悬帷段作用下暗管排水流量计算公式探讨

暗管排水在降低地下水位过程中普遍存在悬帷段,悬帷段的存在对于暗管排水理论计算提出了挑战。该研究考虑悬帷段对排水流量的影响,提出了悬帷段作用下的暗管排水流量计算公式,基于HYDRUS模型得到不同暗管间距、暗管埋深、不透水层深度以及土壤质地条件下的排水流量模拟值及理论计算公式中的作用水头参数,对比分析了不同土壤质地以及悬挂水头影响下排水流量理论公式的适用性。结果表明提出的考虑悬帷段的暗管排水流量公式计算值与模拟值具有很好的吻合性,提出的6种组合公式计算值与模拟值相关系数均大于0.99,平均绝对误差均小于11%,其中Hooghoudt-Ploeg-B.И.阿拉文公式以及Hooghoudt-Ploeg-Kirkham公式误差更小,此2个理论公式也通过了已有文献的验证,而不考虑悬帷段条件时采用Hooghoudt公式计算得到的理论值则普遍小于模拟值,误差可能超过50%;从不同土壤质地来看,提出的考虑悬帷段的暗管排水流量计算公式在粉土和壤土的适用性最高,其次是砂土;此外,该研究初步证实了悬挂水头和单长暗管排水流量与渗透系数比值之间成线性相关关系。该研究成果对丰富和发展农田排水理论及技术有重要意义。     

资源环境硬约束下中国耕地休耕优先区识别

为厘清全国耕地资源环境本底并识别中国休耕优先区,该研究从生态保护红线、土壤污染状况、地下水超采和耕地质量等级等4个维度,运用生态保护红线划定、内梅罗综合污染指数、地下水水位变幅等方法系统分析中国耕地资源环境胁迫因子空间格局及分异特征,并构建多准则休耕规则识别不同情景下中国休耕规模及优先区的空间分布。结果表明：1）中国北方划入生态保护红线范围内耕地面积远高于南方,划入一级生态保护红线范围内耕地占3.57%;2）中国耕地重、中度污染面积分别占1.23%和2.31%,南方整体污染高于北方且南方呈局部分散、北方呈点状集聚格局;3）地下水超采区集中于河北、河南、吉林和江苏,重度超采区仅占0.68%;4）耕地质量总体一般,劣等、低等耕地面积分别占3.69%和14.0%,北方明显高于南方且大范围分散分布。依据多准则休耕规则综合评判,划入休耕优先区占全部耕地的23.70%,比食品安全优先、产能损失最小和生态保护优先3种情景分别高8.40%、4.18%和3.12%,其中禁植必休区、限植休耕区和重点轮休区分别为1.95%、4.71%和6.18%。因此,必须从源头治理视角厘清耕地资源环境本底,权衡休耕的迫切性,为国家层面上休耕规划有效落地、污染休耕治理和耕地保护创新提供技术支撑。     

基于信息熵的耕地土壤养分与环境影响因子空间相关性研究

[目的] 探究耕地土壤养分含量空间格局及与环境因子的空间相关性,为区域耕地土壤施肥管控及农业生态环境保护等相关工作提供理论依据。[方法] 以湖北省枣阳市耕地为研究对象,选取土壤有机质、全氮、速效钾、缓效钾和有效磷5种土壤养分指标,并收集整理成土母质、土壤类型、土壤pH值、高程（DEM）、地表起伏度、坡度、植被覆盖度指数（NDVI）、平均气温、平均降水量和土地利用方式10种环境影响因子,利用普通克里金插值和信息熵原理,分析每种土壤养分的空间分布特征以及每种土壤养分空间分异特征与环境因子的相关性。[结果] 枣阳市土壤缓效钾空间异质性不明显,全域含量水平较高;其他4种养分均表现出不同程度的空间异质性。信息熵结果表明,5种土壤养分含量空间格局与成土母质、土壤类型和气候因子相关性均较强但相关程度存在差异;地形因子与全氮和有机质含量空间相关性较强,土壤pH值与土壤速效钾、缓效钾和有效磷相关性较强。[结论] 枣阳市土壤养分格局受自然因素影响较强,但相关性指数K值都较低,说明受到人为施肥与农作物消耗以及灌溉排水导致的土壤水化学反应及养分流失的影响。     

华北平原潮土区粮田氮淋失阻控措施及效果分析

华北平原潮土区是我国重要的粮食主产区,改革开放40多年来该区农业经历了以高水肥投入为主要特征的集约化进程,相应的氮淋失导致的面源污染自20世纪90年代以来不断加剧。本研究针对华北平原潮土为主要类型的粮田,对过去40多年间主要研究文献进行全面分析,梳理氮肥和水分投入与氮淋失之间的定量关系,比较主要农田管理措施对氮淋失的阻控效果及其机理,以期为我国农业面源污染提供决策支持。研究发现,氮肥和灌溉是影响华北平原潮土区粮田氮淋失的主要因素,其中氮淋失与氮盈余量之间呈指数关系,比与施氮量的指数关系更显著。基于机器学习的随机森林回归模型能够考虑包括施肥、灌溉、土壤条件和气象等多因素对氮淋失的影响,未来在定量预测中有较好前景。同等氮肥投入条件下,由于氮供应与作物吸收契合度高,有机无机配施能显著降低氮淋失。以缓控释肥、尿酶和硝化抑制剂为代表的肥料增效剂可以降低约1/3的氮淋失,值得重点推广应用。秸秆还田可以实现包括提高土壤有机物和微生物氮库、增加无机氮缓冲容量等综合效益,有利于降低氮淋失风险(降低比例达10%),但免耕的阻控效应较低且呈现较大不确定性。调整种植制度、休耕、间作套种和种植填闲作物等措施会影响粮食产量,推广过程中应慎重。氮淋失的阻控效果更多受到社会、经济和政策等因素的影响,今后应采取包括生态补偿等手段发挥农民主动性,从政策和法律法规层面创造实施氮淋失阻控措施的社会环境。     

褐土区氮磷在土壤发生层中淋溶的差异性

农业氮磷淋溶已经成为地下水污染最普遍和突出的问题。为揭示氮磷在包气带不同土层的淋溶特征,以典型褐土的5个土壤发生层（耕层、淋溶层、钙积层、黏化层和母质层）为研究对象,采用室内土柱模拟淋溶试验,在施肥量相同的条件下分析不同形态氮磷淋溶量,研究氮磷在不同土壤发生层中的迁移特征及其影响因素。结果表明：1）进行5次淋溶,耕层、淋溶层、钙积层、黏化层和母质层淋溶液中可溶性总氮总量分别为2412.63 mg·L^-1、3028.94 mg·L^-1、244.16 mg·L^-1、3648.99 mg·L^-1和3356.51 mg·L^-1,淋溶层、黏化层和母质层可溶性总氮淋溶量显著高于耕层,而钙积层可溶性总氮淋溶量较耕层显著减少;耕层淋溶液中可溶性总磷总量为0.52 mg·L^-1,且显著高于其他4层。2）在试验初期,耕层、淋溶层的硝态氮、可溶性总氮和正磷酸盐淋溶量显著高于黏化层和母质层,进行到第4、5次淋溶,黏化层、母质层的硝态氮和可溶性总氮淋溶量显著高于其他3层,而各发生层间正磷酸盐淋溶量无显著差异;单次淋溶黏化层和母质层铵态氮淋溶量均显著高于其他3层,而耕层可溶性总磷淋溶量始终显著高于其他各层。3）耕层和钙积层的淋溶液中硝态氮是氮素淋溶的主要形态,占可溶性总氮比例分别为69.0%和85.4%,而在淋溶层、黏化层和母质层中分别为41.3%、5.1%和4.6%;在可溶性磷中,以无机态正磷酸盐为主,最高占可溶性总磷的75.9%。4）土壤有机质含量、阳离子交换量、黏粒含量对土壤氮磷的迁移转化有明显主导作用。有机质与氮磷淋溶量呈显著正相关关系,有机质含量高,会增加淋溶初期氮磷的淋溶风险;而阳离子交换量和黏粒含量则与氮磷淋溶呈显著负相关关系,阳离子交换量大和黏粒多能减少氮磷素的淋溶风险。该试验结果说明,由于5种发生层土壤理化性质不同,各发生层氮磷淋溶特征及其淋溶形态也有差异,并且氮磷的淋溶受土壤本身阳离子交换量、黏粒和有机质含量的影响。     

滴灌条件下盐渍土盐分淡化区形成过程中离子运移特征

为了探究滴灌条件下盐渍土壤盐分淡化区形成过程中水盐及离子运动规律,通过土柱滴灌模拟试验分析了土壤水分、盐分及离子的分布特征及随时间的变化关系.结果表明:土壤总盐分及各个离子随着滴灌水的运移而运动,先进行横向运移,再进行纵向移动,当滴灌时间为15 h(滴水量16.2 L·桶-1)时,在0～30 cm区域内形成稳定的椭圆型...     

石羊河尾闾黏土质夹层结构土壤对降雨入渗的响应

为探明该种土壤结构如何影响降雨在土壤中再分配及其影响效果,采用自然降雨背景下的人工试验方法开展了黏土质夹层对降雨入渗影响效果的试验研究。结果表明:(1)降雨后经过相同时间水分再分布后的土壤末期含水率主要受控于降雨初期含水率、降雨入渗所能达到的最高含水率及其黏土夹层厚度;(2)黏土质夹层表层沙土土壤含水率在降雨条件下经过长期水分再分布后表现出黏土层厚度越小,表层含水率越低的特征;黏土层及黏土层下部的沙土层初始含水率越高,在降水初期水分增加量、增加速度以及水分流失量、流失速度与初始含水率具有一定的正相关关系。因此,黏土质夹层结构土壤阻滞水分入渗到植物难以利用到的深层,将水分固持于黏土层及黏土层上下部,在表层覆沙20 cm情景下,10,20,30 cm厚度的黏土质夹层以10 cm处理总体水分保持效果最好。     

倭肯河上游两种林型枯落物和土壤持水特性

为探讨不同树种组成的林分持水特性,采用实地调查与室内浸泡法,对倭肯河上游杂木林和阔叶红松林枯落物的蓄积量和持水特性进行测定,采用环刀法对土壤持水量进行测定。结果表明:两种林型枯落物厚度约7.5 cm,蓄积量为8.07~9.85 t/hm²,最大持水量相当于可吸收2.0~2.5 mm的降水,有效拦蓄量相当于可吸收1.0 mm的降水。枯落物持水量与浸水时间呈对数函数关系(R 2>0.9843),吸水速率与浸水时间呈幂函数关系(R 2>0.9999)。两种林型土壤总孔隙度范围为50.32%~51.41%,非毛管孔隙度范围为3.00%~4.44%,土壤最大持水量范围为1509.74~1542.17 t/hm²,土壤有效持水量范围为89.96~133.32 t/hm²。阔叶红松林密度低,生产力高,枯落物层最大持水量、有效拦蓄量,土壤层最大持水量、有效持水量均高于杂木林,但各评价指标差异不显著(p>0.05)。两林地持水能力中等偏低,以提高森林水源涵养为目标时,可维持现有结构,进一步开展密度调整研究。     

基于数值模拟的土壤水力参数对土壤水长程相关性的影响分析

为探究不同气候条件下土壤水力参数对土壤水长程相关性的影响,利用HYDRUS-1D模型,以湿润、半干旱和干旱气候区的气象数据为驱动,结合生成的砂土和黏壤土土壤水力参数集,模拟生成土壤水时间序列集;而后,利用去趋势波动分析法对生成的土壤水数据进行长程相关性分析.结果 表明:(1)土壤水标度指数(h)介于0.570～1.91...     

坡耕地等高反坡阶整地年限对土壤改良和玉米产量的影响

为探究等高反坡阶整地改良红壤坡耕地土壤质量的效果,利用田间定位试验,以滇中昆明松华坝迤者流域坡耕地试验区已实施等高反坡阶整地措施3(CRT 3),7(CRT 7),9(CRT 9)年的样地及原状坡耕地(CK)为研究对象,结合各样地玉米产量探明实施年限对土壤结构、肥力和酶活性特征的影响.结果 表明:等高反坡阶整地年限显著...