旱区陆面非降水性水分研究进展和展望

随着全球气候变暖,自然生态系统和水资源压力不断增加,加剧了全球水资源的短缺。旱区非降水性水分(Non-precipitation Water,NPW),作为一种重要的水源,对旱区生态系统和陆面水分平衡具有显著影响。本文基于国内外非降水性水分研究现状,总结其在西北旱区的观测方法、变化特征、形成机制及对陆面水分平衡和作物的影响。在结合非降水性水分研究国际趋势的基础上,指出当前研究的不足和问题,以及未来研究的重点方向:揭示陆面非降水性水分的复杂形成机制,加强对不同气候区和下垫面非降水性水分的认知,建立专门的陆面非降水性水分观测系统,发展其在数值模式中的参数化,以及制定陆面非降水性水分开发利用的技术标准。

宁夏河东沙区柠条和新疆杨在纯林和混交林中的水分利用策略

【目的】探究柠条和新疆杨在纯林和混交林中的水分利用策略,分析这2个树种在混交林中的水分利用关系、土壤水利用率的影响因子以及种植方式对土壤水分环境的影响,为旱区防护林的林分结构优化调控提供理论指导。【方法】于2018年生长季(5—10月),在宁夏河东沙区选择柠条纯林、新疆杨纯林和柠条+新疆杨混交林,利用氢氧稳定同位素技术和IsoSource混合模型,分析柠条和新疆杨在纯林和混交林中的水分来源,采用相似性比例指数(PS指数)计算柠条和新疆杨在混交林中的水分利用关系;同时,监测土壤含水量、土壤养分和根系生物量,并利用结构方程模型(SEM)量化不同因子对林地植物土壤水利用率的影响;计算土壤储水量、土壤水分亏缺和土壤水消耗率,分析柠条、新疆杨纯林及混交林对土壤水分环境的影响。【结果】1)在纯林和混交林中,整个生长季的柠条的主要水分来源土层基本一致,而新疆杨则表现出不一致性。2)混交林中柠条和新疆杨在整个生长季的相似性比例指数(PS)为62.75%,表明两者之间存在较弱的水分竞争,在生长季不同时期,2个树种的主要水分来源土层不同,能通过水分利用的时间和空间分离来应对干旱。3)土壤含水量对3个林地的植物土壤水利用率的总效应最高,土壤含水量和土壤养分与柠条纯林的土壤水利用率呈极显著负相关(P<0.01),而与混交林中柠条的土壤水利用率呈极显著正相关(P<0.01),与新疆杨纯林和混交林的植物土壤水利用率呈显著正相关(P<0.05);根系生物量对3个林地的植物土壤水利用率呈显著正相关(P<0.05)。4)混交林土壤储水量高于柠条和新疆杨纯林,而土壤水分亏缺和土壤水消耗率低于柠条和新疆杨纯林。【结论】柠条在纯林和混交林中的水分利用策略基本一致,新疆杨在纯林和混交林中的水分利用策略存在差异;混交林中的柠条和新疆杨通过时间和空间上的水分利用的差异来应对干旱,且混交林相比纯林可更有效降低土壤干旱化风险;土壤含水量和土壤养分是影响3个林地植物土壤水利用率的主要因素。

宁南黄土区不同人工植被类型深层土壤水分亏缺评价

【目的】开展评估不同人工植被类型深层土壤水分亏缺程度,能为区域科学合理实施植被恢复策略提供理论依据。【方法】以宁夏彭阳中庄小流域5种不同植被类型(山桃林、沙棘林、柠条林、苜蓿地,农田为对照)为研究对象,采用土壤水分相对亏缺指数(CSWDI)和干燥化指数(SDI)定量评价模型,对不同植被类型下0~1 000 cm土壤水分亏缺及干燥化程度进行定量化分析与评价。【结果】不同植被类型深层土壤水分变化特征差异明显,0~1 000 cm平均土壤水分含量呈现出农地(16.29%)>山桃林(13.06%)>沙棘林(12.22%)>柠条林(9.12%)>苜蓿地(8.08%)。在垂直剖面上,土壤水分随土层深度增加总体呈现先减小后增加再逐渐稳定的趋势。在0~1 000 cm农地基本没有水分亏缺和干层发生,山桃林、柠条林、沙棘林和苜蓿地均呈现不同程度的土壤水分亏缺现象,平均土壤水分相对亏缺指数分别为0、0.22、0.62、0.35、0.79,平均土壤干燥化指数分别为185.5%、67.45%、51.55%、87.35%、36.10%,5种植被类型中苜蓿地土壤水分亏缺最严重,其次为柠条林、沙棘林、山桃林、农地。山桃林、柠条林、沙棘林、苜蓿地均有不同程度的干层分布,分别呈现中度、轻度和严重干燥化,干层厚度(DSLT)分别为890、860、800、920 cm,DSL-SWC分别为12.42%、8.14%、11.56%、7.76%。【结论】宁南黄土区不同人工植被类型对深层土壤水分亏缺具有明显影响,导致不同程度土壤干层发生,其中苜蓿地土壤水分亏缺最严重,应采取相应措施恢复土壤水分,促进区域水土资源可持续利用和生态健康发展。

长期施肥对旱作雨养农田土壤水分特性的影响

[目的]探究长期不同施肥下农田土壤水分特性的变化及其与土壤理化性质的关系,为关中地区旱作雨养农田科学施肥提供科学依据。[方法]选取旱作雨养农田长期施肥定位试验的5个处理:不施肥(CK),单施氮肥(N),氮磷肥配施(NP),氮磷钾肥配施(NPK),有机肥与氮磷钾肥配施(MNPK)。采样测定土壤有机质、阳离子交换量、塑性、容重和水分特征曲线,通过V-G模型获得土壤水分特性参数和孔径分布,分析了长期施肥对土壤水分特性变化的影响。[结果]与CK相比,单施N处理仅显著提高土壤有机质(增幅6.8%)、容重(8.7%)和降低塑性指数(3.0%);其他施肥处理显著提高了土壤有机质(31.4%~78.4%)、阳离子交换量(1.5%~7.7%)、上塑限(8.1%~14.8%)、下塑限(7.9%~18.7%)和塑性指数(8.3%~10.4%),其中,MNPK处理增幅最大。所有处理土壤水分特征曲线的变化趋势基本相同,均可用V-G模型很好地进行模拟。与CK处理相比,MNPK处理显著提高了土壤田间持水量(39.0%)、凋萎系数(64.7%)、有效含水率(22.5%)、速效含水率(18.1%)和迟效含水率(37.5%),而其他施肥仅提高部分土壤水分特性指标。施肥处理均降低了土壤大孔隙比例,MNPK,NPK和N处理提高了土壤中、小孔隙比例提升。土壤有机质、阳离子交换量、容重和塑性指数对土壤水分特性指标变异的总解释度达99.99%(p<0.05),其中土壤有机质(55.2%,p=0.034)和阳离子交换量(40.7%,p=0.022)贡献显著。[结论]有机无机肥配施可显著降低土壤容重,提高土壤有机质、阳离子交换量、土壤饱和含水率、田间持水量、有效含水率,更好地改善土壤持水和供水性能,是适合干旱半干旱地区雨养农业的施肥模式。土壤有机质和阳离子交换量是影响土壤水分特性的两个重要因素,土壤有机质与阳离子交换量越高,土壤持水性越强和有效水越多,提升土壤有机质水平是提高旱作雨养农田水分保蓄和利用效率的首要途径。

荒漠草原灌丛转变过程土壤水分亏缺空间特征及影响因素

草地灌丛化对生态系统结构、功能与服务产生重要影响,目前已经认识到其对土壤水分的负面影响,但还缺乏其在区域尺度的定量评价及其驱动机制研究。在宁夏荒漠草原选取43块成对样地(即荒漠草地和灌丛地),引入样地土壤水分相对亏缺指数(PCSWDI)评价荒漠草原向灌丛转变后土壤水分亏缺空间格局现状及其驱动因子。结果表明:荒漠草原转变为灌丛后0~100 cm和100~200 cm土壤含水量分别显著下降了27.80%和57.92%,0~100 cm灌丛地的PCSWDI显著低于荒漠草地,表明0~100 cm灌丛地目前不存在土壤水分亏缺现象。地统计学分析表明,荒漠草地和灌丛地的0~100 cm土壤水分相对亏缺指数的结构方差比分别为94.73%和95.29%,均属于强空间自相关,主要受结构性因子控制。此外,地理探测器的因子探测发现0~100 cm土壤储水量、坡向和田间持水量是影响灌丛地土壤水分相对亏缺指数的主导因子;交互探测表明,灌丛地0~100 cm土壤水分相对亏缺指数空间分异是多因子共同作用的结果。尽管分析得到0~100 cm灌丛地不存在土壤水分亏缺,但100~200 cm土壤含水量显著下降已经预示了深层土壤水分的消耗。因此,干旱半干旱地区的植被恢复必须考虑其植被承载力和水分阈值,基于自然的解决方案可能是未来植被恢复的主流思路。

滴灌条件下不同覆盖材料对玉米产量效益及土壤水分的影响

为探明不同覆盖材料对滴灌水肥一体化条件下玉米产量和土壤水分分布的影响,以普通PE地膜和裸地为对照,分析全生物降解膜、加厚PE地膜、玉米秸秆等3种材料覆盖下对玉米产量和水分的影响。结果表明,玉米秸秆、加厚PE地膜和生物降解膜覆盖后玉米产量为13114.5~13708.5 kg/hm^(2),较普通PE地膜增产1.4%~6.0%;水分利用效率为24.17~25.11 kg/(mm·hm^(2)),较普通PE地膜提高2.3%~3.8%。产值与效益均高于普通PE地膜,均以玉米秸秆处理最高,分别为38383.8、24283.8元/hm^(2);生物降解膜次之,分别为37674.0、21624.0元/hm^(2);加厚PE地膜排第3,分别为36720.6、21570.6元/hm^(2)。收获后覆盖处理土壤水分均呈典型的“双峰”曲线,上层含水量高于下层,对深层土壤水分影响较大。在降水量低、蒸发量高的沿黄灌区,覆膜的主要作用是减蒸保水,用可生物降解的环保型降解地膜、易回收型的加厚PE地膜或固炭培肥型的秸秆替代普通PE膜可行。

柠条平茬对荒漠草原土壤水分特征及水量平衡的影响

平茬是荒漠草原人工柠条优化管理的重要手段。探究柠条平茬方式对土壤水分特征及水量平衡的影响,可为研究区柠条的合理平茬提供理论依据和实践指导。以宁夏荒漠草原区人工柠条林为对象,设置未平茬(WP)、隔1带平茬1带(G_(1)P_(1))、隔3带平茬3带(G_(3)P_(3))、隔5带平茬5带(G_(5)P_(5))4种平茬方式,分析不同平茬方式对土壤水分和水分平衡特征的影响,结果表明:1)G_(3)P_(3)处理土壤含水量最高,0~200 cm土壤含水量随土壤深度的增加而升高;2)与未种植柠条天然草地相比,WP、G_(1)P_(1)、G_(3)P_(3)和G_(5)P_(5)处理均有一定程度的土壤水分亏缺,其中G_(3)P_(3)处理水分亏缺指数最低,减缓了土壤水分消耗;3)受环境和平茬方式的影响,4种平茬方式植被蒸腾量表现为G_(3)P_(3)<G_(1)P_(1)<G_(5)P_(5)<WP,棵间蒸散量表现为G_(3)P_(3)<G_(1)P_(1)<WP<G_(5)P_(5),G_(3)P_(3)的蒸散量与降水量的比值最小。基于土壤水分和水量平衡特征方面,G_(3)P_(3)处理更有利于种植柠条林的荒漠草原水分保持和水量平衡。

禾本-豆科间作水分高效利用研究进展

禾本-豆科间作具有提高作物的水分利用效率,优化土壤水分分布,促进作物生长等优点。基于禾本-豆科间作下的光能利用、氮素利用、耗水量、水分利用效率、种间关系,综述了禾本-豆科间作水分利用的特点和机理。通过与土壤改良、不同灌溉方式,智能检测技术相结合,分析了目前禾本-豆科间作模式下水分利用的不足之处。结果表明,目前禾本-豆科间作水分利用效率方面的研究主要侧重于作物搭配、空间布局和耕作方式,可与灌溉管理和土壤改良结合,利用智能检测设备,实时精准的对作物、土壤和环境等因素进行监测,以便进一步了解作物生态生理过程,水分迁移规律以及不同种间的竞争和互补性的协同作用,以便形成禾本-豆科间作水分高效利用管理模式。

不同密度和水分管理下毛白杨林分土壤水分特征

【目的】土壤水分是影响我国北方水分亏缺地区植被生长的重要因素,探究不同造林密度和水分管理下毛白杨林分的土壤水分状况,能为华北黄泛平原地区人工林土壤水分维持提供参考。【方法】以不同造林密度(Ⅲ3 m×3 m、Ⅱ3 m×6 m、Ⅰ6 m×6 m)和水分管理(滴灌FI、雨养NI)下的5种(FI_(Ⅲ)、FI_(Ⅰ)、NI_(Ⅲ)、NI_(Ⅱ)、NI_(Ⅰ))毛白杨林分为研究对象,在2021年生长季内(5、6、8和10月),采用烘干称重法测定各处理6 m剖面内的土壤含水量(SWC),研究不同处理土壤水分状况及土壤干层现象。【结果】(1)各处理毛白杨林分浅土层(0~30 cm和30~100 cm)的SWC(5.62%~15.53%)显著低于深土层(100~200 cm、200~400 cm和400~600 cm)(16.50%~27.00%);林分SWC在0~240 cm垂直剖面内随深度增加而增加,并在240~260 cm(26.37%~30.56%)和360~400 cm(22.79%~33.00%)出现两个峰值,而400~600 cm变化平缓;(2)5种林分土壤均在10月最为湿润,平均SWC为20.16%~23.16%;雨养条件下,不同密度毛白杨林分在6月最干燥,平均SWC为13.11%~14.96%,滴灌减轻了30 cm以下土层SWC的季节变异程度;(3)不同水分管理下,高密度林分中深土层土壤水分状况最好(FI_(Ⅲ)和NI_(Ⅲ)深土层平均SWC分别为23.18%和21.13%),但雨季末(10月),NI_(Ⅱ)土壤水分补偿量最高,达403.12 mm。在高密度和低密度林分中滴灌显著提高了林分0~30 cm土层的SWC,且增加了深土层土壤水分补偿量(FI_(Ⅲ)较NI_(Ⅲ)和FI_(Ⅰ)较NI_(Ⅰ)的储水量变化量分别提高了84.40%和173.99%),滴灌仅显著提高了高密度林分土壤储水量(P <0.05);(4)滴灌和降雨均能缓解或消除不同密度林分在2 m深度内出现的可恢复性土壤干层现象。【结论】根据本研究结果,建议在华北黄泛平原毛白杨大径材林培育过程中,以3 m×3 m密度造林且于旱季(4—6月)辅以多频率滴灌充分灌溉,促进杨树人工林在快速生长期(2~4年)的林木生长并改善其深层土壤水分状况。待林分出现密度效应及深层土壤水消耗后,可通过间伐等措施在实现土壤水分维持的同时提高杨树人工林林地生产力。

秸秆还田对东北黑土水分特征及物理性质的影响

为明确秸秆还田对东北黑土水分特征及物理性质的影响,设置秸秆覆盖还田(FG)、秸秆翻埋还田(FM)和秸秆不还田翻耕(FD)3个处理,测定土壤含水量、水分特征曲线、容重、硬度、土壤三相比及结构稳定性等参数。结果表明:(1)秸秆覆盖还田可显著提高春季耕层(0~30 cm)土壤含水量,较秸秆不还田翻耕处理增幅为11.17%~150.84%;不同处理耕层土壤在水吸力中吸力段土壤含水量变化曲线平滑,秸秆覆盖还田处理具有较高的土壤持水性。(2)秸秆还田能显著提高土壤水分有效性,与秸秆不还田翻耕处理相比,秸秆覆盖还田处理0~10 cm土层土壤田间持水量提高4.85%~11.03%,土壤凋萎系数提高10.85%~18.00%;秸秆翻埋还田处理0~10 cm土层土壤重力水增加9.65%~80.73%。秸秆翻埋还田提升了土壤供水能力,土壤比水容量较秸秆不还田翻耕处理增加4.8%~10.0%。(3)与秸秆不还田翻耕处理相比,秸秆还田降低了收获后土壤紧实度,降低幅度为0.18~0.31 MPa;秸秆覆盖还田增加表层土壤容重,降低土壤孔隙度,促进三相结构趋于合理,显著增加土壤结构稳定性。(4)皮尔森相关分析表明,三相比R值与结构距离(r=0.73*)、土壤容重(r=0.70*)相关性显著,在一定范围内三相比R值的增加有利于改善并促进土壤结构稳定。综上可知,东北黑土农田实施秸秆还田是提高春季土壤含水量、增强土壤持水性、提升土壤供水能力、调节土壤紧实性、调控土壤三相比、改善土壤结构和提高土壤宜耕性的有效措施。

预制烤鱼水分分布及关键挥发性风味物质分析

以即热型预制烤鱼为研究对象,采用低场-核磁共振技术(Low field-nuclear magnetic resonance,LF-NMR)、顶空固相微萃取与气相色谱质谱联用技术(Headspace-solid phase microextraction-gas chromatography mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)对不同电烤条件下烤鱼水分分布及挥发性风味物质进行研究。结果表明:250℃烤制20 min的烤鱼加工损失率最低,持水力最高。烤鱼中水分主要形式为不易流动水,200℃烤鱼的弛豫时间T22、T23最低,其次是250℃烤鱼,T2反演谱整体向左移动,说明水的自由度降低。250℃烤制20 min的烤鱼不易流动水峰面积占比(A22)最高,达94.03%,自由水峰面积占比(A23)最低,为1.93%,说明肌肉组织持水较优。在5组烤鱼中共鉴定出70种挥发性物质,主要为醛类、酮类、醇类及烃类等。通过相对气味活度值(Relative odor activity value,ROAV)筛选出关键挥发性风味物质分别为12、9、11、8和8种。5组样品贡献较大的风味物质为己醛、1-辛烯-3-醇、壬醛等,其中愈创木酚和4-甲基苯酚是碳烤烤鱼特有的关键风味物质。通过主成分分析,不同条件烤制的烤鱼关键挥发性风味物质差异明显。相关性分析表明,A22与异戊醛、庚醛和2,3-辛二酮呈显著正相关(P<0.05),与壬醛和愈创木酚呈显著负相关(P<0.05)。该研究结果为预制烤鱼开发提供参考。

露天煤矿区不同生态措施对紫穗槐水分利用特征的影响

[目的]为探究排土场不同生态措施下典型植物的水分利用特征,提高植物水分利用效率,加速矿区生态恢复进程。[方法]以黑岱沟煤矿排土场6种生态措施(对照、接菌、绿肥、接菌+绿肥、绿肥+风化煤、接菌+绿肥+风化煤)下紫穗槐为对象,结合水的氢氧稳定同位素等方法分析。[结果](1)排土场土壤含水率为3%~9%,在0-30,70-100 cm土层较低,在30-70 cm土层较高。(2)紫穗槐的水分供给来源于降水和土壤水,土壤水分在0-30 cm土层发生显著的分馏现象,且在不同生态措施表现出显著差异,绿肥处理最大,接菌+绿肥处理最小。(3)不同生态措施下紫穗槐的水分利用特征存在显著差异,接菌处理对50-100 cm土层的水分利用比例较高,为53.4%;绿肥处理紫穗槐主要利用表层(0-20 cm土层)土壤水分,为42.6%;接菌+绿肥处理紫穗槐对各层土壤水分利用比例较为均匀。[结论]接菌+绿肥处理优化了紫穗槐水分利用特征,增加对表层和深层水分的利用比例,可作为排土场的生态复垦措施,促进西部干旱矿区生态恢复速率和效应。

基于连续观测数据的毛乌素沙地生长季土壤水分动态及其对降雨的响应

水分是制约半干旱区沙地植物生长发育和生态建设的关键非生物因子。于2008—2010年和2018—2021年生长季(4—10月)对毛乌素沙地流动、半固定和固定沙地0~100cm深土壤水分进行了连续观测,系统分析了不同固定程度沙地土壤水分动态变化规律及其对降雨的响应。结果表明:(1)受降雨季节变化的影响,流动、半固定和固定沙地不同深度土壤水分季节变化一般呈∽型或双峰型,10 cm和30 cm深土壤水分含量波动较大,60 cm和100 cm深土壤水分含量波动较小。(2)3种固定程度沙地生长季土壤水分动态差异明显,总体来看,流动沙地土壤水分状况最好,且土壤水分含量变化相对平缓,固定沙地土壤水分状况最差,且土壤水分含量变化最为剧烈,半固定沙地居于二者之间;固定沙地10~30cm深土壤水分状况好于半固定沙地和流动沙地,30~100cm深土壤水分状况则相反。(3)降雨格局是形成土壤水分时空格局的主要原因,随降雨事件降雨量增加,降雨的入渗深度逐渐增加;但是固定沙地土壤水分的深层补充需较强的降雨和较长的时间。生长季降雨事件以小降雨事件为主,表层土壤水分波动更剧烈。生长季初期降雨较少且以小降雨事件为主,10cm以下土壤水分补充困难,土壤水分状况较差。流动沙地和半固定沙地10~30cm深土壤水分状况好于30~100cm深土壤,而固定沙地土壤水分状况则相反。研究结果可为半干旱区沙化土地近自然植被恢复与固沙植被稳定性维持提供科学依据。

不同生态修复草种对土壤水分蒸散的影响

以紫花苜蓿、结缕草、青绿苔草和无芒雀麦为试材,通过人工草地建植对退化植被进行生态修复,实时监测植被NDVI指数、根系体积、土壤含水量及水分蒸散动态变化,研究不同草种植被覆盖效果及其对土壤蒸散特征的影响,揭示植被土壤水分吸收的主要作用机理,以期为我国北方地区适宜生态修复草种选择提供参考依据。结果表明:4种生态修复草种均可快速增加植被生物量,减少非生长季土壤水分蒸散,但生长季植被生物量增加,土壤水分吸收增强,土壤蒸散明显增加,且不同草地月蒸散量峰值排序为青绿苔草(112.65 mm)>结缕草(107.42 mm)>紫花苜蓿(98.19 mm)>无芒雀麦(86.69 mm)。另外,植被根系分布及其体积变化是土壤水分吸收的关键,根系体积越大,分布越集中,土壤水分吸收能力越强,其中,青绿苔草与结缕草土壤水分吸收的主要区域在0~20 cm土层,紫花苜蓿与无芒雀麦在20~40 cm土层。综上所述,由于生长季植被增加土壤水分蒸散,建议北方干旱缺水地区生态修复过程中尽量选择水土保持能力强但水分消耗相对较少的植物种类,就供试植物优先选择无芒雀麦,其次是紫花苜蓿。

几种评价植物水分调节策略的方法对比——以毛白杨为例

【目的】探究不同植物水分调节策略评价结果的差异,明确最佳的植物水分调节策略评价方法,为精准评价植物水分调节策略提供方法学参考,也为深入了解速生树种在水分亏缺立地下生长的生理机制提供理论依据。【方法】以毛白杨为试验材料,在不同土壤水分条件下(充分滴灌、不灌溉)和不同季节间(旱季、雨季)比较4种不同定量评价植物水分调节策略的方法并分析其适用性。【结果】1)不同土壤水分不同季节条件下,水力学面积与日最大叶片水势差法对毛白杨水分调节策略的评价结果相同,均为不灌溉处理相较于灌溉处理更偏等水调节,旱季相较于雨季更偏等水调节策略,符合本研究所提出的“一致性”与“相同性”水分调节策略评价原则。2)利用叶片正午水势与水汽压亏缺间关系斜率法(K_(ΨMD-VPD))来评价植物水分调节策略时,不同季节与不同灌溉处理间所得出的水分调节策略结果不一致。3)用黎明前-正午叶水势间关系斜率法(K_(ΨPD-ΨMD))评价毛白杨水分调节策略时,不灌溉处理下不同季节间评价结果与其他方法一致,灌溉处理下季节间评价结果与其他方法相反。因此,K_(ΨMD-VPD)与K_(ΨPD-ΨMD)法均不满足上述提出的两点性原则。【结论】水力学面积法与叶片水势差法对毛白杨水分调节策略的评价结果较为准确,是理想的毛白杨水分调节策略的评价方法,K_(ΨPD-ΨMD)法K_(ΨMD-VPD)法不适用于评价毛白杨水分调节策略。

微膨胀泥岩地基原位水分入渗响应特征试验研究

红层泥岩的膨胀性和水敏性对地区公路、高铁的建设和工后变形控制构成了长期潜在威胁。为此,依托甘肃兰州一红层泥岩路堑段,开展了微膨胀泥岩地基原位水分入渗响应特征试验,分析泥岩地基膨胀变形量、膨胀力和体积含水率时空演化规律,并讨论了室内试验和原位试验的差异性。研究结果表明:红层泥岩地基水分入渗形式包括裂隙流和孔隙流,水分场具有明显的时空分布不均匀性,岩体裂隙对渗流、膨胀具有促进作用。入渗过程中泥岩吸水膨胀具有显著的时效性,原位地基膨胀量和膨胀力均经历骤增、减速增长和缓慢增长阶段,并未能达到收敛,浸润峰后泥岩表面逐渐软化甚至泥化,会导致地基承载力下降。室内试验对原位泥岩的水分入渗响应特征反映有限。

鄱阳湖典型洲滩湿地植物水碳稳定同位素与内在水分利用效率变化特征

在极端水文事件频发和人类活动影响加剧的背景下,鄱阳湖水文情势的异常变动给洲滩湿地植物带来了一系列影响。为进一步了解鄱阳湖湿地植物水分利用来源和内在水分利用效率(iWUE)的季节变化规律,揭示优势植物在生长过程中对不同水分变化的适应策略,于2020年12月-2021年5月在鄱阳湖国家级自然保护区蚌湖和修河之间的典型洲滩湿地上设置监测断面,对灰化苔草(Carex cinerascens)、南荻(Triarrhena lutarioriparia)植物样品及其潜在水源样品进行系统采集,测定并分析了水、碳稳定同位素的动态变化特征和指示意义。结果表明,典型洲滩湿地苔草和南荻植物茎水的氢、氧稳定同位素组成没有表现出明显差异,从冬季至春季,植物茎水的δ^(18)O值总体上均呈现波动富集的变化趋势。苔草在春季生长期iWUE没有表现出明显变化,而南荻在萌发时期iWUE最低,之后的生长期iWUE具有显著的增长趋势。在各潜在水源当中,植物茎水的同位素组成与土层中的重力水最为相近,其次为与根系分布联系密切的土壤水。在春季降水频繁时,来源于降水且埋深较浅的重力水可能是植物利用的主要水源,而在枯水期重力水埋深较深时,植物采取降水和土壤水的混合利用模式应对水分胁迫。植物叶片有机质的δ^(18)O值分析发现,苔草在萌发生长期i WUE的变化与光合作用能力相关的因素有关,南荻iWUE的变化主要受气孔导度变化的影响。

裂隙影响下的微润灌水分运移和分布规律

为研究裂隙发育对微润灌水分运移和分布特征的影响规律,进行了室内土箱水分入渗试验.通过人造裂隙方式,设置不同裂隙间距(6,8 cm)和裂隙深度(5,10,15 cm)处理,同时以无裂隙处理(CK)为对照,测定了入渗过程中入渗量变化、湿润体形态演变和入渗结束时水分分布特征.结果表明:裂隙对微润灌水分入渗速率基本无影响,各处理之间累积入渗量随入渗时间变化趋势接近,最终累积入渗量差异不显著.裂隙改变湿润体形态演变和水分分布特征,湿润锋到达裂隙区域后,在裂隙毛管阻隔效应影响下,水分水平运动受到抑制,向上运动得到加强,最终导致湿润体上部呈近似矩形、下部呈近似椭圆,剖面水分分布呈指状特征.裂隙深度对湿润体规则度、湿润锋向上运移距离和灌后水分分布均匀度影响显著,而裂隙间距对其影响不显著.相比CK,裂隙深度15 cm时湿润体分散度约增加了34.5%,湿润锋最终向上运移距离约增加了12.9%,水分分布均匀度约降低27.5%.综合考虑,在微润灌实际应用过程中应控制田间裂隙深度发育,以降低其不利影响.

不同果实生长期亏缺灌溉对渭北苹果生长、品质及水分利用效率的影响

【目的】探索节水、控水方式调控苹果水分高效利用效率的机制,优化渭北苹果主产区节水、丰产和增收的管理方式。【方法】以陕西省咸阳市乾县铁佛镇果友协会试验站8年生‘烟富3号/T337’苹果树为试材,设置充分灌溉(灌溉后土壤相对含水量为75%)和轻度亏缺灌溉(灌溉后土壤相对含水量为50%)2个灌水量水平,组成果实生长期和膨大期均充分灌溉(CK)、果实生长期和膨大期均轻度亏缺灌溉(W1)、果实生长期轻度亏缺灌溉和膨大期充分灌溉(W2)及果实生长期充分灌溉和膨大期轻度亏缺灌溉(W3)4个灌溉模式处理,测定春梢生长指标、果实品质指标和果实产量指标,计算水分利用效率、灌溉水利用效率、果实综合评价满意度,以明确最佳的亏缺灌溉方式。【结果】(1)苹果新梢长度及叶片叶绿素相对含量(SPAD)在各处理间无显著性差异,而其春梢直径在各处理下显著降低。(2)与CK相比,单果质量在W1处理下显著降低了10.3%,果实可滴定酸含量在W2处理下显著降低14.7%,果形指数和可溶性固形物含量在3种水分亏缺灌溉处理下均无显著变化。(3)W1处理能显著提高果皮黄色值b*,W2处理能显著提高果皮色泽饱和度C*,而各亏缺灌溉处理对果皮亮度值L*和红绿值a*均无显著影响。(4)与CK相比,果实产量在各亏缺灌溉处理下降低13.4%~24.7%,但仅W1处理降幅达显著水平;果树灌溉水利用效率在各亏缺灌溉处理均不同程度提高,但仅W1处理显著提高了38.0%;果树耗水量和水分利用效率在各亏缺灌溉处理下无显著性差异。(4)果实综合评价满意度表现为W2>CK>W3(W1)。【结论】陕西渭北地区苹果在生长期轻度亏缺灌溉和膨大期充分灌溉(W2)模式下果实的综合评价满意度最高,果实产量、单果重无显著变化,而果实品质较优,果树水分利用效率较高。

不同水分调控对沿黄灌区向日葵水分利用影响研究

为探究达拉特旗黄河南岸灌区向日葵根系吸水来源及其利用策略,通过测定达拉特旗黄河南岸灌区向日葵木质部水及其各种潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢氧同位素组成(δD和δ18O),利用直接对比法和MixSIAR模型研究对比不同灌溉制度下向日葵不同生育期水分来源及各水源利用差异。结果表明,向日葵在苗期、拔节期、灌浆期和成熟期的吸水深度分别在0~30、0~50、0~70和30~90 cm土层。不同灌溉量下,向日葵的主要吸水层具有一定的差异。0~10、10~30、30~50、50~70、70~90 cm深度土壤水和地下水对向日葵平均贡献比例分别为22.17%、17.99%、18.74%、14.68%、15.97%和10.45%。通过相关性分析,50 cm以下土层水分贡献对产量提高有利,0~10 cm土壤水、30~50 cm土壤水和地下水利用对灌溉水利用效率具有正相关关系。设置灌溉定额为187.5 mm时能显著提高产量,灌溉定额为100 mm时,能显著提升灌溉水利用效率。