施加生物质炭对滨海盐碱土壤水分运移的影响

【目的】探究施加生物质炭对滨海盐碱土壤水力学特性的影响机制。【方法】通过室内模拟入渗实验,研究不同生物质炭施加量(质量分数分别为0%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、3.0%、5.0%、8.0%)对典型滨海盐碱土壤水分导水入渗及持水性能的影响。【结果】供试土壤水分入渗速率和饱和导水率随生物质炭施加量增加呈先增大后减小趋势,生物质炭施加量<1.0%有助于供试土壤水分入渗,生物质炭施加量>1.0%则制约供试土壤导水性。1.0%生物质炭施加量是影响土壤水分入渗和土壤导水性的重要转折点。施加生物质炭能够显著提升滨海盐碱土壤的持水能力,且随着生物质炭施加量的增加而增加,但过量施加生物质炭降低了土壤渗透性,不利于提高滨海土壤的导水性。【结论】0.8%～1.0%的生物质炭施加量对滨海盐碱地改良成效较好。     

秸秆全量深翻还田和施加生物炭对不同土壤持水性的影响

【目的】研究秸秆深翻还田对土壤持水性的影响机理。【方法】采用连续4 a玉米秸秆全量深翻还田定位试验和土壤有机碳梯度入渗淋溶模拟试验,秸秆全量深翻还田1~4 a处理(SF1、SF2、SF3和SF4),以不深翻秸秆全量还田处理作为对照(CK);土壤有机碳入渗淋溶模拟试验研究了2种质地土壤(砂土、壤土)的不同质量比生物炭处理条件下的土壤水力传导性,砂土中添加质量比为0、1%、3%、5%、8%、10%生物炭处理分别记作CKS、BS、CS、DS、ES、FS,壤土中添加质量比为0、1%、3%、5%、8%、10%生物炭处理分别记作CKR、BR、CR、DR、ER、FR,应用单环入渗法测定了土壤平均入渗速率和累积入渗量,应用压力膜法测定了土壤水分特征曲线。【结果】秸秆全量深翻还田后,相同的静水压力下,SF4处理持水性比CK降低21.05%,土壤平均入渗速率比CK增加82.07%,累积入渗量比CK增加225.09 cm;随深翻秸秆还田年限(随年份和深翻措施的累积增加)的增加,土壤持水性逐渐降低,土壤平均入渗速率逐渐加快,土壤的累积入渗量逐渐增多;在土壤体积质量保持不变的情况下,随生物炭量的增加,砂土的入渗速率、累积入渗量减小,持水能力升高;当生物炭添加比例从1%到8%时,壤土累积入渗量、入渗速率递增,持水能力降低,当添加生物炭量为10%时,较添加8%生物炭处理时土壤持水性略有升高,土壤持水性变化规律出现波动。秸秆全量深翻还田增加了土壤有机质量,土壤有机质的腐解增加了土壤生物炭量,同时结合室内模拟试验的结果,生物炭量的增加改善了土壤(0~40 cm)持水性和通透性。【结论】应适度采取秸秆深翻还田来改善土壤的持水性,可为春玉米的连续高产稳产提供良好的土壤水分环境。     

生物炭种类与施量对新复垦区土壤水分入渗过程的影响

为探究不同种类生物炭与其施量对新复垦区土壤水分入渗过程的影响,设置2个生物炭种类（玉米秸秆生物炭A、水稻稻壳生物炭B）和3个施量梯度（2%、4%和8%）以及不施加生物炭（CK）共7个处理,进行垂直一维积水入渗试验。结果表明：除低施量水稻稻壳生物炭处理（B2）外,添加生物炭延缓了新复垦区土壤水分入渗过程,玉米秸秆生物炭优于水稻稻壳生物炭。添加2%、4%和8%玉米秸秆生物炭处理（A2、A4、A8）随施量增加,入渗时间逐渐延长,与CK相比,入渗时间分别延长35.0%、46.0%和59.1%;而水稻稻壳生物炭组中仅4%施量处理（B4）延缓了水分入渗,入渗时间较CK增加28.5%。同时,添加生物炭降低了土壤初始入渗率及相同入渗时间内的湿润锋运移距离和累积入渗量,生物炭种类及其施量对这3项指标的影响与对入渗时间的影响规律相似。添加生物炭均提高了土壤表层含水率,增幅2.2%～20.3%,且两种生物炭在高施量处理条件下土壤保水能力明显优于中、低施量。湿润锋运移距离与时间符合幂函数关系,Philip模型能较好地模拟不同种类及施量生物炭处理下新复垦土壤的水分入渗过程。总体来讲,添加8%玉米秸秆生物炭处理有利于改善新复垦区土壤水分下渗快、保水能力弱的问题。     

生物炭对黑土区土壤水分及其入渗性能的影响

为探究黑土区施用生物炭对土壤水分及其入渗性能影响的持续性,2016—2018年连续3年在东北黑土区进行了单次施加生物炭(75 t/hm~2,BC处理)和不施加生物炭(CK处理)的室内外对比试验,分析各土层土壤含水率及土壤水分入渗过程。结果表明:施加生物炭可增加各土层土壤含水率,使其极值比K_a和变异系数C_v减小,且土壤含水率、K_a、C_v的变化幅度均随生物炭施用年限增加而减弱,2016—2018年苗期耕层土壤含水率增加最多,分别增加了14.54%、11.48%和7.08%;施加生物炭明显增大了土壤累积入渗量、土壤入渗速率,增强了土壤入渗能力,促进了湿润锋的运移,各年份BC处理土壤累积入渗量由大到小依次为2016年、2017年、2018年,初始入渗速率f_1分别增加了70.48%、58.98%和48.41%,土壤稳定入渗速率f_c由大到小依次为2016年BC处理(1.65 mm/min)、2017年BC处理(1.22 mm/min)、2018年BC处理(1.17 mm/min)、2016年CK处理(0.46 mm/min)、2017年CK处理(0.43 mm/min)和2018年CK处理(0.38 mm/min);2016—2018年中,2016年BC处理湿润锋运移距离最深(32.24 mm),各表征土壤入渗性能的指标均于生物炭施用当年效果最优,而后逐年减弱;土壤累积入渗量与时间具有幂函数关系,湿润锋运移距离与时间具有三次函数关系,R~2均在0.963～0.998之间;Philip、Kostiakov、Horton 3个入渗模型拟合对比结果表明,Kostiakov模型R~2最高(0.946～0.991)、RMSE最小(0.516～1.941 mm/min),拟合参数与实际情况相符,故本研究中Kostiakov模型拟合的土壤水分入渗过程最优。本研究可为东北黑土区施加生物炭后改良土壤水分入渗过程提供理论依据。     

生物炭对黑垆土土壤水分运移特征参数影响

为了了解生物炭施加对宁南山区黑垆土土壤水分运移特征参数影响,以宁南山区典型土壤黑垆土为研究对象,按0%,1%,2%和3%的比例将土壤改良剂生物炭施加到垂直和水平土柱中,探讨不同施加比例下入渗速率、饱和体积含水量、饱和导水率、饱和扩散率等土壤水分运移特征参数的变化.研究结果表明:生物炭施加比例1%,2%和3%的土壤体积含水量较0%增加了2.98%,6.45%和7.94%,生物炭施加减缓了土壤入渗速率,提高了土壤持水性能;Philip模型比Kostiakov模型更加能反映出不同比例生物炭施加下土壤水分入渗过程;生物炭施加比例1%,2%和3%的饱和体积含水量分别较0%增加了5.05%,8.33%和9.85%,饱和导水率分别减少了45.71%,62.86%和74.28%,生物炭施加提高了土壤持水能力;Van Gencuhten中1%,2%,3%的参数a较0%分别减少了31.90%,29.25%,19.23%;n分别减少了0.28%,0.16%,0.66%;生物炭施加比例1%,2%和3%的饱和扩散率分别较0%减少了58.46%,77.96%和89.28%.生物炭施加改良了土壤结构,增加了土壤体积含水量,提高了土壤持水性能.     

天然沸石对土壤水分运动特性及水稳性团聚体的影响

【目的】为研究沸石对土壤水分运动及团聚体分布的影响。【方法】向土壤中加入0%、5%、10%、15%、20%的沸石,进行室内土柱试验和水稳性团聚体分析试验,研究了施加沸石对土壤水分运动和土壤水稳性团聚体的影响。【结果】①沸石可以减小土壤累计入渗量和入渗速率,并阻碍湿润锋的推进,与对照组相比,添加沸石试验组的累计入渗量和入渗率不断减小,添加20%沸石,累计入渗量、入渗率、湿润锋减小幅度最大;②利用Kostiakov和Philip入渗模型拟合试验数据,Kostiakov模型和Philip模型拟合后R2均大于0.99,拟合效果较好,拟合参数A、S均小于对照组,进一步验证沸石有减缓入渗的作用。③沸石对水稳性团聚体及分形维数的影响与其添加量有较大关系,沸石施加量由0增加到10%时,≥0.25 mm土壤水稳性团聚体的量、分形维数分别由10.8%增加到18.3%、2.69减小到2.58,沸石施加量继续增加到20%,≥0.25 mm团聚体量减小至6%,分形维数增大至2.72。【结论】沸石能够减缓土壤水分入渗过程,在一定量的施加范围内,沸石能增大土壤中水稳性团聚体量。     

施加生物质炭对盐渍土土壤结构和水力特性的影响

以江苏省沿海围垦区盐渍土为研究对象,基于Micro-CT图像扫描技术,分析施加生物质炭后改良盐渍土土壤孔隙度、土壤水分特征曲线以及非饱和导水率等土壤特性的变化,并建立分形模型预测土壤水力性质,以此揭示施用生物质炭对于海涂围垦区盐渍土土壤结构和水力特性的影响。试验设置0、2%、5%(与表层0～20 cm土壤质量比) 3个生物质炭添加水平,重复3次。结果表明:施加5%生物质炭显著降低盐渍土土壤容重,增加土壤总孔隙度和大孔隙度;大于0. 25 mm水稳性团聚体质量分数显著增加,增加土壤孔隙分形维数;提高土壤饱和含水率和饱和导水率;结合Micro-CT图像扫描技术和孔隙分形理论预测改良盐渍土土壤水分特征曲线和非饱和导水率,预测效果精度高,能够用于实际问题的研究。     

生物炭对坡耕地土壤肥力和大豆产量的影响与预测

为探究施用生物炭对东北黑土区不同坡度坡耕地土壤肥力和大豆产量影响的持续性,于2016—2018年在3种典型坡度的坡耕地上开展生物炭持续效应试验,分析施加生物炭对土壤团聚体及其稳定性、土壤养分指标、大豆产量及其构成要素影响的持续性,并采用改进的灰色理论预测模型对大豆产量进行预测,进而确定生物炭一次性施入后的增产作用年限。结果表明:施用生物炭使土壤团聚体直径d 0. 25 mm的土壤团聚体含量明显减少、d 0. 25 mm的土壤大团聚体含量显著增加;施用生物炭使大于0. 25 mm的水稳性团聚体含量比例R0. 25、平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)增加,使土壤不稳定团LT粒指数E_(LT)减小,即土壤团聚体稳定性提高,该稳定性增强幅度随坡度增大、施炭后时间延长而减小;施加生物炭使土壤pH值、铵态氮、速效钾、有机质含量这4个指标显著增加(P 0. 05),最大增长率分别为17. 88%、27. 23%、20. 31%、17. 51%,施炭后土壤养分等级有所上升,土壤肥力增强,增强效果与施炭后年限呈负相关,但生物炭对有效磷含量并无明显影响;施加生物炭后,大豆单株荚数、单株粒数、百粒质量、产量均显著提高(P 0. 05),增产率高达26. 29%,并且坡度越大、施炭年限越长,各指标增加幅度越小,各因素对大豆产量影响由大到小依次为施炭与否、坡度、施炭后年限;改进的多变量灰色预测模型精度较高,预测单次施用生物炭后大豆增产有效时间为5～6年。研究结果可为东北黑土区生物炭应用提供理论依据。     

不同灌溉方式下施用生物炭对土壤水盐运移规律及玉米水分利用效率的影响

【目的】研究不同灌溉方式下生物炭对土壤水盐运移特征、作物生长及水分利用效率的中长期综合影响效应,推荐适宜的灌溉方式和生物炭用量,为内蒙古河套灌区农田水资源高效利用及盐碱化耕地治理提供理论依据和技术支撑。【方法】以灌溉方式、玉米秸秆生物炭用量为二因素,设计完全随机区组田间小区试验,共设置6个处理,其中灌溉方式为地下水滴灌、地下水畦灌、黄河水畦灌,生物炭用量为0、30 t/hm~2。生物炭在2016年玉米播种前施入土壤表面并通过旋耕机混入土壤耕层,2017年和2018年不再施用生物炭。2018年玉米生长季考察并分析不同灌溉条件-生物炭耦合处理下的土壤水分动态、降盐效果、玉米产量、蒸散量和水分利用效率。【结果】地下水滴灌条件下,与未施加生物炭的处理相比,施加生物炭的脱盐量增加13.3%,作物蒸散量提高10.5%,水分利用效率6.0%,产量提高3.5%。而畦灌条件下,施用生物炭的处理的脱盐量增加5.0%,蒸散量提高1.3%,产量提高4.8%,水分利用效率增加3.1%。【结论】生物炭施用后的第3年仍能抑制不同灌溉方式下玉米农田0～100 cm土壤的盐分积累,提高作物水分利用效率,增加作物产量,相比而言,膜下滴灌下施用30 t/hm~2的生物炭的节水降盐增产效果更优。     

生物炭对盐渍土理化性质和紫花苜蓿生长的影响

为揭示生物炭对滨海盐渍土理化性质和紫花苜蓿生长的影响规律,采用盆栽试验方法,研究了不同生物炭添加量(炭土质量分数0、0.5%、1%、2%、5%、10%)处理下黄河三角洲盐渍化土壤养分、结构、盐分以及紫花苜蓿产量、品质等变化特征,并采用灰色关联度法评价了生物炭的应用效果。结果表明,添加生物炭后,土壤有机质和全氮含量分别增加了16.27%～246.65%和6.38%～58.51%,全磷、有效磷和全钾含量变化相对较小;土壤容重显著降低,低量生物炭处理显著提高了盐渍化土壤大于0.25 mm团聚体的含量和团聚体稳定性;水溶性盐总量降低了38.90%～46.17%,其中Mg~(2+)、Cl~-和SO_4~(2-)含量降幅较大;紫花苜蓿产量提高了8.19%～43.00%,品质无显著变化。整体而言,随着施炭量的增加,土壤肥力有所提高,团聚体稳定性降低,盐分含量和紫花苜蓿产量呈先降后增的趋势。施用生物炭改善了盐渍化土壤的理化性质,促进了紫花苜蓿生长,生物炭用量0.5%时施用效果最优。     

黑河中游地区水账户核算研究

利用国际水管理研究院的水资源核算框架,对黑河中游地区的水资源利用进行分析。研究结果表明,黑河中游地区消耗了整个流域绝大部分水量,可利用水的消耗比例为1.02,水资源利用处于不可持续状态;但消耗水量中,生产性消耗比例和有益消耗比例分别只有0.284和0.428,整个地区的无效消耗水量较多,水分生产率很低。黑河中游地区的节水方向在于尽可能地减少无效益蒸发蒸腾,提高单位消耗水量的经济产出。     

基于水足迹理论的连云港市水资源安全评价

基于水足迹理论,建立了区域水资源安全评价指标体系,将其应用于区域水资源安全评价的研究中。以连云港市为例,计算了连云港市2008年的人均水足迹、水资源匮乏度、水资源压力、虚拟水赤字等评价指标,真实客观地分析了连云港市的水资源安全现状,从降低水足迹角度提出了应对水紧缺状态的建议。     

辽宁省中部地区用水现状及节水措施探析

本文通过对辽宁省中部地区城市的用水现状初步分析,提出了用水存在的主要问题,并对节水措施进行了阐述,旨在为进一步提高城市用水水平及效率提供科学依据.     

广泛实施集流节灌挖掘农业发展潜力

系统阐述了集流节灌对抑制水害（利于山区的水土保持和平原的雨季排水）、缓解水资源矛盾（水电的时空调节）、提高农作物品质方面的意义。进而提出大力推广集流节灌技术,开发利用农业用水资源,挖掘发展潜力,保证农业可持续发展     

灌区用水者协会的水权探讨

建立灌区用水者协会的水权制度，对明晰用水者协会的产权制度的有着重要的作用。在对水权、区域水权、初试水权论述的基础上，对灌区用水者协会的水权进行了探讨。用水者协会的水权是农业水权中的灌溉水权，是由其所辖灌溉工程决定的、灌区管理单位（或供水公司）移交（或转移）的灌溉水的权利，包括占有权、支配权、使用权和收益权。用水者协会的水权的特征主要表现为水的所有权为国家所有，其占有权、支配权、使用权和收益权为用水者协会集体所有，协会水权经灌溉工程产权移交后产生，并具有初试水权的特性。灌区用水者协会的水权量一般用水量、水权面积表示。     

虚拟水研究综述

虚拟水是解决水资源短缺问题和水资源安全问题的新概念，指生产产品和服务的用水量，虚拟水战略是指贫水国家或地区通过贸易从富水国家或地区购买水密集型产品以获得本地区的水安全和粮食安全。系统地论述了虚拟水的概念和内涵，介绍了产品虚拟水含量的计算方法、研究进展及存在的不足，预测了今后研究的方向。     

政府干预与市场行为对实现节水农业的作用

水资源危机是制约我国农业可持续发展的最主要因素．节水农业是克服我国水资源短缺问题,实现可持续农业发展的必然选择。运用局部均衡原理分析,在一个通过市场配置水资源的区域内推广节水农业是可以实现水资源配置的帕累托最优。但现实对理论的挑战给节水农业的推广带来3个必须思考的问题：即如何确定最优供水量;如何消除节水农业准入门槛;如何利用价格杠杆自动调节农户采用节水技术。通过对以上问题的讨论,认为政府干预与市场行为的结合是节水农业实现的有效途径．即：通过政府财政补贴消除农民的节水农业准入门槛;设立累进水价,通过市场行为自动调节农民对水资源的使用。     

CPSP模型在华北井灌区农业水管理中的应用

为研究不同农业水管理措施对区域水平衡的影响,选择北京市大兴区为华北井灌区代表性研究区,以CPsP模型为技术支持,研究了提高灌溉水利用率、采用亏缺灌溉、改善农业种植结构及利用区外水源等不同水管理措施影响下区域水平衡、区域耗水、区域取水及用水指标的变化规律.结果表明,在资源型缺水区域,提高灌溉水利用率、采用非充分灌溉及改善农业种植结构在一定程度上能缓解区域水资源紧缺的压力,特别是采用非充分灌溉及改善作物种植结构能显著减少区域取水及耗水总量,并能减少地表水及地下水的补给量中回归水所占比例,在缓解区域水资源紧缺压力的同时也降低了区域水质遭受回归水污染风险.另外,在未来情景中,因经济快速发展及人口持续增长,工业及居民生活用水量增加,区域水资源供需矛盾将会加剧,为确保区域水资源良性循环,势必采取积极有效的水资源管理模式.     

高州水库灌区农业节水补偿实践研究

在广东高州水库灌区建立农业节水补偿机制,实施续建配套与节水改造工程建设,新增灌溉面积2.85万hm2,改善灌溉面积1.07万hm2,节水用于增加对工业和生活的供水,满足供水需求。工业、城市用水价格中增加农业节水补偿费用0.03元/m3,形成农业节水支持工业、城市发展,工业城市受益反哺农业的良性运行机制。结果表明,该机制使农业用水向效率高、产值高的工业用水和日益增长的生活用水合理转让,提高了用水效率和效益,促进当地经济社会的可持续发展,经济效益和社会效益显著。     

明确初始水权数量与质量的分配系

为解决水资源管理和水市场建设中涉及的水权问题，本文以内陆黑河干流为背景建立了干旱区水权分配系统。按照不同地区使用的水资源除了具有相对公平的数量，还应该具有相对公平的质量的原则，系统将以往模糊的流域水权界定对象清晰化，明确其为河流在某种社会经济条件下，为满足生态和水环境的要求，流域所能调配的水资源。为此，系统考虑与地区取水相关的经济和环境因素，运用基于水资源模型和区域水质模型的多目标规划方法计算流域各地区理论取水量，并将理论取水量结果用于改进目前的水权分配计算方法，不仅给出了流域各地区的水权分配比例，同时将各地区按水权分配到的水资源数量和质量也一并给出。实际应用证明了系统的有效性，给出的水权分配结果较以往类似成果加深了各地区对自身拥有的水资源状况、以及将面临的流域整体水资源形势的认识。