冻融作用对黑土区侵蚀沟发育的影响

[目的]冻融作用是黑土区的主要自然现象之一。研究黑土区冻融作用对侵蚀沟发育的影响,以便防止冻融侵蚀,保护黑土资源。[方法]采取室内试验与野外定点定位观测相结合方法,开展冻融作用对黑土物理性状、冻胀量以及侵蚀沟岸冻裂融塌的试验观测。[结果]冻融作用使土壤水分增加,容重减小,孔隙度增大,土壤团聚体总量降低,冻胀量加大。[结论]冻融作用导致土壤抗蚀能力降低,是加剧侵蚀沟发育的主要影响因素之一。     

冻融作用对东北黑土磷素吸附-解吸过程的影响

冻融作用对土壤理化性质具有重要影响,从而影响土壤中磷素的吸附—解吸特性。以东北黑土为研究对象,采用室内模拟冻融环境的方法,研究了冻融条件下黑土磷素吸附—解吸行为。结果表明,冻融条件下黑土对磷的吸附规律均随着外源磷浓度增加而逐渐增大,当外源磷浓度为120mg/L时吸附曲线出现明显拐点;与未冻融土壤相比,冻融过程中土壤吸附更多的磷,具有更高的磷素吸附率;外源磷浓度低时,冻融作用对土壤磷吸附影响较大,外源磷浓度高时冻融作用对土壤磷吸附影响降低;冻融条件下磷等温吸附曲线采用Langmuir方程拟合的相关性最优,在连续的冻融循环条件下,土壤磷最大吸附量Pmax值逐渐增大,土壤与磷之间结合能力和磷吸附最大缓冲容量也有同样的趋势。     

东北黑土区冻融作用与土壤水分的关系

地球上受冻融作用的面积约占全球陆地总面积的70％,在我国,受冻融作用的面积约占国土陆地总面积的98％。冻融作用对土壤水分、密度、有机质和土壤的机械组成等因素都有不同程度的影响。在东北典型黑土区,通过野外观测和室内试验,研究冻融作用与土壤水分的关系。结果表明：冻融作用使土壤水分由土水势高的下部向土水势低的上部迁移,增加了土壤冻结层的含水量;土壤水分迁移使得下部未冻结层的土壤含水量降低,其降低程度受下部土壤含水量和浅层地下水埋深的影响;冻结过程中土壤水分迁移导致土壤膨胀变形,而土壤的膨胀变形是发生土壤冻融侵蚀的主要因素。研究结果可为东北黑土区冻融侵蚀防治和农业可持续发展提供理论依据。     

冻融交替对黑土氮素转化及酶活性的影响

以黑土为试验材料,通过室内培养实验,研究了不同冻融循环(-25—5℃、-10—5℃)对黑土氮素转化速率和土壤酶活性的影响。结果表明:随着冻融频次的增加,铵态氮含量和硝态氮含量均逐渐增加。除了中强度冻融(-10—5℃)的土壤铵态氮在培养第1周期内的含量最低外,剩余培养周期内,铵态氮含量均表现为中强度冻融(-10—5℃)高强度冻融(-25—5℃)对照组(5℃);硝态氮含量对不同冻融温度的响应差异显著。与对照组相比较,冻融循环整体上降低了土壤的矿化速率和硝化速率,但实验末期有促进硝化的趋势,不同强度冻融对矿化速率和硝化速率影响显著。受土壤温度和冻融交替的影响,土壤的脲酶活性和转化酶活性均低于对照组,且脲酶活性和转化酶活性均表现为中强度冻融高强度冻融(第1周期除外)。综上,冻融作用对黑土的供氮能力和土壤酶活性具有重要影响。     

冻融作用对典型黑土土壤风蚀的影响

东北黑土区农田晚春冻融作用通过改变土壤物理性质而对风蚀作用有重要影响。基于室内冻融模拟试验与风洞试验,分析了东北典型黑土区前期冻融作用对土壤风蚀的影响。试验处理包括3个土壤含水量(16.5%,24.8%,33.0%)、3个风速(9,12,15 m/s)、1次冻融循环。试验过程是先将装有不同含水量土壤的试验土槽进行冻融循环模拟,然后将冻融后的土壤在室温下自然风干(至其土壤含水量为6.0%～7.0%)后进行风洞试验。结果表明:前期土壤冻融作用显著增加了风蚀量和输沙量,试验条件下前期土壤冻融作用使风蚀强度增加23.5%～404.2%,使平均输沙率增加59.1%～305.3%,其增加幅度受土壤含水量和风速影响。同时有、无前期冻融作用处理下,风蚀强度和风蚀输沙率皆随风速的增加而显著增加,且风蚀强度随风速的变化遵循幂函数关系。在冻融作用下,不同土壤冻结含水量下土壤风蚀强度和输沙率的增幅排序皆为16.5%33.0%24.8%。风蚀输沙率随地表高度的增加呈指数递减,风蚀输沙主要集中在距地表40 cm的范围内,且冻融作用使风蚀输沙高度增加。     

农田黑土氮素转化特征对冻融作用的响应

为了深入了解非生长季农田黑土氮素转化过程,采用室内冻融模拟培养试验研究了不同冻融因子[冻融温度(冻结温度:-3、-6、-9、-12、-15℃;融化温度:2、5℃)、冻融循环次数(1、3、6、10、15;其中在-3℃冻结6 d、2℃融化1 d为1个冻融循环次数)、水分含量(10%、20%、30%)]对农田黑土无机氮组分含量及氮素转化速率的影响。结果表明,较大的冻融温差(-15℃/2～5℃)、适宜的冻融循环次数(1～3)和水分含量(20%～30%)是影响农田黑土氮素转化的主要驱动因子。冻融土壤铵态氮含量、硝态氮含量、净氮矿化速率和硝化速率均随着冻结温度降低显著增加,均随着融化温度升高无显著性变化。随着冻融循环次数增加,冻融土壤铵态氮含量、硝态氮含量、净氮矿化速率和硝化速率均显著降低。随着水分含量增加,冻融土壤铵态氮含量显著增加,这与硝态氮的变化趋势相反,而净氮矿化速率和硝化速率均无显著性变化。可见,冻融作用显著促进非生长季农田黑土氮素转化,有利于土壤有效氮的累积。     

冻融作用对农田黑土有机氮组分的调控效应

为深入了解非生长季农田土壤有机氮库组成及转化特征,采用Bremner氮素分级法研究了室内模拟冻融条件下(冻融温度、冻融频数、水分含量)农田黑土有机氮组分含量的变化行为。结果表明:冻融作用对农田黑土有机氮组分及其转化过程影响显著,氨态氮和氨基酸氮是土壤酸解有机氮的主要组分。随着冻结温度降低,土壤氨基酸氮含量显著增加,氨态氮和未知氮含量均显著降低,而氨基糖氮含量变化行为因融化温度而异。随着融化温度升高,土壤酸解有机氮组分无规律性变化。随着冻融频数增加,冻融土壤氨基酸氮含量显著降低,未知氮含量显著增加,氨态氮含量先增加后降低,而氨基糖氮含量则无显著性变化。随着水分含量增加,冻融土壤氨态氮和未知氮含量均显著增加,这与氨基酸氮的变化趋势正好相反,而氨基糖氮含量则无显著性变化。可见,较大的冻融温差、适宜的冻融频数和水分含量是影响土壤有机氮库转化的主要驱动因子。冻融作用能够提高土壤酸解有机氮中氨态氮和氨基酸氮的含量及其分配比例,增加土壤可矿化氮量,促进土壤氮素转化,有利于土壤有效氮的累积,为春季作物生长提供足够的氮素。     

冻融循环作用对黑土有效磷含量变化的影响

[目的]分析冻融循环作用和土壤含水率对土壤磷素的有效性产生的影响,为控制农业非点源污染、明确冻土区土壤的磷素循环过程和准确评估区域的磷素收支提供依据。[方法]以东北黑土为研究对象,研究冻融次数、土壤含水率和土壤有效磷背景值对黑土有效磷含量的影响。采用室内模拟冻融循环的方法,冻融循环次数为30次,冻融温差为-10~7℃,监测冻融条件下黑土有效磷含量的变化。[结果]随着冻融循环次数的增加,它对有效磷含量的影响逐渐下降,至20~30次循环中不具有显著性影响,有效磷背景值的影响在5~20和20~30次循环中占主导地位;在0~30次冻融循环中,有效磷含量的变化表现出双峰型曲线特征,相邻冻融循环次数有效磷含量的变化大多具有显著性差异,变化由剧烈到平缓;土壤含水率越高,有效磷含量变化越剧烈;土壤有效磷背景值越高,有效磷含量越稳定。[结论]冻融循环次数、土壤含水率、土壤有效磷背景值3个控制因子对有效磷含量的影响程度随冻融循环次数的增加而变化。     

冻融交替对不同施肥水平的黑土中氮磷元素含量的影响

为探究冻融交替对不同施肥水平的黑土中氮磷元素含量变化的影响,对东北地区的黑土进行了模拟冻融处理,并分析其氮磷指标（总氮磷、有效氮磷）的变化。结果表明,冻融交替处理后黑土中全氮的含量会降低,而有效氮和有效磷的含量会提高。单独施加无机肥会加剧冻融交替造成的土壤全氮流失（P<0.05）,5次冻融交替后有效氮含量的增长率降低,有效磷含量的增长率升高。5次冻融交替后,施加有机肥的土壤全氮和全磷含量无显著变化,有效氮和有效磷含量增长率均显著提高（P<0.05）。在寒冷地区冻融条件下的农业生产实践过程中,应适当提高有机肥的施用量,以抑制黑土中氮元素的流失,增强氮磷元素的可用性,保持土壤肥力并降低水体富营养化的风险。     

冻融作用对黑土重金属Zn形态转化的影响

通过对重金属Zn污染的黑土进行冻融频次和不同含水量的实验研究得到,随着冻融次数的增加,重金属Zn交换态含量,铁锰氧化物结合态含量和有机结合态含量均呈不同程度的降低趋势,残渣态含量明显增加,表明冻融作用可使土壤重金属Zn生物有效态含量降低。重金属Zn各赋存形态含量与土壤所经历的冻融次数之间呈二次多项式的函数关系,相关系数在0.948和0.988之间。随着土壤含水量的增加,冻融作用对重金属Zn交换态含量影响不大,铁锰氧化物结合态含量降低,有机结合态含量增加,而残渣态含量明显增加。     

不同冻结和解冻速率对猪肉保水性和超微结构的影响

采用均匀设计研究不同个体、冻结和解冻速率对猪肉保水性和组织结构的影响,结果显示：解冻速率对解冻汁液流失率的影响成非线性关系，在一定的范围内存在最佳解冻速率使解冻汁液流失率最低；蒸煮损失率的主要影响因素是冷冻速率，不同的肉品来源对猪肉的蒸煮损失率有显著影响；肉品的加压系水力主要与肉的来源相关，与肉品的冷冻工艺无关；解冻速率对全蛋白的溶解性有一定的影响，且成非线性关系；冻结和解冻操作对于肉品的超微结构有一定的影响，解冻速率越大对于肉品超微结构的破坏作用也越大。     

冻融作用对农田磷素转化迁移影响研究进展

冻融作用引起水土流失,造成磷分等无机污染物流到下游江河湖泊等水体,引起非点源污染,造成土壤肥力下降、生态环境恶化等问题。首先从农田土壤磷分、植物体内磷分以及微生物生物量磷3方面介绍冻融作用对磷分转化迁移的影响;然后对冻融作用磷流失的防治提出增施有机肥、合理密植、恢复并改良植被、封育、退耕还林(草)等建议;最后,提出我国未来冻融作用对磷分转化迁移研究在土壤磷分水平、垂直方向上迁移转化机制,植物体内磷分迁移转化机制,微生物生物量磷迁移转化机制,以及冻融过程磷分流失模型方面提出研究展望。     

季节性冻融土壤水盐动态预测BP网络模型研究

冻融土壤水盐运移模拟预测一直是冻土物理学和土壤水科学研究的热点和难点,而冻土水盐运动的特殊规律与分配特性是影响河套灌区土壤盐渍化发生、发展和演变的重要因素。该文基于内蒙古河套灌区5个冻融期（1994～1999）的水分、盐分和温度的田间实测资料,利用人工神经网络对冻融土壤水盐耦合运移进行了联合预测。结果表明：初冻期地下水埋深、初冻期含水率、初冻期含盐量、秋浇水量、11月到翌年4月的月平均地温等10个影响因子可以有效表征冻融土壤水分和盐分之间的强烈耦合关系,神经网络预测模型具有较好的精度。该研究为冻融条件下土壤水盐动态预报和灌区灌溉管理的研究开辟了新的途径。     

冻融期气温与土壤水盐运移特征研究

在中国西北干旱、寒冷地区,冻融作用是土壤盐碱化独特的形成机制。该文以内蒙古河套灌区为例,基于田间实测资料,对土壤冻融期间多年水分、盐分和温度的变化规律进行分析。研究结果表明：不同土层各个年度的土壤温度变化规律基本一致,土壤温度的变化滞后于气温的变化,而且滞后时间随着土层深度的增大而增大;气温的降低引起了土壤温度的降低,从而引起水分和盐分的迁移;盐分的时间变异系数(0.30～0.85)大于水分的变异系数(0.02～0.40),说明盐分的运移机制比水分运移机制复杂。该研究结果为河套灌区冻融土壤水热盐耦合模拟的研究和秋浇制度的制定提供了基础理论依据。     

粒径对冻融过程中加氮灌溉土壤N2O排放的影响

通过室内模拟的方法,研究了冻融过程潮土两种粒径（1 cm和0.25 mm）在加氮灌溉条件下N2O的排放通量,并且分析比较了3种氮素形态（铵态氮、硝态氮和酰胺态氮）和3种浓度（40、200和800 mg/L）对土壤N2O的排放通量的影响。结果表明：冻结前,除硝态氮浓度在大于200 mg/L时,细土N2O排放通量小于粗粒径土壤,其他氮素形态和浓度得到相反结果;冻结过程细土达到N2O稳定排放通量的时间要早于粗粒径土壤;融化后细土比粗粒径土壤早出现N2O排放峰,并且该峰值总体比粗粒径土壤小;随氮素浓度增加,粗粒径土壤3种氮素形态平均N2O累积排放量分别比细粒径土壤多45.46%、7.81%和46.87%。建议土壤在加氮灌溉时应尽量避免施加硝态氮肥,铵态氮肥的施用应尽量考虑降低浓度,并建议在灌溉越冬水且土壤冻结后耙碎大土块以减少N2O排放。     

冻融期积雪覆盖下土壤水热交互效应

为了研究季节性冻土区土壤水热时空分异特征,揭示冻融过程中的水热相互作用机理及其复杂性。在松嫩平原黑土区,以野外实测试验数据为基础,分别建立裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖处理条件下20 cm土层土壤含水率和温度的耦合模型,并通过对比模型的预测效果研究土壤水热变化的复杂程度,采用差异性分析和基于小波变换的分形理论方法定量研究含水率与温度序列的变异波动性和分维指标,进而验证不同覆盖处理条件对于土壤水热空间变异复杂性的影响。结果表明:冻结期,积雪阻碍了环境因素对于土壤水热迁移过程的影响,土壤含水率和温度的耦合效果较好,并且预测值与实测值能够较好的吻合,裸地、自然降雪、积雪压实、积雪加厚处理条件下的相对误差分别为0.42%、0.31%、0.13%和0.06%,随着积雪厚度的增加和密度的增大,含水率和温度的差异性减弱,复杂程度逐渐降低;融化期,积雪覆盖区的融雪水入渗抑制了土壤温度稳定提升,含水率出现骤然升高的现象,自然降雪、积雪压实、积雪加厚条件下的含水率变化分别为14.31%、15.90%和16.91%,土壤温度变化范围分别为-5.9~5.3、-3.6~6.9和-3.1~3.8℃,二者的互作效应减弱,并且随着积雪覆盖量的增加,土壤的水热时空迁移复杂程度逐渐增强。同时,采用基于小波变换的分形理论研究土壤含水率和温度的时间序列复杂性精度较高、结果可靠。该研究对于揭示冻土区土壤水热迁移动态规律,准确预测春播期土壤温度和墒情,合理高效地利用松嫩平原的土壤水资源具有重要的理论价值和现实意义。     

不同地表覆盖下冻融土壤入渗能力及入渗参数（英）

为了研究不同地表覆盖下冻融土壤入渗能力的差异和入渗参数的变化规律,进行了一系列裸地、地膜覆盖地和秸秆覆盖地土壤田间入渗试验。研究表明,冻土的入渗能力主要受冻层的控制,冻层是入渗水分的控制界面,土壤冻融特征差异是影响不同地表覆盖下土壤入渗能力大小的主导因素。冻融土壤的水分入渗过程可用三参数考斯加科夫土壤入渗经验模型描述。水分入渗开始 1 min内的累积入渗量大小随着冻层厚度和密实度的增加而减小,随着土壤冻融循环次数增加而增大;入渗能力的衰减率随着冻层厚度和密实度的增加而减小;稳定入渗率大小主要取决于土壤冻结状态和入渗锋面处的水力特性。三入渗参数均与土壤含水率和冻结深度有关,不同地表覆盖下的土壤入渗参数随着冻层深度的增加而减小,随着土壤的消融解冻而增大。该研究成果对农业生产实际和水土保持具有重要的指导意义。     

超高压解冻对不同方式冻结的鸡肉品质的影响

冻结、解冻的方法和技术对三黄鸡肉品质的冷冻保存起着及其重要的作用。该文以汁液流失量、色差、质构、蛋白变性为指标,研究通过不同的冻结方式（冰箱冻结、鼓风冻结、浸渍冻结）和不同的解冻方式（传统解冻方式、高压解冻）对三黄鸡肉品质的影响。高压解冻的压力设为100、150、200 MPa;介质温度为20℃;解冻时间按照Plank方程求出。结果表明：高压解冻能够明显的缩短解冻时间,但是汁液流失量较常压下解冻明显增大,而且差异显著（P＜0.05）;浸渍冻结方式与预期的效果相反,汁液流失量反而更大;150 MPa的汁液流失量要小于100、200 MPa的汁液流失量;亮度值（L*）、黄蓝值（b*）、总色差值（ΔE）经过高压解冻后都有很明显的增大趋势,与常压相比差异显著（P＜0.05）,而且不同大小的压力解冻对L*、b*的差异性显著（P＜0.05）,均随着压力的增大而增大;高压解冻后其硬度、咀嚼性都大于常压下解冻的值。高压解冻后,其Ca2+-ATPase活性和盐溶性蛋白含量急剧下降,与常压相比差异性显著（P＜0.05）;当高压超过100、150 MPa时,分别导致肌球蛋白、肌动蛋白的急剧变性,同时发现肌浆蛋白的变性程度要小于肌球蛋白和肌动蛋白的变性程度;DHpeakⅠ+Ⅱ+Ⅲ值经过高压解冻后急剧下降,与常压相比差异性显著（P＜0.05）。综上所述,超高压解冻虽然可以减少解冻的时间,但是解冻后的指标与新鲜的三黄鸡相差甚大,因此超高压并不适合于三黄鸡的解冻。     

季节性冻融区井渠结合灌域地下水动态预报

该文以河套灌区永济灌域为研究对象,建立考虑冻融影响的分段式水均衡模型,预报12种井渠结合节水情景的地下水动态响应。结果表明:冻融期间气温对地下水埋深的影响在时间上滞后46.5 d,两者相关关系明显;地下水开发利用越多、秋浇采用黄河水的比例越小,节水规模越大,同时地下水位下降越明显。12种节水情景中,节水规模占现状引水量的5.7%~15.5%,全灌域平均地下水埋深增加0.05~0.24 m,井渠结合区地下水埋深增加0.16~0.38 m;灌域引黄水量与地下水埋深关系用二次函数进行拟合,决定系数R~2达到0.88以上;灌溉水利用效率的提高以及地下水位下降引起潜水蒸发的减小是井渠结合节水的实质。分析结果表明,考虑冻融影响的水均衡模型简单实用,可为中国西北干旱半干旱地区开展井渠结合地下水响应预报提供参考。