外源凹凸棒土添加对半干旱矿区复垦土壤水分涵养功能的影响

大规模的采矿作业已对我国半干旱区植被生态造成很大破坏,矿区植被亟待恢复,以解决半干旱矿区日益恶化的生态环境问题。如何改良土壤、有效储存和利用降水是半干旱矿区复垦土地植被恢复的首要问题。本研究针对半干旱矿区复垦土地水分涵养功能不足的问题,提出利用凹凸棒土和当地砂土组配作为新覆土材料,并研究了外源凹凸棒土添加对神木矿区复垦土壤入渗、排水和储水能力的影响。结果表明: 随着凹凸棒土含量的增加,土壤的累积入渗量减少4.8%～37.4%,入渗率减少6.4%～46.3%,湿润锋推进速度减小9.8%～116.9%,饱和导水率减小14.3%～59.5%,24 h和72 h排水量分别减少0.3%～4.3%和0.3%～2.5%,土壤最大储水量增加1.6%～22.4%。外源凹凸棒土的作用效果在添加量为150 t·hm^-2时基本已达到最大,结合经济成本的最佳用量在30～150 t·hm^-2。本研究结果系统揭示了凹凸棒土对半干旱矿区土壤减渗保水的作用机理,证明其可以作为半干旱矿区复垦土壤改良的有效材料,为半干旱矿区土地复垦和植被恢复提供参考。     

枯落物覆盖对阔叶红松林土壤蒸发的影响

通过对枯落物覆盖下森林土壤蒸发的观测,研究了不同干重及类型的枯落物对土壤蒸发的影响,及其与含水率的关系。结果表明:土壤含水率相同,枯落物覆盖量越大,土壤蒸发量越小;不同类型的枯落物对土壤蒸发的抑制作用不同,在相同干重的枯落物覆盖下,未分解、半分解和分解的枯落物对土壤蒸发的抑制能力依次减弱。土壤蒸发量与枯落物质量呈对数关系。随土壤含水率的降低,土壤蒸发量减少,含水率在41%～38%时,每下降1%,75g、45g、15g枯落物覆盖下的土壤蒸发量依次减少2.38g、1.43g、1.30g,且在土壤含水率下降过程中,覆盖的枯落物分解程度越高,土壤蒸发速率降低越不显著。     

生物质炭添加对红壤性水稻土重金属有效性及土壤质量的影响

通过田间定位试验探讨了不同生物质炭添加量对红壤性水稻土理化性质、重金属有效性和土壤质量的影响。生物质炭于2017年水稻种植前一次性添加于耕作层(0～17cm),分别设置5个不同处理:CK:0 t·hm^-2,A10:10 t·hm^-2,A20:20 t·hm^-2,A30:30t·hm^-2和A40:40 t·hm^-2,经种植两季水稻后于2018年9月采集耕作层(0～17 cm)和犁底层(17～29 cm)土壤,计算土壤质量指数(SQI),评价土壤质量。结果表明:在耕作层(0～17 cm)和犁底层(17～29 cm),随着生物质炭添加量的增加,土壤容重逐渐降低;土壤孔隙度、pH值、有机质和可溶性有机碳含量增加,铵态氮和有效磷分别在添加量为20和30 t·hm^-2时达到最大值;土壤中脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性降低;生物质炭能够降低有效态Cd、As和Pb的含量,在生物质炭添加量为40 t·hm^-2时最低;在土壤耕作层(0～17cm),有效态...     

西藏林芝地区农田土壤蒸发对大气温湿度的响应

蒸发是土-气界面上水分损失和水循环的重要组成因子,受到环境温湿度条件的强烈影响。为阐明高原背景条件下土壤蒸发速率对大气温湿度因子的响应,以西藏林芝农田裸地为研究对象,采用土壤H₂O/CO₂通量仪自动测定土壤表面水分蒸发速率、近地层气温、大气湿度等因子,并通过相关性分析研究变量间的相关关系。结果表明,土壤水分蒸发速率表现为单峰型日变化特征,最大值出现在午后14:00-15:00时,最小值出现在夜间,气温和大气湿度也表现相似的变化特征。土壤蒸发速率与气温之间呈极显著正相关关系(R>0.9, P<0.001),近地层大气湿度对土壤蒸发速率有极显著的正响应关系(R>0.7, P<0.001)。     

原状土与非原状土对土壤自养微生物碳同化能力的影响

自养微生物在土壤中广泛存在,但原状土与非原状土对其CO2同化能力的影响尚不明确。因此,本研究采用14C连续标记示踪技术,选取亚热带区4种典型土壤进行室内模拟培养,探讨了原状土与非原状土对农田土壤自养微生物碳同化能力及其对土壤碳库活性组分的影响。结果表明:连续标记培养110 d后,原状土与非原状土样均表现出可观的CO2同化能力,根据估算,非原状土、原状土的CO2同化速率分别为0.015~0.148、0.007~0.050 g·m-2·d-1,说明土壤受扰动可能加剧自养微生物的活性,增强土壤自养微生物的CO2同化能力。相关分析表明,土壤自养微生物同化碳(14C-SOC)与其微生物截留碳(14CMBC)呈极显著正相关(R2=0.955)。而且,土壤可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和土壤有机碳(SOC)的更新率分别为:0.9%~4.5%、2.2%~9.7%和0.09%~0.43%(原状土);0.26%~1.09%、3.6%~20%和2.9%~5.7%(非原状土)。土壤自养微生物同化碳的输入对土壤活性碳组分的DOC、MBC含量变化影响较大,而对SOC影响较小。本研究丰富和扩大了土壤微生物的基本功能和在土壤碳循环过程中作用的认识。     

六盘山森林土壤中的砾石对渗透性和蒸发的影响

为了解山地土壤中的砾石对土壤水文循环的影响,测定了砾石土壤的贮水能力、渗透速率和蒸发速率。结果表明,砾石含量与土壤有效贮水量呈正相关关系,但与土壤最大贮水量无明显相关。在0-40cm土层,当砾石体积含量小于15％～20％时,稳渗速率随砾石含量增加而增大,当砾石体积含量大于15％-20％时,土壤稳渗速率随砾石含量增加而减小;在40cm以下土层,稳渗速率随砾石含量增加而提高。在土壤砾石含量为0～20％时,土壤蒸发速率随砾石含量增加而降低,但在砾石含量超过20％时,土壤蒸发速率基本保持稳定。土壤蒸发速率随砾石粒径增大有升高的趋势。     

天然纳米材料凹凸棒土促进Sp2/0细胞增殖的研究

目的:研究天然纳米材料凹凸棒土(ATP)对Sp2/0细胞增值的作用,并探讨这种作用与ATP优化细胞培养环境相关。方法:通过CCK8法和细胞计数方法,比较正常培养方式和添加天然纳米材料凹凸棒土培养方式下Sp2/0细胞的生长曲线、细胞活性,除外,Sp2/0细胞培养过程中谷氨酰胺的消耗以及细胞代谢产物NH4+浓度随时间的变化。结果:一定浓度范围的天然纳米材料凹凸棒土可有效的提高了Sp2/0细胞的细胞活性和细胞密度,促进了Sp2/0细胞的增殖。结论:天然纳米材料凹凸棒土通过降低细胞代谢产物中铵离子浓度,优化了细胞培养环境,促进了Sp2/0细胞增值。     

三温模型——基于表面温度测算蒸散和评价环境质量的方法Ⅰ．土壤蒸发

 三温模型是近年提出的测算蒸散量和评价环境质量的一种方法,因为该模型的核心是表面温度、参考表面温度、气温,所以被称为“三温模型”。该文通过理论分析结合实验的方法, 讨论了用三温模型测算土壤蒸发量的方法及其验证。通过引入没有蒸发的参考土壤的概念, 三温模型中用下式计算土壤蒸发量：LE=Rn-G-(Rnd-Gd)(Ts-Ta)/Tsd-Ta 式中,E为土壤蒸发量,L为水汽的汽化潜热,Rn和Rnd为蒸发土壤面和参考土壤面的净辐射, G和Gd为蒸发土壤和参考土壤热通量,Ts、Tsd、Ta分别为蒸发土壤的表面温度、参考土壤表面温度、气温。试验结果表明,在参考土壤和蒸发土壤中,能量通量存在明显差异,参考土壤中的土壤热通量和净辐射通量均小于蒸发土壤,而显热通量则大于蒸发土壤;在一般情况下,参考土壤的表面温度最高,蒸发土壤表面温度次之,大气温度最低,在土壤湿润时,这些差异更为显著。 经过与大型称重式蒸渗仪的实测值比较,三温模型能较好地计算土壤蒸发量,在22 d的实验期间内,绝对平均误差仅为0.17 mm•d^-1,相关系数达r²=0.88。与热电偶测温结果相比较 ,采用红外温度计测温的结果更为精确,和实测值的绝对平均误差仅为每天0.15 mm•d ^-1,相关系数达r²=0.94,表明三温模型有较好的精度。另外,三温模型在计算土壤蒸发量时, 所需要的参数种类少（净辐射、土壤热通量、温度）,不含经验系数,不需要空气动力学阻抗和表面阻抗等参数,因此简便实用,具有较好的应用前景。     

深圳市前海桂湾公园土壤蒸发及植被蒸腾模拟

蒸散发（ET）是连接水文循环和地表能量平衡的重要组成部分,准确的估算土壤蒸发（LE_s）和植被蒸腾（LE_v）对城市水资源分配和管理具有重要意义。针对城市林地蒸散发双源模型的缺失,本研究基于MOD16模型提出了应用于城市林地区域改进的MOD16双源模型。改进的MOD16双源模型更加准确的描述城市林地区域复杂下垫面的能量分配过程。结合高时空分辨率的Sentinel-2遥感卫星影像,对2020年深圳市前海桂湾公园20个无云日的LE_s和LE_v进行反演研究。用Shuttleworth-Wallace （S-W）模型和双作物系数法（FAO dual-K_c）验证模型性能,同时分析改进的MOD16模型对输入变量的敏感度,结果表明：改进的MOD16模型与S-W模型和FAO dual-K_c之间的均方根误差（RMSE）分别为21.39 W/m²和20.41 W/m²,平均绝对误差（MAE）分别为18.81 W/m²和19.05 W/m²,R²分别为0.801和0.634。改进的MOD16模型可以应用在城市林地LE_s和LE_v估算中。桂湾公园地区总蒸散月均值在85-165 W/m²之间。研究区域的LE_s和LE_v呈现出明显的季节变化,春夏季蒸散量升高,秋冬季蒸散量降低,LE_s的变化范围为0-50 W/m²,LE_v的变化范围为0-120 W/m²。LE_v高值在研究区呈现零散分布,多集中在前海桂湾沿岸,LE_s高值集中在研究区的西北、东北和东南部。敏感性分析结果表明,改进后的MOD16模型对植被覆盖、太阳辐射和湿度更敏感。其中,LE_v模拟结果受净辐射和植被覆盖影响最大,LE_s的模拟结果受湿度和植被覆盖的影响最大。因此,应用改进的MOD16模型时需要优先确保这些参数的准确输入。修正后的MOD16模型极大地提高了高分辨率、小尺度区域城市林地LE_s和LE_v模拟的准确性,为准确获取植被耗水量信息从而科学指导城市林地灌溉、解决城市水资源分配与管理提供有力工具。     

生物炭对土壤水分蒸发的影响

为确定干旱区生物炭的合理施用量及其对土壤水文过程的影响,采用室内土柱试验,研究了3种生物炭添加量(5%、10%和15%)和4种生物炭类型(d<0.25 mm竹炭、0.25 mm<d<1 mm竹炭、d<0.25 mm木炭和0.25 mm <d<1 mm木炭;d为粒径)对地下水补给、土壤持水能力、土壤水分上升运动和蒸发的影响.结果表明: 生物炭对地下水补给、土壤持水能力、土壤水分上升运动和蒸发都有明显影响,但生物炭原料和粒径不同,其影响效果不同;随生物炭施加量的升高,地下水对土壤补给量增大;添加生物炭可提高土壤持水能力,促进土壤水含量的上升速度,其中,添加竹炭效果大于木炭,小粒径生物炭大于大粒径生物炭;生物炭添加量较低(5%)时能有效抑制土壤蒸发,但添加量过高则可能促进土壤蒸发.干旱地区土壤适当施用生物炭可提高土壤保墒能力.     

荒漠结皮层藓类植物死亡对表层土壤水分蒸发和入渗的影响

水分是荒漠植物生长最主要的限制因子,藓类结皮作为荒漠土壤表层重要覆被物,对土壤水分蒸发入渗具有重要影响。研究表明,在全球气候变化背景下,不确定的降水格局变化导致结皮层藓类植物出现集群死亡现象,但这一过程对荒漠地表土壤水分蒸发与入渗过程的影响及其机理尚不清楚。以古尔班通古特沙漠齿肋赤藓结皮为研究对象,利用便携式渗透计和蒸发仪,研究了结皮层藓类植物死亡对土壤水分蒸发与入渗的影响。结果表明,与裸沙相比,藓类结皮的存在显著抑制了水分入渗,而藓类植物死亡的结皮层抑制作用最大,其初渗速率、稳渗速率和累积入渗量分别是活藓类结皮的39.89%、85.91%及64.48%,仅为裸沙的5.96%、13.13%及20.42%。在水分蒸发初期,裸沙的水分蒸发速率明显高于活藓类结皮和藓类植物死亡的结皮层,但藓类植物死亡的结皮层维持相对稳定的蒸发速率的时间长于裸沙和活藓类结皮,这也导致最终累计蒸发量以藓类植物死亡的结皮层最高、裸沙最低。可见,荒漠生物土壤结皮中藓类植物死亡会明显减少土壤水分入渗、增大水分蒸发,进一步影响荒漠表层土壤水分格局,从而影响生物土壤结皮与维管植物的水分利用关系。     

Effects of straw mulching on soil temperature, evaporation and yield of winter wheat: field experiments on the North China Plain

Straw mulching is an effective measure to conserve soil moisture. However, the existence of straw on the soil surface also affects soil temperature, which in turn influences crop growth, especially of winter crops. Five‐year field experiments (2000–2005) investigated the effects of straw mulching and straw mass on soil temperature, soil evaporation, crop growth and development, yield and water use efficiency (WUE) of winter wheat (Triticum aestivum L.) at Luancheng Station on the North China Plain. Soil is a moderately well‐drained loamy soil with a deep profile at the station. Two quantities of mulch were used: 3000 kg ha^?1 [less mulching (LM)] and 6000 kg ha^?1 [more mulching (MM)], representing half and all of the straw from the previous crop (maize). In the control (CK), the full quantity of mulch was ploughed into the top 20 cm of soil. The results showed that the existence of straw on the soil surface reduced the maximum, but increased the minimum diurnal soil temperature. When soil temperature was decreasing (from November to early February the next year), soil temperature (0–10 cm) under straw mulching was on average 0.3°C higher for LM and 0.58°C higher for MM than that without mulching (CK). During the period when soil temperature increased (from February to early April, the recovery and jointing stages of winter wheat), average daily soil temperature of 0–10 cm was 0.42°C lower for LM and 0.65°C lower for MM than that of CK. With the increase in leaf area index, the effect of mulching on soil temperature gradually disappeared. The lower soil temperature under mulch in spring delayed the development of winter wheat up to 7 days, which on average reduced the final grain yield by 5% for LM and 7% for MM compared with CK over the five seasons. Mulch reduced soil evaporation by 21% under LM and 40% under MM compared with CK, based on daily measuring of microlysimeters. However, because yield was reduced, the overall WUE was not improved by mulch.     

半干旱区不同垄沟集雨种植马铃薯模式对土壤蒸发的影响

通过垄沟集雨种植马铃薯试验,研究了不同垄沟集雨种植模式对土壤蒸发的影响.结果表明,在马铃薯全生育期,垄上覆盖塑料薄膜(CR)处理土壤蒸发量为122.9～165 mm,垄上原土夯实不覆膜(UR)处理土壤蒸发量为90.9～101.2 mm,无垄带状种植(CK) 土壤蒸发量为80.7 mm.其中,覆膜垄处理CR₆₀在马铃薯成熟期土壤蒸发强度最大,达2.6 mm·d^-1,平均为1.46 mm·d^-1,而对照的土壤蒸发强度为0.65 mm·d^-1;不覆膜土垄处理(UR₃₀)土壤蒸发强度苗期最小,只有0.2 mm·d^-1,平均为0.39 mm·d^-1,而对照的土壤蒸发强度为0.58 mm·d^-1.在马铃薯生长的现蕾期和开花期,水面蒸发量最大,日平均水面蒸发量分别为8.3和9.0 mm,与土壤蒸发不同步.马铃薯成熟期,各处理棵间土壤蒸发量都达到最大值.覆膜垄蒸发量最大,集雨效果显著,所以应采取抑制土壤蒸发措施,以便进一步提高水分利用效率.     

Mercury translocation in and evaporation from soil. III. quantification of evaporation of mercury from podzolized soil profiles treated with Hg Cl

Mercury evaporation from undisturbed iron‐humus podzol lysimeters was measured over 3 months after treatment with HgCl₂ spiked with radioactive ²⁰³Hg. The relative evaporation rate from HgCl₂ treated soils followed the sum of two exponential functions. Because evaporation asymptotically approaches zero with time, the integral of the fit curve represents the evaporative loss in percent of atmospheric deposition. For the soil investigated, about 5% of atmospheric Hg deposition was reemitted into the atmosphere. It is hypothesized that mercury evaporation can decrease the leaching of mercury in and from soil significantly; this effect is probably increasing with decreasing rain acidity or soil acidity. Mercury deposited as soluble salt remains susceptible to reemission to air for 300 d after incorporation into the soil matrix. Indications are found that Hg evaporation from soils in geological background areas predominantly derives from recent atmospheric Hg deposition and not from geological sources.     

覆被对桔园旱季土壤水分变化和利用的影响

稻草覆盖和自然覆被是解决红壤丘陵区季节性干旱的有效措施.2005～2006年在桃源农业生态试验站进行了稻草覆盖和自然覆被对桔园降雨入渗、土壤蒸发、土壤水分调控和利用结构影响的研究,结果表明:稻草覆盖和自然覆被更有利于雨水的储存和向深层入渗,雨后48h分别比裸地土壤储水增量多3.33mm和1.33mm,降雨入渗深度分别为40cm和80cm.此外,稻草覆盖和自然覆被分别抑制了69.10%和36.53%的土壤蒸发,其蒸发抑制作用在午间高温时段表现尤为明显,使得更多的水分以植物蒸腾(稻草覆盖15.71%、自然覆被7.30%)和土壤蓄留的方式支出,并且分别降低了20.55mm(稻草覆盖)和14.33mm(自然覆被)的水分支出.覆被下土壤水分结构发生明显改变,0～20cm土层受外界条件影响较大,土壤水分变异系数较大,自然覆被由于覆盖的植被消耗表层水分,水分亏缺较大,平均含水量为稻草覆盖>裸地>自然覆被;20～80cm土壤水分变异减小,平均含水量稻草覆盖>自然覆被>裸地;120～160cm深土层中,自然覆被下土壤水分得不到补给,变异系数增大,稻草覆盖和裸地水分变化稳定,平均含水量稻草覆盖>裸地>自然覆被.     

不同土壤水分处理对水稻光合特性及产量的影响

为探明土壤水分对水稻生长发育的影响机理,以武香粳14和两优培九为试验材料,分析了不同土壤水分处理下(W1、W2、W3和CK分别表示土壤体积含水量为20%、30%、40%和5cm水层灌溉)的水稻光合特性、产量及水分生产率等。结果表明,轻度水分胁迫(W3)具有处理间最大的叶片气孔导度、蒸腾速率和净光合速率,其他处理规律不显著。灌浆初期各水分处理下叶位间光合指标均表现为:剑叶＞顶2叶＞顶3叶>顶4叶,其他生育期规律不显著。与对照处理(CK)相比,武香粳14的W1、W2和W3处理的产量分别减少61.14%和29.13%、增加0.96%,水分生产率分别减少10.69%、增加1.53%和20.61%;两优培九的产量分别减少64.11%和28.76%,增加2.08%,水分生产率分别减少16.39%,增加2.46%和22.13%。研究结果为水稻精确灌溉和节水生产提供了技术支撑。     

Effect of rock fragments on the percolation and evaporation of forest soil in Liupan Mountains, China

The water-retaining capacity, percolation and evaporation of stony soil in Liupan Mountains, China, were measured in order to understand the effect of rock fragments on soil hydrological processes. The results indicated that the effective water-retaining capacity of soil is positively related with the volumetric content of rock fragments, but there is no relation between saturated water-retaining capacity and rock fragment content. For the soil layers within 0–40 cm, the steady infiltration rate increases with increasing volumetric content of rock fragments until it reaches the range of 15%–20%, and then it decreases when the rock fragment content further increases. For the soil layers below 40 cm, the steady infiltration rate always increases with increasing rock fragment content. The soil evaporation rate decreases with increasing volumetric content of rock fragments when it varies in the range of 0–20%, while the soil evaporation rate keeps basically stable when the rock fragment content is higher than 20%. The soil evaporation rate shows a rising tendency with increasing size of rock fragments.     

Effect of rock fragments on the percolation and evaporation of forest soil in Liupan Mountains, China

The water-retaining capacity, percolation and evaporation of stony soil in Liupan Mountains, China, were measured in order to understand the effect of rock fragments on soil hydrological processes. The results indicated that the effective water-retaining capacity of soil is positively related with the volumetric content of rock fragments, but there is no relation between saturated water-retaining capacity and rock fragment content. For the soil layers within 0–40 cm, the steady infiltration rate increases with increasing volumetric content of rock fragments until it reaches the range of 15%–20%, and then it decreases when the rock fragment content further increases. For the soil layers below 40 cm, the steady infiltration rate always increases with increasing rock fragment content. The soil evaporation rate decreases with increasing volumetric content of rock fragments when it varies in the range of 0–20%, while the soil evaporation rate keeps basically stable when the rock fragment content is higher than 20%. The soil evaporation rate shows a rising tendency with increasing size of rock fragments.