定额为1 500 m3·hm-2播前土壤水、盐、热状况较适宜于灌区玉米覆膜沟灌种植模式。     

吉林省大安市苏打碱土盐化与碱化的关系

选择了76份苏打碱化土壤样品,对其各盐化与碱化指标进行了测定,分析了苏打碱化土壤盐化和碱化的关系.结果表明,土壤的碱化层和高含盐层出现在土壤中同一层次,因此该土壤盐化与碱化过程有密切联系.土壤含盐量与各碱化参数(ESP、SAR、总碱度、RSC和pH)均为正相关.土壤碱化度随含盐量的升高而增大,高盐分浓度对土壤碱化度的抑制作用,至少要在其浓度达到8.0 g/kg以上时才会出现.土壤中Na 、CO32-和HCO3-离子同各碱化参数之间均是极显著相关,同时Cl-离子与除pH外的各碱化参数极显著相关,这是该类型土壤兼有盐化和碱化特征的反映.统计分析表明,各盐分离子中Na 和CO32-离子对ESP的影响作用更大.     

阜康绿洲土壤盐渍化特征及其与肥力的相关性分析

本文以电导、可溶性总盐含量和pH作为指标,将阜康绿洲的盐渍化类型划分为9种,其中以强盐渍土和盐土为主,在纬度梯度上从南至北,即从洪积扇下部到沙漠按照中盐渍土-强盐渍土-盐土-强盐渍土-盐土-非盐渍土的顺序依次分布。而土壤含水率却是从洪积下部至扇缘溢出带逐渐升高,在细土平原地区差异较大,在沙漠中又迅速降低。通过土壤剖面中有机质、全量N、P、K和速效N、P、K的分析,结果表明阜康荒漠自然状态下土壤肥力很低,各养分含量在空间上呈现规律性的变化,在纬度梯度上逐渐升高又在沙漠中降低。通过水盐与土壤肥力的相关性分析,结果表明:有机质、全N、P和速P与含水率、电导、总盐均具有显著和极显著正相关,而与pH成负相关,但相关性不显著。由于盐生植物的多样性,在盐渍土和盐土土壤肥力并无显著降低,只是土壤溶液的高盐浓度限制了植物对养分的吸收,因此防止和治理土壤盐渍化是发挥土地生产潜力的重要手段。     

冻融对北疆盐碱地长期滴灌棉田土壤盐分的影响

为了解北疆积雪覆盖条件下,冻融作用对盐碱地膜下滴灌棉田土壤盐分分布及变化的影响。采用时空变异法,以连续应用膜下滴灌0、4、6、8、10、15 a 6块棉田初春土壤盐分的变化为例进行分析。结果表明,"冻层滞水"及积雪消融入渗对80~100cm深度土体中盐分具有天然淋洗作用,冻融前后土壤盐分分布呈"广口杯"状。4月5日至14日在水分(直接驱动力)运动影响下,60~80 cm土层含盐量降低,其中一部分随毛管水向上蒸发,滞留于0~40 cm土壤;另一部分受重力水作用向下淋洗,80 cm以下土层含盐量升高。滴灌0 a地块0~140 cm土体内储盐量为29 063.00 g,滴灌15 a后,降至5 778.86 g。冻融对盐分的淋洗作用在应用滴灌年限较短地块表现得相对明显,即土壤中含盐量越高,淋洗作用越显著;冻融后滴灌0 a棉田0~140 cm土体储盐量降低8 941.33 g,滴灌15 a棉田降低614.62 g。提出冻融循环对土壤中盐分的天然淋洗作用是北疆盐碱地长期膜下滴灌棉田土壤盐分降低的重要因素之一。     

冻融期膜下滴灌棉田水盐时空动态特征研究

利用经典统计学方法,分析了冻融期北疆地区常年滴灌棉田土壤水分、盐分时空动态变化特征。结果表明:在整个冻融期,裸地处理的含水率随时间变异性较覆膜处理大;在最大冻土深度(90 cm土层)附近,土壤盐分随时间变异剧烈,属于强变异性,变异系数高达1.1左右;在深度方向上,土壤含水率呈中等变异性,而土壤含盐率则呈强变异性;在整个冻融过程中,冻结带中盐分随时间和深度的变化幅度较小;冻融期土壤存在稳定盐分累积层,该累积层的深度在120 cm土层,且不受地表覆盖的干扰。覆膜对120 cm土层以下土壤盐分运移影响较小。     

膜下滴灌棉田冻融期土壤水分盐分变化特征

通过分析2014年11月—2015年3月北疆地区膜下滴灌棉田冻融期土壤盐分、水分与温度变化,探讨了不同土层水热盐在冻融期的变化和耦合关系。结果表明:冻融期土壤表层和深层含水量较高,中间层含水量较低;土壤剖面盐分在0~80 cm呈现层状分布,浅层土壤发生盐分明显累积,土壤盐分变异系数20 cm土层为0.525、40 cm土层为0.257、80 cm土层为1.041。在冻融期,土壤水分盐分沿剖面分布发生明显变化;土水势梯度、土壤温度梯度是冻融期土壤水分盐分迁移的主要因素,土壤水热盐之间变化具有高度的耦合性。     

环渤海平原区土壤盐分分布特征及影响因素分析

通过环渤海低平原区2010年4-5月份采集的70组0-60cm土样和水样的全盐量、八大离子和pH值的测试数据,查明了环渤海低平原强蒸发条件下土壤盐分空间特征,并对影响因素进行了相关分析。结果表明:土壤盐分与浅层地下水埋深之间表现为线性负相关,相关系数为0.7312;土壤盐分与地下水矿化度之间可以用指数函数关系进行拟合,决定系数为0.73-0.76;在其他因素不变的情况下,土壤含盐量与蒸发量之间的关系为线性正相关,在土壤积盐因素中有17.3%与蒸发量有关;在浅层地下水埋深较大的中西部地区,两者之间表现为线性负相关,相关系数为0.7021;在浅层地下水埋深较小的滨海平原,两者之间表现为线性正相关,相关系数为0.6035;土壤自身的理化性质对盐分的滞留和阻隔作用同样重要。在空间分布上,随着自西向东浅层地下水埋深逐渐变小、矿化度逐渐增高、降水量越来越大和蒸发量的变化,土壤盐分逐渐增高的趋势也验证了土壤盐分与上述因素之间的相关性。     

土壤冻融温度影响下棉田水盐运移规律

以新疆北部常年膜下滴灌棉田为研究对象,探讨整个冻融过程中温度对土壤水盐运移规律的影响。研究结果表明：气温对土壤温度的影响随着土壤深度的增加而不断减小,滞后时间不断延长,并且气温对冻土的消融速度远远快于冻结速度,上层冻土消融速度快于下层。土壤水分受温度的影响较大,在冻结期,土壤水分从非冻结层向冻结层缓慢运移;在消融期,下层土壤水分在蒸发作用下不断向上运移。通过监测分析得知,温度间接影响盐分运移,在冻结期,土壤水分运移缓慢,土壤盐分运移变化较小;在消融期,土壤水分运移较为活跃,土壤盐分运移变化较大。在温度快速上升的情况下,土壤水分不断上移, 120～150 cm土壤盐分迅速向上扩散,上层土壤盐分不断增加,威胁膜下滴灌棉田可持续种植。     

高寒矮嵩草草甸植物生长季土壤水分动态变化规律

利用2001年和2003年土壤水分观测资料分析了中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站(海北站)矮嵩草草甸土壤水分的日变化、植物生长季期土壤水分的季节变化及垂直变化规律。结果表明:高寒矮嵩草草甸土壤水分的日变化在各季节表现出早晚高,中午低的U型分布变化;在植物生长季土壤水分的季节变化与植物生长、土壤消融与冻结、气候条件等有很大的联系,少降水年与多降水年变化基本一致;土壤水分随土层深度增厚而降低;根据植物根系对土壤水分利用情况将土层分为根系利用层和根系微利用层。     

Warming effects on plant biomass allocation and correlations with the soil environment in an alpine meadow,China

Alpine meadow ecosystem is fragile and highly sensitive to climate change.An understanding of the allocation of above-and below-ground plant biomass and correlations with environmental factors in alpine meadow ecosystem can result in better protection and effective utilization of alpine meadow vegetation.We chose an alpine meadow in the Qinghai-Tibetan Plateau of China as the study area and designed experimental warming plots using a randomized block experimental design.We used single-tube infrared radiators as warming devices,established the warming treatments,and measured plant above- (AGB) and below-ground biomass (BGB) during the growing seasons (May to September) in 2012 and 2013.We determined the allocation of biomass and the relationship between biomass and soil environment under the warming treatment.Biomass indices including above-ground biomass,below-ground biomass and the ratio of root to shoot (R/S) ,and soil factors including soil moisture and soil temperature at different depths were measured.The results showed that (1) BGB of the alpine meadow had the most significant allometric correlation with its AGB (y=298.7x~ (0.44) ,P0.001) ,but the relationship decreased under warming treatment and the determination coefficient of the functional equation was 0.102 which was less than that of 0.188 of the unwarming treatment (control) ; (2) BGB increased,especially in the deeper soil layers under warming treatment (P0.05) .At 0–10 cm soil depth,the percentages of BGB under warming treatment were smaller than those of the control treatment with the decreases being 8.52% and 8.23% in 2012 and 2013,respectively.However,the BGB increased 2.13% and 2.06% in 2012 and 2013,respectively,at 10–50 cm soil depths; (3) BGB had significant positive correlations with soil moisture at 100 cm depth and with soil temperature at 20–100 cm depths (P0.05) ,but the mean correlation coefficient of soil temperature was 0.354,greater than the 0.245 of soil moisture.R/S ratio had a significant negative correlation with soil temperature at 20 cm depth (P0.05) .The warmer soil temperatures in shallow layers increased the biomass allocation to above-ground plant parts,which leading to the increase in AGB;whereas the enhanced thawing of frozen soil in deep layers causing by warming treatment produced more moisture that affected plant biomass allocation.     

浑善达克沙地不同植被下的土壤水分状况

浑善达克沙地的中东段阳坡近裸的流动风沙土 0 - 1 0cm土层整个生长季内平均含水量较低、波动也比较大 ,而在 1 0cm以下则基本稳定在 3%左右 ,尤其是深层。丘间低地草本群落下的土壤湿度随深度增加变化较大 ,2 0cm以上土层含量较高 ,40 - 5 0cm土层的含水量最低 ,波动也剧烈 ,90cm以下达裸沙含水量水平。阴坡灌丛下 ,最低土壤含水量出现在 70 -90cm土层 ,深层土壤含水量长期稳定在 1 .5 %左右。这说明植物的生长使根层土壤含水量下降 ,而且不同植物利用水的土层及利用土壤水的量不同。这可能是引起流动风沙土向固定风沙土转变过程中地表植被演替及决定地区顶级群落的主要原因。在干旱半干旱地区 ,植被影响着降水在土层中的分布及地表的蒸散条件 ,使土壤有效水向浅层分配。而降水在土壤不同深度的分配及入渗深度 ,决定着地表植被的生活型 ,从而影响地表植被的演替方向及顶级类型。需水量较大的灌丛在沙丘阴坡能形成稳定的群落 ,是由于沙丘为植物避免干旱胁迫 ,延长在干旱季节的生存时间创造了条件 ,因此 ,沙丘是沙地的重要环境资源 ,尤其是高大沙丘 ,在这类地区的防风固沙中具有重要的作用。     

季节性冻土区土体冻融过程及其对水热因子的响应

利用内蒙古赛罕乌拉森林生态系统国家野外观测研究站试验地的森林小气候观测塔,根据2015—2016年冻融期野外观测的气温、降水量、土壤温度和水分数据,对该区季节性冻土的冻融过程和特点进行分析,研究土壤冻结和解冻过程中各土壤层的垂直温度和水分的变化,以及对气温和降水量的响应。结果表明:①季节性冻土的土壤温度随着土层深度增加,土壤冻结和融化滞后天数也会增加,同时与气温的相关性也逐渐减小;②季节性冻土解冻的速度要快于冻结的速度;③在进入解冻期前,3月中旬到5月中旬,各层土壤温度始终保持在-1～1℃之间,不随气温波动;④降水量并不大的解冻期,土壤未冻水含量会迅速增加,说明冻融过程确实能够保存土壤水分,这将有利于植被应对春季干旱。     

科尔沁沙地沙丘-草甸区土壤水、地下水对降雨的响应

依据野外观测数据,研究了科尔沁沙地沙丘、草甸两种地貌类型区土壤含水率以及地下水位对降雨的响应规律。结果表明:(1)沙丘表层0-20cm的土壤含水率在降雨开始后20min就基本能够达到最大值,此后开始减小,水分不断向下运移,最大可引起次表层(20-60cm)土壤水分发生一定变化,但不会引起剖面更深层位土壤含水率的变化;2009年丰水期沙丘地下水位变动趋势为总体抬升,但受到降雨及其他因素影响产生一定波动,但影响幅度较小;(2)就草甸地而言,即使是很小的降雨量也会引起草甸地较深层位土壤含水率的变化,雨后草甸地土壤剖面受降雨影响最大的层位是20-40cm,而同时段40-80cm处的土壤含水率波动较小。草甸地地下水位波动大于沙丘,较小的降水也会引起草甸地地下水位的迅速上升,上升持续时间短,而后立即转入下降,属陡涨陡落型。研究成果对沙地的生态保护具有一定的指导作用。