低洼盐渍区滴灌不同土壤水基质势对土壤盐分及速生杨生长的影响

为探寻宁夏引黄低洼灌区植被快速构建模式,以速生杨为试验对象,设置-5,-10,-15,-20,-25kPa 5个滴灌土壤水基质势处理进行水盐调控试验。结果表明,低盐区呈椭圆状分布,且随灌水量增加而增大;基质势处理开始前强化淋洗阶段,盐分淋洗迅速,较初始值降低70.87%,单位脱盐灌溉水耗水率为41.7mm/(dS/m);基质势处理阶段,各处理整个土层盐分差异不显著,但0—40cm土层的ECe值和SAR有显著差异,且随基质势控制阈值的降低而线性增加。通过对速生杨树高、冠幅、株径、胸径及新稍生长量5个生长指标的主成分分析,发现-15kPa处理和-5kPa处理得分在均值以上,其余处理在均值以下。本着水资源高效利用的原则及盐分淋洗效果,确定-15kPa为本地区速生杨生态林构建的基质势控制阈值。

土壤水基质势研究进展

土壤水基质势是土壤水势的重要组成部分,在作物生长、径流、农田腾发和灌溉计划的制定等方面,是一个非常重要的参数。介绍了目前土壤水基质势的主要测定方法及其优缺点,总结了土壤水基质势在农业生产中的应用情况,并提出未来研究需要加强的几个方面。

土壤水基质势膜下滴灌春玉米生长和耗水特性研究

为缓解内蒙古河套灌区水资源短缺并实现农业节水,在河套灌区开展连续两年(2016年和2017年)的田间试验,采用膜下滴灌种植春玉米,设置5个基于土壤水基质势的灌水下限水平,分别为-10 k Pa(S1)、-20 k Pa(S2)、-30 k Pa(S3)、-40 k Pa(S4)、-50 k Pa(S5),研究不同灌溉处理下的土壤水分分布与春玉米生长及耗水特性。研究结果表明,2个生长季内不同基质势水平下土壤含水率差异明显,基质势越高,土壤剖面平均体积含水率越高;不同土壤水基质势下限控制的灌水水平显著影响玉米生长,随着生育期内土壤水基质势控制下限的降低,玉米株高与叶面积指数显著降低(p <0. 05),其中S5处理玉米发生早衰现象;地上部干物质积累量、百粒质量、穗粒数等产量构成指标都随土壤水基质势下限的升高而增加;土壤水基质势水平越高,玉米产量越高,其中S1、S2和S3处理玉米产量显著高于S4和S5,但是前三者之间不存在显著差异(p <0. 05);随着土壤水基质势的降低,水分利用效率先增大后减小,-30 k Pa时水分利用效率最高。综合考虑作物产量和水分利用效率,建议将河套灌区玉米膜下滴灌土壤水基质势下限控制在-30 k Pa为宜。

餐厨沼液滴灌水盐调控对土壤环境和西兰花产量的影响

为探究和评价餐厨沼液滴灌对土壤环境和作物生长的影响,通过盆栽试验研究氮磷钾等浓度施用条件下,滴灌水盐调控不同土壤水基质势水平[-20 kPa(W)和-30 kPa(P)]和餐厨沼液比例[0%(0)、10%(1)、16.7%(2)、25%(3)和33.3%(4)]对土壤盐分、无机氮含量和西兰花生长的影响。结果表明:土壤水基质势水平对土壤盐分有显著的影响,与P相比,W降低表层土壤饱和泥浆提取液电导率(ECe)13.0%;土壤ECe随沼液比例的增加而升高,33.3%沼液处理比其他处理高23.1%~46.8%。沼液比例对土壤铵态氮含量影响显著,0%沼液处理表层铵态氮是其他处理的2.2~3.0倍;餐厨沼液灌溉会降低西兰花产量,P_(2)、P_(3)和P_(4)处理下降显著。综合评价结果表明:W与P差异不显著,沼液比例越高影响越大,P_(0)处理与W_(1)、W_(2)和P_(1)处理差异不显著,但显著高于W_(3)、W_(4)、P_(2)、P_(3)和P_(4)处理。在等浓度施用氮磷钾条件下,餐厨沼液滴灌水盐调控仍会增加土壤盐分,降低土壤铵态氮含量和西兰花产量,但在控制土壤盐分和增加餐厨沼液可施用比例方面,-20 kPa明显优于-30 kPa。

滴灌水盐调控和沼液灌溉量对土壤环境和小白菜产量的影响

为找到可以最大程度消纳沼液,维持土壤质量,减少硝态氮淋失以及对小白菜产量影响的灌溉方案,采用盆栽试验,研究不同土壤水基质势(SMP)-30 kPa(A)和-10 kPa(B)和不同单次灌溉量10 mm(10)、15mm(15)、20 mm(20)、30 mm(30)、40 mm(40)滴灌对土壤盐分、无机氮、pH、硝酸盐淋失量和小白菜产量的影响;沼液灌溉持续约1个月,后期为清水灌溉。结果表明,沼液灌溉总量以B30最高,其次为A40和B40。-30kPa条件下滴灌EC=3.4 dS/m的沼液会增加土壤盐分,土壤溶液EC与土壤水分呈线性正相关,清水灌溉后20 cm以上土层的EC值下降迅速,深层土壤则有较长的延滞期;试验结束后各处理土壤EC_(e)(饱和泥浆提取液电导率)均低于试验前水平,其中SMP为-10 kPa时,在0~20 cm土层EC_(e)随单次灌溉量的增加而降低,20~40 cm土层EC_(e)在单次灌溉量20 mm时最高,30 mm时最低。土壤pH前后变化幅度不大。-10 kPa处理与-30 kPa相比,0~20 cm土层硝态氮含量高176%,20~40 cm土层铵态氮含量增加35%,小白菜产量提高12.7%。SMP为-30 kPa时,硝酸盐淋失量随单次灌溉量的增加而升高,且-30 kPa阈值的硝酸盐淋失量比-10 kPa的低73.3%。主成分分析后,B20、B10处理的土壤状况最好,B15、B20处理在增加沼液消纳量、保持土壤健康、减少硝态氮淋失以及对小白菜产量影响等方面的综合效果最优。

华北山区坡地土壤水分动态实验研究

在北京市怀柔区汤河口镇东台沟坡地径流实验小区上进行人工模拟降雨实验,探索降雨过程中体积土壤含水量和土壤水基质势的动态变化。结果表明:在降雨强度和前期土壤含水量较为稳定以及蒸发微弱等条件下,不同场次降雨过程中土壤水分动态变化时间与降雨强度之间呈现明显的幂函数关系;同一场次降雨过程中,坡地内不同部位不同土壤层次的土壤水分动态变化时间与土壤层次和土层部位相联系。降雨过程中体积土壤含水量和土壤水基质势的动态变化可划分为5个阶段。得出的坡地土壤水特征曲线表明了坡地砂质土壤在含水量较大时土壤吸力较小、含水量减小时土壤吸力迅速增大的水力特性。

顾及植物生态劣化的山岭隧道控制排水量计算方法

山岭隧道排水会局部改变地层中地下水环境,在生态敏感区如果盲目采用以排为主的隧道排水原则,可能会诱发局部植物生态劣化。本文提出了一种顾及植物生态劣化的山岭隧道控制排水量计算方法,首先建立基于地下水达西渗流与土壤水Feddes原理耦合分析的土壤水分场模型,以植物生态吸水量、植物蒸腾量与降雨补给量作为上边界条件,以隧道排水速率作为下边界条件,以土壤水基质势阈值判别植物生态枯萎为优化逼近条件,最后采用黄金分割最优搜索方法,获得保障植物生态要求山岭隧道排水量控制值。以苏州七子山隧道为案例,采用本文所提方法得到以松杉为生态控制目标植物的不同控制断面隧道排水量分别为:洞口段排水量是329 m^(3)/d,深埋段排水量是336 m^(3)/d,浅埋段排水量是325 m^(3)/d;同时得到满足松杉生态要求的洞口段水位为地表以下3.6 m,深埋段水位为地表以下18.9 m;浅埋段水位为地表以下14.2 m。本文所提方法可以作为隧道排水量控制依据为山岭隧道生态控制与保护提供指导。

滴灌施肥对内蒙古沙地马铃薯生长和水肥利用的影响

针对内蒙古沙地马铃薯滴灌水肥管理的需求,本研究以养分平衡法估计的施肥量作为推荐值,布置了5个施肥量比例的滴灌施肥灌溉试验,2012年分别为推荐施肥量的10%(10%NPK)、30%(30%NPK)、50%(50%NPK)、70%(70%NPK)和90%(90%NPK),2013年分别为推荐施肥量的10%(10%NPK)、35%(35%NPK)、60%(60%NPK)、85%(85%NPK)和110%(110%NPK)。通过控制滴头正下方20 cm处的土壤水基质势下限在-25 kPa时进行滴灌施肥灌溉。结果表明,采用负压计指导滴灌施肥灌溉时,土壤水分状况良好,N、K的施肥时期与马铃薯植株对N、K的吸收时期基本一致。2012年和2013年马铃薯的株高、茎粗、叶面积指数、鲜生物量和产量随着施肥量的增加呈先增加后下降的趋势,当施肥量比例为70%~85%时达到最大值,并且收获指数相对较低,有效延长了地上部养分向块茎转移的时间,促进更多养分向块茎积累。当施肥量比例为60%~70%时,灌溉水利用效率最高。马铃薯的产量在2012年和2013年分别以70%NPK和85%NPK时产量最高,与当地马铃薯生产企业的产量持平,但节约肥料30%~40%,平均节肥N 157 kg·hm^(-2)、P_2O_552 kg·hm^(-2)和K_2O 187 kg·hm^(-2)。因此,内蒙古沙地滴灌施肥灌溉条件下,当滴头正下方20 cm处的土壤水基质势下限在-25 kPa时进行施肥灌溉,且施肥总量为当地推荐施肥量的85%左右时,既能获得马铃薯高产,又可保证较高的水肥利用效率。

隧道排水诱发地下水位下降对地表植被影响的TSPAC分析方法

山岭隧道建设可能会改变周边地下水渗流场,严重时会疏干地下水,威胁地表植被生存。针对现有研究难以定量分析隧道排水对地表植被影响的问题,提出以土壤水基质势作为植被生存状态指标,建立隧道-土壤-植被-大气连续体(tunnelsoil-plant-atmosphere continuum,TSPAC)分析模型。通过Richards方程描述植被根系区的土壤水分运移,将大气、地下水渗流模型作为上下边界输入方程,计算植被根系区基质势分布,据此衡量植被凋萎过程并判断其生存状态。将该分析方法应用于大别山区明堂山隧道工程,分析隧道建设对地表植被的影响,结果表明:(1)植被根系区土壤水基质势对地下水位和大气变化的响应存在滞后性和非均匀性,植被凋萎是渐进、动态的过程;(2)大气条件在该区域对植被生存起控制性作用;(3)隧道建设引起的地下水位变化对周边地表植被影响较小,且对不同植被类型影响程度不一。TSPAC分析方法的创新性在于:提出了物理概念明确、易于工程使用的植被生态危险状态判断指标与依据,在SPAC分析模型基础上引入隧道地下水渗流模型,将隧道排水的工程因素与环境因素相结合,分析隧道排水—地下水位下降—地表植被影响的整体过程,并在实际工程中进行应用,可为隧道建设的环境保护提供一种新思路。

冻融侵蚀机理

在温带地区 ,土壤流失量的 5 0 %以上发生在冻土层解冻时期。这是由于土壤表层水分含量过多所致 ,而土壤中存在一不透水的心土层则是导致土壤表层水分含量高的主要原因。研究具有不透水层土壤的侵蚀机理 :1)冻融交替对于土壤粘聚力的影响。 2 )降水条件下 ,不透水层对土壤分散力的影响。从绘制的摩尔图可以看出每种处理下土壤的粘聚力。在冻融交替进行初期 ,土壤含水量分别为 15 %和 2 5 %。首先在 - 12℃冷冻处理 90min ,解冻 30min ,然后立即测定土壤的抗剪强度和分散力。小于 5 0kg/m2 的土壤粘聚力不受非冷冻处理或冷冻处理时水分含量的影响。降雨对于具有不透水层土壤的分散力影响很大。据研究在一滴水作用下 ,具有不透水层的黄土与不具有不透水心土层的黄土相比土壤分散力从 0 0 16± 0 0 0 6 5g升高到 0 0 5 4± 0 0 2 6 5g ;而具有不透水性层的冰碛土与不具有不透水心土层的冰碛土相比土壤分散力从 0 0 36± 0 0 0 71g升高到 0 145± 0 0 6 35g;具有不透水层的土壤基质势趋近于 0Pa ,因此造成土壤粘聚力减小 ,土壤分散力变大 ,从而引起强烈的土壤侵蚀。