土壤系统中溶质运移研究

为了满足日益增长的人口对粮食的需求,农用化学物质被广泛使用,这些物质可通过各种渠道进入土壤,因此研究土壤中农用化学物质的迁移、转化,对于防止环境污染和促进农业持续发展有着重要的意义.     

土壤溶质锋运移的解析解

为了推求土壤溶质锋运移与时间的关系 ,假设土壤溶质运移发生在溶质输入内边界至溶质锋之间 ,应用拉普拉斯变换方法求解输入内边界到溶质锋边界的对流—弥散方程 ( CDE)。溶质锋浓度解与半无限精确解的比较表明 ,在内边界至溶质锋边界内具有良好的一致性。溶质锋运移解的一个重要应用是估计实验室和田间条件的溶质运移参数。这个新的参数估计方法要求土壤中溶质锋随时间运移数据。如果应用有色示踪剂 ,溶质锋运移可以目测 ;如果应用其他示踪剂 ,可以通过 TDR或其它仪器测量示踪剂通量或体积浓度 ,确定溶质锋的深度。这个新的方法简单易行、节省时间 ,而且能够应用到实验和田间条件。     

石砾参数对土壤水流和溶质运移影响研究进展

土壤水流和溶质运移一直是土壤学研究的热点,溶质运移理论主要应用于地下水污染、污染物运移、土壤重金属污染研究等方面。溶质主要通过优先流和基质流进行运移,影响溶质运移因素很多,主要包括土壤结构、质地、水力传导率、体积质量、初始含水量、根系、石砾等。石砾作为土壤质地中的一个分级单位,与溶质运移关系较为复杂。本文综合介绍了石砾基本内涵以及石砾对土壤水流和溶质运移影响研究进展;系统阐述了石砾内部参数(石砾覆盖度、含量、粒径、空间异质性等)和外部参数(根石结构、干湿冻融、耕作等),指出目前研究主要量化土壤表面及土壤表层石砾参数对水文效应、土壤侵蚀、入渗以及径流的影响,然而石砾参数对溶质运移影响研究不够系统,石砾参数与溶质运移关系研究尚处于初步阶段,对土壤深层石砾研究缺乏;归纳了石砾参数研究技术手段及模型;探讨了目前石砾参数对土壤水流和溶质运移影响研究存在的问题以及今后研究趋势。     

土壤容重对溶质迁移过程的影响

土壤在径流作用下发生流失、土壤溶质迁移等现象,是一个受径流、土壤性质、下垫面特性、土地利用方式等多种因素综合影响的复杂过程.利用斜坡土槽,采用一定的坡度和实验流量,对不同容重的土样进行了室内放水实验,研究了在土壤饱和条件下,土壤容重对土壤溶质迁移过程的影响.实验结果表明:(1)随径流作用时间的增加,单位时间内土壤溶质迁移量逐渐减少,其关系可用幂函数来描述;(2)土壤溶质发生迁移是受地表径流和壤中流共同作用的结果;(3)土壤容重对土壤溶质迁移过程影响总体表现为土壤容重越大,随径流迁移的土壤溶质量越少;(4)土壤容重增加相同幅度,但同时刻随径流迁移的土壤溶质递减量逐渐减少.     

降雨淋洗条件下溶质在土壤中运移的初步研究

在自然条件下,降雨淋洗是地表污染物质向下运移而污染地下水的主要途径之一,同时,也是淋洗土壤盐分、影响土壤盐分动态的重要因素之一.因此,研究降雨淋洗条件下土壤中的溶质运移,可为污染物质的处理和田间土壤水盐动态的调控提供理论基础.本文通过室内实验和理论计算对这一问题进行了初步探讨.     

土壤溶质运移模型的研究及应用

土壤溶质运移的研究已成为土壤学、生态学、水资源学以及资源与环境科学等相关学科的基础和前沿研究领域。本文系统地论述了不同尺度下土壤溶质运移模型的研究进展,对其在农业生产、资源利用和环境保护方面的应用进行了简要综述,并就其未来发展趋势进行了展望。     

地下水埋深和灌水频率对土壤溶质（Br^-）运移的影响

通过室内均质土柱试验,以Br^-为示踪剂,研究了90 mm/15 d和30 mm/5 d两种灌水频率下,1.7,1.2,0.8 m地下水埋深土壤中溶质（Br^-）的运移规律。结果表明：不同地下水埋深或同一地下水埋深条件下,高、低灌水频率土壤中溶质运移快慢的趋势是变化的。地下水埋深由深变浅,高灌水频率土壤中溶质（Br^-）运移由慢于低灌水频率逐渐转变为快于低灌水频率;高灌水频率土壤中Br^-较集中地向下运移,低灌水频率土壤中地下水埋深越大,Br^-分布越均匀分散;高灌水频率不利于土壤溶质（Br^-）积聚于土表。     

地下水埋深和灌水频率对土壤溶质(Br-)运移的影响

通过室内均质土柱试验,以Br-为示踪剂,研究了90 mm/15 d和30 mm/5 d两种灌水频率下,1.7,1.2,0.8 m地下水埋深土壤中溶质(Br-)的运移规律。结果表明:不同地下水埋深或同一地下水埋深条件下,高、低灌水频率土壤中溶质运移快慢的趋势是变化的。地下水埋深由深变浅,高灌水频率土壤中溶质(Br-)运移由慢于低灌水频率逐渐转变为快于低灌水频率;高灌水频率土壤中Br-较集中地向下运移,低灌水频率土壤中地下水埋深越大,Br-分布越均匀分散;高灌水频率不利于土壤溶质(Br-)积聚于土表。     

氮肥与双氰胺配施对棚室黄瓜生长及土壤氮素淋失的影响

以传统水氦管理为对照,进行优化水氮管理条件下氮肥与双氰胺配施对大棚黄瓜氮肥利用效率、氮素淋洗损失及黄瓜产量与品质的影响研究.结果表明,与传统水氮管理相比,优化水氮管理虽然减少了氮肥用量及灌水量,但黄瓜产量与传统处理无显著差异,黄瓜硝酸盐含量显著低于传统处理的硝酸盐含量.随追肥及灌水次数增加,优化水氮管理0-60 cm土层硝态氮呈增加趋势,60 cm以下各土层不同时期变幅较小,W2N2+DCD、W2N3+DCD、W2N4+DCD的变化范围分别为6.09～33.36 mg/kg,19.03～29.28mg/kg,14.98～25.46 mg/kg,表明氮肥中添加DCD有效抑制了N03--N向下层土壤的淋洗.初瓜期、盛瓜期、末瓜期各处理0-180 cm土层硝态氮积累量大小顺序为W1N1>W2N3+DCD>W2N2+DCD>W2N4+DCD>W1N0.施用氮肥及DCD处理的表层土壤铵态氮含量显著高于W1N1的铵态氮含量.W2N4+DCD比传统水氮处理氮肥用量减少56.88%.灌水量减少33.30%,初瓜期、盛瓜期、末瓜期比传统水氮处理硝态氯累积量分别减少62.93%,74.42%,69.35%,极大降低土壤氮素的淋洗风险,综合来看其经济效益与环境效益最佳.     

2种氮源与双氰胺配施对温室芹菜氮素吸收和营养品质的影响

采用盆栽试验研究了2种不同氮源(尿素氮、农家肥氮)与硝化抑制剂双氰胺(DCD)配施后对温室芹菜氮素吸收和营养品质的影响。结果表明:尿素(Urea)和腐熟牛粪(Dung)分别与DCD配施在一定程度上均可促进芹菜产量的提高和品质的改善,减少土壤中硝态氮含量,降低芹菜体内硝酸盐累积,显著提高氮素利用率。与单施肥料相比,Urea+DCD和Dung+DCD可使土壤中铵态氮含量增加22.71%~92.97%,硝态氮含量降低12.28%~56.73%;可使芹菜茎、叶吸氮量分别增加29.24%~74.89%,30.89%~66.33%,地上部氮素利用率分别提高到16.85%和30.30%。同时,Urea+DCD和Dung+DCD还可促进芹菜产量和株高的增加,但差异未达到显著性水平(P0.05)。芹菜体内硝酸盐含量则分别降低37.05%,17.18%(茎),25.21%和7.63%(叶),并且还能显著提高芹菜中可溶性糖、蛋白质、游离氨基酸和Vc含量。综合比较可知,尿素和DCD配施在减少氮素损失,降低芹菜体内硝酸盐含量以及提高营养品质方面的综合效果较佳。     

生物黑炭对黑土根际土壤氮素转化强度及无机氮的影响

采用盆栽试验,研究了生物黑炭对大豆根际土壤氮素转化强度及无机氮的影响。结果表明:固氮作用强度在结荚期达到最大值,此后逐渐呈现出降低的趋势。氨化作用强度在开花期、结荚期和鼓粒期有显著差异,5%生物黑炭处理的氨化作用强度均显著高于CK处理。硝化作用强度在苗期、开花期和结荚期,N_2Y_5和N_1Y_5处理下的根际土壤硝化作用强度与CK处理均存在显著性差异;在鼓粒期和成熟期,只有N_2Y_5处理与CK处理存在显著性差异,分别比CK处理提高了58.87%,84.49%。生物黑炭的适量施用提高了根际土壤铵态氮的含量。苗期、花期、结荚期和鼓粒期不同处理之间铵态氮含量存在显著差异,成熟期差异不显著。合理的生物黑炭施用量对硝态氮利用起着关键性的作用,在苗期、花期、结荚期、鼓粒期,5%生物黑炭的处理均显著高于CK处理,在成熟期,N_1Y_5,N_1Y_(10)和N_2Y_(10)处理下的根际土壤硝态氮含量比CK处理显著降低了20.73%,21.04%,22.85%。     

添加葡萄糖对中亚热带阔叶林土壤氮转化的影响

针对中亚热带阔叶林(罗浮栲林)土壤,设置7个碳添加梯度(C量分别是0,300,600,900,1 000,1 100,1 300 mg/kg),在25℃、土壤饱和持水量(WHC)的60%条件下室内培养21 d,研究活性碳对阔叶森林土壤氮的影响。结果表明:随着碳添加量增加,NO_3~–-N迅速降低且在C 900 mg/kg水平达到最低,此时NO_3~–-N降低28.35 mg/kg。可溶性有机氮(SON)在第7天随葡萄糖碳添加量而降低,但是到第21天在900～1 300 mg/kg C水平,SON高于第7天,且用氯仿熏蒸提取后来自微生物的SON开始增加;总的SON增加15.09～17.10 mg/kg。可见,通过NO_3~–-N的微生物同化转化为有机氮,使该地区在降雨较多的情况下降低NO_3~–-N的淋溶或反硝化气态损失风险,增加SON的淋溶风险。但是在生态系统氮需求发生改变时SON能迅速响应使该地区森林土壤氮有效矿化,并满足植物生长需求,提高生态系统中氮的可利用性。凋落物残体氮浓度增加,且残余土壤氮增加5.64 mg/kg。红外光谱显示,碳添加量为900 mg/kg降低罗浮栲土壤经K_2SO_4溶液提取后残体在各波数处的吸收峰比例,且在吸收峰最高的426～600 cm~(–1)、900～1 200 cm~(–1)范围内,碳添加的影响最小,表明碳添加使土壤矿物对氮的保持增加,且有机氮变得更加稳定。     

双氰胺在不同温度下对碱性土尿素氮转化的影响

[目的]为了提高氮素的利用效率,减少NO_3~-—N淋溶污染,本试验研究了硝化抑制剂双氰胺(DCD)对碱性土壤中氮素转化的影响,为氮素的合理高效利用,增加作物产量提供参考。[方法]采用实验室人工气候箱培养法,研究双氰胺在15,25和35℃不同温度下对山西省晋城市菜园土(碱性)的pH值、氨挥发量及NH_4~+—N和NO_3~-—N转化的影响。[结果]在碱性土壤中施加双氰胺后,其pH值高于对照,且pH值随土壤温度的升高而升高;同时碱性土壤中氨挥发量也随温度升高而增大,每升高10℃,氮素以氨气形式损失的增加率约为6.90%;而土壤NO_3~-—N量却随温度的升高有所下降,其变化趋势与土壤NH_4~+—N量变化相反,此外温度的升高可导致NH_4~+—N含量峰值的出现时间提前,每增加10℃提前约为1周左右。双氰胺的施加可减少了NH_4~+—N转化为NO_3~-—N的量。[结论]双氰胺的施加可减少碱性土壤中氮素转化为NO_3~-—N所带来的淋溶污染问题,且随温度的升高pH值、氨挥发量和NH_4~+—N量增加。     

冻融交替对农田棕壤氮素转化过程的调控效应

通过室内培养模拟试验,研究了农田棕壤可溶性氮(可溶性无机氮,DIN;可溶性有机氮,DON;可溶性全氮,DTN)含量、微生物生物量氮(MBN)含量和净氮矿化速率(NNMR)对不同冻融温度和冻融频数的响应。结果表明:冻结温度和冻融频数是影响农田棕壤氮素转化过程的主要因子。随着冻结温度降低,土壤NO3–-N、NH4+-N、DIN、DON、DTN和NNMR均显著增加,而MBN先降低后增加。随着冻融频数增加,土壤NO3–-N、NH4+-N、DIN和DTN均显著增加,这与NNMR的变化趋势正好相反;MBN则呈现降低–增加–降低的变化趋势,这与DON的变化正好相反。可见,冻融交替显著促进非生长季农田棕壤的氮素转化,增加土壤无机氮含量,提高土壤供氮能力。     

土壤裂缝研究进展

土壤开裂是一个复杂的物理过程,裂缝形成对土壤性状、作物生长以及水分溶质运输均有重要影响。本文介绍了目前国际上土壤裂缝的表征指标体系及指标测定方法,并讨论分析了裂缝与土壤属性、裂缝发育与植被生长、裂缝形成与土壤入渗和溶质运输等方面的最新国际研究进展,在此基础上,对我国今后的土壤裂缝研究工作的方向和重点提出了建议。     

黄河三角洲土地利用对土壤氮素及其转化的影响

以黄河三角洲垦利县轻度盐渍化土壤为研究对象,选取菜地、果园、粮田和新淤未利用地共4种土地利用类型,通过实地采样分析,探讨了土地利用对土壤氮素及其转化的影响。结果表明,全氮含量在0—20 cm土壤中以粮田最高,平均含量为1.42 g/kg,其次是果园、菜地和新淤未利用地土壤,其平均含量分别为1.17,0.97和0.57 g/kg,而20—40 cm土壤中,菜地全氮平均含量为0.86 g/kg,明显高于其它3种用地土壤;硝态氮在菜地0—20 cm土壤中的平均含量为27.25 mg/kg,远高于果园、粮田和新淤未利用地土壤,铵态氮在4种用地类型土壤中含量范围为2.65~4.09 mg/kg,不同用地类型间差异不大,二者在20—40cm土壤中的变化规律与0—20 cm基本相同;通过铵态氮、硝态氮与全氮的相关分析,表明菜地土壤中有效氮含量主要与外源氮素的补充有关,果园和粮田土壤中的有效氮与土壤全氮关系密切而受环境变化情况较小,新淤未利用地土壤氮素反映了研究区土壤氮素及其转化的初始状况。     

大孔隙分布对坡地产汇流及溶质运移的影响

以室内土槽为平台,采用人工模拟降雨试验,研究了粉砂壤土中两种不同大孔隙分布情况下,土槽中土壤含水量、坡面流速、地面径流、地下径流及溶质运移的变化。结果表明,相对于面大孔隙度为19%,容积大孔隙度为0.095%的未加密型的土槽,面大孔隙度为57%,容积大孔隙度为0.285%的大孔隙加密型土槽中各层土壤含水量增加幅度、平均坡面流速及地面径流量相对偏小,地下流出现时间较早且径流量较大,地面径流中溴离子、铵根离子浓度、硝酸根离子浓度偏小。在地下水出流前期,大孔隙加密型土槽中的铵根离子浓度和浓度变化幅度都偏小,但溴离子、硝酸根离子浓度则偏大。     

水氮调控对设施土壤有机氮组分、全氮和矿质氮的影响

为探讨水氮调控对设施土壤有机氮组分、全氮和矿质氮的影响,通过膜下滴灌设施番茄田间定位试验,采用灌水下限(W_1、W_2、W_3)和施氮量(N_1、N_2、N_3)的两因素三水平随机区组设计,研究水氮调控对休耕期0—30cm土层土壤有机氮组分、全氮和矿质氮的影响。结果表明,不同水氮调控下,设施土壤有机氮主要是以酸解态氮为主,总体表现酸解态氮大于非酸解态氮含量。土壤有机氮组分在酸解态氮和非酸解态氮中分配比例差异明显。土壤有机氮各组分含量及占全氮比例的大小顺序为氨基酸氮/氨态氮未知氮氨基糖氮。除氨基糖氮,其余酸解态氮各组分和酸解总氮含量及其占全氮比例均随着土层深度的增加而降低,不同土层含量差异显著(P0.05)。土壤全氮、矿质氮和总有机氮含量随土层深度的增加也呈降低趋势,且含量差异达到极显著水平(P0.01)。除氨基糖氮,全氮与其他有机氮各组分、酸解总氮间均达到极显著正相关(P0.01);矿质氮仅与酸解氨态氮及酸解总氮的影响达到极显著(P0.01)和显著正相关(P0.05)。灌水下限、施氮量及水氮交互对设施土壤全氮、矿质氮和总有机氮及有机氮组分影响均达到极显著水平(P0.01)。因此,设施土壤氮素含量的变化与水氮管理模式紧密相关。氨态氮和氨基酸氮是设施土壤中最主要的有机氮形态,是土壤活性氮中的主要组分,亦是土壤供氮潜力的表征。考虑土壤供氮潜力,灌水下限35kPa、施氮量300kg/hm~2为该设施生产下最优的水氮管理措施。