基于稳定水同位素和原状土柱的贡嘎山原始森林暴雨入渗过程

在贡嘎山原始森林不同土壤质地的样地采集制备原状土柱,监测并分析2020年夏季2场暴雨期间入渗出流过程及出流水稳定同位素(δ^(18) O)变化特征。结果表明:(1)海拔2649 m的富含砾石的粉壤土样地A在8月6日和8月11日次降雨后平均总出流量(分别为4.14,14.61 L)比海拔3000 m的粉壤土样地B(1.45,11.99 L)大。样地A的出流过程对降雨的响应也更敏感。(2)出流水的同位素变化幅度小于降雨同位素变化幅度,入渗过程中新旧水混合强烈。(3)2个样地出流水来源和运移路径的变化模式存在明显差异。样地A在初始降雨峰值时体现出极高的降雨贡献和快速触发的优先流路径,出流消退中逐步体现活塞流特征;样地B在相对缓慢的入渗过程中以活塞流为主导,新旧水交换程度更高。因此,较高的有机质和砾石含量以及较大雨强有利于优先流产生,优先流和活塞流的产生转变过程对于降雨强度变化有着快速响应,这对于流域的含水层补给和溶质运移等过程可能产生进一步影响。

应用大型原状土柱渗漏计测定冬小麦-夏玉米轮作期硝态氮淋失

从 1998— 2 0 0 0年 ,利用土壤溶液提取器和大型原状土柱渗漏装置 (面积 0 18m2 ,2m深 )田间观测了北京地区冬小麦 夏玉米轮作期间的NO-3 N淋失 .设置对照和常量氮肥水平两个处理 .土柱渗出液的NO-3 N平均浓度 ,对照处理为 35 0mg L ,常量施氮土柱为 5 5 6mg L ;NO-3 N淋失通量 ,对照处理为 1 3g (m2 ·a) ,常量施氮土柱为 2 0g (m2 ·a) ;氮肥表观淋失百分数分别为 10 %、0 86 %和 0 5 4%,受年降雨变化的影响非常明显 .常量氮肥施用条件下 0— 2 0 0cm土壤提取液和土柱底部渗出液的NO-3 N浓度 ,都超过饮用水卫生标准 10mg L ,因此 ,常量施氮水平引起的硝态氮对浅层地下水的污染不容忽视 .

原状土柱模拟不同降水年型条件下冬小麦、夏谷子耗水量研究

为合理利用旱地水资源和指导旱地农业生产,利用PVC管材采集河南旱作区褐土原状土柱,在简易防雨棚条件下对冬小麦、夏谷子的耗水状况进行测定。结果表明:冬小麦总耗水量中,丰水年型降水占77.2%,平水年型降水占67.1%,缺水年型降水占64.0%。夏谷子总耗水量中,丰水年型占同期自然降水量的97.8%,平水年型占同期自然降水量的92.1%,缺水年型同期自然降水量占总耗水量的83.13%。说明在丰水、平水年型情况下,自然降水基本能满足夏谷子水分需要。从作物阶段耗水测定结果看,丰水年型情况下,冬小麦、夏谷子均存在奢侈耗水现象;平水年型自然降水能基本满足夏谷子水分需求,但突出问题是阶段性、间隙性水分缺乏,这在冬小麦上表现的更为明显;缺水年型情况下,自然降水均不能满足冬小麦、夏谷子的水分需求,其突出问题主要表现在,一是水分状况制约着冬小麦、夏谷子正常播种和出苗,二是水分供应状况影响作物的生长发育进程。

用原状土柱研究太湖地区稻麦轮作农田养分淋溶量

采用原状模拟土柱，对太湖地区不同施肥水平下稻麦轮作农田NH4^＋-N、NO3^--N和TP的淋溶量进行了研究。初步结果表明：麦田NH4^＋-N、No3^--N和TP的淋溶量分别为0．36～0．64、2．74～16．42和0．05～0．19kg／hm。，各占化肥施用量的0．2％～0．4％、4．8％～8．1％和0．2％～0．7％；稻田NH4^＋-N、NO3^＋--N和TP的淋溶量分别为0．36～1．04、0．86～3．01和0．24～1，17kg／hm^2，各占化肥施用量的0．2％～0A％、0．6％～1．7％和0．8％～8．2％。猪粪能增加养分淋溶量，尤其显著促进了P素向下迁移；秸秆减少麦季土壤无机N的淋溶损失。

基于原状土柱土壤水分传感器率定方法的研究

土壤水分传感器在现场安装后,需要针对现场土壤状况对其进行率定,以便校准率定关系。在工程实践中,土壤水分传感器现场率定是一项步骤繁杂、操作要求高、现场取土难度大、耗时较长的一项工作,严重困扰工程项目的实施。开展基于原状土柱率定土壤水分传感器研究,通过现场采集原状土柱,在实验室浸泡至饱和后取出,让土壤水分自然散失,用称重法定期称量原状土柱重量,同时记录土壤水分传感器原始测量值,以此来研究土壤水分传感器的工程率定问题,探讨提高现场安装的土壤水分传感器率定效率的方法,具有现实意义。

两域模型在原状土柱水盐运移模拟中的应用比较

基于HYDRUS-1D、MACRO两域模型基本理论,通过回填土、原状土土柱试验确定了两模型参数,并采用数值软件模拟了高为40 cm、直径为19.8 cm的天然原状土柱中的水及溴离子的运移过程。结果表明,两域模型模拟富含大孔隙土柱中土壤含水量变化及底孔出流量准确,MACRO模型的模拟精度略高于HYDRUS模型。

利用原状土柱系统研究设施栽培下硝态氮淋失状况

选取山东省典型设施栽培区寿光大棚蔬菜为研究对象,采用原状土柱系统研究了农户常规栽培措施下硝态氮的淋失状况。研究发现,黄瓜和苦瓜生育期内硝态氮的淋失浓度范围为40.7～74.7 mg/L,试验期间硝态氮淋失浓度平均为53.4 mg/L,所有样品中的硝态氮含量均超过国家规定的饮用水标准和地下水源硝态氮控制标准;冬季硝态氮淋失浓度高于其它季节。硝态氮淋失量为276.24 kg/hm2,除第一次移栽灌溉外,硝态氮淋失量最高出现在2011年3月份。

磺胺嘧啶在原状土柱中的运移特征及模拟

以磺胺嘧啶(Sulfadiazine,SDZ)为研究对象,通过室内原状土柱(0~15 cm,土柱Ⅰ和15~30 cm,土柱Ⅱ)出流试验探讨了其在不同剖面深度处的迁移特征,运用Hydrus-1D软件对试验结果进行模拟,并对不同流速下磺胺嘧啶在0~200 cm土壤中的迁移行为做了预测。结果表明:SDZ在原状土柱Ⅱ中的穿透曲线相较于原状土柱Ⅰ的发生左移,即较深层土壤中,SDZ的迁移速度更快,这主要是受土壤理化性质,如有机质、阳离子交换量和p H等的影响;两区模型(TRM)模拟的R^2>0.91,均方根误差RMSE<0.061,不动水区域f<0.154,其模拟效果优于单点模型(OSM)和两点模型(TSM),表明土壤的不可动区域是吸附SDZ的重要部分。预测结果显示:同一流速时,SDZ浓度峰值随着土壤剖面深度增加而减小,出流时间逐渐增大;同一深度处,当水流速度从0.017 cm min^(-1)增加到0.030 cm min^(-1)再到0.100 cm min^(-1)时,磺胺嘧啶在土壤中的迁移速度不断加快,出流浓度也越来越高,当流速为0.100 cm min^(-1)时,SDZ可快速穿过土层进入地下水,其穿透曲线不再对称,出现拖尾现象。

丘陵旱地冬小麦大田和原状土柱模拟耗水量研究

在丘陵旱地对冬小麦进行了大田和原状土柱模拟耗水量研究.结果表明:在大田情况下,小麦4500～6000 kg/hm2产量水平,耗水量216.3～345.2 mm,播种-返青、返青-抽穗、抽穗-成熟不同生育阶段耗水分别占总耗水量的25.9%～36.9%,22.0%～31.1%,31.9%～52.2%,但年际间变幅较大;小麦拔节以后耗水量和耗水强度明显增加,拔节期、灌浆期是小麦两个重要的水分需求期.原状土模拟情况下,冬小麦总耗水量中,丰水年型自然降水占77.2%,平水年型自然降水占67.1%,缺水年型自然降水占64.0%.从作物阶段耗水测定结果看,丰水年型情况下,冬小麦存在奢侈耗水现象;平水年型自然降水能基本满足冬小麦水分需求,突出问题是阶段性、间隙性水分缺乏;缺水年型情况下,自然降水不能满足冬小麦的水分需求,突出问题主要表现为一是水分状况制约着冬小麦正常播种和出苗,二是水分供应状况影响作物的生长发育进程.

利用原状土柱研究华中地区菜地土壤氮素的矿化规律

本文以华中地区两种典型的菜地土壤-黄棕壤和潮土为研究对象,采用原状土柱系统,综合考虑了大气干湿沉降、灌溉、作物携出及淋失等氮素的影响因素,通过菜地轮作(2年8季蔬菜),研究了两种土壤氮素的矿化特性。结果表明,黄棕壤氮素的矿化总量和矿化速率分别为134.52 mg和0.04 mg kg-1 d-1;潮土的矿化总量和矿化速率分别为185.93 mg和0.06mg kg-1 d-1。研究还发现,土壤氮素的矿化受季节影响较大,春夏季土壤氮素的矿化量和矿化率明显高于秋冬季,同时耕作能明显增加菜地土壤氮素的矿化量与矿化速率。试验期间通过大气沉降输入的氮素总量为118.89 mg,是氮素输入的主要方式,而湿沉降约为氮素沉降总量的81.05%。黄棕壤和潮土氮素蔬菜作物氮素的携出量分别为178.96和230.37 mg;氮素淋失量分别为103.32和113.27 mg。

土壤水流模式染色剂示踪及优先流程度评估

优先流是结构性土壤水分入渗的主要方式。为了直接利用土壤水流模式分析其优先流程度，该文采用亮蓝染色剂示踪原状与扰动土柱的土壤水运移，定量评估优先流的相对发育程度。研究结果表明原状土柱优先流发育，空间变异性强，受优先流通道的特征控制，其优先流水流模式以蚯蚓大孔隙流和土块裂隙优先流为主。扰动土柱的水流模式为活塞流，无优先流发育。该文提出了随深度变化的染色面积比的变异系数指示原状土柱优先流相对程度的评价准则：变异系数越低，优先流程度越高。变异系数≥0.5%为优先流程度一般发育，＞0.25%～＜0.5%之间为发育，≤0.25%为非常发育。并通过原状和扰动土柱灌溉模拟试验验证了评价准则的可靠性。

水田土壤溶液磷氮的动态变化及潜在的环境影响

通过模拟试验装置定位研究了稻 -麦轮作条件下稻季土壤溶液的磷、氮含量变化 ,结果表明 :(1)在施肥后的 6 0 d内田面水溶解性总磷 (DTP)含量受施肥量的影响 ,尤其是施肥后 10 d内是磷素流失的高风险期 ;(2 )磷的垂直渗漏 (70 cm深处 )高峰发生在施肥后 3～ 10 d时期 ,渗漏量和施肥量的关系不明显 ,磷在两个稻季的平均渗漏损失量分别为 0 .11、0 .0 71kg/ hm2 ;地下排水会增加磷的垂直渗漏 ;磷在表层、2 0、4 0、6 0、70 cm土层土壤水中的含量基本呈下降趋势 ;(3)田面水溶解性总氮 (DTN)含量在施肥后 10 d内受施肥量的影响 ;(4 )氮的渗漏以 NO- 3为主 ,两个稻季氮的平均渗漏损失量分别为 3.2～ 4 .5、4 .6～ 2 8.0kg/ hm2 ,高量磷肥会减少氮的渗漏 ,土壤中原有的和施入的氮素在整个稻季均存在随地表径流和渗漏流失从而污染地表水和地下水的风险。总之无论氮素或磷素 ,施肥后 10

秸秆还田对土壤氮素转化的影响

利用原状土柱田间培养法 ,测定了冬小麦、夏玉米农田土壤氮 (N)素的年净矿化量 ;利用氯仿熏蒸浸提茚三酮反应氮法测定了土壤微生物量氮的数量 ;利用连续流动分析仪测定了土壤表层无机氮的含量。结果表明 ,在冬小麦秸秆覆盖、夏玉米秸秆翻埋的土壤中 ,第 1年土壤氮净矿化量为N 2 10kg/hm2 ,第 2年为 179kg/hm2 ,2年的净矿化量均基本与同期施氮量相当。在秸秆不还田的土壤中 ,第 1年土壤氮净矿化量为N 16 4kg/hm2 ,第 2年为2 4 8kg/hm2 ,年际变化较大。翻埋玉米秸秆导致小麦季土壤表层无机氮数量增加 ,引发土壤氮矿化的正激发效应 ;表层覆盖小麦秸秆对玉米季土壤表层无机氮的影响不明显。秸秆还田后 ,每个生育期开始时 ,土壤微生物量氮比不还田土壤的增加 72 %～ 2 34% ,每个生育期结束时增加 34%～ 72 %。在实施秸秆还田的最初 2年内 ,土壤微生物量但氮处于动态调整阶段 。

稻草还田条件下水田和旱地土壤有机碳矿化特征与差异

采用14C示踪技术,通过100 d的原状土柱室内模拟试验,得出以下研究结果:培养100 d后,有34.74%(水田覆盖)、17.85%(水田翻埋)、35.68%(旱地覆盖)和36.06%(旱地翻埋)的稻草碳被矿化,水田和旱地土壤分别有0.99%～1.17%和2.25%～2.53%的原有有机碳被矿化。土地利用和稻草还田方式及两因素的交互作用,对添加稻草碳的矿化速率和累积矿化率均有显著影响(p<0.01),但对于土壤原有有机碳的矿化速率和累积矿化量,只有土地利用方式对其有显著影响(p<0.01);添加稻草后,土壤总累积矿化量没有发生显著变化(旱地翻埋除外),因为稻草还田抑制了土壤原有有机碳的降解,使100 d的累积矿化量相对于各自对照减少了13.95%(水田覆盖)、15.68%(水田翻埋)、11.04%(旱地覆盖)和3.34%(旱地翻埋)。水田翻埋和旱地覆盖是稻草资源合理利用的较好方式,更有利于土壤有机碳的积累;添加的稻草碳和土壤原有有机碳在水田的矿化速率均显著低于旱地,是水田有机碳含量通常高于同一景观单元旱地的主要原因之一。

塿土磷素淋移的形态研究

利用设在(?)土上的两个长期肥料定位试验所形成的不同土壤磷素水平试验小区的土壤,用原状土柱模拟灌溉(降水)进行了磷的淋失研究。结果表明,(?)土中磷淋移的主要形态为可溶性磷,平均占淋失全磷量的82.5%,颗粒磷占17.9%;在可溶性磷中,以钼酸盐反应磷居多,平均占全磷量的77.1%,可溶性有机磷只占全磷的13.8%;淋失到20cm以下的全磷浓度最高可达3.95 mg L-1,可溶性全磷最高达3.57 mg L-1; 在历时60d,相当于357mm(约为年灌溉降雨总和的36%)的灌溉量时,最大淋失总磷量达到1082 g hm-2;13次淋滤实验结果显示,渗滤液中钼酸盐反应磷、可溶性全磷和全磷浓度与土壤耕层Llsen-P呈显著正相关。

五川流域农业土壤反硝化作用测定及其调控措施

反硝化作用是土壤氮素转化的一个重要过程,为探明五川流域内的农业土壤的反硝化作用强度及其影响因素,利用乙炔抑制-原状土柱培养法对其进行测定。通过3次试验测定,发现五川流域农业土壤具有较强的反硝化作用强度,在种植季节,土壤平均反硝化作用强度为0.1kgN·hm-2·d-1,最高达到0.6kgN·hm-2·d-1,其中蔬菜地反硝化作用强于其他土地利用类型。反硝化作用同土壤的NO3-含量、含水量、温度以及pH都存在正相关关系,它们是流域土壤反硝化作用的主要影响因子。五川流域农业土壤经由反硝化作用氮损失量占流域平均施肥量的16%,高于国内其他地区。针对五川流域的环境和农业经济特点,提出了控制反硝化作用的措施:在温度较低的夜间进行施肥灌溉宜以防止氮肥损失,用农村富余的厩肥代替化肥以减轻反硝化作用的发生,同时加大节水灌溉力度。

川西高山森林不同时期土壤转化酶和脲酶活性对模拟气候变暖的响应

为了解气候变化对不同时期川西高山森林土壤生态过程的影响,于2010年5月—2011年4月期间,通过原状土柱移位实验,模拟理论增温1.78℃和3.52℃对岷江冷杉原始林(3582 m)土壤转化酶和脲酶活性的影响。结果表明,海拔下降284 m和559 m分别使全年平均气温实际增高1.39℃和2.64℃,但由于季节性雪被的影响,海拔降低559 m后土柱的土壤有机层和矿质土壤层的全年平均温度分别增加了0.84℃和0.82℃,而海拔降低284 m后土柱的土壤有机层和矿质土壤层的全年平均温度分别降低了0.55℃和0.56℃。随着海拔降低,土壤有机层和矿质土壤层的转化酶和脲酶活性均表现出明显的变化,且土壤有机层的变化幅度大于矿质土壤层。海拔降低284 m显著提高了两个土层生长季初期和冻结阶段(冻结初期和深冻期)的转化酶活性,而海拔降低559 m则显著提高了两个土层冻结阶段的脲酶活性。采样时期均温也在一定程度上影响了土壤转化酶和脲酶的活性,土壤有机层和矿质土壤层转化酶活性表现为从生长季初期到生长季末期显著下降,随后在冻结阶段和融化期显著升高并分别在深冻期和融化期达到全年最高;土壤脲酶活性表现为从生长季初期到深冻期显著增加,随后在融化期显著下降的过程。可见,受季节性雪被影响,不同关键时期的高山森林土壤转化酶和脲酶活性对模拟增温的响应不同。

有机肥施用对水田土壤溶液氮磷动态变化及环境的潜在影响

通过原状土柱模拟试验,开展了稻麦轮作条件下,有机肥施用对水稻田面水及渗漏水中N、P变化规律影响的研究。结果表明,水稻施肥后的一定时期内田面水中可溶性总N(DTN)、NH4+-N、NO3--N与N肥施用量呈正相关,伴随着3次施肥呈现出3个峰值,田面水中DTN以NH4+-N为主。80cm深处渗漏水的DTN、NH4+-N、NO3--N浓度均是施肥处理高于对照,但各处理间没有显示与施肥量的相关性。田面水中溶解性总P(DTP)在整个生育期内与猪粪用量呈显著正相关,当猪粪用量超过鲜重40t/hm2时,渗漏液中DTP含量显著高于其他处理,说明过量有机肥施入土壤后,P素不能被作物立即吸收,也不易被土壤固定,随渗漏液进入地下水,成为水体富营养化的诱因。

离子强度及pH对不同类型土壤中胶体释放的影响

采用实验室土柱纵向淋溶法,研究了离子强度及pH变化对常熟乌栅土原状、扰动土柱以及东北黑土、江西红壤扰动土柱土壤胶体释放的影响。结果表明离子强度变化对我国不同类型土壤胶体释放影响不同:淋洗液电解质为NaCl时,对于常熟乌栅土以及东北黑土,离子强度减小促进胶体的释放,反之抑制胶体的释放;对于江西红壤,离子强度变化对土壤胶体释放则不产生影响。淋洗液电解质为CaCl2条件下,土壤胶体的释放量低于淋洗液为NaCl,且离子强度变化对三种土壤胶体的释放均不产生明显影响。相同条件下,常熟乌栅土及东北黑土胶体释放量远远大于江西红壤,pH变化则对上述类型土壤胶体释放的影响不明显。研究结果有助于进一步阐明水化学条件的变化对我国不同类型土壤胶体释放的影响规律。