建立四川盆地水土保持监测“零”基准面(点)的探讨

从认知水土流失“零”基准面的理论出发,在大范围的地理尺度及大的时间跨度层面上,根据岩层及土壤在外力（水力、重力、风力等）作用下的自然规律,即高势能向低势能的迁移表现,提出建立最低的水土保持监测基准面（点）,扩大水保法调整的范围,从而减少近期和长期的水土流失趋势。     

黑土区范围界定及水土保持防治策略

采用"3S"技术与野外踏勘、抽样调查与定位研究、科学试验、生态理论与经济理论相结合的集成研究和现有科研成果整合的技术路线,以GIS平台叠置分析技术为支撑,开展了典型黑土区、东北黑土区(广义黑土区)的范围界定和水土保持区划,东北黑土区面积为103.02万km2,其中水蚀面积17.95万km2、风蚀面积3.40万km2、冻融侵蚀面积6.24万km2,针对各分区的特征提出了基本的防治策略。     

一套GPS两种功能的结合在水土保持监测中的应用研究

通过试验与分析,利用一套双频GPS进行单点定位与快速RTK技术的结合来快速测量水土流失面积,即:先用GPS单点适时定位完成控制测量,再利用RTK技术测量水土流失的边界,当超出RTK测量的有效范围时,再采用单点定位法进行控制点的加密,以便于继续RTK测量工作,直至测区边界的测量工作全部完成为止。这种方法简单、准确、经济,解决了水土保持监测中的面积度量问题,克服了由于国家三角点被破坏而受数量与分布的限制的缺点。     

长期施肥对黑土磷素积累、形态转化及其有效性影响的研究

1980年开始,在小麦大豆玉米轮作制中,研究长期定位施用常量的氮、磷、钾(小麦、玉米施肥量为N150、P2O575、K2O75kg/hm2;大豆为N75、P2O5150、K2O75kg/hm2)和有机肥(马粪,折N75kg/hm2,只在玉米后茬上施用),以及二倍和四倍量对土壤磷素积累、形态变化及磷肥后效的影响。23年研究结果表明,长期不施肥,黑土土壤全磷下降37.4%、速效磷下降了60%;施用磷肥土壤全磷增加53.9%～65.7%、速效磷增加6～15倍。积累的磷素大部分以有效性较高的Ca2-P、Ca8-P、Al-P形态积累在土壤中,施用磷肥可使Ca2-P增加4～15倍,Ca8-P增加4～16倍,Al-P增加1.6～11.8倍,Fe-P增加1.4～4.4倍,O-P增加0.6～1.7倍,Ca10-P增加0.3～0.7倍。所积累在土壤中的磷素具有生物有效性。     

水氮耦合对黑土稻作产量与氮素吸收利用的影响

为探明不同水氮耦合模式下黑土区水稻产量形成和氮素吸收利用的规律,设置常规淹灌（F）、浅湿灌溉（W）和控制灌溉（C）3种灌溉模式,0、85、110、135kg/hm2（N0、N1、N2、N3）4个施氮量水平,共12个处理,研究不同水氮耦合模式对水稻干物质、产量、氮素吸收转运、水氮利用效率的影响。结果表明：常规淹灌和浅湿灌溉模式下,水稻地上部各器官干物质累积量随施氮量的增加而增大,而控制灌溉模式随施氮量的增加先增大后减小;水稻地上部不同器官氮素累积量随施氮量的增加而增大,相同施氮水平,控制灌溉模式的叶、茎鞘和穗氮素累积量较常规淹灌提高了27.80%~43.42%、18.32%~24.97%、13.85%~24.25%,较浅湿灌溉提高了0.96%~13.18%、10.73%~12.86%、10.53%~12.61%;3种灌溉模式下,水稻地上部干物质、氮素累积速率均随施氮量的增加而增大,且控制灌溉模式高于浅湿灌溉和常规淹灌模式,干物质、氮素累积始盛期随施氮量增加而提前;水稻植株平均氮素累积速率达到峰值时间比平均干物质累积速率达到峰值时间提前11.39d;相较于常规淹灌和浅湿灌溉模式,控制灌溉模式更有利于提高水稻产量,其中CN2处理产量最大,为10272.57kg/hm2;控制灌溉模式显著提升氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力;相同灌溉模式下,叶、茎鞘氮素转运率以及穗部氮素转运贡献率随施氮量增加而减小。水稻产量与灌溉水分利用效率、水分生产效率、氮肥农学利用效率、百千克籽粒吸氮量之间呈极显著正相关（P<0.01）,与氮素籽粒生产效率之间呈极显著负相关（P<0.01）。适宜水氮耦合模式可提高水稻产量和氮素吸收利用,综合考虑CN2处理为最佳水氮耦合模式。     

黑土区坡耕地生物炭应用模式综合效益研究

为探究黑土区坡耕地不同生物炭应用模式（不同生物炭施用量和施用年限）的综合效益,以东北黑土区坡度为3°耕地径流小区为研究对象,于2015—2018年,设置不加生物炭的常规处理（C0）和生物炭施加量分别为25 t/hm²（C25）、50 t/hm²（C50）、75 t/hm²（C75）、100 t/hm²（C100）共5个处理,分析不同施炭量以及施炭年限的综合效益,结果表明：在生态效益方面,生物炭能够有效改善土壤结构、增强土壤肥力、提高土壤蓄水保土能力,在施炭量为50 t/hm²时,连续施用2年,土壤蓄水保土效果最佳;连续施用3年,土壤结构最为理想;施炭量为100 t/hm²时,连续施用4年,土壤肥力最佳。在经济效益方面,生物炭能够有效提高作物节水增产性能及其经济产值,施用1年、施炭量为75 t/hm²时,水分利用效率最大;连续施用2年、施炭量为25 t/hm²时,生物炭边际生产力最大,施炭量每增加1 t,产量增加1...     

基于PhotoScan的径流小区三维重建参数优化

提高径流小区数字地面模型精度是应用三维重建技术研究面蚀细沟间与细沟侵蚀过程的关键。以位于黑龙江省海伦市的中国科学院海伦水土保持监测研究站的裸地小区为研究对象,以验证点与控制点误差比和数字高程模型（Digital elevation model,DEM）误差为指标,优化Agisoft PhotoScan三维重建径流小区的处理参数,降低DEM误差。PhotoScan的精度参数和相机模型设置对DEM误差有较大影响。优化后的验证点与控制点误差比降低35%,改善了径流小区DEM对地面控制点的过度拟合。优化后的相机模型包含焦距、像主点、径向畸变、切向畸变等。基于单点和点云的验证结果表明,优化过程误差降低约40%。相对于默认参数设置下的验证点误差（20.0mm）,优化后的验证点误差为11.0mm,与细沟侵蚀深度标准相当（沟深大于等于10mm）,因此优化后的径流小区三维重建过程更适宜于细沟侵蚀过程的三维表达。     

生物炭对黑土区土壤水分扩散与溶质弥散持续效应研究

为探究施用生物炭对黑土区坡耕地土壤水分扩散和溶质弥散的持续效应,于2016—2019年在1.5°、3°、5°的径流小区开展了生物炭持续效应试验,分析了单次施加生物炭对土壤容重、孔隙度、有机质含量、Boltzmann变换参数ξ、非饱和土壤水分扩散率D(θ)、非饱和土壤水动力弥散系数Dsh(θ)的持续作用。结果表明：土壤中单次添加生物炭后的4年内均可显著降低土壤容重、提高土壤孔隙度、增加土壤中有机质含量,且各指标变化率均随坡度增大、施炭年限延长而减小;坡度、年份、是否施用生物炭3个因素中,对土壤容重、孔隙度、有机质含量影响程度最大的均为是否施用生物炭;施用生物炭增大了ξ,且ξ随坡度增加、施炭后年限延长逐年减小。2016—2019年D(θ)与Dsh(θ)均随土壤含水率的增加而迅速增加。当土壤含水率小于等于042cm3/cm3时,生物炭抑制土壤水分扩散;当土壤含水率大于0.42cm3/cm3时,生物炭促进土壤水分扩散。当土壤含水率小于等于0.36cm3/cm3时,生物炭抑制土壤中NaCl溶液的弥散;当土壤含水率大于0.36cm3/cm3时,生物炭可以促进土壤中NaCl溶液的弥散。试验区θ处于0.20~0.35cm3/cm3,故施用生物炭对水分扩散、NaCl溶液弥散均具有抑制效果,且生物炭对水分扩散和溶液弥散抑制效果均随坡度增加、施炭后年限延长而减弱。     

生物炭对东北草甸黑土水分运动参数的影响

为探明添加生物炭对东北草甸黑土水力学特性的影响,研究了以5种生物炭体积比(0、2%、4%、6%、8%)施入土壤后的土壤水分运动参数。采用土壤的VAN GENUCHTEN模型和MUALEM理论,推导出添加生物炭土壤的水分特征曲线、相对导水率和水分扩散率方程,并用试验校验理论推导结果。理论和试验结果表明,添加生物炭土壤的饱和度随基质吸力的变化接近无添加的土壤;当基质吸力低于2 000 cm时,添加生物炭能够大大提高土壤的含水率,当基质吸力高于8 000 cm时,土壤的含水率不一定增加;水平土柱吸渗试验表明,生物炭能够抑制土壤水分的水平扩散;数值模拟降雨后的土壤含水率与田间实测数值相比误差小于13.3%。研究可为东北黑土区农业水土保护和利用提供理论依据。