海伦地区黑土农田土壤水分动态平衡特征研究

通过对中国科学院海伦农业生态实验站综合观测场的大气降水量、土壤水的蒸散量和1．5m土体含水量连续观测结果，分析了黑土地区降水规律与分布状态、土壤对大气降水的接纳能力、土壤含水量的动态变化和土壤蒸散量，其结果表明：大气降水是黑土区唯一水分来源，统计观测场50年降水量平均为550．7mm；土壤水年平均蒸散量为477．8mm，与蒸散对应年份的平均降水量为491．8mm，97％的降水参加了农田生态系统内水分循环，其循环方式为土壤-作物-大气。1．5m土体内水分变化为4llmm-647mm，土壤含水量处于458mm-505mm时间为90％以上，土壤水通过气象上的旱、涝、常规水分年达到平衡，年内是通过春、夏、秋、冬四季达到土壤水分平衡。图5，表2，参5。     

松辽平原中部地区农田防护林立地分类及质量评价的研究

本利用多元回归和逐步回归分析方法，确定了影响松辽影响松辽平原中部地区农田防护林生长的主导因子，南部类型区为土壤含盐量多少，北部类型区为有机质和水分。并采用综合多因子方法对本地区的立地类型进行分类。同时根据立地指数和ＴＭ数字图像信息评价了产地质量。     

农田土壤水分累集动态的宏观模拟

利用１９８７－１９９４年定位观察资料，分析了旱地两作农田２ｍ土层水分的累集动态，阐述了土壤水分的宏观趋势，说明了在一个生长季中土壤水分累集、消耗是受季内气候整体影响的时间函数序列，计算的各种长季播前土壤分基础与作用前期降水是指导作物管理的重要量化指标。     

海伦黑土区农田水分动态平衡与数值模拟

农田土壤水分动态是作物需水管理的关键。运用水量平衡模型和HYDRUS-1D模型对农田土壤水运移动态进行研究。结果表明农田土壤水分随降水、蒸发变化具有明显的时空分异特性,调节了不同时期作物的需水要求。HYDRUS-1D模型等数值模拟方法的应用为深入揭示农田土壤水分运动规律,协调不同时期农田供水与作物需水之间的矛盾提供了可靠依据。图3,表2,参16。     

COUPMODEL模拟土壤水热变化过程的研究

介绍了COUPMODEL模型的概念及用途。建立了海伦农业生态站土壤物理特性数据库、作物生长特性数据库及气象数据库,修改了部分模拟参数和公式。并以海伦站土壤温度和水分的观测数据为对照,进行了实际的模拟运算。取得了较好的模拟效果。     

GIS支持下的松嫩平原黑土区作物生产力模拟

结合作物模拟模型与GIS,分析了松嫩平原黑土区海伦市主要旱地作物玉米和大豆1996~1999年的产量潜势、水分生产力和现实生产力。结果表明,所用方法能够模拟作物各个级别的生产力水平及其空间分布格局。作物产量潜势与太阳辐射关系较密切,1996~1999年,海伦市玉米和大豆的生产潜势分别为7028 kg/hm2~8 979kg/hm2和2250 kg/hm2~3220kg/hm2。对作物水分生产力的模拟结果表明,因大豆具备固氮功能,不施氮肥情况下大豆水分生产力下降的幅度要明显低于玉米水分生产力的下降幅度。模拟结果同时验证,水分和养分的合理搭配是实现作物较高生产力水平的重要前提。耕地坡度和土壤类型对作物现实生产力均有影响,坡度<3°的耕地作物生产力大于坡度>3°的耕地;对不同土壤类型的作物生产力而言,黑土>草甸土>黑钙土。表6,参23。     

东北北部农田黑土障碍因子调控措施试验

黑土耕垦后,肥力性状发生很大变化,大多数则表现为自然肥力逐渐下降的趋势,并派生出降低土壤生产力水平的障碍因子。根据农田黑土调控措施试验结果分析,深松耕法水分利用效率提高12.7%,组合施肥水分利用效率提高14.5%;深松耕法提高化肥利用效率5.7%,组合肥提高化肥利用效率9.8%,深松 组合施肥提高化肥利用效率11.2%。     

不同土地利用方式对黑土农田酸化的影响

以中国科学院海伦农业生态实验站黑土区的农田长期定位试验土壤（1989—2004）为研究对象，研究了长期不同土地利用方式对农田黑土pH值的影响。研究结果表明，长期连作促进土壤酸化，不同作物对土壤酸化的能力不同，玉米〉大豆〉小麦；降雨量影响土壤pH值，降雨促进土壤pH值升高，干旱降低pH值，wj〉w3〉w2〉W1；施肥种类同样也影响土壤pH值，长期不施肥料（CK），土壤pH值基本保持稳定，而施用大量化肥（NPK）土壤酸化强度很大，而配施有机肥（NPK＋OM）或与秸秆还田相结合（NPK＋SR），可以缓解施用化肥引起的土壤酸化。因此，通过调控的土地利用方式，可以稳定土壤pH值，保持土壤的持续生产力。图2，表2，参12。     

陆地生态系统的模型模拟

世上万物皆由百十种化学元素组成，追索元素的迁移转化可揭示自然界各客体的内在联系。近代生物地球化学的发展，为实施这一朴素的哲学思想于科学研究实践提供了理论与方法。基于生物地球化学量、场、群、流的概念，一个陆地生态系统模型已建立起来。这一名为DNDC的模型，以追踪模拟碳、氮和水分在生态系统的运动为线索，将植物初始光合生产力，有机质在土壤的转化，及大气-生物界面气体交换联结成一个整体，从而将农田、森林、草原等复杂系统转化为可操作的计算机模拟模型。建立这一模型的目的是为预测在当代人类活动影响下陆地生态系统发展的趋势。中美两国科学家们最近使用此模型计算了中国水稻田甲烷气的排放总量，发现20世纪80和90年代中国稻田水管理措施的改变，减少了中国农业甲烷排放量的40％，即500万t。与此同时，全球温室气体观测系统发现大气甲烷浓度的增长速率在1980—2000年间不寻常地降低了。DNDC模拟的结果表明，中国稻田甲烷排放减少的时间与数量，与全球大气甲烷浓度增长速率降低的时间与幅度相一致。这一例证表明生物地球化学过程模型在预测生态系统变动方面的可实施性。     

RZWQM模型介绍及其应用进展

首先总述了美国RZWQM的研制过程、模拟功能以及模拟的流程,随后分别介绍了RZWQM 6个主要过程:物理过程、土壤化学过程、养分过程、杀虫剂过程、作物生长过程和管理过程;讨论了模型应用过程的注意事项,并探讨了RZWQM98新版本特征;最后对RZWQM模型的应用进展进行了综述,认为RZWQM在模拟作物生长和水分、养分和杀虫剂在作物根区内的运移是很有用的工具。     

高泉小流域生态恢复的水土效益评价研究

依据生态经济学原理,采用层次分析法,建立了高泉小流域生态恢复的水土效益评价指标体系和评价模型。根据指标体系和评价模型对研究区的坡地、梯田的草地、林地和农田等不同类型土地进行生态恢复的水土效益进行评价。评价结果为：高泉小流域生态恢复的水土效益指数为44．819。其水土效益排序指数排序为：土壤养分效益〉林草地生态恢复效益〉土壤水分含量效益〉农田土地生产力效益。总的研究结果表明：生态恢复治理措施对农田土地生产力和土壤水分效果较之于土壤养分和林草地植被恢复效益来说低,这种评价结果比较符合当地实际。也说明该小流域通过治理后,生态恢复还处于初始阶段。图1,表2,参7。     

冻融土壤水热迁移数值模型的建立及仿真分析

根据土壤中能量和质量守衡、地表能量平衡及空气动力学理论建立了冻融条件下土壤水、热耦合迁移模型、反映负温下土壤温度与液态水含量关系的联系方程和地－气间水热交换模型,采用隐式有限差分线性化迭代方法求解模型。在此基础上,对冻结条件下太原盆地中部汾河中洪积平原区土壤冻结规律及不同灌水定额下的水热动态进行了仿真分析,表明冬灌具有储水保墒作用。     

非饱和土壤季节性冻融过程的仿真分析

建立了农田在自然条件下的垂向一维冻土-非冻土系统的水热耦合迁移模型,采用Newton-Naphson迭代法进行求解,通过模拟与实测结果对比,取得较好效果,验证了模型的可用性。在此基础上用该模型对季节性冻融期土壤冻融过程进行了仿真分析,研究了土壤季节性冻融特点,探讨了影响土壤冻融过程的主要因素,即气温和累积负温,仿真结果可为冬春作物的播种、预防冻害等提供科学依据。

Abstract：

A coupled moisture and heat transfer model for natural farmland in one-dimensional vertical frozen-unfrozen soil system was established,and Newton-Naphson iterative technique was used to solve the model.Better results were got through the comparison of simulated and measured results which verified the model＇s availability.Based on this,the model was used to emulate the process of soil freezing and thawing in seasonal freezing and thawing period,and the soil’s seasonal freezing and thawing characteristics was researched,and then the air temperature and soil cumulative negative temperature two main factors were investigated which effected process of soil freezing and thawing.Results of emulation can provide a scientific basis for winter or spring crops sowing and preventing crops from freeze injury.     

黑土剖面水热异质性调查

通过野外调查的方法测定了典型黑土剖面土壤含水量和温度,并利用统计学分析了水热性状在2．2m×2．1m空间上的异质性。结果表明：尽管土壤容积含水量、密度、温度沿剖面垂直方向有规律的变化,但在水平方向存在较大的变异,容积含水量最大差异可达6．5个百分点,温度可达3．0℃;由于黑土剖面土壤密度变化较大,土壤质量含水量无论是垂直方向还是水平方向均存在较大的空间变异,容积含水量能够更好地反映土壤水分的空间变化。图7,表2,参9。     

移耕农业制度下黑土农田土壤有机碳的演变

Century模型是世界上用来预测土壤有机碳趋势的重要模型之一,近20年来在农林生态系统上得到了广泛的应用.运用该模型对移耕农业条件下黑土农田土壤有机碳的变化进行了预测,结果表明:Century模型可以预测黑土农田土壤有机碳的演变.移耕农业制度下,已垦黑土农田有机碳水平呈下降趋势,今后100年内年平均下降速率为0.063g/kg.图1,表1,参11.     

分带交替灌溉小麦间作玉米土壤水分的时空分布与利用

在内陆河绿洲灌区,通过大田试验,研究了在限量供水条件下,交替灌溉小麦间作玉米与单作小麦、单作玉米土壤水分的时空变化和利用效率,以期为能否将交替灌溉技术集成到间作生产提供理论依据。结果表明：交替灌溉小麦间作玉米全生育期120cm土层内的土壤平均含水量低于单作小麦和单作玉米;间作群体内,玉米带内的土壤含水量始终高于小麦带。与单作小麦和单作玉米产量、水分利用效率（WUE）、耗水量的平均值相比,交替灌小麦间作玉米的产量分别提高了32.2%～38.9%、WUE提高了27.8%～36.0%,耗水量增大了4.2%～5.4%。     

节水抗旱技术集成对大豆产量及干物质积累影响研究

通过对坐水种、苗期补灌以及坡耕地垄作区田节水抗旱技术集成的研究,对大豆在节水抗旱技术集成作用下的产量、干物质积累数据进行统计分析,结果表明:技术集成节水效果明显,对土壤有良好的蓄水保墒作用,能够显著提高作物产量。图1,表3,参7。     

东北黑土资源质量变化特征研究概述

东北黑土区是我国重要的商品粮生产基地,但随着黑土资源的不断开垦,土壤退化问题日益加剧。详述了近几十年来黑土资源质量的变化特征,分析了黑土质量退化的各种自然与人为因素。通过分析得知,东北农田黑土总的变化趋势是黑土层变薄,有机质含量下降,土壤养分平衡失调,物理性状恶化,土地生产力降低,大部分高产农田变成中、低产田,严重制约了东北及我国粮食生产和经济的可持续发展。图1,表3,参19。     

连年施用有机肥对土壤理化性状的影响

多年定位观测试验研究表明:连年施用有机肥对土壤饱和持水量、田间持水量有着显著的影响;并且也能明显地降低土壤密度;只施化肥不施有机肥致使土壤有机质、全氮、全钾下降;化肥 有机肥配合施用可以提高土壤有机质、全氮、全磷及速效磷;当化肥 有机肥较大施用量时,才可以提高土壤全钾含量。图3,表2,参3。     

长期施肥对农田黑土酶活性及土壤肥力的影响

利用29a的长期定位试验,对不同的施肥方式下农田黑土酶活性及肥力进行了研究,探讨长期施肥对土壤酶活性及与土壤肥力的影响。结果表明,化肥与有机肥配合施用能明显提高土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷含量,增强土壤脲酶、磷酸酶、转化酶、过氧化氢酶、脱氢酶活性。相关分析结果显示,土壤脲酶、磷酸酶、转化酶、过氧化氢酶活性与有机质、全氮、全磷、有效磷、碱解氮呈显著正相关。土壤脲酶、磷酸酶、转化酶、过氧化氢酶综合活性可以反应长期施肥后农田黑土质量的变化趋势。