土壤呼吸的意義精選(九篇)
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第1篇：土壤呼吸的意義范文
[關鍵詞] 木麻黃 土壤呼吸 比較
土壤呼吸是土壤釋放CO2 的過程，是陸地生態系統碳循環的重要組成部分。全球土壤是一個巨大的碳庫，其碳貯量約1 500 Pg，分別是陸地植被和大氣的2倍和3倍[1]。據估計，全球土壤每年向大氣釋放碳68～100 Pg[2]，是化石燃料燃燒排放碳量的10倍以上。因此，即使土壤呼吸發生微小變化，也會引起大氣中CO2濃度的明顯改變。森林是陸地生態系統的主體，其土壤碳貯量約占全球土壤的73％[3,4]。森林采伐及采伐后的土地利用方式變化對土壤碳貯量和碳釋放有較大影響。在中國規模巨大的人工林中，沿海各種防護林占有相當大的比重。木麻黃作為東南沿海地區的主要造林樹種，在防風固沙、改造生態環境方面發揮著難以替代的巨大作用。相信隨著國家沿海防護林體系的不斷完善，木麻黃林在沿海的規模、地位和作用會越來越突出[5-7]。因此，研究木麻黃人工林土壤呼吸對于準確評估沿海防護林，乃至于我國人工林在全球碳循環中的作用具重大意義。
目前測定土壤呼吸的方法有很多[8,9]，不同的測定方法都存在各自的優缺點，有的方法適合某一種生態系統，而并不一定就適合其它的生態系統。本實驗采用了靜態箱式法和LI-8100 Automated Soil CO2 Flux System兩種方法測定木麻黃人工林某一測定點的一日和半年的土壤呼吸動態，并對兩種方法測定的結果進行相關分析比較其差異，以期能夠選出一種能夠客觀展示木麻黃人工林土壤呼吸狀況的方法。
1 試驗地概況
試驗地設在福建省沿海中部惠安縣崇武鎮赤湖防護林場(118°55′ E，24°55′ N)，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫19．8℃；年均降水量1 029mm，年均蒸發量2 000 mm；夏季(7月-9月)多臺風和暴雨天氣，秋冬東北風強盛，8級以上的大風天達105d，年平均風速7.0 m•s-1，干濕季明顯。土壤為均一性風積沙土，沙土層厚度80-100 cm。
2 材料與方法
試驗地設置在17年木麻黃人工純林內，株行距2.0m× 2.0m，樣地面積為20m×20m，在樣地內隨機設置三個50cm× 50cm的小樣方作為土壤呼吸測定點，同時在每個小樣方的附近設置一個1m×1m的小樣方進行根排除處理后作為土壤異養呼吸測定點。這樣每個樣地共有6個呼吸點，3個用來測定土壤總呼吸，3個用來測定土壤異養呼吸。
采用排除根系法（也稱作開溝法）進行土壤呼吸分離，即在1m×1m的小樣方四周挖掘深度為70～100cm、寬度為50cm的壕溝，將玻璃纖維薄片放入溝中以阻止根向樣方內生長，然后把溝填平。根據經驗，挖溝在開始觀測3～4個月前進行，即在2005年7月份就把溝挖好，待到2005年11月份才開始呼吸測定，這樣測得的樣方內的土壤呼吸就是扣除了根系呼吸的土壤異養呼吸。
靜態箱式法從2005年11月份開始至2006年10月份結束，每月中旬測定一次；LI-8100 Automated Soil CO2 Flux System方法從2006年5月份開始至2007年4月份結束，每月中旬測定一次，也就是說從2006年5月份到2006年10月份半年期間采用兩種方法同時測定。
3 結果與分析
3.1 兩種方法在某一測定點日動態的差異比較
下面通過在2006年7月份木麻黃中林樣地土壤異養呼吸的日動態來比較兩種方法的差異。如下圖所示，很明顯的是，靜態法的測定結果比動態法的結果大，在這一天中，平均而言前者是后者的1.327倍，這與Nakadai的研究結果是一致的。這可能主要是因為靜態法由于氣室內部缺少小風扇，以致氣室所收集的CO2不能很好的分散開來，所以抽取一定體積的CO2濃度會偏大，從而造成呼吸速率的偏大。兩種方法的土壤異養呼吸日動態變化曲線基本是一致的，但是靜態方法的測定結果明顯不是很穩定，變異更大，其在這一天中的變化范圍為4.77～3.54，而動態法的變化范圍是3.52～2.92。這主要是因為靜態法的密閉氣室要求頻繁的插入和拔出，這樣會對呼吸點會造成比較大的擾動，從而造成變異較大；正因為靜態法的變異較大，所以上面都是基于動態法的測定結果來分析的。
3.2兩種方法測定結果月際動態的差異比較
由圖2所示，每個測定數據均為當日異養呼吸測定結果的平均值。可以看出，兩種方法測得的木麻黃中林樣地的土壤異養呼吸速率的季節動態具有非常好的一致性，說明這兩種方法的測定結果具有較高的可信度。
3.3 兩種方法測定結果的相關性分析
把這兩種呼吸測定方法的大量數據在一起做線性相關分析，剔除很明顯的異常數據，如下圖所示，發現它們存在著比較好的線性相關，R2值達到0.8258，這同樣可以說明這兩種方法的測定結果具有較高的可信度。
4 小結
本試驗中采用了兩種方法即靜態法――靜態箱式法和動態法――LI-8100 Automated Soil CO2 Flux System法對土壤呼吸進行同步對比測定。大量數據表明，靜態法的測定結果比動態法的大，在這一天中，平均而言前者是后者的1.327倍，同時靜態方法的測定結果不是很穩定，變異較大。對兩種方法的線性回歸分析表明，R2值為0.8258，說明它們存在著比較好的線性關系，這兩種方法的測定結果具有較高的可信度。
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第2篇：土壤呼吸的意義范文
關鍵詞：農藥；除蝸靈；土壤微生物
中圖分類號：S481.1文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）10001104
1引言
土壤微生物是土壤生態系中的主要組成部分，在土壤生態中起重要作用。農田施用的化學農藥大部分殘留于土壤中，從而對土壤微生物產生影響[1～6]。這種影響大致分為兩種：①生長的阻抑作用；②作為營養物質的一部分吸收利用[7]。土壤微生物對土壤肥力的形成、土壤生態系統的物質循環等具有重要的意義，其活性可以反映土壤的污染程度[8]。因此，研究農藥對土壤微生物的影響，已成為不少國家評價農藥對生態環境安全性的一個重要指標[9]。植物根際環境是一個特殊的微生態環境， 由于植物根系及其根系分泌物的存在， 根際環境中pH值、Eh、養分狀況、微生物組成及酶活性等物理、化學及生物學特性的變化， 將直接影響有機污染物在土壤- 植物系統中的遷移與轉化行為[10，11] 。除蝸劑在防除田間害蟲蝸牛上有著顯著效果， 但由于其對生物具有毒性， 它又必將對土壤微生物區系以及與之有關的土壤生物化學過程等產生一定的影響， 乃至可能對土壤持續肥力和農作物生長等構成嚴重威脅。除蝸靈為一種供誘殺農作物上的害蟲――蝸牛的農藥。該除蝸靈由卡巴呋喃粉、蒲公英粉、紫芝粉、芝麻粉、著色劑和添加劑混和而成。按重量計，卡巴呋喃粉0.45%～0.75%，蒲公英粉占2%～5%，紫芝粉和芝麻粉各占1%～2.5%，著色劑適量，其余為添加劑加至總含量至100%。把該藥在有蝸牛的農作物的地里按一定距離放一攤，蝸牛便自動集中到該除蝸靈粉劑上服藥后中毒而死，具有制作原料易得，殺滅蝸牛效果好，價廉物美的優點。隨著除蝸靈在國內外現階段廣泛使用，其對土壤環境質量的影響鮮見報道，因此著重探索了其對土壤中微生物數量的影響，為農藥除蝸靈的施用時間、施用濃度及其對土壤環境質量的影響提供了一定的科學依據。
4討論
由上述試驗可看出農藥除蝸靈作為一種直接噴灑于土壤表面的農藥，對土壤中微生物的數量產生了一定的影響。而對不同類型的微生物的作用不同，使土壤中細菌、放線菌的數量增加，卻大大抑制了土壤中霉菌的生長。并且由試驗可知，即使土壤有一定的自凈能力，在實驗時間之內（二周）農藥對土壤中細菌霉菌的影響作用并未發生顯著性改變，可進一步得知農藥除蝸靈對土壤微生物種群、數量產生了長遠影響。
土壤微生物的數量分布，可以敏感地反映土壤環境質量的變化，亦是土壤中生物活性的具體體現[18] 。細菌、放線菌和真菌與土壤健全性關系密切，對生態系統的能量循環和物質轉化具有重要作用[19]。土壤中微生物以細菌數量最多，細菌占土壤微生物總量70%～90%[20] ，細菌群落中含有大量具有特殊功能的生理類群，氨化細菌、固氮菌、硝化細菌等，細菌數量的增加，直接影響這些特定生理類群的數量，從而影響土壤肥力；放線菌與土壤肥力以及與植物病蟲害防治有著更密切的關系[20]，農藥除蝸靈促進放線菌的生長與繁殖，增加放線菌的生長量，可能促進了土壤肥力的升高；真菌參與土壤有機質分解與腐殖質合成，真菌菌絲的積累，能使土壤物理結構得到改善，農藥除蝸靈抑制了真菌的生長。從總體上看，除蝸靈引起土壤中三種微生物總量的增加，必將對基質土壤的肥力產生影響，從而間接影響種植作物的生物量。
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第3篇：土壤呼吸的意義范文
【關鍵詞】亞高山針葉林；土壤生態；川西高原
一、川西亞高山針葉林土壤生態研究內容與進展
19世紀70年代，全球范圍內人口膨脹、能源短缺、氣候變暖、環境惡化等問題一一顯現，在這樣的大背景下，生態學家和土壤學家逐漸認識到全球生態問題并非單一學科能夠解決的，多學科的交叉與整合才有出路，于是土壤生態學開始受到重視。在我國國內，土壤生態學起步較晚，雖然早已認識到川西亞高山針葉林的重要性，很多方面的研究也開展已久，但是其土壤生態的研究直到2000年左右才開始逐漸顯現。盡管起步較晚，基礎較差，但是在短短的10年時間里，我國的科研工作者們已進行了多方面、多角度的研究工作，并且取得了很多開創性的成績。
二、成土因素與土壤發生性質相關性剖析
在對川西亞高山針葉林的土壤生態研究中，使用了近年來流行的分形理論，并且發現了一些規律。阿壩州、甘孜州、木里縣等地的川西亞高山針葉林的土壤類型包括山地棕壤、山地灰化棕壤、山地暗棕壤、山地棕色針葉林土、山地灰化土幾種類型，其成土母巖則有砂板巖、鈣泥板巖、板巖、砂巖、千枚巖、砂頁巖、片巖等幾種，質地類型多為輕壤土和中壤土。川西亞高山針葉林土壤的成土作用以母巖的機械破碎風化為主，表層土壤顆粒的分形維數為2.5209～2.7978，表明土壤質地粗糙，粗粉粒所占比重大，粘粉粒比重小；土壤結構相對松散，通透性較好；持水性相對較差。川西亞高山針葉林表層土壤顆粒分形維數主要由
森林凋落物（litter）是指系統中由生物組分產生，然后墜落歸還到林地表面的所有物質的總稱。它在森林生態系統中起著聯系群落和土壤的橋梁作用，具有水源涵養和養分歸還功能，對于川西亞高山針葉林的土壤生態系統具有重要意義。在原始林、次生林和不同林齡的人工林群落中，凋落量、貯量、養分歸還量，以及凋落物分解速率和對林下土壤肥力狀況的影響都不盡相同。研究表明，天然林的凋落物分解速率和對土壤肥力的維持和改善能力（考慮了包括自然含水量、容重、毛管含水量、pH及營養素含量等數據的差別）優于人工林，在其他方面則無明顯優勢。但是以上兩點對土壤養分循環有著更重要的意義，也是造成人工林土壤理化性質恢復滯后，以及生態功能不完整的主要原因，是森林人恢復中需要改善的。
三、土壤與生物關系的研究
生物在土壤生態系統中扮演著極為重要的角色，它們的活動對于土壤的影響往往是最為快速而顯著的。因此，土壤和生物之間的關系研究從土壤生態學出現起，就一直是該領域的研究重點和熱點。早期的研究僅局限于土壤生物的經典生物學研究，如土壤中微生物的形態、數量、分類和分布等，目的也較為簡單：揭示土壤生物活動對土壤發生和土壤肥力的影響。近年來，研究逐漸從微觀和宏觀兩個角度不斷發展。微觀方面，深入到比如根際、孔隙、團聚體等微區內的微生物、微動物的研究，探索它們的形態、數量、分類、分布和對土壤性質的影響，以及它們在土壤中物質轉移和轉化（如C、N、S等元素的轉化和污染物的降解）起到的作用。宏觀方面，一定時空尺度內，植物群落演替過程怎樣引起土壤理化性質的改變，從而導致土壤演變的發生，以及土壤演變的反饋如何反過來對植物群落演替產生影響的研究逐漸增加。此外，人類活動的影響也越來越受到關注。生物和土壤關系的宏觀研究成為了近幾年川西亞高山針葉林土壤生態研究的重要內容。
對川西亞高山針葉林土壤動物群落的研究發現，土壤動物群落以線蟲綱、蜱螨目、彈尾目為優勢類群，常見輪蟲綱、倍足綱、線蚓科、猛水蚤目、雙翅目幼蟲等類群。相比于低山丘陵區闊葉林，川西亞高山針葉林的土壤動物群落倍足綱比例大大增加，線蟲綱比例上升，而彈尾目和蜱螨目優勢下降。同時，土壤動物群落以凋落物層密度最大，剖面分布具有表聚性。人工天然混交林土壤動物群落數量和多樣性均略高于人工云杉純林。林下植物的喪失，即灌木層和草本層的去除，會導致土壤動物密度、多樣性指數降低，優勢類群格局和功能團構發生變化，對于土壤動物群落產生消極影響。由于灌木層的多年生落葉闊葉樹種的凋落物在數量、種類和質量上明顯優于草本層，所以灌木層的喪失會給土壤動物群落帶來更大的影響。
四、發展趨勢
作為一門發展歷史僅有幾十年的新興學科，土壤生態學在很多方面固然有待發展和完善，但這也表明它具有巨大的發展潛力，嶄新的角度和綜合的方法極有可能為許多研究難點和環境問題提供新的答案。顯然，隨著全球危機的日益嚴重，全人類對于生態問題的關注度將繼續上升，土壤生態學的地位必將越來越高，推動其飛速發展。川西亞高山針葉林的土壤生態研究在短短十年的時間里，取得了非常豐碩的成果，在表明其重要價值的同時，也預示了未來的發展趨勢。
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第4篇：土壤呼吸的意義范文
[關鍵詞]玉米；秸稈覆蓋；免耕；栽培技術
[中圖分類號]S513 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0475-01
1 玉米免耕栽培技術的核心理論認知
1.1 秸稈覆蓋免耕的含義
秸稈覆蓋免耕是保護性耕作重要組成部分，關于保護性耕作的概念，國內外學者觀點還不完全一致。國外典型的概念是美國保護性技術信息中心（CTIC）提出以覆蓋度為主要標準，指在一季作物之后地表留在覆蓋至少為30%為保護性耕作，如免耕、壟作。國內學者張海林認為保護性耕作是指通過少耕、免耕、地表微地形改造技術及地表覆蓋、合理種植等綜合配套措施，從而減少農田土壤侵蝕。
1.2 秸稈覆蓋研究結果
秸稈覆蓋能改善土壤物理性質，增加氮，磷，由其是有機質和速效鉀的含量，具有蓄水保墑，調節地溫和緩解土壤水分。溫度流動，降低雜草密度，調節土壤酸堿度，提高土壤活性的作用，對農田防護有重要意義，由于農田秸稈覆蓋的綜合效應，使作物產量得以顯著提高。秸稈覆蓋白天起到降溫作用，夜晚起到保溫保濕作用保護農田生態環境，并獲得生態效益、經濟效益及社會效益協調發展的可持續。土壤有機庫約有1500pgc，是陸地生態系統的最大碳庫，約占總量的百分之六十七，土壤呼吸向大氣提供二氧化碳，使土壤有機質的重要環節。農業工作措施再循環中起到起到極其重要的作用。包括免耕在內的保護性耕作措施被被人認為是減少土壤碳損失的重要環節。玉米秸稈覆蓋栽培技術，有利于環境改善與保護。
1.3 免耕的含義
是保護性耕作中種植與肥料統一管理的特殊類型，其土壤和地表殘留物受最小的擾動。秸稈覆蓋免耕就是指不翻耕和少擾動土壤，用秸稈殘茬覆蓋地表，借助配套機械播種與施肥聯合操作，主要用農藥來控制雜草和病蟲害的一種耕作技術。玉米秸稈覆蓋免耕技術核心是：改田間根茬與秸稈清理或焚燒為秸稈覆蓋還田；改年季多次耕作為免耕，是提高土壤肥力和抗旱能力的低碳可持續現代農業技術。
2 秸稈覆蓋免耕栽培的作用
3.1 提高土壤肥力
秸稈覆蓋免耕具有明顯的提高土壤肥力作用。對玉米秸稈還田能明顯提高土壤有機質和氮磷鉀含量，還田3年的有機質增加0.05%～0.09%，還田6年的有機質增加0.06%～0.1%，還田9年的有機質增加0.09%～0.12%，全氮、有效磷和速效鉀含量也相應地有所增加。多年連續秸稈覆蓋免耕還可明顯提高0～20cm土層土壤蔗糖酶、磷酸酶活性，免耕可提高土壤的堿解氮和有效磷含量。免耕增加了土壤的有效養分，主要是由于增加了土壤有機質和微生物生物量，并使施用的化肥更多地被生物固結而保蓄在土壤之中，從而提高了土壤養分的容量與有效性，減少了土壤中游離的養分，由此減少了養分的流失，擴大了養分的再循環能力，免耕能提高表層土壤微生物生物量。
2.2 保墑作用明顯
秸稈覆蓋以后在土壤表面形成了一種物理障礙，阻礙農田水分蒸發即保墑作用。秸稈覆蓋處理能明顯地提高土壤表層的含水量，使表層土壤經常保持濕潤狀態，這不僅有利土壤表層的有機質和微生物含量增加，而且可提高土壤保墑能力。秸稈覆蓋有利于干旱地區的抗旱播種，秸稈覆蓋可在一定程度上減輕干旱危害。
3 玉米免耕技術的技術要點
3.1 選擇機具
玉米免耕播種機有氣吸式精量播種機、倉轉式穴播機和窩眼輪式條播機，可根據經濟條件和需求進行選擇。實施玉米精量播種，可不用間苗，玉米種子發芽率要達到95%以上，確保玉米播種質量。
3.2 增加密度
玉米種植密度要與品種要求相適應，一般播量在2.5～3.5kg/hm2，耐密緊湊型玉米品種密度要達到4200～4700株/畝，大穗型品種密度要達到3200～3700株/畝，高產田適當增加。
3.3 規范玉米種植行距
根據農藝和玉米機收要求，堅持農機與農藝相結合的原則，大力推廣玉米等行距免耕播種，播種行距一般在60～70cm，以利玉米機收和提高產量。在行距一定的情況下，通過調整播種株距，達到不同玉米品種所要求的種植密度。
3.4 正確調整機具
按照使用說明書，正確調整排種（肥）器的排量和一致性，確保種植密度；調整鎮壓輪的上限位置，保證鎮壓效果；調整播種機架水平度，確保播種深度一致。
3.5 適時搶墑播種，控制播種深度
在黑龍江省，玉米播期以5月1日到20日為宜。及時搶墑播種，促進玉米早發。墑情差時，可先播種后灌溉；旱作區應搶墑播種。
在墑情合適的情況下，播種深度一般控制在3～5厘米，沙土和干旱地區播種深度應適當增加1～2厘米。
3.6 種肥合理施用
施肥深度一般為8～10厘米，與種子上下垂直間隔距離在5厘米以上，最好肥、種分施在不同的垂直面內。肥料以顆粒狀復合種肥為好，施肥量10～20公斤/畝。為減少用工，有條件的地區，可選用緩釋肥，隨播種作業一次性施足。
3.7 先行試播
正常作業前，要試播一個作業行程。檢查播種量、播種深度、施肥量、施肥深度、有無漏種漏肥現象，并檢查覆土鎮壓情況，必要時進行適當調整。隨時觀察秸稈堵塞纏繞情況，發現異常，及時停車排除和調整。機組在工作狀態下不可倒退，地頭轉彎時應降低速度，在劃好的地頭線處及時起升和降落。
3.8 適時噴施化學除草劑和藥劑
在播種后當天或3天內噴施化學除草劑，均勻覆蓋土壤地表面；選用的除草劑有乙草胺（禾耐斯）、都爾、寶收、賽克津（甲草嚓）、阿特拉津、2，4滴丁酯等。對黏蟲數量大于5只/平方的地塊，要添加殺蟲劑，待藥劑均勻混合后一次噴灑。
4 研究趨勢和展望
秸稈覆蓋免耕是一種農機與農藝相結合抗旱低碳的保護性耕作技術，是集農業機械工程、作物栽培學、土壤學、肥料、氣象、生態學和經濟學等多學科知識集成的技術體系。隨著國家對免耕機械的引進與技術的消化吸收，已創造出一大批秸稈覆蓋免耕機械設備，但適于秸稈覆蓋免耕機械的農藝技術還有待深入研究。機械受土壤、氣候等環境條件的影響較弱，而作物的反應較為強烈，若農藝技術不作相應的調整，將會制約秸稈覆蓋免耕技術水平的發揮。如Blevins研究結果表明，與常規耕作相比，免耕早播低產，而晚期播種，免耕可以獲得高產；覆蓋免耕可以降低地溫，減少土壤蒸發，增加作物的蒸騰耗水，提高玉米對水分利用率，達到節水增產的目的。
參考文獻
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第5篇：土壤呼吸的意義范文
關鍵詞： 刈割；草甸草原；群落特征；土壤微生物；土壤酶活性
中圖分類號：S812.8 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）15-3617-03
Abstract： In the meadow steppe， taking the Leymus chinensis community and Stipa baicalensis community in Hulunbeier as the research sample， the community characteristics， soil microorganism and enzyme activity in mowing disturbance were studied. The results showed that the interference of cutting to Leymus chinensis communities was small， the four index of α diversity of Plant community were higher， the species diversity was more abundant and the growth situation was relatively better than that of Stipa baicalensis community. The number of microorganisms in different mowing areas showed the same trend：bacteria>actinomyces>fungi （P 10～20 cm. The soil depth of urease， catalase， invertase activities in 0～10cm was higher than that in 10～20 cm. The correlation analysis indicated that the α diversity of plant community was positively related to soil microorganisms and soil enzyme activities （P
Key words： meadow steppe； mowing； community features； soil microorganism； soil enzyme activity
不論是天然草地、人工草地還是退耕后新建的草地，除發揮其生態功能外，其主要目的在于利用。草地的利用方式主要有放牧和割草兩種。對于北方溫帶草原而言，放牧和刈割是草場利用和管理的主要方式，同時也是兩個主要的人為干擾因素。由于牧草生產季節不平衡，刈割相對于放牧而言，對于解決牧草生產季節不平衡的問題，確保家畜越冬營養需要起著重要的作用。在廣大牧區，割草地收獲的干草是解決牧草供給季節不平衡的重要手段，也是冬春期間抗災保畜，減少春乏損失的主要措施。
研究在刈割干擾下呼倫貝爾草甸草原羊草和貝加爾針茅群落特征、土壤微生物與酶活性的變化，并進行比較分析，在刈割條件下羊草群落和貝加爾針茅群落哪個生長情況更好，更適合刈割，產量更高等，對于草原的保護和合理利用，草原自然保護區的建設等都具有重要的意義。
1 材料與方法
1.1 研究區概況
采樣地位于呼倫貝爾市陳巴爾虎旗草甸草原。位于49°33′49.4′′-49°43′20.8′′N、118°50′15.7′′-118°58′21.2′′E，海拔695～787 m。屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，冬季嚴寒漫長，夏季溫暖短促，年均氣溫-2.6 ℃，最高、最低氣溫分別為38.4 ℃和-49 ℃；年積溫1 580～1 800 ℃，無霜期110 d；年平均降水量350～450 mm，多集中在7～9月且變化較大。草原類型是以羊草（Leymus chininse）p貝加爾針茅（Stipa baicalensis）分別為建群種和優勢種構成，主要伴生種有硬質早熟禾（Poasphondy lodes）p蓬子菜（Galium verum）等。
1.2 試驗設計
1.2.1 樣地設置 根據利用方式不同，將樣地分為放牧和刈割兩個區，再根據建群種不同將每個區劃分為羊草群落（YD）和貝加爾針茅群落（BD）。本研究只對刈割區的羊草群落和貝加爾針茅群落進行研究，刈割區屬于常年正常刈割3年以上，羊草群落和貝加爾針茅群落分別以羊草和貝加爾針茅為建群種。每個群落各設一個樣帶，每個樣帶長100 m，寬2 m，在每個樣帶中隨機取面積為0.5 m×0.5 m的樣方，重復15次。
1.2.2 植物調查與取樣 2012年8月中旬，草原植物群落生物量達到高峰期時，在呼倫貝爾草甸草原刈割草場的羊草群落和貝加爾針茅群落各選取一個樣帶進行調查與取樣。野外植被學調查采用常規調查法[1]。植物多度采用計數法測定、植被蓋度采用目測法測定、用直尺測量每個物種的自然高度、地上生物量測定，齊地面剪取莖葉，然后分種計數并稱取鮮重后，裝入紙袋中自然晾干，稱其干重。
1.2.3 土壤樣品采集 在采取植物樣本的同時采取土壤樣本。每個樣地內用9 cm土鉆隨機選10個樣點，每個取樣點之間間隔10 m，分層取0～10 cm、10～20 cm土壤樣品，同層土樣混合均勻，試驗設3次重復。將土樣保鮮帶回實驗室立即進行試驗，用于土壤微生物和土壤酶活性的測定。
1.2.4 土壤微生物種群數量測定 細菌、放線菌和真菌的活菌計數培養基分別為牛肉膏蛋白胨培養基、高氏1號培養基、孟加拉紅培養基，方法參考文獻[2]。
1.2.5 土壤酶活性的測定 脲酶用靛酚藍比色法測定，酶活性以24 h后1 g土中NH4+-N 的毫克數表示；轉化酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，酶活性以24 h后1 g土中葡萄糖的毫克數表示；過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法，酶活性以每克土壤滴定所需0.1 mol/L KMnO4的毫升數來表示[3]。
1.2.6 數據處理
1）重要值。植物群落物種重要值計算公式為：重要值=（相對高度+相對密度+相對蓋度）/3
2）植物群落α多樣性 物種α多樣性指數包括：Margarlef豐富度指數（Ma）、Shannon-Wiener多樣性指數（H′）、Simpson多樣性指數（D）和Pielou均勻度指數（Jp）。
3）數據分析 采用Excel 和SAS 9.13 軟件進行數據分析和作圖。
2 結果與分析
2.1 植物群落數量特征分析
2.1.1 群落蓋度變化 群落蓋度分析結果顯示，兩個群落之間無顯著性差異，貝加爾針茅和羊草的群落蓋度大致相同，相差不大（P>0.05）。貝加爾針茅群落高出羊草群落2.090個百分點（圖1A）。
2.1.2 群落高度變化 群落高度方差分析結果顯示，兩個群落之間無顯著差異，貝加爾針茅和羊草的群落高度大致相同，相差不大（P>0.05）。貝加爾針茅群落高出羊草群落2.217%（圖1A）。
2.1.3 群落密度變化 群落密度變化顯示，兩個群落的密度比較與群落高度和蓋度有所不同，兩個群落之間有顯著差異（P
2.1.4 群落現存量變化 群落現存量變化顯示，不同群落之間存在顯著差異（P
2.2 植物群落α多樣性變化
由表1可知，不同群落在刈割干擾下，Margalef物種豐富度指數、Shannon-Wiener多樣性指數，貝加爾針茅群落相比羊草群落有升高趨勢，Simpson優勢度指數和Pielou均勻度指數，不同群落之間沒有顯著差異，相差不大。
Margalef物種豐富度指數：羊草群落顯著高于貝加爾針茅群落18.110%（P
Shannon-Wiener多樣性指數：不同群落之間有顯著差異，羊草群落顯著高于貝加爾針茅群落35.544%（P
Simpson優勢度指數：不同群落之間無顯著差異，但羊草群落高出貝加爾針茅群落2.20%。
Pielou均勻度指數：不同群落之間無顯著差異，但羊草群落高出貝加爾針茅群落7.07%。
2.3 刈割條件下土壤微生物數量變化
由表2可知，在土壤微生物中，無論是羊草草原還是貝加爾針茅草原土壤，細菌的數量基本上較放線菌高1個數量級，放線菌較真菌高2個數量級。細菌與放線菌和真菌均呈顯著差異（P0.05）。兩類型草原相比較，在0～10 cm土層中放線菌的數量貝加爾針茅草原的要高于羊草草原的，但差異不顯著（P>0.05）。
2.4 刈割對羊草和貝加爾針茅草原土壤酶活性的影響
刈割對羊草和貝加爾針茅草原土壤酶活性的影響情況見表2。兩種類型草原土壤酶活性的垂直分布情況為0～10 cm高于10～20 cm，刈割干擾下兩個土層中土壤脲酶和過氧化氫酶活性相比較，貝加爾針茅草原的要高于羊草草原的，但差異不顯著（P>0.05），而轉化酶的活性羊草草原要高于貝加爾針茅草原的，但差異不顯著（P>0.05）。
2.5 土壤微生物、土壤酶活性與植物群落數量的關系
相關性分析表明，植物群落α多樣性與土壤微生物數量、土壤酶活性呈顯著正相關（P
3 結論與討論
刈割作為草甸草原重要的利用和管理方式之一，對天然草地生態系統而言，是一種人為干擾機制，對草地生態系統及其各組分產生一定的影響。對于刈割干擾下的草甸草原，已經有了一系列的研究，研究表明，刈割可以增加群落的物種數、群落密度以及羊草群落蓋度[4]，同時，隨著刈割頻次的增加，即刈割間隔期間的縮短，群落的地上生物量和地下生物量都有所減少。適量的刈割可以刺激植物的生長，但刈割頻次過多會嚴重影響植物的生長[5]。適度的刈割對土壤微生物和土壤酶的活性也會產生一定的影響[6]，所以研究刈割對草原的影響對于合理利用草地具有重要意義。
貝加爾針茅個體比羊草大，在高度和蓋度兩個指標中貢獻大，高于羊草，可是同一大小的樣方中羊草數量眾多，導致密度指標上羊草要大于貝加爾針茅[7]。而且，由于貝加爾針茅個體大，對別的物種的競爭排斥作用強，導致同一群落的種間競爭過程中，貝加爾針茅會優于羊草[8]，這可能使貝加爾針茅群落的現存量和枯落物量要小于羊草群落。另外這可能也是導致羊草群落α多樣性比貝加爾針茅群落高，因為種間競爭小，就能允許更多的物種共同生存，生物多樣性就高，反之就低。
植物群落與數量特征：在群落與數量特征的五個指標中，不同群落之間高度和蓋度都沒有顯著差異，相差不大，但貝加爾針茅群落略高于羊草群落。而另外兩個，即現存量和密度，不同群落之間有顯著差異，并且都是羊草群落顯著高于貝加爾針茅群落。表明在刈割干擾下，以羊草為建群種的群落所受的影響比貝加爾針茅群落小，生長情況相對更好。
植物群落α多樣性：在刈割干擾下，羊草群落受影響較貝加爾針茅群落小，植物群落α多樣性四個指數都比貝加爾針茅群落高，物種多樣性更豐富。
總之，草甸草原自然保護區在刈割干擾下，羊草群落普遍生長情況相對更好，生物多樣性也更高，而且由于枯落物的量高于貝加爾針茅群落，對土壤肥力的作用也會比貝加爾針茅好，但是就草場的牧草生產力而言，由于貝加爾針茅個體大于羊草，使得貝加爾針茅群落明顯高于羊草群落。另外，雖然貝加爾針茅群落在刈割干擾下生長情況稍劣于羊草群落，但對草甸草原并沒有多大影響，因此，貝加爾針茅群落更適合刈割。在草甸草原自然保護區的建設過程中，可以適當的調整兩個群落的刈割強度和刈割頻次，以便達到最好的利用效果，對此還有待進一步的研究。
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第6篇：土壤呼吸的意義范文
關鍵字：降雨；降尺度；蒸散發；IBIS模型
中圖分類號：P468 文獻標志碼：A 文章編號：16721683（2015）06103105
Abstract：In order to recognize the effects of precipitation intensity and duration on the evapotranspiration，temporal downscaling simulation of daily precipitation in Changbaishan area is conducted using the weather generator of IBIS （Integrated Biosphere Simulator） model and a precipitation downscaling model based on precipitation intensity and duration.The calculated hourly precipitation is used as the meteorological drive and evapotranspiration is simulated using the IBIS model.The results show that the precipitation intensity simulated by the weather generator of IBIS model is obviously lower，leading to a higher evapotranspiration，while the results from the precipitation downscaling model match the observation data well.The accuracy of evapotranspiration simulation can be improved with the accurate precipitation downscaling.In addition，through the comparison of evapotranspiration variation under different schemes of precipitation intensity and duration based on two precipitation events in 2004，stronger precipitation intensity and shorter precipitation duration can decrease the total evapotranspiration and the proportion of canopy interception evaporation，and increase the proportion of soil evaporation and plant transpiration under the same daily precipitation.
Key words：precipitation；downscaling；evapotranspiration；IBIS model
地表蒸散發是土壤植物大氣連續體水量平衡和能量平衡的關鍵參量，同時也是氣候變化研究的重要指標，因此合理精確地估算地表蒸散發對評價和管理氣候變化背景下水資源、生態環境和農業生產有著重要的指導意義[1]。地表蒸散發與地區的氣候條件、下墊面情況相關[2]，主要受太陽輻射、氣溫、相對濕度和風速等氣象因子的影響[3]。而在小時尺度上，降水量和降水強度影響植被冠層截留和土壤下滲等過程[4]，進而影響地表的蒸散過程[5]。
降水過程和強度通過對水文循環的影響進而作用于土壤侵蝕和植被生長等過程[6]，是地表生態水文過程的主要驅動因素。降水過程的模擬精度直接影響陸面生態水文過程的模擬效果，然而實測降水資料往往無法滿足生態水文模型要求的時空精度，需要通過隨機模擬方法，模擬不同時間和空間尺度上的降水，作為模型的氣象驅動。對于單個站點日降水降尺度研究，最基本的方法是利用站點的降水觀測數據，統計分析降水特性，如最大降水強度、降水歷時、開始時間和雨強歷時分布規律[78]，再根據降水在不同時間尺度上的相關關系，計算小時降水過程。而對于大的地區或流域進行日降水的降尺度計算時，則需要根據地區的氣候特點和降水特征進行分區，分別統計各分區的降水特征及其相關關系，據此進行降尺度計算[9]。很多大尺度的陸面模型、水文模型也都自帶了的降水天氣發生器，用于陸面水量和能量平衡的模擬，如IBIS[10]（Integrated Biosphere Simulator）、SWAT[11]（Soil and Water Assessment Tool）等，然而模型自帶的天氣發生器（WGEN[12]、WXGEN[13]）主要針對日降水進行統計分析和計算，對于小時降水的計算比較簡單，導致小時降水的計算結果偏差較大。為了了解小時降水過程的模擬效果在陸面水循環模擬的重要作用，本文分別利用IBIS模型自帶的天氣發生器和雨強歷時模型對長白山地區的小時降水和表蒸散發過程進行模擬，并針對兩場不同雨量的降水，設置不同的雨強歷時方案，據此分析其對地表蒸散發模擬的影響。
4 降尺度方法對蒸散發模擬的影響
4.1 方案設置
長白山地區夏季降水充沛，植被覆蓋度和LAI較高，地表蒸散發量大。為了了解不同的雨強歷時過程對地表蒸散發的影響作用，本文針對2004年夏季的兩場不同雨量的降水（降水1：20040719場次降水，降水量528 mm；降水2：20040520場次降水，降水量144 mm），采用三種雨強歷時方案對地表蒸散發及其組成分項進行模擬分析：方案一采用IBIS模型自帶的天氣發生器計算，方案二和方案三采用雨強歷時模型，分別采用不同的參數計算。各方案的參數值見表2。
利用不同方案計算的小時降水過程見圖3。對于降水1，方案一降水歷時11 h，降水強度均為4.8 mm/h；方案二降水歷時6 h，最大降水強度18.14 mm/h；方案三降水歷時16 h，最大降水強度11.32 mm/h。對于降水2，方案一降水歷時20 h，降水強度均為0.72 mm/h；方案二降水歷時5 h，最大降水強度6.26 mm/h；方案三降水歷時13 h，最大降水強度3.94 mm/h。可見方案二的雨型為尖瘦型，而方案一和方案三的雨型則較為平緩。
4.2 降水過程對蒸散發的影響
不同雨強歷時方案下的水循環各項變量見表3，其中表層土壤含水量為地表10 cm土壤的平均含水量。在降水1的情景下，三個方案計算的蒸散發量分別為1.99 mm、1.86 mm和2.11 mm。由于暴雨天氣，溫度、濕度等氣象要素會降低地表蒸散發能力，蒸散發量較降水而言相對較小，但仍可看出，在日降水量相同的情況下，不同的降水過程會導致不同的地表蒸散發量。在降水2的情景下，三個方案計算的蒸散發量分別為5.86 mm、2.72 mm和4.26 mm，蒸散發量受雨強歷時過程的影響更為明顯。兩場降水過程中蒸散發與降水之間的關系一致，即降水強度大、降水歷時短的情況下，地表蒸散發量相對較小。同時從表3中還可以看出，在降水強度大、降水歷時短的情況下，即雨型為尖瘦型，冠層截留量較小。土壤水分變化規律則與降水量有關，如果降水量較小，地表不產流，在尖瘦雨型的情況下，冠層截留較小，導致土壤水分相對較大；而如果降水量較大，產生地表徑流，在尖瘦雨型的情況下，冠層截留和土壤攔截水量都較小，因此產生的徑流量相對較大。
不同雨強歷時方案下的蒸散發組成分項見表4，盡管在不同的氣象條件和降水條件下，截留蒸發、土壤蒸發和植被蒸騰所占比重不同，但仍可以看出，不同的雨強歷時過程不僅影響地表蒸散發量，而且影響地表蒸散發的比重。從表4中可以看出，在降水強度越大、降水歷時越短的情況下，冠層截留蒸發量所占比重較小，而土壤蒸發量和植被蒸騰量所占比重越大。 LSX陸面模式認為冠層截留會減小干燥葉片的比例，減小冠層的氣孔導度和光合能力[14]，因此在尖瘦雨型的情況下，冠層截留比例較小，干燥葉片面積較大，且干燥時間較長，植被冠層的氣孔導度和光合速率較高，促進植被的蒸騰作用。
5 結論
本文以IBIS模型為基礎，利用IBIS模型自帶的天氣發生器和雨強歷時模型兩種不同的降水降尺度方法將日降水量分解到小時尺度，并以計算的小時降水模擬長白山地區的地表蒸散發，最后針對2004年兩場不同大小的降水，分方案討論了雨強歷時過程對地表蒸散發的影響作用，結果如下。
（1）雨強歷時模型可以較好地模擬長白山地區的小時降水過程，較IBIS模型自帶的天氣發生器有明顯的提高，其NSE從0.11～0.26提高到了0.65，相關系數由0.36～0.51提高到了0.81。
（2）降水歷時過程在地表蒸散發模擬中具有重要作用，小時降水模擬精度的提高有助于提高蒸散發的模擬精度，用雨強歷時模型代替IBIS模型的天氣發生器，模型模擬的蒸散發NSE由原來的0.69～0.72提高到0.84，相對誤差由11.38%～12.82%降低到-0.63%。
（3）在日降水量相同的情況下，不同的雨強歷時過程會影響降水的分配。一般在降水強度越大、降水歷時越短的情況下，植被冠層和土壤攔截水量相對較小，地表產流量較大，大部分降水以徑流的形式匯入河網，儲存在植被和土壤中的水分較少，導致地表蒸散發總量減少。
研究結果表明， 在小區域的水循環模擬研究中，利用單個或多個站點的降水數據統計分析得到小尺度降水數據，可很較好地應用于模型模擬中。而對大的流域或地區的地表蒸散發或水循環進行模擬時，則需要更多的降水實測資料，將降水的空間降尺度方法與時間降尺度方法相結合，發展多維降水隨機模型，為陸面模型提供更為精確的小尺度降水數據。此外，IBIS模型在計算地表蒸散發時考慮了植被冠層的截留和蒸發過程，但是忽略了地表枯落物的截留和蒸發過程，應加強相關的機理研究和模擬研究。
致謝：特別感謝中國科學院地理科學與資源研究所占車生老師對本研究的支持和指導，以及中國生態系統研究網絡（CERN）提供的數據支持。
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第7篇：土壤呼吸的意義范文
關鍵詞：土壤水分；復墾；土柱試驗；粉煤灰場
中圖分類號：TD88 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）20-4898-05
Moisture Movement of Stratified Soil in Reclamation Land of Fly Ash Disposal Sites
YU Jia-he，CHEN Xiao-yang，YAN Jia-ping，YANG Xiu-fang，TAN Hai-yang，LIU Ying
（School of Earth and Environment， Anhui University of Science and Technology， Huainan 232001， Anhui， China）
Abstract： Soil column experiments were conducted to study the moisture movement characteristics in soil of reclamation land in fly ash disposal sites with different thickness of covering soil. Based on the meteorological data of the research area， the annual changes of moisture content in the reclaimed soil profile were simulated to explore moisture holding capacity of the particular soil profile under extreme weather conditions and provide theoretical proofs and technical supports for field water management of the reclamation soils when plants are to be cultivatal. The results showed that under low groundwater table condition （-300 cm）， the difference of moisture content at various monitoring sections of the reclaimed soil profiles between dry and wet year was about 0.10 cm3/cm3. The difference in surface soil was bigger when the water content of surface soil was below 0.20 cm3/cm3 in dry years. The water content of surface soil was maintained at 0.20～0.30 cm3/cm3 in wet years and could be higher than 0.30 cm3/cm3 during rainy season. Under high groundwater table （-115 cm） condition， water content in fly ash layer remained at nearly saturated state for a long time owing to strong moisture sorption ability of fly ash. The water content of surface soil also exceeded that of sandy loam， even in dry years.
Key words： soil moisture； reclamation； soil column experiment； fly ash disposal sites
煤炭開采與燃燒利用直接引發兩大環境負效應——采煤塌陷和粉煤灰固體廢棄物。粉煤灰由于其特殊的物理、化學特性，在工業和農業領域具有廣闊的應用前景[1-3]。據統計，2005年中國和印度的粉煤灰產量分別為1.00億t和1.12億t，而當年利用率僅分別為45%和38%[4]，大量的粉煤灰尚堆積在粉煤灰場，導致周圍生態環境的二次污染。
將粉煤灰作為基質充填采煤塌陷區或者直接在處置場的粉煤灰上部覆土，重構土壤剖面以培栽植物在技術上是可行的[5]。實際上，我國已存在許多這方面的工程實踐，并且一些專家學者從粉煤灰充填重構土壤的理化性質、肥力和污染物蓄積等方面進行了詳細的研究和報道[6-10]。不可否認的是，由于粉煤灰基質的特殊性，復墾土壤剖面水分運動特征與自然農業土壤存在一定差異，需加強復墾地水分管理，以保證理想的植物生長或作物產量。本研究在現場調查的基礎上，在實驗室建立土柱模型進行模擬試驗，以期獲得不同氣象條件下復墾土壤的水分平衡機理，為粉煤灰處置場復墾土壤的田間水分管理提供理論依據和技術支持。
1 研究區域概況
淮南市位于淮河中游，安徽省中部偏北，地處東經116°21′21"—117°11′59"、北緯32°32′45"—33°01′14"，屬大陸性暖溫帶半濕潤季風氣候，表現為氣候溫和，雨量適中，日照充足，四季分明，梅雨顯著，過渡性明顯。年平均氣溫為15.3 ℃（1955—2006年氣象資料統計），全年無霜期224 d，太陽輻射年均總量514.3 kJ/cm2，年均降雨量915 mm，年均水面蒸發量790 mm。研究區的粉煤灰處置場位于淮南市東部、淮河以南的上窯鎮。上窯灰場是在淮河、窯河相交的三角洼地建起的，現含有田電灰場、洛河復墾灰場、洛河老灰場、停用灰場和洛河新灰場（圖1），主要用于處置田家庵和洛河兩個燃煤電廠濕法排出的粉煤灰，灰場占地總面積超過400 hm2，總儲量約2 000萬m3。田電灰場和洛河新灰場正在使用，停用灰場正在進行粉煤灰綜合利用，洛河復墾灰場和洛河老灰場現已覆土復墾。
洛河老灰場于1999年停止使用，并在粉煤灰上部覆土，2001年復墾作為農業用地，輪種小麥和黃豆。2010年開始，部分復墾場地改為工業和建筑用地。洛河復墾灰場的建設和使用時間雖稍晚，但情況與洛河老灰場類似。通過研究區現場調查，粉煤灰復墾地表土厚度不均勻，變化范圍為20～50 cm，表土質地為沙壤土，粉煤灰以粉粒為主（約占80%），少有黏粒和細沙。
2 試驗方法
2.1 室內土柱試驗
土柱試驗被用來作為粉煤灰處置場復墾地層狀土壤水分運動的相似模擬。依據研究區復墾土壤剖面的現場調查結果，表土厚度以20～50 cm為主，因此分別設置2種不同的表土厚度（20和35 cm）土柱，每種覆土厚度做3個重復土柱。表層土壤的初始含水量為0.116 9 cm3/cm3，容重為1.450 g/cm3；粉煤灰基質的初始含水量為0.088 4 cm3/cm3，容重為0.884 g/cm3。對于覆土厚度為20 cm的土柱，分別在深度為19、49、79和108 cm處設4個不同的監測斷面，而覆土厚度為35 cm的土柱分別在深度為5、34、64、94和123 cm處建立5個監測斷面。每個監測斷面都放置張力計-傳感系統（Tensiometer-transducer systems，TTS）以測定土水勢，放置時域反射計（Time-domain reflectometry，TDR）以測定土壤體積含水量。
土壤水運動監測系統裝置是由德國UGT公司開發研制的。整個系統主要分為土柱模型、數據采集系統、數據記錄系統和計算機處理軟件系統4個部分。土柱模型為圓柱形，高176 cm，直徑30 cm。底端設有半滲透性膜層，并有接口與地下水位控制裝置相連。所用張力計-傳感系統的型號為Tensio150，數據記錄儀的型號為DL100。試驗分兩個階段進行：第一階段，模擬低地下水位（-300 cm）的情況。每天用蒸餾水灌溉土柱，灌溉量為20 mm/d，直到土壤剖面的體積含水量接近田間持水量，此時土柱底端開始設置吸力泵抽取土壤水分，吸力為10 kPa，繼續用蒸餾水灌溉，灌溉量為20 mm/d。第二階段，增加地下水控制裝置，設置所有土柱的地下水位為
-115 cm（高地下水位），并繼續開始用蒸餾水灌溉，灌溉量仍然為20 mm/d。每階段連續試驗15 d。整個試驗階段，張力計-傳感系統和時域反射計不間斷工作，每小時記錄一組數據。
2.2 土壤水分運動數學模型
對于垂直一維非飽和土壤水分運動的模型，一般應用Rechards方程來描述[11]，方程見公式（1）。
■=■Kh■-■ （1）
式（1）中，θ為體積含水量，單位為cm3/cm3；t為時間，單位為d；z為垂直坐標（向下為正），單位為cm；Kh為不飽和導水率，單位為cm/d；h為土水勢，單位為cm H2O。
由于實驗室溫度恒定在20 ℃左右，土柱頂端未安裝模擬蒸發設備，蒸發作用微弱。因此，在整個試驗階段土壤的蒸發作用被忽略，上邊界條件依據灌溉方式和灌溉量來選擇。對于下邊界條件，在土壤入滲過程模型驗證和模擬時設為入滲鋒面；在模擬年不同氣象條件下土壤水分變化狀況時選擇自由排水或恒定水含量。初始條件以含水量來設定。
2.3 水分運動特征參數測定
土壤和粉煤灰的質地分析應用比重計法，持水曲線、飽和導水率在實驗室里按照測試擾動土水分運動特征參數的方法測定。土壤水吸力的對數值pF為1.0、1.8和2.5時，對應含水量的測量用吸力平板儀；pF為4.2時，對應含水量的測量用壓力膜儀。含水量的最終測試是在烘箱中105 ℃烘干24 h后稱重獲得。同時，用氦氣比重瓶測定固體基質的土粒密度，以近似計算飽和含水量。測試結果應用Van Genuchten的持水曲線經驗公式（公式2）進行擬合，繪制固體基質持水曲線，并估計水分運動參數[12]。另外，用滲透儀測定不同固體基質的飽和導水率，并應用Mualem[13]預測的不飽和土壤導水率經驗公式（公式3）進行擬合。
θh=θr+（θs-θr）/[1+|αh|n]m （2）
Kh=Ks·S■■1-1-S■■■■ （3）
Se=（θh-θr）/（θs-θr） （4）
式（2）-（4）中， θh為土壤含水量，單位為cm3/cm3；θr為殘余含水量，即永久凋萎點，單位為cm3/cm3；θs為飽和含水量，單位為cm3/cm3；Kh為不飽和導水率，單位為cm/s；Ks為飽和導水率，單位為cm/s；Se為有效含水量，單位為cm3/cm3；L為土壤孔隙結構參數（通常取0.5），無量綱；m、n、α為持水曲線形態參數，其中m=1-1/n，無量綱。
3 結果與分析
3.1 復墾土壤層狀土壤剖面結構
通過顆粒分析結果可知，粉煤灰以粉粒為主，沙粒次之，在質地上相當于粉壤土，但與粉壤土又存在明顯區別，主要表現為黏粒偏少，甚至可以忽略。與普通土壤粉粒相比，粉煤灰顆粒的礦物組分不同，比表面積更大。粉煤灰的容重較小，一般為0.80～1.00 g/cm3，而粉壤土通常為1.25～1.50 g/cm3。粉煤灰的孔隙度比粉壤土大，其顆粒比表面積大，吸持水分的能力很強，飽和含水量在0.60 cm3/cm3以上。由于粉煤灰層的田間含水量較高，非飽和導水率往往大于相近質地的粉壤土或沙壤土。
將粉煤灰作為充填基質復墾煤礦塌陷區，或者直接在粉煤灰場覆土復墾，重建的農業土壤剖面與應用粉煤灰作為土壤改良劑不同，此時土壤與粉煤灰層次分明，潛水位以上往往形成土壤剖面的二元結構，即“土壤-粉煤灰”剖面結構。當然，工程實踐中由于煤礦塌陷區地下潛水位的差異，在潛水位較低時（無積水或季節性積水塌陷區）可能形成三元結構，即“土壤-粉煤灰-土壤”剖面結構，但考慮對作物生長產生明顯影響的土壤剖面深度有限，一般為-200 cm左右，研究中設置低地下水位（-300 cm），近似地以二元結構來替代。另外，粉煤灰場一般在使用前都做防滲處理，粉煤灰層與深層土壤或地下水物質能量交換受到限制，但水分在粉煤灰下層積聚形成新的“潛水位”，有時水位還很高，在-100 cm左右，復墾土壤的二元結構也很明顯。概化粉煤灰充填重構土壤剖面，自地面至地下潛水面（潛水位低時為地面至研究土壤剖面底端）土壤剖面劃分為兩層，上層為容重較高，持水能力、孔隙度和導水率均較低的土壤層；下層為容重較低，持水能力、孔隙度和導水率較高的粉煤灰層（圖2）。整個土壤剖面水分循環與轉化趨勢與自然農業土壤相近，但粉煤灰層的理化性質導致運動的連續性變差，表層土壤持水能力變差，供水條件下表土水分快速入滲至粉煤灰層。與之相對應，蒸發條件下粉煤灰層的水分卻很難通過毛管力向上運移，遷移量較小，表現出明顯的“土壤-粉煤灰”界面特征。
3.2 參數率定與模型驗證
前期研究結果顯示，由于質地差異，粉煤灰的田間持水量和飽和含水量均高于復墾地的表土層，殘余含水量基本在0.05～0.08 cm3/cm3，有效水含量為0.40 cm3/cm3。同時，當基質吸力小于10 kPa時，粉煤灰的含水量在0.5 cm3/cm3以上，且飽和滲透率也稍大于上覆土壤。后期研究通過擬合和參數率定，得到了復墾土壤表層土和粉煤灰基質的水分運動特征參數，具體見表1。
以土柱內2種基質的體積含水量模擬值為橫坐標，實測值為縱坐標，繪制散點圖（圖3）。由于繪圖過程中3個監測斷面即可說明問題，因此只保留了3個監測斷面數據，即土柱選取1個監測斷面，粉煤灰選取2個監測斷面。在第一階段試驗的近20 d內，土柱3個監測斷面的含水量變化趨勢與模擬值相似。覆土厚度20 cm和35 cm的相關點均基本圍繞1∶1擬合線分布。第二階段與第一階段試驗結果相近。因此可知Rechards方程可以用來描述類似復墾土壤剖面的水分運動。
3.3 低地下水位復墾土壤剖面水分變化特征
研究區的粉煤灰處置場復墾地在進行冬小麥栽種時，僅種植初期進行灌溉和施肥，中途一般不再灌溉，此時氣象條件顯得尤為重要。通過查閱淮南市近10年的降雨量和蒸發量資料，考察復墾地表層土厚度現狀在極端氣象條件下對整個土壤剖面持水能力的影響，對比資料顯示，淮南市自2001年以來，尚無極端干旱或洪澇災害發生，僅2003年和2004年的月平均降雨量與蒸發量的差值顯著區別于其他年份，其中2003年為潮濕年份，2004年為干旱年份。模擬研究應用的氣象條件數據見表2。
粉煤灰處置場一般選擇在塌陷區或低洼地帶，但在建設之初均做了防止滲濾液下滲處理，導致復墾地的地下水位相對較低。通過相似模擬研究可以看出，當覆土厚度為35 cm、地下水位較低（-300 cm）時，復墾土壤含水量變化明顯受到降雨量和蒸發量的影響（圖4）。干旱年份與潮濕年份的復墾土壤整個剖面各監測斷面的含水量相差0.10 cm3/cm3左右。尤其是表層（-10.0 cm）土壤的含水量變化幅度較大，干旱年份較長時間在0.20 cm3/cm3以下，而濕潤年份基本保持在0.20～0.30 cm3/cm3，雨季甚至會超過0.30 cm3/cm3。此時，覆土厚度與氣象條件相比對田間水分變化的影響微不足道。因此，覆土厚度為20 cm的土壤剖面水分變化趨勢與覆土厚度為35 cm的基本一致。另外，在干旱年份，盡管復墾地表層土壤較薄（20 cm），土壤含水量仍然會保持在0.15 cm3/cm3，能夠滿足植物生長需求。
3.4 高地下水位復墾土壤剖面水分變化特征
濕法排灰的粉煤灰處置場，雖然污水經抽吸、處理后循環利用，但處置場覆土復墾后，能形成區域內粉煤灰層的內澇積水，與高地下水位的復墾土壤水文條件相似。同時，有些礦山企業將粉煤灰綜合利用與煤礦塌陷區治理相結合，基于粉煤灰基質充填重構土壤剖面，當塌陷區地下潛水位較高時，也易形成高地下水位的復墾土壤水文條件。因此，高地下水位時復墾土壤整個剖面水分含量變化情況以及植物有效性研究具有重要意義。
設置高地下水位（-115 cm）進行實驗室相似模擬試驗。研究發現即使灌溉或降水的供水量貧乏（干旱年份），復墾土壤剖面的水分含量也非常高。如覆土厚度為20 cm的復墾土壤剖面（圖5），粉煤灰層自地下水位向上含水量呈連續遞減，但基本都超過了0.60 cm3/cm3，接近飽和含水量0.63 cm3/cm3。而表層沙壤土的含水量也很高，達0.40 cm3/cm3，高于試驗用土壤的田間含水量。這種復墾土壤水文條件有個很重要的特征，即土壤水分變化受降雨量和蒸發量的影響非常小，在粉煤灰基質強毛細管水分垂直向上運輸能力的作用下，表層土壤會源源不斷地得到水分供給，保證植物生長需求。但粉煤灰層的這種“內澇”現象所造成的表土高含水量對植物生長存在負效應，粉煤灰處置場復墾土壤進行植物栽培時，物種的選擇尤為重要。
4 結論
通過現場調查和實驗室相似模擬，Rechards方程能夠很好地被用來描述復墾土壤這種特殊土壤剖面的水分垂直運動。當復墾土壤的地下水位較低（-300 cm）時，土壤含水量變化明顯受到降雨量和蒸發量的影響，此時覆土厚度對田間水分變化的影響非常微弱。在干旱年份，盡管復墾土壤表層土壤較薄（20 cm），土壤含水量仍能夠滿足植物生長需求，主要是因為粉煤灰層較強的持水和毛管水垂直向上運輸能力。但當地下水位較高時（-115 cm），這種強持水和水分運輸能力卻會帶來負效應，使得整個復墾土壤剖面的含水量均常年接近飽和含水量，阻滯植物的生長，即使是在干旱的年份，這種負效應也存在。
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