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负压灌溉重液式负压阀设计与试验

农业工程学报 2018年第1期34卷 85-92页

作者：龙怀玉张怀志岳现录张认连中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

为发展负压灌溉中简单实用、高效精确的负压维持方法及其设备,该文设计了一种重液式负压阀(heavy liquid-type negative pressure valve,HLNPV),基本构件包括一个U型玻璃管、一个S型玻璃控压管、一个空心玻璃球以及能在这三者之间进行... 详细信息

为发展负压灌溉中简单实用、高效精确的负压维持方法及其设备,该文设计了一种重液式负压阀(heavy liquid-type negative pressure valve,HLNPV),基本构件包括一个U型玻璃管、一个S型玻璃控压管、一个空心玻璃球以及能在这三者之间进行循环流动的重液—水银,利用水银的静压力维持负压,并且在负压阀和大气之间设计了一个进气速度限制器,利用石蜡油或水覆盖在水银液面上防止其挥发。实验室检测结果表明,在-30 k Pa以内的负压下,HLNPV维持负压的相对误差小于5%。实际田间条件下,以石蜡油作为覆盖液时,大部分HLNPV能够在2~3个月的试验期间内平稳运行,有15.5%的HLNPV在运行了1~3个月后发生水银氧化变黑现象,6.2%的HLNPV因为黑色氧化沉淀物堵塞管道而导致负压维持功能丧失。所有以水作覆盖液的HLNPV在2~4个月的试验期间内均能够平稳运行。该文详细地介绍了重液式负压阀的原理、结构、实际使用效果以及进一步改进的建议,以期为促进负压灌溉设备创新研发提供参考。

关键词：灌溉设计农业重液式负压阀,负压灌溉,负压维持

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模拟降雨研究水网地区农田氮磷的流失

模拟降雨研究水网地区农田氮磷的流失

作者：张认连中国农业科学院

学位级别：硕士

农田氮磷养分流失是农业面源污染的重要原因之一,通常认为农田地表径流引起的氮磷流失是地表水水体富营养化的主要原因。针对我国水网地区农田处于淹水或滞水状态的周期长,农田渗漏过程对农田氮磷流失的影响可能也很大的水文特征,为了... 详细信息

农田氮磷养分流失是农业面源污染的重要原因之一,通常认为农田地表径流引起的氮磷流失是地表水水体富营养化的主要原因。针对我国水网地区农田处于淹水或滞水状态的周期长,农田渗漏过程对农田氮磷流失的影响可能也很大的水文特征,为了解地表径流与渗漏两种不同方式对农田氮磷流失的影响,进行了模拟降雨试验,研究不同农田土壤有效氮磷养分含量水平下,降水形成的地表径流和渗漏对农田氮磷养分流失的作用机制和过程。与此同时,还对我国太湖流域农田土壤有效氮磷养分含量状况变化进行了分析,主要结论如下: 地表径流方式下,产流时间短,排水速率快,在降水量为180mm的条件下,渗漏排水量是径流排水量的90%,渗漏时间为863分钟,是径流出水时间(153分钟)的5.6倍。渗漏方式下,产流时间长,排水速率慢,与表层之下的土壤有更充分的接触,这为渗漏方式下水溶性氮磷养分的流失提供了潜在的流失途径。在地表径流方式下,土体剖面土壤含水量由表层至下层,呈现由高变低的趋势;渗漏方式下,由表层至下层,土壤含水量呈现由低变高的趋势。对农田氮素流失而言,在降水量为180mm,土壤硝态氮含量水平为55-206N mg/kg的条件下,渗漏方式下氮素的流失量远高于地表径流方式下的氮素流失量,两者相差可达十倍到数十倍以上(13—49倍)。在渗漏流失方式下,硝态氮是氮素流失的主体,硝态氮、水溶性铵态氮和颗粒态氮平均为全氮流失量的80.3%、0.3%、19.4%。在三种不同的土壤硝态氮含量水平下(55、109、206N mg/kg),渗漏方式中渗漏液中的硝态氮浓度分别为44、71和119mg N/L,全氮浓度分别为57、80和162mg N/L;渗漏液中硝态氮和全氮浓度分别为地表径流方式下径流液中硝态氮和全氮浓度的数百倍和数十倍,硝态氮为238-385倍,全氮为14-64倍。在渗漏过程初期流失液中的硝态氮浓度较高,后期逐步降低。地表径流方式下,氮的流失以颗粒态氮为主,硝态氮、水溶性铵态氮和颗粒态氮平均为全氮流失量的8.0、7.4和84.5%。对农田磷素流失而言,在较低的土壤速效磷含量水平条件下(P1和P2处理:土壤Olsen-P为40和97mg P/kg),流失的总磷在地表径流方式中为42.9和58.54mg P,高于渗漏流失方式(8.6和34.6mg P);在较高的土壤速效磷含量水平条件下(P3处理:土壤Olsen-P为156mg P/kg),渗漏流失方式下总磷的流失量为102.0mg P,超过地表径流方式(87.3mg P)。三种不同的土壤Olsen-P含量水平条件下,就流失的水溶性P在总磷所占比例而言,渗漏流失方式下为45-54%,地表径流方式下为3-33%;两种流失方式下,随着土壤速效磷含量水平的提高,流失的水溶性P在总磷中占的比重增加。对2000-2003年以来太湖、滇池、珠江流域等南方水网地区2677个水稻、小麦等大田作物和490个菜地农田耕层采样分析结果显示:目前在这些地区,大田作物农田土壤Olsen-P平均为13.9mg P/kg,变化范围为1.8-71.4mg P/kg。菜地农田上,耕层土壤Olsen-P平均为73.9mgP/kg,含量最高的可达400mg P/kg。土壤硝态氮平均为85.9mg N/kg,含量最高的可达682mgN/kg。随着农田土壤有效氮磷养分含量的大幅度提高,通过农田渗漏方式导致的农田水溶性氮磷养分流失有可能是这些水域水体富营养化极为重要的原因。

关键词：水网地区模拟降雨农田氮磷流失地表径流渗漏

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土壤有机碳作用及转化机制研究进展

中国农业科学 2020年第2期53卷 317-331页

作者：张维理 KOLBE H 张认连中国农业科学院农业资源与农业区划研究所德国撒克森州立农业科学院

对土壤有机碳作用的综述研究显示:直至20世纪末,对于土壤有机碳的研究主要集中于阐明具不同化学结构有机物质在土壤中的功能,如胡敏酸、富里酸、黄腐酸的化学结构特征及在土壤肥力中的作用。中欧近年的研究则更关注按照有机碳在土壤中... 详细信息

对土壤有机碳作用的综述研究显示:直至20世纪末,对于土壤有机碳的研究主要集中于阐明具不同化学结构有机物质在土壤中的功能,如胡敏酸、富里酸、黄腐酸的化学结构特征及在土壤肥力中的作用。中欧近年的研究则更关注按照有机碳在土壤中的转化特征进行分组,尝试建立这一分组与土壤有机碳功能的关联。按照转化特征,土壤有机碳可分为稳定性有机碳和营养性有机碳两大类型。前者主要指封存于土壤黏粒中的有机碳,很难被土壤微生物分解和矿化。后者主要指通过作物收获后地表及根系残留物、还田秸秆、有机肥施肥进入土壤的有机碳,是土壤有机碳中易于转化的、活跃的组分,也是形成土壤腐殖质和团聚体的主要前体物质。对土壤肥力具有重要意义。多点长期定位试验研究结果显示:土壤有机碳含量实际上表达了土壤中有机碳输入与分解两个过程的动态平衡。当输入量小于矿化量,将导致土壤有机碳含量和土壤肥力下降。当每年输入的有机碳量大于矿化量,土壤有机碳含量会持续上升;直至每年输入量与矿化量相等,土壤有机碳含量不再增加,此时,土壤有机碳含量达到平衡点。在一般农业生产条件下,达到平衡点的时间周期为20—30年。在营养性有机碳投入量过高情况下,这一动态平衡系统也会导致入多出多,达到新的平衡点后,每年会有高量土壤有机物质的矿化,从而引起农田土壤中矿质养分,特别是矿质氮的流失,进入水体及大气环境中。为实现土壤培肥和环境保护双重目标,农田土壤营养性有机碳的投入量应以有机碳的矿化流失不致产生环境风险为宜。新的研究还证实:营养性有机碳进入农田后,在土壤生物作用下分解为一系列短链化合物,再通过生物构建作用与土壤矿物颗粒形成土壤团聚体,并以此对多项土壤肥力性状发挥积极作用。受土壤中腐殖化、有机碳分解等不同过程影响,土壤团聚体持续发生着聚合和崩解,只有持续而丰富的营养性有机碳输入,才能维持土壤中总有机-无机团聚体的稳定度。多点长期定位试验结果揭示:土壤有机碳含量主要取决于气候条件、土壤质地与土地利用类型。在人为因素中,土地利用方式的变化对土壤有机碳含量的影响最大,而施肥、秸秆还田、耕作等农作措施对土壤有机碳含量的影响比较小。耕地土壤上,作物类型不同,其典型的耕作和收获方式不同,收获后存留地表和土壤中的根系残留物数量和质量不同,有机质生成能力不同。在种植有机质消耗性作物时,需要注意在轮作制度中引入有机质增加型作物或施用有机肥料,以保持土壤肥力。

关键词：土壤有机碳营养性有机碳土壤肥力土壤有机碳转化机制轮作

基于机器学习方法的宁夏南部土壤质地空间分布研究

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中国农业科学 2022年第15期55卷 2961-2972页

作者：申哲张认连龙怀玉徐爱国中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

【目的】基于历史数据，利用机器学习方法分析宁夏南部土壤质地空间变异规律及其与环境因素之间的关系。【方法】基于宁夏回族自治区南部428个20世纪80年代第二次土壤普查土壤剖面点数据，采用分类回归树（CART）和随机森林（RF）两种... 详细信息

【目的】基于历史数据，利用机器学习方法分析宁夏南部土壤质地空间变异规律及其与环境因素之间的关系。【方法】基于宁夏回族自治区南部428个20世纪80年代第二次土壤普查土壤剖面点数据，采用分类回归树（CART）和随机森林（RF）两种机器学习方法，结合地形因子、土壤类型、归一化植被指数，探究与宁夏南部地区土壤质地分布相关性较强的环境因素，并用两种机器学习预测该区土壤质地类型的空间分布，用剖面点验证集数据以及宁夏回族自治区海原县实测样点数据验证模型精度。【结果】（1）RF和CART对剖面点验证集土壤质地类型的预测正确率分别为62.36%、55.29%，接收者操作特性（receiver operating characteristic,ROC）曲线下面积（area under roc curve,AUC）分别为0.7515、0.6933，对海原县122个实测样点的预测正确率分别为54.10%、48.36%,AUC分别为0.6599、0.5981,RF的预测精度高于CART。（2）该区土壤类型（ST）是与土壤质地空间分布相关性最强的环境因素，其次是高程（Ele），高程越高，土壤质地越黏重。风力作用指数（WEI）和坡度（Slo）对土壤质地的影响较小。（3）研究区土壤质地类型以轻壤土为主，空间分布格局基本呈现为南部土壤质地黏重，北部土壤质地较轻。【结论】RF更适合预测宁夏南部地区土壤质地的空间分布，且充分利用历史数据，结合新的野外采样，可以达到预测制图的精度要求；土壤类型（ST）和高程（Ele）是与土壤质地空间分布相关性较强的环境因素。

关键词：土壤质地空间分布因素分析随机森林分类回归树

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负压灌溉技术研究进展及展望

灌溉排水学报 2015年第S2期 81-85页

作者：丁亚会张认连龙怀玉中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

随着全球水资源的日益短缺和经济社会的快速发展,节水农业越来越引起人们的重视。作为一种新型节水灌溉技术,负压灌溉将传统的"被动灌水"变为"主动取水",将阶段性灌溉变为连续灌溉,实现了土壤水分的非饱和态运动和作物对水分的连续自动... 详细信息

随着全球水资源的日益短缺和经济社会的快速发展,节水农业越来越引起人们的重视。作为一种新型节水灌溉技术,负压灌溉将传统的"被动灌水"变为"主动取水",将阶段性灌溉变为连续灌溉,实现了土壤水分的非饱和态运动和作物对水分的连续自动获取。在分析国内外有关文献的基础上,对负压灌溉技术的发展历史、优缺点和研究现状进行了归纳总结,并根据目前所存在的一些问题,提出今后需要进一步研究和探索的重点,以期为负压灌溉技术今后的发展与完善提供一定的参考。

关键词：负压灌溉 “主动取水” 连续灌溉研究进展

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农田土壤有机碳管理与有机质平衡算法

中国农业科学 2020年第2期53卷 332-345页

作者：张维理 KOLBE H 张认连冀宏杰中国农业科学院农业资源与农业区划研究所德国撒克森州立农业科学院

现代土壤肥料研究推动全球不同国家和地区建立了主要作物对氮、磷、钾等矿质养分需求量的推荐指标,这些量化指标成为科学施肥的基础,促进了农业实现增产、增收、增效和环境安全。土壤培肥是发展农业的基础。有机肥、绿肥、秸秆还田是培... 详细信息

现代土壤肥料研究推动全球不同国家和地区建立了主要作物对氮、磷、钾等矿质养分需求量的推荐指标,这些量化指标成为科学施肥的基础,促进了农业实现增产、增收、增效和环境安全。土壤培肥是发展农业的基础。有机肥、绿肥、秸秆还田是培肥土壤的主要措施,尽管已有研究证实,过量施用有机肥料不仅造成人力、物力浪费,还会产生农田养分流失和环境污染。迄今为止,在国际范围,对农田培肥尚无量化推荐指标。近年由德国科学家建立并尝试采用的农田有机质平衡算法及推荐指标将可能打破这一僵局。本文择要介绍这一方法原理、应用范围和示例,以期为我国提供可资借鉴的经验。有机质平衡算法的科学基础是通过多点长期定位试验,获得作物和有机肥料的土壤有机质碳当量值,前者用以度量不同作物在其典型种植方式下,引起土壤有机质碳量变化的趋势,后者用于表征不同有机肥料施入土壤后产生的有机质量。通过有机质碳当量值,可以对作物在典型种植方式下引起土壤有机质的亏缺量或盈余量、秸秆还田或施用有机肥引起土壤有机质的增加量统一在一个量纲基准上进行分析和计算。该方法作为官方推荐方法,自2004年始在德国多个州和奥地利推广采用,既适用于综合农业,也适用于有机农业。在不允许使用矿质氮肥的有机农业上,该法兼作农田氮素养分管理方法。多点大田校验试验显示,采用此方法,农田土壤有机质供应水平从"低"提高至"平衡"等级时,产量增加幅度可达到50%—150%。有机质平衡算法作为专为农民研制的分区、分类、量化技术指标,延续德国为农民定制的其他技术指标风格,采用了五等级评价指标体系架构。五等级的各分级名、分级释义充分汇总各地长期试验和大量农户调查与验证结果,形成了全国统一的等级释义,保证了指标体系架构的稳定性,既便于各地农民记忆和长期推广,也便于与国家绿色农业补贴政策关联,是有机质平衡算法的前台指标。而与5个分级对应的农田有机质碳当量值范围、作物与肥料有机质碳当量作为支持前台指标的专业指标,允许各地农业科研机构根据本地条件,在保证前台指标释义不变前提下进行相应调整,从而保证了整个指标体系的可扩展性、科学性和实用性,促进了其在各地的广泛推广,切实提高了农民科学施肥与耕地保育技术水平,推动了农田精准化、标准化管理和农业面源污染管控效率,这一做法也值得我国借鉴。在中国应用这一方法的关键是研制适合各主要农区作物和有机肥料的有机质碳当量值。鉴于目前我国长期定位试验数量有限,可借鉴德国相关研究基础,采用长期与中、短期定位试验结合,大田定位试验与模拟试验、校验试验及农田定位调查相结合方式,边试验、边研制、边校验改进、边推广,逐步完善。

关键词：土壤有机碳管理有机质平衡算法面源污染防治有机农业农民用技术指标

农业地质背景与特色农作物品质相关性研究进展

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土壤通报 2011年第5期42卷 1263-1267页

作者：高琳龙怀玉刘鸣达雷秋良张认连沈阳农业大学土地与环境学院辽宁沈阳110161 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081

农作物的生长主要依赖于水土条件,而水土条件除受气候影响外,又直接受地层岩性、地球化学、水文特征等农业地质背景的影响而衍生变化。所以农作物品质的优劣,又与其所处区域的农业地质背景条件有着密切的关系。本文对成土母岩、地形地... 详细信息

农作物的生长主要依赖于水土条件,而水土条件除受气候影响外,又直接受地层岩性、地球化学、水文特征等农业地质背景的影响而衍生变化。所以农作物品质的优劣,又与其所处区域的农业地质背景条件有着密切的关系。本文对成土母岩、地形地貌、地球化学背景值、水文地质等农业地质背景因子和农作物品质的关系进行综述,在此基础上提出目前研究中存在的问题,以及今后农业地质背景研究趋势的展望。

关键词：农业地质背景成土母岩地球化学背景地形地貌水文地质农作物

《第三次全国土壤普查暂行土壤分类系统》土类检索系统构建

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中国农业科学 2024年第21期57卷 4264-4275页

作者：龙怀玉卢昌艾冀宏杰张认连北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所

【目的】国务院第三次全国土壤普查领导小组办公室（简称国务院三普办）2023年下发了《第三次全国土壤普查暂行分类系统（试行）》（简称《三普暂行分类》），但没有建立检索系统。为在土壤调查过程中避免发生同土异名、同名异土问题，... 详细信息

【目的】国务院第三次全国土壤普查领导小组办公室（简称国务院三普办）2023年下发了《第三次全国土壤普查暂行分类系统（试行）》（简称《三普暂行分类》），但没有建立检索系统。为在土壤调查过程中避免发生同土异名、同名异土问题，特构建土类检索系统。【方法】依据农业重要性优先、确名先易后难、涵义先窄后宽、类型相似集中、体现土壤空间演变和发育规律等检索秩序原则，通过引用已有的诊断层/诊断特性、修改已有的诊断层/诊断特性、简洁化描述性语句、归纳特征土层等方法，从《三普暂行分类》土类划分依据中提炼各个土类的检索指标，构建土类检索系统。【结果】建立了包含《三普暂行分类》中62个土类的检索系统，检索秩序依次为：1工程土、2水稻土、3菜园土、4灌淤土、5灌漠土、6碱土、7寒原盐土、8漠境盐土、9酸性硫酸盐土、10滨海盐土、11草甸盐土、12火山灰土、13寒冻土、14紫色土、15磷质石灰土、16石质土、17粗骨土、18龟裂土、19新积土、20风沙土、21黄绵土、22红黏土、23石灰（岩）土、24白浆土、25灰化土、26棕色针叶林土、27暗棕壤、28棕壤、29黄棕壤、30黄褐土、31灰色森林土、32黑土、33灰褐土、34褐土、35燥红土、36黑钙土、37栗钙土、38栗褐土、39黑垆土、40棕钙土、41灰钙土、42灰漠土、43灰棕漠土、44棕漠土、45山地草甸土、46林灌草甸土、47砂姜黑土、48草甸土、49潮土、50沼泽土、51泥炭土、52砖红壤、53赤红壤、54红壤、55黄壤、56黑毡土、57草毡土、58寒钙土、59冷钙土、60冷棕钙土、61寒漠土、62冷漠土、63类型待定土。【结论】总体上，《三普暂行分类》的土类是可以通过剖面形态、土壤理化性质建立起检索指标的，但是高山土纲的多数土类没有完全遵循整个分类系统的分类原则，彼此之间难以从剖面形态和土壤理化性质上进行区分，需要利用分布区域、海拔等非土壤本身属性才能区分；《三普暂行分类》的土类还需要进一步完善，建议对部分土类要进行适当归并，同时增加一个“性土”土类。

关键词：第三次全国土壤普查土壤分类土类检索系统

无公害农产品产地土壤质量描述性指标体系刍议

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土壤通报 2010年第1期41卷 222-229页

作者：张燕龙怀玉雷秋良张认连杨柳高添张志华中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 沈阳农业大学土地与环境学院辽宁沈阳110161 农业部农产品质量安全中心北京100081

土壤质量是影响农产品质量安全的源头因素。基于国内外土壤质量评价指标及评价方法的研究文献,将产地土壤质量评价与无公害农产品产地认定相结合,从保障农产品质量安全的角度出发,筛选出27个便于进行土壤质量现场评价的描述性指标,并提... 详细信息

土壤质量是影响农产品质量安全的源头因素。基于国内外土壤质量评价指标及评价方法的研究文献,将产地土壤质量评价与无公害农产品产地认定相结合,从保障农产品质量安全的角度出发,筛选出27个便于进行土壤质量现场评价的描述性指标,并提出了各项指标的量化方法,以便能够快速地、相对量化地了解产地土壤质量状况,为保障农产品质量安全提供一种源头技术手段。

关键词：无公害农产品土壤质量描述性指标