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。     

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。     

羧甲基纤维素钠对壤砂土水分运动及水力参数的影响

科学使用羧甲基纤维素钠(CMC)实现保水控盐对于滨海壤砂盐碱土改良具有重要意义,而明晰CMC对滨海壤砂土水分运动规律的影响是科学使用CMC的重要基础。为研究施加CMC滨海壤砂土水分运动规律,本文通过开展一维垂直土柱积水入渗试验,探索不同CMC施量(0、0.1、0.2、0.4、0.6 g?kg-1) 对壤砂土入渗特性、水分分布和土壤水力参数的影响。结果表明,施用CMC土壤的最终累积入渗量增加了4.90％～15.17％、达到预设湿润锋深度的入渗时间增加了61.90%～604.73%;Philip入渗模型参数吸渗率S和Green-Ampt模型参数KsSf均随CMC施量的增加而减少,吸渗率S和平均土壤水扩散率与CMC施量之间的数学关系分别可用二次多项式和指数函数来表示;CMC增强了土壤的持水能力,土壤剖面含水量提高了0.72%～3.74%;CMC通过改变土壤结构影响了土壤水力参数,滞留含水率θr、饱和含水率θs及进气吸力倒数α均与CMC施量呈正相关关系,而与饱和导水率Ks和形状系数n呈反比关系。通过对变异系数CV的分析发现,CMC对饱和导水率Ks和进气吸力倒数α影响表现为中等差异,对滞留含水率θr、饱和含水率θs和形状系数n表现为弱差异。研究结果揭示了CMC对滨海壤砂土减渗保水的内在机理,为滨海盐碱地的改良提供了理论参考。     

西北现代生态灌区建设理论与技术保障体系构建

灌区是我国粮食安全和现代农业发展的基础保障,同时也是区域经济发展和生态环境保护的重要基石。然而西北地区独特的气候、地貌及社会经济状况导致了灌区生产能力和生态服务功能难以满足现代生态农业发展的需求。通过系统分析西北灌溉农业发展中面临的水资源过度开发、土壤盐碱化严重、生态环境功能低下等方面的问题,阐述了西北现代生态灌区的内涵与特征,并基于农业生产“功能水分”来源,将西北灌区划分成了灌溉依赖型灌区、灌溉主导型灌区、灌溉补充型灌区和灌溉提质型灌区4类。以灌区农业生产系统、物能输配系统、生态环境系统为建设对象,提出了灌区生态服务功能优化配置、灌区农田物能调控和灌区生态系统安全评估三大核心理论,构建了灌区系统控污与景观价值提升技术、灌排系统管控技术、作物生境要素综合调控技术三大关键技术,从而形成了西北现代生态灌区理论与技术保障体系,为我国西北灌溉农业高质量可持续发展提供理论与技术指导。     

基于群智能优化算法的土壤水动力参数反演

土壤水动力参数是模拟田间土壤物质传输过程的基本参数,准确确定土壤水动力参数对实现农田生境精准调控具有重要意义。基于一维垂直入渗试验数据,采用代数方法和数值方法,构造3个不同的目标函数,并分析鲸鱼优化算法和灰狼优化算法反演Brooks-Corey-Mualem模型参数的适用性。结果表明：通过选择合适的目标函数,两种群智能优化算法均可用于反演土壤水动力参数。在代数方法中,鲸鱼优化算法在目标函数2下(由累积入渗量、入渗时间、含水率构成的相对误差)固定参数θ_r、θ_s优化得到的土壤水动力参数误差最小,反演参数得到的累积入渗量、入渗率、含水率的相对误差都在9.74%以下,决定系数都在0.904 0以上,反演时间为70 s;在数值方法中,灰狼优化算法在目标函数3下(由累积入渗量、湿润锋深度、含水率构成的相对误差)固定参数θ_r、θ_s优化得到的参数误差最小,反演参数得到的累积入渗量、入渗率、含水率的相对误差都在2.53%以下,决定系数都在0.991 7以上,反演时间为115 s。因此,代数方法所用时间短、精度相对较低...     

径流冲刷条件下坡地养分随地表径流迁移数学模型

径流冲刷是土壤养分随地表径流流失的重要影响因素之一。为了模拟径流冲刷作用对土壤养分流失的影响,依据饱和土壤条件下有效混合深度概念,建立了径流冲刷条件下坡面土壤养分向地表径流传递的有效混合深度模型。利用试验数据对模型径流养分质量浓度变化过程的效果进行了检验,结果显示不完全混合模型在模拟径流养分质量浓度随放水时间的变化方面效果较好,决定系数均在0.9以上。通过不完全混合模型计算径流养分累计流失量,与实测数据差异很小,当养分为硝态氮时,计算值与实测值之间的相对误差分别为6.6%(柠条)和5.9%(大豆),当养分为水溶性磷时,相对误差分别为1.1%(柠条)和2.3%(大豆),说明模型的模拟精度较高。在选择模型时,应根据计算精度和参数获取方便性等情况综合确定。     

基于RUSLE模型因子的坡地土壤硝态氮地表径流流失经验公式

为了方便有效地预测坡地土壤养分流失,以硝态氮流失为研究对象,根据大量国内外文献资料中的试验数据,通过修正通用土壤流失方程,研究分析硝态氮地表径流流失的特征和影响因素,初步建立了坡地土壤硝态氮地表径流流失预测经验公式。结果表明:硝态氮流失量与五大影响因子之间均呈幂函数正相关关系。利用相关资料对经验公式预测准确性进行检验得出,硝态氮流失量预测值与实测值之间的相对误差为30.28%,模型确定性系数为0.772,模型计算结果与实测结果较为接近。因此,通过分析影响因子与硝态氮流失量之间的定量关系,所建立的硝态氮地表径流流失预测经验公式,可用于不同条件下的坡地地表径流硝态氮流失量预测,为坡地土壤硝态氮流失量预测分析和控制措施优化提供有效手段。     

间歇性降雨对黄土坡地水土养分流失的影响

坡面水土养分流失是研究农业非点源污染方面的核心问题,涉及土壤侵蚀、坡地水文和环境治理等方面的内容。以黄土坡地为研究对象,利用人工降雨模拟试验,分析间歇降雨时坡地产流-入渗-土壤侵蚀过程,以及通过预先在坡地喷施养分(NH_4~+-N、NO_3~--N、PO_4~(3-)-P),研究间歇降雨时坡面水土流失以及土壤溶质的迁移规律。试验采用针孔式人工模拟降雨器进行模拟降雨,对试验坡地间歇性进行3次降雨,雨强恒为100mm/h,每次降雨历时60min,降雨间隔时间60min。结果表明:(1)3次降雨的初始含水率不同,但产流规律相似,降雨径流率均为先增大后趋于平稳。(2)3次降雨产生的泥沙累积量分别为250.91,100.20,79.76g,第1次降雨的泥沙量远高于第2,3次。泥沙率先迅速增大到峰值然后缓慢减少,平均泥沙率随降雨次数的增多而递减。(3)对于非吸附性的NO_3~-、NH_4~+,3场降雨过程中溶质浓度均呈现由高降低并逐渐平稳的变化趋势;PO_4~(3-)-P浓度的变化规律却略显不同,降雨初期溶质浓度先短暂升高,然后再由高降低并逐渐平稳。(4)3次降雨的NH_4~+-N、NO_3~--N、PO_4~(3-)-P的径流总流失量分别为535.33,1 058.18,400.79mg,其中NO_3~--N流失量最多,PO_4~(3-)-P流失量最少。随着降雨次数的增加,不同降雨次数下的NH_4~+-N、NO_3~--N、PO_4~(3-)-P径流流失量均逐渐减少,流失量较前次降雨分别降低了19%,14%、3%,62%和57%,28.3%。因此,通过对间歇性降雨条件下黄土坡地水土溶质迁移特征的研究,对揭示降雨-径流-土壤相互作用过程和土壤养分迁移机理具有重要意义。     

西北旱区农业高质量发展体系的生态农业内涵与路径

西北旱区自然条件恶劣，水土资源不匹配，农业发展受到诸多障碍。为探索一条突破环境制约，且资源集约高效利用的现代农业发展道路，该文系统分析了国内外农业发展沿革与趋势，明晰了西北旱区农业发展面临的问题与挑战，构建了针对西北旱区的生态农业发展理论框架，提出了西北旱区多业态生态农业结构与提质增效途径。研究发现，生态农业是通过现代科学技术与生态工程原理，形成产供销全链条绿色循环且生态功能持续提升的一种农业体系。生态农业应具备农业资源集约化、生产过程生态化、农业经营产业化、农业管理智能化、农业功能多元化五大基本特征。该文构建了以高效益、高效率、高品质、高素质为目标的生态农业高质量发展体系，提出了集优质棉业、精品果业、优质粮草、生态养殖、特色小镇、地理产品为一体的西北旱区多业态生态农业结构，阐明了以节水控盐协同模式、生境智能管控模式、“园机”一体化模式、循环经济发展模式、城乡统筹发展模式、“三产”一体化模式为核心的西北旱区生态农业提质增效技术体系，明确了以农业高效用水和生态功能提升为核心的关键途径。同时实践经验显示，绿色可持续的生态农业发展理念对促进区域经济水平与生态环境建设效果显著，如陕西眉县绿色林果业品牌入选中欧地理标志产品名单、综合产值达58.5亿元，甘肃广河县和宁夏青铜峡市畜禽粪污资源化率超90%，新疆生产建设兵团七十七团通过秸秆资源化技术单产增加8%、土壤有机质达21.2%，内蒙古科尔沁旗通过优质牧草种植、良种培育的生态畜牧业实现了规模生产与草场保护的双赢。     

微咸水膜下滴灌不同灌水量对水盐运移和棉花生长的影响

在新疆巴州水管处重点灌溉试验站进行了不同微咸水灌水量(分别为300mm,337mm,375mm和412.5mm)的棉田膜下滴灌试验,研究了不同微咸水灌水量对棉田不同水平位置和垂直深度处的土壤水盐运移影响,分析了在不同灌水量下棉花生长及产量的变化,以寻求适宜棉花生长的膜下滴灌灌溉制度。结果表明:在棉花生育期内,土壤0—40cm深度宽行土壤含水量随灌水量变化波动较小,窄行及膜间土壤含水量随灌水量变化波动较大,膜间土壤含水量较宽行窄行要小;棉花生育期内滴头下方0—20cm的土壤含盐量均有减小,20—40cm土层的土壤含盐量随灌水的波动较大,灌水量较小的土壤含盐量较大,375mm灌水量对棉花根区土壤盐分淋洗的效果最好;随着灌水量的增加,宽行0—40cm土壤盐分均有一定程度的累积,窄行土壤均表现为脱盐,而膜间土壤由脱盐转变为积盐;种植区总的脱盐率分别为-12.8%,-33.3%,89.0%和94.4%;微咸水灌水量较大的棉花株高和茎粗变化较快,叶片数越多,叶面积越大;在棉花生育期末不同灌水量处理对铃重影响较大,且灌水量越大棉花产量越大,籽棉产量分别为4 681.35,5 052.45,5 006.85,5 817.90kg/hm2。