冻融条件下土壤水分和速效磷垂直迁移规律

中国东北地区土壤普遍受到的季节性冻融作用会影响土壤中速效磷和水分的垂直分配。通过室内模拟冻融环境,分析了冻融循环条件下黑土速效磷和土壤水分的垂直变化。结果表明:多次冻融循环作用使土壤速效磷随着土壤水分由下层向表层迁移,经30次冻融循环作用后土壤最大含水率和土壤最大速效磷含量均出现在3 cm层;土壤初始含水率越高,冻融作用后向土壤表层迁移的速效磷含量越大,但随着冻融循环次数增加,土壤各层速效磷含量都有所下降,1次冻融作用后,土壤速效磷的最高含量为50.63 mg/kg,30次后最高含量为43.81 mg/kg,减少了13.5%;利用多元回归分析分别得出了冻融循环后土壤含水率和速效磷与初始含水率、冻融循环次数和土层深度的关系函数,相关系数分别为0.892,0.578。上述研究成果为季节性冻融区非点源污染及土壤盐碱化防治奠定理论基础。     

冻融条件下土壤抗冲性的变化特征

为揭示冻融作用对风沙土抗冲性的影响,以季节性冻融区风沙土为研究对象,通过室内放水冲刷试验对冻融条件下土壤抗冲系数的变化特征进行了研究。结果表明:坡度、放水流量、土壤含水量、冻融循环次数和土层深度对土壤抗冲系数均具有显著影响(P0.05),土壤抗冲系数对各因素敏感程度大小为坡度放水流量土壤含水量土层深度冻融循环次数;土壤抗冲系数随坡度、放水流量、冻融循环次数增加而减小,随土壤含水量的增加先增大后减小,随土层深度的增加先减小后增大。     

影响冻融土壤水分入渗特性主要因素的试验研究

以冻融期间大田自然冻融土壤入渗试验为依据,分析讨论了影响冻融土壤水分入渗特性的主要因素。试验结果表明,冻融条件下,土壤水分入渗特性不仅受非冻结土壤基本理化特性（土壤结构、土壤质地、、土壤含水量等）的影响,还受冻融土壤的冻层厚度、冻层层位、冻层层数等特有因素的影响;在给定土壤质地条件下,土壤结构、土壤含水量、冻层厚度和冻层层位是其主导影响因素,冻层层数对土壤入渗能力也有一定影响。研究结果可为冻融土壤入渗特性的进一步研究奠定基础;可供季节性冻土区冬春灌溉参考。     

冻融条件下土壤中水盐运移机理探讨

土壤冻融过程中的水盐运动是冻土学研究的基本问题之一。在土壤冻融过程中,存在着水分和盐分的2次迁移过程,形成了特殊的水盐运动规律。土壤冻结过程中盐分的运动非常复杂,受土壤类型、土壤初始含水量、土壤溶液浓度、盐分组成以及冻结生成的温度、热梯度、冻结速度、冻结方向等因素影响,其迁移结果最终是上述各因素共同作用的结果。温度是导致土壤中水分迁移的驱动力,土壤冻结引起冻结带土水势降低,导致水分不断向冻层迁移,随着水分向冻层聚集,冻层以下土层中的盐分同步向上运移,整个冻层的土壤含盐量明显增加。在融化过程中,随着地表蒸发逐渐强烈,使冻结过程中累积于冻结层中的盐分,转而向地表强烈聚集,使表层的盐分含量急剧上升。     

冻融期地下水位变化情况下土壤水分运动的初步研究

建立了地下水浅埋条件下土壤冻融期水热耦合迁移模型,并采用混合型Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程对冻融过程中的土壤饱和—非饱和水分流动问题进行了初步研究。模拟结果与试验资料的对比表明所采用的模型是可靠的。根据模拟结果,冻结过程中潜水位最大降深与初始潜水埋深间的关系可用反Ｌｏｇｉｓｔｉｃ公式表示。对于内蒙古河套灌区,考虑融化期春小麦需水要求的土壤封冻前的适宜地下水位约为１．５ｍ～２．０ｍ。     

季节性冻融条件下草地入渗特性的试验研究

通过对比分析季节性冻融条件下草地与裸地入渗试验结果,得到了草地冻融条件下的入渗规律。结果表明,在冻融各阶段,地表0~40 cm深度范围内,草地地温均高于裸地,但土壤含水率低于裸地;在土壤初冻和融化阶段,草地入渗90 min累积入渗量大于裸地,但其初始入渗强度小于裸地初始入渗强度;在土壤完全处于冻结状态时,草地与裸地的入渗过程、入渗量基本相同。研究结果为草地冻融土壤入渗特性的进一步研究奠定基础,为区域水土保持与生态修复工程及季节性冻土区冬春灌溉提供参考。     

秸秆覆盖对冻融期土壤墒情影响试验

为了研究秸秆覆盖对冻融期土壤墒情的影响,该文设置裸地、玉米秸秆覆盖厚度为5、10和15cm的4种地表处理,进行了冻融期的土壤水分迁移试验。结果表明,冻融期秸秆覆盖的保温效应改变了土壤冻结状,使覆盖厚度15cm田块未出现冻层,覆盖厚度5和10cm地块的土壤初冻时间比裸地分别滞后16和25d,且冻层厚度较裸地减小了29和42cm。受冻融作用的影响,裸地在40cm处出现聚墒区,秸秆覆盖田块在地表处和30～50cm处出现聚墒区。冻融期内玉米秸秆覆盖厚度为5、10和15cm田块地表水分波动幅度分别比裸地减小了1.12、6.46和8.7百分点;土壤融化后其地表0-10cm土壤平均含水率分别比裸地高9.45、9.04和8.99百分点。研究成果可为季节性冻土分布区实施秸秆覆盖措施提供参考依据。     

季节性冻融土壤的冻融特点和减渗特性的

本文基于季节性冻土地区冻融期间自然冻融土的大田入渗试验,分析了田间耕作土壤的冻融特点,讨论了冻融土壤的减渗特性;探讨了冻融土壤的减渗机理。研究结果表明：在不同的冻融阶段,土壤冻层的形态,厚度、层数和层位不同,对入渗水流的控制和影响不同;冻结土壤的减渗特性随冻融阶段的变化面变化;而结条件下,土壤导水率的减小是其入渗能力减小的根本原因,而土壤液态水的相变是土壤导水率减小的要源所在。研究结果对于季节性冻     

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。     

冻融条件下土壤可蚀性对坡面氮磷流失的影响

冻融作用与水力侵蚀的复合作用更容易使土壤发生侵蚀,进而加剧土壤养分的流失,为了揭示冻融作用下土壤可蚀性对坡面养分流失的影响,该文采用室内模拟降雨试验,研究了不同土壤含水率(SWC)下坡面的降雨产流产沙及养分流失特征,并分析了土壤可蚀性对坡面全氮(TN)和全磷(TP)流失的影响。结果表明:产流率与产沙率之间呈现正线性相关关系,相关方程斜率的绝对值可作为土壤可蚀性指标。径流中氮磷的流失主要受径流率控制,受土壤可蚀性影响较小(P0.05);而土壤可蚀性显著影响着泥沙中氮磷和总的氮磷流失(P0.01)。土壤可蚀性对黄土坡面氮素流失的影响与冻融作用有关,而土壤可蚀性对坡面磷素流失的影响与冻融作用无关,磷素的流失随着土壤可蚀性增加而增加。因此,在黄土地区,应当采取一系列的生态建设措施来控制水土流失,降低土壤可蚀性,从而减少坡面养分的流失。该研究结果为冻融条件下黄土坡面水-土和氮磷等养分流失机制提供了有效指导。     

砒砂岩与沙复配土壤的冻融特征

[目的]揭示砒砂岩与沙复配土壤冻融特征及其对风蚀的影响,为毛乌素沙地土地整治可持续性提供理论依据。[方法]利用陕西省榆林市榆阳区气象资料和土壤观测数据,结合含水量变化规律,以砒砂岩与沙复配土壤为研究对象,沙土为对照,探究2种土壤冻结层形成差异、冻融过程及积雪消融特点。[结果]由于含水量的差异,复配土壤与沙冻结层形成特点具有差异,沙地表层通常会形成土壤干层,从表层之下冻结,而复配土壤的冻结层在地表形成;复配土壤的最大冻结深度为116.0cm;大于沙地的最大冻结深度96.0cm,且冻结层融解时间晚于沙地一周;积雪覆盖条件下,沙地表层存在1.0~6.4cm的土壤干层,而复配土壤表层不存在干层,复配土壤积雪盖度和厚度均大于原始沙地,阳坡尤为显著。[结论]土壤冻层和积雪在复配土壤地表形成了2层保护层,减少了休闲期的风蚀作用。     

冻融交替对砒砂岩与沙复配土壤氮素的影响

[目的]探讨冻融作用对毛乌素沙地陕北榆林地区砒砂岩与沙复配土壤氮素的影响,对于提升毛乌素沙地土壤肥力具有重要作用。[方法]通过室内培养试验,探讨不同比例砒砂岩与沙复配土壤氮矿化过程对冻融的响应特征。[结果]冻融交替作用对土壤氮的矿化有显著影响,在冻融1周期时,3种比例复配土壤中硝态氮、铵态氮含量增加较快。在冻融2周期后,复配土壤中硝态氮、铵态氮含量均出现下降趋势。冻融5周期,复配土壤中硝态氮、铵态氮含量均开始呈现稳定增加趋势。冻融10周期后,1∶1,1∶2及1∶5复配土壤铵态氮含量分别增加了10%,49%与11%,硝态氮含量分别增加了14%,39%与34%,其中1∶2复配土硝态氮、铵态氮含量较1∶1,1∶5增加显著,对氮素的保持性能较好。[结论]冻融循环促进了土壤有机氮的矿化,有利于土壤中硝态氮、铵态氮的累积,为早春农作物的生长提供足够的氮素。     

不同放牧条件内蒙古草原土壤冻融期水热动态

内蒙古草原地处季节性冻土区,与放牧强度相关,土壤冻融过程对该地生态和水文过程有着显著影响,但相关研究相对欠缺。该文重点研究了内蒙古锡林郭勒草原3种放牧条件下UG79(1979年以来禁牧)、UG99(1999年以来禁牧)、HG(1979年以来持续放牧)季节性冻融期的土壤水热动态,以期准确理解放牧这一当地主要土地利用模式对土壤生态水文过程的影响。结果表明:与地上覆盖度相关,不同放牧条件下地表积雪厚度有明显差异,其中HG处理积雪厚度远小于其他处理,其土壤温度变化也最为剧烈。与不同处理土壤冻结速率相关,土壤冻结时HG,UG79和UG99的"聚墒区"分别为20—30cm,10—20cm和10—30cm,其中UG99"聚墒区"分布范围最广,且集中在牧草根系发达区域,对来年牧草生长提供了更好的水分条件。换言之,由于冻后聚墒效应,土壤消融期水分含量在土壤表层高于冻融前,其中UG99处理最大,达到了0.19m~3/m~3。该研究结果为内蒙古草原季节性冻土区控制放牧及合理的禁牧措施提供理论依据。     

冻融作用对棕壤水溶性盐和土壤氧化物的影响

为了解沈阳棕壤水溶性盐和土壤氧化物在冻融条件下的变化规律,采用冻融模拟试验研究了冻融作用对棕壤水溶性盐和土壤氧化物的影响。结果表明,(1)冻融作用促进了土壤K+、Na+、Ca2+、Mg2+的释放,有机质和黏粒含量是影响其释放的重要因素。(2)冻融作用促使土壤中CO2含量增加,促进了HCO3-的形成。虽然SO42-、Cl-性质稳定,但冻融作用中水分和温度的变化,致使SO42-、Cl-随着冻融次数的增加呈先增加后稳定的趋势。(3)冻融作用促进土壤铁结晶老化形成氧化铁,且氧化铁含量随土壤深度增加逐渐增加;氧化锰主要受冻融条件下土壤pH影响,pH上升氧化锰含量增加。(4)土壤氧化硅和氧化铝受pH影响,pH降低其含量增加,pH增加其含量降低。此外,有机质含量较多的土层不易形成硅铝氧化物,土壤铁锰氧化物的增加不利于土壤硅铝氧化物的形成。     

季节性冻融土壤水热耦合运移模拟

根据季节性冻融条件下土壤垂直一维水热运移状况,在地表能量质量平衡条件下,利用水热耦合模型对土壤温度和水分变化进行了模拟。模拟时考虑土壤冻结时冰和水对土壤体积热容、热传导及导水度的影响,并考虑了雪盖层的影响。本模型由实验所在地2008年1月1日至2010年12月31日连续3 a气象数据驱动,用实测地温、水分和冻结深度数据进行验证。结果表明,在地面以下0、5、40、80、160 cm等不同深处模拟温度与实测温度均方根误差(RMSE)分别为3.65、1.59、1.75、1.35、1.64℃,冻结深度也趋一致。除去表层,其他不同深度土壤含水量模拟值与实测值平均误差在3%左右,均方根误差低于4%。此模型及参数化方案能够模拟季节性冻融条件下一定深度土壤温度、水分运移状况,可用于多年冻土区活动层水、热变化规律研究,并可与生态过程模型耦合,从而改进冻土环境下生态系统模型中土壤温度、水分和冻融深度的模拟精度。     

青藏高原多年冻土区土壤冻融期间水热运移特征分析

以唐古拉监测点气象及活动层土壤水热资料为基础,对青藏高原高海拔多年冻土区冻融期活动层土壤的水热特征进行了分析。研究结果表明:不同土层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,表层土壤温度变化波动较大,随着深度的增加,土温温度变化趋于平缓;气温的降低引起了土壤温度的降低,从而引起水分的迁移;在冻结期,水分向上下两个冻结锋面迁移,而活动层中部则被疏干,在融化期,活动层底部水分含量高,水分向相变界面附近迁移。拟合了冻结期未冻水含量与土壤温度的关系,相关系数R2平均值为0.89,结果基本能反映实际情况。该研究结果为高海拔多年冻土区冻融土壤水热耦合模拟的研究提供了基础理论依据。     

积雪与地表联合覆盖条件下冻融土壤水盐运移规律

为探索石河子灌区冻融季节积雪与地表联合覆盖条件下土壤水盐运移的变化规律,2015—2016年通过田间小区试验,进行了秸秆、地膜、活性炭3种地表覆盖和裸地对照在整个季节性冻融期土壤水盐时空动态变化规律研究。结果表明;地表覆盖比裸地具有更好的保墒、降盐效果。冻结土壤完全融通后,秸秆、活性炭覆盖出现含水量增幅的最大土层范围分别是0—30,0—40cm,反映出这2种覆盖经历冻融过程后更有利于土壤水分的保持和融雪水的高效利用;活性炭、秸秆、地膜覆盖和裸地在0—30cm土层含盐量相比初始值的增幅分别为18.08%,20.30%,30.91%,32.81%,可见活性炭覆盖下抑制盐分向上运移效果最为显著,秸秆覆盖次之;经历冻融过程,土壤水分和盐分变异性随土壤深度的增加而呈现递减趋势。     

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。     

冀西北高原土壤冻融特征研究

为明确冀西北高原寒季土壤冻融时空范围及冻融前后储水量变化,通过设计控制性田区,采用时域反射仪(TDR)进行了定位连续观测。结果表明:冀西北高原区冻土深度为200 cm;0~200 cm土体结冻期持续约106 d,融冻期持续35 d,土体融冻速率大于冻结速率。随土层加深,土壤稳定冻结期缩短。封冻期间土体少量耗水,土壤失水主要发生在0~40cm土层。冻结过程有利于保持土壤水分,利于春季植被返青。研究结果为冀西北高原土壤水资源保持、环境保护及植被高效生产提供理论依据。