陇中干旱半干旱区造林绿化应解决的主要问题

针对陇中干旱半干旱地区的自然地理环境和气候特点及造林绿化中存在的主要问题,提出在该地区造林绿化中应该解决好10个问题,包括按自然规律和科学规律办事的认识、规划和设计、适地适树、苗木繁育、造林密度、组织实施、督导检查、成果推广等,并提出了相应的建议。     

电阻率成像法监测人工梭梭林土壤水分

土壤水分是影响干旱半干旱沙区植物生长发育的主要限制因素。快速、准确地监测土壤水分时空动态可为干旱半干旱区植被建设与生态恢复提供科学依据。以乌兰布和沙漠东北部人工梭梭固沙林土壤为研究对象,在林内、外(根际、冠中、冠缘、行间、林外)设置了5条监测样线,分别于一次强降雨后的第2天、第15天、第55天用多电极电阻仪定位测定了土壤电阻率,同步采取土样用烘干法测定了土壤实际含水率,建立了土壤含水率与土壤电阻率之间的相关关系,并对二维剖面土壤水分空间分布特征进行了分析。结果表明:1)土壤含水率与土壤电阻率之间为极显著负相关关系(P0.01),可用幂函数表示。2)5条测线的土壤电阻率在3次监测时均随土层深度增加而减小,而土壤含水量随土层深度增加而增大,根际冠中冠缘行间林外。强降水后的不同时间内,由于受土壤属性、树冠对水分再分配、树干径流、根系吸收水分等影响,二维剖面上土壤水分空间分布格局有明显变化。随着雨后干旱时间的延长,0～51 cm水分含量由于受蒸发、植物吸收利用的影响而明显降低。3)电阻率成像技术在野外能快速准确,长期定位监测土壤水分含量;对地表扰动小,实现了非破坏性测量;保证测定精度的同时,还能提供尺度较大的土壤水分空间分布的详实数据,可高效快速地获取连续的土壤水分分布信息。     

陇中半干旱区抗旱玉米品种筛选试验

干旱是影响旱作区玉米产量的主要因素之一,而选择抗旱品种是保障玉米产量的有效措施。选取13个玉米品种在陇中半干旱区进行了抗旱玉米品种筛选试验,测定干旱胁迫和补灌条件下各玉米品种农艺性状、叶片整齐度、SPAD值、干物质积累量、水分利用效率、折合产量及其构成因素等指标,以产量为基准计算抗旱系数和抗旱指数,评价不同玉米品种的抗旱性。结果表明:中种8号、先玉335、晋单81号、吉祥1号抗旱指数高,分别为1.25、1.18、1.23、1.14,说明这4个品种抗旱能力较强,且在干旱胁迫后平均折合产量较高,分别为6 682.35、6 310.20、6 438.40、6 339.60 kg/hm2,较对照品种郑单958分别增产10.55%、6.51%、4.88%、4.39%,可作为适宜在陇中半干旱区种植的抗旱玉米品种在生产上加以推广应用。     

基于干旱区地面实测热红外光谱的土壤含水量反演研究

土壤水分在干旱地区生态系统中起着重要的作用,同时土壤含水量是确定土壤干旱的重要参数。通过分析野外和室内实测土壤发射率光谱特征参数与含水量之间的关系,采用光谱特征分析参数提取反演土壤含水量的最佳敏感波段,发现波长在9.4802~9.7901 μm土壤含水量对其发射率最为敏感。根据最佳敏感波段的范围,模拟MODIS,ASTER,HJ-1B卫星的热红外波段,对波段及波段比值与土壤含水量进行回归分析,得出波段比值的线性模型可有效地反演出土壤的含水量。然后对该模型进行验证分析,确定模拟ASTER卫星传感器的12和14两个热红外波段的发射率比值与土壤含水量的线性关系,其反演精度更高。建立了适合研究区的土壤热红外发射率与含水量之间的反演模型。     

电阻率成像法在土壤水文学研究中的应用及进展

缺乏有效的监测技术是制约土壤学和水文学中尺度问题研究的主要瓶颈。近年来,以电阻率成像法为代表的地球物理学方法被引入到非饱和带土壤水文过程的研究中来,为解决尺度问题提供了新的强有力的工具。结合土壤电阻率与土壤特性之间的岩土物理学关系,电阻率成像法可以实现对土壤特性或状态的多尺度无损连续监测。阐述了电阻率成像法的基本过程、特征及其在土壤水文过程研究中的初步应用。同时,深入探讨了电阻率成像法应用于非饱和带水文过程研究中存在的问题和未来的应用潜力。     

覆盖作物对半干旱地区土壤含水量的影响

覆盖作物是减少杂草危害、土壤侵蚀、提高土壤有机碳和氮水平的有效方法。此项技术在半干旱无灌溉条件的土地应用较少,主要原因是覆盖作物与经济作物的水分竞争。通过3 a的覆盖作物对土壤含水量、出苗率和生物量的试验研究表明：在降雨量较低年份覆盖作物会导致严重的土壤水分缺乏和经济作物减产。休耕期长短、降雨量、种植密度及覆盖作物终止生长方式是影响经济作物产量的主要因子。     

基于“3414”试验的陇中半干旱区马铃薯测土配方施肥指标研究

  目的  为建立陇中半干旱区马铃薯土壤养分丰缺指标,确立土壤养分分级指标和推荐施肥量,指导马铃薯科学施肥,提高肥料利用率。  方法  通过对会宁县2015 ~ 2018年马铃薯“3414”田间肥效试验结果进行模拟,开展土壤有效养分含量与相对产量、经济最佳施肥量之间的相关性研究,提出马铃薯土壤养分丰缺指标及不同分级范围推荐施肥量。  结果  土壤全氮含量与马铃薯产量、N经济最佳施肥量相关性优于土壤碱解氮,因此以全氮、速效磷、速效钾作为陇中半干旱区马铃薯田丰缺指标及推荐施肥量评价指标,分5个、4个、4个等级,并建立了养分丰缺指标施肥区间调控、目标产量及施肥量定量微观调控模型。该区域马铃薯土壤全氮含量分为低（< 0.6 g kg?1）、较低（0.6 ~ 1.1 g kg?1）、中（1.1 ~ 1.8 g kg?1）、较高（1.8 ~ 2.2 g kg?1）和高（> 2.2 g kg?1）;速效磷分为较低（< 13 mg kg?1）、中（13 ~ 25 mg kg?1）、较高（25 ~ 31 mg kg?1）和高（> 31 mg kg?1）;速效钾分为较低（< 162 mg kg?1）、中（162 ~ 238 mg kg?1）、较高（238 ~ 271 mg kg?1）、高（> 271 mg kg?1）。  结论   根据地力等级从低到较高,推荐施肥方案分别为N > 158.0、134.5 ~ 158.0、113.7 ~ 134.5、105.9 ~ 113.7、0 ~ 105.9 kg hm?2;P₂O₅ > 136.7、90.4 ~ 136.7、75.7 ~ 90.4、0 ~ 75.7 kg hm?2;K₂O > 82.2、56.8 ~ 82.2、47.0 ~ 56.8、0 ~ 47.0 kg hm?2。生产中通过检测任一地块土壤养分,代入相关函数模型即可输出该地块经济最佳施肥量。     

基于高密度电阻率法的农田土壤表面干缩裂隙成像

为探测土壤表面干缩裂隙的发育情况,该研究以农田土壤表面干缩裂隙作为研究对象,以高密度电阻率法为测量手段,采用耦合层次聚类分析的同步连续线性估计算法(Simultaneous successive linear estimation,SimSLE)反演土壤表面干缩裂隙的形态,结合试验裂隙图像和反演得到的模拟图像,对比分析...     

半干旱区海水灌溉农田土壤盐分运移规律的研究

对在海侵灾害最严重的莱州湾地区,在油葵生育期内利用不同浓度的海水直接灌溉两次,研究0～40cm土层土壤盐分及Na^ 、CI^-、Ca^2 、Mg^2 、K^ 含量的分布、迁移规律,为确定合适的灌溉定额和灌溉次数提供最基础的技术参数。结果表明：①60％以上浓度海水灌溉,5～40cm土层土壤盐分呈积累趋势,次生盐渍化明显;40％海水灌溉后轻微积盐．若无充沛的雨水淋洗,则须结合一定的农业措施以防造成次生盐害;20％海水浓度在灌溉定额为800m^3／hm^2时能保持土壤盐分的盈亏平衡。②Na^ 和CI^-主要分布在5～20cm土层,而Ca^2 和Mg^2 主要在20∽40cm土层,K^ 则极易被淋洗而迁移到40cm以下土层。③0～5cm土层盐分变化剧烈,在油葵整个生育期降雨量为171．7mm的情况下,至收获期时,各处理均能降至灌海水前的水平。     

陇中黄土高原不同耕作措施下土壤磷动态研究

依托陇中黄土高原旱作农田已实施13 a的保护性耕作试验,研究传统耕作、免耕、传统耕作秸秆还田、免耕秸秆覆盖、传统耕作地膜覆盖和免耕地膜覆盖6种耕作措施下土壤全磷及磷组分动态变化特征。结果表明:试验期各处理土壤全磷和总无机磷均逐年增长;两个秸秆还田处理总有机磷逐年增长,免耕地膜覆盖和免耕处理总体增长,传统耕作和传统耕作地膜覆盖处理相对稳定;各无机磷组分均总体增长,其中氢氧化钠提取态无机磷、水溶态无机磷和碳酸氢钠提取态无机磷涨幅较大,平均涨幅分别为253.6%、128.6%和66.9%;保护性耕作可不同程度地提高水溶态无机磷、碳酸氢钠提取态无机磷和氢氧化钠提取态无机磷含量,相同覆盖条件下免耕较传统耕作效果明显,尤其免耕秸秆覆盖处理最明显;耕作方式对浓盐酸提取态无机磷和残留磷的影响不明显;保护性耕作可提高碳酸氢钠提取态有机磷和氢氧化钠提取态有机磷含量,两个秸秆还田处理最明显,两处理也可提高浓盐酸提取态有机磷含量,但免耕、传统耕作地膜覆盖和免耕地膜覆盖处理下该组分含量降低。综上,采取保护性耕作可适当减少磷肥用量,保护性耕作尤其是免耕秸秆覆盖方式值得在该区推广。     

基于电阻率层析成像技术的农田土壤优先流原位动态监测

针对现有观测技术无法原位监测和判别农田土壤优先流类型、发育位置和演化过程的问题,该研究采用电阻率层析成像技术对野外大尺度条件下的NaCl溶液入渗过程进行原位监测,根据不同时刻监测的剖面视电阻率分布对试验区域的土壤结构分布特征进行分析,对优先流通道发育位置、优先流类型和演化过程进行识别,同时对电阻率层析成像技术识别优先流的精度进行研究。结果表明,试验区域的土壤结构性质不均匀,水平方向5.0～10.0 m范围内的土壤较水平方向0～5.0 m范围内的土壤更为密实;入渗过程中在试验区域土壤疏松区水平方向4.0～5.0 m区间中有非均质指流形成;该指流通道在灌入NaCl溶液9～14 min完全形成,在灌入NaCl溶液60 min时完全退化成基质流;幂函数模型可用来建立剖面视电阻率与Cl-浓度之间的关系。研究成果对农田土壤优先流发育位置与演化过程的原位监测与识别以及防治因水和溶质优势入渗而引起的资源浪费、环境污染和工程地质灾害等具有参考价值。     

半干旱区草粮轮作田土壤水分恢复效应

采用野外实地观测和作物模型模拟相结合的方法,研究了不同轮作模式黄土高原半干旱区长期种植苜蓿地农田土壤水分恢复状况。结果表明：长期连作苜蓿地土壤干燥化进程与不同轮作模式下土壤湿度恢复的进程均表现为前期快后期慢;8～10 m深层土壤湿度恢复困难,6～8年生苜蓿草地翻耕后适宜采用PPW轮作模式（马铃薯→马铃薯→春小麦）以恢复土壤水分,种植16～20 a粮食作物后可以再次种植苜蓿。该研究结果可为黄土高原半干旱区苜蓿草地的土壤水分利用和恢复提供参考。     

Detection of soil moisture and vegetation water abstraction in a Mediterranean natural area using electrical resistivity tomography

Vegetation growth in semiarid, Mediterranean ecosystems is greatly dependent on moisture availability in the soil, as little precipitation is available during the growing season. Predicting the effects of climate change on vegetation development requires understanding of the exact relation between climate, moisture availability, and plant growth. Accurate moisture measurements in naturally vegetated areas are difficult because of high spatial variability and because of the coarse, shallow soils. In this study, we evaluated the possibilities of using Electrical Resistivity Tomography (ERT) to measure soil moisture availability and plant water use in a Mediterranean natural area. We found that ERT is a useful tool for measuring soil conditions, providing information on the spatial patterns within the soil and reaching depths otherwise inaccessible. In heterogeneous soils, we differentiated between lithological and moisture effects in the measurements using multitemporal data. Absolute calibration to moisture content was sometimes possible, but strongly location dependent. Based on the ERT measurements, we found that although the soils in the study area are shallow and rocky, plant roots penetrate deeply into the fractured and weathered bedrock, and vegetation subtracts water from depths down to 6 m and below. This information is important for understanding the plant–soil relations and modeling vegetation development. We conclude that ERT provides crucial information on soil moisture processes unavailable using any other currently available measurement method.     

基于电阻率断层扫描技术的土壤砾石体积含量评估

为了对电阻率断层扫描技术应用于土壤中砾石含量的研究进行评估,该文对此应用进行了数值模拟研究。该研究假设石质土壤为由细土和砾石组成的二相介质,采用有线差分法对所建立土壤数值模型进行了电阻率断层扫描模拟,模型中砾石随机分布且相互独立,过程中对砾石尺寸和土壤中水分情况的影响进行了研究。结果表明对已知二相各自电阻率值的石质土壤,其等效电阻率与其中砾石体积含量相关,数值模拟结果与理论预测结果相符合,验证了电阻率断层扫描技术应用土壤中砾石体积含量估计的可适用性,同时指出在土壤较湿润时为该技术的适宜使用条件。该研究为土壤学分类研究及质量评价提供参考和指导。     

The effect of initial soil water content and rainfall intensity on near-surface soil hydrologic conductivity: A laboratory investigation

This paper investigates the influence of rainfall intensity and initial soil water content on changes in the near-surface soil hydraulic conductivity. While numerous papers have examined surface sealing, this paper outlines two important innovations: the design and application of time-domain reflectometry probes with the ability to measure and record soil water content at very short time and length scales; the design and application of stainless steel tensiometers to measure soil water potential at the same, very short, time and length scales. These permit the Richards Equation to be applied and the near-surface hydraulic conductivity computed. An exponential curve was fitted to the temporal changes in hydraulic conductivity, as both a function of water potential or soil water content, with a high degree of fit. As rainfall intensity increased, the degree of scatter about the best-fit line increased, probably due to the ability of high intensity rainfall to disrupt the near-surface soil structure. While utilising deterministic models, such as the Richards Equation, may be appropriate at the column scale there are practical difficulties due to the very small length scale variability in each of the input variables. The experimental results detailed here indicate that even with data at very short time and length scales it is still not possible to utilize the Richards Equation, or at least, it may be difficult to transfer the laboratory results to the field due to the effect of the specific laboratory experimental conditions on the results.     

喀斯特地区洼地剖面土壤含水率的动态变化规律

本文基于连续2年土壤水分的定位监测数据,分析探讨了喀斯特地区不同地质背景(纯灰岩与白云质灰岩)洼地剖面(0～90 cm)土壤含水率的动态变化规律。结果表明:洼地剖面土壤含水率总体较高,且从表层到深层表现为增长型;2009年和2010年土壤含水率的变化均具有明显的分层现象,从上到下依次为活跃层、次活跃层、相对稳定层,但均无速变层,不同地质背景的具体分层略有差异;活跃层和次活跃层集中分布在浅层土壤层,相对稳定层较厚,对应着较差的水文调蓄功能,洼地土壤的水分调蓄功能可能会因其相对较深厚(80～100 cm)的土层而被高估。受降雨、蒸发及植物蒸腾等因素的影响,土壤储水量具有明显的动态变化特征,一年中可分为相对稳定期、消耗期和补给期3个阶段,而土壤水分亏缺的补偿和恢复,主要依靠强度适中、历时较长且雨量较大的降雨,微雨和暴雨的作用较小。     

时域反射仪对水分非均匀分布土壤含水率的测定

为了评估时域反射仪测定水分非均匀分布土壤的含水率的性能,该研究在室内试验中将土柱纵向分为上下2层,设置土壤水分差为0.05、0.10和0.15 cm3/cm3 3种情况,进行不同含水率梯度下水分非均匀分布对该仪器测定土壤含水率的影响试验,并在田间试验中进行了实地测试。结果表明,在室内新型时域反射仪随着上下2层土壤含水率梯度差的增加,测定土壤含水率的均方根误差略有增大,在水分分布相对均匀的土壤中测定土壤含水率的均方根误差小于 0.028 cm3/cm3。在田间竖直埋设探头,上湿下干和上干下湿的土壤