氮肥对水稻不同生长期土壤不同深度氮素渗漏的影响

为了探明太湖地区氮肥施用对水稻不同生长期稻田土壤氮素渗漏的影响,利用渗漏管进行了原位监测。结果表明：①土壤各层(20 ~ 40、40 ~ 60、60 ~ 80和80 ~ 120 cm)渗漏液中铵态氮(NH4+-N)的平均浓度在水稻分蘖期较高,而硝态氮(-N)和全氮(TN-N)的平均浓度则在苗期相对较高。渗漏液中NH4+-N和TN-N浓度随土壤深度增加基本呈降低趋势。②以土壤80 ~ 120 cm深处渗漏量为进入地下水的氮素渗漏量,发现TN-N渗漏量占施肥量的比例为1.69% ~ 2.04%。分蘖期的NH4+-N渗漏量相对较多,而苗期-N和TN-N相对较多,总TN-N渗漏量中NH4+-N和-N基本无差异。③氮肥用量增加降了氮肥利用效率,加剧了土壤各层氮素渗漏风险。当施氮量由N 200增至270 kg/hm2时,氮肥表观利用率下降7.14%,下渗至地下水中的TN-N增加12.3%。     

Denitrification potential of intermittently saturated floodplain soils from a subtropical perennial stream and an ephemeral tributary

Denitrification has the potential to remove excess nitrogen from groundwater passing through riparian buffers, thus improving water quality downstream. In regions with markedly seasonal precipitation, transient stream flow events may be important in saturating adjacent floodplain soils and intermittently providing the anaerobic conditions necessary for denitrification to occur. In two experiments we characterised the denitrification potential of soils from two contrasting floodplains that experience intermittent saturation. We quantified under controlled laboratory conditions: 1) potential rates of denitrification in these soils with depth and over time, for a typical period of saturation; and 2) the influences on rates of nitrate and organic carbon. Treatments differed between experiments, but in each case soil-water slurries were incubated anaerobically with differing amendments of organic carbon and nitrate; denitrification rates were measured at selected time intervals by the acetylene-block technique; and slurry filtrates were analysed for various chemical constituents. In the first experiment (ephemeral tributary), denitrification was evident in soils from both depths (0-0.3 m; 0.3-1.1 m) within hours of saturation. Before Day 2, mean denitrification rates at each depth were generally comparable, irrespective of added substrates; mean rates (Days 0 and 1) were 5.2 ± 0.3 mg N kg dry soil⁻¹ day⁻¹ (0-0.3 m) and 1.6 ± 0.2 mg N kg dry soil⁻¹ day⁻¹ (0.3-1.1 m). Rates generally peaked on Days 2 or 3. The availability of labile organic carbon was a major constraint on denitrification in these soils. Acetate addition greatly increased rates, reaching a maximum in ephemeral floodplain soils of 17.4 ± 1.8 mg N kg dry soil⁻¹ day⁻¹ on Day 2: in one deep-soil treatment (low nitrate) this overcame differences in rates observed with depth when acetate was not added, although the rate increase in the other deep-soil treatment (high nitrate) was significantly less (P ≤ 0.01). Without acetate, peak denitrification rates in this experiment were 6.9 ± 0.4 and 2.8 ± 0.2 mg N kg dry soil⁻¹ day⁻¹ in surface and deep soils, respectively. Differences in rates were observed with depth on all occasions, despite similar initial concentrations of dissolved organic carbon (DOC) at both depths. Levels of substrate addition in the second experiment (perennial stream) more closely reflected natural conditions at the site. Mean denitrification rates were consistently much higher in surface soil (P ≤ 0.001), while the source of water used in the slurries (surface water or groundwater from the site) had little effect on rates at any depth. Mean rates when all treatments retained nitrate were: 4.5 ± 0.3 mg N kg dry soil⁻¹ day⁻¹ (0-0.3 m depth); 0.8 ± 0.3 mg N kg dry soil⁻¹ day⁻¹ (0.3-1.0 m); and 0.6 ± 0.1 mg N kg dry soil⁻¹ day⁻¹ (1.8-3.5 m). For comparable treatments and soil depths, denitrification potentials at both sites were similar, apart from higher initial rates in the ephemeral floodplain soils, probably associated with their higher DOC content and possibly also their history of more frequent saturation. The rapid onset of denitrification and the rates measured in these soils suggest there may be considerable potential for nitrate removal from groundwater in these floodplain environments during relatively short periods of saturation.     

地中仪地膜棉灌溉试验特征分析

利用不同地下水埋深的地中仪进行地膜棉的灌溉试验,分析了地膜棉不同生育期时蒸发、入渗的变化特征：受地膜棉的蒸腾作用,灌溉入渗量随其日耗水量增加而显著减少;棉花根系吸水影响深度与其日耗水强度成指数关系,其根系吸水最大影响深度为2．76m;棉花根系利用地下水量随埋深增加而减小,棉田最佳的灌水湿润深度应小于1．0m,当灌水湿润深度超过1．5m时,其根系不能更多利用地下水,即可认为是深层入渗。     

地下水埋深对玉米生长发育及水分利用的影响

为研究地下水埋深对作物的生长发育及水分利用的影响,选择具有代表性的夏玉米为研究对象,借助地中渗透仪,通过人工控制设置不同地下水埋深（分别设置0.2,0.4,0.6,0.8,1.0和1.2 m）,探讨地下水埋深对不同生育期夏玉米的形态指标、产量、耗水量及地下水补给量的影响,分析不同地下水埋深条件下水分利用率差异.结果表明：地下水埋深对玉米株高的影响不具有统计学意义,而地下水埋深过浅或过深均会明显抑制植株叶面积指数和茎粗的增长（P〈0.05）,地下水埋深0.4 m时叶面积指数和茎粗最大.随作物生育进程,根系数量和根系干质量随地下水埋深增大,先减小后增大.玉米灌浆前,单株根系伤流量随地下水埋深增大而增大,而灌浆前后则无显著影响.地下水位埋深过深或过浅均影响穗长、秃尖长、穗粒数、百粒质量及经济产量.分析表明,0.53 m为当地玉米产量最优地下水位埋深.玉米生长期内0~80 cm土层土壤含水量随着地下水埋深增大而降低,同一地下水埋深处理玉米生育期内土壤含水量变化幅度较小.夏玉米全生育期耗水量、阶段耗水量及耗水强度随地下水位埋深增大而直线减少,回归方程在P〈0.01水平下具有统计学意义;同样夏玉米全生育期地下水补给量、阶段地下水补给量及地下水补给强度随地下水位埋深增大而直线减少,回归方程在P〈0.01水平下也具有统计学意义.玉米水分利用率随地下水埋深增大而增大,地下水埋深1.2 m处理水分利用率最高.研究成果对江淮丘陵区地下水资源利用及评价、玉米高产高效灌溉制度的制订具有实际意义.     

梯形明渠水力学特征水深的解析计算式研究

通过数学理论分析,推出了梯形明渠的临界水深和正常水深高精度解析计算式,并与现有文献相关计算式进行了对比分析。结果表明,新推出的临界水深计算式相对误差小于0.3%;当梯形明渠坡比0.1~7时,新推出的正常水深初值计解析算公式相对误差一般小于3%;另外,给出了收敛速度更快的正常水深迭计算公式,且在m1时正常水深计算公式在初值迭代一次后其误差均小于0.5%。新推出的梯形明渠临界水深和正常水深解析计算式方便简捷、精度可靠。     

排灌输水隧洞正常水深的简捷算法

为了使标准城门洞形断面正常水深的求解具有简单的显函数计算公式,对标准城门洞形断面正常水深的基本方程进行恒等变形,将水面位于底角圆弧段和顶弧段正常水深的超越方程以及水面位于侧边直线段正常水深的高次方程,变成无量纲化正常水深与已知量综合参数的单变量函数方程.引入准线性函数的概念并将准线性函数作为标准模板,再对正常水深的单变量函数方程应用准线性函数标准模板,在工程常用范围即无量纲化正常水深y∈[0.051,.80]范围内进行优化计算及准线性函数逼近,得到了超越方程和高次方程的替代函数方程,替代函数具有类似于线性函数形式,即正常水深的准线性显函数表达式,并进行误差分析.结果表明,在隧洞底部圆弧段正常水深的最大相对误差小于0.36%,侧边直线段正常水深的最大相对误差小于0.31%,顶弧段正常水深的最大相对误差小于0.39%,说明准线性公式在隧洞有效水深范围内计算的水深准确度较高,可为排灌输水隧洞的断面设计及实现渠道水位控制时确定均匀流水深提供参考.     

两种模型分析方法下冬小麦根系吸水深度的对比研究

为了研究冬小麦根系吸水深度,应用塑料管土柱法在田间进行冬小麦种植试验,测定了冬小麦越冬期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期不同土层深度土壤水稳定同位素值,并应用耦合模型和IsoSource多元线性模型对比分析了水源贡献率。结果表明,冬小麦在越冬期、返青期主要利用0~20 cm土层的土壤水,拔节期主要吸水深度为0~40 cm;抽穗期,基于耦合模型的主要吸水深度为0~40 cm,基于IsoSource多元线性模型的为0~40 cm和80~180 cm;灌浆期,基于耦合模型和IsoSource多元线性模型的主要不同吸水深度为180~200 cm,且基于耦合模型的该层贡献率明显高于IsoSource多元线性模型;成熟期主要利用0~40 cm和80~100 cm土层的土壤水,基于2种模型的分析结果相同。应用耦合模型求解贡献率,当分组较多且组间水稳定同位素差异较小时,应结合其他方法来保证其准确性。     

地埋滴灌点源入渗土壤水分运动规律实验研究

通过室内砂土中进行地埋滴灌的实验,对地埋滴灌在砂土中的适应性进行初步研究,为田间试验布置提供依据。通过分析湿润锋的推移速率、特征点的土壤含水率变化规律,发现湿润锋推移速率先是径向大于垂向,随着灌水时间和灌水量增加,水平方向和垂向的湿润锋和含水率趋于平衡。根据对比滴灌带埋深15和20 cm特征点的含水率变化情况,得出埋深15 cm节水效果更好,更利于作物生长。实验还得出湿润比能作为滴灌灌水参数的指标,由于作物种植的间距和作物根系深度之比基本小于1.0,因此在田间实际灌溉中湿润比应控制在1.0左右。     

基于IL-HMMs预测模型的地下水埋深预测研究

以西北干旱典型县域磴口县为研究区,基于增量学习的改进隐马尔可夫预测模型(IL-HMMs),对区域地下水埋深进行了预测研究。为检验IL-HMMs模型预测效果,将模型预测结果与2013年长观井的实测数据进行了比较;同时为检验模型的优劣性,与未经增量学习的隐马尔可夫模型(HMMs)、加权马尔可夫链(WMCP)和BP神经网络(BP neural network,BPNN)预测模型的预测结果进行了比较。结果表明:与其他几种预测模型相比,IL-HMMs模型预测精度显著提高,误差更小,有较好的鲁棒性。并使用IL-HMMs模型对2018年地下水埋深进行了预测,预测结果表明,2018年地下水年平均埋深略有增加、局部区域地下水埋深增量加剧。基于IL-HMMs模型的地下水埋深预测具有很好稳定性的同时对新数据加入又有很好的鲁棒性,可为地下水埋深动态预测提供思路与方法补充,为区域地下水资源开发利用和保护提供重要依据。     

基于自记忆方程的干旱区地下水水位动态模拟

地下水水位预测对于合理开发利用地下水与保护生态环境具有重要意义。以新疆希尼尔水库周边区域为例,根据研究区多年地下水埋深观测数据,建立了基于自记忆方程的地下水埋深预测模型。结果表明:该模型模拟与预测精度较高,为研究区的地下水合理开发利用提供了重要参考;研究结果可用于其他类似时间序列变量的模拟预测。