易盐渍区粘土夹层对土壤水盐运动的影响特征

针对黄淮海冲积平原土壤剖面中粘土夹层普遍存在的现象,在典型易盐渍区开展模拟易盐农田常规种植条件下水盐运移的大型土柱实验,基于长达20年的长系列监测数据分析,系统研究易盐渍区不同土体构型和地下水位等代表性条件下的土壤水盐运移规律和粘土夹层的影响特征。研究结果表明:粘土层有良好的保水和隔盐能力,尤其对表土积盐的抑制效果显著,且抑盐效果随粘土层厚度增加而提升;含粘土夹层土体表土积盐的地下水埋深范围更小,表土积盐高峰出现在1 m左右地下水埋深,全剖面粉砂壤土土体的表土积盐高峰出现在1.5 m左右地下水埋深、且地下水埋深小于阈值2.5 m时极易引发盐渍害;粘土夹层对土壤盐分运移有双重影响,在其可抑制表土积盐的同时,粘土层部位易积盐,水土资源利用过程中需监测和防控其次生盐渍化风险。

基于模糊神经算法的区域地下水盐分动态预测

为探讨前馈型人工神经网络BP-ANN(back propagation artificial neural network)和模糊神经NF(neuro-fuzzy)2种神经网络算法在区域地下水盐分动态预测中的应用过程与效果,首先通过经典统计分析确定区域地下水盐分动态的主要驱动因子以及可用的模型输入因子组合,采用"试错法"确定神经网络模型的最优结构,进而开展地下水盐分中长期动态的有效模拟预测。结果表明,在长江河口寅阳和大兴地区以降水动态为单输入的NF(5-gbellmf-160)和以降水与内河水盐分动态为双输入的NF(4-gaussmf-100)为最优预测模型。研究表明神经网络模型对地下水盐分动态的预测精度优于常规线性模型,其中,NF、BP-ANN、线性模型在寅阳测点的预测相关系数分别为0.565、0.445、0.261,在大兴测点的预测相关系数分别为0.886、0.784、0.543。与BP-ANN、线性模型相比,基于模糊神经算法的NF模型具有更好的误差纠错和仿真能力,在寅阳和大兴测点的预测误差分别降低了30%以上和50%以上。相关研究结果在区域水盐动态科学预警研究领域有较好地应用前景。

滨海滩涂地区降水变化的多尺度周期特征分析与趋势预测

利用1953—2011年共59a的长序列降水资料，采用Morlet小波和MexicanHat小波变换，分析滨海滩涂地区东台市年降水量及各季节降水量的多尺度周期振荡特征和演变趋势。两种小波分析的综合比较表明，Morlet小波在揭示滨海降水序列周期细节特征和提升主周期特征的显著性水平方面更具优势。研究结果表明，滨海滩涂地区降水量变化以年代际尺度为主周期，其中夏季降水与年降水周期均具24a、16a和9a的第一、二、三主周期，春、秋和冬季降水主周期则分别为16a、23a和17a；研究区降水量在年代际尺度上的周期特征与江淮地区降水量的整体特征一致，但是滨海地区地理位置的特殊性使其降水量在年际尺度上的周期振荡显著水平较低；根据研究区降水量在年代际尺度主周期上的振荡特征，预测研究区未来8—12a的年降水和夏季降水，未来8a的春、冬季降水，未来11～12a的秋季降水均可能呈整体偏少趋势。研究结果可拓展小波分析的适用机制理论研究领域，对滩涂围垦和气候变化背景下的滨海地区气候变化研究以及农业稳定发展提供理论依据。

滩涂围垦区不同连作年限蔬菜大棚土壤质量特征

通过区域调查、采样和分析,系统研究了苏北滨海围垦滩涂设施农业土壤的连作障碍特征。研究表明,随着大棚青椒和韭菜连作年限的增加,大棚土壤呈不同程度的板结趋势,0~20、20~60 cm的表、根层土壤逐渐呈轻中度的盐渍化趋势,土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾等养分含量呈显著降低趋势,土壤全磷、有效磷、全钾含量则无显著变化,土壤微生物数量呈显著降低趋势。滩涂青椒和韭菜连作大棚土壤基本不缺磷肥,但有补充氮肥、钾肥和有机肥的必要性。滩涂地区大棚青椒和韭菜连作3年后,土壤呈现较为严重的连作障碍特征,主要表现为严重的次生盐渍化、养分失衡和微生物环境恶化风险,全年棚期的青椒连作障碍风险尤为显著,因此提出滩涂大棚青椒和韭菜的连作年限应不超过2年。

三峡调蓄过渡期长江河口地区不同水文年土壤水盐变化特征

通过布置土壤水盐动态监测网开展长江河口地区土壤水盐动态数据监测、采集和统计分析,研究该区不同水文年土壤水盐变化特征及水盐动态因子关系,结果表明该区不同水文年土壤水盐变化都有春秋季土壤积盐的季节性特点,但其枯水年份夏季土壤积盐更剧,土壤水盐动态各因子间存在明显相关性。针对三峡调蓄如何影响河口水情及土壤水盐动态这一问题,分析2003年6月三峡进入调蓄过渡期后河口土壤水盐实际动态情况及其影响因素,结果表明蓄水试运行后的3年,三峡调蓄对河口土壤水盐动态的影响尚不明显,气候因素对河口土壤水盐动态影响占主导地位,河口江水位偏低20 cm左右,河口成潮入侵势头加强,雨季土壤和地下水积盐严重,影响作物生产,为此需采取各种水利农耕措施将不利影响降至最低。

基于BP人工神经网络的长江河口地区土壤盐分动态模拟及预测

为开展长江河口地区土壤盐分动态的中长期模拟与预测,采用人工神经网络中应用较为成熟和广泛的BP网络建立长江河口地区土壤盐分与降雨量、蒸发量、长江水电导率、内河水电导率、地下水位、地下水电导率6因子间的非线性神经网络响应模型。网络模型结构为6-11-1,隐含层单元数用"试错法"确定。选择合适的参数训练和学习网络模型后,对河口地区2003年各月平均根层土壤电导率进行预测,并与线性回归模型预测结果进行比较。结果表明:BP网络模型较线性回归模型具有更高的预测精度,平均相对预测误差为7.3%,预测值与实测值相关性良好,可以满足实际应用需求。

我国不同水热梯度带农田土壤速效钾含量的时空变异特征

在第二次土壤普查基础上,于2006年5—6月对不同水热梯度下封丘、临泽和阜康3个地区农田土壤速效钾含量进行全面调查,分析不同地区农田土壤速效钾的时间变异特征。研究结果表明,影响不同水热梯度带农田土壤钾素含量水平和近20多年来变化程度的主要因素是成土母质和耕作管理水平;耕层土壤速效钾平均含量以阜康地区最高、封丘地区其次、临泽地区最低;自东向西土壤速效钾含量的变化与水热梯度差异未呈现显著相关性;经过20多年的耕作种植,3个研究区耕层土壤速效钾含量普遍下降,临泽地区降低幅度最大(50.08%),其次为封丘(39.11%)和阜康(27.40%);利用地统计学方法对3个地区土壤速效钾含量进行空间结构分析,结果表明,封丘和临泽地区土壤速效钾主要受结构性因素影响而呈强空间相关性,阜康地区速效钾受结构性和随机性因素共同作用而呈中等空间相关性。

三峡调蓄条件下长江河口地区滨海滨江土壤盐渍化状况研究

为了研究三峡调蓄过渡期长江河口地区秋季滨海滨江土壤的盐渍化状况,进行土样采集和盐分组成测定,利用统计分析软件对区域土壤盐渍化类型和特点进行主成分分析,对区域土壤盐分剖面类型进行聚类分析。分析结果表明:三峡调蓄过渡期河口地区秋季土壤以盐化潮土为主,阳离子组成Na+为主,阴离子组成SO42-型略多于Cl-型,土壤剖面盐分以上升积聚为主,盐分积聚既呈现短期盐峰又有长期积累现象,存在盐渍化趋势,并主要受干旱枯水因素影响。三峡调蓄的影响程度有待进一步研究。提出应有针对性地采取合理灌排措施和Na质盐碱土改良措施。

基于HHT的滨海降水多尺度时频特征研究

基于EEMD的改进型HHT方法,深入剖析了滨海围垦滩涂区域降水的多尺度周期特征进行。结果表明,滨海地区赣榆、东台、上海测点年降水和季节降水变化的周期振荡主要体现在2-3a、5-7a左右的年际尺度上和10-15a、25-30a左右的年代际尺度上,与江淮地区的整体特征和气候背景基本一致,但滨海地区的地理位置与环境特殊性使其降水周期振荡的频域相对较宽且离散。与离散小波变换固定频带下的信号分解相比,HHT方法的EEMD分解具有更优的自适应性;与连续小波变换相比,HHT方法在滨海地区降水信号高频周期振荡特征的解译和信号分解中频域混叠现象的避免方面更具优势。

优化灌溉与秸秆还田防控黄淮海平原农田土壤次生盐渍害研究

优化灌溉处理下玉米水分利用能力提高,根层下(40 cm)土壤含水量低、耗水快,剖面盐分淋洗降低效果明显,但引水花费大,且根层下土壤碱性增加危害作物生长;覆盖处理下土壤水分蒸发减少,作物水分利用率增加,玉米产量及品质最优,但根层下土壤含水量高、耗水慢,剖面盐分淋洗弱、积聚强,土壤次生盐渍害风险大。针对各处理对土壤水盐及作物产量影响的不同利弊权重,提出各处理交叉配合、扬利除弊,提倡秸秆还田覆盖措施下开展节水灌溉,适时进行优化灌溉淋洗盐分和土地深耕降碱,达到节水、增产和防控土壤次生盐渍害的多赢目标。

三峡工程对长江河口土壤盐渍化演变影响

研究三峡调蓄对长江河口土壤水盐动态和土壤盐渍化演变的影响情况,进行多年数据监测、土样采集和分析,通过对三峡运行前后河口土壤水盐动态变化的对比分析和对该区不同水文年土壤盐渍化状况和特点的主成分分析和聚类分析,探讨三峡工程对河口土壤水盐平衡影响的权重及规律。结果表明：三峡运行后的河口枯水年份北支江水位月均降幅20cm左右,咸潮入侵加剧,雨季地下水和土壤积盐加剧危及作物生产;三峡运行后的枯水年汛末秋季河口土壤盐渍化加剧,土壤呈Na质盐碱化趋势,土壤剖面盐分以表聚为主,丰水年份土壤盐渍化明显改善,土壤剖面盐分以底聚淋洗主;三峡调蓄后河口不同水文年土壤盐渍化演变的较大差异性表明该区土壤水盐平衡的影响因素中气候因素更显著,三峡1012月蓄水易增加河口枯水年份秋冬季咸潮入侵和土壤盐渍化风险,应采取合理的农耕灌排措施和Na质盐碱土改良措施防控河口枯水年份夏秋季土壤盐渍化风险。

有机肥与覆盖方式对滩涂围垦农田水盐与作物产量的影响

针对土壤盐碱障碍因子普遍存在于新围垦滩涂农田并严重抑制作物生长的问题,设置了有机肥(鸡粪堆肥)、薄膜覆盖、秸秆覆盖及有机肥+薄膜覆盖、有机肥+秸秆覆盖组合措施,研究其对土壤水盐的调控作用与对作物生长的促进效应。结果表明:各调控均有利于滩涂围垦农田土壤水盐环境的改善、作物的生长,并整体表现出组合措施优于单项措施、秸秆覆盖优于薄膜覆盖的趋势。其中,有机肥+秸秆覆盖组合措施为调控措施中的优化处理,表现在土壤含水量高、土壤电导率与pH值低,作物产量高,增产率达100%以上。单施有机肥虽能增加土壤含水量、降低土壤pH值,但其土壤电导率升高了11.56%,产生了一定的次生盐渍化风险,与覆盖措施的组合能有效控制土壤盐分的表聚,使其显著低于对照,从而保证了有机肥的持续使用。该研究表明,有机肥与覆盖传统农艺措施的有效组合可较好地调控滩涂围垦农田土壤水盐,促进作物增产,该研究为苏北滩涂新垦农田盐碱障碍因子的消减及作物增产提供了一种新途径,也为当地有机肥及秸秆资源的可持续利用提供了依据。

不同调控措施对轻中度盐碱土壤的改良增产效应

针对黄淮海平原轻中度盐碱障碍土壤,通过连续3a的定位田间试验,进行了不同调控措施对盐碱障碍土壤的改良增产效应试验研究。研究结果表明,在小麦-玉米轮作制度下,秸秆覆盖、土壤结构调理剂、秸秆覆盖结合土壤结构调理剂等调控措施均能够有效降低耕层土壤盐分,增加作物产量和提高经济效益,其中秸秆覆盖结合土壤结构调理剂的增产效应最为显著,秸秆覆盖的增产效应次之。秸秆覆盖和秸秆覆盖结合土壤结构调理剂都能够显著增加耕层土壤有机质含量,较当地常规管理分别提高8.33%和9.27%。秸秆覆盖促进了土壤养分的积累,尤其是土壤全氮,碱解氮和速效钾含量显著增加。综合考虑土壤脱盐、作物增产、调控经济效益和土壤养分变化等复合效应,秸秆覆盖结合土壤结构调理剂为黄淮海平原轻中度盐碱障碍土壤的较佳调控措施,秸秆覆盖为次优措施。

适宜肥料与改良剂改善盐碱土壤理化特性并提高作物产量

为了构建黄淮海平原盐碱障碍耕地适宜的培肥改土增产技术体系提供理论依据,在黄淮海平原典型轻中度盐碱障碍耕地进行了2 a的施肥试验,探究肥料结合改良剂施用对盐碱障碍耕地的土壤改良与作物增产效应。研究表明:仅依靠提高化肥施用量能够在一定时期内提高作物产量,但是会造成土壤盐分升高,土壤物理性质恶化,不利于盐碱土改良与可持续利用。在适度增施化肥的基础上,结合施用改良剂或有机肥可以明显降低土壤盐分含量,有利于盐碱耕地养分积累,显著提高作物产量:试验进行2 a后小麦产量分别较当地常规施肥提高21.41%和27.72%,分别达到6.35×103和6.68×103 kg/hm2;玉米产量分别较当地常规施肥提高10.44%和12.85%,分别达到7.68×103和7.85×103 kg/hm2。黄淮海平原盐碱障碍农作区应当重视有机肥与改良剂的施用,在降低土壤盐分含量、培肥地力的基础上提高作物产量,实现区域土壤资源可持续利用。该文可为黄淮海平原盐碱障碍耕地的可持续利用提供技术参考。

苏北滩涂水稻微咸水灌溉模式及土壤盐分动态变化

为研究微咸水灌溉对水稻水分利用效率和土壤盐分动态的影响，利用田间试验资料对SWAP（Soil—Water-Atmosphere．Plant）模型进行了率定和验证。用验证认可的模型模拟并分析了水稻生育期水盐运移规律和水稻水分利用效率，并预测了长期微咸水灌溉对土壤盐分的影响。结果表明：1．5mg／cm3矿化度微咸水足量灌溉可以获得较高的产量和水分利用效率；各微咸水处理在60-90cm土层均出现不同程度的盐分累积现象，具体累积深度和土壤盐分浓度与灌水量和灌水矿化度有关；采用1．5mg／cm2矿化度微咸水进行微咸水长期灌溉研究，10a的模拟结果显示此灌溉制度不会引起0—100cm土层土壤次生盐渍化。该研究为滨海地区微咸水合理利用提供了理论依据。

苏北海涂围垦区土壤质量模糊综合评价

【目的】系统掌握苏北海涂围垦区的土壤质量现状及其空间分布特征,获取实现土壤培肥抑盐与质量提升的调控措施。【方法】采用模糊综合评价与GIS相结合的方法,对土壤质量进行模糊综合评价与分级,获取区域土壤质量综合评价分级图。【结果】研究区土壤质量状况总体较低,土壤有机质和氮素亏缺较为严重,尤其是碱解氮;除容重为弱变异强度外,其余各评价指标均呈中等变异强度;有机质是重要的土壤质量评价因子,土壤盐分和地下水矿化度是土壤质量的主要限制因子。研究区不同部位土壤质量状况具有明显差异性,其空间分布规律与有机质较为相似,与土壤盐分相反,总体上棉花种植区的土壤质量状况要优于水稻种植区;研究区土壤质量中等的区域面积最大,其次是低质量区,高质量区面积最小。【结论】土壤质量分级图可用于研究区中低产地改造、盐碱地综合治理和合理施肥,土壤质量较低区域应完善田间排灌设施,质量中等区域宜加强农业生物改良。

典型绿洲区土壤盐分的空间变异特征

针对绿洲区存在的土壤盐化制约干旱区农业可持续发展问题,应用面域土壤信息调研采集,结合地统计学与GIS技术对新疆典型绿洲区土壤盐分空间变异特征进行研究。研究结果表明:0～30cm耕层土壤盐分呈现强变异性,30cm以下土层呈现中等变异。各土层土壤盐分均呈现中等空间自相关性,空间相关距离在24～28km范围内。各等级盐化土在不同深度土层的分布方位基本一致。各土层非盐化土面积均占主导地位,都占研究区总面积的69%以上;其次为轻度盐化土面积,占研究区总面积的19%～30%;各土层中度盐化土面积都在3.4%以下;重度盐化土仅在0～30cm土层有极少量分布。随着土层深度的增加,非盐化土和中度盐化土的面积逐渐减小,轻度盐化土面积逐渐增大。本研究对于指导干旱区绿洲农业生产、保障区域土壤资源可持续合理利用具有重要的理论价值和明确的实际应用前景。

基于电磁感应仪的田间土壤盐渍度及其空间分布定量评估

【目的】阐明黄河三角洲地区土壤盐渍化空间变异特征,探讨利用电磁感应仪定量评估田间土壤盐渍化的空间分布。【方法】运用电磁感应仪(EM38和EM31)及其移动测定系统,结合GIS和地统计学方法,研究了该地区典型地块土壤盐分与磁感表观电导率间的响应关系,分析了表观电导率的空间变异特征,并对土壤盐分空间分布进行了定量评价。【结果】土壤表观电导率与盐分含量具有良好的相关性,采用EM38h+EM31h的优化测定组合可以提高土壤盐分的解译精度;表观电导率EM38h、EM31h的空间变异结构都表现出复合的尺度效应,较好地符合球状套合模型;EM31h的空间自相关程度强于EM38h,短程变异是构成EM38h、EM31h空间异质性的最主要部分;结构性因素是主导土壤盐分空间分布格局的最直接因素,随机性因素是加快盐分分布格局形成的重要因素。由盐渍化分级可知:研究区总体属于重度盐化土类型,且呈现一定的盐分表聚趋势;各土层中几乎不存在非盐化土,盐土与重度盐化土是最主要的土壤类型。【结论】该研究结果为不同尺度(从农田到区域)土壤属性调查与质量评价提供参考依据,并为农业水土资源的高效利用提供指导。

基于反距离权重插值的土壤盐分三维分布解析方法

为了建立面域三维土壤盐分信息精准解译与表征技术方法,该研究以反距离权重空间数据插值方法结合电磁感应式表观土壤电导率快速测定技术为基础,成功构建出典型干旱区土壤盐分分层精确解译模型,对研究区土壤盐分进行了精度解析与评估,以三维图形方式直观揭示了土壤盐分空间分布特征。研究区不同区位土壤盐分呈现出不同的剖面分布类型特征,研究区主体土壤属于中度以上盐渍化。该研究将为土壤盐分三维空间分布特征解析与评估提供可靠技术方法。

苏北海涂典型围垦区土壤盐渍化风险评估研究

为定量评估制约苏北海涂土壤资源开发利用的盐渍障碍因素,以苏北海涂典型围垦区江苏省大丰市金海农场为例,将灰色系统理论应用于风险评价,构建了实用的生态风险评价数学模型、指标体系与评价流程,并对区域土壤盐渍化风险状况进行了定量评估与分级。结果表明:土壤盐分、表土层容重与地下水矿化度是该区域盐渍化风险评估的重要因素;研究区土壤盐渍化风险总体较高且不同部位差异较大,其生态风险值F介于0.12～0.60之间,平均值达0.30;盐渍化风险分布表现出与土壤盐分、地下水矿化度较为相似的空间规律;受种植制度与耕作措施差异的影响,研究区东部水稻田盐渍化风险总体高于西部棉花地;研究区域不存在土壤盐渍化较小风险区,以一般风险、较大风险为主,其中较大风险区占总面积的50.11%,一般风险区占49.41%,很大风险区仅占0.48%,一般风险和较大风险区是该区土壤改良治理的重点区域。该结果可为海涂区中、低产地的质量提升、盐渍化土壤的科学改良与田间管理提供参考依据。