黄土高原土壤有机碳库对植被恢复的响应及其影响因素研究进展

[目的]揭示土壤碳库对植被恢复的响应特征和机理,为我国“生态系统碳中和”提供科学指导,助力实现国家“碳达峰、碳中和”目标。[方法]基于国内外有关黄土高原植被恢复固碳效应的文章,对土壤碳库地区差异、碳储量驱动因素、植被固碳机制进行了归纳分析。[结果](1)土壤碳储量的主要影响因素包括植被特征(恢复年限、凋落物输入和根系分泌物)、气候变化(降水和温度)、土壤性质(土壤生物和土壤氮输入)等。(2)黄土高原植被固碳效应存在明显的地区差异,植被恢复模式对土壤碳库具有重要影响。(3)植被恢复通过改变土壤侵蚀过程对土壤碳库造成的间接影响不容忽视。[结论]深入揭示恢复生态系统土壤碳汇过程和驱动机制,细化生态环境分区,对于准确评估黄土高原土壤有机碳库、提高有机碳循环过程模型精度至关重要。未来亟需加强对深层土壤碳库、无机碳库及区域尺度上土壤碳循环等方面的研究。

土壤类型和容重对离心机法测定土壤水分特征曲线的影响

本研究以杨凌塿土和嫩江黑土为研究对象,分别设置了4个土壤容重处理(1.0、1.1、1.2、1.3 g/cm^(3)),利用离心机法测定土壤失水过程,以压力膜仪法为标准,对比不同吸力下的含水量实测值和van Genuchten模型参数的差异。结果表明,随着土壤容重的增加,离心机法测定土壤水分特征曲线准确度逐渐增加,获取黑土和塿土的van Genuchten模型参数α的准确度增幅分别为38.46%~83.08%和56.38%~95.75%。离心机法测定土壤水分特征曲线的准确度在不同吸力段表现不同,近饱和段(0~10 kPa)离心机法测定值偏低,而高吸力段(10~1500 kPa)测定值偏高,且高吸力段离心机法测定准确度较低,与压力膜仪法测定值具有极显著差异(P<0.01)。综上所述,为了提高离心机法测定土壤水分特征曲线的准确度,优先考虑应用于大容重和高有机质含量的土壤。

土壤持水特征测定中质量含水量、吸力和容重三者间定量关系I.填装土壤

在试验过程中,通常采用一个土样进行连续试验来测定土壤的持水特征。此时,土样的有机质、黏粒矿物类型和阳离子交换量等性质基本保持不变,而土壤的容重在水力学和机械压力共同作用下会发生很大的变化。因此,我们认为实测的土壤持水特征不再是土壤吸力和含水量相对应的一条曲线,而是由土壤质量含水量、吸力和容重三变量共同确定的一个曲面。本文在Brooks-Corey土壤水分特征曲线模型的基础上,提出了两种描述土壤质量含水量、吸力和容重三变量关系的曲面模型,分析了模型的优缺点和适用条件,并采用离心机石蜡控容重法实测了四种质地填装土壤的三变量特征曲面。研究结果表明:土壤持水特征是由土壤质量含水量、吸力和容重三变量共同确定的一个曲面这一假设是合理的;类似于Brooks-Corey模型的两种幂函数经验曲面模型能够合理地描述填装土壤的实测数据,决定系数均大于0.94;模型Ⅰ的拟合效果略好于模型Ⅱ,但模型Ⅱ包含两个物理意义明确的参数,具有一定的优势。这一研究将为校正容重变化对土壤水力学参数的影响提供新的途径。

推求土壤水分运动参数的简单入渗法 I.理论分析

预报非饱和土壤水分运动必须首先获得土壤水分运动参数。土壤水分运动参数包括土壤水分特征曲线和导水率。本文使用积分方法求解了一维水平非饱和土壤水分运动问题，根据其解建立了推求非饱和土壤水分运动参数的简单入渗法，用以推求ｖａｎ Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ特征曲线模型中的参数α和ｎ。α和ｎ是根据湿润区的特征长度、吸渗率和土壤的饱和导水率（ｋｓ）来确定的，而非饱和导水率可由α、ｎ和Ｋｓ确定。这一新的简单入渗法是基于Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程和土壤导水特征的闭合型方程。简单入渗法提供了利用瞬态水流方法来确定土壤水分特征曲线而替代通常的平衡法。简单入渗法是一个全新的、简捷的确定土壤导水特性的方法。

坡面土壤养分与降雨、径流的相互作用机理及模型

坡地土壤养分流失过程实际上是表层土壤养分与降雨、径流相互作用的过程 ,土壤养分流失的多少主要受相互作用的限制。从分析土壤与降雨、径流相互作用入手 ,分析了土壤养分与降雨、径流相互作用过程及机理 ,并对相互作用模型进行了探讨。

推求土壤水分运动参数的简单入渗法──Ⅱ.实验验证

预报土壤中水分流动需要的土壤导水特性可通过观测水平土柱的入渗过程来确定，这一观测过程的分析是基于对Richards方程求积分解。土壤水分特征曲线中的参数由观测的水平立柱的特征湿润长度和吸力来确定，非饱和土壤导水率由已确定的特征曲线中的参数和测定的饱和导水率导出。供试土壤有三种，它们的质地从砂壤到粘壤。由这种方法所确定的这三种土壤的水分特征曲线与实测的特征曲线符合良好，所确定的砂壤的非他和导水率与实测值的比较令人满意。利用数值法和积分法分别计算了土壤含水量剖面，计算结果吻合良好，说明了这种方法的合理性。

原油在扰动土壤中入渗的实验研究

随着国家发展对能源的迫切需求,石油作为我国能源的主要构成之一,其开采和冶炼也在不断地增加。然而由于某些相关管理环节的不完善引发的污染事故日趋增多,其中原油的土壤污染问题尤为严重。为研究原油在土壤中的入渗过程,通过室内土柱模拟实验,测定了原油在土壤中入渗的湿润距离、湿润推进速率与时间的关系以及被原油污染的土壤中残留物的含量。结果表明:对于同一质地土壤,随着容重的增加,原油在土壤中入渗的湿润距离、湿润推进速率和残留物的含量均降低;容重相同而质地不同的土壤,随着粉粒含量的增加,原油在土壤中入渗的湿润距离、湿润推进速率和残留物的含量均表现为降低趋势;原油在土壤中入渗的湿润距离随时间的变化可以用对数函数拟合,湿润推进速率与时间的关系可以用幂函数拟合,均达到显著水平。研究原油在土壤中的入渗对于了解原油在土壤中的迁移有着重要的意义。

根据土壤水分特征曲线推求土壤的导水参数

本文中描述了土壤水分特征曲线的一个相对简单的幂函数方程。当把这一方程代入Burdine或Mualem的预报土壤导水率的模式后,可以得到相对导水率的分析解。相对导水率的表达式中仅包含一个参数,该参数用实验资料拟合水分特征曲线模型而得到。并结合特征曲线方程,给出了土壤水分扩散率的表达式。从Burdine和Mualem模式获得分析解的结果,与具有较宽范围导水性质的四种土壤的导水参数实测资料进行了比较。非饱和土壤导水率的预报结果良好;土壤水分扩散率的预报结果对其中三种土壤良好。

SPAC中的水分运动

本文对土壤—植物—大气连统体(SPAC)中水分运动的诸多方面,如非饱和土壤水分的导水参数,植物根系吸收土壤水分,植物根系中的水分运动。SPAC中的水流阻力及水容,土壤水分有效性动力学,滞后效应以及SPAC中水流的电模拟等。进行了介绍,评述和论述。

预报植物叶水势的阻——容网络法

本文在土壤—植物系统中水流过程物理分析的基础上,建立了该系统中水流电模拟最通用的非线性模式。用模拟实验的资料估算了模式中的参数,并预报了植物叶水势的动态变化过程。模拟结果与实验之间的比较令人满意。此外,本文还对土壤—植物系统中水流的电模拟理论和概念有所发展和完善。

土壤-植物系统中的水容研究

本文在建立土壤-植物系统中水流通用非线性模式的基础上,结合模拟实验的测定结果,比较系统完整地研究了该系统中的水容及其分量。

非饱和土壤导水参数的推求 Ⅰ:理论

本文根据—维非饱和土壤水分的垂直入渗再分布和水平扩散再分布,采用土壤湿润剖面平均湿度和湿润锋湿度之间函数关系的三种形式,分别推导出非饱和土壤导水率,水分扩散率,比水容量的解析表达式,解析表达式中仅有四个独立参数,均可通过实验数据的简单拟合而得到。与其它方法相比,这种新的推求方法具有花费少、准确度高和测定范围大等特点。

土壤-植物系统中瞬态水流的电模拟

在讨论土壤-植物系统中水流行为的基础上,分析了非线性电模拟模型的优越性,并借助于该模型定量地研究了土壤-玉米系统中各部分水流阻力、水容的大小及相对重要性,同时讨论了反映非线性模型的特征参数-时间"常数"的变性问题,丰富和完善了土壤-植物系统中水分运移的瞬态流理论。

植物根系吸收土壤水分的一个简化模式 Ⅰ:模式

本文根据植物根系吸收土壤水分的物理过程,提出了一个既能反映根系吸水机理,表达式又相当简单的数学模型。该模型除能预报根系吸水的一些水分动态和水势动态外,还能预报有效根密度的时空变化。

试论植物根系中水分运动的动力学

根系中的水分运动是土壤—植物—大气连统体(SPAC)中水分运动的一个重要环节。根系的水分动力学性质随植物种而变,同一根随部位而变,并对环境因素敏感。根系除对通过它的水流呈现相当大的阻力外,还兼有水容特性。根系的水流阻力和水容均随植物的生长发育而变,木质部水流阻力随时间的变化表明:木质部中可能存在活的内含物。木质部的水流所遇到的阻力通常比径向流的小很多。然而,还没有充分的证据表明是否在水分迫胁的情况下木质部导管中气泡的形成会大大地增加其阻力。在三条径向流的可能通道中还不能确定那一条是主要的。

植物根系轴向水流阻力的研究

本文以泊潇叶定律为基础,提出了测定植物根系轴向水流阻力的降水头法,并用此法对鹰嘴豆根系的轴向阻力进行了不测定。结果表明:降水头法其测定可靠性是令人满意的,尤其适用在较短时间内测定根系的轴向阻力。根轴向水流阻力的泊潇叶公式计算值与实测值的比较结果表明:对鹰嘴豆根系来说,实测值总大于计算值:二者的比值随根导管调和平均直径的减少而增加。所有不同直径根轴向阻力测定平均值为计算值的3.8倍。

土壤-植物系统中的瞬态流理论及电模拟的最新研究进展

对近几年在土壤—植物系统中瞬态流理论方面的研究成果，如电模拟模型、时间“常数”的变性、水容及相对重要性、水流阻力的大小及相对重要性、水流阻力的变性和水分运动的滞后效应等问题进行了介绍和综述。

野外模拟降雨条件下坡面降雨入渗、产流试验研究

利用野外模拟降雨试验,研究了植被类型、降雨强度、地表结皮、覆盖杂草等对荒草地和裸地降雨入渗、产流的影响。结果表明:裸地因降雨易产生地表结皮,产流时间主要取决于降雨强度,两者的关系可用幂函数描述,达显著水平;荒草地由于植被覆盖度较高,产流时间主要取决于土壤初始含水量,两者的关系可用线性公式描述,达极显著水平;与裸地相比,荒草地能延缓产流,并有效拦蓄径流;裸地形成地表结皮后,产流提前,平均入渗率降低,但坡面覆盖杂草(尤其是坡中下部覆盖杂草)能有效拦蓄径流、延缓产流、增加入渗,并促进土壤水分向深层的运移。

小麦籽粒灌浆特征及影响因素的研究进展

本文对小麦籽粒灌浆特征及影响因素研究进展进行了综述。小麦籽粒灌浆过程中,粒重的增长进程(即灌浆进程)呈"S"型变化趋势,目前通常用Logistic生长方程、Richards生长方程和三次多项式方程对该"S"型曲线进行模拟。这些方程中的参数,如灌浆持续期、最大灌浆速率、平均灌浆速率、最大粒重等均表征着一定的生物学意义,其中灌浆速率主要由遗传控制,灌浆持续期主要取决于环境因素。从现有文献看,灌浆速率是决定籽粒重量的关键性参数,而灌浆持续期与籽粒重量间的相互关系仍有待进一步研究。小麦开花时有相当数量的贮藏性物质以非结构碳水化合物形式贮藏在叶片、茎鞘和茎秆中,在籽粒灌浆期间分解并向籽粒转移,对籽粒重量的贡献率达1/3以上,描述物质转移的指标包括干物质转移量、干物质转移效率和转移干物质对籽粒的贡献率等,小麦遗传特性、养分供应水平和气候条件均影响小麦灌浆期间的物质转移,如杂种小麦的干物质转移效率和转移干物质对籽粒的贡献率均明显高于亲本,适量增施氮肥能够促进开花后营养器官贮存光合产物向籽粒中的运转,提高籽粒可溶性糖含量,灌浆期间受到干旱胁迫时,转移干物质对籽粒的贡献率明显增加;环境温度、光照、土壤水分和养分(特别是氮素)状况对小麦灌浆过程及相关参数有显著影响。过去虽?