AquaCrop模型在大葱生物量和土壤贮水量模拟中的应用和验证

为评估AquaCrop模型在华北平原模拟大葱生长和农田水分的适用性,本研究利用实测的农民施肥方式的一个小区和增施氮肥处理的土壤水分、作物生长和产量数据,结合气象资料,获得了AquaCrop模型模拟大葱生长和土壤水分的模型参数,并利用实测的农民施肥方式的另外一个小区、减施氮肥、优化施氮和秸秆还田处理的土壤贮水量和生物量数据进行了模型验证。结果表明：在无水分胁迫条件下AquaCrop模型对大葱土壤贮水量及生物量的模拟结果是可以接受的。对土壤贮水量实测值与模拟值的RMSE为19.4~24.9 mm之间,相对误差为3.9%~12.4%;大葱生物量实测值与模拟值的RMSE为0.31~0.73 t/hm2,相对误差为5.8%~12.8%。     

不同水肥管理对京郊设施菜地氮素损失及氮素利用效率的影响

定量分析不同水肥管理下设施菜地的氮素损失途径及氮素利用效率,可为合理制订菜地水肥管理措施提供科学依据。2009年在北京市顺义区设施番茄大棚设置了6种水肥管理模式：（1）传统施肥＋传统畦灌（N1F1）;（2）优化施肥＋优化畦灌（N2F2）;（3）减量施肥＋优化畦灌（N3F2）;（4）传统施肥＋传统滴灌（N1D1）;（5）优化施肥＋优化滴灌（N2D2）;（6）减量施肥＋优化滴灌（N3D2）。利用田间观测数据对EU—Rotate_N模型进行了校验,并计算了各水肥管理下设施菜地的氮素淋失、气体损失和氮素利用效率。结果表明,各处理的土壤氮素淋失量占施肥总量的1％-9％,气体损失占施肥总量的5％-14％,各处理氮素淋失表现为N1FI〉N3F2=N2F2〉N1D1〉N2D2〉N3D2。滴灌处理的淋失量比对应畦灌处理减少了72％-87％,气体损失量比畦灌处理平均降低了40％,其氮素利用效率比对应畦灌处理提高32％。36％。在保证蔬菜产量影响不大的情况下,优化施肥和滴灌均能有效地降低氮素淋失和气体损失,提高氮素利用效率。     

黄淮海平原土壤盐分及其组成的空间变异特征研究

本文应用地统计学的方法,对黄淮海平原0～200cm各土层的含盐量及其盐分组成进行了半方差函数分析,结果表明:黄淮海平原土壤盐分具有明显的空间变异特征,该区盐分已集中分布在某些较大的区域.目前,盐渍土或盐渍化土壤比较分散的局面已经不再存在;根据土壤盐分的空间分布特征,可将影响盐分分布的因素划分为区域因素(稳定因素)和非区域因素(随机因素);同时,还可以判断这些因素的影响程度.对黄淮海平原土壤盐分组分的空间特征分析,可将盐分组成离子分为二大类,K+、Na+、Ca2+、Cl-和CO32-为非区域性盐分离子;SO42-、Mg2+和HCO3-为区域性盐分离子.     

填闲玉米对京郊设施菜地土壤氮素淋洗影响的模拟分析

在北京郊区开展了3 a(2008—2010年)的田间试验,在前茬蔬菜3种施肥处理(CK,不施肥;N1,施N380 kg/hm2;N2,施N 260 kg/hm2)的基础上,在夏季休闲期分别在N1和N2处理上增设了甜玉米种植处理,即N1C和N2C,以探讨填闲作物种植对京郊设施菜地夏季敞棚期氮素淋失的阻控作用。利用田间系统观测数据对土壤-作物系统水氮管理模型WHCNS进行了校验,并对设施菜地夏季休闲期土壤水氮平衡及氮素淋洗进行了模拟分析。结果表明,休闲处理的水分消耗项主要是蒸发和渗漏,而填闲处理的水分消耗项主要是蒸腾和渗漏,各处理水分渗漏量由大到小依次为:CK、N1、N2、N1C、N2C,甜玉米的种植提高了土壤水分的上行通量,减少了近42%的水分渗漏量。休闲处理的水分平衡均值为正,而填闲处理的水分平衡为负,说明甜玉米的种植消耗了土体储存的水分。硝态氮淋洗量由大到小依次为:N1、N2、CK、N1C、N2C,填闲处理的氮素淋洗量范围为1.3~50.9 kg/hm~2,远低于施肥处理的59.2~273.6 kg/hm2,甚至低于不施肥处理的38.6~151.6 kg/hm~2,N1C和N2C处理的氮素淋洗量分别比N1和N2处理降低80%和85%。因此,在夏季选择深根系的甜玉米作为填闲作物,对硝态氮的淋洗有明显的阻控作用,是降低土壤硝态氮淋失风险最直接有效的措施之一。     

不同降雨和灌溉模式对作物产量及农田氮素淋失的影响

【目的】定量化不同降雨和灌溉条件下农田氮素的淋失和作物产量,为不同降雨量年份的灌溉决策提供科学依据。【方法】在中国农业大学河北曲周实验站,依据该地40年（1966—2005）的气象资料,结合当地农民的习惯,设定了5种灌溉方式,即冬小麦季灌水3次,分别在越冬期、起身到拔节期和灌浆期,灌水量分别为：（A）无灌溉,（B）50 mm +50 mm +50 mm,（C）70 mm +70 mm +70 mm,（D）90 mm +90 mm +90 mm,（E）120 mm+ 120 mm +90 mm;夏玉米季灌水2次,分别在苗期和乳熟期,灌水量分别为：（A′）无灌溉,（B′）80 mm +0 mm,（C′）80 mm +70 mm,（D′）90 mm +80 mm,（E′）100 mm +100 mm。利用校验后的水氮管理模型,分析了不同降雨量和灌溉对氮素淋失和作物产量的影响。【结果】冬小麦产量随降雨和灌溉量的增加而增加。在综合考虑氮素淋失风险和作物产量的条件下,当降雨量＜200 mm（发生概率87.2%）时,可采用D灌溉方式,相应氮淋失量为0—30.9 kg N•hm-2;当降雨量＞200 mm（发生概率12.8%）,可采用C灌溉方式,相应氮素淋失量为0.06—41.2 kg N•hm-2。夏玉米产量也随灌水量的增加而增加,但降雨和灌溉总量超过600 mm时,产量下降;按降雨量可分为＜250 mm（发生概率17.9%）、250—450 mm（发生概率64.2%）、＞450 mm（发生概率17.9%）,分别采用D′、C′和B′的灌溉模式,相应的氮素淋失为0—7.3 kg N•hm-2,0—82.2 kg N•hm-2（其中84.2%的淋失水平为I级,淋失水平III级只有5.3%）和0—61.6 kg N•hm-2（其中I级概率为86.8%,III级只有2.6%）。【结论】不同降雨量采用不同的灌溉模式,既可以保证产量,又可以减少氮淋失。普通年份冬小麦季建议采用越冬期、起身到拔节期和灌浆期3次灌溉,每次灌水90 mm的模式。夏玉米季采用苗期和乳熟期灌溉,分别灌水80 mm和70 mm的模式。     

不同水肥管理对京郊设施菜地氮素损失及氮素利用效率的影响

定量分析不同水肥管理下设施菜地的氮素损失途径及氮素利用效率,可为合理制订菜地水肥管理措施提供科学依据。2009年在北京市顺义区设施番茄大棚设置了6种水肥管理模式：（1）传统施肥+传统畦灌（N1F1）;（2）优化施肥+优化畦灌（N2F2）;（3）减量施肥+优化畦灌（N3F2）;（4）传统施肥+传统滴灌（N1D1）;（5）优化施肥+优化滴灌（N2D2）;（6）减量施肥+优化滴灌（N3D2）。利用田间观测数据对EU-Rotate_N模型进行了校验,并计算了各水肥管理下设施菜地的氮素淋失、气体损失和氮素利用效率。结果表明,各处理的土壤氮素淋失量占施肥总量的1%~9%,气体损失占施肥总量的5%~14%,各处理氮素淋失表现为N1F1>N3F2≈N2F2>N1D1>N2D2>N3D2。滴灌处理的淋失量比对应畦灌处理减少了72%~87%,气体损失量比畦灌处理平均降低了40%,其氮素利用效率比对应畦灌处理提高32%~36%。在保证蔬菜产量影响不大的情况下,优化施肥和滴灌均能有效地降低氮素淋失和气体损失,提高氮素利用效率。     

鄂尔多斯夏初不同地形土壤水分的空间变异

为了研究鄂尔多斯夏初不同地形土壤水分的空间变异规律，本试验在鄂尔多斯高原几种地形的沙质荒漠化土壤上，用时域反射仪（TDR）测定表层土壤（0－30cm)含水量，对表层土壤水分分布特征进行分析；在不同地形部位选择典型土壤剖面，测定各层土壤含水量。结果表明：在2个地形断面上，随着地势降低，表层土壤水含量升高，具有明显的空间相关关系，其独立间距为16．38m和28.90m，固定沙丘和半固定沙丘上的表层土壤水含量的半方差函数均呈球状模型，且具有一定的空间异向性，独立间距分别为18．86m和22.50m。固定沙丘和半固定沙丘表层土壤水分的C0／C0＋C值分别0．33和0．16，表明随机因素引起的空间异质程度固定沙丘比半固定沙丘大；半固定沙丘迎风面水分变异比背风面大，而固定沙丘则相反；从土壤剖面上看，表层土壤的含水量最低，其次是底层，而剖面中间的层次土壤含水量较高。总之，鄂尔多斯高原不同地形下土壤水分具有不同的空间变异特征，这将影响草场植物的生长。     

中国农业大学上庄实验站土壤理化性质的空间分布特征

对中国农业大学上庄实验站面积约70 hm2的试验区布设了68个观测点,测定了其表层土壤基本理化性质(质地、容重、pH、电导率、速氮、速磷、速钾、有机质、微量元素等)。应用传统统计学和地统计学方法对数据进行分析,结果表明:除pH变异系数为0.02外,其余土壤理化性质的变异系数范围为0.12~0.77,均属中等变异强度。半方差函数分析结果表明:除微量元素Mn和Zn表现为纯块金效应外,其余土壤理化性质在一定范围内均存在空间相关关系,其中表层土壤颗粒组成和阳离子交换量的空间相关距离最大,表现在全区均有相关性;其次,CaCO3含量和速效Fe的空间相关距离较大,分别为603 m和541 m;其余土壤理化性质的相关距离范围为180~477 m。采用Kriging最优内插方法对未测点进行了估值,并绘制了土壤理化性质的空间分布等值线图,分析表明其含量产生差异的主要原因是土壤母质、土地利用方式、施肥、耕作等因素的影响。     

冲积平原区土壤碳密度估算及其空间分布

冲积平原区通常具有复杂的剖面质地层次排列,为了准确估算冲积平原区土壤碳密度的空间分布特征,该文在华北冲积平原区的河北曲周县选取了121个土壤剖面,测定了各土层有机碳含量,构建了基于负指数函数的土壤有机碳垂向分布模型,结合地统计学方法绘制了该县土壤碳密度的空间分布图。结果表明,土壤有机碳含量随深度增加呈逐渐递减的趋势,各土层有机碳含量均属于中等变异程度。0~20和20~40 cm土壤有机碳空间连续性较好,它们的空间相关距离分别为14和3 km,而下层(40 cm)土壤有机碳均表现为纯块金效应结构。土壤有机碳垂向分布模型可以很好地描述剖面土壤有机碳含量的变化特征,且预测与实测的土壤有机碳含量的均方根误差仅为0.70 kg/m3,决定系数达到了0.95。曲周县土壤有机碳密度的空间分布总体表现为西北高东南低的趋势。其空间分布主要受土壤类型和质地的影响,其中潮土和盐化潮土的碳密度明显高于褐土化潮土,质地较细的土壤(轻壤、中壤和粘土)碳密度明显高于质地较粗的土壤(砂土和砂壤)。该研究为冲积平原区土壤碳密度的估算提供了一种新的方法。     

河北曲周土壤氮素养分的时空变异特征

近 2 0年来随着区域人口的增加、盐渍地的改良与综合治理 ,黄淮海冲积平原区农业集约化程度不断提高 ,但农业灾害的类型却从过去的以旱涝为主转向以旱为主 ,地下水位明显降低。因此 ,研究农业集约化程度和气候环境条件的变化对土壤质量演变的影响是该区农业持续发展面临的重要课题。增加氮肥投入是该区近 2 0年来粮食持续增产的主要措施 ,并在盐渍地的综合治理过程中 ,长期推广秸秆还田、增施有机肥料和配施化肥技术[1 ,2 ] 。已有研究表明 ,自然环境条件、施肥和作物轮作方式都会影响土壤全氮和有效氮含量[3 ,4] ,从而影响土壤质量和肥力水…