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黄土高原植被恢复对土壤物理参数的影响——基于已发表数据的荟萃分析

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地理科学进展 2021年第6期40卷 1012-1025页

作者：张泽凡张学珍中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

陆面过程在气候变化中具有重要作用,其中土壤水文过程是陆面过程的重要内容,然而目前陆面模式中土壤水力学参数仅依赖于土壤质地,并未考虑植被类型对其影响,这与自然过程不符,从而导致对大规模植被恢复的水文、气候效应认识不充分。为... 详细信息

陆面过程在气候变化中具有重要作用,其中土壤水文过程是陆面过程的重要内容,然而目前陆面模式中土壤水力学参数仅依赖于土壤质地,并未考虑植被类型对其影响,这与自然过程不符,从而导致对大规模植被恢复的水文、气候效应认识不充分。为揭示植被恢复对土壤物理参数的影响,改进陆面模式中土壤参数的精度,论文以黄土高原为研究对象,收集整理了已发表的植被恢复下土壤物理参数的测试分析数据,从中提取了采样点经纬度、土壤质地、植被类型、恢复年限、坡度、孔隙度等信息,进行了荟萃分析。结果显示,植被恢复可促进土壤有机质的积累,明显改善土壤结构、增加土壤肥力,从而提高土壤黏粒含量,降低砂粒含量,显著提高土壤孔隙度、饱和导水率和持水能力。随着植被覆盖度的增加,这种作用也增强,恢复至林地阶段达到最高,并且阔叶林的作用要强于针叶林。随林龄增长,土壤孔隙结构和入渗性能都明显改善,土壤的持水性得到增强。研究明确了黄土高原地区植被恢复对土壤参数的影响,为更好地研究大规模植被恢复对地表水分通量的影响及其气候效应奠定了基础。

关键词：植被恢复土壤物理参数荟萃分析黄土高原

麦秸-塑膜复合覆盖对玉米产量及土壤物理参数的影响研究

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中国农村水利水电 2017年第9期 19-22,31页

作者：丁林王福霞王文娟王以兵甘肃省水利科学研究院兰州730000 甘肃省水利水电勘测设计研究院兰州730000

结合地膜覆盖与麦秸覆盖的保墒、生态效应,将2者集成麦秸-塑膜复合系统,分析了不同覆盖方式下的玉米生育进程、产量、耗水量、提高土壤有机质的水平等方面的指标。研究结果表明:覆膜和麦秸塑膜复合覆盖生育期较麦秸覆盖和无覆盖处理提早... 详细信息

结合地膜覆盖与麦秸覆盖的保墒、生态效应,将2者集成麦秸-塑膜复合系统,分析了不同覆盖方式下的玉米生育进程、产量、耗水量、提高土壤有机质的水平等方面的指标。研究结果表明:覆膜和麦秸塑膜复合覆盖生育期较麦秸覆盖和无覆盖处理提早10 d,其耗水量相对较小,具有节水、减少无效蒸发的作用。与无覆盖处理相比,覆膜处理耗水量减少38.6 mm,复合覆盖处理耗水量减少44.0~59.6 mm;覆膜处理水分利用效率提高41.0%,复合覆盖处理水分利用效率提高20.8%~30.1%。与播种前相比复合覆盖土壤有机质含量提高8.62%~14.94%,对增加土壤有机质含量,提高麦草利用有积极作用,解决了秸秆覆盖技术在推广应用中常遇的"冷环境+低出苗+低产量"的问题。

关键词：麦秸-塑膜复合覆盖产量土壤物理参数玉米

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基于染色示踪的农膜残留农田土壤优先流特征

水土保持学报 2020年第3期34卷 142-149页

作者：胡琦李仙岳史海滨田彤陈宁张月红内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院呼和浩特010018

随着覆膜农作的发展,农膜残留日益严峻,严重影响土壤水流运动。为了探索农膜残留对水流运动的影响机制,在河套灌区九庄节水综合试验站,设计3种残膜量,分别为0,300,600 kg/hm^2,于成熟期在各试验小区选择典型区域进行20,80 mm水量的染色... 详细信息

随着覆膜农作的发展,农膜残留日益严峻,严重影响土壤水流运动。为了探索农膜残留对水流运动的影响机制,在河套灌区九庄节水综合试验站,设计3种残膜量,分别为0,300,600 kg/hm^2,于成熟期在各试验小区选择典型区域进行20,80 mm水量的染色示踪试验,共6个处理,研究不同残膜量对土壤物理特性的影响,基于染色示踪技术分析不同入渗量和不同残膜量对土壤水流运动的影响,并评价各处理土壤剖面的优先流特征。结果表明:随着残膜量增加,土壤容重、饱和导水率和土壤初始含水率呈下降趋势,而土壤孔隙度呈增大趋势,土壤中随机分布的残膜导致残膜处理(300,600 kg/hm^2)的各物理参数有较高的变异系数。基于土壤染色剖面二值化图像分析,土壤优先流发育程度随残膜量和入渗量增加而提高,300,600 kg/hm^2残膜量处理的最大染色深度(MDSD)和土壤染色剖面的变异系数(Cv)随残膜量增加而增大,与20 mm入渗量相比,80 mm入渗量下残膜处理的MDSD和Cv分别平均增加47.23%和27.34%。不同处理的优先流特征指标差异显著,5个优先流特征指标(染色面积比、基质流深度、优先流比、长度指数和变异系数)均显示残膜处理(300,600 kg/hm^2)的优先流程度高于无残膜处理(0 kg/hm^2),可见残膜量及入渗量的增加均会增大土壤优先流的发生几率和强度。

关键词：农膜残留土壤物理参数优先流入渗量

足球场草坪不同施肥条件下的养分渗漏流失状况

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西南农业学报 2016年第11期29卷 2669-2675页

作者：张宝军熊东红 Charlotte Moerkerke 杨丹 Donald Gabriels Wim Cornelis 中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041 中国科学院大学北京100049 比利时根特大学

合理施肥是促进足球场地草皮生长的有效方式,进而影响球场比赛质量,但施肥可能导致地表水及地下水质恶化,减少可饮用水资源。本文采用随机排列小区试验的方法,研究了矿物肥料、有机肥料、矿物-有机混合肥等3种肥料类型对草皮养分元素的... 详细信息

合理施肥是促进足球场地草皮生长的有效方式,进而影响球场比赛质量,但施肥可能导致地表水及地下水质恶化,减少可饮用水资源。本文采用随机排列小区试验的方法,研究了矿物肥料、有机肥料、矿物-有机混合肥等3种肥料类型对草皮养分元素的流失及其地上、地下生物量的影响效果,并探讨了造成草皮对各肥料类型吸收利用率不同的主要原因。结果表明,1各肥料类型处理小区渗出物中N、P浓度均无显著性差异,且均显著低于相应元素的容许限;而3种肥料类型的K浓度都超过了环境容许限度,即施用K量超过草皮吸收利用的能力;2植物可利用水量、土壤排水孔大小及渗透性的差异是导致各肥料类型处理小区渗出物中养分浓度差异的主要原因;3不同肥料类型处理小区的根系密度(地下生物量)无显著差异,而草皮地上部分的生物量大小按照以下顺序排列:有机肥料处理>矿物肥料处理>矿物-有机肥处理,但差异不显著。

关键词：生物量施肥类型养分浓度土壤物理参数足球场比利时

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稻麦轮作下收割机械对土壤机械压实的研究

稻麦轮作下收割机械对土壤机械压实的研究

作者：王浩南京农业大学

学位级别：硕士

随着我国农业机械化水平的不断提高与科技的发展,我国农机具保有量逐年增加,极大限度的提高了农业生产效率。然而农机具的大量使用会对土壤造成一次或多次的碾压作用,导致土壤耕作结构发生改变,从而产生了土壤的压实作用,农机具所造成... 详细信息

随着我国农业机械化水平的不断提高与科技的发展,我国农机具保有量逐年增加,极大限度的提高了农业生产效率。然而农机具的大量使用会对土壤造成一次或多次的碾压作用,导致土壤耕作结构发生改变,从而产生了土壤的压实作用,农机具所造成的压实作用效果远大于土壤的自我恢复能力,导致了土壤生产力的降低。然而现有的土壤压实研究大多集中在砂土和壤土上,却很少有人在黏土进行压实研究,江苏地区水稻收割季多雨,导致水田土壤含水率高,粘性大,土壤承载力远低于北方地区,农机具在这类土壤中进地作业时,履带或轮胎下陷严重,对土壤造成了严重的破坏。因此本文基于田间调查的基础上,实测了收割机械进地作业前后土壤的物理参数和力学参数,描述了我国江苏地区土壤参数的空间分布以及系统的分析了几者与收割机下陷量间的关系,从而描述了收割机械对土壤的压实破坏。论文的主要研究内容具体如下:为了精确测量收割机械对土壤微地貌的破坏情况,本研究综合考虑了南方地块面积、长宽比、长边等地理参数和收割机进地作业后地表情况,提出了基于接触式微地貌测试方法的激光微地貌测试仪的总体设计方案,并进行了三维图的绘制、加工以及关键部件的选型和数据快速获取程序的编写。并利用自制的测试仪进行田间调查试验,其结果显示夏季下陷量集中分布在3cm以内,冬季下陷量集中分布在了 4～10cm,冬季分布范围以及下陷量均明显高于夏季。取样点个数的选择以及科学合理的布控是提高田间调查效率的重要途径,因此本文分别对土壤取样方法中通用的五点取样法以及基于五点法的二十一点取样法、基于网格法提出的九点取样法这三种取样方式进行了对比分析,其结果显示五点法只能够满足取样点误差小于5%的要求,但是无法达到描述整个地块下陷量空间变异性的目的,然而二十一点和九点法均能够在满足取样精度达到描述空间变异性的目的,但是综合考虑到人工成本和时间,最终选择了更为易行的九点取样法作为微地貌的田间调查取样的方法学。为了反映收割机对农田土壤的压实作用,对收割机作业前后土壤物理参数（含水率、容重、总孔隙度）和力学参数（土壤紧实度）以及对地块的压实面积进行了研究。结果显示压实后呈现出土壤容重变大,总孔隙度降低,含水率降低的情况。冬夏两个季节土壤各参数存在明显的不同,其中含水率冬季集中分布在了 30%～40%,夏季主要分布在10%～20%之间,从土壤紧实度可以看出犁底层大概出现在了 12.5cm附近,且在犁底层以上冬季收割机行走后土壤紧实度均出现了增幅大于25%的增加,夏季因土壤承载力较高,增幅不明显。对收割机行走后压实面积的统计结果显示在整个地块中会有超出45%的农田面积受到收割机造成的压实影响。为了研究田间土壤的承载力,分别对下陷量与土壤各参数之间的关系进行了线性和指数的拟合分析,同时利用田间原位平板下陷试验平台进行了不同平板直径的应力—应变曲线和先期固结压力的测量。结果显示下陷量与土壤参数均符合指数拟合的关系,且决定系数均符合要求。从平板下陷试验结果得出了先期固结压力呈现出随平板直径的增大而减小最后趋于稳定的趋势,这为解释收割机械造成严重的土壤压实下陷初步提供了理论依据。

关键词：机械压实下陷量先期固结压力水稻土土壤物理参数

特厚煤层开采扰动下沉陷区土壤结构空间变异与土壤水运移特征

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特厚煤层开采扰动下沉陷区土壤结构空间变异与土壤水运移特征

作者：曹国磊中国矿业大学

学位级别：硕士

本文以西部生态脆弱矿区为研究背景,围绕煤炭高强度开采活动引发的地表沉陷导致的土壤结构破坏、土壤含水量减少、加剧矿区水土流失等生态环境问题,以内蒙古鄂尔多斯大饭铺煤矿为研究对象,基于无人机影像数据及沉陷监测数据,分析了特厚... 详细信息

本文以西部生态脆弱矿区为研究背景,围绕煤炭高强度开采活动引发的地表沉陷导致的土壤结构破坏、土壤含水量减少、加剧矿区水土流失等生态环境问题,以内蒙古鄂尔多斯大饭铺煤矿为研究对象,基于无人机影像数据及沉陷监测数据,分析了特厚煤层开采后地表沉陷及地表裂缝的空间展布特征;通过沉陷区土壤物理参数实测及实验室试验,分析了不同沉陷区土壤物理结构参数的变异特征,并通过空间插值法对沉陷区域进行预测;利用CT扫描技术,重构了土壤孔隙三维空间分布并实现了土壤孔隙参数的特征量化,分析了土壤物理参数与土壤孔隙参数间的相关关系;通过Hydrus数值分析软件,研究确定了沉陷区土壤结构变异及裂缝影响下土壤水分运移及裂缝影响范围,针对不同沉陷区域的沉陷特征、土壤结构变异特征等提出分区修复及治理措施。主要研究结论及成果如下:(1)基于无人机影像数据及沉陷监测数据,研究了特厚煤层沉陷区地表裂缝的呈“倒C型”的空间分布特征,分析了采动后不同区域裂缝的形成原因及裂缝的发育特征,得出两巷边缘的沉陷拉伸区的裂缝发育明显,裂缝尺度(裂缝宽度、裂缝长度、裂缝落差等)较大,而工作面上方的动态裂缝的发育相对较小。(2)通过现场实测及实验室试验,测试了沉陷区土壤物理结构参数,发现沉陷拉伸区土壤物理结构参数变异特征最为显著,表现为土壤含水率下降,土壤容重增加,土壤粒径增大,土壤质地呈砂化趋势,土壤团聚体等破坏特征最为明显;通过空间插值实现了沉陷区土壤含水率、土壤容重及土壤质地的空间展布及预测。(3)通过CT扫描三维重构技术,实现了沉陷区土壤孔隙(裂隙)三维可视化模型重构,量化表征了沉陷区不同沉陷位置、不同垂直剖面深度下土壤孔隙度、孔径、成圆率及孔隙连通率等微观孔隙结构特征参数,发现沉陷拉伸区域土壤孔隙参数变异最为明显,其孔隙度增幅最大,孔隙数目大幅增加、孔隙尺寸显著增大,成圆率下降、欧拉数增加、大孔隙占比增加,孔隙连通网络发育明显;建立了土壤物理结构参数与土壤孔隙结构参数间的Pearson相关分析模型,发现土壤物理结构参数与土壤孔隙参数具有显著相关性(P≤0.05)。(4)利用Hydrus土壤水分运移数值分析软件,构建了采煤沉陷区不同区域土壤结构参数变异下土壤水分运移模型及沉陷裂缝影响下土壤水分运移模型,揭示了沉陷区土壤结构变异影响越剧烈区域其土壤的持水能力越弱,土壤水分耗散能力越强,土壤干旱胁迫效应越明显,随土壤剖面深度的增加,这种趋势有所减缓。而裂缝影响下,土壤水分运移优势通道增加,土壤水分运移速率明显加快且距离裂缝水平距离30cm内影响最为显著。本文有图59幅,表14个,参考文献101篇。

关键词：开采沉陷地表裂缝土壤物理参数 CT扫描技术土壤水运移

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吉林省中西部玉米田土壤水分动态模拟

气象灾害防御 2015年第1期22卷 29-32页

作者：高峰王琨鹏赵光远张富龙松原市气象局松原138005

通过实际田间测定和RETC软件拟合土壤特征曲线,获得土壤物理参数。通过常规气象资料和农田作物观测资料计算玉米农田实际蒸散。基于土壤水分观测数据考虑根系吸水,建立农田土壤水分动态模型,通过差分方法模拟求解。结果表明玉米农田土... 详细信息

通过实际田间测定和RETC软件拟合土壤特征曲线,获得土壤物理参数。通过常规气象资料和农田作物观测资料计算玉米农田实际蒸散。基于土壤水分观测数据考虑根系吸水,建立农田土壤水分动态模型,通过差分方法模拟求解。结果表明玉米农田土壤水分模拟值与实测值较为接近,该模型可利用常规气象资料,实现对吉林省中西部平原地区实际玉米农田土壤水分动态变化较为准确模拟,为吉林省中西部地区农业抗旱提供科学依据。

关键词：土壤水分土壤物理参数蒸散差分