土壤剖面概念范文第1篇

关键词：垂直地带性；土壤；植被；武夷山

一、研究区概况

武夷山脉长五百余公里，平均海拔一千米以上，呈NE-SW走向，纵贯江西、福建两省的交界处，通常称之为“大武夷山”。位于北纬24°48′，东经115°118′。东西宽54-78千米。平均海拔高度为1000-1310米。区内地势高低悬殊，高山深谷，东坡缓，西坡陡。主峰黄岗山，位于闽赣交界处，是我国东南第一峰，海拔2158米，素称“华南屋脊”。黄岗山属于华中亚热带湿润区，又具有明显山地气候特点，是江西省日照时间最少、降雨量最多、湿度最大的地区。黄岗山及其周边地区位于武夷山部级自然保护区内，其土壤垂直分布在武夷山和我国中亚热带山地中有一定的代表性。

（一）土壤与植被的关系

土壤是在母质、气候、生物、地形和时间五个主要因子作用下形成的。而在生物的作用中又包含了植物、动物、微生物的不同作用。其中高等绿色植物是土壤有机质的主要来源，在土壤形成过程中的作用最显著。它能够利用光能将养分储存在体内，死亡后又返还到土壤中，增加土壤肥力，是土壤形成和演化的主要推动者。

（二）武夷山地带性土壤与植被的关系

武夷山由于海拔高，在不同的地带上发育了不同的植被类型，从而发育了相应的具有垂直地带性的土壤。本文重点分析在同一海拔上两个剖面的土壤因植被的不同而发育了两种不同的土壤，从而更加突出了植被在土壤发育过程中的作用。

二、武夷山各垂直带上土壤的成土条件

本次研究主要选取7个具有代表性的剖面，从高海拔至低海拔的各个剖面的成土条件见表1，气候及植被状况见表2。从表2中可以看出气候随着海拔高度的变化而呈现有规律的变化，即随着海拔高度的升高，温度降低、降水量增多、湿度加大，植被由常绿阔叶林过渡到针阔混交林直至山地草甸。在人为干扰作用下的W5和W6由于分布不同的植被，即使是在相似的成土环境下仍然发育了不同的土壤。

三、武夷山各垂直带上土壤的成土过程

从整体上分析，各个剖面的土壤大致可以分为脱硅富铝化过程和生物累积过程，其规律是随着海拔的升高脱硅富铝化程度减弱，生物累积程度加强。同时，在特殊的成土条件下还会有特殊的成土过程。由于人类长期在此居住，大片的人工植被取代了地带性的植被，大致在1200米以下为人工植被，因此土壤的形成都留下了人类活动的痕迹。

（一）普通山地红壤

在亚热带高温多雨的气候条件下，黄岗山发育的基带土壤为红壤。在高温多雨的气候条件下，土壤的脱硅富铝化程度很强，在新土层常常形成胶膜。在此气候条件下，植物生长也很旺盛，地表枯枝落叶多。但也很容易被分解而不利于有机质的积累。但其生物小循环过程较强。

（二）普通山地黄红壤

黄红壤分布区湿度比红壤大，而热量略低，土壤受到水化作用呈棕色，但因干湿季分明，水化作用又不及黄壤，生物累积红壤类略强，而富铝化作用略弱，土体中铁铝含量稍低，硅的含量稍高，粘粒硅铝率较红壤高。从实际观察来看，第5和第6号剖面处于黄岗山中部，年均温年降水量湿度等条件也介于山顶与山脚之间，因此，成土过程也表现出介于二者之间的状态，体现了黄红壤的特性。

第5和第6号剖面基本处于同一垂直带中，其他成土条件，如成土母岩母质、地形部位及气候条件等基本相似，而由于植被覆盖的不同导致出现了两种黄红壤亚类。第5号剖面的植被主要有杉木、茶、伯拉木、毛念、鹿角杜鹃、黄瑞木等，类型多样，发育了普通山地黄红壤。而6号剖面的植被是单一的毛竹林，在毛竹的作用下发育了棕化黄红壤。棕化是指土壤中的植物根系或其他器官发达，土壤土层的物质可以沿着根系等转移到下层，使下层土壤带有上层土壤的性质，如颜色加深有机质含量增加等等。

在毛竹林下面有一层较厚的枯枝落叶层，给土壤发育提供了丰富的有机质来源。毛竹的竹鞭穿插对土壤形成的影响主要有：第一，根系发达可延伸至土壤的B层，增加B层的有机质含量；第二，许多上层物质可沿着竹鞭向下移动，改变下层土壤的性状，造成A、B层间的界限模糊，增加B根系的含量。这些特殊的成土过程导致形成棕化黄红壤，而不同于地带性土壤-普通山地黄红壤的各种特征。

（三）普通山地黄壤

黄壤大约分布在1000米至山顶，黄壤最显著的成土过程是黄化过程，黄化过程是在成土环境湿度大，土壤处于常湿状态下，导致明显的水化作用而形成的。第34号剖面属于这种类型。由于这里温度低，湿度大（雾日多），脱硅富铝化程度和淋溶作用都较弱，有机质不易分解，生物累积较强。在黄壤分布的垂直带是针阔混交林至亚热带苔藓矮林，因此在针叶树种增多的情况下，土壤的pH相应地减少。

（四）山地草甸土

在海拔1900米以上由于温度风力等各种原因，使得高大的乔木树种趋于矮化，大多数木本植物在此无法存活，而被大面积的草本植物所取代。在草甸的作用下形成了典型的山地草甸土。草本植物具有发达的须根系，植物体死亡后也以腐殖质的形式进入土壤，加上山顶温度低湿度大。所以风化弱，使得土壤生物累积较强。

四、土壤性质分析

各剖面的基本性状见表3，表3中有机质含量测定采用的是有机质速测法，pH值测定采用的是电位法。土壤颜色采用的是门塞尔比色卡。

（一）土壤物理性质

1、土壤A层厚度的变化。从表3中可以看出，随着海拔降低，各剖面A层厚度逐渐减小，但到了黄红壤、带红壤带A层厚度又有所增加，而且在植被覆盖条件较好的地方其厚度较大（见图1）。A层为腐殖质层，其厚度主要和植被的茂密程度及人类作用强度有关。黄红壤与红壤所处的地带人为活动较强，水热条件好，利于植物生长，因此，这些地带的腐殖质层较厚。而高海拔处由于分布的是草甸，草甸植被因其灰分含量较木本植物高，加上有发达的须根系，对土壤腐殖质形成影响很大，使其有机质含量较高。

2、土壤颜色。颜色是反映土壤形态特殊的重要指标之一，特别是土壤的肥力特征。从表3中可以看出，从山顶至山脚土壤表层颜色逐渐由黑变为棕色，B层颜色由淡灰色过渡到亮红棕色。由于此地土壤无特殊成分使土壤呈黑色，其土壤颜色主要受有机质含量多少的影响，进而反映了植被的情况。

3、土壤结构及孔隙度。植物根系在土壤结构形成中具有重要作用。根系对土壤的分割和挤压作用根系分泌物及其死亡后分解形成的腐殖质，对土体团粒结构的形成作用显著。同时土壤结构还受干湿交替作用的影响，这在第5号剖面表现的较明显。植物根系在土体穿插中留下了许多孔隙，孔隙决定着土壤的水分和空气状况，并对热量交换起一定影响。

（二）土壤化学性质

1、土壤有机质含量（OM值）。有机质含量是植物生命活动所需要养分和能源的主要来源。对土壤形成过程及各种性质影响很大，如有机质影响矿质化过程的快慢，对酸碱的缓冲作用，还能保肥保水等，而有机质的来源主要是植物。一般随着海拔的降低，OM值减少，从而反映了植被随海拔下降的变化规律。武夷山代表性土壤剖面的诊断层见表4，表4反映了土壤表层的有机质随海拔下降而减少，土壤发育程度随海拔下降增强。但从表3中可以看出，5号和6号剖面的OM值较大，这是一位在人为耕作及保护下才有的结果。如果土地利用的好，则全氮、胡敏酸与富铝酸比值、CEC值都较高，反之则这些指标都较低，这说明自然植被对保存红壤的自然肥力起着重要作用。

2、土壤的pH。一般认为富含有机质的土壤其交换性H+相对较高，进而影响土壤的pH值，从表中也能找出这种规律，即随海拔升高，OM值增加，pH值减少，根据我国土壤酸碱度分级（见表5）可以知道各剖面为酸性，个别（第1号剖面的A层和第7号剖面的A层）为强酸性。这些说明了在亚热带湿润气候条件下脱硅富铝化作用强烈，盐基大量淋失，土壤中的H+与Al3+含量较高。

3、富铝与富铁特性。武夷山代表性土壤剖面的诊断特性如表6。第7号剖面B层为低活性富铁层，有铁质特性。富铁土因高含量游离氧化铁对磷素的吸持固定，土壤中缺乏有效磷，增施磷肥是增产的重要措施，体现了在强淋溶作用下土壤对植被的作用。从表6中也可以看出多数剖面都有富铝特性。据报道，铝饱和度大于60%，作为可能发生铝的毒害现象，它会抑制根对氮、磷、钾等营养元素的吸收，表现出各种各样的缺素症状，生长受阻，严重者死亡。富铝特性是南方低海拔红壤的主要特性，是土地利用必须考虑的因素。

五、结束语

本文通过对武夷山几个代表剖面土壤的物理化学性质等方面的分析探讨了土壤与植被的关系。较详细地阐述了较高海拔山地土壤与植被间的关系，体现了植被在土壤发育过程中的作用。

参考文献：

1、李熙波,雷寿平.武夷山山脉黄岗山两种山地草甸土的研究[J].福建地理,2005(3).

2、朱鹤键,林振盛,陈珍皋等.武夷山土壤垂直分布和特征[J].武夷科学,1982(2).

3、朱鹤键,何宜庚.土壤地理学[M].高等教育出版社,1997.

4、朱鹤键.福建土壤与土地资源研究[M].农业出版社,1994.

土壤剖面概念范文第2篇

关键词：土壤学;教学改革;林学专业

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）45-0162-02

党的十报告明确提出了“五位一体”的中国特色社会主义总体布局，并把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设和社会建设方面的全过程。“民以食为天，食以土为本”，土壤是人类赖以生存的必要的物质条件，是容纳环境物质和净化的场所。土壤学已经成为关系国民经济健康发展的重要学科。对于高等农林教育来讲，土壤学是一门很重要的专业基础课，亦是一门应用性很强的学科;是林学专业系列课程中关键的纽带，该课程的教学质量直接影响学生实践能力和创新能力的培养[1]。在教学改革不断深化，如何积极开展土壤学的教学改革，提高学生自主学习和动手能力，与生产实际相结合，把土壤学的知识融会到本学科和本专业，解决生产中出现的问题，并且在土地资源日趋紧张的情况下，如何培养学生保护土壤资源的意识是一项紧迫而重要的任务。结合教学过程中存在的问题，介绍土壤学教学中的几点体会。

一、如何在教学过程中调动学生的积极性

1.启发式教学，启发学生能动性。土壤学是林学、农学、环境和园林专业的主要专业基础课。内容涉及概念多，理论比较抽象，学生难以理解和接受。为了增强学生的学习能动性，可以运用照片、图表和动画这些技术运用到教学过程中，阐述抽象的理论问题。理论结合实际，如在讲授矿物岩石、土壤结构和土壤分类与分布这些章节时，可以把常见矿物岩石标本、土壤结构的实物带进教室并结合图片进行讲解。也可把这些章节放在西北农林科技大学博览园的土壤馆进行学习，更好的讲述土壤矿物、中国的“五色土”、土壤的水平地带性分布、土壤剖面特征。

同时课堂上多采用启发式教学，引导学生积极思维，多使用“why”、“how”、“what”这样的语言，同时给学生思考问题的时间和空间，和学生多一些互动，发挥主观能动性。比如在讲述土壤有机质时先提问班上东北的同学，“与杨凌的v土相比，家乡的土壤颜色是深还是浅？”，学生的答案为家乡的土壤颜色比较深，我会紧接着问为什么，让学生带着问题听课，提高学习的兴趣和效率。

2.理论联系实际，学生课堂讲授。在讲授过程中理论联系实际，结合教学内容，将平时收集到的生产实践中有关土壤学的实际问题融入课堂，如苗木的立枯病与土壤质地、田间的水肥管理之间的关系，反过来，不同的森林植物对土壤性质的影响，如针叶林和阔叶林对土壤pH值之间的关系，长期种植针叶林的土壤的pH值要低于长期种植阔叶林的土壤pH值[2]。在讲授土壤质量和土壤退化内容时，让学生自己学识土壤质量的概念、目前土壤退化的现状及结合学习的知识如何进行治理。通过这样一个环节，学生很认真的学习掌握。有的学生把学校周边出现的污染拍成VCR，讲述污染的来源、现状及目前的治理情况。结合土壤退化的现实案例和西部生态环境建设的实际进行，如结合黄土丘陵沟壑区的资源条件，进行合理的利用和改良[3]。

二、注重学生综合能力的培养和实践操作技能的提高

1.注重学生实验技能的培养与考核。让学生通过实践获得感性认识，理解掌握课堂学习的理论知识。实践和理论是高等教育的重要环节，是培养学生创新精神和实践能力的根本途径。我们把理论和实验课的安排紧密结合起来。实验课总共是16学时，野外的实验包括：土壤剖面的挖掘观察、土壤样品的采集。室内实验部分则利用野外部分采集的土壤进行处理，同时用于土壤有机质的测定、容重的测定及孔隙度的计算、土壤养分的速测。根据实验结果和野外调查内容让学生以实验报告的形式评价该地区土壤质量的好坏，在此过程中，学生自主完成大部分的内容，老师只是起到辅助的作用。实践教学考核方式以实习报告为主，根据学生在实习实验中的表现，给学生确定成绩。实践教学考核分为两部分，一是实习过程中的规范性，主要考核土壤样品的采集、处理、土壤有机质和土壤速效养分测定的规范性操作;二是理论知识与实际问题结合能力、解决实际问题的能力，最后每个实习小组通过PPT形式介绍实习中主要剖面特征、分析土壤的肥力特征、存在的问题和解决的对策。综合评定其试验成绩。

2.鼓励学生参加野外综合实习。为了更好的掌握植物学、林学、昆虫学、土壤学等内容，安排学生去学校的实习基地“西北农林科技大学火地塘试验林场”进行综合实习。火地塘试验林场地处秦岭南坡宁陕县境内，位于北纬33°25′-33°29′，东径108°25′-108°30′，林场所在区域属北亚热带山地气候，年平均温度8～10℃，年降水量900～1200毫米，年日照时数为1100～1300小时，无霜期170天。土壤主要有山地棕壤、暗棕壤和山地草甸土。森林覆盖率96.8%。全场活立木总蓄积量257113.8立方米。火地塘林区是秦岭山区生物种类的富集地之一，仅种子植物1026种，木本植物83科、206属、500多种，有珍稀濒危保护植物25种。国家Ⅰ级重点保护动物4种：羚牛、川金丝猴、豹和林麝;国家Ⅱ级重点野生保护动物种类8种：豺、黑熊、大灵猫、金猫、青鼬、水獭、鬣羚和斑羚。国家保护的有益的或有科研、经济价值的野生动物名录收录的兽类19种，如草兔、红白鼯鼠、花面狸、野猪、黄鼬等。陕西省重点保护动物6种，如林猬、小麂、毛冠鹿等。同过综合实习把“崇尚科学、亲近自然、生态文明”的理念传输给学生。更好的把所学知识融会贯通的理解掌握。

三、关注土壤学科前沿随着科技的发展和时代的进步

信息化时代要求我们在讲授的过程中必须与时俱进，结合自己的科研，把新的理论和理念及时的带到课堂上去。这就要求我们必须要不断的改革创新。在“土壤学”课程的教学改革中，一方面主要以构建学生知识结构的主观需要为指导，同时兼顾林业专业其他课程的安排，发挥“土壤学”作为林学专业基础课的核心地位。立足于教学与实践相结合，注重知识的系统性和实用性，并为其他专业课程的学习打下良好的基础。在教学过程中与时俱进，把土壤学的最新理念和思想传授给学生。让学生学习并掌握学科的发展趋势和动态，活跃学生的思想，开阔学生的视野[4]。应把目前土壤学研究的几大问题如土壤发育与土壤信息，土壤资源和土壤质量演变，土壤性质与多界面过程，土壤分子生物学与蛋白组学，土壤利用与全球变化及生态系统，土壤养分、肥力与生产力，土壤污染过程、控制修复和风险管理[5]等融入到教学过程中，把前沿性的研究传播给大家，激起学生的兴趣。特别是有关土壤性质与多界面过程，土地利用与全球变化及生态系统，土壤养分、肥力与生产力这些部分可以做成专题。在讲述养分循环、土壤有机质等章节时，可以结合目前的气候变化，让学生理解并掌握土壤有机质在减缓气候变化中的重要作用。土壤有机碳库是陆地碳库的主要组成部分，也是全球碳循环的重要组成部分。世界土壤（在1m深度内）有机碳库储量约达1500Pg，另含有超过1000Pg的无机碳库[6]，在全球陆地碳循环与气候变化中具有关键影响。通过目前农业生产中的管理，增加土壤有机质，把大气中的二氧化碳最大限度的固定到土壤中。让学生认识到增加土壤有机质不仅对土壤肥力有重要的影响与作用，同时在减缓气候变化这方面也有重要的影响。对于氮肥这一章来说，我国氮肥的消耗量占世界的1/3[7]，过量的氮肥施用和低下的作物利用率造成了氮肥的面源污染，造成水体的富营养化。中国三大作物水稻、小麦、玉米的氮肥利用率平均为30%左右，比发达国家的平均水平低12%[8]。氮素化肥的生产是温室气体，尤其是N2O排放大户[9]。如何提高氮肥的农学效率，减少氮肥的损失是本学科函待解决的重要问题。

“土壤学”是林学专业比较重要的专业基础课，同时通过教学实践对提高学生综合素质、增强动手能力具有重要的作用。因此，在教学过程中必须培养学生学习的积极性，另外，要注重培养学生的综合能力和实验技能，以及把知识转化为生产力方面的能力，并结合科研把本学科发展的最新动态和思想更新到教学内容中，拓宽学生的知识面。

参考文献：

[1]曾曙才，刘辉.华南农业大学林学专业土壤学课程教学改革初探[J].中国林业教育，2008，（2）：62-64.

[2]林伯群.森林土壤学中几个重要问题及其现状[J].土壤通报，1963，（3）：47-49.

[3]王闰平，高志强，苗果园，张国红.黄土丘陵沟壑区实施退耕还林还草战略资源条件与对策[J].中国生态农业学报，2001，9（3）：43-44.

[4]陈立新，朱永林，乔璐.林学专业“土壤学”教学改革与实践[J].中国水土保持科学，2009，7（4）：112-114.

[5]赵其国，滕应.国际土壤科学研究的新进展[J].土壤，2013，45（1）：1-7.

土壤剖面概念范文第3篇

土壤、气候、水文、光照、地貌等都是重要的农业生态环境要素。除各种人为因素外，土壤化学成分是影响农产品品质的重要因素。土壤的主要成分约90%来自基岩风化物或成土母质，营养元素与基岩、成土母质的关系尤为密切。对农作物产区进行生态地球化学调查，可以充分利用土壤的潜在资源，改造和调整不良土壤的地球化学环境，优化种植结构，选择并培育新的优良品种，发展现代化农业。目前，国内已对土壤中化学元素的含量与分布进行了大量研究，其成果在农作物种植的应用中取得了突出的成效［1－3］。乐陵—河口地区是山东省北部重要的粮棉产区和乐陵小枣生产基地，位于山东半岛蓝色经济区和黄河三角洲高效生态经济区。随着工业化、城市化的快速发展，地质与地球化学环境变化对当地影响较大，导致生态环境问题不断出现［4－5］。笔者通过开展山东省乐陵—河口地区多目标区域地球化学调查，根据“全国土壤现状调查及污染防治”项目取得的地球化学数据，研究重金属元素分布、分配特征，进行国土资源环境评价与基础地质研究，为山东半岛蓝色经济区和黄河三角洲高效生态经济区等国家战略性规划和发展提供依据。 1研究区概况 乐陵—河口位于华北地块南部，受断裂活动的影响和控制，形成了众多凹凸相间的构造格局，地表全部为第四系地层，以黄河冲积沉积物为主。区内断裂发育，第四纪火山活动强烈，在无棣大山镇形成一座中心喷发式火山锥，海拔63．4m，是华北平原唯一露头的火山。 2重金属元素分布特征 土壤是元素在地理环境中循环的一个重要介质，土壤中重金属元素的含量直接控制着研究区的土壤质量和污染程度［6］。多目标区域地球化学调查采用双层网格化土壤测量方法，按照代表性、均匀性与合理性原则系统采集土壤表层样品(0～0．2m)和深层样品(厚覆盖区1．5m以下)。表层样品采样密度为1个点/km2(滩涂区1个点/4km2)，按1个点/4km2组合分析，深层样品采样密度为1个点/4km2，按1个点/16km2组合分析，主要测试54项元素指标［7］。所有测试严格按照国家行业标准进行检验分析，分析质量和精度均符合要求。根据1∶25万多目标区域地球化学调查结果，研究区土壤中重金属元素的背景值均高于基准值，说明重金属元素在表生条件下有相对富集的趋势，尤其是Cd、Hg、Pb的表生富集趋势较明显，受人类活动影响最大，是区内土壤污染的主要因子。通过全国土壤基准值和背景值对比发现，研究区内Cd、Cr、F的基准值相对富集，Cd、Cr、F、Ni、As的背景值相对较高(表1)。 3重金属元素分布与地球化学环境的关系 3．1深层土壤中重金属元素的相关性 利用SPSS软件对土壤重金属元素进行相关性分析(表2)，结果表明，Cd与As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等的相关性显著，As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的区域分布也基本一致。Hg与其他元素相关性不显著，其空间分布特征明显不同于其他重金属元素。Hg的高背景区主要分布在德州城区北部的二屯、长庄、东辛店—尚堂一带及无棣县城、信阳、水湾等乡镇。 3．2土壤重金属污染评价 3．2．1土壤元素污染等级划分 土壤元素污染等级划分是多目标区域地球化学调查工作的一部分，是以土壤元素基准值为基础，对土壤含量进行等级划分，确定外来污染物对土壤元素含量的影响程度，为土地质量等级评定、生态地球化学预警、土壤污染治理提供基础资料。土壤重金属污染引用原始地质地球化学背景基础上叠加的人为污染的概念，评价标准采用区域土壤元素基准上限值(即基准值加上2倍标准差)，以基准上限值的1、2、3等整数倍进行分级，具体取值见表3。 3．2．2评价方法 通过计算污染指数来确定土壤重金属的污染程度，其中，单因子评价通常采用分指数法，多因子评价一般采用污染综合指数。(1)分指数法。分指数法是逐一计算土壤中各主要污染物的污染分指数，以确定污染程度，公式为Pi=Ci/C0i，式中Pi为土壤中i污染物的污染分指数;Ci为土壤中i污染物的实测含量;C0i为i污染物的评价标准。(2)内梅罗综合污染指数。内梅罗综合污染指数是计算土壤中各主要污染物的综合污染指数，以确定土壤环境综合污染程度，公式为式中，P为土壤污染综合指数;Ii为土壤中i污染物的污染指数;n为土壤中参与评价的污染物种类。P＜1为未污染，P＞1为已污染，P值越大，土壤污染程度越严重。根据P值变化幅度，结合作物受害程度和污染物累积状况，进一步划分为轻度污染(1＜P≤2)、中度污染(2＜P≤4)和重度污染(P＞4)。 3．2．3单元素污染评价 研究区土壤中As、Hg、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn分指数评价结果见表4。从表4可见，区内土壤以清洁型为主，As、Cr、Cu、Ni的土壤清洁率在90%以上，只有稍微的轻度污染;Zn的土壤清洁率在88%以上，有少量的轻度污染;Pb的土壤清洁率接近80%，除少量轻度污染外，在河口城区东部的采油区有点状中度污染区和严重污染区;Cd、Hg是区内污染较重的两个指标，土壤清洁率大于55%，接近60%，在德州市德城区、乐陵市、无棣县、河口区的城区及近郊有轻度污染区，在河口城区、孤岛油田、乐陵市城区、无棣县城、信阳县城区等有中度污染区，严重污染区主要在德州城区、无棣县城、信阳县城等地。 3．2．4综合指数评价 研究区内土壤重金属综合污染评价见图1。土壤重金属综合污染区分布特征表明，轻污染区分布广泛，面积达4476．3km2(表5)，主要分布在德州市德城区、宁津县、乐陵市、庆云县、无棣县等地，在河口区、孤岛油田也有少量分布;中度污染区主要分布在德州市德城区、乐陵市、无棣县、信阳、河口区等城区，面积达53．8km2;严重污染区在河口区有零星分布，面积仅3．0km2;其余均为清洁区土壤，面积达5441．4km2，主要分布在无棣县、沾化县、河口区的滨海区，位于山东半岛蓝色经济区和黄河三角洲高效生态经济区之中。#p#分页标题#e# 4土壤重金属元素来源 土壤中的重金属污染主要有Hg、Cd、Pb、Cr及类金属As等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的Zn、Cu、Ni等。农田中过量的重金属是作物生长和人类健康的严重威胁。土壤中的重金属含量除受成土母质影响外，主要受人类活动的影响，如化肥、农药的施用，工业、交通和矿业污染等，造成土壤重金属元素的表层富集。为追踪乐陵—河口地区污染土壤中Cd、Hg、Pb等的来源，采集分析了土壤剖面、植物根系土和水等介质，其中水样部分分析结果见表6。参照灌溉水质量标准值(GB5084-2005)［8］和地表水环境质量标准(GB3838-2002)［9］的基本项目标准限值，可以看出，污染区地表水体污浊、腥臭，富营养化严重，有毒有害元素F等严重超标，为劣Ⅴ类水质。F含量最大为52．47mg/L，是灌溉水限量标准(2mg/L)的26倍多，最小为Ⅲ类水标准(1mg/L)的1．34倍，平均值为灌溉水标准的10倍。总N含量除2个水样中低于灌溉水标准外，其余水样均超标，最小值为灌溉水标准的1．4倍，最大为4．6倍。同时，总N含量全部超过Ⅴ类水标准限值(2mg/L)，最大值为Ⅴ类水标准限值的68．4倍，最小值为7．8倍，平均值为36．5倍。由此可见，异常区内地表水体污染严重，尤其是有毒有害元素污染程度严重，是区内元素异常的主要来源。横跨土壤重金属污染区进行土壤横剖面采样，可以看出，土壤横剖面中Cd、Hg、Se、Pb的异常峰值处与污染严重的污灌区吻合度高(图2)，验证了地表污染水体是土壤污染的主要供源体。 5农产品重金属元素富集特征 研究区污染土壤中Cd、Hg、Pb等在根系土、小麦秸杆和籽实中的含量分布见表7。小麦桔杆、小麦籽实与土壤根系土中重金属含量呈正相关关系，且有部分小麦桔杆中Cd、Hg含量相对接近根系土中的含量，D8、D20、D54样品秸杆中Hg含量接近甚至超过了其根系土中的含量，D8样品秸杆中Cd含量超过了其根系土中的含量。Cd、Hg在秸杆中具有明显的生物富集作用和生物放大作用。Zn表现出与其他重金属元素不同的特征，在小麦籽实中Zn含量明显大于秸杆，相对接近其在根系土中的含量。水体和土壤中有毒、有害的重金属，通过迁移、转化、富集或食物链循环，危及生物及人体健康。在自然界中，一种污染物质的毒性能够被另一种物质所抑制，称为拮抗作用。例如，Se能够抑制Hg的毒性，Zn能够抑制Cd的毒性。从污染区小麦体中元素富集特征可见，Se、Zn在小麦籽实中的含量普遍较高，人们食用这些小麦及其加工的食品时，因拮抗作用可以降低Cd、Hg等的毒性，进而缓解这些物质对生物及人体健康的危害。 6土壤根系土重金属元素相态分布特征 重金属污染物相态分布特征决定了它的活性程度和毒性大小。为研究乐陵—河口地区污染土壤中Cd、Hg、Pb等在根系土中的相态分布特征，对土壤污染区的根系土重金属元素进行相态分析，结果见图3。从图中可以看出，Pb主要以铁锰结合态和残渣态等稳定态形式存在，占其总量的96%，水溶态、离子交换态和碳酸结合态占4%。As、Cr多以稳定态为主，活动态平均含量小于3%。Pb、As、Cr相对稳定，对环境危害程度相对较小。Cd、Hg相态分布相似，其活动态含量分别达到8%和10%。Cd、Hg进入土壤溶液后通常以可溶态或悬浮态存在，它们在溶液中的迁移转化及生物可利用性均直接与污染物的存在形态相关。例如，水俣病就是食用了含有甲基汞的鱼所致。重金属对鱼类和其他水生生物的毒性，不是与溶液中重金属总浓度相关，而主要取决于游离(水合)的金属离子，对于Cd则主要取决于游离的Cd2+浓度，对于Cu则取决于游离的Cu2+及其氢氧化物浓度，大部分稳定配合物及其与胶体颗粒结合的形态都是低毒的。有益元素Se的水溶态、离子交换态和碳酸结合态最高达16%，平均达9%，可见在表生环境中Se的活化迁移能力较强，不仅对富硒农产品生产的贡献巨大，也通过拮抗作用有效抑制了Hg的毒性。 7结论 研究区Cd、Hg、Pb污染严重，工业废水是土壤污染的主要来源。城镇及近郊由于工业废水的排放造成地表水体污染严重，全部为劣Ⅴ类水质，为区内土壤环境污染的主要污染源。大宗农作物小麦的不同部位对重金属元素具有选择性吸收，小麦秸杆中Cd、Hg含量明显富集，接近或超过其土壤中的含量。小麦籽实中Se、Zn含量明显富集。从元素相态分析结果看，Cd、Hg等重金属元素主要以稳定态形式为主，活动态含量很低，活化迁移量少，这与区内碱性环境密切相关。

土壤剖面概念范文第4篇

摘要掌握土壤养分供应能力是进行科学施肥的基础。近年来，随着测土配方施肥推广面积不断扩大，便携式土壤养分速测技术也得到了快速发展。通过分析便携式土壤养分速测技术的概念和特点，总结了国内外的研究和应用状况，指出便携式土壤养分快速诊断技术的开发应当充分考虑我国农业发展状况，适应我国国情、适应农村基层环境条件。

关键词便携式土壤养分速测;概念;特点;研究与应用;展望

AbstractMastering the supply ability of soil nutrient is the basis of scientific fertilization. Recently，with the increasing of extension acreage in soil determination and prescription fertilization，portable apparatus for quick test of soil nutrient is developing rapidly. The concept and characteristics of portable apparatus for quick test of soil nutrient were analyzed，and their research and application at home and abroad was also summarized. It’s pointed out that the agricultural situation in our country should be considered in the development of quick test technology，which should be suitable for the rural environmental conditions.

Key words portable apparatus for quick test of soil nutrient;concept;characteristics;research and application;prospect

土壤测试是了解土壤养分状况，进行科学施肥的基础。长期以来，土壤养分测试主要采用实验室常规分析方法，需要将采集的土壤样品在实验室中进行处理，然后分析测定。这种方法适用于开展大规模养分调查和推荐施肥工作的大批量样品分析。在缺乏实验室条件的基层乡村，少量土壤样品的养分诊断可采用便携式的速测技术来完成。建立以常规分析为基础，适于农村环境和人员条件，能保证测土施肥基本精度要求，以便携式、低成本速测为主要特点的土壤养分速测技术，是高效施肥技术体系的重要内容之一。

1土壤养分速测技术的概念及特点

1.1土壤养分速测的概念

土壤养分速测，是指快速、方便的测试技术和方法，是相对于常规分析而言的。单就测试速度而言，在常规分析基础上的自动化分析技术测试速度最快，其样品处理和实验室分析所需测试周期最短，是一种广义上的速测，代表测试技术发展的方向，在技术水平高、样品收集、运输和信息反馈系统发达的西方已经得到普遍应用。本文讨论的是近年来出现的小型化、便携式的土壤速测设备和方法，适于在野外、田间进行测试和流动服务，使用简单方便，也就是通常所称的便携式土壤养分速测技术。

1.2便携式土壤养分速测的特点及发展

便携式土壤养分速测要求在基层乡村甚至野外露天、田间地头进行，环境条件相对较差，因此在以下方面有较高的要求:野外田间测定，仪器设备、试剂药品集成度高，便于携带;鲜样测定，样品不需要风干、研磨的处理过程;测试速度快，成本低;操作简单，容易掌握;测试精度满足营养诊断、推荐施肥的基本要求[1-2]。

早在20世纪70年代末，便携式土壤速测就已经开始在我国应用，通常用化学试剂对土壤浸提液进行显色(或产生混浊)，采用比色卡肉眼比色的方法，确定样品含量的高、中、低，基本上属于半定量的诊断和判别。此后，随着技术的不断发展，出现了光电比色仪、分光光度仪等比色分析的仪器，逐步替代了人工肉眼比色。测试分析逐步走向定量化和精确化。目前，便携式土壤养分速测仪器基本上都是采用光电比色的原理，对常规方法进行适当简化，应用部分成品试剂药品，以达到提高测试速度的目的。

2便携式土壤速测技术研究和应用概况

自从人们认识到土壤是作物的营养库并可采用土壤测试的方法了解土壤对作物养分供应的有效性之后，土壤测试新方法的研究一直没有停止过[3-5]。但是，新方法的提出必须经过大量的相关研究和田间校验，并建立土壤养分丰缺指标体系和施肥指标体系，这个过程需要做相当多的研究工作，也需要大量的经费投入。因此，主要的土壤测试方法是美国、前苏联、英国、德国等国家研究建立起来的，并已形成了比较完善的土壤测试推荐施肥体系。其他国家都是应用这些方法进行适应性的条件研究和校验研究，建立适合本国的指标体系。

2.1国外便携式土壤速测技术研究和应用

国外土壤速测技术已有较多研究，主要集中在大量元素养分测定和作物氮素营养诊断方面[6]。速测仪器设备一般都是由公司开发，并与农业研究应用机构合作开展相关研究工作，建立和完善配套的方法[7-9]。如美国HACH公司生产的NPK-kit、德国Merck公司生产的RQflex、英国HORIBA公司生产的CARDY(硝酸根、钾离子)养分离子计和日本Minolta公司生产的SPAD-502等。这些仪器已被广泛应用于土壤养分速测或作物营养状况诊断，有其配套的定量方法。

美国已建立了比较完善的土壤测试与推荐施肥体系，每个州都有规范的实验室，开展测土配方施肥工作。因此，应用便携式速测方法进行土壤养分测定和指导施肥不是很多。其中，美国HACH公司生产研发的一套用于土壤氮磷钾养分速测的速测箱(NPK-Kit)，在美国家庭农场应用较普遍。它采用常规的浸提方法，研制了用于硝态氮和有效磷定量的硝酸盐试粉和圆盘连续色阶，通过常规方法浸提—试剂显色—圆盘连续色阶目测比色—读数等操作步骤，完成土壤硝态氮和有效磷含量的测定，而钾的定量则是采用简化的比浊法。该方法的特点是完全采用常规的浸提方法，土壤浸出液中养分的定量精度虽然低于化验室分析，但比早期的简单目测比色法精度高，可满足一般田间土壤养分测定的要求。美国的家庭农场住房条件比较好，可在家中辟出空间进行操作，测定自家农场的土壤(一般10个样品左右)。因此，在美国，农场主可送样到州化验室分析化验，还可在自己的家中完成土壤氮磷钾、pH值和盐分的测定。

德国便携式土壤养分速测技术研究主要集中在氮素的快速检测，以进行合理的土壤氮素管理和硝酸盐污染控制。研制了土壤硝态氮快速简便的测定仪器，并建立了测试方法与评价指标。德国默克(Merck)公司将用于水分析的小型仪器反射仪(RQflex)应用于土壤、植株氮营养的快速诊断，其优点是测定范围宽、反应速度快(1 min)，硝态氮测定的精度较高，因而被广泛应用于土壤、水、作物氮素营养分析、诊断以及蔬菜中硝酸盐含量的测定中。德国科学家通过研究，建立了蔬菜生产体系氮素管理技术体系，以及田间土壤硝态氮快速测试为核心的土壤氮素养分实地管理技术，并逐步用于指导农业生产。默克公司生产的加强型反射仪(RQflex plus)，增加了比色皿适配器，不仅可以用RQ试纸条系统，更可以使用RQ plus试剂系统，可以测定铵态氮、硝态氮、磷酸盐、钾等项目。反射仪的体积很小，重量只有250 g左右，采用干电池供电，适合随身携带，且操作简单。

英国主要应用HORIBA公司生产的CARDY硝酸盐离子计、钾离子计进行植株氮、钾营养诊断(蔬菜作物、果树等)，以及应用日本MINALTA公司生产的叶绿素仪进行叶色诊断，以判断作物体内的氮素营养状况。这些方法被一些美国蔬菜生产企业用于蔬菜的营养管理中。

2.2我国便携式土壤速测技术研究和应用

我国便携式土壤速测技术可追溯到20世纪60年代，当时，以目视比色为主的土壤养分田间快速测定技术得到了很大的发展，含水量的测定主要为酒精燃烧法;硝态氮用硝酸试粉或二苯胺比色法;铵态氮用纳氏试剂比色法;有效磷用磷钼蓝(氯化亚锡还原)比色法;速效钾采用亚硝酸钴钠或四苯硼钠比浊法;土壤pH值用比色法[2，10-11]。20世纪80年代以来，随着光电比色技术的发展，出现了以光电比色为主要分析方法的田间土壤养分快速测定技术，其测试的方法与目视比色的方法基本相同，但采用了光电比色，使分析的精度大为提高，并开发出了速测设备(一般均为光电比色计)，并将有关土壤参数、施肥参数输入速测仪或计算机软件中，可以简便地获得施肥量数据。这些速测仪器以提高仪器设备的田间测试能力和加快测试速度为目标，其精度基本可以满足定量的要求。随着测土配方施肥技术研究和推广的不断深入，便携、快速的土壤测试技术越来越受到人们的重视，成为研究开发的重点之一。近几年来，许多速测方法和速测仪器相继问世。如中国农科院土肥所、中科院南京土壤所等单位都研究开发过土壤速测仪，河南农大机电技术开发中心研制了YN型集成式土壤肥料养分速测仪，北京强盛分析仪器制造中心生产了TFC型土壤化肥速测仪，山东莱州市无线电一厂与山东农大联合研制了TY型直读式土壤养分速测仪等。这些仪器设备都以便携式、快速测试为目标，其应用与化验室分析形成了互补，推进了高效施肥技术的推广应用。

3展望

目前，开发应用的便携式土壤养分快速测试技术，大多以实验室分析方法为基础，虽然在仪器的便携性方面有所提高，但面向现场诊断测试方面的针对性不足，如很多技术方法仍然要求测定过2 mm孔径筛的风干土样，这在田间情况下是难以做到的。同时，便携式土壤养分速测需要携带测试工作所需的操作用具和试剂药品，特别是有些试剂要提前配制溶液，以方便应用和提高测试速度，因此在仪器设备、实验室装备集成以及配套成品试剂方面应进一步加强研究。此外，快速测试技术对各地土壤的针对性、适应性较差，特别是田间校验研究不足，没有建立较为完善的基于便携式速测技术的养分丰缺指标体系和推荐施肥体系，对这项技术在实际工作的应用中也造成了一定影响。

研究开发便携式土壤养分快速诊断技术，应当充分考虑当前我国农业发展状况，要适应我国国情、适应农村基层环境条件，并综合考虑测土施肥的要求。仪器设备向高度集成化发展，仪器性能向精确化发展，基本测试项目向提高针对性、相对齐全化发展，综合测试速度向快速简便发展，速测仪向便携化、配套化方向发展，使仪器便于流动服务、现场服务，能脱离实验室独立工作。

4参考文献

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[3] 陈新平，周金池，王兴仁，等.应用土壤无机氮测试进行冬小麦氮肥推荐的研究[J].土壤肥料，1997(5):19-21.

[4] 陈新平，李志宏，王兴仁，等.土壤、植株快速测试推荐施肥技术体系的建立与应用[J].土壤肥料，1999(2):6-10.

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[7] SCHAEFER N L.Evaluation of a hand held reflectometer for rapid quantitative-determination of nitrate[J].Commun Soil Sci Plant Anal，1986，17(9):937-951.

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[9] HOLDEN N M，SCHOLEFIELD D. Paper test-strips for rapid-determi nation of nitrate tracer[J].Commun Soil Sci Plant Anal，1995，26(11-12):1885-1894.

土壤剖面概念范文第5篇

关键词：SPAC水分运动 水分与作物生长耦合模型 水分平衡 渍害 地表排水

近年来数值模拟方法在农田土壤水分运动研究中被广泛采用［1，4，］，并逐步从实验室引向田间［5，6］，也考虑了农田作物状况对土壤水分运动的影响［2，3，7，9］.但是，国内大多数水分运动模型没有涉及土壤水分条件对作物生长过程的动态影响，因而不能很好地反映土壤水分运动与作物生长动态之间所具有的强烈的反馈和耦合作用，实际上，不良水分条件限制作物生长，而作物生长状况的改变又对农田水分平衡过程产生重要影响.同时，作物的不同种植方式也将影响农田水分平衡状况.

在作物生长动态模型MACROS(L1D)［8］和田间水分平衡模型的基础上，建立并引进了农田水分平衡与作物生长动态耦合子模型，本文着重讨论水分运动子模型的模拟方法，分析模型模拟结果的可靠性及其对主要参数的敏感性，并应用该模型研究了多雨地区冬小麦生长田间土壤水分动态，讨论多雨地区土壤渍、涝的发生和消退过程.

1　土壤水分运动数学模型

以近作物冠层的大气为上边界，土体一米深处为下边界，构成作物生长田间农田水分平衡系统.作物生长模型MACROS(L1D)以1d(24h)为时间步长，在作物出苗后开始模拟，并向土壤水分平衡模型提供所需作物参数.而土壤水分运动模型则以可变时间步长(0.1-0.001d)进行模拟.因此，土壤水分状态经24h循环计算后才取值与作物发生相互作用.当不良土壤水分条件发生时，作物生长受到限制，从而也改变了向土壤水分平衡模型提供的有关作物参数，这样就构成了土壤水分平衡与作物生长动耦合关系.模型中，仅考虑作物特性、土壤水分特性和气象要素，并认为其它条件均满足作物生长要求.

1.1　水分液态流 土壤水分液态流为有根系吸水条件下的垂直一维流，即

θ/t=-q/Z-Sr，其中q为水流通量，q=-K(h)h/Z+K(h)，因此有：

式中 h(cmH2O)为压力水头，K(h)为导水率(cm d-1-1)， C=dθ/dh为比水容量，Z为深度座标(cm)，t为时间(d)，Sw为根系吸水函数.

田间条件下，土壤水分运动有多种边界条件，而它们又反复交替变化.本模型有：

初始条件： h=hi， Z＞0， t=0.

上边界条件：(1)表层土壤接近饱和或有极薄积水时，h=0， Z=0， t＞0. (2)土表向土壤供水，供水强底低于入渗率，K(h)(h)/(Z)-K(h)=-i， Z=0， t＞0. (3)土表蒸发而土壤供水充足，K(h)(h)/(Z)-K(h)=E， Z=0， t＞0. (4)土壤蒸发而土体向土表供水速率低于蒸发速率，土表趋于风干状态，h=had， Z=0， t＞0; 其中脚标ad表示风干土.

下边界条件：下边界条件主要考虑地下水位埋深ZW(m)的影响

(1) ZW＞3.0; h=hi， Z=Zmax， t＞0. (2)3.0≥ZW≥1.0; h=ZW-Zmax， Z=Zmax， t＞0. (3)ZW＜1.0; h=0， Z=ZW， t＞0. 其中，当ZW＜1.0m时，地下水位埋深即为模拟系统下边界，流入地下水位中的水亦即为土壤水渗漏损失.

土壤中发生饱和流时， θ/t=0， 有：

q=-Ki(hi+1-hi)/(Zi+1-Zi)i，

(h2-h1)+(h3-h2)+……+(hn+1-hn)=hn+1-h1， (2)

i=n， 为土壤层次数，得到n+1个线性方程求解.

对土壤中的非饱和流，考虑到土壤水分运动模型与作物生长动态模型的综合模拟计算量较大，故采用基质流势(Matric flow potential)［8，9］的概念求解水流方程.定义U为基质流势U-∫hK(h)dh，则水流通量方程可改写为：

q=-(dU)/(dZ)+K(h) ，(3)

假设两相邻土层中心的流量随深度的分布不变，微薄土层中心之间的水势变化为线性的，则式(3)可以导出水流通量方程的积分形式为：

(4)

当水流发生在非均质土层之间时，式(4)中的积分项由下式修正.

作物根系吸水函数Sw， 先由作物冠层蒸腾量E确定其总量，当土壤供水充足时，各土层中根系吸水量Swi，根据已确定的根系总量和由实验测定的根系在土壤剖面上的分布比例δi计算，即

Swi=δiE .

(6)

不良土壤水分条件发生时，根据旱害、渍害程度对式(6)进行修正，修正参数由实验确定［9］.

1.2水分汽态流　土壤蒸发和作物蒸腾由彭曼-蒙特斯公式计算

1.2.1作物蒸腾　设Ep为作物潜在蒸腾速率，ESR和Eδ分别为太阳辐射力蒸发项和空气干燥力蒸发项，有：

其中

(8)

式(8)中，SR为辐射吸收量，λ为水的汽化潜热，S为饱和水汽压随温度变化曲线的斜率，δP和γ*分别为空气干燥力和表观温度计常数项，它们又分别为：

式中es和ea分别为饱和水汽压和水汽压实测值，ρCp为空气的体积热容量，γ为湿度计常数，而γh、γb和γs分别为边界层热交换阻力、边界层水汽交换阻力和气孔阻力.

式(8)中，ESR和Eδ受作物冠层叶面积状况的影响，因此作物潜在蒸腾速率Ecp，应由叶面积系数ALV进行校正［8］，则式(8)可改写为：

当叶面积系数大于2-3时，空气干燥力蒸发项对叶面积的变化不敏感.

1.2.2　土壤蒸发 假设土壤水分在一蒸发峰面上迅速转化为水汽，则当蒸发峰面表露时有：

ES=EPbLbS .　(11)

式中ES为土壤蒸发率，bL和bS分别为作物遮阴修正系数和土壤湿度修正系数，即

式中m和n分别经验系数，分别与作物种类和土壤性质有关，ALV″为包括死叶和活叶的总叶面积系数，θa和θf则分别为风干土壤湿度和田间持水量.

考虑到实际土壤蒸发并不都发生在一个峰面上，则应由各土层蒸发贡献率mi将ES值分配到各土层中去：

式中脚标i为土壤层次，d为土层厚度，L为土层深度，K'为经验系数.

此外，为避免地下侧渗流的引入而造成模型过于复杂，地下水埋深按实际观测值输入.

1.3　模型软件及其输入和输出　整个模型模拟软件用CSMPⅢ语言编制(连续系统模拟程序语言).模型所需输入资料包括作物资料(品种特性和生长特性资料)、气象资料(日最高和最低气温、日照时数、日降雨量、日均湿度、日平均风速)和土壤资料(水分特征曲线，水分常数θS，θF，θW和θa，土壤饱和导水率和非饱和导水率，土壤质地类型，土层深度和厚度，地下水位埋深等).模型输出包括每日作物生长状态变量、各土层土壤含水率剖面分布以及田间水分平衡收入和支出各项.

2　模型的验证和灵敏度分析

2.1　模型验证　田间试验于1994年11月到1995年5月在浙江衢州市十里丰农场农科所冬小麦田进行，面积1.5亩，小麦品种钱江2号，土壤为红壤性水稻土，土壤质地除15-30cm为重粘土外

图1 土壤含水量模拟值和实测值的比较

其余均为轻粘土.气象资料由麦田邻近的农科所气象观测站提供，全季总降雨量为1060mm，无地下水位影响.模拟从1994年12月27日苗期开始到1995年5月23日小麦成熟结束，模拟时间总长为148d.田间土壤水分测定采用取样烘干法，每隔10d同时测定0-5cm、5-15cm和30-35cm土层深度的土壤含水量，以多点平均值与模拟值进行比较，其中3月16日到27日隔天取样测定，测定值与模拟值的比较结果如图1.

由于实测值是田间多点平均值，考虑到田间土壤水分分布的空间变异性，本模拟与实测值对比的结果是相当令人满意的.

2.2　模型主要参数灵敏度分析

2.2.1　对田间水分运动参数的敏感性 分别把饱和导水率Ks扩大到10倍，把土表排水系数Wmax(cm，土壤表面最大允许积水深度)从2.0cm增加到5.0cm，模拟了同一小麦生长期内的土壤水分动态，并选取了5月15日土壤水分模拟剖面分布进行比较，结果如图2所示.图2表明，KS值和Wmax值的改变均对土壤水分动态变化影响较大.

图2 土壤水分参数的变化对土壤水分剖面分布影响的模拟结果

2.2.2 对气象因素的敏感性 图3是日平均气温(Tv)、日降雨量(Ra)、日照时数(Rn)和日平均风速(Wv)的改变，对田间水分平衡模拟结果的影响.其中当日平均气温增加50%时，作物生长发育速率大大加快，小麦成熟提早了38d.为了使各次模拟结果具有可比性，统一截取各次模拟第100d时的各项水分耗损值进行比较，而没有选用正常条件下作物成熟时(模拟第138d)的结果.图3表明，模型中水分平衡过程对气象因素非常敏感.

2.2.3 对作物生长参数的敏感性 在其它条件相同的情况下，把作物叶面积生长速率增加50%，模拟小麦生长期间农田水分平衡状况，结果如图4所示.图4表明，影响最大的是作物遮阴减少了土壤表面的蒸发，而作物叶面蒸腾由于叶面积系数ALV′大于2-3后变化不大(见式(11))，从而影响相对较小，模拟结果还表明，作物高度PHT的变化，对土壤水分平衡过程影响较少.

图3 气象因素的变化对小麦田水分平衡影响的模拟结果

图4 作物叶面积的改变对田间水分平衡影响的模拟结果

3　农田水分平衡的模拟分析

应用本文所提出的作物生长动态与土壤水分运动耦合模型，对南方丘陵红壤地区稻田冬季麦作的农田水分平衡和常见的土壤渍、涝问题进行模拟分析.

图5 浙江衢州十里丰农场近十年冬小麦田水分平衡模拟的平均结果

3.1　冬小麦田间水分平衡模拟分析　浙江省丘陵红壤地区冬小麦一般于11月播种，次年5月收获，播种时常遇旱害，次年入春后迅后，即进入雨季，大量的降雨造成涝害和土壤渍害。图5是浙江衢州十里丰农场1985年至1995年10季冬小麦生长期间农田水分平衡模拟的平均结果.由于气候条件的差异，各年份小麦生育期长短不一，最长时间为179d(出苗算起，下同)，最短为168d，平均为170.8d.生育期内十年平均降雨量为771.4mm；作物蒸腾和土壤蒸发两项总和平均仅为322.5mm.如图所示，进入2月中旬以后(图中模拟时间70d以后)，地表径流迅速增加，而渗漏水量和地表径流水量两项之和始终大于田间蒸腾蒸发量.这一结果表明，降雨过多是该地区冬小麦生长十分普遍和重要问题.

3.2　降雨量与土壤渍害发生关系的模拟　图6是较长时间干旱后，进入雨季开始连续降雨的典型条件下，不同日降雨量的连续降雨后土壤渍害发生过程的模拟结果.图6所示，曲线末端数字表示日降雨量，若以田间持水量为渍害发生最小土壤含水量，当雨前土壤含水量为0.24cm/cm时，日降雨3mm和5mm连续5d和3d，土壤含水量即超过田间持水量而将产生渍害，日降雨量为7.5mm和10mm时，连续两天后产生渍害，大于10mm时，降雨当日就使土壤含水量达到渍害水平.

3.3　地表排水能力与渍、涝消退关系模拟　南方红壤稻田土壤普遍较为粘重，内排水困难.因而地表排水就显得特别重要.模拟结果表明，在当地土壤条件下，日降雨量若达到100mm而不发生地表排水和径流，则田间最大可能积水深度可达7-8cm(视雨前土壤湿度状况而略有不同).显然，地表排水越差，田间平均积水深度就越大，涝害和渍害时间也就越长.图7是日降雨量100mm时，不同地表排水能力条件下，麦田土壤涝害和渍害的发生和消退过程模拟结果.图中曲线末端数字为田间土表平均最大渍水深度，超过该深度时的水分由地表排水排出.

图6 冬小麦田土壤渍害发生过程的模拟结果

图7 冬小麦田土壤涝害和渍害的发生与消退过程的模拟结果

图7表明，地表排水良好的情况下，例如当田间允许积水平均深度＜1cm时，100mm降雨量造成的涝害和渍害分别在2d和6d之内可以消退；而如果田间允许积水平均深度达5cm时，涝害可能持续8d，渍害和涝害完全消退则需要11d.在当地条件下，4-5月份中日降雨量达100mm的情况几乎每年均有出现，而此时正是小麦籽粒灌浆时期，涝害和渍害对产量影响极大［7，8］.

4　结　论

(1) 本文建立了作物生长动态与土壤水分运动耦合模型.模拟验证表明，该模型较好地反映了土壤水分条件与作物生长之间的动态耦合关系，提高了土壤水分运动模拟的可靠性和适用性，增强了处理多雨地区作物生长田间土壤水分平衡问题的能力.

(2) 对浙江省红壤地区近10年的农田土壤水分平衡模拟结果表明，冬小麦生产期间平均降水量为771.4mm，而农田蒸腾蒸发量仅为332.5mm，自然降水量是作物需水量的二倍以上；因此，水分过多是该地区冬小麦生产的主要障碍.

(3) 对田间渍、涝发生与消退过程的模拟分析表明，浙江省红壤地区一般土壤条件下，日降雨量大于10mm时，一日降雨就可能发生土壤渍害；而良好的地面排水，是排除渍、涝灾害至关重要的一环.当田间地表允许积水平均深度＜1cm时，100mm的日降雨量所造成的涝害和渍害，分别可在2d和6d之后完全消退；而田间地表允许积水深度达5cm时，同样日降雨量所造成的涝害和渍害的完全消退，则需11d以上.

参 考 文 献

1　康绍忠，刘晓明，高新科等. 土壤-植物-大气连续体水分转输的计算机模拟.水利学报，1992，(3).

2　康绍忠，刘晓明，熊运章. 土壤-植物-大气传体水分传输理论及其应用.水利电力出版社，1994.

3　雷志栋，杨诗秀，谢传森. 土壤水动力学.北京：清华大学出版社，1981.

4　杨诗秀，雷志栋，谢传森. 均质土壤-维非饱和流动通用程序.土壤学报，1985，(1).

5　周维博. 降雨入渗和蒸发条件下野外层状土壤水分运动的数值模拟.水利学报，1991，(1).

6　吕 军. 土壤水分平衡与作物生长动态耦合模型研究.见：生命科学研究与应用. 浙江大学出版社，1996.

7　吕 军. 浅埋地下水对冬小麦田生产影响的模拟研究.见：土壤物理与农业持续发展.科学出版社，1996.

8　Penning de Vries FWT， Jansen D M， ten Berge H F M， and Bakema A. Simulation of ecophysiological processes of growth in several annual cvops. Pudoc Publisher， The Netherlands， 1989.

9　Keuen H van， Seligman N G. Simulation of water use， nitrogen nutrition and growth of spring wheat crop. Pudoc Publisher， The Netherlands， 1987.