LEACHC模型及其在土壤盐碱化预测预报研究中的应用

LEACHC是描述土壤水分运动、溶质运移和盐分积累的盐度模型。它利用一维Richard方程有限差分法模拟水分流动,利用对流-弥散传输模型描述溶质运移,利用化学平衡子程序处理土壤剖面化学平衡过程。系统地介绍了LEACHC模型及基本原理,总结了国外学者利用LEACHC模型进行土壤盐碱化预测预报研究的基本情况,以期对中国土壤盐碱化预测预报研究有所借鉴。     

土壤无限制水分区间的修正研究

土壤无限制水分区间(NLWR)是指土壤水势、通气状况和机械阻力对作物生长发育没有限制作用的土壤水分含量区间。在保持其上限即土壤田间持水量或通气孔隙为10%时的土壤含水量不变的基础上,该研究对下限进行了修正,取土壤总水势为-0.3 MPa时的含水量或土壤机械阻力为0.85 MPa时的含水量作为NLWR的下限,代替原有的是永久萎蔫点或土壤机械阻力为2.0 MPa时的含水量。用上限的最小值减去下限的最大值,即可计算出NLWR。与原有的NLWR或土壤最小限制水分区间相比,修正后的NLWR更具有现实意义。NLWR为0时所对应的土壤容重(D b)称为临界容重(D b-thr),可以作为田间土壤物理质量管理的判断标准。当D bD b-thr时,土壤物理性质对作物产生阻碍作用,需进行土壤改良;当D bD b-thr时,只要土壤含水量处于NLWR之内,土壤物理性质对作物生长无影响,此时NLWR可以作为农田水分灌溉管理的依据。     

盐碱土饱和浸提液2种制备方法比较

分别采用美国盐土实验室推荐的USSL方法、浸润法制备土壤饱和泥浆,抽滤得到盐碱土饱和浸提液,测定电导率。结果表明:供试30份土样,2种方法获得的饱和泥浆土壤饱和含水量之间差异不显著;美国盐土实验室方法制备土壤饱和浸提液电导率变化范围为0.75~31.34 d S/m,浸润法制备的土壤饱和浸提液电导率变化范围为0.75~36.90 d S/m,2种方法制备的土壤饱和浸提液电导率测定值间不存在显著差异。     

基于EM38-MK2的南疆干旱区表观电导率反演土壤水分研究

土壤水分含量是农田进行定额灌溉的基本参数,南疆地处干旱区,土壤水资源稀缺,实现田间定额灌溉更利于充分利用土壤水分。EM38-MK2快速和高效获取土壤水分含量数据,适时监测土壤水分含量,可成为农田精准灌溉的重要途径。用EM38-MK2测定轻度、中度和重度3个不同程度盐渍化区域土壤0～0.75 m和0～1.5 m的表观电导率,结合同步采集的0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm土壤剖面剖面及室内测定含水量数据,对比三个不同盐渍化程度表观电导率反演土壤含水率模型精度,比较分区模型和全区模型的反演精度,分析土壤盐分含量对反演土壤含水率精度的影响。结果表明,用EM38-MK2对土壤含水率反演效果在轻度盐渍化表现最好,中度盐渍化次之,重度盐渍化较差。不同深度土层的分区模型精度均高于全区模型精度,分区模型R²为0.73～0.88,RMSE低于全区模型,全区模型各层的RPD均低于1.5,不具备预测能力。土壤盐分含量对土壤水分的反演有影响,并且随土壤盐分含量的增加,反演精度下降。     

苏打碱土盐分水平冲洗模拟研究

通过模拟实验对苏打碱土盐分水平冲洗的效果进行了研究,分析了磷石膏对盐分冲洗效果的影响,探讨了应用水量与盐分冲洗总量和盐分冲洗效率的关系,并对一次性冲洗和少量多次性冲洗两种方案的盐分冲洗效果进行了比较.结果表明:水平冲洗能够有效排出土壤盐分,显著降低土壤盐度和碱度;3次冲洗后,1 L,2 L,3 L,4L,5 L应用水量分别使对照处理的土壤盐度从3.39 dS/m降低到了1.83,1.73,1.39,1.26,1.13 dS/m,使土壤碱度从98.27(mmolc/L)1/2下降到了15.33,19.14,17.96,15.73,15.04(mmolc/L)1/2;与对照相比,磷石膏使土壤盐度略有提高,但显著降低了土壤碱度;盐分冲洗总量随应用水量的增加而提高;盐分冲洗效率与应用水量间呈幂函数递减关系;在应用水量相同情况下,一次性冲洗和少量多次性冲洗两种方法的碱土改良效果无显著差异.     

土壤无限制水分区间的修正研究

[目的]研究和修正土壤的无限制水分区间。[方法]取土壤总水势为-0.3 MPa时的含水量或土壤机械阻力为0.85 MPa时的含水量作为 NLWR的下限,代替原有的是永久萎蔫点或土壤机械阻力为2.0 MPa时的含水量。用上限的最小值减去下限的最大值,即可计算出NLWR。[结果]与原有的 NLWR或土壤最小限制水分区间相比,修正后的 NLWR更具有现实意义。当 Db〉Db-thr时,土壤物理性质对作物产生阻碍作用,需进行土壤改良,当 Db〈〈Db-dv时．只要土壤含水量处于NLWR之内．土壤物理性质对作物生长无影响,此时NLWR可以作为农日1水分灌溉管理的依据。[结论]该研究为土壤物理质量演变规律与调控机制、土壤物理质量与作物生长发育及产量的关系、土壤水-肥-盐管理等方面的相关研究提供理论支持与科学依据.     

基于野外实测高光谱数据的干旱区耕作土壤含水量反演研究

利用2011年3月野外实地采集的不同含水量土壤的高光谱数据,研究了南疆地区耕作土壤草甸土含水量与高光谱反射率之间的定量关系,构建了一元线性回归与多元逐步回归的土壤含水量预测模型.结果表明,土壤含水量在380～ 1080 nm波段与反射率呈负相关关系;反射率经倒数(1/R)、对数(logR)、一阶微分(R’)变换后可提高其与含水量的相关性;以50个建模样本所建立模型的相关系数均达到极显著水平,所有模型通过对37验证样本进行预测,比较决定系数、均方根误差、相对误差后,表明多元逐步回归模型的预测能力要优于一元线性回归模型,从所有模型中优选出以698、702、703、746、747 nm波段反射率倒数(1/R)建立的多元逐步回归模型为最优模型,该模型实测值与预测值之间的R2为0.9199,RMSE为1.6026,RE为0.6517,可用于基于野外高光谱数据的土壤含水量的估测.     

吉林省大安市苏打碱土盐化与碱化的关系

选择了76份苏打碱化土壤样品,对其各盐化与碱化指标进行了测定,分析了苏打碱化土壤盐化和碱化的关系.结果表明,土壤的碱化层和高含盐层出现在土壤中同一层次,因此该土壤盐化与碱化过程有密切联系.土壤含盐量与各碱化参数(ESP、SAR、总碱度、RSC和pH)均为正相关.土壤碱化度随含盐量的升高而增大,高盐分浓度对土壤碱化度的抑制作用,至少要在其浓度达到8.0 g/kg以上时才会出现.土壤中Na 、CO32-和HCO3-离子同各碱化参数之间均是极显著相关,同时Cl-离子与除pH外的各碱化参数极显著相关,这是该类型土壤兼有盐化和碱化特征的反映.统计分析表明,各盐分离子中Na 和CO32-离子对ESP的影响作用更大.     

重度苏打碱土饱和导水率特征分析

选择3组典型苏打碱土剖面,对0～60 cm土层原状土和表层0～10 cm扰动土的饱和导水率进行了测定,分析了苏打碱土饱和导水率的基本特征。结果表明:苏打碱土饱和导水率极低,原状土仅为0.02～0.19 mm/d;在1.08～1.50 g/cm3容重范围内,表层扰动土饱和导水率变化区间为:0.05～0.80 mm/d。如此低的透水性能必然不利于土壤盐分的淋洗。但是,苏打碱土饱和浸提液电导率已超过盐土阈值(4 dS/m),因此,改良利用苏打碱土时必须进行盐分淋洗。所以,苏打碱土饱和导水率与盐分淋洗的相互关系需进一步深入研究。     

不同类型土壤全氮含量的高光谱预测研究

为了探明土壤全氮的敏感波段,对比不同统计方法建立的预测模型的反演精度与稳定性,以红壤、石灰土、潮土和水稻土4个土类的土壤为研究对象,利用ASD Pro FR地物光谱仪,在室内条件下测定350~2500 nm波段范围的土壤高光谱数据,经分析不同光谱指标与全氮含量数据的相关性,确定全氮的敏感波段,并建立相应的反演模型。结果表明,反射系数、反射系数对倒的一阶微分、反射系数倒数的一阶微分、反射系数的一阶微分、反射系数对数的倒数、反射系数对数的一阶微分与全氮的最高相关系数分别出现在2153、1079、1853、528、1392、438 nm;所有预测模型中,以895、1079、1138、1149、2163、2183、2336、2337 nm波段反射率对倒的一阶微分建立的多元逐步回归模型为最佳模型;逐步回归与一元线性回归相比较而言,逐步回归建立的预测模型的精度和稳定性更佳。