黄土高原不同降水量区旱作苹果园地水分生产力和土壤干燥化效应模拟与比较

为了揭示黄土高原旱作苹果园深层土壤干燥化对果园产量的长远影响,确定果园适宜利用年限,应用WinEPIC模型定量模拟分析了1965—2009年黄土高原半湿润区洛川、半湿润易旱区白水、半干旱区延安、半干旱易旱区静宁等不同降水量区旱作苹果园地水分生产力演变和深层土壤水分动态变化规律,并比较了其区域差异。结果表明：洛川、白水、延安和静宁果园产量均呈现出“先逐年升高达到最大值,之后随当地降雨量变化而波动性降低”趋势,45 a平均值分别为26.05、23.89、22.29和20.51 t/hm²;1~20 a生果园平均年耗水量均高于同期年降水量,导致果园深层土壤干燥化强烈,洛川1~22 a生、白水1~21 a生、延安1~18 a生、静宁1~16 a生的土壤逐月有效含水量呈明显波动性降低趋势,年均土壤干燥化速率分别为59.6、56.9、63.9和64.9 mm/a,静宁>延安>洛川>白水,此后苹果园地土壤有效含水量在较低水平上随季节降水变化波动;洛川、白水、延安和静宁苹果园地0~15 m土层土壤湿度剖面分布变化剧烈,土壤湿度逐年降低,土壤干层出现时间分别为13 a生、11 a生、7 a生和6 a生,土壤干层逐年加厚,在20 a生时均已超过11 m,21 a生以后3~15 m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态;4个试点果园水分生产力和土壤干燥化效应区域差异显著,果园土壤水分可持续利用年限为20~25 a。     

咸阳附近苹果林地土壤水分动态与水分平衡研究

通过样品采集和水分测定,对咸阳庞西村和庞南村10龄、12龄、15龄、17龄苹果林地下0~6m深度范围土壤含水量及其水分恢复、水分平衡进行研究。结果表明,2007年4种中龄苹果林下约4.1~6m土层发育了轻度干层,2.1~4m土层没有干层发育。该区2007年土壤含水量分布深度变化和干层分布深度均具有反常特点。资料表明苹果林地干层恢复的降水量是700mm左右,也表明这样的降水条件已能满足人工林正常生长需要,而过去确定800 mm年降水量才能发育森林的标准明显偏高。从2002到2007年,随着该区年降水量从约400mm到800mm再到500mm再到700mm的变化,土壤水分平衡呈现由负到正再到负再到正的变化,土壤干层呈现从有到无再到有再到无的变化。     

黄土高原沟壑区草地土壤深层干燥化与氮素消耗

根据设在黄土高原沟壑区旱塬地的长期田间定位试验结合野外调查,对旱塬人工草地土壤0～1000cm水分含量及剖面氮素含量与分布进行研究。结果显示,旱地人工草地连续种植会显著消耗土壤深层储水与土壤氮素,苜蓿的耗水深度超过1000cm,剖面200cm以下平均含水量12.6%;同时,也使深层土壤硝态氮含量降低,150cm以下硝态氮含量均小于1mg/kg,荒草地的水分状况好于人工草地,这是因为荒草地的生物量远低于人工草地,200cm以下平均含水量18.8%。在干旱地区,土壤深层储水可以调节植物用水,但是人工苜蓿从土壤深层吸收大量水分导致土壤干燥化的发生。因此,土壤储水的调节作用丧失,合理的草地产量是控制土壤干燥化的途径。草地施肥并没有显著的增产作用,但可以延缓人工草地的衰退时间。因为草地施肥的效益不明显,生产实践中农民并不施肥。     

黄土高原不同类型旱区旱作粮田深层土壤干燥化特征

随降水量趋势性减少和粮食产量不断提高,黄土高原旱作粮田深层土壤干燥化现象日益显现。在黄土高原不同类型旱区,测定了32类旱作粮田0～600cm土层土壤湿度,分析和比较了各类粮田深层土壤贮水量、土壤湿度剖面分布和土壤干燥化强度。结果表明：①32类旱作粮田0～600cm土层土壤湿度、土壤贮水量和土壤有效贮水量分别为13.90%、1084.4mm和573.7mm,其中有16类粮田发生了土壤干燥化现象,土壤水分过耗量平均值85.1mm;②有28类旱作粮田100～400cm土层为土壤干层,其中夏粮田土壤干层厚度大于秋粮田,最大耗水深度接近或超过600cm;③32类旱作粮田和16类干燥化粮田土壤干燥化指数分别为110%和83%,分别属于无干燥化和轻度干燥化强度,土壤干层厚度平均值为267cm,以半干旱偏旱区粮田土壤干燥化程度最严重。     

应用EPIC模型计算黄土塬区作物生产潜力的初步尝试

黄土高原地区土壤侵蚀强烈,土地现实生产力水平低,研究该地区作物生产潜力可以为有效提高作物产量及合理进行农业生产规划提供依据。论文介绍了EPIC(侵蚀-生产力影响计算模型)的特点、组成部分及应用步骤,对部分作物参数进行了修订。以黄土塬区冬小麦和春玉米为例,对EPIC模型的适用性进行了分析和验证,表明EPIC在黄土高原地区作物生产潜力模拟研究中具有较好的适用性。结果显示,冬小麦产量模拟值与实测值之间多年平均误差为7.78%;春玉米多年平均误差为9.60%。冬小麦水分胁迫天数多年平均为9.9天,最少为1.7天(1993年),最多为23.1天(1995年);春玉米水分胁迫天数多年平均为13.4天,最少为1.1天(1993年),最多为44.2天(1995年),与各年作物生育期降水情况基本一致。此模型经修正后在正常年份模拟值较为精确,在干旱年份对作物、土壤等参数的修正方法需要进一步探讨。     

黄土丘陵区退耕地生物结皮对土壤理化性状的影响

以黄土丘陵区易形成生物结皮的阴坡自然撂荒地为研究对象,运用时空互代法,通过野外调查结合室内分析,研究了不同年限(1～13a)撂荒地上生物结皮的形成对0～20cm剖面土壤含水量、容重、地表粘结力、水分渗透性、有机质含量以及土壤全量和速效养分含量等基本理化性状的影响。结果表明,生物结皮的形成可显著影响0～20cm土层土壤的理化性状,表现为:①退耕后,由于生物结皮的形成,退耕地较农地土壤渗透性显著降低,0～20cm土层土壤含水量随退耕年限的延长经历了一个先增后减的变化过程,导致了10a以上退耕地土壤含水量的降低;②生物结皮可显著提高退耕地土壤表面粘结力,10a以上退耕地保留结皮土壤的粘结力是初始退耕地和/或除掉结皮层土壤粘结力的6倍以上,退耕地表面粘结力的增强与退耕后土壤自然沉实以及容重增加关系不大;③生物结皮的形成导致了退耕地土壤渗透性的降低,保留结皮的土壤,其稳定渗透系数(K10)随退耕年限延长而降低,除掉结皮,K 10随退耕年限延长而增加;④生物结皮的形成,使土壤有机质、全氮含量剖面分布呈表聚现象,随退耕年限的延长,表聚现象更趋明显,土壤全磷亦有弱表聚现象。生物结皮层的形成,还可提高结皮层土壤速效养分含量。     

塔里木盆地北缘绿洲4种土地利用方式土壤有机碳组分分布特征及其与土壤环境因子的关系

为明确干旱区土壤有机碳各组分分布状况,进而合理地开发与利用,解决土地利用效率低下问题,以塔里木盆地北缘盐碱地、天然林、沙地、30 a棉田这4种不同土地利用方式土壤为研究对象,分析不同土地利用方式土壤有机碳、微生物量碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳的分布状况,结合冗余分析探索其与土壤环境因子的关系.结果表明,SOC在天然林表现出最高值(1.92 g·kg~(-1)),在沙地随土层增加而增加,在其他土地利用类型整体呈现下降趋势;MBC在天然林表现出最高水平,且随土层深度增加而降低,在其他土地利用类型无明显变化趋势.DOC含量最高值和最低值分别出现在天然林和30 a棉田的80~100 cm层(分别为143.23 mg·kg~(-1)和30.00 mg·kg~(-1)),在天然林中随土层深度增加而增加,在盐碱地中随土层深度增加而降低且不同土层含量均表现出显著差异(P0.05).EOC含量在不同土地利用类型和不同土层中未表现出明显规律.将各有机碳组分进行敏感性分析得出:MBC对不同土层最为敏感,DOC对土地利用变化最为敏感.通过冗余分析得出各有机碳组分与土壤含水量、全氮、p H呈正相关关系,与土壤容重、电导率呈负相关关系.土壤环境因子对各碳组分含量的重要性排序为:土壤容重含水量电导率土壤氮p H,即容重和含水量为影响干旱区有机碳组分的主要因子.     

古浪河流域大气降水稳定同位素的时空特征及其环境意义

依据古浪河流域古浪站(海拔2085m)和安远站(海拔2700m)所采集的降水样品和相关气象数据,分析了降水稳定同位素的时空变化、局地大气水线,讨论了温度、降水量和相对湿度与降水稳定同位素的关系。结果表明:(1)两站δ18O均呈现出夏秋季高、冬春季低的特征;(2)从古浪到安远站,δ18O的月均值随海拔升高呈下降趋势,相反地,d-excess随海拔升高呈增加趋势,反映了当气团沿着山坡不断抬升时,水汽再循环过程加强;(3)稳定同位素特征表明该区除了受干燥的环境和较强的蒸发影响外,可能还受到局地水汽再循环影响;(4)处于低海拔地区的古浪站的温度效应比安远站更显著,古浪河流域整体上没有呈现出降水量效应。该研究结果有助于进一步深入了解古浪河流域的水循环过程。     

有机污染土壤堆式热脱附过程中热湿迁移试验及数值模拟

堆式燃气热脱附技术因具有二次污染小、污染物去除率高和处理周期短等优势而得到快速发展. 土壤中的水分是影响堆体热修复过程中土壤升温的关键因素,然而其热湿迁移机理尚不明晰,工程设计主要依赖于实践经验. 该研究以山东省某污染场地的砂质壤土开展堆体热湿迁移试验,结合COMSOL仿真模拟,系统分析加热过程中土壤温度和湿度在竖直及水平方向上的变化规律. 结果表明:热源附近土壤水分呈逐渐升高并出现短暂峰值(高于初始值10.9%)后再下降的趋势,水分峰值随温度提高而升高;热源温度越高,土壤中水汽的对流和扩散作用愈加明显,当热源温度由50.0 ℃升至100 ℃时,监测点体积含水量下降率由4.50%升至27.2%,且水汽的浓度扩散机制在水分迁移过程中占主导作用;对于相同热源作用下,初始体积含水量较高的土壤具有相对较高的温度变化,温升过程中对流传热以及热传导的作用更显著,当初始体积含水量由0.0700 m3/m3升至0.160 m3/m3时,监测点的温度由37.1 ℃升至40.0 ℃,其中多孔基体间的热传导作用占主导. 研究显示,堆体热脱附过程中土壤水分迁移规律与土壤体积含水量、距热源的距离、热源温度有关,且多孔基体间的热传导是引起土壤升温的主要机制.      

温度和水分对大兴安岭多年冻土区森林土壤有机碳矿化的影响

温度和水分是影响土壤有机碳矿化的重要因素,而北方高纬度地区对气候变化响应敏感.本文选取大兴安岭多年冻土区落叶松和樟子松两种森林土壤(0～15 cm)为研究对象,通过测定不同温度(5、10和15℃)及水分(设置土壤含水率分别为30%、45%和60%)处理下的土壤有机碳矿化速率,以明确多年冻土区土壤有机碳矿化对不同梯度环境变化及其交互作用的响应.结果表明:研究区土壤累积碳矿化量为0.39～2.29 mg·g~(-1),落叶松林土壤高于樟子松林土壤,且矿化率随着培养时间延长呈先降低后稳定的趋势;土壤有机碳矿化程度随温度升高而显著增加(p0.001),但其对水分的响应因林型而异,落叶松土壤有机碳矿化程度随水分增加而降低,樟子松土壤有机碳矿化程度随水分增加而增加;温度和水分的交互作用对土壤有机碳矿化程度的影响未达到显著水平;土壤有机碳矿化的温度敏感性以土壤含水量为30%的落叶松土壤培养时最低(2.11),以土壤含水量为60%的落叶松土壤培养时最高(2.50),水分和林型对其影响不显著.     

Analysis and improving ways for water condition in winter wheat field of dryland in subhumid areas of the loess plateau

Based on the soil moisture data from the locating experiments from 1986-1990, and using the water balance method, the water supply and demand state in the field of winter wheat, and the ways for improving water condition in dryland of subhumid by dry area of the Loess Plateau were studied. The results suggested that a low precipitation satisfying ratio of 42.9%-58.8% appears in the growing period of winter wheat, and the yield, to a great extent depends on the water that was stored in deep soil layer in the previous rainy season. The filed trial results showed that tillage in the summer fallow period,straw cover, soil moisture regulation with adequate fertilization, crop rotation and proper croppingsystem could be the efficient ways for improving the water condition,and for the exploitation and utilization of natural water resources(both precipitation and soil water) in the winter wheat field of dryland.     

Analysis and improving ways for water condition in winter wheat field of dryland in subhumid areas of the loess plateau

ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｗａｙｓｆｏｒｗａｔｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｗｉｎｔｅｒｗｈｅａｔｆｉｅｌｄｏｆｄｒｙｌａｎｄｉｎｓｕｂｈｕｍｉｄａｒｅａｓｏｆｔｈｅＬｏｅｓＰｌａｔｅａｕＺｈｏｎｇＺｈａｏｚｈａｎ，ＺｈａｏＪｕｂａｏＩ...     

气候变化对中国黄淮海农业区小麦生产影响模拟研究

研究首先利用1980-2000年黄淮海农业区10个站点的农业数据对CER ES-W heat动态机理作物模型进行详细的验证,然后将CERESW-heat模型与两个全球气候模式(G ISS和H adley)结合,同时考虑到CO2对小麦的直接施肥作用,模拟了黄淮海农业区10个站点在IPCC SR ES A 2和B2两个气候情景下雨养和灌溉小麦产量和水分利用的变化趋势。得到如下结论:在不考虑CO2直接肥效的情况下,黄淮海农业区雨养小麦全面减产,空间分布特点是西部减产幅度大,东部减产幅度小;在充分灌溉的情况下,灌溉小麦产量维持了现有水平,但灌溉水量增加。因此,在未来该地区水资源短缺的情况下,如何合理利用有限的水资源将成为黄淮海农业区主要面临的问题。在考虑CO2直接肥效的情况下,雨养和灌溉小麦产量都全面增产,雨养小麦的增产幅度明显偏高,灌溉小麦约增产10%～30%,但CO 2的肥效能否充分实现还需要进一步研究证明。     

黄土高原冬小麦田土壤水分与小麦产量对降水和气温变化响应的模拟研究

明确黄土高原地区降水和气温变化对冬小麦田土壤水分和产量的影响,对探索适应气候变化的冬小麦田间管理措施具有重要的现实意义。论文在验证EPIC模型对冬小麦田土壤水分模拟精度的基础上,以历史气象数据为基础,设置TR1、TR2和TR3三个气候情景,采用作物模型模拟的方法,研究黄土高原冬小麦田土壤水分和冬小麦产量对降水和气温变化的响应。结果显示：1）1961—2010年黄土高原降水呈降低趋势,其年际间变化幅度和频率均有所增加。与1961—1970年相比,洛川、长武、运城和延安的年均降水量在2001—2010年间分别降低了18.1%、13.6%、18.8%和24.9%,其变差系数分别增加了0.029、0.087、0.02和0.057。1961—2010年黄土高原气温呈波动性增加趋势,其中日最低气温增加幅度大于日最高气温增加幅度。与1961—1970年相比,日最高气温在2001—2010年间增加了0.30~0.84 ℃,而日最低气温增加了1.00~1.55 ℃。2）EPIC模型能够较好地模拟黄土高原冬小麦田土壤水分动态变化规律,0~2.0 m土层土壤湿度观测值与模拟值间的相对均方根误差RRMSE值为6.0%~14.0%,R²和模型效率ME值分别为0.824和0.815。3）黄土高原地区降水的减少和最高气温的增加均不利于冬小麦生产,而最低气温的提高对冬小麦生产较为有利。洛川、长武、运城和延安冬小麦产量因年降水量的降低而分别减产了8.5%、7.6%、11.7%和12.3%;因日最高气温的升高分别减产了6.4%、6.8%、7.2%和-3.0%;因日最低气温的提高而分别增加了8.8%、10.2%、1.5%和12.0%。因此,为适应降水减少和日最低气温升高的趋势,黄土高原冬小麦生产区应适当调整冬小麦播期,研究并推广保水节水技术措施,充分利用气候变化对冬小麦生产的有利因素,克服不利因素,确保冬小麦的可持续生产。     

北京地区渗灌条件下冬小麦田间土壤水分动态及节水机理的研究

根据对渗灌条件下冬小麦田间土壤水分、冬小麦生长发育状况及产量的观测 ,研究了渗灌条件下冬小麦田间土壤水分动态及节水机理。试验结果表明 ,渗灌条件下田间土壤水分动态变化与灌溉、冬小麦生长发育状况及气象条件密切相关 ;渗灌用于冬小麦灌溉可以明显起到节约灌溉用水的作用 ,并有利于冬小麦的生长发育及产量形成。在冬小麦的整个生育期 ,采用渗灌比喷灌田间耗水量减少了44 4mm ,灌溉用水节约了1200m3/hm₂ ,而最终产量提高了714kg/hm₂ ,渗灌条件下作物水分利用效率为21 11kg/(hm₂·mm) ,比喷灌条件下高4 49kg/(hm₂·mm)。渗灌用于冬小麦灌溉的节水机理主要表现为两个方面 :①每次灌溉后 ,地表湿度较喷灌条件下要小得多 ,减小了土壤水分的无效物理蒸发 ;②渗灌利于冬小麦根系向地中供水层 (20～120cm )延伸 ,提高了冬小麦根系对灌溉供水层的水分利用     

Future production of rainfed wheat in Iran (Khorasan province): climate change scenario analysis

Projecting staple crop production including wheat under future climate plays a fundamental role in planning the required adaptation and mitigation strategies for climate change effects especially in developing countries. The main aim of this study was to investigate the direction and magnitude of climate change impacts on grain yield of rainfed wheat (Triticum aestivum L.) production and precipitation within growing season. This study was performed for various regions in Khorasan province which is located in northeast of Iran. Climate projections of two General Circulation Models (GCM) for four locations under three climate change scenarios were employed in this study for different future time periods. A stochastic weather generator (LARS-WG5) was used for downscaling to generate daily climate parameters from GCMs output. The Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT) Version 4.5 was employed to evaluate rainfed wheat performance under future climate. Grain yield of rainfed wheat and precipitation during growth period considerably decreased under different scenarios in various time periods in contrast to baseline. Highest grain yield and precipitation during growth period was obtained under B1 scenario but A1B and A2 scenarios resulted in sharp decrease (by ?57 %) of grain yield. Climate change did not have marked effects on evapotranspiration during the rainfed wheat growth. A significant correlation was detected between grain yield, precipitation and evapotranspiration under climate change for both GCMs and under all study scenarios. It was concluded, that rainfed wheat production may decline during the next 80 years especially under A2 scenario. Therefore, planning the comprehensive adaptation and mitigation program is necessary for avoiding climate change negative impact on rainfed wheat production.     

开发利用土壤深层水资源的一种有效途径——“以肥调水”的大田试验研究

我国北方冬小麦生育期内干旱少雨,农业水资源紧缺,因此,由汛期降水形成的底墒,特别是土壤深层储藏的水分则成为小麦生长的重要水源之一。在中国气象局固城农业气象试验基地大型人工控制农田水分试验场,进行了提高底墒和土壤深层水分利用率,以肥促根觅水的旱作冬小麦田间试验。试验结果表明,施肥深度在20～40cm范围内,能明显促进冬小麦中、下层根系的生长发育,扩大作物觅取水分和养分的土壤空间,有效地吸收和利用储藏在土壤深层的水分,从而能充分发挥土壤水库的调控作用,提高小麦的产量和水分利用效率。     

冬小麦根系生长与土壤水分利用方式相互关系分析

１９９５～１９９６年在中国科学院栾城农业生态系统联合站布置了冬小麦水分试验，在土壤连续干旱条件下考察了冬小麦返青至成熟阶段根系生长和土壤水分利用方式。给出并验证了可用于分析二者相互关系的定量模型。根据以下两点分析了作物利用土壤水分特征：①将土壤含水量开始降低时间视为吸水峰到达某一深度时间；②吸水峰下达到某一土层后，土壤含水量即随生育进程以指数形式逐渐降低。愈接近地表的土层，根系分布量愈大，根系日增长率在抽穗期最大，至扬花期根量及根深达最大值，根系吸水范围和深度基本取决于营养阶段根系生长发育状况。返青时，根系已下扎到１ｍ，根系生长峰与吸水峰基本同步下移，根系下扎到某一土层后继续生长发育，直至土壤有效含水量只剩４０％～２０％时为止。根系下扎虽深达１８０ｃｍ，而且下层根系吸水功能较强，有效水量较大，但终因根系分布量太少，致使作物利用水分的土层深度只达１２０ｃｍ，吸收的水量大多来自０～６０ｃｍ土层。在土壤连续干旱条件下，土壤水分不足亦是制约根系吸水功能的一个重要因素。在作物利用土壤水分初期，根系吸水速率最大，随着土壤含水量逐渐减少，根系吸水速率随之降低。土壤中有效含水量比例在０８以上，根系吸水速率大致以线性关系大     

近50a华北平原冬小麦-夏玉米耗水规律研究

为明确华北平原主导作物冬小麦-夏玉米耗水量的变化趋势,为水资源配置提供科学依据,论文搜集文献资料,结合中国科学院禹城综合试验站长期观测数据,采用Mann-Kendall检验法分析了华北平原近50 a冬小麦和夏玉米的耗水量变化趋势,阐明其耗水特性和作物水分利用效率变化,最后通过对蒸发能力和气象要素的变化趋势分析明确了冬小麦-夏玉米耗水量变化的主导原因。研究表明:①近50 a华北平原主导作物冬小麦-夏玉米耗水量呈下降趋势,冬小麦耗水量从501.2 mm降低到456.3 mm,夏玉米耗水量大体变化在300~400 mm,平均为350 mm左右;②冬小麦和夏玉米水分利用效率大幅度提高,冬小麦水分利用效率由3.31 kg/(hm²·mm)增至15.91 kg/(hm²·mm);夏玉米水分利用效率从3.72 kg/(hm²·mm)提高到23.36 kg/(hm²·mm);③拔节-乳熟期是冬小麦耗水强度和耗水量最大的一个时期,华北平原需要通过多次灌溉满足作物水分供需平衡,拔节-灌浆期是夏玉米耗水强度和耗水模系数都比较高的时期,适逢华北地区雨热同期,一般不需要进行补充灌溉;④大气相对湿度增加和日照时数减少是蒸发能力减弱的主因,进而导致作物耗水量呈现下降趋势。     

三江平原水土流失变化趋势浅析

影响水土流失的因素不外乎自然和人为两个方面：自然因素有气候、土壤、植被、地形4个因子;人为影响则主要指土地利用方式、水土保持措施等。本文利用美国USLE模型,该方程全面考虑了影响水土流失的自然因素,使用降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度坡长、作物覆盖和水土保持措施五大因子进行定量计算,分析三江平原近五十年来水土流失现状及水土流失变化趋势,并提出措施建议。