土壤水分空间变异性的研究

我国北方地区水资源紧缺,而且又是农业生产较为密集的地域,因此农业节水、农田水分转化及有效利用土壤水分成为精细农业急待解决的重要问题之一。土壤水分数据采集及空间变异性的研究对于如何充分发挥土壤水分的潜力、保护水资源、加强农田水分管理、灌溉排水设计、农田墒情预报等具有深远的理论指导意义和较强的地域性、实践性的应用价值。文章应用地理信息软件ArcGIS 9.0中的Spatial Analyst模块中反距离权重插值法、样条函数内插法和克立格插值法来绘制所测土壤水分特性的空间分布图,并为进一步研究土壤水分特性与提高作物产量间的关系提供理论基础。     

玛纳斯河流域土壤水分及斥水性空间变异性研究

【目的】研究新疆玛纳斯河流域七大灌区内的土壤含水率及斥水性(用滴水穿透时间表示)的空间变异规律。【方法】在玛纳斯河流域七大灌区布设了400个土壤样点,分别用烘干法和滴水穿透时间法测定各土样的土壤含水率和滴水穿透时间,应用经典统计学方法和考虑高程影响的CoKriging方法分析各灌区土壤含水率及滴水穿透时间的变异规律。【结果】新疆玛纳斯河流域0~10,10~20cm土层土壤含水率均值分别为12.00%和15.60%,平均土壤含水率以10~20cm土层更高;滴水穿透时间均值为1.64s,整体属于不斥水土壤。通过不同趋势效应下预测误差值及块金效应的比较,结果显示,0~10,10~20cm土层土壤含水率空间变异的最优模型分别为0阶指数模型和0阶球状模型,土壤滴水穿透时间空间变异的最优模型为2阶指数模型。0~10cm土层土壤含水率变化呈现出从东南和西北分别向西南和东北方向逐渐减小的趋势,10~20cm土层土壤含水率的变化呈现出从东向西、从南向北逐渐减小的趋势;0~10cm土层土壤含水率变异程度大于10~20cm土层。滴水穿透时间的变化呈现出从东南和西北分别向西南和东北方向逐渐减小的趋势,与0~10cm土层含水率的分布格局相似。【结论】灌区0~10与10~20cm土层土壤含水率的空间分布格局类似,滴水穿透时间的空间分布属于强变异。     

番茄综合营养品质对各阶段土壤含水率的响应

【目的】研究不同生育时期土壤含水率对番茄综合营养品质的影响,确立优质番茄的高效灌溉制度。【方法】以盆栽番茄为试验材料,以苗期、始花结果期、果实生长初期、果实快速膨大期和果实品质形成期的土壤含水率为试验因素,采用五元二次通用旋转组合设计(1/2实施),应用博弈论综合赋权法和近似理想解法得到番茄单一营养品质指标权重和综合营养品质指标评价值及其排序,建立番茄综合营养品质指标对不同生育期土壤含水率的模型,并进行单因子和2因子互作分析。【结果】番茄单一营养品质指标权重排序为番茄红素可溶性糖维生素C可滴定酸可溶性固形物。不同时期土壤含水率对番茄综合营养品质的影响表现为始花结果期果实快速膨大期果实生长初期果实品质形成期苗期。其他因子为0水平时,番茄综合营养品质随着始花结果期和果实快速膨大期土壤含水率的增加呈凹型抛物线变化趋势。苗期与果实生长初期、苗期与果实品质形成期、果实快速膨大期与果实品质形成期的土壤含水率均对番茄综合品质存在一定的拮抗作用,始花结果期与果实生长初期、始花结果期与果实品质形成期、果实生长初期与果实快速膨大期的土壤含水率均对番茄综合营养品质有一定的协同作用。综合营养品质评价值分布在0.6~0.8的最优试验方案为处理9。综合营养品质评价值分布在0.6~0.8时各生育期的土壤含水率的优化结果为:苗期71%~83%,始花结果期71%~83%,果实生长初期68%~80%,果实快速膨大期70%~82%,果实品质形成期70%~82%。【结论】不同生育期土壤含水率的合理组合有利于提高番茄营养品质。     

湘南丘岗红壤地区土壤肥力质量指标的空间变异特征

采用地理信息系统(GIS)和地统计学方法研究了湘南丘岗红壤地区土壤表层(0～20 cm)pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾8项土壤肥力指标的空间变异特征.结果表明:土壤pH、有效磷、全氮和全钾的理论模型为球状模型,有机质、碱解氮和速效钾的理论模型为指数模型,全磷的理论模型为高斯模型;碱解氮和全磷的基底效应分别为13.6％、19.0％,表现出强烈的空间相关性,土壤pH、有机质、有效磷、速效钾、全氮和全钾的基底效应分别为28.7％、29.9％、54.7％、53.1％、55.6％、73.0％,具有中等的空间相关性;研究区域的书林寺村南部和官山坪村北部以石灰岩风化物母质为主,土壤肥力较高,属Ⅰ～Ⅲ级,幸福桥村区域以板岩风化物母质为主,土壤肥力为Ⅳ级,官山坪村南部以第四纪红土母质为主,土壤肥力属Ⅴ级,应重视第四纪红土母质地区土壤退化防治和肥力恢复调控.     

基于WSNs和地统计学的土壤水分空间变异研究

在华南农业大学增城教学科研基地进行试,针对土壤水分的动态监测优化设计土壤采样点袁建立基于WSNs的土壤水分数据实时采集网络,,以GIS与地统计学方法相结合方式分析土壤水分空间变异。研究结果表明,土壤水分表现出低等变异特征,人为活动对土壤水分影响明显。     

A floating sensing system to evaluate soil and crop variability within flooded paddy rice fields

Continuous paddy rice cultivation requires fields to be flooded most of the time limiting seriously the collection of detailed soil information. So far, no appropriate soil sensor technology for identifying soil variability of flooded fields has been reported. Therefore, the primary objective was the development of a sensing system that can float, acquire and process detailed geo-referenced soil information within flooded fields. An additional objective was to determine whether the collected apparent electrical conductivity (EC_a) information could be used to support soil management at a within-field level. A floating sensing system (FloSSy) was built to record EC_a using the electromagnetic induction sensor EM38, which does not require physical contact with the soil. Its feasibility was tested in an alluvial paddy field of 2.7 ha located in the Brahmaputra floodplain of Bangladesh. The high-resolution (1 × 1 m) EC_a data were classified into three classes using the fuzzy k-means classification method. The variation among the classes could be attributed to differences in subsoil (0.15–0.30 m below soil surface) bulk density, with the smallest EC_a values representing the lowest bulk density. This effect was attributed to differences in compaction of the plough pan due to differential puddling. There was also a significant difference in rice yield among the EC_a classes, with the smallest EC_a values representing the lowest yield. It was concluded that the floating sensing system allowed the collection of relevant soil information, opening potential for precision agriculture practices in flooded crop fields.     

沙棘植物柔性坝沟道土壤水分空间变异研究

为了研究植物柔性坝对沟道土壤水分在立面区域分布格局的影响,在内蒙古准格尔旗典型砒砂岩地区东一支沟小流域开展沙棘植物柔性坝野外水保试验。根据2005年8月监测的土壤水分数据,运用地统计学方法分析沙棘植物柔性坝沟道不同空间立面二维区域不同方向的土壤水分空间变异特征。结果表明:在各向同性条件下,左边坡立面和右边坡立面土壤水分由空间自相关引起的变异在90%以上,沟槽立面由空间结构性引起的变异较弱;在各向异性条件下,左边坡立面土壤水分分布属几何异向性特征,沟槽和右边坡立面土壤水分分布属几何异向性和带状异向性的复合特征,3种立面在各个方向上的变异差异较大。其原因是沙棘植物柔性坝的存在改变了结构性因素与随机性因素的影响,也与土壤的空间异质性等因素有关。      

贵州喀斯特地区不同降水状况下土壤水分垂直变化特征

利用贵州省12个土壤水分观测站的小时土壤水分及降雨数据,对持续干旱、连续阴雨天气背景下土壤水分的垂直变化特征进行研究.分析了一次降雨过程中不同深度土壤水分时空变化特征,并根据仁怀、镇远、罗甸、荔波土壤剖面各层次土壤水分变化图,对降雨过程中土壤水分的垂直变化规律进行了探讨.     

氮素与土壤水分对水稻养分吸收和稻米品质的影响

以粳稻武育粳3号为材料,研究了大田条件下不同氮素水平和土壤水分对水稻养分吸收及稻米品质的影响。结果表明:各器官的N,P含量随氮素水平的提高而增加;水层灌溉下各器官的N,P含量较节水灌溉的高,节水灌溉下营养器官的转运率高,K含量在各处理之间无显著差异;氮素水平与节水灌溉对稻米的碾米品质无显著影响,垩白米率和垩白度随氮素和土壤水分的增加而提高;蛋白质含量与施氮水平呈正相关,在相同氮素水平下,节水灌溉的蛋白质含量较水层灌溉低,直链淀粉含量的变化与蛋白质相反;在氮素水平为300和450kg/hm2时,节水灌溉与水层灌溉的产量间无显著差异;节水灌溉的结实率和收获指数均高于水层灌溉。     

土壤水分变异对降雨和植被的响应

在我国半干旱地区水土流失严重的黄土高原,开展土壤水分的时空变异研究有着极其重要的生态意义,是土地可持续利用的基础。该文利用时间序列分析方法,研究了黄土高原丘壑区降雨、植被对土壤水分特征变化的影响。结果表明,红豆草和豌豆的表层土壤含水量对降雨响应速度快于油松土壤含水量;水分入渗增湿与同期降雨量密切相关;土壤含水量对降雨的响应时间随土层深度的增加而变长。     

高尔夫球场的草坪选种与养护管理

本文探讨了高尔夫球场选种与养护管理中一些问题，包括水肥管理、病虫害防治、杂草防除等。     

Spatial variability of the physical quality of soil from management zones

Precision Agriculture - The uniform management of soil, without considering the local soil spatial variability of its properties, may accelerate its degradation process. The objectives of this...     

土壤水对降水和地表覆盖的响应

该文试图通过坡面径流场试验，对无覆盖、秸秆覆盖和石子覆盖的径流小区内土壤水进行连续定位观测，以期探讨太行山区土壤水对降水和覆盖方式的响应. 结果表明，长期干旱条件下，特别是当30 cm土层土壤含水量低于20%时，单次降水很难入渗至30 cm以下； 从响应时间看，在30 cm深处，石子覆盖响应最快，秸秆覆盖次之，无覆盖响应最慢； 在60 cm深处则不同，秸秆覆盖响应最快，石子覆盖次之，无覆盖响应最慢； 100 cm处石子覆盖土壤水最先增加，而秸秆覆盖则滞后了10 h，无覆盖响应最慢； 无覆盖处理30 cm土壤含水量比石子覆盖平均低0.13 cm3/cm3，比秸秆覆盖平均低0.07 cm3/cm3，表明覆盖有利于土壤水的保存. 秸秆覆盖对60 cm土层入渗的效果比石子好，然而，石子覆盖的保水效果却好于秸秆覆盖.      

An experimental simulation of moisture distribution and its uniformity within the soil profile under laboratory conditions

This research is a study on the relationship of irrigation water treatments and soil moisture distribution uniformity (DU). Soil moisture distribution was based on long-term data sets that were collected using a novel electromagnetic sensor-based platform moving inside sub-surface horizontal access-tubes. The research was conducted under controlled laboratory conditions in a soil tank. The irrigation treatments regarding two case studies under dry and wet soil conditions (from permanent wilting point to field capacity) were conducted for a period of 115 and 110 days respectively. In dry soil conditions, the irrigation water treatments strongly affect the DU of soil moisture that can be achieved constantly using non-uniform irrigation treatments. In contrast, the DU of soil moisture in wet soil conditions was maintained at a high percentage and was slightly affected by irrigation treatments. However, obtaining accurate soil moisture information at a large scale over a long period can be used to improve water use efficiency.     

土壤含水量对温室甜瓜生长、产量及品质的影响

【目的】研究在日光温室秋季滴灌栽培条件下,土壤不同含水量对厚皮甜瓜生长、产量及品质的影响,筛选适宜的土壤水分处理。【方法】以厚皮甜瓜品种“农大甜6号”为材料,在甜瓜全生育期内,设置6个土壤水分处理,其灌水下限、上限分别为土壤田间持水量的65%～80%(T1)、65%～90%(T2)、65%～100%(T3)、75%～80%(T4)、75%～90%(T5)和75%～100%(T6),探究土壤不同水分处理对温室甜瓜株高、茎粗、果实形态、产量、品质及灌溉水分利用效率的影响,并采用隶属函数法,基于果实品质指标对各水分处理进行综合评价。【结果】除伸蔓期外,不同水分处理对开花坐果期、果实膨大期和成熟期温室甜瓜株高与茎粗均有显著影响;不同水分处理除对果实纵径、果形指数和灌溉水分利用效率影响不显著外,对果实横径、果肉厚度、单瓜质量和可溶性总糖、V_C、还原糖、可溶性蛋白、可溶性固形物含量均影响显著。除V_C含量外,灌水下限相同时,上述指标随着灌水上限的提高而增加;灌水上限相同时,上述指标在灌水下限为田间持水量65%处理中的表现整体优于灌水下限为田间持水量75%的处理。综合考虑可溶性总糖、V_C、还原糖、可溶性蛋白、可溶性固形物含量5个果实品质指标的表现,不同水分处理对甜瓜品质影响的隶属函数值排序为T3(4.85)>T6(3.00)>T2(1.95)>T5(1.82)>T4(1.26)>T1(1.20),且以T3处理果实产量与综合品质最高。【结论】陕西关中地区温室厚皮甜瓜在秋季全生育期植株生长过程中,最适宜的土壤含水量为田间持水量的65%~100%,在此条件下甜瓜各项指标表现均较好。     

土壤含水量对结果期温室辣椒生长及果实品质的影响

【目的】研究土壤含水量对结果期温室辣椒(CapsicumannuumL.)生长、果实品质、干物质分配及水分利用效率的影响,以确定温室辣椒结果期的最佳土壤含水量,提高设施蔬菜水分利用效率。【方法】以精选牛角椒为研究对象,经4个土壤含水量(土壤含水量分别为田间持水量的40%～55%(A1),55%～70%(A2),70%～85%(A3)和85%～100%(A4))的水分处理后,测定并分析植株生长、果实品质、干物质分配、产量和水分利用效率的变化规律。【结果】在土壤含水量为田间持水量的70%～85%时,同化物在辣椒地上和地下部分的分配更趋合理,产量最高,为6.05 kg/m2;在土壤含水量为田间持水量的55%～70%时,辣椒果实品质各项指标均达到最大值,其中Vc、游离氨基酸、可溶性总糖和可溶性蛋白质含量分别为1.16 mg/g,363.6μg/g,19.4 mg/g和19.7 mg/g,此时水分利用率也最大,为28.66 kg/m3,分别比A1、A3、A4处理提高了19.5%,30.3%和51.3%。【结论】综合考虑水分对果实品质、干物质分配以及水分利用效率和产量的影响后认为,土壤含水量为田间持水量的55%～70%,可以作为辣椒结果期理想的土壤水分控制指标。     

土壤养分空间变异性在水稻施肥上的应用

将3S技术、土壤养分状况系统研究法和土壤养分空间变异信息有机联合,应用于分散经营模式下的土壤养分精准管理,氮、磷、钾配合使用,高效、快速、准确做出土壤养分管理决策.在上海松江区五厍镇朱定村随机选取不同农户的田块,应用于水稻.结果表明,通过对养分的精准管理决策,养分精准管理推荐施肥处理与当地习惯施肥处理间水稻产量和纯收入差异显著,水稻增产13.9%,投入成本下降,增收14.4%.在当地实行养分精准管理切实可行.     

Spatial variability in grape yield and quality influenced by soil and crop nutrition characteristics

Knowledge of spatial variability of soil fertility and plant nutrition is critical for planning and implementing site-specific vineyard management. To better understand the key drivers behind vineyard variability, yield mapping from 2002 to 2005 and 2007 (the monitor broke down in 2006) was used to identify zones of different productive potential in a Pinot Noir field located in Raimat (Lleida, Spain). Simultaneously, the vineyard field was sampled in 2002, 2003 and 2007, applying three different schemes (depending on the number of target vines in different grape yield zones). The sampling carried out in 2002, which involved different soil, topographic and crop properties (mineral contents in petiole), made it possible to evaluate the influence of these parameters on the grape yield variability. The zones of lowest yield coincided with locations in which the nutritional status of the crop exhibited the lowest values, particularly with respect to petiole contents of calcium and manganese. Sampling systems adopted in 2003 and 2007 (grape quality and soil attributes) confirmed the inverse spatial correlation between grape yield and some grape quality parameters and, more importantly, showed that the percentage of soil carbonates had a great influence on grape quality probably due to the reduced availability of manganese in calcareous soils. Site-specific vineyard management could therefore be considered using two different strategies: variable-rate application of foliar fertilizers to increase the yield in areas with low production and also foliar or soil fertilizers to improve the quality specifications in some areas.     

不同冻结强度下容重和含水量对黑土剖面水分变化特征影响

利用室内模拟方法研究冻结强度、容重、含水量等对东北黑土冻融过程剖面土壤水分变化特征影响,为东北黑土区土壤水分和养分管理提供科学依据。结果表明,冻结过程中,当冻结温度为-10和-20℃时,各土柱上下土层温度均降至较低温度保持恒定,上下土层水分差变化显著,冻融过程趋于缩小至平衡状态。容重为1.0 g·cm-3时,初始含水量越高,融冻过程上下土层水分差变化显著;冻结强度-10和-20℃时,容重为1.2和1.4 g·cm-3初始含水量越低,上下土层水分差变化越大。通常初始冻结强度越大、土壤水分含量、容重越大,形成恒定低温不变时间越长,上下土层水分差变化越大。单次冻结和融冻过程上下土层水分差变化呈先增后降"单峰"变化趋势,冻结温度越底土壤水分差峰值越高。为融冻区域农田土壤水分迁移模型构建和农田土壤水分管理等提供依据。     

红壤氮转化对土壤水分变化的响应

[目的]土壤水分变化会影响微生物介导的氮转化。探明土壤氮初级转化速率,反映土壤内部氮素动态变化,探索氮转化对土壤水分变化的响应机制。[方法]采用~(15)N成对标记技术,利用数值优化模型,量化不同水分条件(最大持水量的20%、60%、80%、100%)下,有机氮矿化、铵态氮(NH_4~+)微生物同化、自养硝化、异养硝化和硝态氮(NO_3~-)消耗等主要氮转化过程的初级转化速率。[结果]土壤不同氮转化过程对水分变化的响应不同。随土壤含水量上升(从最大持水量的20%升至100%),土壤中易分解有机氮库初级矿化速率(M_(N_(lab)))从1.757 mg·kg~(-1)·d~(-1)增加到2.598 mg·kg~(-1)·d~(-1),难分解有机氮库初级矿化速率(M_(N_(rec)))变化不显著,总初级矿化速率(M,即M_(N_(lab))和M_(N_(rec)))显著上升。初级自养硝化速率(O_(NH_4))随土壤含水量增加而增加,在最大持水量为100%时达到最大值(0.266 mg·kg~(-1)·d~(-1));初级异养硝化速率(O_(N_(rec)))随土壤含水量增加先上升后下降,在最大持水量为60%时达到最大值(0.115 mg·kg~(-1)·d~(-1));土壤在最大持水量为80%和100%时O_(NH_4)显著大于O_(N_(rec)),总初级硝化速率(N,即O_(NH_4)和O_(N_(rec)))随土壤含水量增加而增大。总初级NH_4~+微生物同化速率(I_(NH_4))随土壤含水量增加线性上升,土壤在最大持水量的100 %时达到最大值(1.941 mg·kg~(-1)·d~(-1));初级NO_3~-消耗速率(C_(NO_3))在最大持水量的80%和100%时明显增加,总无机氮消耗速率(I_(NH_4)和C_(NO_3))随土壤含水量增加显著增大,并在最大持水量的80%时超过总氮初级矿化速率。因此,随含水量增加土壤氮净矿化速率先上升到最大值,然后迅速下降为负值。[结论]红壤不同无机氮产生和消耗过程对水分变化的响应不同;适当增加土壤含水量可提高红壤氮素的可利用性。图5表1参48