黄土高原小流域水力侵蚀模拟试验设计与验证

针对目前黄土高原小流域室内物理模拟试验结论不能很好地定量推广到野外实际流域开发工作中去的问题,该文基于降雨、径流及入渗的水动力学原理,利用相似论较完整地给出了一套可对黄土高原小流域降雨径流进行模拟试验研究的一种设计方法和模拟试验技术。验证结果表明,在正态条件下,满足几何相似、降雨相似、水力侵蚀产沙、输沙相似及床面变形相似等条件下所建造的黄土高原延安燕沟康家圪崂小流域模型,采用几何比尺为100时,其降雨、汇流、产沙、输沙是基本符合实际情况的,可以作为该流域治理水土流失、优化治理方案,寻求水土资源高效利用措施的工具。

节水农业中作物水分管理基本理论问题的探讨

本文分析了玉米、小麦生育期内光合速率的变化规律，论述了土壤水分亏缺对光合作用的影响，建立了水分亏缺对光合作用影响的定量评价指标，探讨了作物光合作用与水分散失的关系及作物水分利用效率的变化规律，据此论述了节水农业中的作物水分管理问题．

小麦/玉米套作田棵间土壤蒸发的数学模拟

为了探明小麦/玉米套作条件下棵间土壤蒸发规律及内在机制,该文将Ritchie模型和间套作群体光能传输模型结合起来模拟了小麦/玉米套作田的棵间土壤蒸发,并用2012年和2013年微型蒸渗仪的实测值对该方法进行了验证。结果表明,2 a模拟值和实测值的变化趋势都非常一致。与实测蒸发相比,该文所建模型2012年模拟结果的均方根误差为0.447 mm/d,平均绝对误差为0.331 mm/d,分别比原Ritchie模型降低16.8%和20.8%。在实测数据的88 d,累计实测蒸发量为107.2 mm,而模型的模拟值为100.5 mm,仅低估实测值6.7%。在2013年实测数据的68 d,累计实测蒸发量为83.1 mm,而模型的模拟值为73.7 mm,低估11.3%。模拟值与实测值的均方根误差和平均绝对误差分别为0.465和0.333 mm/d,略大于2012年。套作群体根系层水量平衡分析结果表明,小麦/玉米套作系统整个生育期土壤蒸发占总蒸发蒸腾的比例高达41.1%,故有必要在该套作农田实施秸秆覆盖等农艺措施,以减少棵间土壤蒸发,提高土壤水分的利用效率。该研究成果可为小麦套作种植模式下田间水分管理提供依据。

黄土丘陵区小流域土壤入渗速率空间变异性

本文选择黄土丘陵沟壑区的安塞县纸坊沟小流域 ,利用小型人工模拟降雨入渗试验装置 ,在全流域按照土地利用方式和地形地貌进行了多点实测土壤入渗速度 ,根据实测结果将土壤入渗速率分为 4级 .试验结果表明纸坊沟流域土壤入渗速率具有明显的坡面垂直变异规律 ,随着坡度的增加 ,土壤稳渗率减少 ;阴坡土壤稳渗率高于阳坡 ,但其初渗率小于阳坡 ;坡位对稳渗率的影响表现为 :由坡上部到坡下部稳渗率逐渐提高 .土地利用方式不同 ,土壤稳渗率也存在较大差异 ,通过实测 6种土地利用方式刺槐林、沟垄耕作糜子地、普通耕作糜子地、坝地南瓜地、小麦地及撂荒地土壤入渗速率 ,发现刺槐林地土壤入渗速率衰减最慢 ,其次为沟垄耕作糜子地 ,最后为陡坡撂荒地 .

埋深与压力对微润灌湿润体水分运移的影响

为探明微润灌土壤湿润体特性，设置5个不同埋深，6个不同压力水头，通过室内土箱试验研究了微润灌土壤水分运动规律。结果表明：压力水头是决定微润灌流量的重要因素；微润带埋深显著影响土壤湿润体的形状，湿润锋水平运移距离与宽深比γ均随埋深的增大而减小，垂直运移距离随埋深的增大而略微增大；土壤累计入渗量与埋深呈负相关关系；累计入渗量随灌水时间的变化过程符合Kostiakov人渗模型，建立了不同埋深累计入渗量预测模型，并用实测值进行了验证，实测值与预测值具有较高的相关性；土壤湿润均匀系数与埋深呈正相关，粘壤土微润灌最适埋深为15—20cm。

水资源承载力研究现状与发展趋势分析

对水资源承载力概念与特征、水资源承载力评价指标体系以及评价方法等方面的最新研究成果进行了全面分析和总结,提出了目前水资源承载力研究中亟待解决的一些问题,并展望了水资源承载力研究发展趋势。

残膜对土壤水分入渗和蒸发的影响及不确定性分析

为探究残膜对土壤水分入渗和蒸发过程的影响规律,通过室内土柱试验,设置6个残膜量水平（0、80、160、320、640和1 280 kg/hm2）,研究了残膜对湿润锋运移、土壤水分分布、累积入渗量和累积蒸发量及其不确定性的影响。结果表明：随残膜量增加,湿润锋垂直运移速率和累积入渗量逐渐减小;残膜量〉80 kg/hm2时,湿润锋运移速率大幅下降;累积蒸发量随残膜量增加而递减而蒸发系数呈递增趋势,土壤保水能力减弱;随残膜量增加,0-10和20-45 cm含水率呈降低趋势,而土壤水分的变异系数呈增加趋势,残膜加剧了土壤水分垂直分布的变异性,残膜量〉320 kg/hm2的处理会出现表土层＂板结＂现象;基于Gibbs抽样算法分析表明,Kostiakov入渗模型和Rose蒸发模型各参数的95%后验置信区间上下限的差值和标准差均随残膜量增加而增大,累积入渗量和累积蒸发量的95%后验置信区间面积呈增大趋势,土壤累积入渗量和累积蒸发量的不确定性随残膜增多而增强。该研究可探明残膜污染区的土壤水分运动规律,并为提高Kostiakov模型、Rose模型的模拟效率和模拟精度提供参考。

膜下滴灌水盐运移影响因素研究

通过室内盐碱土入渗模拟试验 ,探求了膜下滴灌滴头流量、灌水量、土壤初始含水量、土壤初始含盐量等因素对土壤水盐运移的影响。研究结果表明 :滴头流量的增加 ,地表积水范围增大 ,湿润体垂直距离减小 ,滴头附近的含水量增加 ,不利于作物正常生长的淡化区的形成 ;灌水量的增加使得湿润体的范围增加 ,同时有利于作物正常生长的淡化区的形成 ;土壤初始含水量增加 ,湿润体范围增大 ,滴头附近的含水量增加 ,但不利于作物正常生长的淡化区的形成和超过作物耐盐度的淡化区的发展 ;土壤初始含盐量的增加使得达标脱盐系数减小。这对合理利用膜下滴灌技术体系开发盐碱地提供一定的指导 ,有利于为滴灌系统的设计提供更合理的技术参数和进行膜下滴灌条件下的盐分管理。

黄土丘陵沟壑区1∶1万及1∶5万比例尺DEM地形信息容量对比

黄土丘陵沟壑区地形变化异常复杂 ,1∶5万地形图对原始 1∶1万地形图等高线形态综合、取舍程度很大 ,这些都在不同程度上影响了地形分析结果的准确性。以高精度的 1∶1万比例尺DEM为校准值 ,运用 1∶1万及 1∶5万比例尺DEM叠合比较分析的方法 ,研究 1∶5万DEM的地形信息容量及提取不同地形要素的精度。试验结果表明 ,在黄土丘陵区 ,与 1∶1万DEM相比 ,1∶5万DEM在所提取的地面坡度、地面曲率、沟壑量等地形定量指标方面均都存在着较大的误差。

黄土丘陵区沟谷地植被恢复群落特征研究

对黄土丘陵区2个不同沟向沟谷地植被群落特征进行样方调查,统计分析沟谷地植物物种频度和植物种群相似系数。调查共记录植物81种,隶属31个科,菊科、禾本科和豆科物种分别占物种总数的19.75%、16.05%和14.81%;封禁20年左右的沟谷地植被演替表现出良性演替的趋势;目前该沟谷地植物群落生活型中草本植物仍占主导地位,尤其是多年生草本,而灌乔生活型植物也已占有重要地位。灌乔木树种对植物群落多样性和结构等方面具有重要影响,沟谷地植被分布的斑块格局较为突出,不同沟向沟谷地的灌乔植物种的重要值构成格局存在一定差异,南北沟向较西东沟向分配均匀;沟向不同,沟谷地所形成的植被种群相似性具有一定差异,主要是由于受到一些伴生种和罕见种的影响。此研究对掌握该地形植被演替方向,明确植被恢复任务和目标具有一定意义。

水权准市场交易模型及市场均衡分析

本文将水权的水量权和污染权有机结合,提出建立一种“准市场”的水权交易模型。始终把保障河道内流量需求和保证水质作为环境约束条件,把水质影响集成到水量配置中,结合政府管制与市场机制两种配置方式的优势,建立了兼顾两种水权的准市场交易模型。通过解决最优控制问题研究了中国水权交易市场均衡问题,求解得出水市场均衡Nash解,发现负外部性随自变量线性变化,邻近水用户之间的外部效应是递增的,而且越到下游地区越明显;也发现了交易成本是决定水权交易市场效率的最重要的因素;最后,得出了一些对于中国水权准市场交易有意义的启示。

浑水入渗机制及模拟模型研究

泥沙的沉积会改变土壤表面特性、影响土壤的入渗特性。但目前对此问题仅是通过实验研究，未形成具有物理机制的计算土壤入渗过程的模型，不利于根据现代土壤物理方法描述浑水入渗过程。该文通过对浑水入渗特性和浑水入渗规律的分析，对现有的Ｇｒｅｅｎ－Ａｍｐｔ入渗模式进行改进，将泥沙沉积对入渗的影响归结为对湿润锋平均吸力的影响。这样有利于利用现有清水入渗模式来计算浑水入渗过程。并且利用室内模拟实验资料对模型进行检验，检验结果表明该模型是合理的。

侵蚀泥沙研究的^(137)Cs核示踪技术

137Cs是上世纪50-70年代大气核试验产生的核尘埃,1963年产出量最大,半衰期30.1a。137Cs主要伴随降水降落到地表,随即被土壤颗粒吸附,137Cs以后的迁移主要伴随被吸附土壤颗粒的运移。上世纪80年代以来,137Cs示踪技术已广泛应用于侵蚀泥沙研究中。简要介绍了137Cs示踪技术的基本原理,和在黄土高原、长江上游等地侵蚀速率测定,泥沙来源调查,塘库沉积物断代等研究中的一些应用实例。

干旱胁迫下褪黑素对小麦幼苗生长、光合和抗氧化特性的影响

为探究褪黑素对小麦幼苗抗旱性的调节作用,明确褪黑素提高小麦抗旱能力的作用途径,以小麦水地品种西农9871为材料,通过盆栽试验,分析了干旱胁迫下根施褪黑素(100μmol·L-1)对小麦幼苗生长、光合特性及活性氧代谢的影响。结果表明,干旱胁迫抑制了小麦的生长,降低了叶片叶绿素含量、气孔导度、净光合速率及PSⅡ最大光化学效率,导致过氧化氢(H2O2)与丙二醛(MDA)积累增加及抗氧化酶活性、抗氧化剂含量升高。在干旱胁迫下根施褪黑素可增加小麦幼苗的生物量和根冠比,维持较高的相对叶片含水量、叶绿素含量、净光合速率及光化学效率,并进一步提高过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化物酶(POD)活性及抗坏血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)的含量,减少了H2O2与MDA的积累。复水后,根施褪黑素处理的小麦幼苗生长表现出较快的恢复能力。以上结果说明,在干旱胁迫下,褪黑素通过增加根冠比,促进水分吸收,改善叶片的水分状况,并通过增强抗氧化能力,减轻氧化伤害。褪黑素处理的植株表现出较好的水分状况和较轻的氧化伤害,有利于其维持较高的光合能力,从而提高小麦幼苗的抗旱性及恢复生长的能力。

小流域不同土地利用方式土壤侵蚀分异的^(137)Cs示踪研究

应用137Cs示踪技术研究了黄土丘陵区典型流域土壤侵蚀强度分异规律,并对其原因进行了分析。结果表明,传统作业的果园地土壤侵蚀较坡耕地、生态林地严重;直接还林地土壤侵蚀较撂荒地严重;峁坡阳面人工林地土壤侵蚀较谷坡阴面人工林地严重;退耕时间短的地块土壤侵蚀较退耕时间长的地块严重。改善土地管理方式、因地制宜进行退耕地的植被建设是有效遏制土壤流失的关键点。

土壤持水特征测定中的容重变化及其确定方法

利用离心机法测定了黄土高原6种典型质地土壤的吸力、容重和重量含水量三者的关系,分析了土壤持水特征测定中的容重变化特征;借用土壤水分特征曲线幂函数模型和土壤收缩特征线性模型获得容重与吸力间幂函数关系,并利用试验资料进行检验;提出了确定土壤持水特征测定中容重变化的三点法,该方法所获得土壤水分特征曲线与实测结果极为吻合,精度较高。

黄河支流无定河水沙变化趋势及其驱动因素

20世纪50年代以来,无定河流域大规模的水土流失治理已显著改变了河道水沙规律。根据无定河控制水文站实测水沙资料,采用定量分析的方法,分析了无定河流域年降水量、及河道径流量和输沙量的变化趋势及其发生显著变化的临界年份。结果表明:无定河流域的径流量和输沙量都有显著的减少趋势;年降水量没有表现出明显的变化趋势。年径流量及输沙量发生显著的趋势性减小的临界年份分别为1979年和1971年。同时,利用历时曲线和双累积曲线两种方法,量化了无定河流域径流量与输沙量的减少量,明确了人类活动对无定河径流及输沙量的影响。

四川丘陵区常规耕作制下紫色土径流发生特征及其表面流数值模拟

设计了一种简单的壤中流观测系统来研究不同降雨产流事件的过程,结果表明:(1)在小雨时,只有表面径流发生;而且,当雨前土壤较干燥,降雨初期雨强陡然增大的情况下,表面产流峰有特别明显滞后现象,这是由于临时相对不透水表层形成之故。(2)在暴雨和大暴雨时,表面径流和壤中流都有发生;壤中流比表面径流滞后更明显;壤中流在雨后的产流历时与降雨无关;在大暴雨时,耕作层的壤中流水位过程曲线与表面径流相似,说明耕作层的大孔隙和管流明显。(3)在小雨和暴雨时,表面流由超渗产流机制形成;在大暴雨时,表面流主要由饱和超渗产流机制形成,只有少部分回归流。(4)表面径流的数值模拟能揭示表面产流的一般趋势,而且有一定的有效性,通过调整模拟参数,能使模拟效果更佳。

抚育间伐对川中丘陵区柏木人工林生长和植物多样性的影响

为探索适宜间伐强度的抚育措施,在川中丘陵区高密度的柏木人工纯林中,选择抚育间伐形成的不同柏木密度样地36个,采用样方法,调查光热环境、植物生长和多样性随间伐强度的变化规律。结果表明：间伐后,林内光合有效辐射和气温显著（P〈0.05,下同）升高,空气湿度和土壤相对含水量显著降低,间伐强度越大变化幅度越大。间伐后,林下更新层乔木胸径、冠幅和郁闭度,灌木层盖度和高度,草本层盖度,枯落物层厚度较非间伐样地均显著增加,且随间伐强度增加增值越大;更新层乔木高度在各间伐和对照样地之间差异不显著;间伐显著提高了单株柏木材积,但单位面积内柏木蓄积量显著降低。间伐后,林内植物种数、属数和科数增多,乔木、灌木和草本种数增加;间伐林内植物物种丰富度和多样性Shannon-Wiener指数显著提高,均匀度Pielou指数和优势度Simpson指数变化不明显。间伐和非间伐样地之间共有种为4~9种,相似系数介于16.67%~50.00%。抚育间伐改变了林内光热环境,促进了林下植物的生长更新,丰富了林内植物多样性,强度间伐影响效果更为明显。

水肥对春小麦产量的效应研究

通过２年春小麦田间试验分析，研究了水肥对其产量的协同效应，结果表明：水肥对春小麦产量有明显的正效应和交互效应，在试验范围内平均水分主效应＞平均肥力主效应；春小麦水肥效应函数为一报酬递减函数，生产中存在不同水分年型下有其施肥的上限；当地最高产量为４６７０．０ｋｇ／ｈｍ２；尽管水肥都具有增产效果，但水分增产力随含水量提高而降低、肥料的增加而提高，肥力的增产作用随水分的提高而提高、肥料的增加而减小；水肥的主次效应转换阀植为一因素在零水平处理下，另一因子的量值为含水量１４．２％，或肥力１６５ｋｇ／ｈｍ２。