黄土塬区降水变化对冬小麦土壤耗水特性及水分利用效率的影响

采用人工遮雨棚和自流滴灌系统来实时人工干预降水,研究了黄土塬区不同降水条件即正常降水(CK)、降水减少1/3(R-1/3)和降水增加1/3(R+1/3)条件下,麦田0~4 m土壤水分变化、冬小麦耗水特性及WUE。结果表明:(1)降水变化改变了冬小麦对土壤水的利用和补给;降水减少,冬小麦对土壤水的利用增强,导致生育期和休闲期深层土壤含水量降低,且很难补充恢复;降水增加,冬小麦也会部分利用深层土壤水,土壤含水量在生育期呈降低趋势,在冬小麦收获后,土壤水得到补给,土壤含水量会逐渐恢复并高于前期土壤含水量。(2)冬小麦优先利用降水转化而来的土壤水,然后利用土壤前期储水;对于越冬~成熟期的总耗水量(ET)组成,R-1/3处理的冬小麦对降水和0~2 m土壤水分的利用增强,降水量(P)和0~20 m土壤贮水变化量(ΔW0-2 m)各自约占ET的40%;R+1/3处理P占ET的比例约是ΔW0~2 m的1倍多;CK处理P占ET的比例比ΔW0~2 m高15%左右;降水减少,降水占耗水量的比例降低,0~2 m土壤水占耗水量比例增加;降水增加,则有相反的结果。(3)降水减少,WUEbio(基于生物量的WUE)相对于CK处理降低了1.3%,但产量下降程度(7.1%)小于耗水下降程度(14.2%),WUEgrain(基于籽粒产量的WUE)反而增加;降水增加,相对于CK处理生物量减少5.3%而籽粒产量增加4.5%,但水分的消耗增加了11.4%,WUEbio和WUEgrain均降低。总之,降水变化改变了冬小麦对土壤水的利用、土壤水的补给、冬小麦的耗水组成以及生物量和产量的平衡,最终影响冬小麦WUE。     

石羊河下游青土湖白刺灌丛水分来源及其对生态输水的响应

通过测定人工湖面不同距离白刺灌丛生长季降水、土壤水、地下水、植物水的稳定氢氧同位素变化特征,结合IsoSource模型,定量分析了白刺灌丛生长季的水分利用策略。结果表明:随样地与人工湖面距离的增加,0-200m水平范围白刺灌丛各土层平均土壤水分逐渐减小,其中0m样地最高为10.02%,200m样地最小为5.24%,对250m-600m样地各土层平均土壤水分的影响不大。受蒸发及降水季节变化的影响,白刺灌丛0-70cm土壤水及其δ~(18)O变化剧烈。土壤水的δ~(18)O介于-8.78‰～16.39‰,平均值为0.14‰。地下水的δ~(18)O介于-4.19‰～-3.55‰,平均值为-3.89‰。降水的δ~(18)O介于-17.31‰～3.37‰,平均值为-6.36‰。湖水的δ~(18)O介于-1.84‰～11.66‰,平均值为3.02‰。木质部水的δ~(18)O介于-5.98‰～2.74‰,平均值为-3.59‰,各样地不同土层土壤水分δ~(18)O差异显著(P<0.05)。随样地与人工湖面距离的增加,白刺灌丛逐渐利用更深层次的土壤水及地下水。     

半干旱区不同施肥量对旱作冬小麦田土壤呼吸的影响

为了探究不同施肥量对半干旱区旱作冬小麦田土壤呼吸的影响,在宁夏回族自治区彭阳县旱地农业试验站设置了不施肥（F_N）、低肥（F_L）、中肥（F_M）和高肥（F_H）大田试验。通过监测不同施肥量下冬小麦田的土壤温度、土壤水分和土壤呼吸速率,分析不同施肥量下冬小麦田土壤呼吸速率的变化特征及其与土壤水热因子的相关性。结果表明：（1）施肥能提升0~5 cm和5~10 cm土层土壤温度,随着施肥量的增加,0~5 cm和5~10 cm土层温度平均增幅分别为1.7%~15.0%和2.0%~21.4%。（2）施肥降低了0~100 cm土层土壤含水量,随着施肥量的增加,F_H、F_M和F_L处理降幅分别为6.5%~7.0%、5.0%~5.8%和3.5%~4.0%。（3）施肥显著提升了冬小麦在拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期的土壤呼吸速率;2018—2019年和2019—2020年低肥、中肥和高肥处理平均土壤呼吸速率分别提升了40.0%、25.5%和14.5%。（4）施肥提升了冬小麦全生育期CO₂排放量,随着施肥量的增加,全生育期CO₂排放量呈下降趋势,表现为低肥＞中肥＞高肥＞无肥,且各生育阶段土壤CO₂累计排放量存在显著差异。（5）土壤呼吸速率与土壤水热因子相关性分析表明,土壤呼吸与0~5 cm和5~10 cm土层土壤温度相关系数均达到显著水平,且与5~10 cm土层土壤温度相关性显著高于0~5 cm土层;土壤呼吸速率与0~10 cm土层土壤含水率呈现显著相关关系。（6）土壤水热双因素与土壤呼吸分析表明,土壤水热双因素可以解释土壤呼吸变化的81%~89%,高于土壤温度（63%~74%）和土壤水分（46%~75%）单因素。综上可知,土壤呼吸受土壤温度和水分的调控。从改善农田生态,降低土壤呼吸的角度来看,适当提升施肥量可有效减少土壤呼吸的排放。     

降水对沙地杨树人工林水分利用的影响

文中以107欧美杨(Populus×euramericanacv.”74/76”)人工林为研究对象,采用DELTA V Ad-vantage同位素比率质谱仪测定杨树茎木质部及各来源水δD、δ18O稳定性同位素值,结合自动气象站(HOBO)连续观测土壤含水量(SWC)、降雨量等环境和气象因子,利用同位素质量守恒多元分析方法,分析降水前后杨树林水分利用策略.结果表明:1)降水在转化为土壤水或地下水的过程中发生同位素富集.与降水前相比,雨后0cm ～ 80cm土层土壤水δD、δ18O值明显呈现出偏正,80cm ～120cm之间明显呈现出偏负.2)土层深度与降水前后土壤水δD和δ18O同位素间存在显著的二次多项式关系,R ＞0.8537.3)雨前杨树林主要利用120cm～180cm处深层土壤水,地下水的贡献率为20％;雨后第一天主要利用0cm～ 60cm、120cm～ 180cm处土壤水和雨水,而不利用地下水;雨后第三天与第一天相比降水的贡献率由31％下降为4％,而地下水的贡献率由0％上升为8％;雨后第五天120cm～180cm各土层土壤水在前四组来源水中贡献率分别为100％、99％、100％和88％,地下水的贡献率为18％.4)对于一般性降水,杨树林对其水分利用的衰减期为5d.     

杨凌区浅层土壤水分与深层土壤水分的关系研究

通过测定陕西杨凌区不同灌水条件下冬小麦的土壤水分变化,研究了浅层土壤水分与深层土壤水分的关系。结果表明:土壤含水量随土层深度的加深,呈先上升,后下降,又上升的变化趋势。在自然降水或灌溉条件下,土壤水分的变化程度随土层深度的增加,呈剧烈—缓和—剧烈—缓和的趋势。表层20、30、40、50 cm各土层含水量分别与0~150 cm各土层含水量的相关性较好,并且土层相邻越近,其相关性越好,说明由表层土壤含水量来推算深层土壤含水量是可行的。基于Biswas土壤水分估算模式,由表层30~40 cm的含水量来推算0~100 cm各土层含水量的精度较高,由表层20 cm的含水量来推算100~150 cm各土层含水量的精度较高。总灌水量及灌水次数对含水量的影响,直接影响到估算模式参数的取值及估算精度。     

不同灌溉水平对冬小麦耗水构成及利用效率的影响

以北京地区为典型区域,设计5种不同灌溉处理,即按照生育时期分别进行无灌溉、灌1水、灌2水、灌3水及灌4水处理,利用中子仪和水分平衡法测定冬小麦耗水量,分析全生育期和关键时期的耗水特征.结果表明:冬小麦全生育期耗水量随灌溉次数增加呈增大趋势 ,拔节～抽穗期的耗水量最大,耗水量最少时期为苗期;随着灌溉次数的增加,土壤水消耗量逐渐减少;降水、灌溉和土壤供水是冬小麦耗水的主要来源,降水较少年份土壤供水和降水在耗水构成中所占比例较大,而降水较多年份冬小麦耗水的主要来源为降水;随着灌溉量的增加,灌溉逐渐成为冬小麦耗水构成的主要部分;产量随着耗水量增加渐次增加,水分利用效率和灌溉水利用效率则呈降低趋势.     

黄土塬区降水变化条件下冬小麦田土壤水分消耗与补给

通过人工实时降水分配试验,研究了黄土塬区冬小麦田3种降水条件:正常降水(R_(CK))、降水增加1/3(R_(+1/3))和降水减少1/3(R_(-1/3))下,土壤水分变化速率、消耗深度以及水量平衡状态。结果表明:R_(CK)和R_(-1/3)处理0~3.8 m土层土壤储水量以91.85 mm·a~(-1)和109.39 mm·a~(-1)的速度下降,而R_(+1/3)处理土壤储水量在0~3.0 m深度以48.94 mm·a~(-1)的速度减少,而在深层(3.0~3.8 m)土壤水以17.39 mm·a~(-1)的速度增加;降水增加使得土壤水分的补给次数增多,减少了土壤水分的时空变异;当土壤底墒充足且生育期降水量较多时,各降水处理土壤水分的消耗深度较浅,反之,则较深;在休闲期,降水的转化效率与生长季土壤水的消耗率呈现极显著的指数相关。     

深层灌水对冬小麦耗水特性及水分利用效率的影响

以高产中晚熟冬小麦品种良星99为材料,在运城市盐湖区山西水利职业技术学院实训基地进行田间试验,研究了深层灌水对冬小麦耗水特性和水分利用效率的影响。结果表明:整个生育期,深层灌水处理根区20~160 cm土层土壤水分动态变化比地表灌处理明显;T1(地表灌水)处理总耗水量最大,显著高于T2(湿润层深度为根系60%)、T3(湿润层深度为根系75%)和T4(湿润层深度为根系90%),深层灌水增加了降雨和灌溉水的消耗,降低了土壤贮水的消耗;T2和T3处理间无显著差异,T3在抽穗至灌浆期末、灌浆至成熟期的耗水量和耗水模系数均较大;不同湿润层深度条件下,T1处理水分利用效率和产量最低,随湿润层深度增加,其他处理水分利用效率呈先增加后降低的趋势。湿润层深度为150 mm和188 mm的T2和T3产量、水分利用效率和灌溉水利用效率表现最好,T1处理最低。T3为本试验条件下高产节水的最佳处理。     

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。     

纳米碳对关中地区土壤水分养分和小麦生长的影响

通过在冬小麦田表层5~10 cm条施(宽5 cm×长100 cm)纳米碳(质量含量分别为0、0.001、0.005、0.007、0.010 kg·kg~(~(-1))),研究了纳米碳对农田土壤水分、养分、冬小麦生长发育以及其产量的影响。结果表明:农田土壤条施纳米碳后,冬小麦根系层土壤水分含量增加,深层土壤含水量降低,且土壤水分分布波动减小,其中纳米碳质量含量为0.007 kg·kg~(~(-1))和0.010 kg·kg~(~(-1))的小区从冬小麦幼苗期到灌浆期5~10 cm土壤深度内土壤平均含水量与对照组相比分别增加了4.5%和6.8%;纳米碳在冬小麦各生育期内均可以有效提高小麦田间土壤剖面吸持养分的能力,且同一生育期内,纳米碳含量越高,土壤表层剖面养分浓度越大,其中纳米碳质量含量为0.007 kg·kg~(~(-1))和0.010 kg·kg~(~(-1))的小区在灌浆期5~10 cm土壤深度内平均硝态氮、速效磷、速效钾含量与对照组相比分别增加了25%、33.6%,43.7%、51.3%,6.6%、17.5%;冬小麦茎粗、叶面积与生物量大体上与施用纳米碳的含量成正相关,其中纳米碳质量含量为0.007 kg·kg~(~(-1))和0.010 kg·kg~(~(-1))的处理对冬小麦生长发育过程的影响最为显著,产量与对照组相比分别增加了2.4%和3.5%。     

压实新土体水分动态研究

新土体是资源化利用矿化垃圾和采矿、采石场弃渣石配置而成的工矿企业污染场地植被修复生长基质.为了提高新土体的持水能力,解除弃渣场、尾矿库等困难立地条件下土壤水分对植物存活、生长的制约,本试验对新土体进行不同程度的机械压实,对10 ～ 100cm的土壤含水量进行为期2年的观测,在不同的时间尺度上分析土壤水分动态变化特征.研究结果表明:1)压实显著提高新土体含水量和持水能力.2)由于持水能力增加,重度压实区月平均含水量峰值滞后于月降水量峰值,对照及轻度压实区月平均含水量峰值与月降水量峰值时间一致.3)轻度压实区不同深度的土壤月平均含水量与降水量具有非线性相关关系,重度压实区下层含水量与降水量相关性不显著.4)雨季新土体含水量由雨前含水量和降雨量决定,决定系数为0.657 ～0.861.随着压实度增加,雨前含水量和降雨量的影响增加.5)随着土壤深度增加,土壤含水量的波动幅度下降,60 ～ 100cm土层在观测期间仅接受过1次降雨补给.     

保护性耕作下黑土水热动态研究

通过连续监测东北典型黑土耕作长期定位试验下的土壤含水量和温度,研究了保护性耕作措施下农田黑土水热动态规律。结果表明:免耕秸秆覆盖(NTS)可显著提高0~50 cm土层水分含量,其中免耕在0~20 cm土层平均土壤体积含水量最高值分别比少耕(RT)和传统(CT)高3%~10%,尤其是可提高作物播种期表层土壤含水量。0~10 cm土层深度范围内RT土壤温度均高于NTS和CT,其中5 cm土层土壤温度日平均最高值较NTS和CT分别高3.04℃和5.27℃。三种耕作措施下的水热动态表明,少耕是我国东北旱作黑土区最佳的保护性耕作措施。     

The effect of soil aggregate size and water content on herbicide concentration in soil water

Suspensions of wettable powders of metribuzin and simazine were sprayed onto samples of two soils of two particle size grades, > 2.5 mm and <0.5 mm. The soils were either air-dry or at a water content of 12%. After either 1 h or 1 week, water was added to give a soil to water ratio of 1:1. Samples of solution were analysed after 1, 24 and 48 h. With metribuzin the intial concentration for both soils after wetting was greater from the >2.5 mm samples than the <0.5 mm samples, following application to dry soil, but by 48 h the differences were negligible. With simazine WRO soil did not show this effect at all and with Kirton soil only small differences were seen. If the soil was wet at the time of application, particle size had no effect except with simazine in Kirton soil. Generally metribuzin concentrations were higher after application to wet than to dry soils for at least 24 h after wetting whereas simazine concentrations were higher from initially dry soils and the differences had virtually disappeared 24 h after wetting. With the WRO soil herbicide concentrations in soil water were higher if the soil was wetted 1 h after spraying than if left for 1 week but the differences rarely persisted for 48 h. No such trend was observed with Kirton soil. It is concluded that the differences observed in these experiments could be responsible for variations in the performance of soil-applied herbicides.     

风沙土水分入渗与再分布过程中湿润锋运移试验研究

利用室内模拟试验系统,对塔克拉玛干沙漠腹地风沙土在滴灌条件下的水分入渗与水分再分布过程中湿润锋的运动规律进行了模拟试验研究。根据模拟试验描述了风沙土在滴灌条件下水分入渗与再分布情况下湿润体的形状变化,研究了在水平方向上与垂直方向上风沙土的湿润锋推进规律及运动特征,揭示了随着累计入渗量的增加,湿润锋推进过程在入渗初期速率较大,逐渐成减小趋势,并最终达到稳定入渗状态;在土壤水分再分布过程中土壤湿润锋面不断向外部推移,最后达到相对稳定;对风沙土水分入渗及再分布过程中其湿润锋的推进距离与时间做了函数关系拟合,其中乘幂函数关系式拟合最好。     

负水头供水条件下土壤水分一维入渗规律的研究

将土壤供水头压力控制为负值,测定了垂直入渗、毛管上升和水平入渗3种情况下的土壤吸水过程.发现随供水吸力的增加,垂直入渗、毛管上升和水平入渗过程中湿润峰前进速度和入渗速度的相对差异变小.将入渗速率等于潜在蒸发速率时的湿润厚度定义为临界湿润厚度,计算了潜在蒸散宰为5 mm/d时不同负水头下壤土的临界湿润厚度;确认了垂直、毛管和水平入渗下湿润峰位置与入渗量的关系,将湿润蜂位置-累计入渗量曲线的斜率,印巴湿润土体内入渗水分所占的容积百分数定义为湿润系数,提供了所测壤土的湿润系数-负水头曲线;建立了负水头供水过程中土壤含水量空间分布模型;观察到湿润锋含水量与供水吸力闸的依赖关系.     

砂质潮土水分特性研究

通过对黄泛平原砂质潮土水分特征曲线、比水容量、水分常数、渗透系数、孔隙状况及部分物理性质的测定,发现经验方程θ＝AS-B在低、中吸力段(0.02×105Pa～15.0×105Pa)对土壤水分特征曲线有良好的模拟性.研究表明,砂质潮土有效水上限(田间持水量)为0.1×105Pa吸力所对应的土壤湿度;易效水与难效水的吸力界点(毛管断裂湿度)以0.5×105Pa为宜.研究发现并总结出砂质潮土水分特性为:持水量低,有效水少;渗透性强,释水量大;供水力小,耐旱性差.     

生物炭对塿土持水能力的影响

通过连续6年定位试验，探究较长时间施用生物炭对土壤保水作用的影响，以期为塿土区水土保持和土壤改良提供理论参考。田间试验于2011年开始，设4个生物炭施用梯度：对照，不施生物炭（B0）；5 t·hm^-2（B5）；10 t·hm^-2（B10）；20 t·hm^-2（B20）。在2017年测定了土壤含水量、土壤基础理化性质和水分累积蒸发量等。结果表明：生物炭能够显著减小土壤容重、增加土壤孔隙度、饱和含水量和田间持水量，且随着生物炭施入量的增加，各指标变化幅度也增大，B20与B0处理相比，土壤容重减少了8.28%，毛管孔隙度增加了20.17%，饱和含水量与田间持水量分别增加了22.17%和14.86%；生物炭显著增加了土壤团聚体稳定性，B20与B0处理相比，土壤水稳性团聚体含量增加了19.00%，团聚体破坏率和不稳定团粒指数分别降低了11.34%和9.61%；生物炭还可有效抑制土壤水分的蒸发，B10和B20处理的土壤累积蒸发量分别比B0处理减少了7.45%和10.18%。结合逐步回归分析与通径分析发现，生物炭对土壤结构的改良是其促进土壤持水能力的主要原因。土壤孔隙度和有机碳含量是影响土壤饱和含水量的主要因子，影响土壤毛管持水量的主要因子为有机碳含量和土壤毛管孔隙度，而毛管孔隙度与水稳性团聚体含量则解释了绝大部分土壤田间持水量的变化。研究表明生物炭施用可以显著改良土壤结构，提升塿土持水性能，增加干旱半干旱地区土壤的蓄水保墒能力。     

土壤入渗中气相对水流运动影响的研究

土壤孔隙中的流体包括土壤空气和水分两部分，由于地面积水限制了土壤空气的推出而使得土壤空气被禁锢，被禁锢的土壤空气阻碍水流运动。恒定土壤空气压力对累积入渗水量的影响约为0.4%-3%；到入渗稳定阶段，湿润土壤区域水分含量相差1．5％。正常入渗不同于恒压入渗情况，120min时，禁锢土壤空气压力的减渗量约为16％。     

沙地改良剂对土壤水分及燕麦产量和品质的影响

于2011年在内蒙古武川县研究了沙地改良剂对土壤水分及燕麦产量和品质的影响.结果表明,沙地改良剂能够明显提高0～60 cm土层土壤含水量,其中以12000 kg/hm2施用量效果最佳;施用量6000 kg/hm2、12000kg/hm2、18000 kg/hm2和24000 kg/hm2沙地改良剂土壤水分利用效率较对照分别显著提高了14.50％、25.70％、13.28％和5.86％;不同用量沙地改良剂处理较对照增产显著,当施用量为12000 kg/hm2时,燕麦籽粒产量和生物产量最高,达4884.4 kg/hm2和13001.3 kg/hm2,施用量为18000 kg/hm2时次之;沙地改良剂对燕麦籽粒粗蛋白、赖氨酸和β-葡聚糖含量影响显著,均以12000 kg/hm2施用量时效果较佳,施用量过大或过小都不利于燕麦品质的提高.