柳云龙[1]2002年在《低丘红壤水分特性和农田作物水分模拟信息系统研究》文中研究表明低丘红壤水分特性和农田作物水分模拟信息系统研究
方堃[2]2008年在《典型红壤地区土壤环境中水分、养分变化及耦合作用研究》文中研究表明红壤地区面积广大,约占全国土地总面积的22.7%。但红壤分布区域内降水时空分布不均匀,常常导致红壤地区出现季节性干旱。与此同时,红壤的酸化和氮、磷的污染等,又导致红壤地区的生态环境恶化。该区大部分土壤肥力的很多重要指标如速效磷含量、有机质含量等都很低,使得红壤资源潜在的生产能力得不到应有的发挥。因此,合理开发、整治与保护好红壤资源,一直是土壤科学及农业可持续发展的重要课题。本研究采用田间小区试验和室内模拟相结合的方法,选择了湘南祁阳红壤地区典型旱地和水田为供试土壤,研究了该区土壤水分、养分变化和酸雨对农田生态环境的影响状况,试图为红壤地区的环境保护、农业可持续发展以及防治红壤的季节性干旱提供科学的依据。本文的主要研究结果如下:(1)通过田间和室内试验得出土壤饱和导水率,对比原状土及扰动土表明:供试红壤原状土饱和导水率的变化范围在1.94×10~(-4)～44.80×10~(-4) cm·s~(-1)之间,并在土壤剖面中呈现出自上而下减小的趋势,原状土表层饱和导水率远大于其它各土层。同时,旱地各土层饱和导水率均大于水田各土层;扰动土的饱和导水率变化范围为1.09×10~(-4)～2.59×10~(-4) cm·s~(-1),也呈现出自上而下减小的趋势,但各土层相差不大,旱地扰动土饱和导水率略高于水田。影响红壤饱和导水率的因素主要有土壤容重、土壤质地和有机质含量等,土壤容重为主导因素,其它如土壤质地和有机质含量等也有一定的影响。(2)研究了土壤水分库容,结果表明:旱地土壤各层的有效水含量变化区间为82.17×10~(-3)-99.59×10~(-3)cm~3·cm~(-3),各层相差不大;水田土壤各层有效水含量差距较为明显,变化区间为112.89×10~(-3)-230.2×10~(-3)cm~3·cm~(-3),其中表层和犁底层的有效水含量远大于其它各层次,分别达到了222.04×10~(-3)和230.20×10~(-3)cm~3·cm~(-3)。容重主要影响饱和含水量;粘粒含量主要影响高吸力条件下的水田土壤含水量。红壤旱地的总库容较高,达到96.38mm,有效水库容含量很低,仅为17.71mm,有效水库容远高于旱地表层,达到30.74mm。红壤旱地滞洪库容较高,具有一定的水分储蓄和调节功能。(3)对旱地不同肥料配比小区的一年土壤含水量定点测定及气象因素分析表明:将研究区一年内的土壤含水量分为四个阶段:土壤水分充盈期(3月份下旬到6月中旬)、土壤水分亏缺期(6月份中旬至8月份下旬)、土壤水分补充恢复期(8份下旬至10月中旬)和土壤水分平稳期(10月中旬至3月份中旬)。空白小区长期没有作物生长,其土壤结构与其他实验小区不同,其土壤含水量变化很大,任何单一的气象因素变化都会对空白小区土壤含水量产生很大影响。在施用肥料的实验小区中,由于植被的存在,蒸发对N小区,NP小区,NPK小区的影响逐渐降低,而降雨因素对N小区,NP小区,NPK小区的影响力逐渐增加。(4)通过对湖南祁阳地区红壤旱地不同处理小区土壤剖面中氮素的研究表明:各小区各层土壤中的NH_4~+-N和NO_3~--N含量有明显的时空变化。NH_4~+-N和NO_3~--N在各处理小区土壤中的含量均表现为表层较高,底层较低;通过二者在不同季节和剖面中的比较,发现5月份单施氮的小区土壤淀积层NH_4~+-N和NO_3~--N含量分别达到最高,为248.34 mg·kg~(-1)和127.24mg·kg~(-1)。NH_4~+-N和NO_3~--N的含量在NPK配施小区与NP配施小区各个月份均呈极显着的直线线性相关;在单施氮小区7月份和9月份呈显着的直线线性相关,其它月份中无显着相关性;在空白小区无显着相关性。各小区土壤中有机质含量与NO_3~--N含量呈指数曲线变化,相关系数达极显着水平;各小区土壤中有机质含量与NH_4~+-N含量呈指数曲线变化,相关系数达到极显着水平。(5)NO_3~-在红壤各层中垂直迁移速度较快,主要受土壤容重等物理性质的影响,其穿透曲线顶点C/C_0值高低顺序依次为:耕作层＞母质层＞淀积层＞淋溶层。SO_4~(2-)在红壤中的垂直穿透曲线是土壤结构、阳离子含量和pH值等因素共同作用的结果,迁移过程缓慢同时危害更大。其在各层的穿透时间依次为:母质层＞淋溶层＞淀积层＞耕作层;穿透曲线顶点C/C_0高低顺序依次为:耕作层＞淀积层＞母质层＞淋溶层。Hydrus-1D模型能很好的模拟SO_4~(2-)和NO_3~-在上述土壤中的穿透规律。通过该模型预测当地酸雨过程,表明在酸雨结束后的很长一段时间内,SO_4~(2-)和NO_3~-等阴离子会在土壤中持续迁移,从而淋溶大量的盐基离子。
阳小聪[3]2008年在《红壤丘陵区生态适宜性评价与土壤物理性质研究》文中提出红壤丘陵区是生态稳定性差,生物组织和生产力波动性大,对人类活动及突发性灾害的反应敏感,自然环境易于向不利于人类利用方向演替的一类自然环境类型。我国东南部红壤丘陵的分布十分广泛,跨越南方11个省(区),619个县(市),共约113万km2,占国土面积的11%,该地区具有中亚热带优越的生物气候条件,年均气温16-19℃,年降水量1400-1700mm,生产潜力很大,但是由于长期以来人们对自然资源的过度开发利用,目前该地区水土流失严重,已导致土地生产力和水土效益下降。水旱灾害加剧,生态稳定性降低,自然环境恶化,已成为我国生态环境脆弱的地区之一。生态环境的脆弱已经严重影响了本区的生产发展和人民生活水平的提高,因而综合分析红壤丘陵脆弱生态环境的状况,研究该地区土壤物理性质,确定合适的生态适宜性分区,从宏观与微观两个方面掌握土壤的质量状况,这对于区域土地资源的综合开发,促进该地区经济与环境协调发展,具有重大的理论和实践意义。宏观方面,在地理信息系统的支持下,以红壤丘陵区典型代表-浏阳河流域为研究区域,综合分析影响该区域生态过程的各种因素,重点探讨地貌因素在生态适宜性分区中的作用以及对分区结果的影响。结果显示:浏阳河流域中,最适宜用地总面积为62km2,占总面积的1.95%;适宜用地面积为261km2,占总面积的8.12%;基本适宜用地面积为769km2,占总面积的23.96%;不适宜用地面积为1372km2,占总面积的42.72%;不可用地面积为747km2,占总面积的23.25%。研究结果表明,将地貌因素作为一个重要指标进行生态适宜性分区研究,更具有针对性,分区结果更加合理。微观方面,以红壤丘陵区另一典型代表-中国科学院桃源农业生态试验站定位观测试验场为研究区域,综合分析试验场地内各生态系统的土壤物理性质-饱和导水率、团聚体、颗粒组成等,全面把握该地区土壤质量状况。研究结果显示:人工、自然、农田叁大生态系统的土壤饱和导水率、土壤团聚体结构在时间和空间上变化都很明显。存在以下叁个规律:第一,各小区下坡位饱和导水率明显大于上坡位饱和导水率;土壤团聚体结构也是下坡位明显优于上坡位。第二,0-20cm的表层土饱和导水率高于20-40cm的;平均重量直径(MWD)也是0-20cm的要高于20-40cm的。第叁,所有生态系统的颗粒组成差别不大,质地类型接近于粘壤土,具有红壤的一般特征。研究结果表明:土壤物理性质如土壤饱和导水率、土壤团聚体因生态系统、坡位、土层深度的不同而存在差异。在生态恢复过程中,饱和导水率、土壤团聚体结构都有不同程度的改善,而土壤质地变化则比较缓慢。
黄志珍[4]2005年在《农田土壤氮素平衡动态模拟模型研制与SISNDB信息系统开发》文中指出氮是重要的生命元素,是促进农业可持续发展的根本要素之一。但是,氮肥的不合理使用,导致的NH_3挥发,反硝化释放出NO_2,NO,淋失和径流损失等,造成氮肥利用效率低下,还带来了令人担忧的环境问题,甚至直接威胁到人类的生存安全。如何用好这把“双刃剑”,与我国今后以至未来的可持续发展进程中,既保证粮食增产又有效保护环境有着重要关系。土壤氮素平衡研究已有很长的历史,但土壤氮素形态和动态过程的复杂性、氮素循环过程涉及范围的广泛性、及其在生产和环境中的利弊双重性,使得我们有必要在传统的研究方法基础上,采用进一步的学科交叉与渗透、更多更新的理论与技术成果,研究土壤氮素在农田中的平衡动态过程,这将有助于农业资源利用与环境保护领域的进一步发展,有助于实际生产中氮肥的合理、经济利用,也有助于更有效地保护水体、大气等人类生存环境。 基于土壤氮素行为的复杂性和重要性,建立土壤氮素平衡动态的模拟模型,进行更有效的定量分析并预测土壤氮素平衡动态及对生产、环境的影响是该领域的研究热点,也是难题。根据国内外的研究动态和我们的研究基础与经验积累,针对我国南方地区农田土壤氮素平衡动态及对环境产生影响的问题,以合理利用氮肥和减少农田氮素对水体、大气环境污染为目标,运用专业模型、计算机及地理信息系统等理论与技术,系统研究了农田土壤氮素动态平衡机理问题。具体而言,主要包括以下两方面内容: (1)根据国内外土壤氮素动态循环研究现状,总结、整合前人相关研究的基础上,研制一套以土壤水分动运动模型为基础,结合作物生长动态模型,包含水田环境的土壤氮素平衡各主要过程的模拟模型,从而提升研究的深度和广度,填补国内该领域研究的空白。该系统中的模型选择与设计要求在解释性模型基础上,尽可能采用少而易取的参数,计算简便,既明确机理又考虑实用。并充分利用现代高新理论与技术,将农田土壤氮素平衡动态模拟模型开发成全中文界面的信息系统。开发出的信息系统要求大众化、傻瓜化,为农业生产中氮肥的合理利用及环境保护的分析、预警与管理提供有效决策支持。 (2)为集成基于ComGIS的土壤氮素平衡动态模拟模型提供一个较理想的平
高跃[5]2013年在《基于HYDRUS模型的红壤坡耕地水分动态研究》文中研究表明坡耕地水分运动性质和动态规律是水分管理的重要依据,但其实际测定存在困难,这使得鄂南红壤坡耕地水土保持措施和季节性干旱防御措施有一定的盲目性。模型模拟土壤水分动态是一种较为常用的替代研究方法。本文研究了HYDRUS模型在鄂南红壤的适用性和模拟方法,探讨了作物生长期表土水分运动性质的变化,并模拟揭示了不同水土保持措施下红壤坡耕地部分水分动态特征。本文在红壤坡耕地上开展田间试验,设置了裸地、作物、作物+带状牧草、作物+作物生长期稻草覆盖、裸地+作物生长期稻草覆盖、作物+冬季稻草覆盖、作物+带状牧草+作物生长期稻草覆盖7种处理,时间为2011年和2012年夏玉米主要生育期。田间观测了气象数据、土壤含水量(5cm、15cm、30cm、45cm、60cm深度)、水分运动参数和作物生理指标,借助HYDRUS模型,模拟了玉米生育期的红壤水分动态。模拟进行了叁组：参数敏感性分析模拟、全期和分期的土壤水分动态模拟、稻草覆盖处理下的土壤水分动态模拟。通过分析实测数据和模拟数据得到以下结论：供试红壤坡耕地表层水分运动性质表现出明显的时间变异性。经历较大降雨之后,同吸力下表层土壤含水量和导水性出现一定程度下降,裸地处理的下降幅度要大于作物和作物+带状牧草两处理。红壤水分运动性质的改变,影响了坡耕地的水分循环,在土壤水分模拟和预测时必须予以考虑。HYDRUS模型输出项(土壤含水量、坡面径流、降雨入渗和蒸散发)对土壤水分运动参数最敏感,其次是作物参数、气象参数,最后是地形参数、根系吸水参数。因此,借助HYDRUS研究土壤水分动态时,需要准确获取和优化校准土壤饱和含水量(0s)、饱和导水率(Ks)、孔径指数(n)、进气值倒数(Alpha).降雨量、光照辐射通量和叶面积指数(LAI_等参数,这样才能提高模型的模拟效率和精度。在田间条件下,HYDRUS模型可以很好的模拟红壤坡耕地根系层土壤水分动态过程,体现了在这一地区的适用性。无论单纯的裸地处理、作物处理还是加入带状牧草和稻草覆盖的处理,各土层模拟土壤含水量与实测值的决定系数基本上在0.5以上,相对误差绝对值均在4%以下,均方根误差大部分小于0.03cm3/cm3。模型模拟结果具有较高的灵敏度,能够体现出不同处理的差异性。模拟稻草覆盖处理的土壤水分动态时,将稻草覆盖层看作是特殊的土壤介质层的方法,能够得到比将水汽通过稻草覆盖层的阻力考虑到蒸发强度计算中的方法更好的模拟结果。说明,HYDRUS模型可以用于研究和预测红壤坡耕地水分动态。考虑到表土水分运动性质的时间变异对模型输入土壤参数的影响,本文采用了全期和分期分别模拟土壤水分动态,结果表明分期模拟的效果要好于全期模拟,尤其是验证模型。裸地分期验证模型各土层模拟值与实测值的决定系数均在0.6以上,模型效率系数均在0.1以上,均方根误差和相对误差绝对值均较小,各项评价指标显着好于对应的全期模拟。这种模拟方法提高了红壤多雨期土壤水分模拟的精度和效率,可为类似地区的土壤水分动态模拟借鉴。实测和模拟结果表明,带状牧草等水保措施在集中降雨期对土壤含水量无明显影响,而干旱期影响显着。处理之间的深层土壤含水量差异较小,但表层含水量差异较大,裸地、作物和作物+带状牧草3种处理整个观测期表层5cm的土壤含水量实测平均值分别为0.1840cm3/cm3、0.2192cm3/cm3、0.2222cm3/cm3,3种处理的土壤含水量动态受气象影响依次减小,土壤含水量变异系数分别为33.19%、31.84%、30.40%。这一结果为坡耕地水土保持和季节性干旱防御提供了依据。
何园球[6]1998年在《红壤农业生态系统水分循环、平衡及其调控研究》文中提出用详实的资料论述了低丘红壤区农业生态系统水分循环、平衡特点，讨论了水分平衡的评价原则，灌溉水数量及作物需水的初步预测，并提出了调控水分循环和平衡的一些具体措施。
何绍福[7]2005年在《农业耦合系统的理论与实践研究》文中提出农业是国民经济的基础产业,在国民经济中有着重要的基础作用。中央一号文件——《中共中央国务院关于进一步加强农村工作提高农业综合生产能力若干政策的意见》指出,全面落实科学发展观,坚持统筹城乡发展的方略,切实加强农业综合生产能力建设是2005年农业和农村工作的重要内容。农业资源的有限性、难以替代性及农业生产的区域性、季节性等特性,促使有必要而且可以对农业子系统进行耦合,从而提高农业系统的综合生产能力和可持续发展能力。以此为据,针对目前农业耦合系统研究理论上的薄弱环节和实践样地研究的不足之处,本文选择典型样地马坪镇开展农业耦合系统的理论与实践研究。主要结论包括:(1) 系统性的提出了有关农业耦合系统的理论和原则,着重探讨了农业耦合系统的结构、功能特性、驱动力和耦合度等内容,将有助于人们在实践中更好的认识农业耦合系统的机理和特性。(2) 首次选择在我国南方地区典型样地开展农业耦合系统研究的实践工作,针对马坪镇农业系统的实际情况,设计了马坪镇农业耦合系统模式,分析证明该模式运行叁年来取得显着的综合效益。(3) 综合应用GIS和SD方法对马坪镇农业耦合系统的控制进行了研究,模拟了本系统未来16年的变化情况,提供优选方案供决策层选择,并制定基于GIS和SD优化的马坪镇农业耦合系统建设规划。
柳云龙[8]2007年在《基于GIS的土壤水分平衡与作物生长模拟集成系统研究》文中指出广泛分布在浙江中西部、江西大部和湖南中东部地区的低丘红壤,面积广大,水热资源充沛,具有巨大的农业生产潜力和诱人的发展前景,但季节性干旱一直是困扰红壤农业发展的主要障碍。针对红壤地区水资源分布和红壤易旱的特点.很多研究
解宪丽[9]2004年在《基于GIS的国家尺度和区域尺度土壤有机碳库研究》文中认为土壤有机碳库是陆地生态系统碳库的主要组成部分，在全球和区域碳循环中具有重要地位。基于GIS技术及模型研究方法，本论文对中国国家尺度和区域尺度的土壤有机碳库进行研究。研究内容主要分为两部分：首先，基于四种估算单元(土壤类型、植被类型、气候—土壤—植被多要素离散单元及FAO-UNESCO世界土壤图例单元)对国家尺度土壤有机碳储量进行估算，分析不同土壤类型、植被类型、气候区划等生态条件下的土壤有机碳库特征，提高中国土壤有机碳库估算的准确性，并且采用统计分析和样带研究方法，分析中国土壤有机碳库的影响因素和空间分布格局；其次，应用土壤有机质模型(DNDC模型)，对典型红壤区江西省余江县土壤有机碳库进行模拟，研究生态脆弱区域不同土地利用方式下的土壤有机碳库特征及其年度变化。主要研究结果和结论如下： 1、中国100cm和20cm深度土壤有机碳储量：基于土壤类型的估算结果为84.4 Pg(1Pg=10~(15)g)和27.4 Pg；基于植被类型的估算结果为69.4 Pg和23.8 Pg；基于气候—土壤—植被离散单元的估算结果为79.1 Pg和26.6 Pg；基于FAO-UNESCO土壤图例单元的估算结果为82.3 Pg和26.7 Pg。 2、绘制中国土壤有机碳储量空间分布图和中国土壤有机碳密度数字地面模型。中国土壤有机碳储量分布不均匀，明显受气候因素影响。在中国北方(北纬约42°)湿度样带土壤有机碳密度变化与降水量变化一致。沿中国东部(110°～130°E)热量样带，土壤有机碳密度大小次序为：寒温带＞中温带＞亚热带、热带＞南温带。 3、统计分析表明，不同生态系统中影响土壤有机碳储量的关键环境变量不同，在温带草原是年平均温度，而对于针叶林是海拔。同时随着生态系统尺度的细化，环境变量对土壤有机碳储量影响的显着性程度增加，但是人类的耕种活动降低了这种影响。 4、应用DNDC模型对余江县土壤有机碳库(0-20cm)总量的模拟结果为3.52×10~9kg，平均土壤有机碳密度为4.24 kg m~(-2)。灌溉水田的土壤有机碳密度最高，其次是望天田、园地、林地和菜地，旱地的较低，草地的最低。该县水稻土的平均有机碳密度为5.51 kg m~(-2)，红壤的为3.05 kg m~(-2)。红壤有机碳密度明显低于水稻土的。 5、在没有土壤侵蚀发生的情况下，余江县土壤有机碳库年度变化量为8.63×10~7kg，变化率为+2.45％。土壤有机碳密度下降的地区大多位于农田区内，特别是旱地，部分灌溉水田的有机碳密度略有增加，林地、园地、草地的土壤有机碳密度是增加的，特别是园地的增幅最大。
叶芳毅[10]2010年在《中国南方红壤丘陵区脆弱生态系统水稻生产潜力模型研究》文中提出利用作物生产潜力模型,根据环境影响因子来预测特定区域的粮食作物产量,分析环境的变化对作物产量的影响,从而为政府部门实施正确的环境和农业决策提供有效的依据,这对于加快中国农业的现代化进程、保护农业环境和解决中国的粮食安全问题均具有重要的意义。我国南方红壤丘陵区地域广阔,自然条件优越,是我国水稻的重要生产基地,长期以来由于投入不足以及土地利用和管理方式不尽合理,使得该地区土壤环境呈下降的趋势,对我国的粮食安全构成了潜在威胁。基于此,本研究将以南方红壤丘陵区脆弱生态系统为研究对象,通过水稻模型的遴选与应用探讨环境因子及管理措施等与水稻产量的关系。本文选取南方红壤丘陵区的典型区域——中国科学院桃源农业生态试验站为实验站点,对各水稻模型进行筛选验证,得到以“机制法”为基础的水稻模拟模型。结合地理信息系统(GIS)将水稻模拟模型推广应用到洞庭湖区域,收集水稻产量影响因子数据,得到洞庭湖区域2003年-2007年水稻模拟产量和土壤肥力指数,对模拟产量进行时间和空间分布规律研究,结果表明洞庭湖水稻产量高产区主要集中于常德大部、长沙东部及岳阳东北部。根据以上研究结果得到以下结论：(1)以“机制法”为基础的水稻模拟模型基本上能够反映洞庭湖区域水稻的实际产量,模拟产量和实际产量的偏差范围为5%-15%；(2)土壤特性是影响水稻产量的主要因素,其中有机质、速效磷、pH值是影响水稻常量的主要因素。(3)生态环境对水稻产量影响巨大,由环境恶化引起的水土流失、土地酸化及极端气候条件对水稻产量影响巨大,造成当年水稻产量欠收。
参考文献：
[1]. 低丘红壤水分特性和农田作物水分模拟信息系统研究[D]. 柳云龙. 浙江大学. 2002
[2]. 典型红壤地区土壤环境中水分、养分变化及耦合作用研究[D]. 方堃. 南京农业大学. 2008
[3]. 红壤丘陵区生态适宜性评价与土壤物理性质研究[D]. 阳小聪. 湖南大学. 2008
[4]. 农田土壤氮素平衡动态模拟模型研制与SISNDB信息系统开发[D]. 黄志珍. 浙江大学. 2005
[5]. 基于HYDRUS模型的红壤坡耕地水分动态研究[D]. 高跃. 华中农业大学. 2013
[6]. 红壤农业生态系统水分循环、平衡及其调控研究[J]. 何园球. 土壤. 1998
[7]. 农业耦合系统的理论与实践研究[D]. 何绍福. 福建师范大学. 2005
[8]. 基于GIS的土壤水分平衡与作物生长模拟集成系统研究[C]. 柳云龙. 中国地理学会2007年学术年会论文摘要集. 2007
[9]. 基于GIS的国家尺度和区域尺度土壤有机碳库研究[D]. 解宪丽. 南京师范大学. 2004
[10]. 中国南方红壤丘陵区脆弱生态系统水稻生产潜力模型研究[D]. 叶芳毅. 湖南大学. 2010
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