玛纳斯河流域土壤水稳定同位素特征及运移机制

干旱区土壤水分垂直方向运移与分配,特别是膜下滴灌绿洲地区土壤水分垂直方向分布现状与运移机制尚不清楚。为探究干旱区农田生态系统水分层贡献问题,阐明农田土壤中水分运移过程,于2019年沿新疆玛纳斯河流域农田土壤进行分层采样,依次为0~5、5~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm。测定了稳定同位素δD和δ¹⁸O值,对同位素δD和δ¹⁸O值进行数据分析。结果表明： δD和δ¹⁸O最大值位于0~5 cm土层,分别为-25.64‰和-0.19‰; δD和δ¹⁸O最小值位于20~40 cm土层,分别为-108.32‰和-8.19‰。0~5 cm土层δD和δ¹⁸O值较高,表明上层比下层更易受水分蒸发作用影响,存在强蒸发效应。随土层深度增加,δD和δ¹⁸O值呈减小趋势,其中80~100 cm土层变化趋势缓慢。氘盈余值表现为山地>平原>荒漠>山前。研究表明,受长期膜下滴灌影响,加之蒸发作用强烈,玛纳斯河流域土壤水分迁移过程发生改变。     

应用原子吸收分光光度计量测较高浓度钾溶液

原子吸收分光光度计是用于量测溶液中微量元素浓度的仪器，它应用方便、快捷、高效、准确。这一仪器检测下限较低，可满足工、农、医等行业的量测要求；但缺点在于当超过它的线性范围时，用灵敏波长量测会使误差增大。用次灵敏波长来量测，可取得较好结果，同时增大了量测范围。这样对于浓度变化范围较大的试验溶液。减少了稀释工作量，提高了效率。     

有沙层土柱中钾离子运移的试验研究

通过室内有沙层土柱入渗中钾离子运移试验,研究了有沙层土柱中钾离子随入渗水运移的过程和特性。结果表明,入渗过程中,由于沙层阻水造成钾离子在沙层以上积累,而在沙层内钾离子浓度并不增加。经平衡计算和有无沙层试验比较表明,粗沙基本不吸附钾离子,因沙层阻水而使钾离子暂时滞留在土-沙界面上,随水量增大钾离子浓度锋透过沙层。因此,干旱区农田洗盐需要一定水量并持续一定时间,方能使盐锋达到沙层以下,起到抑制盐分的作用。     

和田绿洲地下水及土壤离子含量特征

依据60处地点野外观测水质化验数据,分析了地下水及土壤中各种离子含量之间的相互关系,结果表明,和田绿洲地下水硬度和土壤碱性主要受镁离子影响;土壤钾钠离子含量大于11.013mg/kg或氯离子含量大于4.966mg/kg时,农田产量会下降。     

果树蓄水坑灌法单坑水分入渗数值模拟及分析

根据果树生理特性与土壤水动力学理论，建立了非恒定水位复杂边界条件下的蓄水单坑均质土入渗及土壤水分运动的数学模型，并采用交替方向隐式差分法进行求解。其模拟结果与实测结果吻合较好，表明利用该方法模拟蓄水单坑的水分入渗问题是可行的。用本模型模拟了不同条件下的入渗过程，并对入渗规律的影响因素进行了分析，为蓄水坑灌理论与灌水技术要素的深入研究做了一些基础性的工作。     

单喷嘴均匀度实验研究

针对单喷嘴的特性,设计了研究单喷嘴均匀度的实验方案,并且给出了均匀度的测试指标：均匀系数、偏态系数、等雨强线、等圆半径。通过本实验方案,详细的研究了喷嘴的均匀度,为喷嘴的优化组合提供了技术指标。     

华北平原农田N2O排放通量的高频动态观测

N_2O是主要源自农田的重要温室气体之一,可破坏臭氧层而导致全球增温。目前对N_2O的原位高频观测尚不多。为完善N_2O的观测方法,为华北地区N_2O变化研究提供参考,本研究以华北平原典型农田为研究对象,利用新型的N_2O测定仪器TGA200A,进行实时、自动、昼夜连续地观测中国科学院禹城综合试验站农田大气N_2O的日动态变化。本次观测自2017年6月中旬玉米播种后开始,持续至2017年9月(8月份仪器调试)。结果显示:1)晴朗天气下,农田大气N_2O呈现出夜晚(0:00—6:00、18:00—24:00)高(0.618~1.171 mg·m-3)、白天(6:00—18:00)低(0.526~1.145 mg·m-3)的趋势,而白天高温又促进农田N_2O排放,在午后15:00—17:00大多出现1次峰值,表明温度的促进作用存在滞后性。2)降雨天气下,农田N_2O在适当的雨量下逐渐增加(3 h内增加0.033 mg·m-3),且存在累积效应,但过度淹水后N_2O表现出逐渐降低的趋势。3)大风天气下,N_2O的浓度产生变化,但规律并不明显。研究结果表明,利用TGA200A可以实现对温室气体N_2O的实时、连续、动态的自动观测,观测结果具有较高可信度,可以反映出当前华北地区农田N_2O在不同环境要素(温度、降水及大风)下的动态变化趋势。     

1990-2019年中亚五国干旱状况时空变化特征及大气涛动驱动分析

咸海的迅速萎缩导致中亚五国的干旱问题引起了科学界的特别关注。为厘清中亚五国近30年来水分条件状况,探究影响其变化的气候驱动要素,本文使用帕默尔干旱指数(PDSI)对1990—2019年中亚五国干旱时空变化特征进行评估,并结合交叉小波变换揭示了大气涛动对其干旱状况的驱动影响。结果表明:中亚五国的干旱指数呈现周期性交替变化,年际变化率增大;夏秋旱、冬春湿的季节性干旱特征减弱,不同时间段的PDSI变异程度加剧,并表现出2018年后进入新一轮干期的可能。干旱程度总体呈现自西南向东北逐渐减轻、自东南山区向中西部平原逐步加重的格局;1990—2019年干旱重心由西南内陆腹地向哈萨克斯坦中西部地区转移,帕米尔和西天山山脉干旱程度呈波动上升态势。青藏高原指数(TPI)对PDSI变化表现出明显的驱动作用,在1990—2019年整个时间序列上均有较高的周期性强度,拥有1～3年(1995—2000年)、4～5年(2010—2015年)和8～10年(2015—2019年)3个明显年际尺度的震荡周期。总之, 1990—2019年中亚五国整体干旱状况趋好,干旱变异程度加剧,干旱空间分异明显, TPI在年际尺度上是驱动PDSI变化的大气涛动要素。     

基于HYDRUS模型的华北平原小麦种植区水盐运移模拟

土壤中水分和盐分是影响作物生长的两个关键因素,揭示水盐运移机制对阐明作物利用土壤水过程具有重要意义。本研究以华北平原典型农田——中国科学院禹城综合试验站为试验地,基于试验站内冬小麦种植地的长期土壤水分观测数据及室内土柱试验,应用HYDRUS-1D模型分别阐明土壤水分及盐分变化规律及分布特征,探究影响水盐运移的驱动因素,并评价HYDRUS-1D模型对研究区水盐运移模拟的适用性。水分运移模拟结果表明:浅层土壤水分运移模拟因受外界因素的剧烈影响而较深层土壤产生更大的误差,10cm、20 cm、30 cm、40 cm和60 cm处水分运移模拟结果的均方根误差分别为0.0348 cm~3·cm~(-3)、0.0179 cm~3·cm~(-3)、0.0179cm~3·cm~(-3)、0.0122cm~3·cm~(-3)和0.0053cm~3·cm~(-3);水分运移模拟的纳什效率系数平均值为0.826,变异系数为0.0560,表明模拟结果与实测土壤水分变化过程一致性较好。土柱试验结果显示:灌水8 L,入渗12 h、24 h、40 h、45 h和48 h后,各时刻土壤盐分含量在垂向上整体呈现先增大后减少的分布规律,均方根误差分别为0.181 g·kg~(-1)、0.131 g·kg~(-1)、0.120 g·kg~(-1)、0.034 g·kg~(-1)和0.027 g·kg~(-1),平均误差的平均值为0.174 g·kg~(-1)。受蒸发、耕作、根系等影响,理化性质变异性较大导致浅层土壤盐分运移模拟值与实测值偏差增大,纳什效率系数的变异系数达9.71。灌水8 L、16 L、24 L,入渗48 h后分别在土壤23 cm、26 cm、29 cm处出现盐分含量峰值,表明增加灌水量可加强盐分淋洗效果。此研究可为深入探究华北平原冬小麦土壤水盐运移规律、优化农田水资源管理、提高水资源利用效率提供一定理论基础。     

蓄水坑灌法单坑入渗模型及入渗规律研究

根据果树生理特性与土壤水动力学理论,建立了非恒定水位复杂边界条件下的蓄水单坑均质土入渗运动的数学模型,并采用交替方向隐式差分法进行求解。经试验验证,模拟结果与实测结果吻合较好,表明利用该方法模拟蓄水单坑的水分入渗问题是可行的。用本模型模拟了不同条件下的单坑入渗过程,根据模拟结果分析了不同因素对入渗规律的影响,为蓄水坑灌理论与灌水技术要素的深入研究奠定了基础。