添加γ-聚谷氨酸减少土壤水分深层渗漏提高持水能力

γ-聚谷氨酸(Poly-γ-glutamic acid,γ-PGA)是一种高分子聚合物,具有超强的吸水能力和生物降解性。为探明γ-PGA在土壤改良方面的应用及对土壤水分运动的影响,该文基于室内垂直一维入渗土柱试验,研究了不同γ-PGA施量配比(0、0.5%、1%、2%、4%)对土壤水分入渗及持水特性的影响。结果表明:与对照组相比,添加4%的γ-PGA的累积入渗量、入渗率和湿润锋分别减少了57.95%、53.89%、59.58%;四种入渗模型参数的模拟结果显示,与对照组相比,随着γ-PGA施量的增加,Kostiakov公式中的经验系数从0.808减小到0.538,经验指数从0.530增大到0.623;Philip入渗公式中的吸渗率从0.704减小到0.292;Green-Ampt公式中,饱和导水率从0.0043减小到0.0011 cm/min,湿润区有效的土壤水扩散率从1.19减小到0.16 cm~2/min,湿润锋处的土壤水吸力无明显变化;垂直一维入渗代数模型中,饱和导水率从0.0044减小到0.001 cm/min,非饱和土壤吸力分配系数和土壤水分特征曲线和非饱和导水率综合形状系数均无明显变化趋势。土壤的持水特性结果表明:随着γ-PGA施量的增加,土壤饱和含水率增加,且与对照相比,表层土壤(0~10 cm土层)的含水率呈显著增加趋势,深层土壤(≥10~40 cm土层)的含水率则呈减小趋势。同时,湿润土层的厚度逐渐减小,说明γ-PGA不仅可增强土壤的持水能力,而且还可改变土壤剖面水分的分布形态,使更多水分蓄积在作物根区土层区域。该研究为γ-PGA的田间土壤改良及应用提供了理论支撑。     

羧甲基纤维素钠对土壤团粒结构及水分运动特性的影响

土壤改良剂的应用研究对改善土壤环境,促进作物生长有着重要意义。该文通过向土壤中添加不同质量的羧甲基纤维素钠(sodium carboxyl methyl cellulose,简称CMC),研究了不同含量的CMC对土壤团粒结构及水分运动的影响。结果表明:随着CMC含量的增大,土壤水稳性团聚体含量增大,土壤分形维数减小,土壤黏粒和粉粒比例减少,砂粒比例增多,黏粒和粉粒均与土壤分形维数呈正相关关系,砂粒与分形维数呈负相关关系,黏粒含量对土壤分形维数影响最为显著,土壤中0.1 mm的颗粒含量减少,而≥0.1 mm的颗粒含量均有不同程度的增加;随CMC含量的增大,土壤的入渗能力减弱,稳定入渗率显著减小,Philip公式中吸渗率减小,Kostiakov公式中的经验系数减小,经验指数增大;随着CMC含量的增大,土壤的持水能力增强,van Genuchten公式中土壤滞留含水率、饱和含水率及与进气值相关的系数均有所增大,形状系数逐渐减小。该研究对可为CMC的田间土壤改良应用提供理论依据。     

渭河关中段水环境安全评价

为了对河流的水环境安全进行评价,评价出沿河城市对河流水环境安全的影响情况,以渭河关中段即渭河所流经宝鸡、咸阳、西安和渭南4个城市段为例,选取2000 ～ 2013年各市与水环境安全有关的14个指标为研究对象,基于压力-状态-响应模型(PSR模型),利用综合指数评价法,计算4城市段水环境综合安全指数及影响水环境安全程度的权重值,并以此评价渭河关中段的水环境安全,找到影响水环境安全的主要因素.结果表明,2000～ 2013年间渭河关中段的水环境安全状态基本在"较差"和"良好"两个安全等级间波动;2011年之后关中段水质呈逐步上升趋势;适当增加人均绿地面积、适当减少化肥的施用将有利于渭河关中段水环境的改善.     

黄土高原丘陵区地形和土地利用对土壤有机碳的影响

土壤有机碳(SOC)作为土壤中重要的组成部分及植物生长的主要元素,在地球生态系统中起着举足轻重的作用,是全球环境尤其是气候变化的重要影响因素。以黄土高原王茂沟小流域为研究对象,通过间隔为150m经纬网格分5层采集0～100cm土壤样品,采集土壤样品包括4种地形(坡顶、坡上、坡中、坡下)和5种土地利用类型(坡耕地、林地、草地、灌木、梯田),共采集土壤样品1 540个,探讨地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域SOC含量和分布影响,并通过Kriging插值计算流域内SOC空间分布。结果表明,黄土丘陵第一副区王茂沟小流域在0～100cm土层中,SOC平均含量坡上(4.49g·kg~(-1))和坡中(4.30 g·kg~(-1))含量最高,其次为坡下(3.97 g·kg~(-1)),坡顶SOC含量最低(3.34g·kg~(-1));坡耕地SOC含量最低。林地(4.31 g·kg~(-1))、梯田(4.25 g·kg~(-1))、草地(4.12 g·kg~(-1))和灌木(3.82 g·kg~(-1))分别较坡耕地(3.47 g·kg~(-1))SOC含量增加24.2%、22.4%、18.7%和10.1%。表层SOC更易受到环境因子的影响,梯田等水土保持措施可明显固存深层(20cm)SOC。方差成分估计表明,土地利用、地形、深度以及土地利用与地形的交互作用对流域剖面SOC含量空间分布有着极显著的影响(P0.01),其中地形对SOC含量的贡献率最高(32.50%)。土地利用与地形的交互作用在各因子的交互作用中表现出对SOC含量变异解释度最高(7.4%)。流域SOC在空间上呈斑块分布,随着深度的增加,流域SOC的空间分布向均一性发展。研究结果为黄土区水土保持措施规划及退耕还林的固碳效益评价提供了科学依据。     

淤地坝系安全运行保障技术探析

淤地坝作为黄土高原最主要的沟道治理措施之一,其安全运行对于流域保持水土、淤地造田具有重要的积极作用。淤地坝系安全运行保障技术作为一套相对完整的技术理论体系,对于指导区域坝系的安全运行具有重要意义。着重从淤地坝发展存在的问题、技术体系解析及目前存在的问题三个方面对该技术体系进行了介绍,分析了3大子技术在实践中的应用状况。同时通过文献查阅发现,以发现问题—解决问题—预防问题为理念构建的淤地坝系安全运行保障技术,目前主要集中于理论体系的构建阶段,在实践中应用较少,许多问题还有待于进一步解决。     

新疆包头湖灌区农田土壤水盐热特性空间变异特征

土壤作为高度变异体,其大尺度下的土壤水盐热分布特征具有空间变异性。为了探究大尺度下的土壤水、盐、热的空间分布特征及空间变异性,以新疆包头湖区域为例,采用经典统计学和地统计学相结合的方法,对土壤水盐热参数的空间分布特征进行分析。结果表明:土壤含水率、导热率及热容量均属于中等偏弱变异程度,土壤含盐量为强变异程度;土壤含水率、含盐量、导热率的半方差函数均可用高斯模型进行拟合,热容量的半方差函数可用指数函数进行拟合;含水率、含盐量、导热率、热容量同一深度各自变量之间均具有较强的空间依赖性,随机因素占总变异程度较低,最大相关距离在2 600~3 900 m。该研究为当地农业灌溉及精细农业的生产提供一定参考。     

覆土厚度对裸岩石砾地土壤颗粒迁移过程的影响

为了明确裸岩石砾地土地整治工程中人为构建耕作层的合理覆土厚度,通过室内土柱模拟试验,研究了覆土厚度对裸岩石砾地土壤颗粒迁移过程的影响。根据裸岩石砾地土地整治工程特点,试验共设计4个覆土厚度,分别为5,10,15,20cm,土柱底部装填5cm厚直径为10mm的玻璃珠,试验从土柱下端出水开始记时,共接取渗漏液6h。结果表明:(1)较厚的土层具有较好的保水蓄水能力和较强的土体稳定性,4个土层厚度的水分渗漏量均随着土层厚度增加而减小,水分渗漏速率表现为先增大后减小,最终趋于稳定的趋势;(2)土壤颗粒迁出量与土层厚度呈负相关关系,土壤颗粒累积迁出量与土层厚度的拟合关系式为:y=3.19e-0.11x(R2=0.96);(3)水分渗漏前期往往伴随着大量土壤颗粒的迁出,且土层越薄,水分渗漏量和土壤颗粒迁出量越大,随着渗漏过程的进行土壤颗粒迁出量逐渐减小;(4)迁出颗粒中粉粒含量最高,黏粒次之,砂粒含量最低,且不同粒径土壤颗粒随时间的迁出特征也不同。研究结果为裸岩石砾地土地整治提供了科学依据。     

枯草芽孢杆菌对盐碱土面蒸发及水盐分布的影响

基于室内模拟土面蒸发试验和土壤持水性能试验,设置5种不同含量枯草芽孢杆菌(0,1,3,5,7g/kg)处理,研究不同含量枯草芽孢杆菌对盐碱土面蒸发及水盐分布的影响。结果表明:(1)施加枯草芽孢杆菌后,土壤累积蒸发量、蒸发速率均显著降低,在蒸发开始后2天,枯草芽孢杆菌的保水性能显现,枯草芽孢杆菌含量为0,1,3,5,7g/kg的累积蒸发量和蒸发速率均小于0g/kg,在3g/kg时累积蒸发量和蒸发速率最小,蒸发后41天,处理为1,3,5,7g/kg累积蒸发量较0g/kg分别减少了16.63%,21.39%,11.26%,5.96%,且不同处理间差异极显著(P0.05)。(2)枯草芽孢杆菌同样影响Black和Rose蒸发模型,对于Black蒸发模型,随着枯草芽孢杆菌含量的增大,蒸发参数B呈现先减后增的趋势,与0g/kg相比较为显著(P0.05);对于Rose蒸发模型,随着枯草芽孢杆菌含量的增大,稳定蒸发参数C和水分扩散参数D均呈现先减少后增大的趋势,其中在含量为3g/kg时取得最小值,并且各处理差异性较为显著。(3)枯草芽孢杆菌能增加土壤的保水性能,在6cm深度处,施加量为1,3,5,7g/kg相比0g/kg的剖面含水量分别增加了28.24%,37.40%,20.00%,6.87%。(4)枯草芽孢杆菌的添加使土壤的含盐量显著减少,枯草芽孢杆菌施加量为1,3,5,7g/kg相比0g/kg的处理分别降低了32.26%,46.89%,26.34%,14.65%。(5)当枯草芽孢杆菌含量为3g/kg时,van Genuchten公式中土壤的滞留含水率θr、饱和含水率θs和与进气值有关的参数α最大,形状系数n最小,且各处理差异显著。综上,在盐碱土中施加3g/kg的枯草芽孢杆菌,可使盐碱土壤抑盐,提高土壤的持水性能。     

植被类型对黄土坡地产流产沙及氮磷流失的影响

植被类型影响黄土坡地径流、土壤侵蚀和和养分迁移过程。该研究通过野外水流冲刷试验,对比分析了6种植被条件下坡面产流产沙及氮磷流失特征。研究结果表明,大黄花拦蓄径流作用最为明显,而大豆最弱;产沙量随时间的变化会出现峰值特征,其中苜蓿控制土壤侵蚀作用要优于其他植被;径流中硝态氮和水溶性磷的浓度在放水初期随时间迅速衰减,而后趋于稳定,幂函数比指数函数能更好的描述径流中硝态氮和水溶性磷浓度变化过程;泥沙中的硝态氮含量随时间迅速衰减,而有效磷的含量则随着时间逐渐波动减小,二者的最高含量均发生在苜蓿地。养分的富集率与土壤侵蚀量成反比;径流硝态氮流失总量的大小关系为谷子苜蓿柠条玉米大豆大黄花,水溶性磷流失总量的大小关系为谷子玉米柠条大豆大黄花苜蓿,谷子、玉米、柠条、大豆、大黄花各自硝态氮和水溶性磷的流失总量基本相同(P0.05);土壤剖面硝态氮含量随着深度增大呈现出峰值特征,且峰值存在的深度不同,土壤有效磷主要积聚在表层5 cm以上,5 cm以下含量极低。综上可知,野外草本植被在拦截径流、减少土壤侵蚀和控制养分流失方面要优于农田作物,在植被恢复中应广泛采用农地撂荒的方式进行恢复。     

砚瓦川流域水沙演变特征及其驱动因素分析

为了探究降水变化和水土保持措施对黄土高原地区产流产沙的影响,选择我国水土流失最为严重的区域——甘肃省庆阳市的砚瓦川流域为研究区,对该流域1981—2012年的年降水量、年径流量和年输沙量进行趋势分析及突变检验,分析黄土高原沟壑区水土流失治理背景下流域水沙的演变规律,定量评价降水和水土保持措施对流域水沙变化的贡献程度。结果表明:在1981—2012年期间年降水量和年径流量均没有发生显著变化,而年输沙量呈现显著减少趋势,年径流量和年输沙量的突变时间分别在1996和1997年,具有很好的同步性。与基准期(1981—1996年)相比,变化期(1997—2012年)的年径流量和年输沙量分别减少了17.0%和76.0%,分析径流和输沙历时曲线发现流域丰水期和平水期的径流量逐时段减少,而枯水期径流量却持续增加,输沙量在整个时段则大幅度减少。该流域降水和水土保持措施对年径流减少的贡献率分别为-37.9%和137.9%,而对年输沙量减少的贡献率为-35.0%和135.0%,因此,水土保持措施的实施是该流域年径流量和年输沙量减少的主要原因。其中,植被措施(林地和草地)对径流影响显著,占径流减少总量的61.04%;工程措施(梯田和坝地)对产沙影响显著,占产沙减少总量的102.84%。研究结果表明,黄土高原地区水土流失治理已在区域尺度上表现出一定程度上削洪补枯和减少侵蚀产沙的水文效应特征。同时在水土保持措施建设过程中,合理配置植被措施和工程措施比例,充分发挥各项水土保持措施的优势,是开展适应性流域管理的关键。