SPAC界面水分通量调控理论及其在农业节水中的应用

提出了农田五水(降水、土壤水、地表水、地下水与作(植)物水)的系统概念,讨论了SPAC(土壤-植物-大气)系统中水分运动过程.内容包括SPAC界面水分通量.基于SPAC界面水分耗散与调控研究,提出了农艺节水模式与应用效果.旨在推进农业节水中应用低成本高效益的农艺节水理论与技术.     

基于稳定同位素的SPAC系统水分转化研究进展

大气-土壤-植被连续体(soil-plant-atmosphere continuum, SPAC)系统水分转化过程是生态水文学重要的研究内容。稳定同位素作为天然的示踪剂能有效示踪、整合和指示SPAC系统中的水分输入、输出以及转化过程。笔者在简述稳定同位素应用原理的基础上，以垂直方向上SPAC系统水分运移的视角，阐释基于稳定同位素技术的土壤-根系界面水分运移、植物传输水分中存在的分馏和植物冠层-大气界面水分交换的研究进展，探讨了SPAC系统水分转化研究中稳定同位素技术在分馏机制、时间分辨率与空间异质性方面的局限性。认为未来基于稳定同位素的SPAC水分转化研究还需着重在以下3个方面进行：(1)借助广泛应用于其他领域的便携式同位素分析仪对各种同位素水池同位素组成进行原位观测；(2)结合多种同位素分析水体同位素组成来分析土壤-根系界面水分运移过程，进一步确定树木水分来源，提高识别和划分的准确性，并以此完善稳定同位素应用模型；(3)利用同位素标记盆栽实验精准控制叶片吸水的水源，高分辨率地解析叶片吸水的发生位置以及时间；(4)结合控制性同位素标记实验并利用离心技术提取木质部导管中的汁液水，对比分...     

总水势在SPAC系统水分运移定量计算中的应用分析

依据物理学基本原理,分析了以能量观点为基础的总水势,得出其包括机械能和热能两种能量形式,这两种能量形式分别是水分机械运动和热运动的驱动力.据此将SPAC系统水分运移各个环节按照物理学原理进行了分解和归类,并根据各物理过程发生的规律确定了每个环节水分运移的驱动力本质,为总水势应用于SPAC系统水分运移定量计算理清了思路.     

金属氧化物/水分散系界面热力学的研究——Ⅰ.模型的建立与求解

在表面络合化模型(SCM)的基础上,从热力学平衡原理出发,结合双电层模型和热力学概念,建立了金属氧化物/水分散系(1:1型电解质体系)的界面热力学模型,提出了该模型完整的参数估计和界面浓度分布计算的方法,编制了相应的通用性计算机程序。本模型清除了SCM中可调参数带来的经验性,仅以电动电位(ζ电位)与IpH值的关系为实验基础而进行求解。     

乳化液膜体系的界面状态方程(英文)

本文在Langmuir等温吸附式的基础上,结合乳化液膜(LSMs)膜相中“有效浓度”的概念,提出了乳化液膜的界面状态方程.利用该界面状态方程,本文进一步研究了乳化液膜膜相中表面活性剂“有效浓度”与乳状液-外相水间界面张力的关系.同时,对搅拌机槽缺乏几何条件和操作参数对界面张力的影响进行了讨论.所建模型与实验数据吻合较好.     

低场核磁共振及成像技术分析天花粉干燥过程中水分变化规律

目的:研究天花粉样品干燥过程中水分含量状态、状态与分布变化规律,为天花粉合理加工提供依据.方法:采用低场核磁共振与成像技术(LF-NMR、MRI)研究天花粉样品在干制过程中氢质子(H)的横向弛豫时间(T_2)、MRI图像的变化.结果:鲜天花粉中水分含量为64.96%,主要为自由水(峰面积占比77.79%),其余为束缚水.在干燥过程中,T_2向左移动,水流动性降低,自由水含量不断降低,束缚水含量先减少后增加,随后再减少;干燥终点时,自由水含量先于束缚水趋近于零值,饮片外层水分先于内层干燥完毕,且干燥过程随干燥温度升高而加快. MRI图像可直观显示样品水分含量和分布区域由外向内的变化.结论:建立了中药水分低场核磁分析技术,为中药干燥终点判定与工艺条件优化提供了新的技术手段与示范.     

泥-水界面微孔曝气对底泥重金属释放潜力的影响

采用自行研发的泥-水界面精准布氧系统研究了微孔曝气对安徽省合肥市南淝河城市重污染河段底泥重金属形态分布以及释放规律的影响.结果表明,微孔曝气明显改变了泥-水界面物理化学环境,增加了上覆水溶解氧(DO)质量分数和pH值,特别是显著提高了表层底泥氧化还原电位(ORP).泥-水界面微孔曝气处理显著改变了表层底泥重金属形态分布特征,显著降低了酸提取态重金属质量分数,而残渣态重金属的质量分数比例均出现不同程度增加.特别是镍(Ni)的形态变化对微孔曝气反应更为敏感,曝气前后残渣态质量分数比例由39.5%上升到55.0%.与对照组相比,在试验初期,泥-水界面微孔曝气处理下底泥间隙水重金属质量分数有所增加,但随着处理时间延长,这种增加效应逐渐减弱,至曝气处理10d以后,底泥间隙水重金属质量分数较对照组均有明显下降,尤其Ni下降更为明显.泥-水界面微孔曝气导致表层底泥中酸可挥发性硫(AVS)减少,但并没有促进底泥中重金属的释放.泥-水界面微孔曝气对底泥重金属生物有效性和释放风险的抑制效应主要归功于上覆水和表层底泥DO质量分数、pH和ORP等理化环境的改变.     

河流水-气界面碳交换研究进展及趋势

河流水-气界面碳交换是区域和全球碳循环的重要环节, 对陆地碳平衡核算和碳循环模型优化具有重要意义. 介绍了全球河流水-气界面碳交换研究的相关进展, 以及现有研究存在的问题, 并在此基础上提出今后相关的研究应关注不同地质-生态和人类活动干扰背景下河流及中小河流水-气界面碳交换, 要综合利用双碳同位素示踪、化学计量学、生物标志物等方法辨识河流系统中CO₂, CH₄ 及其他形态碳的来源和迁移转化过程, 同时还要利用野外原位观测、传统采样分析和室内培养的方法开展“水-土/沉积物-气”多界面碳交换的系统综合研究,揭示控制河流系统水-气界面碳交换的关键因子, 为相关预测模型的建立以及流域的科学管理提供依据.     

现代建模与优化技术研究--在三江平原井灌水稻节水灌溉系统中的应用

将SPAC模型理论变相宏观应用于三江平原井灌水稻节水灌溉系统中，将地下水、农用机井、晒水池、渠道、本田池、环境因子等纳入整体系统，在各个子系统中综合运用现代建模与优化技术，通过有关机理与理论研究，建立相关的数学模型。对地下水、晒水池、渠道及水稻水分生产函数、水稻需水量、有效降雨等6个子系统进行建模与分析，制定了非充分灌溉条件下优化灌溉制度。最后通过典型示范小区的优化设计，将节水技术组装，实现了增温5～15 ℃，节水171 %，增产700～1 000 kg/hm2的目标。     

农艺节水：节水农业的主导

所谓农艺节水就是利用农业综合技术提高作物水分利用率,它是众多节水环节中较为关键的一环,是节水农业的主导地位。随着我国政府逐渐对农业技术实施力度的重视和增强,有关部门已提出许多行之有效的技术和方法,例如选用抗旱高产作物和品种、改良耕作方法、农田水肥耦合及高效利用技术、地面覆盖技术、化学节水技术等增加农业的增产增收。     

植物水势系数及其应用实例

本文提出了植物水势系数的概念与计测公式，即植物水势系数是植物水势占大气水势和土壤水势对植物水势产生直接影响力那部分水势之和的比值。并对在塔克拉玛干沙漠生长的沙生柽柳进行了应用实例的验证。结果表明，在自然状态下，植物水势系数可作为衡量植物对环境胁迫反应强弱的一个指标。     

SPAC系统中氮平衡及其模拟模型

环境中氮污染对人类生活和生产影响很大。该文研究了氮肥在SPAC系统的分布情况及氮素平衡问题，建立了氮肥在SPAC系统的综合数学模型。该模型为排水条件下减少氮肥流失措施提供一定的依据，可有效提高氮肥利用率并减少其对环境的影响，尤其是减少其对水环境的污染。     

中国节水农业战略思考与研发重点

从分析我国战略水安全与粮食安全所引发的农业用水矛盾出发,认为解决这一矛盾的唯一出路在于依靠科学技术大力发展现代节水高效农业。据此,从战略层面对我国发展节水农业的总体思路进行了思考,提出到2020年,即近15年内,在不增加农业总用水量的前提下,通过提高农业用水利用率和作物水分利用效率,可基本满足我国粮食安全用水需求的重要观点,在此基础上,进一步提出了为实现上述目标近期我国节水农业领域应研究的若干重点。     

植物对土壤水分条件的适应性反应研究进展

植物对土壤水分条件的适应性反应既有微观层次上的生理和生化反应,也有器官、单株水平上的形态响应.水分条件对植物生理生化过程的影响,最终将通过其形态的变化直观地表现出来.由于植物对水分条件变化的反应是长时效、非线性的,它的实现过程具有整体复杂性.所以,综合性整体研究应成为今后节水农业研究的重要方向.     

北京市水危机与水资源可持续利用对策

针对北京市水资源短缺和近年来水供需矛盾加剧问题，在总结北京市近20年水资源量和用水结构变化的基础上，分析了北京市水危机发生的原因，探讨了北京水资源合理利用和保护的途径。研究表明，开源与节流并重，保护与利用并举，最大限度地挖掘当地水资源潜力，是解决当前和今后几年北京水资源供需矛盾和实现水资源可持续利用的有效措施。     

论流域水土保持中水保与土保的关系

为揭示水土保持中＂水保＂和＂土保＂的关系,运用水资源结构分析方法,探讨了流域＂水流失＂的内涵.在此基础上,以安塞纸坊沟为例,利用土壤侵蚀的特征指标和水流失的特征指标分别表征土壤侵蚀和水流失,分析了水流失与土壤侵蚀之间的关系,并对不同目标下的水土保持用水进行了讨论.结果表明：水流失本质上就是流域生态环境水向潜在资源水和灾害水转化的过程;1938—1999年间纸坊沟流域水流失与土壤侵蚀的强度与程度之间均有较好的相关关系;纸坊沟流域土保可达到微度侵蚀的目标,此时的径流量约为6.77×10^4m^3,基本可满足河道生态环境需水以及一定社会经济用水的需求.     

地膜覆盖对土壤温度、水分的影响及节水效益

通过地中蒸渗仪和试验场种试验，探讨了地膜覆盖，桔杆覆盖，无覆盖种植条件下土壤温度，含水量垂向分布及变化特征，根据水量平衡要素观测资料，分析了地膜覆盖和无覆盖条件下作物不同生长期土壤蒸发，土壤水发补给才消退规律，研究了不同地下水埋深条件地膜覆盖种植的增产效益和节水效益，着重阐述了地膜覆盖种植在控制作物棵间蒸发，节约用水，开发和利用土壤水资源和降水资源中的重要意义。     

不同节水措施对水田生态环境的影响研究

通过大田试验,研究了水稻浅水灌溉、浅湿灌溉和覆膜灌溉对生态环境的影响机理。结果表明,相对于其它2种节水措施,覆膜可以提高土壤温度,降低空气湿度,减少渗漏和棵间蒸发以及温室气体CH4和N2O的排放量,可控制杂草的生长和节水增产,从而促进作物有效生长、早熟;可有效控制病虫害、草害;提高灌水生产率、经济效益和生态环境效益。3种节水措施,覆膜效果最佳,浅湿灌溉次之,浅水灌溉最差。