李毅团队:斥水性土壤中的水分运移及作物生长规律

土壤斥水性是指水分难以入渗到土壤中的现象。斥水性土壤中的水分运移规律和作物生长过程与亲水性土壤呈现出较大的差异,且更为复杂。斥水等级越高,土壤水分运移规律与亲水性土壤差异越大。
虽然目前国内外很多学者对斥水性土壤中水分运移的规律进行模拟,取得了丰硕的成果,但是仍然存在以下科学问题:
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(1) 斥水性土壤中多发非均匀流、指流等现象,研究难度较大,对不同斥水程度土壤中的水分运移规律仍需要深入探讨;在研究斥水性土壤的水分运移过程中,缺乏土壤结构及土壤质地的差异性考虑。作为影响水分运移的两个重要方面,这会导致研究结果缺乏全面性,对实际的自然土壤环境下的水分入渗指导性弱。此外,虽然目前关于均质、非均质(层状)结构的斥水性土壤水分运移有相关的研究成果报道,但是试验中对不同斥水程度的等级划分较少。相对来讲,斥水性强弱因素的考虑不够全面、具体,而且对于斥水程度是如何影响斥水性土壤中指流的产生及发展特点还不甚明了,导致斥水性土壤水力性质模型的成果适用范围有限,成为斥水性土壤水分运移规律研究的障碍。
(2) 目前,SWR 对土壤水分的影响及斥水性形成的机理方面研究较多,但对SWR 影响作物生长,尤其是不同等级斥水程度土壤对不同类型植物的种子发芽率的影响还需要深入研究。对于 SWR 对土壤水分动态过程的影响,以及对作物生长过程中生理指标变化的影响还有待进一步量化。斥水条件下蒸散量发生了变化,但对其定量估算方法研究较少。研究发现对于作物蒸散量的计算需要根据不同条件进行校正,对于 SWR 对蒸散量的影响需要进一步研究。
(3) 目前,对斥水性土壤中不同水分运移过程规律的数值模拟往往忽略了斥水性强弱对水分运移过程的影响,其结果大多集中针对具体的试验情况,不具有普遍性;以往对土壤-植物相互作用的研究并没有揭示根系吸水抑制斥水性土壤中植物生长的机理;HYDRUS 软件更多地用于亲水性土壤水分运移过程的模拟,鲜有应用 HYDRUS 软件对斥水性土壤水分进行模拟,特别是根系吸水模块在斥水性土壤中对作物生长的影响。
虽然斥水性土壤的研究已持续近百年,但至今仍然没有形成一致的结论,斥水性土壤对作物生长影响方面的成果报道也较少。这主要是因为土壤斥水性形成的原因比较复杂,开展斥水性影响作物生长和产量提高方面的研究面临成本较高等多方面的困难,现有研究成果难以推广。
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《斥水性土壤中的水分运移及作物生长规律》内容主要涉及斥水性土壤中的水分运移规律、再生水灌溉对斥水性土壤属性的影响及斥水性土壤中的作物生长规律等相关问题。本书基于土槽试验、遮雨棚试验及数值模拟的方法,研究常规水和再生水灌溉条件下,均质及层状斥水性土壤中的水分运移规律和优先流运移机制,分析土壤斥水性对夏玉米生长过程的影响,并对未来气候变化下斥水性土壤中夏玉米生长过程的水分运移进行预测,研究成果为土壤斥水性的研究提供借鉴。
全书共 6 章,各章主要内容及撰写分工如下。
第 1 章绪论,介绍土壤斥水性的研究背景和相关研究现状,并提出目前土壤斥水性研究存在的主要问题。
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不同水质黏壤土累积当量孔径分布图
第 2 章研究再生水水质对斥水性土壤水分运移的影响,分析不同再生水水质对不同土壤水分特征曲线、土壤水分常数、比水容量和土壤累积当量孔径分布等影响,以及综合水质指标对亲水性和斥水性砂壤土入渗特性的影响规律,对层状斥水性土壤入渗模型进行了分析。
第 3 章通过室内土箱的定水头入渗试验,分析均质和层状斥水性土壤中的优先流发展过程,研究不同斥水程度土壤中的指流发展,分析不同斥水程度和土壤质地对指流发生条件、发展情况的影响。
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动态接触角w的测定
第 4 章基于斥水性土壤入渗和蒸发试验,应用 HYDRUS-1D 软件对斥水性土壤水分入渗和蒸发等水分运移过程进行数值模拟,为进一步了解斥水性土壤蒸发过程提供理论基础。
第 5 章分析土壤斥水性对植物生长发育的影响及模拟,应用 HYDRUS-1D 软件对斥水性土壤中夏玉米生长过程的根系吸水进行模拟,揭示土壤斥水性造成夏玉米产量下降的原因;同时,对未来气候条件下斥水性土壤中夏玉米生长过程的水分运移进行了预测。
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遮雨棚实拍图及蒸渗仪结构图
第 6 章对全书内容进行了总结归纳,对今后研究工作提出建议。
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