土壤水分盐分空间变异性与合理采样数研究

就河套灌区土壤盐碱化监测系统进行了两种空间尺度(h=100m,h=25m)不同取样土层的水分、盐分空间变异性进行研究,发现在观测的两种尺度下以间隔20cm取样,取样土层的水分、盐分变异规律并不相同,盐分变异强度大于水分。同时,采样空间尺度与变异性的相关分析表明,土壤空间变异性与采样点数目和采样尺度密切相关。因而,认为在土壤(水盐)监测中采样布设应建立在统计特性和空间结构性的基础上。

土壤水力特性异质性对土壤排水影响的瞬态随机分析

土壤剖面水分入渗及再分布对生态和水文建模十分重要,而土壤异质性导致垂向的导水率值差异非常大。因此,该文假设在单位梯度下,用微扰法和运动波模型并结合随机分析研究一维瞬态土壤剖面排水的问题。采用Brooks-Corey模型,设饱和导水率和模型参数为随机变量。结果表明:1)饱和导水率方差增大对排水过程具有减缓的作用,有效饱和导水率较小;2)土壤导水率异质性越大,土壤蓄水能力越强;3)比较模型参数的波动与饱和导水率方差和模型参数的协方差,饱和导水率方差对排水影响更大;4)田间排水试验的结论与模型预测相一致。研究可为以长期自我维持的生态系统和高田间持水量为目标的土壤复垦提供依据。

利用热脉冲技术测量土壤表层含水率

准确测定表层土壤水分对陆地-大气间水热交换研究具有重要意义。由于对土壤结构影响轻微,热脉冲技术在原位监测含水率方面具有较大优越性,但目前田间应用集中在5 cm以下土层。该研究利用多针热脉冲传感器测定土壤容积热容量,然后基于热脉冲含水率法和热脉冲含水率变化法分别得到了3、9、21和39 mm的土壤含水率。结果表明,与烘干法含水率比较,热脉冲含水率变化法含水率在4个深度的均方根误差分别为0.022、0.006、0.004和0.006 m3/m3,均小于相应深度上热脉冲含水率法含水率的均方根误差。另外,热脉冲含水率变化法也降低了4个热脉冲传感器测定含水率的变异性。因此,热脉冲技术能够监测表层的土壤水分动态,表层土壤含水率的均方根误差在0.022 m3/m3以内。

黄淮海冲积平原区土壤有机质时空变异特征

通过分析 1 2 4个样点 1 980年和 2 0 0 0年耕层土壤的有机质含量 ,研究了黄淮海冲积平原区河北省曲周县土壤有机质的时空变异特征。研究结果表明 ,该县目前土壤有机质含量平均为 1 2 .89g/kg,与 1 980年相比较增加了 4.1 1 g/kg,年均增加 0 .2 1 g/kg。但因各农户施用有机肥量的不同和管理水平的差异 ,占全县耕地面积 6%的土壤有机质含量不升反降。县内各区域有机质的增长趋势为西南部和东南部高于中部和北部。潮土、盐土和褐土 2 0 0 0年有机质含量分别比 1 980年增加 45 .5 1 %、82 .48%和 68.5 7%。

不同温度下的土壤热导率模拟

土壤热导率是研究陆地表层水热盐耦合运动的基本物理参数。由于水汽潜热传热在高温下的显著作用,高温下的土壤热导率显著高于常温值。该研究的目的是建立能够有效预测高温下土壤热导率的模型。在气体扩散定律的基础上,该文结合常温土壤热导率模型,提出了一个计算高温土壤热导率的新方法。并利用热脉冲技术实际测定了不同温度、不同含水率下的土壤热导率,对新模型进行了测试验证。结果表明,Cass等的水汽运移促进因子参数依赖于土壤质地,且存在较大的不确定性。经过对该参数修正后,建立的热导率模型均能够较好地模拟出高温下的土壤热导率。

土壤薄片中石英颗粒分布的分形特征

土壤中石英颗粒的粒度分布对揭示母质来源和模拟土壤结构等具有重要意义。本文根据石英的光学性质,利用数字图像处理技术提取土壤薄片中的石英颗粒信息,并应用分形维数来表征土壤薄片中石英颗粒的分布特征。采集免耕和翻耕处理下土壤样品并制作成土壤薄片,利用偏光显微镜和数字图像处理技术提取土壤薄片中石英颗粒,应用Sigma ScanPro5软件统计了石英颗粒的数量、大小和形状等信息,研究土壤薄片中石英颗粒的数量分形特征;并分析了其同石英颗粒数量、面积和平均半径等的关系。结果表明石英颗粒的数量分布具有明显的分形特征,分形维数在1.60～2.18之间,分形维数同薄片中石英颗粒的总面积和平均半径呈负相关。免耕处理下表层土壤石英颗粒的数量分形维数高于底层,而翻耕处理下则呈相反的趋势。免耕和翻耕措施下土壤薄片中石英颗粒的数量分形维数在0～5和10～15cm层次之间没有显著差异,但是在20～25cm层次,翻耕处理分形维数高于免耕处理,说明耕作措施会加速土壤矿物质的风化和破碎并改变石英颗粒在土壤剖面中的分布。

冻融作用对犁底层土壤物理性状的影响

在实验室对北京壤质粘土犁底层原状土柱进行模拟冻融处理，观测冻融对其容重，孔隙度，导水率的影响，研究结果表明，冻融处理后犁底层容重降低3．5％～9．3％，孔隙度增大6．1％～16．3％，饱和导水率提高1．4～7．7倍。冻融土容重变化与冻土温度和土壤含水率的关系密切。

探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特性的影响

在利用热脉冲方法测定热特性时，通常对探针形状做理想化处理，即假设探针为线性热源，热导率无限大而热容量为零。在实际应用中，探针本身的有限特性（有限半径以及有限热容量）会导致热特性测定误差。为了研究探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特性的影响，该研究采用改进的热脉冲探针（直径2mm、长度40mm、间距8mm）测定土壤热特性，并分别使用PILS（pulsed infinite line source，无限长线性脉冲热源）和ICPC（identical cylindrical perfect conductors，近似圆柱形完美导体）2种理论估计土壤热特性，比较分析了探针有限特性对热脉冲技术测定热特性结果的影响。结果表明：1）与PILS理论相比，利用ICPC理论拟合得到的温度升高曲线，可以有效减少探针有限半径和热容量对土壤热特性测定结果的影响。与ICPC理论相比，在0.03～0.25m3/m3的含水率范围内，用PILS理论得到的砂土热扩散率和热导率分别偏低11.8%和5.2%；与模拟热容量相比，PILS和ICPC理论分别将热容量高估16.1%和7.9%；2）探针有限特性对土壤热特性的影响与含水率有关：在干土上最大；随着土壤含水率的增加，其影响逐渐降低。该研究对提高热脉冲技术测定土壤热特性的准确性具有指导意义。

土壤脱水过程中NaCl胁迫对羊草水分利用效率的影响

通过室内模拟实验研究了土壤脱水过程中NaCl胁迫对羊草生长和水分利用的影响。结果表明,在土壤脱水过程中,羊草株高、根长、干物质积累量、相对生长率(RGR)和蒸散量随盐度增加显著降低。羊草生长的临界土壤溶液NaCl浓度为253mmol/L,临界土壤含盐量为0.60%。在低盐处理(NaCl25～225mmol/L,总盐0.17～0.53%)时,增加盐度,水分利用效率(WUEET)、钾钠吸收选择性和运输选择性有显著提高;而在高盐(NaCl275～325mmol/L,0.63～0.73%)条件下,随盐度的增加,水分利用效率(WUEET)、钾钠吸收选择性和运输选择性降低。

冻融作用对犁底层土壤物理性状的影响

在实验室对北京壤质粘土犁底层原状土柱进行模拟冻融处理,观测冻融对其容重、孔隙度、导水率的影响.研究结果表明,冻融处理后犁底层容重降低3.5%～9.3%,孔隙度增大6.1%～16.3%,饱和导水率提高1.4～7.7倍.冻融土容重变化与冻土温度和土壤含水率的关系密切.

黄淮海平原土壤盐渍化状况的数值分类

本文通过ＧＰＳ定位的网格取样和Ｑ型聚类等方法，研究了整个黄淮海平原土壤盐分的剖面特征与水平分布．结果表明：根据黄淮海平原土壤盐分的剖面构型，可将整个黄淮海平原的剖面特征分为４大类，即表聚型、 底聚型、中聚型和平衡型．从其占聚类剖面的数量而言，它们分别占总聚类剖面数的约３０％、５％、１３％和５２％．黄淮海平原各种土壤盐分剖面类型都具有明显的空间集聚性，其中表聚性剖面主要分布在徐淮及滨海地区，底聚剖面主要分布在原来盐渍化严重的豫东黄泛平原，中聚剖面主要分布在黑龙港下游地区．其它为平衡型剖面．这类剖面根据其特点，可分为山前平原土壤盐分淋溶区、鲁西南土壤盐分通体积聚区和浅层咸水影响下的土壤盐分平衡区．整个黄淮海平原土壤剖面中脱盐与积盐比例约为２∶１．所以土壤盐分以脱盐为主．

近20年间黄淮海平原典型区盐渍土性质的对比分析

２０００年通过随机选取１９８０年的８８个盐渍土样点中的３３个样点进行对比调查，研究黄淮海冲积平原区曲周县盐渍土壤的全盐量、ｐＨ、有机质、全氮和有效养分的动态变化以及地下水埋深的变动趋势．结果表明，该县耕地盐渍化和脱盐化作用皆存在，原非盐渍土有盐渍化趋势，轻度盐化土有盐渍化加重的趋势，中度、重度盐化上和内陆盐上则经长期改良治理后脱盐化趋势明显．该区盐渍土有机质、全氮和碱解氮含量均有明显提高，有效磷含量有增有减，有效钾含量则明显降低．对区域土壤盐渍化与脱盐化作用影响较大的地下水位明显降低．