Rice yield and water use as affected by soil management practices

A field experiment was conducted at the Shenyang Experimental Station of Ecology, Chinese Academy of Sciences,to study the effects of soil management practices on water use and rice (Oryza sativa L.) yield in an axtuic brown soil during 2001 and 2002. A completely random experimental design with three replications was employed, having four soil management practices as treatments, namely: an undisturbed plow layer (CK), a thin plastic film (TN), a thick plastic film (TI) and subsoil compacting (CP). Results indicated no significant differences among all treatments for rice biomass and grain yields. Also, water consumption was about the same for treatments TN and CK, however the treatments TI and CP were much lower with more than 45% and 40% of the irrigation water in the treatments TI and CP, respectively,saved each year compared to CK. Therefore, water use efficiency was higher in the treatments TI and CP. These results will provide a scientific basis for the water-saving rice cultivation.     

A hierarchical neutral model for landscape analysis

Empirical studies have revealed scaled structure on a variety of landscapes. Understanding processes that produce these structures requires neutral models with hierarchical structure. The present study presents a method for generating random maps possessing a variety of hierarchical structures. The properties of these scaled landscapes are analyzed and compared to patterns on totally random, unstructured landscapes. Hierar-chical structure permits percolation (i.e., continous habitat spanning the landscape) under a greater variety of conditions than found on totally random landscapes. Habitat clusters on structured maps tend to have smaller perimeters. The clusters tend to be less clumped on sparsely occupied landscapes and more clumped in densely occupied conditions. Hierarchical structure changes the expected spatial properties of the landscape, indicating a strong need for this new generation of neutral models. Research supported by the Ecological Research Division, Office to Health and Environmental Research, U.S. Department of Energy under contract No. DE-AC05-840R21400 with Martin Marietta, Energy Systems, Inc. Environmental Sciences Publication No. 3813, ORNL.     

非充分灌溉条件下农田水分转化SWAP模拟

非充分灌溉改变了农田水分转化过程,以往的研究较少讨论作物根系层以下的土壤水分转化动态及其对作物耗水的影响。该文在北京市典型农田开展了冬小麦-夏玉米非充分灌溉试验,在对SWAP模型率定与验证基础上,模拟分析了非充分灌溉农田耗水规律与水分转化过程,并应用模型得到了研究区不同降水年型的最优非充分灌溉模式。结果表明:非充分灌溉的实施促使作物消耗大量土壤贮水,当降雨或灌溉量较小时,土壤水可占作物耗水量的46.1%;根区和储水区之间土壤水分交换明显,转化通量变化范围为-2.67～0.45mm/d,而储水区底部水分通量较小且无明显变化,根区土壤水分渗漏出现在灌溉或较大的降雨之后,储水区水分向上补给主要发生在作物需水关键期;与常规灌溉相比,最优非充分灌溉模式在丰水年、平水年和枯水年分别节水375、225和225mm,储水区底部深层水分渗漏量分别减少了89%、17%和2%。     

灌溉模式与施氮水平对土壤渗滤液氮浓度动态变化的影响

以Ⅱ优838为水稻供试品种,湖北潮土为供试土壤,通过2年稻麦轮作柱栽试验研究2种灌溉模式(FW:土表淹水3cm;CW:保持土壤湿润但土表不积水)和4个施氮水平(N0:0kg·hm-2,N1:126.0kg·hm-2,N2:157.5kg·hm-2,N3:210.0kg·hm-2)对水稻土渗滤液不同形态氮浓度变化动态的影响。结果表明:土壤渗滤液的总氮浓度随水稻生育期推移呈由高到低的变化趋势,氮素淋失风险主要存在于水稻移栽后的前40d左右;在稻麦轮作制中,前作小麦明显提高后作水稻土壤渗滤液氮浓度;硝态氮(NO3--N)和可溶性有机氮(SON)是土壤渗滤液氮素的主要形态,铵态氮(NH4+-N)所占比例较低;水稻移栽后20～30d左右出现土壤渗滤液NO3--N高峰,在高峰期土壤渗滤液的NO3--N浓度随施氮量增加而提高;减氮25%处理(N2)相对于常规施氮量处理(N3)显著提高氮肥利用率,并降低氮素淋失风险。     

黄土高原粗质地土壤剖面水分运动与浅层地下水补给可能性模拟

黄土高原水土流失严重,生态环境脆弱,水资源短缺,地下水对保障区域社会经济发展和维持生态系统平衡具有重要意义,而该区的地下水转化和补给机制尚不明确。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区土壤剖面深层水分运动及降水对浅层地下水补给的可能性,利用六道沟小流域分布的粗质地风沙土样地2013—2016年土壤剖面0~600 cm含水量数据,运用HYDRUS-1D模型对各土层水力参数进行反演和验证,并用于模拟样地土壤深剖面0~1 500 cm水分运移过程。结果显示,在平水年2014年(439 mm)和干旱年2015年(371 mm),0~600 cm土壤含水量生长季末与生长季初持平或略有亏缺;降水充沛年2013年(669 mm)和2016年(704 mm)土壤含水量生长季末远高于生长季初,降水入渗深度超过观测深度(600 cm)。深剖面水分运动模拟显示,2014年和2015年剖面含水量变化不明显,水分向深层运移微弱缓慢;但是,2013年和2016年降水可分别入渗运移至1 100 cm和1 200 cm深度,远超过样地上生长的旱柳根系区域,可能补给浅层地下水。在4年模拟期间,平均土壤蒸发为14.87 cm·a-1,平均植物蒸腾为33.70 cm·a-1,土壤水分主要以植物蒸腾形式损耗。在2个丰水年,得益于较充足的降水和粗质地风沙土壤的高入渗率,降水大量转化为土壤水快速向下入渗运移,模拟显示当年生长季末降水最深运移至1 200 cm,至年末已超过模拟深度(1 500 cm),水分继续运移可能补给浅层地下水。相关研究结果为黄土高原水蚀风蚀交错区地下水来源和补给机制提供理论依据。     

农村生活排水多介质生态处理技术模式研究——关键装置开发篇

已有污水处理技术应用于农村生活排水处理时,存在终年运行不稳定、易堵塞和除磷脱氮效率低等技术方面的制约瓶颈。为此,从设施的基本组成和设施的技术特点2方面,重点介绍了农村生活排水多介质生态处理装置多功能折流反应器(HBR)、多介质生态滤池(MEF)、多介质毛管渗滤(MCP)、多介质人工湿地(MCW)的开发过程,以期为我国的农村生活排水治理提供技术支撑。     

基于根系层水分状态的旱区净灌溉需水量模型构建和应用

为更准确计算灌区净灌溉需水量,促进灌区水资源高效利用,针对降水过剩可能产生深层渗漏和地表径流,以及采用经验公式计算不同作物有效降水量可能错误估算净灌溉需水量的问题,该研究建立了基于根系层水分状态的净灌溉需水量模型。以景电灌区为例,计算了2000－2020年平均净灌溉需水量和有效降水量,并分析了各驱动因子对净灌溉需水量的影响,结果表明：不同作物年净灌溉需水量在319.4～732.3 mm之间,降水利用效率在39.2%～56.1%之间,夏秋作物的降水利用效率高于春夏作物。夏秋作物的年净灌溉需水量与年降水量相关性更强,春夏作物的年净灌溉需水量与作物需水量的相关性更强,所有作物的月净灌溉需水量仅与月作物需水量呈显著正相关。敏感性分析表明,净灌溉需水量与作物需水量呈正相关关系,与降水量和根系深度呈负相关关系。夏秋作物比春夏作物对降水量和作物需水量的敏感性更强。对净灌溉需水量贡献程度由大到小分别为作物需水量、降水量和根系深度,其中作物需水量贡献率占86.0%发挥主导作用,特定年份根系深度贡献率为12.0%,根系深度对净灌溉需水量的影响不容忽视。与传统净灌溉需水量模型相比,该研究所计算的净灌溉需水量充分考虑了不同作物降水利用效率的差异,计算结果可为灌区水资源管理提供参考。     

干旱-半干旱地区深层渗漏研究方法综述

深层渗漏(DP)是水文循环的重要环节,准确评价DP对于分析水文循环规律,合理制定水资源规划和地下水可持续利用具有重大意义,尤其是在水资源短缺的干旱-半干早地区,开展该项研究更具价值.目前,干旱-半干旱地区DP的评价方法主要有经验方法、物理方法、示踪方法和数值模拟方法.由于经验系数需要校正,因而经验方法应用到其他区域受到限制;物理方法又可分为蒸渗仪法、土壤水分通量法、水量平衡法、达西方法以及地下水位动态监测法;示踪方法主要从示踪剂的峰值、剖面形状和总含量来计算DP,此方法不是对DP的直接测定,且没有考虑示踪剂的空间变异;数值模拟理论上可对各种条件下的DP进行模拟和预测,但获取参数的难度较大.针对各方法存在的优缺点,将现有评价方法相结合,相互验证,可提高模拟精度;鉴于DP的时空变异性,将现有方法与GIS等新技术集成,可评价大尺度DP的空间异质性;同时,进行长时间序列的野外观测,既可直接获取DP的动态信息,也可为各方法参数的获取提供数据支持.     

渗透理论在森林火灾模拟系统中的仿真研究

为了研究林火行为对林火决策的重要性和林火的时空特性,主要利用渗透理论建立森林火灾的蔓延模型,通过该模型来模拟森林火灾的动向,仿真森林树木的分布情况和林火蔓延情况。仿真实验结果表明,提出的模型初步反映了森林火灾随林木分布密度不同而呈现不同蔓延情况的规律。同时,对风速、风向、地形等其他因素对火灾蔓延的影响进行了分析,并简单介绍了森林火灾蔓延的改进模型。图6表1参10     

Resistivity Method for Monitoring the Early Age Pore Structure Evolution of Cement Paste

The changes of electrical resistivity with time of cement pastes with water to cement ratio of 0.23, 0.35 and 0.53 were in situ continuously monitored by using electrodeless resistivity apparatus. Isothermal conduction calorimeter was also used to measure the hydration degree. The quantitative relationship between electrical resistivity evolution of paste and development of pore structure was proposed during hydration process. The results show that four stages (dissolution, induction, acceleration and deceleration) are identified according to the characteristics of electrical resistivity and its differential resistivity curves. In addition, a lower water to cement ratio shows a smaller capillary porosity and constriction factor as well as a higher tortuosity factor, resulting in a higher electrical resistivity of bulk paste, and the reverse phenomenon is observed with the electrical resistivity of pore solution.