生物炭施用对冻结期退化黑土水热盐动态变化的影响

[目的]生物炭施用可改变土壤理化性状,研究不同生物炭施用方式对土壤水、热及电导率(EC)分布的影响,可为季节性冻土科学管理提供依据。[方法]利用田间定位试验,通过长期观测,研究东北黑土区不同生物炭施用方式对冻结期的土壤液态水含量、温度及EC的影响差异。生物炭施用方式包括一次性生物炭混施40 t/hm^(2)(HO)、生物炭底施40 t/hm^(2)(HE),空白为0 t/hm^(2)(CK)。[结果]2种生物炭施用方式均增加冻结期土壤平均液态水含量(p<0.05),表现为HO>HE>CK;整个试验周期内生物炭施用均显著增加土壤EC,且HO和HE处理土壤平均EC分别比CK增加17.73%,6.89%;2种生物炭施用方式对土壤温度影响不同,与CK相比,HE处理土壤平均温度提高0.32℃,而HO处理土壤平均温度降低0.46℃。此外,HE处理相较于HO和CK处理减弱冻结期土壤液态水、温度及EC的变化幅度。[结论]生物炭混施和底施均有利于提高冻结期退化黑土液态水含量和EC,特别是生物炭底施还有利于提升冻结期耕层土壤温度,而生物炭混施在同时期还有利于减缓土壤冻结作用,2种生物炭施用方式均可能对冻结期土壤水盐运移和物质转化过程有重要影响,甚至对春季作物出苗和早期生长产生重要影响。

不同初始值对三江源西大滩站多年冻土水热过程模拟的影响

不同初始值对多年冻土水热过程的模拟有着深刻的影响。本文利用青藏高原三江源多年冻土区西大滩站观测数据,驱动通用陆面模式CLM4.5(Community Land Model version 4.5)对该站多年冻土进行为期14个月的模拟研究。设计三组试验,检验CLM4.5模式对多年冻土模拟性能,探究不同初始土壤温度、液态水含量以及含冰量对模拟结果的影响,并对土壤初始含冰量的计算进行改进,提高了模式对多年冻土水热过程的模拟。通过对比土壤含冰量模拟值,液态水含量和土壤温度观测值与模拟值,结果表明:(1)初始土壤温度、液态水含量会通过影响初始土壤含冰量进而影响CLM4.5模式对多年冻土水热过程的模拟。(2)CLM4.5默认初始土壤温度、液态水含量时,计算出的初始含冰量为0 m^(3)·m^(-3),这使得模式不能准确模拟出多年冻土的特征。在2015年11月上旬至2016年8月上旬土壤含冰量大于0.01 m^(3)·m^(-3),其余时段土壤含冰量几乎为0 m^(3)·m^(-3);整层土壤液态水含量从冬季开始减少,春季开始增加;土壤温度在2.8 m以下全年大于0℃,0~2.8 m呈现“冬冻夏融”的季节性冻土特征。(3)修改初始土壤温度和液态水含量为观测值后,模拟结果呈现多年冻土特性。在1.8 m以下土壤含冰量常年大于0.01 m^(3)·m^(-3);在0~1.0 m土壤液态水含量冬季开始减少,春季开始增加,在1.0 m以下土壤液态水含量常年维持在0~0.01 m^(3)·m^(-3);2.8 m以下土壤温度常年低于0℃,活动层厚度约2.8 m,高估约115.4%。(4)在修改默认值为观测值的基础上,进一步修改初始含冰量的计算,使得模拟的含冰量整体增加。在1.1 m以下土壤含冰量常年大于0.025 m^(3)·m^(-3);在秋季和夏季0~2.3 m土壤液态水含量有所增加,与观测值偏差进一步缩小,2.3 m以下常年维持在0~0.1 m^(3)·m^(-3);活动层厚度减小到1.7 m,高估约30.8%,各层土壤温度模拟偏差较前两组试验均明显改善。