区域尺度地下水浅埋区拟二维水流数值模型

建立拟二维系统模型,在非饱和含水层采用沿平面积分得到的垂向一维方程,在饱和含水层采用沿侧向积分得到的垂向二维方程,推导了模型的动态耦合项,提出饱和-非饱和含水层迭代耦合算法,解决潜水面处网格变动问题。与SWMS_2D进行对比,采用垂向二维水分运动稳定流解析解算例验证拟二维模型的准确度,采用非稳定流算例验证拟二维系统模型对计算效率提升的显著性。     

三江平原白浆土白浆层埋深与厚度空间分布格局及其驱动因素

白浆层是白浆土土体内的主要障碍层次,其埋深与厚度显著影响作物生长。本文通过野外调查并结合文献检索获取不同区域白浆层的埋深与厚度数据,基于经典统计学与地统计学方法,研究了三江平原东南部（鸡东县、密山市、虎林市、宝清县）白浆层埋深与厚度的空间分布及驱动因素（气候因子、地形因子、土壤矿物和人为因素等）。结果表明：（1）白浆层埋深平均为23.7 cm,自西南向东北呈现逐渐变深的趋势（13～37 cm）;厚度平均为18.5 cm,自西南向东北逐渐增加（8～35 cm）,局部区域埋深与厚度呈相反规律。（2）白浆层埋深主要受到人为耕作方式的影响,翻耕相较于旋耕显著增加了白浆层埋深。（3）白浆层厚度与海拔（r=-0.355,P<0.01）、年均蒸发量（r=–0.441,P<0.01）、年均气温（r=–0.273,P<0.05）和黏粒矿物蒙脱石（r=–0.432,P<0.01）呈负相关,与年均降水（r=0.463,P<0.01）、年均湿润指数（r=0.461,P<0.01）和粗粒水云母（r=0.446,P<0.01）、石英（r=0.321,P<0.05）呈正相关。三江平原白浆土白浆层埋深与耕作方式有关,厚度主要受到气象、地形和土壤矿物等因素的共同作用,形成了“西南部浅而薄,东北部深而厚”的空间分布格局。     

利用X射线CT研究多尺度土壤结构

土壤结构影响着土壤中的各种物理、化学和生物学过程。近年来,X-射线CT已经发展为研究土壤结构的主要手段。本文首先介绍X射线CT的基本原理,然后总结了主要的CT类型及其在土壤结构研究中的应用。在此基础上,举例介绍了医用CT、工业显微CT和同步辐射显微CT在大土柱（直径100 mm,高200 mm）、小土柱（直径30 mm,高30 mm）和团聚体（直径5 mm）结构研究中的应用,利用CT图像的处理和分析方法,分析了不同大小样品的孔隙分布特征,讨论了综合利用不同类型CT研究不同尺度土壤结构的方法。     

淮北平原砂姜黑土玉米产量与土壤性质的区域分析

以淮北平原作为调查区域,对砂姜黑土区48个样点的玉米产量及0～20 cm耕层土壤性质进行了分析.结果表明:在涡阳县东、西部,蒙城县南部和怀远县北部,玉米产量多在8.7 t/hm2以上,土壤容重较小;而在蒙城县北部,玉米产量多在7t/hm2以下,土壤容重最大,平均达到1.6 g/cm3以上.涡阳县土壤有机碳含量最高,平均...     

秸秆还田方式对砂姜黑土有机碳组分和孔隙结构的影响

砂姜黑土容重高、土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)含量低是限制作物产量的关键因子,秸秆还田能有效改善土壤结构,提高土壤有机碳含量。为探明砂姜黑土区适宜的秸秆还田方式,进一步培肥改良耕地地力,该研究利用砂姜黑土连续6 a耕作与秸秆还田定位试验,探究不同秸秆还田方式(免耕还田、旋耕还田、深翻还田)对砂姜黑土不同土层(0～10、>10～20、>20～40 cm)有机碳及其组分颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、矿物结合态有机碳(mineral-associated organic carbon,MAOC)和孔隙结构的影响。研究结果表明:在0～10 cm土层内,3种还田方式下SOC及其组分、土壤总孔隙度和大孔隙度(>50 μm)均无显著性差异(P>0.05)。与旋耕还田相比,免耕还田使>10～20和>20～40 cm土层SOC含量分别降低了14.1%、23.7%(P<0.05),对>10～40 cm土层内孔隙结构特征参数无显著影响(P>0.05);与旋耕还田相比,深翻还田使&...     

孔隙结构对水稻土温室气体排放的影响

土壤结构影响水分和气体的运动和土壤生物活动,进而影响稻田温室气体排放.为探明土壤结构对水稻生长过程中温室气体排放的影响,选取江苏宜兴的湖白土和江西进贤的红壤性水稻土进行盆栽试验.设置不搅动(NP)、搅动(PD)和搅动后掰土回填(RP)3个处理.应用X射线CT成像技术分析不同处理土壤孔隙结构,通过静态箱法测定水稻生长过程...     

免耕对稻油轮作系统土壤结构的影响

为探明免耕对稻油轮作系统土壤结构的影响,基于湖南省洞庭湖区4a的耕作试验(2016—2019),采用X射线CT扫描技术和常规土壤物理分析方法,研究了旋耕和免耕对水稻土0～25 cm土层土壤结构的影响。与旋耕相比,免耕处理对0～5 cm土层的土壤容重和土壤有机碳无显著影响,但免耕处理显著提高了0～10 cm土层>2 mm团聚体的含量和团聚体稳定性。不同耕作方式改变了土壤大孔隙度和孔隙大小分布,与旋耕处理相比,免耕处理增加了0～5和5～10 cm土层各个孔径范围内(>25μm)的大孔隙度,其中0～5 cm土层300～500μm孔径的大孔隙显著增加了70.5%,5～10 cm土层25～300和300～500μm孔径的大孔隙分别增加了82.8%和167.2%(P<0.05)。研究表明,稻油轮作系统免耕有利于提高表层土壤团聚体稳定性和大孔隙度,改善水稻土结构状况。     

东北黑土区根系抗土壤压实的覆盖作物品种筛选

利用覆盖作物根系进行生物耕作是缓解土壤压实的有效手段,但在东北黑土区不同覆盖作物在不同播期下根系对压实黑土的穿透能力不同。为筛选出适宜薄层黑土区且具有消减下层土壤压实作用的覆盖作物品种,在吉林省典型薄层黑土区设置未压实与压实处理,分两个播期（春播、秋播）种植不同覆盖作物品种（苜蓿、毛苕子、草木樨、沙打旺、田箐、高丹草、萝卜、油菜、菊苣、松香草、鲁梅克斯、黑麦草、田箐+高丹草+萝卜+菊苣混播、草木樨+黑麦草+油菜+鲁梅克斯混播）分析覆盖作物根系对压实土壤的响应。结果表明：（1）春季机械压实处理显著增加了0-50 cm土层的土壤容重,在四个月后压实处理10-50 cm的土壤容重、0-30 cm穿透阻力仍显著大于未压实处理。（2）多种覆盖作物在不同深度土层内的根干重占比及根干重密度受压实影响显著。在春播30-50 cm压实土层中根干重占比最高的为苜蓿,具有较大根干重密度的有高丹草、田箐、混播2（草木樨+黑麦草+油菜+鲁梅克斯）等;秋播中根干重占比最高的是黑麦草,具有较大根干重密度的有油菜、菊苣、混播1（田箐+高丹草+萝卜+菊苣）等。（3）依据本文提出的根干重占比比值（Ratio1）和根干重密度比值（Ratio2）两个参数判断根系在30-50 cm压实土层的穿透能力,筛选出根系受压实影响相对较小、穿透30-50 cm压实土壤能力强的春播覆盖作物品种是高丹草、田菁和苜蓿,秋播覆盖作物品种是油菜、混播1和黑麦草。本研究筛选出了适宜东北薄层黑土区且根系穿透下层压实土壤能力强的春播和秋播覆盖作物品种,可以用于东北薄层黑土区生物耕作以消减黑土压实。     

基于稀土氧化物示踪法探究冻融循环对黑土团聚体周转的影响

为区分土壤团聚体形成和破碎过程,阐明冻融循环对黑土土壤结构的影响,本文利用稀土氧化物（REOs）示踪技术,通过室内模拟实验,探究不同初始含水量（50 %田间持水量（T50） vs. 100 %田间持水量（T100））和冻融循环次数（0次、3次、6次、12次和20次）对团聚体粒径分布、平均质量直径（MWD）以及团聚体周转过程的影响。研究结果表明：同一初始含水量下,随着冻融循环次数的增加,MWD、>0.25 mm和<0.053 mm团聚体含量显著降低,0.25～0.053 mm团聚体含量显著增加（P < 0.05）。6次冻融循环后,T50处理下的MWD显著高于T100处理（P < 0.05）,5～2 mm和<0.25 mm团聚体含量无显著差异。除5～2 mm团聚体外,相邻粒级团聚体之间周转更为激烈;在同一冻融循环次数下,5～2 mm团聚体向0.25～0.053 mm团聚体的破碎量在T100处理下显著高于T50处理（P < 0.05）。冻融循环促进了>0.25 mm团聚体的破碎和＜0.053mm的团聚,表现为0.25-0.053mm团聚体的累积,该变化与土壤初始含水量无关。冻融循环过程中,MWD与各粒径团聚体相对形成量呈显著正相关,与其相对破碎量呈显著负相关（P < 0.05）。随着冻融循环次数的增加,各粒径团聚体周转时间显著增加（P < 0.05）。同一冻融循环次数下,>0.25 mm团聚体的周转时间高于<0.25 mm团聚体,T100处理下的团聚体周转时间显著高于T50处理（P < 0.05）。综上所述,冻融循环次数和土壤初始含水量通过影响团聚体形成和破碎过程改变土壤结构的稳定性。本研究结果可为进一步探究冻融循环下黑土土壤结构变化提供理论依据。     

土壤裂隙及其优先流研究进展

土壤在干燥脱水的过程中易收缩产生裂隙。裂隙的产生是土壤性质与外界条件等多种因素综合作用的结果,其形态结构也非常复杂,难以准确描述。裂隙能够作为优先流的路径,增加农田水分和养分的流失以及地下水污染的风险。本文总结和归纳了裂隙产生的影响因素、裂隙的表征指标与测定方法、裂隙导致的优先流的研究方法、裂隙对优先流的影响和模拟等方面的研究进展。今后应进一步加强裂隙产生机理的全面深入的研究;构建和完善裂隙三维指标体系及其测定方法;推进裂隙导致的优先流的定量化和数学模拟研究;加大田间原位裂隙及其优先流的研究。