Analysis Of Status On Flow Movement Of Surface Irrigation

地面灌溉作为目前最主要的灌溉方式,主要包括畦灌、沟灌、淹灌、漫灌等,其优点是操作简便,管理成本低；缺点是灌溉效率低,灌水过程中水量损失大.目前,用于对地面灌溉水流进行模拟的模型有水量平衡模型、完整水动力学模型、零惯量模型和运动波模型.     

区域目标ET的理论与计算方法

目标ET(evapotranspiration)是当今水资源研究的前沿, 基于目标ET的区域水资源管理是针对一定范围(区域)内的综合ET值与当地的可利用水资源量的对比关系, 进行水资源的分配或对ET进行控制的管理办法. 通过提高水资源的利用效率, 减少社会水分循环系统中不可回收水量, 使同等水分消耗条件下生产效率得以大幅提高, 从而达到资源节水的目的; 在满足地下水不超采、农民不减收、环境不破坏的条件下进一步合理分配各部门和各行业可用水量, 通过调整产业结构和应用各种节水新技术新方法, 解决各部门和各行业(包括环境和生态用水)之间的竞争用水问题, 达到整个区域的水量平衡. 根据资源节水的理念, 提出区域目标ET的定义、分项指标体系和制定原则, 并结合分布式水文模型和土壤墒情提出一套计算区域目标ET的方法体系.     

亚热带樟树和枫香林土壤呼吸动态特征

土壤呼吸是构成森林生态系统碳平衡的重要组成部分, 在全球碳平衡中扮演着十分重要的角色. 樟树(Cinnamo- mum camphora)是中国亚热带地区地带性植被常绿阔叶林的优势树种, 枫香(Liquidambar formosana)是次生演替早期的优势树种, 研究以这两种树种为主要组成的森林土壤呼吸有助于了解亚热带地区森林碳源汇时空分布格局及碳循环过程驱动因子. 本研究的目的是: (1) 比较樟树林和枫香林日、季动态特征; (2) 确定土壤温度和含水量对土壤呼吸日、季动态影响, 验证土壤呼吸与土壤温度和含水量之间的关系模型, 为模拟樟树和枫香林的土壤呼吸速率变化格局提供科学依据.     

宝天曼自然保护区不同生活型物种与土壤相关性分析

植物群落更新过程受森林垂直结构的影响,而土壤是群落更新演替过程中的重要影响因素.本研究以宝天曼自然保护区1 hm2固定监测样地调查数据为依托,采用方差分解(RDA)分析了表层土、深层土与不同生活型物种分布的关系,并对两层土壤理化性质进行主成分分析(PCA),通过广义可加模型(GAM)拟合了乔木、小乔木、灌木中主要物种分布与主成分分析中各主分量的关系.结果表明:(ⅰ)表层土、深层土共同解释了全部物种、乔木、小乔木、灌木分布的40.52%,40.46%,37.17%,42.14%,其中表层土壤独立解释了14.68%,17.32%,10.61%,14.34%,深层土壤独立解释了18.24%,17.22%,18.8%,18.84%;(ⅱ)15个土壤理化性质主成分分析表明,前4个主分量分别代表了38.02%,14.41%,9.06%,5.79%,累计贡献率达67.28%;(ⅲ)GAM拟合结果显示,不同生活型物种与4个主分量相关程度不同,乔木层D2介于0.63%~9.07%,小乔木层D2介于1.41%~29.93%,灌木层D2介于1.91%~15.53%.本研究结果支持物种共存机制中的生态位理论,土壤理化性质对宝天曼物种分布具有重要影响;表层土养分含量大于深层土,但并不意味着对物种的作用也大于深层土,在今后研究中要结合物种自身特性,重视深层土壤理化性质对物种分布的作用;不同物种以及不同生活型物种对土壤等资源的利用存在差异,这种差异促进了物种的共存.     

温带荒漠区不同灌溉条件下的胡杨、俄罗斯杨水势变化分析

测定植物水势被认为是现代灌水制度中确定何时灌水的直接途径. 以中亚准噶尔盆地两种防护林物种——胡杨和俄罗斯杨为研究对象, 探讨不同灌溉条件下胡杨和俄罗斯杨的叶、茎水势(ψ_?和ψ_s)变化以及土壤水势(ψ_soil)变化对胡杨和俄罗斯杨水势(ψ)的影响. 研究结果表明: (1) 随着灌溉量的增加, 胡杨和俄罗斯杨受旱胁迫的强度逐渐减弱, 相同灌溉量下俄罗斯杨受旱胁迫的强度比胡杨弱. (2) 环境越干旱, 俄罗斯杨对干旱反映的敏感程度越弱, 胡杨则越强, 反之亦然. (3) 胡杨群落地下60 cm处土壤水势比地下30和90 cm处土壤水势对灌溉量的变化响应强烈, 俄罗斯杨群落较浅层土壤水势比较深层土壤水势对灌溉量的变化响应强烈. (4) 在土壤水分较充足的情况下, 植物黎明前茎水势可作为反映土壤水势的合理指标. (5) 对胡杨和俄罗斯杨防护林分别实施多量少灌和少灌多次的策略, 能满足胡杨和俄罗斯杨对水分的需求.     

塔克拉玛干沙漠风沙土潜水极限蒸发强度的理论分析

潜水蒸发是塔克拉玛干沙漠地区浅层地下水的主要消耗项.潜水极限蒸发强度是在给定的土壤和潜水埋深条件下单位时间内土壤最大可能输送到地表的水量,是建立潜水蒸发计算模型的重要参数和控制条件.利用实测的土壤含水率和土壤水吸力数据,根据Van Genuchten提出的水分特征曲线公式,采用最小二乘法拟合了塔克拉玛干沙漠地区土壤的水分特征曲线方程.采用瞬时剖面法现场测定了非饱和土壤导水率,建立了该区非饱和土壤导水率的计算公式.在对非饱和土壤导水率的计算公式进行概化的基础上,根据非饱和土壤水稳定流理论,推导出计算潜水极限蒸发强度的准解析解.研究结果表明:采用Van Genuchten提出的水分特征曲线公式描述塔克拉玛干沙漠地区土壤水分特性,效果较好;潜水极限蒸发强度随潜水埋深的增大而呈幂函数关系递减.     

塔里木沙漠公路防护林带土壤水分动态研究

通过采用野外定位观测法,对塔里木沙漠公路防护林带灌溉周期内与不同种植年限、不同立地类型土壤水分动态变化进行了监测分析,探讨了塔里木沙漠公路防护林带土壤水分动态变化规律.结果表明,塔里木沙漠公路防护林带土壤水分在时间动态上属于灌溉周期型,且土壤贮水量与灌后干旱天数呈线性关系.在垂直变化上,可以将其分为水分速变层、中变层、弱变层以及土壤水分稳定层等4个土壤层次.不同种植年限防护林带土壤水分年动态监测表明,随种植年限的增加,防护林带土壤水分含水率与土壤贮水量逐渐下降,相应土壤亏缺量成增加趋势.反映了在现有的灌溉制度下,防护林带越来越依赖于防护林带土壤累积的贮水量.同时还发现,同年种植的防护林带不同立地类型区,板结沙地的土壤平均贮水量最高,分别为沙垄、黏土地以及平沙地平均土壤贮水量的1.58,1.15和1.43倍,而土壤水分亏缺量都达到了900mm以上.     

植物叶片最大羧化速率对多因子响应的模拟

植物叶片最大羧化速率是表征植物光合能力的重要参数,建立植物叶片最大羧化速率的模拟模型将有助于准确预测植物的光合作用和陆地生态系统生产力.植物叶片最大羧化速率与环境因子之间存在诸多相关性,分析植物叶片最大羧化速率与环境因子的相关关系是建立植物叶片最大羧化速率模拟模型的有效途径.对来自104篇文献的植物叶片最大羧化速率数据及其对应的环境因子进行整理和分析发现,植物叶片最大羧化速率受温度、土壤含水量、CO2浓度以及土壤含氮量的显著影响.其中,温度、土壤含水量和CO2浓度均与植物叶片最大羧化速率呈单峰型曲线关系,土壤含氮量与植物叶片最大羧化速率呈显著的线性关系.据此,建立了温度、土壤含水量、CO2浓度以及土壤含氮量综合影响的植物叶片最大羧化速率模型.验证表明,该模型能较好地模拟不同环境条件下植物叶片的最大羧化速率,为陆地生态系统模型准确模拟植物光合作用提供了参数依据.     

洪水灌溉对策勒绿洲优势植物及生境的影响?

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲前沿的优势植物疏叶骆驼刺(Alhagi.sparsifolia SHAP.)-里海旋覆花(Karelinia caspica Less)群落为研究对象,利用人工模拟洪水的方法在生长季内对群落进行了3次灌溉.通过灌溉与非灌溉对照实验,研究灌溉对策勒绿洲前沿多年生植被的更新、生长、群落物种组成以及土壤水分和养分的影响.结果表明:(1)多次灌溉对多年生植物疏叶骆驼刺和里海旋覆花的更新和生长具有明显的促进作用,其中更新方式以根蘖苗更新为主,种子实生苗更新较少;(2)灌溉使得群落中的一年生杂草大量出现,群落物种多样性增加,群落盖度也相应的增加;(3)灌溉有效地增加了群落生境中土壤上层的水分和养分,同时改变了土壤养分在垂直剖面上的再分布,地表以下3m范围内土壤速效N,P,K和全量P,K含量显著地增加.从长远来看,这种模拟洪水灌溉的生态学意义在于说明洪水作为一种生态脉冲对干旱区生态系统中植物的更新、地下水位的补充以及土壤养分的增加有重要的促进作用.     

黄土高原现代植物-土壤氮同位素组成及对环境变化的响应

由于土壤氮同位素组成被认为是气候环境变化和自然生态系统氮循环过程的可能指示, 开展全球不同区域、不同生态系统氮同位素组成的研究将有助于对这个可能性的认识. 对中国黄土高原中西部不同环境条件下的现代植物和相应的土壤氮同位素进行了调查, 氮同位素组成变化范围分别为: 植物根: -5.1‰ ~ 1.9‰; 植物残体: -6.6‰ ~ 2.9‰; 土壤: -1.2‰ ~ 5.8‰. 结果表明: (1) 土壤与植物有相近的变化趋势, 但土壤的氮同位素组成较植物根的氮同位素要偏正, 其Δδ¹⁵N值变化范围为: 0.3‰ ~ 7.2‰, 平均值为: 4.1‰, 表明植物分解过程氮同位素存在分馏; (2) 该地区现代生态系统的氮同位素对降水和温度变化有明显的响应, 沿西北到东南方向, 年平均降水每增加100 mm可能导致土壤氮同位素组成偏负约1.31‰, 随温度的增加, 土壤氮同位素也趋向偏负; (3) 在降水和温度共同增加的影响下, 植物根系、植物残体和土壤的氮同位素偏负, 这个现象可能归因于降水是该地区植物-土壤氮同位素变化的主要控制因素. 尽管目前对植物-土壤氮同位素组成变化与降水和温度关系的机制尚不清楚, 但初步的研究结果表明土壤的氮同位素组成可能为黄土高原环境变化示踪提供指示.     

环境筛选、扩散限制和生物间相互作用在温带落叶阔叶林土壤跳虫群落构建中的作用

群落构建机制是土壤动物群落生态学的重点内容之一.相关研究证明,扩散限制、环境筛选和生物间相互作用可能是土壤动物群落构建的重要调控机制,但少有基于小尺度的系统研究.本文在黑龙江省帽儿山森林生态系统研究站的温带落叶阔叶林内,于2012年8月设置3个5 m×5 m的样地,探讨扩散限制、环境筛选和生物间相互作用在小尺度土壤跳虫群落构建中的作用.基于环境主分量因子(PCs)和Moran特征向量图(MEMs),用变差分解的方法来区分环境筛选和扩散限制的调控作用,并基于偏Mantel检验进一步分析环境变量和空间变量的调控作用.用零模型模拟的方法来说明土壤跳虫群落物种的共存格局、识别群落水平的显著物种对,同时计算环境生态位重叠度指标和体型大小比例来说明生物间相互作用和环境筛选在跳虫群落构建中的作用.变差分解结果表明,扩散限制对土壤跳虫群落具有较大的显著方差解释量,而环境筛选和空间环境结构的解释量相对较小且不显著;偏Mantel检验进一步表明,扩散限制对样地Ⅰ跳虫群落具有重要的贡献;RDA分析表明,土壤有机质、土壤含水量、凋落物干重等环境变量对土壤跳虫群落具有显著的影响,表明环境变量对跳虫群落的重要作用.群落水平零模型分析表明,土壤跳虫群落表现为非随机的共存格局;群落中发现较少的显著物种对,且显著负相互作用的物种对群落构建可能没有显著的作用;体型大小比例和环境生态位重叠度指标表明,土壤跳虫不是竞争性的群落结构,说明环境筛选具有重要调控作用.本研究表明温带落叶阔叶林小尺度土壤跳虫群落主要受到扩散限制和环境筛选的共同调控,生物间相互作用的驱动作用并不显著.     

土壤动物柔性非光滑体表及其防粘降阻特性

土壤对触土部件的粘附严重影响地面机械的工作效率、工作质量,增大能耗,甚至使其无法作业,例如:克服土壤对耕作机具粘附与摩擦消耗的能量约占耕作总能耗的30％～50％;土壤对土方铲运机械触土部件的粘附积土量可达其额定容量的 20％～50％.土壤动物具有优良的体表防粘功能,基于这一原理,开展了仿生减粘降阻理论与技术研究.土壤动     

自然覆盖物对塔里木沙漠公路防护林土壤蒸发的影响

为了揭示塔里木沙漠公路防护林内覆盖物对土壤水分蒸发的影响,在塔克拉玛干沙漠腹地进行人工模拟蒸发实验,为其防护林水资源高效利用和灌溉制度优化提供科学依据.研究结果表明:(1)积沙层、盐结皮层、枯落物和积沙-枯落物混合层等覆盖物阻隔土壤蒸发,对土壤水分蒸发作用影响明显;日蒸发量、累积蒸发量和蒸发速率都较无覆盖物沙地大幅降低,而且覆盖物越厚,降低幅度越大;覆盖条件下蒸发受其他因素影响较小,日蒸发量变幅降低,累积蒸发呈线性分布,累计蒸发曲线近似直线,而裸沙地累积蒸发则呈正对数分布,累计蒸发曲线近似折线,蒸发受其他因素影响较大,日蒸发量变幅大,蒸发过程具有阶段性;(2)覆盖物的蒸发抑制效率明显,而且随覆盖物厚度增加而成对数函数增加,当覆盖物厚度增加到一定程度时,蒸发抑制效率增幅逐渐降低;各覆盖物在2cm厚度的蒸发抑制效率差别不大,最大蒸发抑制效率(根据灌溉第1天日蒸发量计算)则为:积沙-枯落物混合层(79.92%)>枯落物(78.96%)>盐结皮层(75.58%)>积沙层(74.11%),现实蒸发抑制效率(根据灌溉周期末(14天)的土壤累积蒸发量计算)则为:盐结皮层(67.78%)>积沙-枯落物混合层层(66.72%)...     

关于中国土壤碳库及固碳潜力研究的若干问题

土壤碳库研究及碳汇问题是近年来土壤碳循环与全球变化研究的热点领域. 本文回顾了中国土壤碳库估算的研究成果, 分析了我国土壤碳库在气候变化下的演变态势, 并探讨了土壤有机碳矿化与温室气体的释放问题. 整合已有的研究资料, 可以认为中国土壤总有机碳库接近90 Pg, 无机碳库约为60 Pg, 农田土壤已有的固碳速率在20~25 Tg/a 水平. 农田土壤固碳的理论容量可以达到2.0 Pg 水平, 但农业技术的实施能够实现的技术潜力可能仅为理论潜力的1/3 左右. 因此, 改善土壤管理和农田经营机制可能是提高土壤固碳技术潜力的关键.土壤固碳中有机碳积累并不表现出分解的敏感性, 固碳显得有利于提高农田生产力和改善生态系统功能, 一些农田综合温室气体排放的生命周期评价的案例研究反而显示有机质积累下农业生产的碳排放强度没有提高甚而降低. 未来中国土壤碳库研究的重点发展方向在于: (1)以流域为尺度和地球表层系统为对象的系统固碳与碳汇研究; (2) 生态系统土壤碳固定与稳定机制, 特别是土壤固碳与生产力和生态服务功能的协同机理和多界面过程. 中国土壤碳科学将面临多学科集成和多目标服务的新发展机遇.     

土壤侵蚀模型实验中的土壤相似性问题

1 问题的提出 土壤是降雨径流侵蚀力作用的对象。土壤相似是土壤侵蚀模型实验中,除降雨相似外的又一重要单值条件。但由于问题的复杂性,迄今未见这方面研究的报道。以往的土壤侵蚀实验,因缺乏严密的相似指标约束,或多或少地存在一些模型误差。提高土壤侵蚀资料的可靠性和精确性,已成为一项紧迫的任务。随着研究的深入和经费的限制,人们开始尝试缩小比尺的模型实验,这就使土壤相似性问题的研究愈加迫切起来。本文首次运用相似理论和侵蚀力学原理,解析土壤受蚀现象的物理过程,导出支配该过程的相似准则,进而提出土壤1:1模拟的相似条件,并指出土壤不宜做缩小比尺的模拟。     

中国东北玉米农田生态系统非生长季土壤呼吸作用及其对环境因子的响应

对2004～2007年连续3a玉米农田生态系统非生长季(10月16日～翌年4月30日)的涡度相关系统测量数据分析表明,玉米农田生态系统非生长季的日土壤呼吸值为1.08～4.08gCO2·m-2,日最低值均出现在11月下旬.整个非生长季平均土壤呼吸值为(456.06±20.01)gCO2·m-2,占生长季净生态系统生产力的11%,土壤呼吸月平均最低值主要出现在1,2月份.非生长季日土壤呼吸的季节变化均呈非生长期起始期和终止期高、中间期低的变化态势.当10cm土壤温度高于0℃时,土壤呼吸与土壤温度呈显著二次曲线关系(P0.001),解释率为38%～70%;当10cm土壤体积含水量大于0.1m3·m-3时,土壤呼吸与土壤体积含水量呈显著二次曲线关系(P0.001),解释率为18%～60%.选取土壤温度高于0℃时的观测资料,耦合土壤温度和土壤含水量可得到更好的土壤呼吸模拟模型,解释率达53%～79%,土壤呼吸模拟值与观测值的回归估计标准误差为2.7%～11.8%.非生长季土壤呼吸是生长季土壤呼吸的22.4%,在东北地区玉米农田生态系统碳收支评估中具有重要作用.     

稳定化的零价Fe, FeS, Fe3O4纳米颗粒在土壤中的固砷作用机理

砷是一种广泛存在于土壤和地下水中的污染物. 虽然多种铁基材料已被用于受污染土壤中砷的固定, 但是关于稳定化的铁系纳米颗粒在该方面的研究鲜见报道. 本文研究了3种经淀粉固定的铁系纳米颗粒(零价Fe, FeS, Fe₃O₄)对两种典型砷污染土壤(果园土壤、靶场土壤)的固砷作用. 为了检测纳米颗粒对砷的去除效果, 实验中采取了不同的Fe/As摩尔比(5:1~100:1)和接触时间(3或 7 d). 土壤中砷的生物活性和浸出率分别用生理原理提取法(physiologically based extraction test, PBET)和毒性浸出程序(toxicity characteristic leaching procedure, TCLP)方法表征. 在实验时间为3 d、Fe/As摩尔比为100:1的实验中, 果园砂质土壤中砷的生物活性从最初的71.3% ± 3.1%分别降至30.9% ± 3.2%(零价Fe)、37.6% ± 1.2%(FeS)和29.8% ± 3.1%(Fe3O4); 靶场土壤中砷的浸出率从初始0.51% ± 0.11%分别降至0.24% ± 0.03% (零价Fe)、0.27% ± 0.04%(FeS)和0.17% ± 0.04%(Fe₃O₄). 3种纳米颗粒中Fe₃O₄的固砷效率最高. 比较两种土壤, 可以看出该处理方法更适用于铁含量较低、砷初始浸出率较高的果园土壤. 结果表明, 对于砷污染的贫铁土壤、沉积物和固废等, 环境友好的铁系纳米颗粒是十分有效的固砷材料.     

山地冰川表面分布式能量-物质平衡模型及其应用

基于“七一”冰川物质平衡、水文气象观测资料, 结合DEM数据, 初步建立了一套时间分辨率达1 h、空间分辨率为15 m的冰川表面分布式能量-物质平衡模型. 模型考虑地形对太阳辐射的遮蔽效应, 引入新的冰川反照率参数化方案, 并发现分布式能量-物质平衡模型对气温垂直递减率、降水梯度、降水固/液态划分指标等参数较敏感. 利用该模型对2007年6月30日20:00~10月10日12:00时段“七一”冰川粒雪线高度变化、物质平衡演变、融水径流状况及其对气候变化的响应等过程进行了模拟研究. 结果表明, 冰川物质平衡高度结构主要受反照率高度结构的影响, 反照率大小直接影响冰川物质平衡水平. 气候敏感性试验表明, 物质平衡对气温变化非常敏感, 它对气温变化的响应呈非线性特征; 而物质平衡对降水量变化敏感性相对较弱, 对降水量变化的响应是线性的. 增温引起的冰川物质亏损量不能靠降低相同气温来得到弥补, 物质平衡变化对气候变暖具有不可逆效应. 气温升高1℃, 即使降水量增加20%, “七一”冰川也会呈现较大的物质亏损状态.     

石油污染土壤的近红外波段偏振光特性测量

传统遥感技术监测石油污染的实践过程中, 通常认为红外探测器是最为实用的遥感探测器, 并以反射比值作为监测的定量指标. 提出以偏振度作为偏振光遥感的定量指标, 并以吉林省松原油田原油和当地典型表层土壤为实验原料, 在实验室内对4个水平的含油量、3个水平的含水量土壤样品在近红外波段进行了多角度探测模拟实验, 又在室外实地测量了在180°相对探测方位角, 10°, 30°和50°探测天顶角条件下的石油污染土壤与清洁土壤的偏振度值. 结果表明, 当土壤含水量较低时, 土壤表面反射光的偏振度会随土壤中石油含量的增加而增大; 当土壤含水量较高时, 土壤表面反射光的偏振度会随土壤中石油含量的增加而降低.     

一个可能的植物入侵机制: 入侵种通过改变入侵地土壤微生物群落影响本地种的生长

测定了紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)重度入侵地土壤(对照于轻度入侵地土壤)的pH, 有机质, N, P, K养分状况和细菌群落特征(Biolog EcoPlate^TM)的变化; 并通过紫茎泽兰的水浸提液处理土壤, 检测了紫茎泽兰对土壤细菌群落作用; 然后通过盆栽实验研究了土壤性质的改变对外来植物紫茎泽兰入侵过程的意义. 土壤性质分析结果表明, 2个样地间的土壤pH, 有机质, 全N, 全P和全K差异较小, 而重度入侵地土壤的NH₄⁺-N, NO₃^--N和有效性P, K比轻度入侵地显著地提高, 2个样地间的土壤细菌群落结构存在明显的差异; 紫茎泽兰水浸提液处理的轻度入侵地土壤在细菌功能群结构上与原土壤存在较大差异, 而与重度入侵地土壤具有很高的相似性. 盆栽实验结果表明, 当生长于重度入侵地土壤时, 紫茎泽兰和三叶鬼针草的生长不受影响, 但本地植物生长受到明显的抑制, 在用活性炭除去土壤中可能残留的紫茎泽兰化感物质后, 仍然表现出相同的规律. 在以上结果中, 土壤养分状况的差异无法解释生长于二种土壤上的本地植物生长的差异, 而土壤细菌群落特征在样地间的变化与本地植物的生长表现出明显的相关性, 暗示着改变土壤细菌群落可能是紫茎泽兰入侵过程的一个重要组成部分. 土壤微生物群落可能在外来植物与本地植物的关系中起到了重要的“桥梁”的作用, 外来植物可以通过改变重度入侵地土壤微生物群落结构阻碍本地植物的生长和更新.