季节性冻融期灌水对土壤温度与冻融特性的影响

通过季节性冻融期裸地、地膜覆膜地和秸秆覆盖地的田间系列灌水试验,研究了冻融期不同阶段灌水对土壤温度及冻融特性的影响。试验表明:不论何种地表条件,入冬后冻结期较早的灌水地块耕作层土壤温度在整个冻融期处于较低值。消融期,灌水对裸地和地膜覆盖地耕作层土壤温度的影响较小,灌水加速了地表冻层的融化;秸秆覆盖地灌水后土壤温度较低且变幅较小,秸秆覆盖不利于土壤的消融解冻。5 cm土壤累积负温快速增加阶段灌水对于降低土壤最大冻结深度影响非常明显。

冻融期秸秆覆盖量对土壤剖面水热时空变化的影响

为了揭示季节性冻融期秸秆覆盖量对土壤剖面水热时空变化的影响,分析对比了裸地和5种不同玉米秸秆覆盖厚度（5、10、15、20和30 cm）地块的土壤剖面含水率和土壤温度等值线变化特征,采用数理统计分析方法对土壤剖面水热变化进行了统计学分析。结果表明：在季节性冻融期,裸地最大冻结深度为52 cm,土壤剖面水热变化较为剧烈,0~40 cm属于水热变化活跃层,覆盖厚度为5和10 cm时的土壤剖面水热变化活跃层分别为0~20和0~10 cm。秸秆覆盖厚度为15 cm时可平抑土壤剖面水热的变化,并能达到良好的保温效果。秸秆覆盖厚度为5 cm时,在土壤冻融作用和秸秆覆盖的双重效应下,耕作层土壤水分较其他地块高,储水保墒效果显著。当秸秆覆盖厚度大于15 cm时,土壤保墒保温效果不随秸秆覆盖量的增加而增强。从预防冻害和蓄水保墒角度出发,最佳秸秆覆盖厚度为10~15 cm。研究成果对于季节性冻土地区冬春季节农田秸秆覆盖的科学实施具有重要的指导意义。

季节性冻融期不同地表覆盖对土壤温度时空变化的影响

为了揭示季节性冻融期地表覆盖对土壤温度时空变化的影响,分别设置了裸地(LD)、秸秆覆盖(JG)和地膜覆盖(DM)3种处理,运用数理统计学法和灰色关联度法对冻融过程不同深度的土壤温度随时间的变化进行了统计分析。结果表明:地膜覆盖对土层具有显著的增温效应;秸秆覆盖对土壤温度的影响在不同的冻融阶段有所差异:冻结阶段,秸秆覆盖减少了土壤热量的散失,对土层具有增温作用;融化阶段,秸秆覆盖减弱了地气间的热交换,抑制了土层温度的增加。地膜和秸秆覆盖可以平抑土壤剖面地温的变幅。在整个冻融期,两种覆盖处理均对地温产生影响,0~20 cm对地温的影响较大,20~90 cm地温随土壤深度的加深,土壤温度的波动幅度逐渐减小。研究成果对于季节性冻土区地表覆盖措施的选取提供依据。

季节性冻融期灌溉水量对土壤温度时空变化的影响

以位于山西省晋中盆地的农科院试验田为基地,运用灰色关联度和spss软件对2013-2014年季节性冻融期不同灌水量下土壤温度的时空变化规律进行了统计分析。结果表明：灌水量对土壤的冻融过程存在一定影响,有明显的增温效应,但在不同的冻融阶段有所差异：缓慢冻结阶段,灌水量高的地块土壤降温速度慢;快速冻结和拟稳定冻结阶段,20～50cm范围内土壤温度随着灌水量的增加而增加,呈现显著的正相关性;融化阶段中后期,不同灌水定额下土壤温度随时间线性增加,增温速率几乎相同。同一冻融阶段剖面地温随深度的变化规律为：土壤温度在10cm内出现极小值,当土壤深度大于30cm时,土壤温度与深度的线性相关性随着灌水量的增加而增加,同一时间剖面地温的增减速率随灌水量的增加而减少。

北疆地表覆盖对耕作层土壤冻融期温度影响的试验研究

为了揭示北疆季节性冻融期不同地表覆盖对土壤温度时空变异的影响,采用测坑试验方法,分析裸地对照和秸秆覆盖、活性炭覆盖、地膜覆盖3种不同地表覆盖下冻融期土壤温度变化规律,结果表明:气温对10cm土层温度影响较大,随土壤深度增加,气温的影响力呈递减趋势;在季节性冻融期,地膜覆盖、活性炭覆盖和秸秆覆盖相比裸地均有增温效应,但是秸秆覆盖和活性炭覆盖的增温效应大于地膜覆盖,且10~40cm土层土壤温度变幅远小于地膜覆盖和裸地,对调节耕作层土壤温度具有良好效果。研究结果对调节季节性冻土土壤温度变化,指导春播具有重要意义。

秋灌对冻融期土壤水盐热时空变化规律影响及灌水效果评价

为探究河套灌区秋灌条件下冻融期土壤水盐热变化规律及其灌水效果,采用田间试验的方法,对秋灌前至土壤冻融结束期间温度变化下水盐运移规律及玉米播种前的土壤水盐热条件进行了研究分析。结果表明：冻融期各层土壤温度在各时段具有相同的变化趋势,土壤温度的变化直接影响到水盐的运移过程;冻结期在温度梯度作用下非冻结区水分向冻结区运移使得冻结区土壤含水率增加,平均增幅4.02%～18.18%;进入消融期后上层土壤出现返浆现象,0～10 cm土壤含水率平均较冻结期增加11.54%～111.15%;随着温度的升高,在水势梯度的作用下盐随水向表层运移出现春季返盐现象;秋灌后土壤盐分被淋洗到作物根系层以下,但还存在于田间,所以冻结期随着水分的上移,根系层以下盐分又被带到上层土壤中,各土层含盐量平均增幅11.19%～50.19%;消融结束后下层土壤由于消融水下渗,盐分随之向下运移,20～100 cm土层含盐量平均降幅15.71%～44.95%,呈现脱盐趋势。研究表明秋灌灌水定额为1 500 m^3·hm^-2播前土壤水、盐、热状况较适宜于灌区玉米覆膜沟灌种植模式。

冬灌条件下季节性冻融期农田土壤可培养微生物数量变化及其影响因素

为揭示新疆石河子季节性冻融期不同冬灌定额对农田土壤可培养微生物(细菌、霉菌)数量的影响规律,2021—2022年通过田间微区试验,设置了45、90、135、180mm不同的冬灌定额和不灌水对照处理,对比分析了整个冻融期农田土壤细菌、霉菌数量变化及其影响因素。结果表明:冻结初期,细菌数量与土壤含水量和灌水量呈显著负相关(P<0.05);霉菌数量与土壤pH呈显著负相关(P<0.05);稳定冻结期,细菌数量与土壤平均温度呈显著正相关(P<0.05),与灌水量和土壤含水量呈显著负相关(P<0.05),而霉菌数量与土壤水、热、盐呈弱相关;融化期,细菌和霉菌数量与土壤含水量呈极显著负相关(P<0.01),霉菌数量与土壤平均温度呈显著正相关(P<0.05)。整个季节性冻融期细菌相比霉菌数量较多,细菌在土壤中扮演主要角色,而充足的降雪使冬灌定额对细菌和霉菌的数量影响不明显。

冻融期不同时间灌水对土壤水热影响的试验研究

为了揭示冻融期不同时间灌水对土壤水分运移和温度分布的影响,设置了未灌水裸地L0和冻融期7个不同时间灌水地块(即L1、L2、L3、L4、L5、L6和L7,灌水1次,灌水量225 m^(3)/hm^(2)),跟踪监测冻融期不同地块土壤剖面温度和土壤含水率。结果表明:灌水对0~20 cm的土壤含水率和温度影响显著,不稳定冻结阶段初灌水对整个冻融期的土壤温度具有明显的降温效应,较L0降低2~4℃;当地表冻层形成并稳定时,灌水对土壤温度具有一定的增温效应,较L0提高1~2℃。冻融期较早的灌水对土壤剖面0~60 cm的储水效果较好,不稳定冻结初期灌水2~10 cm的土壤含水率L1较L0提高69.0%;稳定冻结阶段灌水对0~25 cm土壤平均含水率提高44.5%,消融解冻阶段灌水0~40 cm土壤平均含水率较L0提高19.0%~34.0%。稳定冻结阶段灌水具有较为积极的水热效应。

季节性冻融期SWAP和SHAW模型土壤水热运移模拟效果评价

基于不同模型研究季节性冻融期土壤水热运移规律,对干旱半干旱地区水资源高效利用的定量化评价具有重要意义。分别运用SWAP和SHAW模型对季节性冻融期土壤水分、温度和蒸发量进行了模拟,并对模拟效果加以评价。模拟结果表明:对于整个冻融期而言,利用SHAW模型模拟的土壤含水量的NRMSE基本保持在30%以内,RMSE均在0.09 cm^(3)/cm^(3)以下,利用SWAP模型模拟的土壤含水量的NRMSE基本保持在35%以内,RMSE均在0.13 cm^(3)/cm^(3)以下;利用SHAW模型模拟20 cm以下土层温度的NRMSE均保持在30%以内,RMSE均在0.94℃以下,利用SWAP模型模拟的土壤温度基本可以反映实测值的变化趋势;在模拟土壤累积蒸发量方面,相比SWAP模型,SHAW模型的模拟值更接近实测值。总体而言,在干旱半干旱地区对于季节性冻融期,SHAW模型对土壤水热运移的模拟效果均较为理想,SWAP模型对土壤水分运移模拟较好,但对土壤温度模拟相对较差。对于土壤累积蒸发量的模拟效果,两个模型均不十分理想,有待进一步改进。

不同冻融阶段灌水对土壤蒸发影响的模拟研究

【目的】研究不同冻融阶段灌水对土壤蒸发的影响。【方法】冻融期进行了未灌水裸地L0和7个不同时间灌水处理(即L1(20041130)、L2(20041214)、L3(20041227)、L4(20050106)、L5(20050216)、L6(20050225)和L7(20050315),灌水1次,灌水量225 m3/hm2)的田间土壤水热监测,运用水热耦合模型(SHAW)模拟计算了土壤蒸发。【结果】冻融期灌水处理的土壤累积蒸发量比未灌水处理增加24.0%~150.0%,不稳定冻结阶段灌水促进土壤蒸发,与未灌水处理相比土壤累积蒸发量增加22.4%~27.0%;稳定冻结阶段灌水对土壤蒸发的影响较弱,L3处理和L4处理土壤累积蒸发量最少,较其他灌水处理低3.8%~67.1%;消融解冻阶段灌水处理L6处理的土壤蒸发量最高,较其他处理高55.3%~97.1%。【结论】不稳定冻结阶段和消融解冻阶段灌水后土壤蒸发能力较强,不利于水分在土壤中蓄存;稳定冻结阶段灌水后对3 d内的土壤蒸发影响较弱;冻融期灌水后土壤累积蒸发量约为灌水量的8.6%~9.3%。

冻融期蓄水坑灌灌水量对土壤温度时空变化的影响

为揭示蓄水坑灌不同灌水量对冬季土壤剖面温度分布的影响,采用HZR-8T温度传感器,对田间土壤剖面不同垂向和径向位置处的温度进行连续观测。结果表明,随着灌水量的增加,冻深减小,稳定冻结期缩短;土壤温度随时间的推移呈先降后升的趋势,温度变幅随着土深和灌水量的增加而趋于平缓;表层土壤在冻结阶段土温随灌水量的增加而升高,消融解冻阶段则相反;土壤剖面温度分布特征垂向上随土深增加而升高,径向上随坑壁距离的增加先升后降;冻结阶段坑壁位置低温范围随灌水量的增加而缩小,消融解冻阶段40 cm以下土层高温范围随灌水量的增加而缩小。

冻融期黄河堤岸土体温湿度变化特征及影响因素研究

冻融侵蚀破坏是造成季节性冻土区河流堤岸坍塌的重要原因,严重威胁堤岸的安全。通过对2019-2020年冬季冻融期黄河(内蒙古段)什四份子弯道堤岸土体温度与湿度的监测,分析冻融期各阶段不同深度土体温湿度随时间的分布特征和变化规律,讨论影响土体温湿度变化的关键因素。结果表明:冻融期堤岸土体温度变化随时间呈"先降后升、冻慢融快"的特点,温度日变化率逐渐减小,冻结初期土体温度呈日周期性变化。冻土层土体湿度在冻结初期下降,冻结稳定期上升,融化期趋于稳定,且冻结初期和冻结稳定期土体湿度也呈日周期性变化,沿深度方向,80cm深处土体湿度最大,并沿上下逐渐减小。冻融期土体温度主要受累积负温绝对值影响,二者呈显著的二次曲线关系,深度越深显著性越大。沿深度方向土体湿度的分布主要取决于土体颗粒粒径与土体密度。温度与湿度二者呈负相关,以80cm深度为界,80cm以上土层温湿度相关性随深度增加而减小,80cm以下土体温湿度相关性随深度增加而增加。