潜水高矿化度对粉质粘土毛细水上升的影响

为研究高矿化度潜水地区典型包气带细粒土质毛细水上升规律,在室内开展不同矿化度潜水条件下(淡水、30g/L、100g/L和250g/L),不同粒径分布粉质粘土毛细水上升监测试验。结果表明:同一粒径分布,高潜水矿化度对重力势的改变是控制毛细水上升的主要因素,但同时也改变了土壤结构;随砂粒含量增加,相同时段淡水毛细水上升高度趋于最大化;各处理毛细水上升历时曲线均可用幂函数描述,一阶求导显示毛细水上升速度随时长增加迅速衰减;不同矿化度处理各粒径组毛细水上升曲线之间的差异性,也进一步验证高矿化度潜水与淡水条件下的毛细水上升规律显著不同。     

膜下滴灌棉田冻融期土壤剖面水盐热分布动态

为了深入揭示干旱区膜下滴灌棉田冻融期土壤水、盐和温度的动态变化规律,利用Hydra水盐热系统实现对冻融期宽行、窄行和膜间位置15,25和40 cm深度土壤液态水分、温度和电导率实时等间隔加密监测,分析了冻融期土壤水盐热动态变化过程.结果表明:同一位置不同深度液态水分、电导率和温度动态变化规律一致;冻融期内盐分垂向运移规律为深层土壤内的盐分向表层运移,冻融作用使盐分发生了重分布,加重了土壤40 cm深度的盐分含量,电导率增值范围为20~80 μS/cm,并且冻融前后不同位置电导率以位置排序由大到小为宽行,窄行,膜间;在冻融过程中不同位置土壤温度、液态水分和电导率两两之间存在着正相关关系(P<0.01),其相关系数大于0.74,而电导率与温度和液态水分两者也存在极强的多元一次函数关系(P<0.01),其相关系数大于0.90;冻结和融化并不是重合的过程,而是在期间会出现分叉点,分叉点出现在-1 ℃附近.研究结果对制定合理的非生育期灌溉制度具有重要参考意义.     

土壤水高矿化度对粉质黏土水力特性的影响

为获取高矿化度土壤水条件下的水力特征参数,并比较不同处理的影响,实验测定淡水、30、100及250g/L土壤水矿化度处理土样脱湿过程的水分特征曲线,并利用RETC软件进行模型参数拟合。结果表明,粉质黏土条件下,van Genuchten-Burdine模型可拟合各不同处理土壤水分特征曲线。各组实测曲线形态显示,在吸力较大阶段,当土壤水吸力增大到一定程度时含水率才发生变化,二者呈多值对应关系。TDS-30处理对应的残余体积含水率θr最大,α、n值最小,非饱和水力传导度K值衰减最快;中等大小孔隙的变化对非饱和水力传导度影响较为显著。研究成果可为深入开展矿化度潜水蒸发数值计算提供支持。     

微咸水冰体融出水质及基于HYDRUS-1D的土壤淋洗特征研究

为揭示微咸水结冰融水时咸淡分离状况及对盐渍土盐分的淋洗效应,通过室内融冰试验研究不同解冻温度(10℃、15℃)和矿化度处理(纯净水、0.5g·L^–1、2 g·L^–1、4 g·L^–1)冰体的融化速度及融出水质,并借助HYDRUS-1D模型,模拟分析了不同处理融出水与微咸水直接入渗对剖面土壤盐分的淋洗效果差异。结果表明：微咸水冰体咸淡分离效果明显,各处理下的微咸水冰体融出淡水体积占比均超75%,矿化度越小融出淡水体积越大;微咸水冰体先咸后淡融出水入渗对盐渍土中的盐分有较好的淋洗效果,优于相同矿化度的微咸水直接入渗处理;10℃处理微咸水冰融出水对盐渍土的淋洗效果要好于15℃处理。研究结果对于探索内陆干旱区地下微咸水资源利用及新的非生育期节水控盐模式具有一定的指导意义。     

冻结状态下盐渍化土壤中水溶性盐基离子含量高光谱反演

为探究采用高光谱技术反演冻结状态土壤水溶性盐基离子含量的可行性,该研究针对河套灌区盐渍化土壤,测定土壤在冻结与未冻结状态下的光谱和主要水溶性盐基离子含量(HCO₃^-、Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-、K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺),光谱经标准正态变量变换(standard normal variable,SNV)和变量投影重要性法(variable importance in projection,VIP)筛选出敏感波段后,采用偏最小二乘回归法(partial least squares regression,PLSR)、支持向量机回归法(support vector regression,SVR)和极限学习机法(extreme learning machine,ELM)构建基于特征光谱的土壤离子含量高光谱反演模型,并对比冻结与未冻结状态反演模型...     

高矿化度土壤水分特征曲线及拟合模型适宜性

为分析高矿化度对土壤水分特征曲线的影响,以淡水及矿化度分别为30、100和250g/L的水样对土体进行饱水处理(简称TDS-F、TDS-30、TDS-100和TDS-250处理),测定脱湿过程的土壤水分特征曲线。结果显示,试验吸力变化过程中,各处理比水容量相近,局部存在差异:TDS-100及TDS-250处理土体对水分的吸持能力明显小于TDS-30及TDS-F处理。分析表明:TDS-30处理使土体中等孔隙体积变小、TDS-100处理使土体较小孔隙体积变小、TDS-250处理使土体较大孔隙体积变小,进而影响土壤水分特征曲线形态。利用RETC软件结合统计分析确定,TDS-F、TDS-30、TDS-100及TDS-250处理土壤水分特征曲线的最优拟合模型分别为:vanGenuchten-Mualem、Dual-porosity-Mualem、Lognormaldistribution-Mualem及Dual-porosity-Mualem模型;各处理最优模型的非饱和导水率模式均为Mualem模型;从机理上解释各拟合模型优劣还较为困难。研究结果为干旱区高矿化度土壤水、盐运移计算提供一定参考。     

侵蚀黑土逐层沉积结构异质性及其对温室气体排放的影响

为探究沉积区不同沉积层次结构及理化性质差异对温室气体排放的影响,该研究取典型侵蚀黑土进行粒级沉降分选,将颗粒由粗到细分成6个粒级（L1～L6),并按不同泥沙迁移情景,将粗细颗粒依次逐层沉积,形成6种不同深度和层次结构的沉积土柱（S1～S6）：S1仅由最粗粒级L1组成,S6则由L1～L6从粗到细、自下而上依次逐层沉积而成。将不同土层结构土柱进行恒温恒湿培养,并监测CO₂、N₂O和CH₄的排放速率。结果表明：1）不同沉积土层孔隙度由L2层的23.79%减少至L6的1.00%,而含水率则由L2层的11.16%增加到L6层的41.02%。2）碳氮含量集中分布在L2～L4层。3）7 d培养期间,温室气体平均释放速率总体随沉积层数增加而显著降低（P<0.05）,也表现为气体通量并未随着沉积土层增厚而增加。逐层沉积过程使得粗细颗粒分离,粗疏颗粒在下层优先沉积,而细密颗粒在上层堆叠,致使孔隙度和气体相对扩散系数随颗粒自下而上随逐层沉积而逐渐降低,仅1.5 cm厚的细密沉积层便可有效抑制温室气体向土表排放。该研究通过颗粒沉降分选和逐层沉积,从细观过程刻画沉积分层和掩埋效应对温室气体排放的影响,对深化沉积环境温室气体排放机理具有重要意义。     

泥沙沉积层次对有机碳矿化和CO2排放影响的模拟研究

[目的]探讨沉积区不同掩埋层位对CO₂在沉积剖面中产生和传输的影响，为定量评估黄土高原地区侵蚀-沉积环境下碳源/汇强度和功能提供理论依据。[方法]通过土柱回填控制性试验模拟沉积土层，在12 cm高土柱的顶部(2 cm)、中部(5 cm)和底部(9 cm)分别添加¹³C标记的葡萄糖溶液，并设置3种¹³C葡萄糖溶液浓度(26,52,104 mg C/kg),对比分析20℃恒温培养10 d期间，不同添加位置和葡萄糖溶液浓度对土柱表观CO₂释放速率的影响，并结合稳定性同位素示踪法，解析不同有机碳来源对表观CO₂的贡献，进而探讨不同掩埋层位对外源输入有机碳矿化的影响。[结果](1)低浓度葡萄糖添加处理下，外源添加葡萄糖的矿化程度在顶、中、底部分别为38.6%,65.1%,50.9%,存在显著性差异；而随着葡萄糖添加浓度的升高，各层位间的矿化程度趋于一致。(2)顶部添加葡萄糖后，表观CO₂中δ¹³C峰值最大(376‰,1527‰,3176‰),出...     

渐次解冻土壤粒级沉降分选及碳氮盐分布特征

[目的] 将解冻逐层剥离过程与粒级沉降模拟相结合,探究融雪径流情景下坡面土壤逐层解冻过程中泥沙粒级分选规律及伴随的碳氮盐分布特性,为深入揭示东北坡面土层冻融侵蚀机理及伴生的微环境效应提供依据。[方法] 以东北坡面黑土为例,开展了土柱冻融试验,主要包括非冻融、全冻全融与冻结后渐次解冻(土柱置于浸水环境,由外至内分融化出T₁—T₃ 3层)处理,借助沉降管对各处理的土壤进行粒级沉降分选试验,对各分选粒级电导率(EC)、pH值、有机碳(SOC)、氮(TN)等进行了测定分析。[结果] ①土壤经全冻全融后,沉降分选所得＞500 μm和≤125 μm的颗粒含量减少,125～500 μm的颗粒增加;土壤EC在大粒级中较高;SOC和TN在大粒级中(＞500 μm)含量降低,在较小粒级(≤125 μm)含量增加。②渐次分层解冻土壤经沉降后,外层(T₁)≤63 μm颗粒偏少,内层(T₃)125～500 μm颗粒偏多;盐分和有机碳氮在外层大粒级中含量较高。③全冻全融土壤沉降后,盐分流失率达64.8%,SOC和TN流失率相对较低,为4.08%和2.72%;渐次解冻沉降处理内层(T₃)土壤盐分和有机质流失程度大于外层(T₁)。[结论] 冻融沉降后,外层土壤破碎程度大,坡面土壤颗粒趋向均质化;有机质含量在粒级间差异明显,其在小粒级土壤中分布更加稳定;盐分和有机质在冻融沉降过程中会从土壤内层向外层迁移而造成流失。     

黑土单向冻融过程对不同土层有机碳矿化的影响

为揭示黑土单向冻融过程对不同土层有机碳矿化的影响，该研究以东北典型季节性冻融黑土为研究对象，通过添加13C标记葡萄糖(初始添加浓度为200μg/g)模拟春季解冻期土壤最常见有机碳组分，采用室内由外而内的单向冻融(-10～10℃)模拟田间自上而下单向冻融过程，对比分析渐次解冻剥离的外、中、内3个土层在恒温培养15 d过程中的CO₂释放速率变化规律，以及激发效应差异。结果表明：1)单向冻融后，各土柱外层土壤水分均显著增高(为初始含水率的1.20～1.27倍)，而内层则明显失水(仅为初始含水率的78.4%～84.5%)，且未添加葡萄糖处理的内外层水分差异比添加葡萄糖处理的更加显著；2)未添加葡萄糖土柱单向冻融后，内层累积CO₂释放量均值为138.8μg/g，显著高于外层(95.1μg/g)；而添加葡萄糖土柱单向冻融后，内层CO₂释放速率表现出明显的时间变异性，前期峰值突出(第4天)，可达外层和中层峰值的1.7和2.0倍，但后期快速衰退，最终累积CO₂释放速率为外层和中层的1.2和1.3倍；3)添加葡萄糖土...