土壤水氮资源的利用与管理 Ⅰ.土壤水氮条件与根系生长

本文从提高土壤水分和养分资源利用效率出发，研究与此有关的土壤水氮条件与作物根系生长的关系， 以及适宜的水氮范围。根据冬小麦、夏玉米试验结果表明，根长（ Ｌｒ） 发展动态，根长密度（ Ｌｒ Ｄ） 及其垂直分布和根长／ 冠重比值（ Ｌｒ／ Ｄ Ｍｐ） ，均受土壤水氮条件的影响。水氮的严重胁迫，都会使根系发展受抑制，而 Ｌｒ／ Ｄ Ｍｐ 却加大。在水分稍有亏缺条件下，土层中部根长密度增加，但后期衰亡速率也较快。 Ｌｒ 和 Ｌｒ／ Ｄ Ｍｐ 的综合评价，可用以衡量根系状况。本文运用 Ｌｒ 和 Ｌｒ／ Ｄ Ｍｐ 与水氮条件关系的等值线图的叠加法，将两图高值区的重叠区，作为作物在该生育阶段的适宜指标范围和适宜的水氮范围。

河北曲周盐渍土区的地下水化学特征

对河北曲周县盐渍土区浅层地下水的水化学类型、基本化学性质、主要化学组分及其形式和微量元素的状况及分布等化学特征进行了分析和研究。资料表明 ,该区地下水化学类型以Cl-SO4型为主 ,其次为SO4-Cl型。阳离子以Ca2 +为主 ,其次为Na+。各地下水化学类型可用 3种特征指标 ,即rHCO3/r(Cl+SO4)、rSO4/rCl和rNa/r(Ca +Mg) ,加以区分。地下水矿化度平均 3 1 1 gL- 1 ,最高达 1 7gL- 1 。以Cl-SO4和SO4-Cl型的矿化度和离子强度较高。全区钠吸附比较低 ,基本上无钠害问题。饱和指数表明 ,地下水中石膏和硬石膏呈非饱和状态 ,而方解石、霰石呈过饱和状态。除主要游离离子外 ,化学组分形式中CaSO04 、MgSO04 、CaHCO+3 和MgHCO+3 等配合物和配离子的相对浓度较高。地下水中微量元素Cr、Cd和Fe的含量较高 ,应注意其水质问题。除Zn外 ,各微量元素浓度均与矿化度呈极显著 (或显著 )

作物干旱指数（CWSI）和土壤干旱指数（SWSI）

本文根据邯郸地区的大范围观测资料，对小麦的作物干旱指数（ＣＷＳＩ）和裸地的土壤干旱指数（ＳＷＳＩ）及其与土壤水分的关系进行了研究，并分析了ＣＷＳＩ和ＳＷＳＩ的影响因素和在旱情监测中的实用性。

蒸发条件下粘土层对土壤水和溶质运移影响的模拟

以土壤水和溶质运移的动力学原理为基础 ,采用数值模拟方法 ,研究了在浅层地下水和蒸发条件下含有粘土层土壤的水和Cl-的运移状况 ,重点探讨了两种粘土的层位和层厚对水和Cl-运移影响的差别及原因。研究结果表明 ,粘土层对土壤的水和溶质运移影响的程度 ,与层状土壤中该粘土及其组合土壤的水力学性质有关。本文模拟的重粘土 (简称Y粘土 )与轻壤土所组成的层状土壤 ,其基本情况为 ,随粘土层层位的升高和层厚加大 ,土壤水分蒸发和地下水补给速率降低 ,Cl-积累减少。而轻粘土 (简称R粘土 )与轻壤土所组成的层状土壤 ,由于它们的导水率曲线在压力水头h约 - 10 0 0cm处相交 ,当h低于此值时 ,R粘土的导水率就大于轻壤土的。因此 ,蒸发、补给速率和Cl-积累强度出现以顶位最高 ,甚至高于均质轻壤土 ,其次为底位 ,最低为中部层位的现象。在蒸发条件下Cl-在剖面中的积聚部位主要是土表。粘土层的存在 ,起到了阻滞作用 ,而阻滞程度则与该粘土水力学性质、层位。

作物和土壤旱情的温差模型

本文根据邯郸地区的观测资料,建立了小麦、玉米和棉花地的土壤相对含水量和14时冠气温差(Tc-Ta)的作物旱情温差模型RW=a+b(Tc-Ta)_(14)和裸地土壤相对含水量和14时土气温差(Ts—Ta)的土壤旱情温差模型RW=a′+b′(Ts-Ta)_(14)。经检验,平均相对误差小于20％,适于灌溉管理和大面积监测旱情之用,具有快速、简便的特点。本文还提出了冠层温度的覆盖度校正方法和进行旱涝等级划分的温差指标。

土壤和地下水化学类型和垂向主组分的动态——以河北曲周盐渍土区为例

以河北曲周县北部盐渍土区为基地 ,重点研究了土壤和地下水以阴离子组分为基础的化学类型的动态 ,以及主要化学组分的垂向变化和动态。根据土壤 -地下水典型点的研究 ,在 4年研究时段内 ,该区土壤化学类型的动态以季节变化类较多 ,相对稳定类其次。地下水的化学类型则以相对稳定类较多 ,转化类其次。相对于土壤而言 ,地下水的化学类型较为稳定。从土壤 -地下水主组分的垂向变化及其动态分析 ,它们反映了所处的河流微地貌部位、气候和人为措施等的影响 ,并遵循着地球化学组分的迁移规律。文中还提出了盐渍土化学类型的动态分类标准。

河北曲周盐渍土区土壤元素特征

研究了地处华北冲积平原的曲周盐渍土区土壤元素全量 (ST)、1∶1浸出液(SE)和土壤溶液 (SS)中各元素的浓度范围和特征 ,及其与地下水中元素的联系。土壤元素全量主要与土壤质地 (反映了矿物组成 )有关 ,只有盐渍化严重的土壤 ,易溶性元素对其全量的增加有一定影响。元素在土壤溶液和 1∶1浸出液中的浓度差异受土壤水分状况的影响。各土层元素在SE中的含量占全量的百分率 ,其平均值和变异系数在一定程度上说明了该元素的可溶性和移动性。土壤—地下水系统中 1m和 2m土层的大部分元素在 1∶1浸出液中的浓度平均值与地下水矿化度和与地下水中相应元素的浓度值之间呈显著或极显著相关 ,无相关关系的元素 ,大多属迁移系数较小的元素。文中还以例说明了不同盐渍化程度土壤 1∶1浸出液中元素浓度垂直剖面特征 ,以及与地下水中相应元素浓度的联系。

提高土壤水分/养分资源利用效率

阐述了土壤水分/养分资源利用效率的涵义及其表达式。分析了大田小麦-玉米种植制度下,土壤水氮状况和产量、利用效率的关系。着重分析了土壤水分和氮素的周年消耗特征。并应用多目标优化模型对小麦-玉米的水氮管理措施进行了优化。

区域土壤盐渍化状况分析

应用多元统计分析方法对曲周北部盐渍土区的土壤盐渍化类型和土壤盐分剖面类型进行了分析,由此得出近年来该区盐渍土处于脱盐化过程的结论。

发挥土壤养分资源潜力——土壤一作物系统中养分元素的有效运转

本文就发掘土壤养分资源潜力问题,分析了我国土壤养分元素资源状况,论述了土壤——作物系统中促进养分元素的有效运转研究中的问题和途径.强调了用热力学和动力学理论和方法加强对养分元素的有效转化、运转、吸收和利用效率的系统研究.并从土壤和作物两个方面协调养分供应与吸收利用关系的重要性.

区域农田土壤水和氮素行为的模拟

本文以华北平原为研究区域 ,根据第二次全国土壤普查资料 ,应用地理信息系统的方法 (ARC INFO) ,研究了土壤类型的区域分布 ,并得出了以 72个典型土壤剖面为代表的华北平原土壤类型分布的概化图 .通过对作物生长发育参数、土壤和气候资料的简化处理 ,将土壤水、热、氮联合模拟模型应用于区域农田土壤水、氮素行为的模拟计算 .结果表明 ,通过模型计算与地理信息系统相结合 ,便于评价不同水氮管理、不同降雨年型条件下区域农田土壤水、氮素行为 .通过以中等水氮处理为例的计算 ,评价了不同降雨年型所得到的水分利用效率 (WUE)和氮素利用效率 (NUE) .区域内WUE明显在干旱年型下最高 ,湿润年型下最低 ,而NUE的规律相似但不太明显 .各指标在区域上分布有一定的规律 ,与气候分异和土壤类型分异密切相关 .

温度对潮土和褐土钾吸附动力学的影响

研究了潮土、褐土在 3 种温度下吸附K+的动力学。结果表明,当 K+浓度恒定时,在不同温度下一级动力学方程均是描述K+吸附表观动力学过程的最优模型,温度对其适宜性没有明显影响,Elovich方程的适宜性随着温度的升高而变好,幂函数方程和抛物线扩散方程的适宜性随着温度的升高而变差;一级动力学的表观平衡吸附量q 随温度的升高而减小,表观吸附速率常数k 及其与q 的乘积随温度升高而增大;温度对 K+浓度项的反应级数 ∞a∞和吸附位的反应级数均没有明显影响,皆为1,如果同时考虑浓度和吸附位,潮土和褐土对K+的吸附为二级反应动力学;潮土、褐土吸附 K+的自由能变在-4 444.56～-2 450.63 J·mol-1之间,而且随着温度升高而增大;潮土、褐土对K+的吸附是放热过程和熵减过程,其表观吸附活化能不随温度变化而变化,但0.1 mmol·L-1 K+浓度下的表观吸附活化能是1.0 mmol·L-1 K+浓度下的2.4～2.7倍。不依赖K+浓度的吸附活化能、解吸附活化能、焓变、熵变也不随温度变化而变化,对于所试潮土、褐土,吸附活化能分别为1 730.93和3 260.81 J·mol-1,解吸附活化能分别为22 918.97和18 088.91 J·mol-1,焓变分别为-21 188.04和-14 828.10 J·mol-1,熵变分别为-60和-36 J·k-1·mol-1。

田间条件下土壤氮素运移的模拟模型Ⅰ

将土壤ＮＨ４＋和ＮＯ３－视为土壤溶质，根据土壤溶质运移原理，选用描述土壤溶质运移的对流－弥散模型，建立了一个田间条件下土壤氮素运移的数值模拟模型模型中考虑了矿化、生物因持－释放、土壤氨挥发、硝化和反硝化等转化作用，并用线性模式描述土壤铵吸附，作物根系吸收也在源汇项中．各转化参数均需用土壤温度和湿度进行修正，所建模型为土壤水、热和氮素联合模拟模型．

拔节期复水对苗期受旱冬小麦的激发效应

拔节期恢复供水可使苗期受旱程度不同的冬小麦的株高、分蘖数、叶片数、叶面积、以及干物重等方面都超过相应干旱对照，表现出明显的补偿效应。同时，各复水处理与对照相比，分配到冠部的干物质比例均增加，R／S下降。中度水分胁迫后充分供水的处理，可以在产量和生物量等方面接近或超出一直充分供水的对照，并获得较高的产量，不失为一种理想的供水方式。根据6种供水条件下产量、耗水量和WUE的变化结果，可分为5个类型；高产高耗水型、高产节水型、较高产节水型、中产高节水型、低产节水型。

K^+浓度对潮土和褐土钾吸附动力学的影响

研究了潮土、褐土在五种Ｋ十浓度下吸附Ｋ＋的动力学，结果表明：不同浓度下的表观吸附过程均可用一级反应动力学方程描述；表观吸附速率常数ｋａ及其与表观平衡吸附量ｑ∞的乘积与淋洗液Ｋ＋浓度之间均表现为极显著的直线正相关；表观平衡吸附量与浓度之间的关系符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ或Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温吸附公式。依据试验结果对土壤钾吸附动力学进行了讨论与推导，找到四个动力学参数ｎ、ｋ１、Ｋ２、ｑｍａｘ，通过这些动力学参数可以计算表观吸附动力学参数Ｋａ、ｑ∞和平衡常数Ｋ及吸附过程中的自由能变△Ｇ，在一定条件下，还可以用来判断等温吸附的类型、估算等温吸附参数。

灌浆期复水对冬小麦根、冠生长及其相互关系的影响研究

以冬小麦品种北农6号为材料,研究了灌浆期复水对冬小麦生长的影响。结果表明,前期受旱程度不同的植株灌浆期恢复供水后,其株高、单株叶面积、生物量及产量等都超过相应的干旱对照,表现出明显的补偿生长效应。同时,各复水处理与对照相比,分配到冠部的干物质比例均增加,R/S下降。中度水分亏缺后充分供水的处理,可以在少减产的情况下节约大量用水,从而达到节水的目的。

田间条件下土壤氮素运移的模拟模型Ⅱ田间检验与应用

本文通过冬小麦春季生长阶段的田间试验检验了土壤水、热和氮素联合模拟模型，结果表明土壤含水量、土壤温度以及土壤无机氮含量的模拟计算值与实测值吻合程度较好．应用经检验的模型和有关参数，模拟计算了不同灌水条件下土壤氮素动态，结果看出：在本试验条件下，在冬小麦返青到收获期间，各灌水处理１ｍ深处总体上不存在土壤无机氮淋洗渗漏，而是不同程度的上升补给．反硝化和氮挥发是氮素损失的主要途径．

水盐运动研究30年(1973—2003)

水盐运动理论及其应用是黄淮海平原旱涝盐碱综合治理与可持续发展研究中的基础核心内容。本文回顾了 1973— 2 0 0 3年 ,中国 (北京 )农业大学土壤学科以河北曲周试验站为基地在这方面研究的历程 ,对其主要研究成果进行了简要总结 ,并在参考文献中给出了 30年来发表的 32 0篇论著。

冬小麦水氮有效利用的研究

本文针对作物高产、高效和节约水肥资源的目的，研究了不同土壤水和氧水平下的小麦冠、根生长状况、籽粒产量、蒸散、N素吸收状况以及水分利用效率（WUE）和小麦氮索利用效率（NUEw）。结果表明，当相对含水量为75％～85％，施N量较高情况下，可以使小麦冠、根发育良好，使蒸散与吸N量提高，从而增加籽粒产量，提高WUE，并使NUEw达适中水平。文中也强调了单纯追求籽粒高产（高产，低效）或高效（低产高效）的不可取性。