云智能土壤水分仪在农业灌溉中的应用研究

云智能土壤水分仪是一种可以进行土壤湿度、温度及盐分等自动监测的仪器,已在气象、水文、生态环境、防汛抗旱、农业灌溉等行业领域逐渐得到了应用。本文调研了云智能土壤水分仪近年来在农业灌溉中的应用情况,针对维护管理方面存在的突出问题,提出了一些建议,以期有助于云智能土壤水分仪在未来农业智能灌溉中发挥更大的作用。     

不同地下水埋深土壤水分入渗规律研究

【目的】分析农田土水势的分布对作物的生长状况和农田水分循环的影响。【方法】采用观测室内层状长土柱(土柱长L=335 cm)在上边界条件为薄层积水、下边界控制不同地下水埋深时的水分入渗及蒸发过程的试验,分析了不同地下水埋深时土水势与零通量面的变化特征。【结果】入渗率随时间总的变化趋势是减小,入渗率随时间的变化一般经历3个阶段:迅速减小、缓慢减小和稳定阶段;累积入渗量随时间增加,与时间呈幂拟合关系;入渗初始阶段湿润锋运移速率较快,之后随着时间的推移,湿润锋运移速率逐渐减小,至某一时间后趋于稳定。【结论】湿润锋运移距离与时间的平方根呈线性关系     

基于多源遥感数据的河套灌区干旱时空演变特征

利用中国气象局陆面数据同化系统（CLDAS）验证了2015—2016年土壤水分主动-被动微波数据集（SMAP）在河套灌区的适用性，基于土壤水分亏缺指数（SWDI ）和干旱周百分比（PDW）分析了作物生育期内灌区农业干旱时空演变规律，通过两个参考指标检验了SWDI在河套灌区的精度。结果表明：（1）SMAP在河套灌区的适用性较好；区域尺度上，SMAP和CLDAS的相关系数为0.65；栅格尺度上，约有69%的栅格表现良好（R>0.5），且多集中在灌区西南部和东北部。（2）严重干旱主要发生在4月下旬到5月中旬、7月下旬到8月下旬以及9月中旬到10月中旬，主要集中在灌区的西南部、中部和东部；2015—2016年PDW值略有增大，干旱事件的持续时间有所延长。（3）大气水分亏缺量（AWD）表征的气象干旱在时间上显示2 a内灌区干旱月份为5—8月；空间上，除去地形原因，SWDI和AWD的相关性较为显著，且有一半格点通过了显著性水平为0.01的显著检验，表明基于SWDI对河套灌区进行干旱状况分析具有较高的可信度。     

不同耕作方式对黑土区农田土壤物理特性的影响

为探讨耕作方式对黑土区农田土壤物理特性的影响,2016年6—9月在内蒙古自治区呼伦贝尔市阿荣旗试验区设置3种耕作方式深松(SS)、免耕(MG)及常规耕作(CK),分别采集0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土层的土样,对土壤容重、含水量、土壤渗透速率及土壤孔隙度进行调查。结果表明：3种耕作方式土壤容重及含水量均表现为SS>CK>MG；土壤入渗特征表现为初始入渗率>平均渗透率>稳定入渗率；土壤入渗速率及累计入渗量表现为SS>CK>MG；土壤孔隙度以SS处理下最高且随着月份的增加土壤孔隙度降低。主成分分析表明,初始入渗速率和渗透总量对不同耕作方式最为敏感,可以作为考察东北黑土区农田耕作效应与缓解黑土地退化的评价指标。由综合得分可知,不同耕作方式下土壤性能优劣表现为SS>MG>CK。综上,深松耕作可以有效的降低土壤容重,提高土壤含水量,促进土壤渗透能力；免耕更有利于水分的保持,降低土壤的无效蒸发。     

不同覆盖方式对旱作马铃薯生长及土壤水热特征的影响

【目的】探讨不同覆盖方式对西北旱作区农田土壤水热和马铃薯生长的影响。【方法】2015—2016年连续2年设置沟垄地膜全覆盖（DD）、沟垄地膜半覆盖（DB）和沟垄二元覆盖（DJ）3种覆盖方式大田试验,以平作不覆盖为对照（CK）,研究不同覆盖方式下土壤水温变异特征及对马铃薯生长及块茎形成的影响。【结果】覆盖处理全生育期0—200 cm土层土壤含水量均高于CK,DJ处理在播后70—90 d土壤保水效果最佳。覆盖能降低0—200 cm土层土壤水分变异系数,以DJ处理的土壤水分垂直稳定性最强。与CK相比,DD处理在播后30—50 d的0—15 cm土层土壤增温效果显著,而DJ处理在全生育期0—25 cm土层土壤温度表现“降温和增温双重效应”。各覆盖处理能降低0—25 cm土层土壤温度变异系数,以DJ处理最小,其土壤温度垂直稳定性最强。覆盖能提高马铃薯出苗率和影响出苗天数,其中DD处理平均出苗天数较CK提前4.5 d,而DJ处理推迟3.5 d。马铃薯生育期生物量累积动态变化符合Logistic生长模型,以DJ处理生物量理论值和生长速率最大,快速生长持续期最长。通过主成分分析发现,除马铃薯生物量、单株薯数及亩株数等因素外,土壤水分对马铃薯生长的影响高于土壤温度,是限制马铃薯高产的重要因子。【结论】沟垄二元覆盖（DJ）能改善土壤水温状况,维持相对稳定的土壤水热环境,利于马铃薯生长和块茎产量的提高。     

黄土高原旱塬区玉米田土壤水分变化特征及对产量的影响

黄土高原旱塬区属半干旱半湿润气候过渡区,土壤水是影响该地区玉米生长的主要因素。运用黄土高原旱塬区董志塬所在地西峰农业气象试验站1981—2015年玉米试验田土壤湿度及产量观测资料,利用统计学方法,计算分析1981—2015年这35年间土壤水的变化规律及对产量的影响。结果表明,黄土高原旱塬区玉米全生育期土壤平均贮水量呈高—低—高的抛物线状变化趋势,贮水量最大时期为乳熟期至成熟期,最小时期为拔节期至抽雄期;土壤耗水量呈低—高—低的抛物线变化趋势,最大时期为拔节期至抽雄期,最小时期为播种期至七叶期。35年来土壤深度为50 cm的土层贮水量、耗水量均呈下降趋势;玉米产量受抽穗期土壤水分变化的影响最大。土壤深度为50 cm的土层贮水量及耗水量对玉米单产的最大影响均出现在7月中旬,分别为21、27 kg/(hm~2·mm)。建议采取有效保墒节水技术措施,减轻玉米关键生育期土壤水分不足对生长的胁迫。     

透气隔水埋体对土壤水分入渗与溶质运移的影响

为分析透气隔水(弱透水)埋体促进水分入渗与溶质运移功效,开展了不同容重(1.40,1.45,1.50,1.60 g/cm~3)透气隔水(弱透水)埋体的一维垂直土柱入渗试验,分析了不同容重的透气隔水(弱透水)埋体对土壤水分入渗与溶质分布的影响。结果表明,透气隔水(弱透水)埋体能够增加土壤累积入渗量,推动湿润锋运移,在一定范围内,随着透气隔水(弱透水)埋体容重增加,湿润锋推进速度与土壤入渗率均增加。600 min时,土壤累积入渗量相对增加7.42%～29.17%,湿润锋深度达到27 cm,入渗时间相对减少26.97%～64.27%。相比于对照组,不同容重的透气隔水(弱透水)埋体均能降低溶质向深层土壤迁移数量。Philip模型和代数模型均能描述透气隔水(弱透水)埋体土壤水分入渗过程,且Philip模型中吸渗率S和代数模型中综合形状系数α均与透气隔水(弱透水)埋体内外容重比呈正相关关系。研究结果表明透气隔水(弱透水)埋体能够通过改变上层土壤吸力分布提高水分入渗能力与溶质传输效率,实现对城市雨水径流调控和净化。     

灌草立体配置对退化草地土壤水分和养分的影响

【目的】比较灌草立体配置模式下3种不同生境的土壤水分、养分和植物根系相关参数的差异，探究灌草立体配置30年对退化草地土壤水分和养分以及植物根系的影响，为黄土高原水土保持和生态恢复提供理论依据。【方法】以位于黄土高原云雾山国家草原自然保护区种植30年的人工柠条和野山桃搭配灌丛带样地为研究对象，采集灌丛带内部、灌丛带边缘和灌丛带外部不同土层的土样和植物根系，比较3种位置下土壤水分、养分含量和植物根系特征的差异，并分析了根长与土壤水分和养分含量的相关性。【结果】在0～80 cm土层，灌丛带内部的土壤含水量明显高于灌丛带边缘和灌丛带外部。在0～80 cm土层，随着土层深度增加，灌丛带3个位置土壤全氮、碱解氮和有机碳含量均呈下降趋势，而全磷含量变化不明显；在同一土层，灌丛带内部的全氮、碱解氮和有机碳含量均明显高于灌丛带边缘和灌丛带外部。在灌丛带内部、灌丛带边缘和灌丛带外部3个位置，植物根系生物量呈减小的趋势。从垂直分布来看，灌丛带内部、灌丛带边缘和灌丛带外部0～15 cm土层的植物根系生物量分别占0～40 cm土层植物根系生物量的90.86%，90.79%，92.91%，说明植物根系生物量主要集中分布于0～15 cm土层。3个取样位置中，灌丛带内部植物根长、根表面积和根体积均最大。相关性分析表明，灌丛带植物根长与0～20 cm土层的土壤含水量，0～40 cm土层土壤有机碳和全氮、0～80 cm土层碱解氮均呈显著或极显著正相关。【结论】在黄土高原退化草地上进行灌草立体配置可以促进植物根系生长，提高土壤水分和养分含量，有利于退化草地的恢复。     

土壤固化剂对湿陷性黄土物理特性的影响

为湿陷性黄土EFS土壤固化剂适宜用量的确定以及生态环境防护提供科学依据,以湿陷性黄土为研究对象,在土壤含水率分别为5.51%、10.00%、15.00%、20.00%和25.00%条件下,研究EFS土壤固化剂含量为0(CK)、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.30%对湿陷性黄土物理特性的影响。结果表明:黄土强度,不同含水率黄土内摩擦角和黏聚力均随着固化剂含量的增加呈先升后降趋势,当固化剂含量为0.15%时,湿陷性黄土抗压强度最大,固化剂含量0.15%后,黄土抗压强度随固化剂含量增加呈下降趋势;当含水率为15.00%,固化剂含量为0.15%时黄土强度最大;水分特征曲线,不同固化剂含量拟合方程中土壤持水曲线拟合参数A均低于CK,随着固化剂含量增加,CK的土壤持水曲线拟合参数A呈先减小后增大的变化趋势,添加固化剂湿陷性黄土的持水力减弱,且随固化剂含量的增加呈先增强后减弱趋势,土壤供水能力随固化剂含量的增加呈先减弱后增强趋势,当含水率为15.00%和固化剂含量为0.15%时,土壤持水力达最大,供水力最小,即黄土强度最大;比水容量,相同含水率时湿陷性黄土比水容量随固化剂含量的增加呈逐渐减小趋势,不同处理间均差异显著,当含水率为15.00%时,比水容量达最大,固化剂含量为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.30%时,其比水容量较CK分别下降0.68%、0.94%、2.10%、2.74%和3.26%。