简述土壤水分调节的方法篇1
[关键词]土壤盐碱化土壤次盐碱化次盐碱化的治理灌溉
中图分类号：S287文献标识码：a文章编号：1009-914X（2014）15-0098-01
一、土壤盐碱化的简介
土壤盐碱化（soilsalinization）是指土壤含盐量太高（超过0.3%），而使农作物低产或不能生长。
土壤中可溶性盐类随水向表层移动并积累下来，而使可溶性盐（如石膏）含量超过0.1%或0.2%的过程。盐碱地在利用过程中，简单的说，可以分为轻度、中度、重度盐碱地。轻度盐碱地pH值为：7.1―8.5，中度盐碱地pH值为：8.5―9.5，重度盐碱地pH值为：9.5以上。
二、土壤次生盐碱化的概况
次生盐碱化又称“次生盐渍化”。指由于不合理的耕作灌溉而引起的土壤盐渍化过程。主要发生在干旱或半干旱地区地下水位较高、地下径流不畅、地下水中含有较多可溶性盐的冲积平原。
人类活动是引起土壤次生盐渍化的主因。从外因来看，主要是人类活动所致。归纳起来有：①灌排系统不配套：有灌无排或排水不畅，地下水位上升，导致土壤积盐。②大水漫灌、串灌：土地不平整，灌水量不加节制，大量水分入渗提高了地下水位，带来了次生盐碱化。③渠道渗漏：长期引水后，提升了渠道两侧的地下水位，引起水道两侧的次生盐碱化。④平原蓄水不当：平原水库的水位一般都接近于地面，如在水库周围不修建截渗设施，则由于水库水体的静水压，势必导致水库周围地下水位的升高，使土壤发生次生盐碱化。⑤利用矿化度较大的地面水或地下水进行灌溉所致。⑥不合理的耕种方式：有些灌区水旱插花种植，水田周围又无截渗措施，使四周旱田区的地下水位因稻田灌水而抬高，造成旱田土壤发生次生盐碱化。此外，在灌区耕作粗放、施肥不合理、土地不平整等，都易造成土壤次生盐碱化的加重。因此地下水是土壤发生次盐碱化的决定条件
三、土壤次盐碱化的治理
对于土壤盐碱化的治理，一般是从旱、涝、碱综合治理入手，而有灌有排，调空地下水位，则是防治盐碱化的根本措施。应本着以防为主，防治结合原则进行治理。在拟定防治措施之前应进行水文地质调查研究，着重观测和研究地下水和土壤盐分的动态变化。在此基础上采取科学的治理措施。
（一）、合理灌溉及合理安排种植时间
1、建立完善的灌溉系统，使地下水深度保持在临界深度以下。
2、建立现代化排水系统：①水平排水，主要以明沟、暗管的形式进行，既能降低地下水位，又可以排出土壤中的盐份；②垂直（竖井）排水，竖井排水价格低、不占地、水量大、水质好、控制调节性地下水位灵活、维修工作少，同时又可以和灌溉相结合，竖直设井以梅花型布井效果为最好。
（二）、化学改良。
一些发达国家如美国、澳大利亚在盐渍土上，特别在碱土上施化学改良剂，如：石膏、硫酸、矿渣（磷石膏），因土地类型不同，施入量也不同，施用时间长短取决于当地的经验和资金的状况。施用改良剂后需用大量水冲洗，在水资源缺乏的情况下应用困难，而且成本高。但是，用这种方法能使土壤积水从379天降到145天，渗水从292mm升到605mm。
（三）、植物改良
树木在生长过程中，通过叶面蒸发排除大量的水分，在一定条件下可以降低地下水水位。一棵15年的柳树每年通过叶面蒸发消耗91.4m3水，杨树为82.9m3水。据研究灌溉渠系林带的排水影响范围可达200m，潜水位下降最大的地方可达16m。一般多在灌溉渠旁植树，利用它吸收渠道侧渗补给地下水的水量，以消除灌溉渠道两侧可能产生的次生的盐碱化或沼泽化。
（四）、增施有机肥
施用有机肥后，土壤有机质含量和微团聚体数量增加，容重降低，总孔隙增加，入渗速度得到改善，从而使土壤易于脱盐；有机肥的施用也能增加有机胶体和腐殖质数量，增加土壤胶体对盐分的吸附能力，降低盐分在土壤中的活性。半腐熟有机肥不断消耗耕层和表土盐分中氮源，并能吸收部分盐分和阻断部分毛管水流，有抑制盐分积累的作用施用化肥的基础上施用腐熟有机肥，土壤电导率增加20.4%～40.9%；施用不腐熟有机肥，土壤电导率降低14.6%～36.4%，差异达到极显著水平。
（五）、冲土排水
通过施用一定数量的灌水进行冲洗是排除土壤剖面过多盐分的最主要的措施。冲洗过程中加在土壤表面的水向土中入渗并溶解盐分，冲洗水通过下渗将盐分自根层带至深层。在上部土壤含盐量很高，且表层土壤透水性很差的情况下，有时也采用地表冲洗的方法，使表层土壤盐分溶解，并将地表带有盐分的冲洗水自明沟排除。
为满足作物正常生长的要求，需要使一定深度土壤的含盐量，经冲洗后在要求的时间内减少到允许的数量。冲洗后要求的土层淡化深度和允许的最大含盐量通常称为冲洗标准。冲洗标准因土壤盐分的类型和土地改良后所种植物的耐盐能力而异。设计的冲洗脱盐深度一方面决定于作物生长的要求，另一方面也决定防止土壤次生盐碱化的需要。在气候干旱蒸发强烈、作物根层较深的地区采用较大的脱盐深度。一般脱盐深度变化于0.6m至1.0m之间。干旱地区种植旱作物时脱盐深度通常采用1m.在缺乏天然排水，土壤含盐量高，且透水性又较差的地区，在土壤改良的第一年脱盐深度可以采用0.6m.
人工排水是控制地下水位的有效措施。
实行有灌有排，排灌结合，控制地下水位在临界深度以下。这样既防盐碱又防涝，同时能加强浅层地下水交替作用，使灌溉水和大气降水渗入过程中不断淋洗土壤中的盐分，将其带入地下水中，促使土壤向脱盐方向转化。
修建河渠系统，不断将多余的地下水排走，达到控制地下水位和制碱的的。根据经验，排水沟对于土壤脱盐的作用与排水沟的深度和土质有关。一般排水沟单侧脱盐影响范围与沟深的关系为：轻质土沟深1.7～4m时，脱盐影响范围为沟深的80～100倍，粘质土沟深1～2.5m时，脱盐影响范围为沟深的80～130倍。
四、结束语
以上就是本人总结的关于土壤盐碱化的概述，关于防治及治理次土壤盐碱化的方法，我所论述的仅仅是小部分，还有很多复杂但很科学的方法，在此就不在一一论述了。
参考文献
[1]苏志学.土壤盐碱化及其防治措施.吉林水利，2006，第284期.
[2]孙慧霞，王晖，张元东.土壤盐碱化防治措施概述.河南水利与南水北调，2008，第8期.
[3]于志强，卢永国，付春艳.灌区土壤次生盐碱化的综合措施.黑龙江水利科技，2010，第4期.
简述土壤水分调节的方法篇2
关键词：江南；耕作农具；土壤耕作
theSoilCultivationSysteminJiangnanofmoderntimes
abstract:thesoilcultivationsystemisanessentiallinkofthefarmcropssystem,whichhascloserelationwithcropsplantersystem.thisarticlewillaimatthesoilcultivationsysteminJiangnanofmoderntimes.Firstly,wewillcarryontheconcretesoilcultivationlinkofeachmaincrops,thendiscussthecultivationsystemindifferentcropsdistributionareacombiningwiththecropsplantersystem.
keywords:Jiangnan;cultivationfarmtools;soilcultivation
土壤耕作制度简言之就是土地如何耕作的问题，实质在于通过犁、耙等工具的机械作用改变土壤耕层构造和地面状况，以调节土壤水肥气热等因素，为作物播种、出苗、生长与发育提供适宜的土壤环境。其由一系列的技术环节所构成，主要有翻耕、耙地、耖田、起垅、开沟、筑畦、中耕、耘耥等[1]。从历史上来说，土壤耕作制度是不断发展的，对此诸多前贤学人已有相关研究[2]。对于江南所在的中国南方水田的土壤耕作制度而言，以郭文韬先生的研究最为突出。他认为古代中国南方水田的耕作系统大体分为三个环节，即水田的耕耙耖、旱作的开垅作沟及套复种的免耕播种。具体来说，又有两种结合方式，一种是稻麦两熟田的水耕与旱耕结合，即耕耙耖耘与开垅作沟的结合，另一种是套种田的耕与不耕结合[3]。不过，虽然诸多前贤学人已有开创之作，但由于他们的研究基本都是总体性的，故对于作物种植过程中具体的土壤耕作环节问题却论述不多。基于此，本文就力图对这一问题进行较为细致深入的探讨，时空范围则限定在近代的江南东部平原地区[4]。在具体论述过程中，我们将先对近代江南地区的耕作农具进行简要论述，然后再对各主要作物种植过程中的具体土壤耕作环节进行探讨[5]，最后再与作物种植制度相结合以探讨不同作物分布区内的土壤耕作体系问题。
1、近代江南地区的耕作农具
土壤耕作需要借助于一定的耕作农具，而这些农具又是与一个地区的环境特征及具体的作物种植相适应的，因此从一定程度上来说，耕作农具也应该是土壤耕作体系的组成部分之一。近代江南地区的土壤耕作农具有两个系统：一个是畜力耕作系统，主要农具为犁、耙、耖，由畜力牵引进行；一个是人力耕作系统，主要农具为铁搭，由人力使用进行[6]。当然，这两个系统间并不是截然分开的，在某些情况下也可相互结合，如在冬播作物的种植过程中，前期的土壤耕作可凭借畜力或人力进行，但后期的开垅作沟与中耕管理环节却通常只能由人力进行。
畜力耕作系统的最主要工具就是犁。与自然环境与具体的作物种植制度相适应，近代江南地区存在着两种不同的犁型，即小犁与大犁，也就是水地犁与旱地犁。水地犁主要用于水稻播种及插秧前的水田耕作，而旱地犁主要是用于耕稻板田，也就是割稻后的土地耕作，另外棉花等旱作也是使用这种犁。水地犁犁头为尖形，犁耳为鱼背状，这样在耕作时土就自然会向左右两侧分散。旱地犁的构造略同于水地犁，惟是犁底较短，犁辕较长，犁身稍偏于后，原因在于旱地犁较水地犁耕作时费力，所以犁身较短，这样耕作时就能减少负土量。同时，旱地犁重量较轻，犁辕较长，则这样耕作时拖拉才会更加有力[7]。由于自然环境的关系，水地犁在江南地区的应用中占优势地位。犁外，就是耙与耖。耙的作用在于把大土块弄碎以利于作物种植的进行。耖则是水稻耕作过程中的特有农具，其作用在于进一步把土块弄碎，起熟化水田土壤的作用。对此，《王祯农书》云：“耖，疏通田泥器也，耕耙后而用此，泥壤始熟矣。”但其更主要的作用还在于把泥浆荡起混匀，再使其沉积成平软的泥层，以利于插秧的进行。正如邝璠所云：“耙过还要耖一番，田中泥块要匀摊。摊得匀时好插秧，摊弗匀时插也难。[8]”对于秧田整治而言，又有一种称为耱的农具。耱又名耢，用于摩平整细田面，通常是一块平板，摩刮起的泥土运至凹处逐渐填放、刮平。在江南水田地区这项作业通常被称“落平”[9]。对此，《王桢农书》亦有言：“平板，平摩种秧泥田器也。用滑面木版，长广相称，上置两耳，系绳连轭架车，或人拖之。摩田须平，方可受种。即得放水浸渍匀停，秧出必齐。”
铁搭是人力土壤耕作的主要农具，其也有多种形制，以适应于不同环境与不同工作环节下的工作。如在浙江平湖县，每年秋收之后，为种植春花作物，此时须将田土翻转一次，俗称翻寒田，工具就向用大铁搭，亦称铁耙（俗称寒田铁搭），此种为铁搭中之最大者，四股之端各有铁角，翻土最为有力。春花收获后，在种水稻前，田地亦须翻转一次，俗称翻白田，相比之下，翻寒田是深耕，故用大铁搭，而翻白田较浅，只用中等铁搭（俗称尖刺），其股端为尖形。种水稻所用工具则为小号铁搭（俗称摊耙），功用在于将田土摊匀。又凿沟所用之铁搭，名带翘，大小略小于寒田铁搭，股较细，为防止折断，在尽头横套铁条一枝[10]。嘉善县，铁搭则有满封、套封、平齿、尖齿之分类，满封、套封用于水田翻耕，而尖齿、平齿大多用于旱地耕作[11]。铁搭整地后，通常再用相同的工具弄碎泥块，也有用人力拖拉耙进行的，在耙上放大石条，由人拉动耙田。
曹幸穗先生认为，近代江南地区的农业生产出现了一种简单化趋势，即人力代畜力，从“犁耕文化”倒退到了“锄耕文化”[12]，而其实质就是人力耕作系统对畜力耕作系统的代替。当然，这种趋势不是从近代才开始的，而是很早就已出现。如据曾雄生的研究，南宋以后，由于人口的迁移、增长及在此基础上的多熟制的推行，江南地区能够用于饲养耕牛的土地日益减少，于是耕牛的饲养量也就日渐降低。到了明代，这种现象更加严重，以致于人们不得不以铁搭代替耕牛耕地，所以《沈氏农书》与《补农书》也很少提到养牛的情况[13]。只是到了近代这种趋势更趋严重。之所以如此，原因就在于人口压力所导致的土地零细化。由于人均耕地面积少，因而单靠人力加简单的铁搭就足以胜任了，于是在这种情况下耕牛的使用也就变得没有必要。如在崇德县：“耕地面积狭小，又无荒山草地，平时耕种，人力足以胜任，故牛之饲养尤少，几云绝迹。[14]”开弦弓村，也是“农田较小，每户的土地又是如此分散，以致于不能使用畜力，农民只用一种叫做‘铁鎝’的工具”[15]。常熟兴隆镇亦存在同样的情形，“田少劳多，历史上很少养牛，个别富裕人家偶有饲养”[16]。对于这种情形，德国人瓦格纳也说：“南方的稻田常是极小，以致兽力无所施，这上面固然全靠锄头（即铁搭——笔者注），即在较大的田地上，锄头的使用也是完全普遍的。[17]”与之相反，在那些相对耕地面积较多而人力较少的地方耕牛的饲养就会增多。如在吴江县，其东北部地区相比于西部地区，由于人口少而耕地面积多，故全县的耕牛基本上就都分布于此[18]，自然畜力耕作系统也就更为盛行。当然，这种趋势并非是直线进行下去的，在某一短暂时期内也曾有所反复。如太平天国运动后，江南地区的耕牛饲养就一度有增长的迹象[19]。之所以如此，除移民习惯的因素外，背后的关键原因可能还在于人口大量死亡所导致的战后人地关系的相对松弛。
2、水稻种植过程中的土壤耕作
水稻整地，分秧田与本田两种。秧田整地，多选择土质肥沃、灌溉便利的冬闲田或绿肥田为之，细细耕耙。如果是冬闲田的话，一般都要冬翻，预备播种前再行翻垦，灌水后反复耙碎，然后进行掏秧沟的工作（据笔者所见，此项工作通常用脚踏进行）。通常沟深半尺左右，两沟间即为撒播稻谷的畦面（俗称秧扇），有时为保证秧沟笔直，先用草绳对面拉直，再沿绳掏出秧沟。秧沟做好后平整田面，并去除稻根等杂物，再用推秧板推平田面，然后便可播种了[20]。为防止过多的稗草混于秧苗间，有时会采取如下措施：“将面泥丕刂去，扫净去之，然后垦倒，临时罱泥铺面，而后以所浸谷下之。[21]”据笔者在江南农村所见，每条秧畦宽约1.5米左右。秧田整地的基本技术要求，姜皋认为要“宜平宜松”[22]。
本田整地，因前作的不同而有多种形式，如《双林镇志》所载：“冬日刈稻后即将田垦转，以深为贵，至来春三月重加翻劚，谓之钞田，欲其土块细碎得水易融合也。有冬不及垦，直至插秧时爬转者，曰筅箒田，以稻本尚留也。又有垦板田，有虽垦而未加钞者，曰镬蓋田，以土片大如镬蓋也。又有并不垦转，蓄水在田，近夏至径插青，谓之烂水田，此皆惰农所为，良农不出此。至若得种春花之田，菜麦既收，翻平沟稜而细削之，谓之折麦稜。[23]”不过总体言之，主要分为三种，即冬闲田、绿肥田与冬作田，此外还有一种就是长期渍水的冬水田，只是在江南地区并不占重要地位。但不管哪种形式，具体耕耙耖的三个环节基本不变，只是每一环节进行的次数各不相同，通常耖只在插秧前进行一次，耕与耙则可能需要进行多次[24]。
冬闲田，俗称白板田，一般先要进行冬耕，但不耙。对于冬耕的基本要求是力求早，正如农谚所言：“正月犁田是块金，二月犁田是块银，三月犁田是块铁，四月犁田是个鳖”[25]，这样经过一个冬天的冻融与曝晒，土壤疏松，又可除草沤肥与消灭害虫，因而对于春种有极大的好处。正如宋应星所言：“稻田刈获不再种者，土宜本秋耕垦，使宿藁化烂，敌粪力一倍。[26]”而对于冬闲田的具体耕作环节问题，包世臣曾有详细论述：“刈稻即起板，勿耢。……入春冻解，又耕之，及时，又耕之，乃耢。冬不耕者，老土耗下泽，流土刮上膏，土板不经冻，块硬稻柔，不能起土，收常减。春不耕者，土性冻涩不和，亦减收。[27]”是为三耕一耙。当然，各地情况并非整齐划一，如吴兴县第六区，先冬耕或春耕一次，分秧前再耕一次，然后耙平；第九区则是先冬耕，然后临插秧前再耕一次，然后耙平，则在这两个地方耕作环节为两耕一耙[28]。而在桐乡县，传统习惯则是多不从事冬耕：“农民狃于习惯，每年种稻一次后，多不从事冬耕，坐令大好空间，逐年荒废，殊堪惋惜。[29]”
对于绿肥田，通常为二耕一耙，立夏至小满时节犁转土地直接把绿肥翻入土中，或者先把绿肥作物砍成二至三段再翻耕。第一次通常干耕，几天后灌水以让绿肥充分腐烂，然后插秧前再浅耕一次，耙耖后便可插秧[30]。对于绿肥田的土壤耕作，松江县广大农民的基本经验之一是“早车（耕）田，慢种秧”，就是说翻耕红花草和移栽之间应保持一定的间隔，以利红花草充分腐熟[31]。其具体的土壤耕作环节为：小满前一周左右时，把绿肥翻入土内七八寸深，小满时节再用水车向田内车水，当田内积水到达一定程度时再用牛牵引进行耕田，耕过之后再用耙进行碎土作业；没有耕牛的农家则用铁鎝进行耕翻[32]。
冬作田则通常为两耕两耙，冬作物收获后随即平整沟稜，先干耕，时间允许的话可以进行一两天的晒田作业，然后灌水耙田，待插秧前再进行一次耕耙作业，随后耖平即可插秧。在旧松江府地区，冬作田的具体耕作环节为：耕田开始前先整理田畴，然后犁翻土地，有用牛力，亦有用人力者，耕后耙，是为第一次；耙后灌水入田，四五日后再犁、再耙，是为第二次；也有少数农家为力求精细而进行第三次者[33]。嘉善县冬作田的传统大田耕作亦多为两耕两耙[34]。
而对于长期渍水的烂水田，一般是一年只种植一季水稻，水稻收获后通常不耕，只是到来年插秧前再行耕耙耖的工作，一般只进行一次。对于这种田块，由于常年积水而又只耕耙一次，因而对于作物的生长很是不利，所以曾在中国工作的德国农学家瓦格纳说：“耕作仅限于种稻之前幾时，……土壤的耕作这样少，而土壤的流通空气也很少，结果便看见这种长在水中的土地完全普遍的发生一种沼铁，很有害于植物的生长。[35]”
以上我们主要从畜力耕作系统的角度论述了近代江南地区水稻种植过程中的土壤耕作环节。与之相比，人力耕作系统由于没有畜力等外力的协助，因而在具体的耕作环节上可能就相对简单一些。如在开弦弓村，人们先用铁鎝翻地，“翻地以后，土地粗，地面不平。第二步就是耙细和平地，使用同一工具。一个人翻耙平整一亩地需要四天”。平整土地后灌水入田，每亩田再用一天的时间加以平整，然后就可以插秧了。也就是说，具体的耕作环节只有一耕两耙，并不进行冬耕。至于铁搭耕地的具体过程，则如下[36]：
农民只用一种叫做“铁搭”的工具，它的木把有一人高，铁耙上有四个齿，形成一个小锐角。农民手握木把的一端，把耙举过头先往后，再往前甩，铁齿由于甩劲插入泥土，然后向后拉耙，把土翻松。
平湖县的人力翻垦工作，也只是在春花作物收获之后、将种水稻之前，用铁搭将田翻转一次，然后用摊耙将田土摊匀，即行插秧[37]。吴兴第一区，本田整地也是只靠人工进行，虽亦为冬闲田，但冬季多不耕地，通常只是于预备插秧时用铁鎝翻土一次，再耧平即可[38]。在此更是只有一耕一耙。至于具体的耕作法及效率问题，光绪《松江府志》则有此记载：“一土大一锄，以旧稻幹根为准，以锄去根二，三锄去根六，所谓三铁搭六稻幹。如此来而往复，一人日可锄一亩。”
对于翻垦稻田的技术要求，沈氏认为一是要深，二是要趁好天气，他说：“古称‘深耕易耨’，以知田地全要垦深。切不可贪阴雨闲工，须要老晴天气，二、三层起深。[39]”此外的另一项技术措施就是要力求做得平整，这样才能够使整个稻田都能够均匀的得到水的维护[40]。田整好后插秧，当秧苗长到一定程度时便进行耘耥的工作，以清除田间杂草与疏松土壤。
3、其他作物种植过程中的土壤耕作
棉花，对于前作而言亦有好几种情形，即冬闲田、草子田与冬作田。冬闲田，一般也要进行冬耕，把表土翻到下层，把底土翻到上面，然后来春播种时再整理一遍。“隔寒将地岔起，以冀害虫冻死，曰岔地。清明后耙松，曰倒地，以牛犁之，曰翻。若土块过粗，再驶一过，曰划。[41]”不论冬季还是春季的整地，“宜多次”，如此才能使“泥土细熟”[42]。当然，在具体的整地环节上可能各地情况不一，如在嘉定，冬闲田就先于冬间翻耕一次，然后到播种前再仔细整地一次[43]。太仓县则不冬耕，通常是于清明前后耕起整地[44]。绿肥田，则到谷雨左右再行耕田，连同绿肥作物翻入田中以做基肥，在川沙就有此种方式施行：“掩入苜蓿头以作基肥，总以土壤匀细、经画井然为合宜。[45]”冬作田，又具体分为两种情况。如果是元麦、蚕豆等冬播作物的话，则到立夏左右收获之后再行耕耙土地。如在嘉定就是如此，春花收获后直接用犁耕地，然后用铁耙（又称为划耙）弄碎土块，并平整土地[46]。太仓县具体环节亦同[47]。如果是小麦、油菜等冬作地，由于小麦与油菜的收获期要到小满左右才开始，而这通常已错过了棉花播种的最佳时机。正如农谚所云：“谷雨早，小满迟，立夏种花正当时”、“立夏花，大把抓；小满花，不回家。[48]”为把握农时，人们便采取了免耕播种的方法，即在冬小麦收获前一二十天把棉籽播于麦田内，待小麦收获后再行发育。对此，包世臣曾说：“沟塍种小麦者，及小满可于麦根点种。刈麦，棉长数寸，锄密补空，每窝三茎，深锄细敲，无减专种。[49]”在川沙这种方式被称谓“攒花”，只是小麦通常要条播方可。但由于可将“花子及时播入”，因而也就“毋庸翻垦”[50]。
与水稻整地相比，棉花整地过程中没有耖的工序，耕耙次数也没有那么多，相对较为简便一些。但棉花种植过程中需要做畦开沟，这项工作要在耕耙之后进行。在南汇，做畦的工作俗称分畹，“令土凸起成行，畦背之阔无过六尺，高七寸，此行与彼行交错如犬牙，俾一泄水”，但通常是“阔以三尺为度”，且“尤须中高边低，取其泄水”。做好畦播种后开沟。沟分两种，即直沟与横沟，直沟是与畦相平行的沟，横沟又称腰沟，与畦相垂直。“每塍周围务开极深水沟一条（深一尺五寸阔一尺），其在田心每隔三四畹开沟一条（较周围之沟略浅狭），每畹头开小水沟一条（长约五六尺），尤须开浚极深腰沟一条，不然多雨时恒恐水积伤苗。[51]”与南汇相比，嘉定的畦宽在1.5米至3米之间，通常在2米左右，也是中间稍高、两边稍低以便于泄水，畦与畦之间为排水沟，沟深在10到20厘米之间，每隔二三畦的沟开得稍微深一些，畦的两头也分别开沟一条，类似于腰沟的开浚。棉花播种于畦的中间，临近排水沟的两侧则种植大豆[52]。畦做好后播种，在棉花的生长过程中再进行多次的中耕锄草工作。
麦类作物，水稻收获前几天先排水干田，收获后随即耕翻土地，很多情况下根本就不进行耙的作业[53]。即使耙的话，由于时间紧促，一般也只能是一耕一耙，然后作畦开沟，畦宽通常与上述棉花畦相类似。沟也分两种，即横沟与腰沟。正如《王祯农书》所言：“起土仑为疄，两疄之间，自成一畛。一段耕毕，以锄横截其疄，泄利其水，谓之腰沟。”对于麦田整理的技术要求，《农政全书》有言：“玄扈先生曰：耕种麦地，俱须晴天，若雨中耕种，令土坚土各，麦不易长，明年秋种亦不易长。南方种大小麦最忌水湿，每人一日只令锄六分，要极细，作垅如龟背。”沈氏则认为：“垦麦棱，惟干田最好。如烂田，须垦过几日，待棱背干燥，方可沈种。”张履祥亦说：“种麦又有几善，垦沟揪沟，便于早：早则脱水而埨燥，力暇而沟深，沟益深则土益厚；早则经霜雪而土疏，麦根深而胜壅，根益深则苗益肥，收成必倍。[54]”畦做好后播种，在作物的生长过程中要注意适时清沟理墒，对此徐光启曾言：“冬月，宜清理麦沟，令深直泻水，即春雨易泻，不浸麦根。[55]”在此过程中有时还同时进行敲菜麦沟的工作，就是用铁锹拍打麦的畦棱以使之紧实，一方面起壅土的作用，一方面也有利于行水。
其他一些冬播作物，如油菜、蚕豆等，与小麦的整地技术基本相同，在此不赘述。只是就油菜来说，在某些地方畦可能要作的比麦窄一些，如笔者在湖州所见的油菜畦，大约只有50——60厘米宽，高约30厘米左右，畦面很窄，宽约十几厘米左右，极为类似于北方的红薯沟。草子，一般都是采取免耕播种的方式进行播种。“于稻将成熟时之时，寒露前后，田水未放，将草籽（红花草）撒于稻肋内，到斫稻时，草子已青，冬生春长，三月而花，蔓延满田，垦田时翻压于土下，不日即烂，肥不可言。[56]”
桑树[57]，作为一种多年生植物，对于已成型之桑园自然翻耕无法用牛力进行，只能由人力用铁搭进行。按照沈氏的记述，一年之中，桑园的翻土要进行两次。第一次是在秋后、冬季前进行，称为垦，“垦地须在冬至以前，取其冬月严寒——风日冻晒。必照垦田法，二三层起深”。第二次是在春季进行，称为倒，也就是按与第一次相反的方向进行，“若倒地，则春天雨水正多，地面又要犁平（即扒平——陈恒力注），使不滞水，背后脚迹，尽数揉平”。对于垦地与倒地，要在晴朗天气时进行，“非天色极晴不可。若倒下不晒一日，即便逢雨，不如不倒为愈”。此外，桑园还要随时锄草，称为丕刂，亦是“尤要天晴，尤要草未生而先丕刂”[58]。包世臣也认为：“凡桑田皆宜春秋两耕，隔间三尺。[59]”当然，每一个地方不一定都是完全按照包氏、沈氏等所说的方法进行，如在吴兴，翻耕就只在冬季进行一次[60]。
4、余论
土壤耕作制度是与一个地区的作物种植制度紧密相连的，有什么样的作物种植制度就有什么样的土壤耕作制度与之相配套，以达到用地与养地的有机结合。由于自然环境的差异性，江南地区可大体分为三个作物分布区，即桑稻区、稻区及棉稻区[61]。棉稻区，作物种植夏作以棉稻为主，轮作方式以一年棉一年稻与两年棉一年稻占主要地位。同时，由于地势较高，受水害的程度轻，因此本区冬季作物的种植就相对比较普遍，但由于冬播作物的种植主要是在轮种水稻时才种植，棉花播种后则通常是休闲或播种绿肥，而棉花又是本区最主要的作物，所以总体的作物种植制度以两年三熟或三年四熟为主。稻区，则由于地势过于低洼很大程度上并不利于冬季作物的种植，因此本区大部分地区是以一年一熟为主，只种一季水稻，冬季或休闲或种绿肥作物。但由于本区自然环境的差异性及开垅作沟与良好的水利设施等保障措施的实行，水稻——麦油等一年两熟的种植制度在本区也占有一定的地位。桑稻区，则一方面由于地势低洼，另一方面也受蚕桑高收益的影响，冬季作物的种植也并不普遍，在种植制度上则以一年一熟制占优势地位，绝大多数地方一年只种一季水稻，冬季或休闲或种绿肥作物[62]。
由于作物种植制度的不同，则各区间土壤耕作体系也必然就有所不同。棉区，棉稻轮作，则土壤耕作体系结合了水田的耕耙耖、旱作的耕耙与开垅作沟及棉麦套种与草子撒播过程中的免耕播种环节。具体耕作环节为：一年棉一年稻，则结合方式为：耕耙（或免耕播种）、开垅作沟——免耕播种（若种绿肥）——耕耙耖——耕耙、开垅作沟；两年棉一年稻则为：耕耙（或免耕播种）、开垅作沟——免耕播种（若种绿肥）——耕耙、开垅作沟——免耕播种（若种绿肥）——耕耙耖——耕耙、开垅作沟。稻区，一年一作的话，则为耕耙耖——免耕播种（若种绿肥）；一年两作，则为耕耙耖——耕耙、开垅作沟。桑区，由于桑的情形比较特殊，只有人力垦倒这一环节，而对于粮食作物而言，由于一年一作占优势地位，则土壤耕作制度主要为耕耙耖——免耕播种（若种绿肥）。
至此我们可以发现，由棉区至桑区，土壤耕作制度呈现逐渐简化的趋势。棉区由于冬季作物种植广泛，且夏作物采取水旱轮作的方式，因而土壤耕作制度也就最为复杂；桑区，田以一年一熟为主，地也只是以人力垦倒，因而也就最为简单；稻区，即有大量的一年一熟制，也有相当程度的一年两熟制，因此土壤耕作体系处于两者之间。
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[1]刘巽洁等：《中国耕作制度》，农业出版社，1993年05月第1版，第195页。
[2]如郭文韬：《中国古代的农作制与耕作法》，农业出版社，1981年12月；（日）天野元之助：《中国传统耕作方法考》，载华南农学院主编：《农史研究》第3辑，农业出版社，1983年4月。
[3]郭文韬：《略论中国古代南方水田的耕作体系》，《中国农史》1989年第3期。
[4]大体相当于原苏、松、嘉三府、太仓直隶州全部及湖州府大部。
[5]对于大豆，由于一般是间作于其他作物行间，土壤耕作方式也就与其间作的作物相同，因此不予以专门论述。
[6]受资料所限，在论述过程中将主要围绕畜力农具耕作系统展开进行，对人力农具耕作系统只能简单论及。虽然就实际情形而言，由于近代江南地区存在着一个人力代畜力的趋势，因此人力耕地在近代江南地区或许居于更为重要的地位，但有关这方面的资料实在有限，因此只能简单提及。
[7]《浙江农佃制度之调查》，《中外经济周刊》第207号，1927年4月9日，见章有义：《中国近代农业史资料》（第二辑），三联书店，1957年，第392页。
[8]（明）邝璠：《便民图纂》卷1《耖田》。
[9]江苏省地方志编纂委员会：《江苏省志》第18卷《农机具志》，江苏古籍出版社，1999年3月，第50页。当然，耱并非完全由畜力来牵引，在缺少耕畜的地方亦有用人力拖拉的。同样，耙也有用人力拖拉进行的。
[10]据《浙江农佃制度之调查》《中外经济周刊》第207号，1927年4月9日，见章有义：《中国近代农业史资料》（第二辑），三联书店，1957年，第394页；刘大钧：《我国佃农经济状况》，上海太平洋书店，1929年9月，第156——158页。
[11]嘉善县志编纂委员会：《嘉善县志》，上海三联书店，1995年4月，第224页。
[12]曹幸穗：《旧中国苏南农家经济研究》，中央编译出版社，1996年1月，第103—106页。
[13]曾雄生：《跛足农业的形成——从牛的放牧方式看中国农区畜牧业的萎缩》，《中国农史》1999年第4期。
[14]赵文彪：《崇德、德清兽疫防治之经过及畜产调查》，《浙江省建设月刊》第8卷第9期，1935年3月，第14页。
[15]费孝通：《江村农民生活及其变迁》，敦煌文艺出版社，1997年8月，第125页。
[16]常熟市兴隆镇志编纂委员会：《兴隆镇志》，方志出版社，1999年8月，第181页。
[17]（德）瓦格纳：《中国农书》，王建新译，商务印书馆，1934年9月，第232页。
[18]吴江县地方志编篡委员会：《吴江县志》，江苏科技出版社，1994年7月，第191页。
[19]如《乌青镇志》卷7《农桑》所载：“清咸丰庚申、同治甲子吾乡两次兵燹以后，村落为墟，田地荒芜，豫、楚、皖及本省宁、绍、台之客民咸来垦荒，其耕耘多用牛功，……既省费，亦省功，乡民亦有用牛力耕田者。”
[20]姜彬主编：《稻作文化与江南民俗》，上海文艺出版社，1996年，第132—133页。
[21]民国《乌青镇志》卷7《农桑》。
[22]姜皋：《浦泖农咨》。
[23]《双林镇志》卷13《农事》。
[24]当然，各工作环节在每次操作时可能并非只进行一遍。
[25]上海市文物保管委员会编：《上海农谚》，中华书局，1961年，第197、198页。
[26]（明）宋应星：《天工开物》卷上《乃粒》，见谢国桢：《明代社会经济史料选编》（上），福建人民出版社，1980年，第3页。
[27]（清）包世臣：《齐民四术》卷1上《农一》上《任土》。
[28]何庆云、熊同龢：《吴兴的稻麦事业》，《浙江省建设月刊》第8卷第6期，1934年12月。
[29]《拟请督导各乡农民，从事冬耕期增副产而除螟患案》，1946年7月28日。桐乡市档案馆，档案号：m8—12—65。
[30]邹超亚主编：《南方耕作制度》，中国农业出版社，1998年，第48页。
[31]《上海市松江县城东单季晚稻丰产经验调查研究报告》（初稿），1959年12月25日，上海松江区档案馆，档案号：6—11—20。
[32]满铁：《江苏省松江县农村实态调查报告书》，1940年，第82页。
[33]《松江米市调查》，1936年7月1日，第41页。要指的一点是，由里面的论述可知此处的松江指的是原松江府，而非单纯指松江县。
[34]嘉善县志编纂委员会：《嘉善县志》，上海三联书店，1995年，第233页。
[35]瓦格纳：《中国农书》，王建新译，商务印书馆，1934年，第238页。
[36]费孝通：《江村农民生活及其变迁》，敦煌文艺出版社，1997年，第125—126页。
[37]张宗弼：《浙江平湖农业调查报告》，《统计月报》第1卷第3期，1929年5月。
[38]何庆云、熊同龢：《吴兴的稻麦事业》，《浙江省建设月刊》第8卷第6期，1934年12月。
[39]陈恒力：《补农书校释》，农业出版社，1983年，第25页。
[40]F.H.King：FarmsofFortyCenturies。
[41]民国《嘉定县续志》卷5《物产》。
[42]民国《南汇县续志》卷19《风俗志二·物产上》。
[43]满铁：《上海特别市嘉定区农村实态调查报告书》，1939年11月，第66页。
[44]满铁：《江苏省太仓县农村实态调查报告书》，1939年11月，第68页。
[45]民国《川沙县志》卷5《实业志·农业》。
[46]满铁：《上海特别市嘉定区农村实态调查报告书》，1939年11月，第66页。
[47]满铁：《江苏省太仓县农村实态调查报告书》，1939年11月，第68页。
[48]农业出版社编辑部：《中国农谚》（上），农业出版社，1980年5月，第507页。
[49]（清）包世臣：《齐民四术》卷1上《农一》上《作力》。
[50]民国《川沙县志》卷5《实业志·农业》。
[51]民国《南汇县续志》卷19《风俗志二·物产上》。
[52]满铁：《上海特别市嘉定区农村实态调查报告书》，1939年11月，第63页。
[53]这一点我们可以从东大农科1924年所作的《江苏省农业调查录》（沪海道属、苏常道属及金陵道属）里很明显的看出来。就所有的春花作物来说，这一点似乎很普遍。
[54]陈恒力：《补农书校释》，农业出版社，1983年7月，第39、106页。
[55]（明）徐光启：《农政全书》卷26《树艺·谷部下》。
[56]（清）姜皋：《浦泖农咨》，见《续修四库全书》第976册，上海古籍出版社，1995年。
[57]严格来说，桑并不能算做大田作物，不过考虑到桑树在近代江南地区的重要性及大面积种植，因此在此把其作为一种大田作物对待。
[58]陈恒力：《补农书校释》，农业出版社，1983年，第42——43页。
[59]（清）包世臣：《齐民四术》卷1上《农一》上《任土》。
[60]实业部国际贸易局：《中国实业志·浙江省》第4编《农林畜牧·蚕桑》，（丁）174页。
简述土壤水分调节的方法篇3
关键词：造林；成活率；整地：提高和对策
中图分类号：G353文献标识码：a
1.造林时需注意的事项
1.1植苗要求
造林工作一般采取春季作业,在林内积雪融化尽后,及时观察穴内土壤的解冻深度。造林时机把握的早晚,是决定幼苗成活的关键,待穴内的土壤化至20cm的时候,穴内还有积水,这个时候是造林的最佳时间,也就是所说的顶浆造林。造林工作一般进行10天左右。造林过程中,土壤还会解冻,所以为了更好的把握时机,造林工作可以适当的提前2天进行。在造林前一定要选好假植场,要求是湿润、阴凉、交通方便的场所。
1.2土壤要求
苗木管理其实并没有想象中的难以栽培，因为苗木对于土壤的要求并不是那么严格，但是不同地形的土壤培养出的苗木的效果也是不同的。在我国大陆地区苗木的种植土壤选择中盐、碱性或是酸性土壤即可，但由于现代社会工业污染严重，土壤的污染使得很多土地中含盐量已经超标，无法进行种植，这时，苗木管理人员就应该进行土壤的检测，从而找寻适合种植苗木的土壤。
1.3水质要求
在进行苗木灌溉时，要合理选择水源，虽说苗木对于水质的要求不是很高，但是盐分或是酸性物质过高的水源并不适合给苗木进行灌溉。在进行苗木灌溉时，要掌握好苗木生长的时期，正确的进行灌溉，以免有的苗木因灌溉太多被淹没，而有的苗木则因干旱而枯竭。用适合此种植物生长的方法去培育，才会收到好的效果和成效。
2.整地
2.1保持水土
造林整地是坡面治理的简易工程措施，具有一定的积水容积，可以把一时渗透不及的降水贮蓄起来。整地作为一项工程措施，其保持水土的作用是通过下述途径取得的：首先是把坡面整出无数个小的平地、反坡或下洼地，改变了地表径流的形成条件，防止其过分汇聚，流量过大，流速过快；第二是坡面上出现大量“小水库”、“小水盆”，可以分散地积聚水流；最后是经过整地的土壤，渗透性强，水分下渗快。
2.2改善立地条件
①改善小气候。造林地上一般都生长着灌木、杂草等天然植被，整地后，由于植被局部或全部清除，光线可直达地面，反射率减少，空气对流加强，因而，近地表层气温、地温升高，相对湿度降低。另一方面，整地后土壤容重减小，孔隙度增大，渗透性增强，含水量增加，水分、空气比例协调。由于水的比热小于空气，干燥的土壤增加含水量，可使其升温慢，温差小，而过湿的土攘排除多余的水分，可使其升温快，地温高。近地表层气温、地温的增高，可使春季土壤提早解冻，有利于苗木生长。②调节土壤水分。造林整地清除植被后，雨雪直接降落地面，不会被灌木、杂草等植被茎叶中途截阻，避免蒸发重返大气，相对增加土壤水分来源；植物本身的蒸腾减少，节约土壤水分消耗。另一方面，整地后土壤变得疏松多孔，渗透性增强，有利水分迅速下渗到深层，并加以保蓄。③增加土壤养分。造林整地对土壤养分状况的影响是通过改变土壤水分、温度、空气条件产生作用的。清除植被除可以减少灌木、杂草等植物对养分的直接消耗，其残体还可以增加土壤中的有机质。低洼的微地形能够大量地积聚肥沃细土。整地后造林地小气候和土壤物理性质的改变，可以加速土壤的风化过程，促进可溶性盐类的释放，还可以加快腐殖质及生物残体的分解，增加速效养分的供应。④调节土壤空气状况。清除植被后，造林地的空气对流加强，加之整地后土壤变得疏松多孔，有利于土壤与大气之间的气体交换，以及呼吸过程中产生的二氧化碳和其它有害气体的及时排除。
2.3保持水土
造林整地是坡面治理的简易工程措施，具有一定的积水容积，可以把一时渗透不及的降水贮蓄起来。整地作为一项工程措施，其保持水土的作用是通过下述途径取得的：首先是把坡面整出无数个小的平地、反坡或下洼地，改变了地表径流的形成条件，防止其过分汇聚，流量过大，流速过快；第二是坡面上出现大量“小水库”、“小水盆”，可以分散地积聚水流；最后是经过整地的土壤，渗透性强，水分下渗快。
2.4便于造林施工，提高造林质量
造林地经过认真清理和细致整地，可减少造林时的障碍，便于进行栽植及抚育管理，有利于加快造林施工速度。造林整地质量对造林质量影响很大，整地质量高，可为提高造林施工质量打下坚实的基础，反之，整地质量差，又往往给造林带来困难，不能保证施工质量。如造林中存在的窝根问题，其产生的原因不只是因为不重视栽植技术，而经常由于整地没有达到规定的深度要求。
3.提高造林成活率的对策
3.1造林
3.1.1适时造林
春季一般以顶"浆"栽植为好。但还要根据树种特性适时栽植。对于发芽较早的松、柏、柳等树种，易在土壤解冻时栽植；对于发芽较晚的刺槐（指带干栽植）、楸树、枣树、花椒、72杨、69杨等树种，要在苗芽萌动时栽植。
3.1.2栽植
造林要做到随起苗、随运输、随栽植、随浇水。起苗前要把苗圃地浇透水，起苗时要保持根系的完整，多带须根。外运苗木装运前应将苗木根系蘸泥浆，搞好苗木根部的包装后再运输。苗木运到造林地点后，当日不用的苗木要及时假植在湿土中。刺槐、楸树、杨树、柳树、榆树以及经济林树苗等要在清水（最好是活水）中浸泡24小时以上。毛白杨、楸树、白榆等树苗要经打稍修枝后再造林。山区栽植刺槐，最好截干后再栽植。有条件的地方可用aBt3号生根粉50ppm（1克药剂于1斤酒精再加39斤水）液浸根2小时后再造林。栽植深度，一般应超过苗木根际原土痕0.1m以上；杨、柳大苗应深栽0.6m以上。
3.2合理选择树种
选择造林树种一定要坚持适地适树的原则，根据不同的造林地选择适宜的树种或品种。
3.2.1山区
山的顶部土层薄、立地条件差，可选择松、柏类针叶树种和刺槐等；中部选择刺槐、核桃、杏等；山的下部土层深厚可以选择苹果、梨、桃等水果类。坡边地堰上可营造山楂、樱桃、李子、香椿、花椒、杏、枣树、楸树等；瘠薄山地或裸岩较高的地段可以选择葛藤、火炬树等。
3.2.2低洼盐碱地
以选择绒毛白蜡、臭椿、刺槐、柳、毛白杨、八里庄杨、桑树、沙枣、沙棘、柽柳、白刺、枣树、梨、葡萄等为宜。
3.2.3风沙区
可以选择臭椿、刺槐、旱柳、毛白杨、八里庄杨、枣树、杞柳、紫穗槐等。
3.2.4平原地区
土层深厚、立地条件比较优越，适宜的树种比较多，应充分发挥土地的优势，选择效益比较好的树种，大力发展银杏、杜仲、杨树、桐树、苹果、梨、枣树、板栗、花卉等名、特、优、新品种。
3.2.5城镇绿化
可以选择雪松、国槐、毛白杨、圆柏、丁香、紫叶李、黄杨等。
3.3苗木质量要较高
苗木是造林的物质基础，苗木的标准质量的好坏直接影响着造林成活率。造林苗木具有以下形态特征：①苗木粗壮通直、充分木质化、无徒长现象，针叶树无明显的秋梢，色泽正常；②苗木根系发达，主根短且直，侧根须根多；③苗木重量大、茎根比值较小，地上部分与地下部分生长均匀；④针叶树有发育正常、饱满的顶芽。针叶树造林应大力推广容器苗造林，严禁用经长途运输失水苗木造林。
简述土壤水分调节的方法篇4
关键词:季节性缺水节水灌溉制度设计
前言
在节水农业的迅速发展中,节水灌溉制度的优化设计越来越引起重视。但长期以来,节水灌溉制度没有完善的设计方法,虽然国内外专家提出了一些基本理论,但实践中仍然按照充分灌溉理论,基本沿用常规灌溉的设计方法,这和实际情况不符。依托863课题“南方季节性缺水灌区节水农业综合技术体系集成与示范”四川简阳示范点,本文在总结示范点采用的农业综合节水灌溉技术及试验数据的基础上,以非充分灌溉理论和调亏灌水技术为指导,提出了可供实际应用的节水灌溉制度设计方法。
1四川简阳“863”节水农业示范基地农业综合节水技术
我国南方地区年降雨量丰富,但时空分布不均,近年来季节性干旱较为严重。以四川为例,四川东部丘陵区的季节性干旱就非常严重,很多地区常常是春旱、夏旱连伏旱且十年九旱。随着水资源的日益匮乏、灌溉水成本逐渐提高的影响,节水灌溉、科学灌溉的呼声越来越高,特别是农业产业化及高科技农业的规模不断扩大,对灌溉用水进行科学管理的市场需求也越来越大。四川简阳“863”节水示范区针对我国南方地区季节性干旱的特点,通过建立农业用水基本信息数据库、灌溉水量监测与农业用水监测系统、动态配水模型,科学合理地对灌区灌溉用水进行了管理。
灌溉制度设计是灌溉工程设计的核心内容,节水措施是节水灌溉制度设计的基础。依据地形、地貌、农业气候等特点结合现有水利设施,该示范区集成与展示有十项农业综合节水技术,如下:
(1)水稻综合节水灌溉技术
(2)玉米、红苕综合节水灌溉技术
(3)小麦、油菜综合节水灌溉技术
(4)果树综合节水灌溉技术
(5)渠道、塘堰防渗堵漏综合节水技术
(6)坡面集雨节灌综合节水技术
(7)喷、微灌综合节水灌溉技术
(8)沱江提灌站、万古水库与仙女滩石河堰联合调配技术
(9)小水利工程(库塘堰站池井)联合运行模式
(10)降雨、地表水、地下水、土壤水四水联动调配技术
2节水灌溉制度设计方法
2.1灌溉制度设计原则
示范区所在地四川简阳属川中丘陵区,旱作物生长期内土壤水分多数时间处于适宜土壤水分的中或下限,不少时间低于下限,作物或多或少地受到土壤水分胁迫。以往的灌溉制度设计基本上是按照充分灌溉理论(满足作物全生育期内潜在蒸发蒸腾需水量,作物全生育期土壤水分在适宜水分的上、下限之间)设计的,这和实际情况不符。计算出的灌溉定额比当地高产年份实际采用的灌溉定额要高,而且高的幅度较大。
该示范区灌溉制度设计是根据实际情况,采用上述十项农业综合节水灌溉技术,着力于提高示范区水的有效利用率和作物水分利用效率,在非充分灌溉理论和调亏灌水技术指导下进行的。计算时采用了一些近年国内外研究成果,受旱胁迫减产率小于5%。
2.1.1旱作物需水量计算公式
在非充分灌溉条件下,旱作物需水量计算可采用Jensen对数公式:
(1)
(2)
式中:为土壤水分胁迫修正系数;为相对有效含水率,,其中为根系活动层的平均土壤含水率,为凋萎系数,为田间持水率。
根据对四川省农田水分盈亏的研究,为了保证胁迫减产率小于5%,根活动层的平均土壤含水率在作物生长敏感期(关键期)应保持在适宜土壤含水率下限以上,在其余生育期可低于适宜土壤含水率下限0.82以上(轻度缺水,轻微度受旱)。
2.1.2计算方法
在节水灌溉制度设计中,有两种计算方法:一种是参数修正法,即对农田水分平衡方程中的计算参数按相应节水灌溉技术要求进行修正。这种方法可以计算出灌水时间、灌水定额、灌溉定额等节水灌溉制度的全部数据。这种方法较为复杂,适合于灌溉管理、大、中水利工程节水规划设计。另一种是综合修正法,这种方法直接对常规灌溉制度计算的灌溉定额结果进行打折修正,得出节水灌溉定额,但无法获得节水灌溉制度的其它指标。这种方法较为简单,适合于水资源平衡计算,小型水利工程节水规划设计,目前许多节水规划是采用这种方法计算的。这里采用参数修正法为主综合修正法为辅的计算方法。
2.1.3种植结构调整
由于示范区均为提水灌区,特别是沱江灌区,提水扬程较高,渠道较长,灌溉供水成本较高,不适合进一步发展高耗水作物。根据现有情况,对水稻面积进行了控制。
2.1.4节水措施
水稻:四川、贵州等南方季节性缺水灌区,一般属中、小型灌区。渠道和泵站的运行都是间断性的。除冬水田、冲、槽田外,水稻“浅、湿、薄、晒”灌水技术并不适合这些地区。浅灌中(深)蓄灌水技术有利于节水(10~20%)和蓄雨(增加蓄雨5~30%),已为当地农民普遍采用,是一种常规的灌水技术。该示范区主要采用的节水技术有旱育秧技术、塑料薄膜、秸秆覆盖技术和“强化大三围”栽培技术等,这些技术主要是通过减少泡田水量、减少棵间蒸发、减少渗漏量达到省水的目的。
旱作物综合节水灌溉技术构成比水稻复杂,一般都是几种节水灌溉技术一起采用,种子包衣技术、控制性灌水、秸秆覆盖等,这些技术主要是通过促进种子及根系生长能力、减少棵间蒸发、抑制植株无效蒸发、多蓄雨水来达到节水的目的。
果树综合节水灌溉技术主要由优质苗木靠接技术、关键期水肥结合沟(点)灌技术、抗旱剂喷施技术和棵间覆盖(秸秆、种壳、杂草、肥料等有机混合物覆盖)技术组成。
2.2节水灌溉制度设计参数
2.2.1水稻
根据参数修正法和节水灌溉制度设计要求,分秸秆覆盖和薄膜覆盖两种情况对水稻节水灌溉制度计算参数如作物系数、初始水层、降雨深蓄限、适宜灌溉水层上限、适宜灌溉水层下限等作调整。
2.2.2旱作物
根据参数修正法和节水灌溉制度设计要求,对旱作物节水灌溉制度计算参数土壤适宜水分上、下限作调整。
3四川简阳“863”节水农业示范区节水灌溉制度设计成果
采用上述方法,编制计算软件,对示范区主要作物以旬为单位进行了长系列(1960-2000年)的节水灌溉制度计算。水稻节水灌溉定额是将秸秆覆盖、薄膜覆盖以及旱育秧的节水原理进行分解,然后分别对水量平衡方程的参数作相应的修正,计算出秸秆覆盖、薄膜覆盖的单项灌溉定额,再结合各自的使用面积综合而成。旱作物及果树节水灌溉单项定额是在考虑土壤水分胁迫和非关键期限制性灌溉的基础上,按水量平衡方程及农田水分调蓄计算得出的结果,再用其它不同节水措施的节水效果和实施面积计算得出的加权综合节水比例进行修正后得出。在此基础上,根据示范区节水与常规灌溉面积比例,加权平均得到主要作物的综合净灌溉定额。再根据各种作物的面积加权平均得到示范区田综合净灌溉定额、土综合净灌溉定额以及田土综合净灌溉定额。同时,对各种作物的净灌溉定额以及综合净灌溉定额作了排频分析,得到了75%典型年的净灌溉定额供水资源平衡分析采用。其中,示范区水稻节水灌溉制度设计成果见表1、表2、表3、表4、表5,旱作物及果树的灌溉制度设计及计算软件等成果略,有兴趣的读者可向作者索取。
表1示范区水稻节水灌溉技术节水效果表
采用技术
减少泡田水量
减少需水量
减少渗漏量
综合节水
实施面积
旱育秧技术
35~45%
15~30%
85~95%
40~65%
30%
秸秆覆盖技术
/
15~25%
20~35%
15~30%
15%
薄膜覆盖及“强化大三围”技术
20~35%
30~50%
50~65%
30~50%
简述土壤水分调节的方法篇5
关键词：流域水循环水文分布式模型wep
一、分布式流域水循环模拟的意义与作用
地球环境变化和人类活动的影响改变了水的自然循环规律，加剧了我国水资源的供需矛盾，许多地区出现了水环境与水生态恶化的严重局势。地表水、地下水及人工侧支循环水等各类水资源转化频繁，狭义的水资源概念与传统的水资源评价方法已显不适。
20世纪80年代中期以来，随着计算机技术、地理信息系统和遥感技术的发展，从水循环过程的物理机制入手并考虑水文变量的空间变异性问题，即分布式流域水文（水循环）模型或称“白箱”模型的研究在国内外受到广泛重视，涌现出许多分布式或半分布式模型，如SHe模型、iHDm模型及topmoDeL模型等（参见文献1）。另外，全球大循环（GCm）研究对陆地地表过程模拟提出了越来越高的要求，土壤-植物-大气连续体（SpaC）研究受到重视，出现了各类SVatS（土壤-植物-大气通量交换方案）模型，从另一方面加强了水循环的研究。本文使用“流域水循环模拟”而不是“流域水文模拟”，意在强调需要将流域水循环系统的所有要素过程联系起来研究而不仅仅是产汇流模拟。
分布式流域水循环模拟能够回答水在时空间上如何移动和转化、什么样的工程与管理措施才能减少无效耗水以及人与生态如何分水等问题，而且其模型参数具有物理意义、可根据测量和下垫面条件进行推算。因此，基于物理机制的分布式流域水循环模型的研究与开发具有重要意义，在以下几个方面具有不可替代的作用：（1）预测未来环境变化下的流域水资源演变趋势，（2）分析人类活动的影响与各类对策的效果，（3）借助各类遥测技术在缺乏地面观测资料流域进行水文分析与预测，（4）为流域水资源评价与配置、洪水预报调度、水环境评价、水土流失监督治理及水生态环境分析等各专业应用提供强力支持。
二、wep模型的开发与验证
本文作者从1995年起从事分布式流域水循环模拟研究，开发了网格分布式流域水循环模型wep(waterandenergytransferprocess)模型（参见文献2至4）。该模型以长方形或正方形网格为计算单元，便于使用GiS和卫星遥感数据，并具有物理概念强、计算精度高和速度快等特点，已在日本谷田川等多个流域得到验证，正在日本战略性创造研究推进事业项目(CReSt)“都市生态圈、大气圈和水圈中的水量能量交换”课题中使用，并正在我国的几个流域进行验证中。wep模型2002年10月获日本国著作权登录，并可从互联网上下载，详见pwri.go.jp/team/suiri/yata-r/index_e.html。虽然wep模型还包括水质模拟模块，受篇幅所限，这里仅就wep模型的水循环模拟部分的开发与验证情况做简要介绍。
1．1wep模型的开发为提高计算效率，wep模型对非饱和土壤水运动的模拟采取了比SHe模型简化的算法，但强化了对植物生态耗水与热输送过程的模拟，对水热输送各过程的描述大都是基于物理概念。
（1）模型结构。各网格单元的铅直方向结构如图-1（a）所示。从上到下包括植被或建筑物截留层、地表洼地储留层、土壤表层、过渡带层、浅层地下水层和深层地下水层等。状态变量包括植被截留量、洼地储留量、土壤含水率、地表温度、过渡带层储水量、地下水位及河道水位等。主要参数包括植被最大截留深、土壤渗透系数、土壤水分吸力特征曲线参数、地下水透水系数和产水系数、河床的透水系数及坡面和河道的糙率等。为考虑网格内土地利用的不均匀性，采用了“马赛克”法即把网格内的土地归成数类，分别计算各类土地类型的地表面水热通量，取其面积平均值为网格单元的地表面水热通量。土地利用首先分为水域、裸地－植被域、不透水域三大类。裸地－植被域又分为裸地、草地与耕地、树木3类、不透水域分为都市地表面与都市建筑物。另外，为反映表层土壤的含水率随深度的变化和便于描述土壤蒸发、草或作物根系吸水和树木根系吸水，将裸地－植被域的表层土壤分割成3层。
（a）
（b）
图-1 wep模型的结构：（a）网格单元内的铅直方向结构，（b）平面结构
wep模型的平面结构如图-1(b)所示。首先，为追迹计算坡面径流，根据流域数字高程（Dem）及数字化实际河道等，设定网格单元的汇流方向（落水线）。然后，将坡面径流沿着落水线用1维运动波法由流域的最上游端追迹计算至最下游端。关于各支流及干流的河道汇流计算，视有无下游边界条件采用1维运动波法或动力波法由上游端至下游端追迹计算。地下水流动采用多层模型进行数值解析，并考虑其与地表水、土壤水及河道水的水量交换。
(2)水循环过程的模拟。蒸发蒸腾包括植被截留蒸发、土壤蒸发、水面蒸发和植被蒸腾等。wep模型按照土壤-植被-大气通量交换方法(SVatS)、采用penman-monteith公式详细计算了蒸发蒸腾。由于蒸发蒸腾过程和能量交换过程客观上融为一体，地表附近的辐射、潜热、显热、热传导及地表温度的计算不可缺少。为减轻计算负担，热传导及地表温度的计算采用了强制复原法(FRm)。GReen-ampt入渗模型物理概念明确，所用参数可由土壤物理特性推出，并已得到大量应用验证，因此，wep模型采用GReen-ampt铅直一维入渗模型模拟降雨入渗及超渗坡面径流。GReen-ampt模型仅适用于降雨入渗过程。而非降雨期的表层土壤(通常是非饱和状态)水分量的再分配将影响到降雨入渗时的初期水分量、土壤和植被的蒸发蒸腾和对浅层地下水的补给等，为减轻计算负担，wep模型将表层土壤分成数层，按照非饱和状态的达西定律和连续方程进行计算。在山地丘陵等地形起伏地区，同时考虑坡向壤中径流及土壤渗透系数的各向变异性。地下水流动采用多层模型进行数值解析。浅层地下水运动按照BoUSineSSQ方程进行二维数值计算，源项包括表层土壤的降雨补给、地下水取水、深层渗漏及地下水溢出(或来自河流的补给)等。在河流下部及周围，河流水和地下水的相互补给量根据其水位差与河床材料的特性等按达西定律计算。为考虑包气带层过厚可能造成的地下水补给滞后问题，在表层土壤与浅层地下水之间设一过渡层，用储流函数法处理。另外，wep还考虑了雨水人工储留渗透设施的模拟、防灾调节池的计算及水田的模型化等。
2．2wep模型的验证
wep模型先后在日本东京的多摩川中部流域（578km2）、千叶县海老川流域（27km2）及茨城县谷田川流域（166km2）得到验证和应用。其中，海老川流域是高度都市化的流域，谷田川流域是农地与人工林地为主的自然流域，多摩川中部流域是半都市化半自然的流域。wep模型的模拟结果示例见图－2至4。可以看出，wep模型不仅对流量，而且对地下水位及土壤水分等均有良好的模拟结果。验证后的wep模型曾用来分析都市化对东京都水热收支及水热通量的空间分布的影响，评价雨水人工储留渗透设施和防灾调节池对流域水循环的改善作用，研究水田的维持河川枯水流量及滞洪效果等（参见文献2至4）。
wep模型具有较高的计算效率。以谷田川流域的计算为例，共有16661个计算网格单元，计算时段步长采用1小时，在CpU为1.4GHZ的微机上，一年的计算时间约为3小时。
图－2wep模型的流量模拟结果示例（谷田川流域）
图－3wep模型的地下水位模拟结果示例（海老川流域）
图－4wep模型的土壤水分模拟结果示例（海老川流域）
转贴于三、分布式流域水循环模拟面临的难题与对策分布式流域水循环模拟在我国推广应用所面临的主要难题有：（1）水文变量及参数的空间变异性与尺度问题。我国流域尺度大、人类活动影响深。可根据流域不同地区的地形地貌特点，分区选取不同的计算网格步长，然后根据网格内土壤等参数的概率分布规律考虑其空间变异性对产汇流的影响。（2）水循环的动力学机制的描述和计算量大之间的矛盾。水循环的许多过程如降雨时的入渗和地表径流过程变化快，描述这些过程常需要日以下的时间步长。如果所有过程所有时期均采用很短的时间步长，计算量将很大。因此，采用变时间步长，即针对不同过程及同一过程的不同时期采用不同的时间步长，将是缓解矛盾的对策之一。（3）下包气带过厚滞后了降雨对浅层地下水的补给问题。我国许多地区特别是干旱半干旱地区的浅层地下水位往往很深，和地表之间存在很厚的包气带，滞后了降雨对浅层地下水的补给。可通过典型调查和观测，采取滞后曲线法、储留函数法等方法来解决。（4）资料收集难与数据不足问题。分布式水循环模拟需要大量的基础数据。虽然我国的水文气象观测、地质调查与资料整编等基础工作开展较早、质量较高，但目前仍存在资料收集难与数据不足问题。
四、结束语分布式流域水循环模拟和GiS、Dem和各类遥测技术相结合，解决水资源评价、洪水预报调度、水土流失、水污染以及水生态等各种生产实际问题，近年来已成为跨学科的国际研究前沿。国际水文学会（iaHS）2002年将“观测资料缺乏流域的预测（pUBs）”提议为下一个国际水文十年研究计划。欧美国家已开发出分布式流域水循环模拟与流域水资源管理、污染物运移或土壤侵蚀流失计算等耦合的应用系统，如美国USGS的mmS系统、欧洲的SHetRan模型等。因此，加快开发适应我国自然地理特征与气候特点的各类基于GiS的耦合式应用系统显得十分重要。此外，考虑到我国流域尺度大、人类活动影响深、环境复杂多变的实际情况，虽然传统的以率定参数为本的集总式水文模型无法客观地描述产汇流机制和预测人类活动带来的影响，但完全按数学物理方程模拟又受计算量的限制和尺度问题的困扰，因此基于物理概念和变时空步长的分布式流域水循环模型将是未来的发展方向。
参考文献[1]SinghV.p.andD.awoolhiser，mathematicalmodelingofwatershedhydrology，JournalofHydrologicengineering，aSCe，aug.，2002，Vol.7，no.4，270-292
[2]JiaYangwen，Guanghengni，YoshihisaKawaharaandtadashiSuetsugi，DevelopmentofwepmodelanditsapplicationtoanUrbanwatershed，Hydrologicalprocesses，may，2001，Vol.15，2175-2194
简述土壤水分调节的方法篇6
关键词:土壤侵蚀遥感监测目视解译遥感光谱
中图分类号:p2文献标识码:a文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0030-02
遥感技术的发展为人类提供了从多维和宏观角度进行陆地生态环境监测的可能。遥感的优势在于能以不同的时空尺度不断地提供多种地表特征信息,这对于传统的以稀疏离散点为基础的对地观测手段是一场革命性的变化(赵英时,2003)。自从有了航空摄影以来,航空像片就在土壤侵蚀监测中发挥着重要的作用(陈述彭,1992),而航天遥感的出现,更为土壤侵蚀的监测提供了丰富的信息和广阔的空间,使得土壤侵蚀监测从定位监测拓展到区域或更大范围,从而将水土保持监测推向更深广的层次。国内外目前发展的土壤侵蚀遥感监测方法,主要有目视解译方法和计算机自动分类方法。
1目视解译分析方法
目视解译方法根据操作手段和辅助工具的不同,主要有两种方式,目视解译和计算机人机交互解译。但两者只是由于硬件设施的差异所导致的操作手段和方式的不同,其实质是一样的。该方法着重于根据土壤侵蚀环境因子特征在遥感影上的客观反映来进行分析解译和光谱特征识别。首先需要确定分类分级系统,其次建立解译标志,然后进行图像的判读、绘制专题图等流程。早期的目视解译方式,是“通过直接观察或借助判读仪器(放大镜、立体镜、密度分割仪和彩色合成仪等)研究地物在遥感图像上的各种影像特征(如形状、大小、灰度、阴影、图形结构),并通过地物间的相互关系的推理、分析,达到识别地物目标的过程”(陈述彭,1990)。而人机交互解译是以计算机为平台,借助GiS软件,以数字遥感影像为信息源,依据野外验证过程中所建立的解译标志,建立遥感影像特征与地物原型之间的直接和间接关系,并综合地物波谱知识、植被指数、地学空间分布规律和物候知识等,来识别地物的过程。
随着遥感和计算机信息技术的发展,由水利部水土保持监测中心为项目主持单位,由中国院遥感应用研究所为项目技术主持单位,采用人机交互解译方式,于1999年3月正式实施全国第二次土壤侵蚀遥感调查,并于2002年了成果公告。2000年水利部又组织开展了全国第三次土壤侵蚀遥感调查。近期水利部陆续在黄河、长江中上游地区、黑河、塔里木河流域等重点水土保持生态建设区开展了水土保持监测(许峰,2004)。到20世纪90年代,随着遥感技术的快速发展,人机交互解译方法已广泛应用于土壤侵蚀监测(赵忠海,2003,曾琪明,1996)。土壤侵蚀目视解译除了应用于全国土壤侵蚀调查外,目前基本上呈现出应用范围广、手段单一,以区域性研究为主、零散分散、缺乏系统性,研究结果也只反映了“一家之言”,缺乏实地验证。同时受监测手段的限制,效率低、非定量化、监测结果易忽视细节信息,受主观因素影响较大。但在大尺度土壤侵蚀遥感调查中,尤其是对我国这样地域广、地形复杂的现实条件,在新的技术未突破之前,人机交互解译是目前主要的监测手段。
国外学者也有采用目视解译方法进行土壤侵蚀监测,Bococ(1988)利用Spot立体影像图,用目视解译的方法绘制了mxeioc的土壤侵蚀图。Raina(1993)通过tm假彩色合成影像进行重度、中度和轻度土壤侵蚀图的绘制。
2基于遥感光谱反射值自动监测
该方法是依据遥感影像中地物光谱反射值进行定量分析,以提取土壤侵蚀的信息。即将图像中每个像元根据其在不同波段的光谱亮度、空间结构特征或其他信息,按照某种规则或算法划分为不同的类别。最简单的分类是只利用不同波段的光谱亮度值进行单像元自动分类;另一种不仅考虑像元的光谱亮度值,还利用像元和其周围像元之间的空间关系,如图像纹理、特征大小、形状、方向性、复杂性和结构,对像元进行分类。
图像分类中最常用的即监督分类和非监督分类,其中监督分类的算法有平行算法、最小距离法、最大似然法和基于概率分布的贝叶斯(Byaes)分类器等,非监督分类也称为聚类分析或点群分析,即在多光谱图像中搜寻、定义其自然相似光谱集群组的过程。其算法主要有重复自组织数据分析技术。除以上图像分类方法外,还发展了模糊分类、空间结构纹理分类和人工智能神经元网络方法等。
evnas(1990)认为,真正反映土壤侵蚀的信息通常是土壤表层微观的色调、质地和光谱特征,然而这些微观信息差异由于地表覆盖物或其它信息干扰,很难被遥感探测器感知,所以单纯地利用遥感方法进行土壤侵蚀研究十分困难。所以基于遥感影像光谱值监测土壤侵蚀,主要原理是基于土壤侵蚀所导致的地形地貌或植被因子的变化,如地表的冲沟、细沟,植被枯竭等效应信息在光谱影像上的客观反映。
除了采用遥感影像分类方法提取侵蚀信息,模糊分类方法、混合像元分解方法的发展,己不仅仅应用于土地覆盖、农作物分类中,同时也应用于土地退化监测,这些方法在欧洲地中海地区土地退化监测中应用最多。由于土壤侵蚀,造成地形地貌或植被因子的变化,如冲沟、植被枯竭等信息在光谱影像上会被客观地反映,从而利用植被指数或混合像元光谱分解方法可获得植被或土壤信息。尽管光谱指数对估算植被覆盖率效果不错,但对于衰老植被则效果不太理想,但衰老植被对土壤侵蚀有着抑制作用,因此在土地退化监测中相关学者采用像元光谱分解一线性光谱分解法监测了地中海地区意大利Sicliy的植被覆盖度(deJnog,1999)。分解方法的基本假设则是每个像元的光谱反射值是每个纯组分光谱反射值与其所占权重的线性组合。同样,mettemihct(1998)采用线性光谱分解方法,提取了玻利维亚的Sacbaa流域的土壤侵蚀信息与制图。他利用Lnadsattm的六个波段的信息,选择了五个端元,而从影像中选择端元是其中的关键。研究结果表明,线性光谱分解模型可以有效地应用于区域土壤侵蚀信息提取及制图。同样,在地中海地区土地退化监测中,有学者采用了光谱分解方法和波谱形状指数来监测土地退化。结果表明,采用上述方法可以进行区域土地退化的制图,而采用光谱分解方法从光学遥感影像中提取土壤侵蚀性状特征有更大的潜力。同时景观单元分析表明,结合Dem变量与光谱信息对土地退化评价十分有用。在地中海区域土地退化评价监测中,基于线性光谱分解方法计算植被丰度、提取土地退化特征信息研究很多。除上述方法外,部分学者分析了由于土壤侵蚀而导致的环境要素的改变,从而尝试建立这些变化与植被指数的相关关系。Sinhg(2004)认为由于土地退化、如土壤侵蚀,会导致表土丧失、有机质减少、土壤物理化学性质的改变,最终表现于土壤颜色的改变,在颜色上表现较高的munesll值。他们通过长时间序列的noaa/aVHRR影像来监测土壤亮度值,最终达到监测土壤侵蚀的过程。首先通过noaaaVHRR影像研究土壤颜色(munesll)与nDVi之间相关关系,结果表明Hue与nDVi、Chorma与nDVi之间的相关性很好,从而基于nDVi与土壤颜色之间的相关关系来评价土壤颜色,最终用于土壤侵蚀监测。通过理论模型建立了土壤颜色、植被指数、表面温度和发射率(emissiviyt)之间的回归方程,结果表明通过多种植被指数(nDVi、mSaVi、paVi等)来监测土壤颜色是有效的,从而可以监测土壤侵蚀或其它自然灾害导致的土壤变化(singh,2005)。无论是目视解译还是遥感光谱反射值自动监测,两者基于遥感技术进行土壤侵蚀监测决定了它们的本质依据相似,只是手段和方式不同。遥感影像所携带的信息是地表特征的客观反映,而土壤侵蚀是复杂地理系统负向效应运动的结果,它不同于土地覆盖或其它地物,它是一种效应的结果,无法从影像光谱特征信息上直接提取土壤侵蚀信息的量度值。只能通过这种结果造成地表环境因子的改变而获取,如冲沟、植被枯竭或土壤特性的改变等信息在光谱影像上的客观地反映而获得土壤侵蚀信息。因此,将两者手段相结合,可以称为基于指标规则的土壤侵蚀遥感监测方法,也可用于土壤侵蚀监测。即采用目视解译的原理和依据,但处理过程中结合了影像光谱反射值自动运算等。遥感影像目视解译过程根据分类、分级系统,参考分级指标,在非遥感信息源(如土地利用、土壤图和地形图等)支持下,由判读者综合遥感影像光谱特征所携带的各项指标特征,判断得出图斑单元所代表的土壤侵蚀类型及强度。
在黄土高原土壤侵蚀强度遥感监测中,选用降雨、地面物质抗蚀性、植被覆盖度和地形因子,采用变权模糊数学模型进行水蚀定量评判。边多等(2003)采用该方式,以1∶2.5万彩红外航片和tm影像为主要信息源,对“一江两河”地区进行了土壤侵蚀监测。黄诗峰等(2001)建立了基于栅格地理信息系统的流域土壤侵蚀量估算的指标模型,结合嘉陵江上游西汉水流域具体情况,以降雨、地形、沟谷密度、植被盖度、成土母质等为主要指标,对流域土壤侵蚀量进行了估算。同样是基于判别规则和逻辑综合分析的过程,并且参考指标与土壤侵蚀目视解译过程一致,但是在基于遥感提取单因子方法上略有不同的还有,通过特定算法自动提取植被信息,进行综合判别土壤侵蚀强度。国外也有相关方法的应用研究。
3遥感监测方法总结
综上所述,基于遥感方法进行土壤侵蚀监测尽管随着航空航天遥感的发展很早就开展起来,但目前存在着如下状况和问题。基于遥感方法,尤其是通过影像光谱特征进行分析、直接获取土壤侵蚀监测的研究在国内外研究还较少,并且国外研究主要集中于地中海地区土地退化监测研究中。
我国的土壤侵蚀遥感监测手段以目视解译为主,是区域土壤侵蚀遥感监测的主流手段。从己发表文献统计,研究监测范围从全国土壤侵蚀调查到各个省级、流域或更小地域单元。应用范围广、手段单一,以区域性研究为主、零散分散、缺乏系统性,研究结果也只反映了“一家之言”,缺乏实地验证。同时受目视解译的限制,工作量大、效率低、非定量化、监测结果易忽视细节信息,受主观因素影响较大。20世纪80年代初的全国土壤侵蚀遥感调查开始以目视解译方法为主,现在经历了航天遥感技术的快速发展的20多年,尤其是定量遥感分析技术的发展,但新的土壤侵蚀监测的研究方法较少。
参考文献
简述土壤水分调节的方法篇7
通过半年来的科学课的自主学习和科学探究，学生已掌握许多的科学知识和科学的方法，本学期在学生在以有知识和经验的基础上，并通过主动探索知识发生和发展的过程，发展他们对科学的理解、思维能力、创造能力以及多方面的科学素养。
二、教材分析
苏教版《科学》三年级下册教材，主要突出两个方面的教学，一个是通过《植物的一生》、《关心天气》单元教学，培养学生对一个有周期性变化的事物进行长朗的连续的观察、记录、研究，从而发展学生认真、细致、坚持性等科学态度，并初步认识到事物的周期性变化规律。另一个是通过《土壤与生命》、《固体和液体》单元教学，培养学生对一个事物进行多种感官、多种方法、多角度的认识和描述，从而发展学生更全面的认识事物的能力。
第一单元《土壤与生命》是根据《课程标准》中“地球与宇宙”的具体内容标准——地球的物质之一：岩石、沙、土壤来组织的，是以土壤为话题，把土壤当成一个认识的材料，目的是运用多种方法和多种感官去认识一个物体，并且通过探求土壤奥秘的活动，使学生获得一种真切的体验，对土壤产生亲近感并心存感激，意识到土壤和人类存在相互依存的关系。
本单元由4课组成。1．我们周围的土壤2．了解土壤3．肥沃的土地4．土壤的保护
第二单元《植物的一生》第1课中“我们已经知道哪些植物的知识”这个问题，将他们已经掌握的科学知识充分调动出来，并与他们在本单元中即将获得的知识联系起来，对植物完成一个阶段性的认识。
本单元的重点是进行一次“种油菜”活动，这是对一个生命周期作连续观察、记录、描述的活动；是孩子们真正去“种”的一个活动；是一次亲身经历植物生长每一个阶段的活动。通过这一活动，学生们要了解种子、花的结构和作用；学会使用镊子进行解剖和制作标本的简单方法：完成种子和花生长过程中的一些探究实验；连续记录下油菜生长各阶段变化的详细情况并进行资料汇总，总结规律，使学生对继续探究植物世界的奥秘充满浓厚的兴趣。种植活动是本单元最重要的一条主线，伴随着这个活动，学生们将会遇到许多有趣的问题，井从中感受到生命的美好。
本单元共分为4课。1．植物和我们2．果实和种子3．根和茎4．叶和花
第三单元《固体和液体》是以生活中常见的固体和液体为切入点，进一步研究物质世界。这一单元的编写与《土壤与生命》有相似之处，都是用多种感官和多种方法认识和描述一个具体事物，并且，不是单纯地认识固体或液体的性质，而是在此基础上再通过大量、反复的实验，认识固体与液体固体与固体、液体与液体之间的关系，以此培养学生比较全面、客观的认知能力。本单元分为6课。1．认识固体2．把固体放到水里3．认识液体4．把液体倒进水里去5．使沉在水里的物体浮起来6．认识船
第四单元《关心天气》，属于《标准》的“地球与宇宙”中“天空中的星体”部分，从关心天气的角度谈天气预报，即“今天天气怎么样”。讨论天气与人的关系，介绍气象预报的过程、方法、手段和表现形式。指引观测天气，包括“气温是多少”、雨下得有多大“、”今天刮什么风“指出天气现象存在规律性，季节的气候特征影响动植物的生存方式。本单元分为6课。1．今天天气怎么样2．气温是多少3雨下得有多大4．今天刮什么风5.气候与季节
三、教学目标
1．观察能力：培养学生把整体分为部分有顺序的进行观察的方法，观察物体的形态构造和变化，以培养学生的观察方法。采用的方法：运用各种感官和多种观察的方法来观察物体。
2．实验能力：继续学习实验操作的方法，培养学生自己设计实验，并学会一些简单的实验操作技能。
3．通过养蚕的体验活动的经历和体验，进行珍惜生命、保护生态环境教育。使学生了解我国科学技术的成就，向学生进行爱国主义教育。
4．通过观察、实验、制作等活动，培养学生认真细致、实事求是、与人合作、不怕困难等方面的科学态度，并进行学科学、用科学教育。
四、教学措施：
1、现场考察：科学课就是使学生亲近大自然，让学生在大自然中的探索科学秘密。
2、实验：科学课就是通过各种实验，使学生亲身体验和感知各种科学秘密，培养学生的科学素养。
简述土壤水分调节的方法篇8
关键词：wet；土壤电导率；全盐量；盐渍土；银北地区；分布特征
中图分类号：S156文献标识码：a文章编号：16721683（2013）03005705
土壤是人类赖以生存以及一切社会生产活动的基本条件[1]，近年来，土壤盐渍化问题已成为当今全球最为严重的生态环境和社会经济问题之一，正严重威胁着人类的生存与发展[2]。宁夏中北部的黄河灌区，由于长期不合理的灌溉方式，致使地下水位居高不下，土壤盐渍化问题尤为严重，已经成为影响宁夏农业生产的重要问题之一，急需治理改良[3]。自20世纪60年代以来，有关部门在银川平原做了大量的勘察研究工作，分析研究了土壤化学和地下水、地表水的水化学问题以及土壤化学问题，在关于水化学之间相互作用关系，以及土壤盐渍化的成因、发展和演化过程、影响因素与改良利用措施等方面取得了许多成果[46]。从第二次土壤普查开始，多数地区采用了电导法测定土壤的水溶盐含量。随着测试仪器的不断更新完善，土壤电导率的测试更加简便快捷，温度、电极常数的校正直接在仪器上完成，但是在宁夏地区缺乏水溶盐含量与其电导率之间相关性的研究，常采用经验公式来换算，导致结果存在较大误差[7]。
本研究在宁夏首次应用了wet土壤水分温度电导率速测仪（以下简称wet）测试了银川平原北部地区（简称银北地区）土壤的电导率等参数，对土壤盐渍化进行了评价，通过与以往研究成果的对比分析，探讨基于wet的土壤盐渍化研究方法的可靠性和准确性。
1区域概况
银北地区位于银川平原北部，地处黄河中上游，介于东经105°57′40″-106°52′52″，北纬38°26′60″-39°14′09″之间[8]。区内地势西高东低，地形地貌按成因、形态划分为堆积剥蚀地形、风积地形和堆积地形三种[4]。银北地区地处西北内陆，属典型的大陆性气候。多年平均气温9.69℃，年平均降雨量187mm，年蒸发量1774.25mm。研究区为新生代形成的断陷盆地，含水层类型主要为松散岩类孔隙水。地下水的补给来源主要包括：引黄渠系渗漏、灌溉入渗补给、大气降水补给、侧向径流补给及洪水散失补给，其中引黄渠系渗漏及灌溉入渗补给是地下水最主要的补给源，其补给量占到了地下水总补给量的80%以上。地下水径流整体上为自西南向东北。地下水在径流过程中，一部分以蒸发和人工开采的形式排泄，一部分则以侧向径流形式流向排水沟和黄河，其中蒸发排泄量占总排泄量的76%以上。
银北地区属银川平原北部引黄自流灌区，区内具有两千多年的农业灌溉和生产历史，农业灌溉主要依靠黄河水，现有唐徕渠和惠农渠两大干渠从黄河引水灌溉[9]。年复一年地大量引用黄河水，其所携带的相当数量的可溶盐在灌区累积，使土壤含盐量逐渐增高[10]。同时由于降水稀少，蒸发量大，灌区部分地区地下水位居高不下，引发盐分向上层土壤迁移，最终在土壤表层聚集，又加剧了土壤盐渍化的程度，严重影响和制约了区内生态环境、农业和经济的可持续发展[11]。
2研究方法与数据采集
2.1wet土壤水分温度电导率速测仪的工作原理
土壤电导率这一参数包含着丰富的信息，它能够反映土壤品质和物理性质，也是反映土壤电化学性质和肥力特性的基础参数。wet土壤水分温度电导率速测仪由英国deltat公司生产，主要由探测设备（wet传感器）和读取设备（HH2）两部分组成（见图1），在土壤学及园艺学等领域wet被广泛应用。
wet传感器可直接测量介电常数e（ε）（permittivity），土壤整体的电导率或导电性eCb（bulkelectricalconductivity）和温度（temperature）。其中土壤整体的电导率或导电性，是孔隙水电导率、土壤颗粒电导率、土壤水分和土壤成分总体作用的结果。通过对这些数据的测量，结合土壤校正表可以推导出其它参数，如土壤体积含水率（volumetricsoilmoisture）和土壤孔隙水电导率eCp（porewaterconductivity）等，其中土壤孔隙水电导率与土壤孔隙水中不同离子的浓度和温度有关。
该仪器的工作原理是将wet探头插入土壤，由wet探头中间的一个探针向土壤发送20Hz的电磁波，由于土壤中的水分、电导率和各种化合物改变了wet发出的电磁波，wet探针再将改变的信号传送至HH2，通过校正HH2获得并读取各种数据（土壤水分、电导率、温度）。测量出的土壤水分含量的精确性取决于土壤的标定类型与所测土壤的类型及差异性。土壤孔隙电导率的精确性取决于土壤类型、盐分、水分含量以及探针插入程度。
在土壤体系中，土壤黏粒带有负电荷，并且吸附一定数量的电性相反的离子，所以可把土壤看成一种多孔聚合的电解质。当土壤体系处于外加电场的作用中时，也会像电解质溶液一样发生导电现象，土壤体系的导电性能主要取决于土壤中带电质点的数量，同时也受到土壤含水量的影响，而带电质点的数量直接取决于土壤的全盐量[12]。研究表明，盐对土壤电导率的影响比土壤含水率对土壤电导率的影响显著得多。对于农业土壤中最为常见的壤土，当土壤含水率在15%～30%之间变化时，土壤电导率的变化最为显著且近似呈线性关系；当土壤含水率超过30%以后，它的影响明显减小，这是因为土壤含水率已接近饱和限度的缘故[7]。作为影响电导率的两个最主要因素，相比之下，土壤盐分的影响远大于土壤含水率的影响，因此，在忽略土壤含水率影响因素的前提下，通过测量土壤电导率来估计土壤盐分的做法是有现实指导意义的。
2.2野外调查与样品采集
本文选取银北地区的惠农、平罗和贺兰为典型区域进行调查，时间为2010年7月23日-2010年7月27日。
采样前对研究区进行实地调研，参考土壤类型、土地利用类型、农作物种类、行政区划等要素，布设采样点与土壤测试点。最后将所有测试点和采样点在图件上标识出来，作为野外采样的工作底图。依据土壤采样方法，结合野外采样工作底图，用GpS定位，将采样点位坐标输入到GpS中，在各采样单元采样时，以1km为半径，进行测试或采样，测试点和采样点尽量分布均匀。
本次研究采用wet对银北地区的惠农、平罗和贺兰分别取测试点147、151、193个进行野外土壤含水率和电导率测试，测试点分布见图2。取42组土样，进行土壤全盐量分析。取120个水样点，进行水质分析，且同时进行了水位测量，取样点分布见图3。
3结果与分析
3.1基于wet的银北地区盐渍土空间分布测试结果对研究区所取土样进行室内实验分析后得出其全盐量值，及其对应野外测试点利用wet的测试结果如表1所示。通过对数据的整理与分析发现，当土壤含水率在15%～40%之间时，可以忽略土壤含水率影响因素，且土壤pH值与土壤温度的高低对土壤电导率并没有明显的影响。将42组土样全盐量数据与对应土壤电导率值进行线性拟合（图4），可以看出电导率与全盐量线性关系较好，线性方程为y=3621x+1069.774，相关系数达0.8448。根据电导率与全盐量的对应关系，将研究区其他测试点电导率转化为全盐量，以便进行分析。
图4土壤电导率与全盐量的关系曲线
Fig.4RelationshipbetweeneCpandsalinity
从图4中可以看出，随着土壤全盐量的增加，土壤电导率值是缓慢增加的，即在含水率基本相同的情况下，电导率值大的土壤全盐量高。
我国盐碱土面积分布大、分布广，种类十分复杂，分级标准也因地区不同存在差异[5]，根据我国及有关区域盐碱土分级标准中宁夏引黄灌区土壤盐渍化分级标准（见表2），利用上述线性关系得到测试点的全盐量值，应用Surfer软件采用克里格插值绘制银北地区（惠农、平罗及贺兰）的土壤全盐量等值线图。
化土1盐土全盐量（%）11.0值精度，沿项目区做出一条人工边界来绘制银北地区的土壤全盐量分布图（图5）。由图5可以看出，银北地区中只有少部分地区属于非盐渍土，其余均为盐渍土，其中盐渍化严重的地区主要出现在惠农地区以及平罗北部地区。惠农地区的147个土壤测试点中，全盐量最大2.4%，一半土壤全盐量大于0.6%，惠农区中部地区盐渍化较严重，属于重盐渍土，其余区域均属于轻盐渍化区；平罗县的151个土壤测试点中，全盐量最大高达2.9%，其中黄渠桥和灵沙区部分区域土壤全盐量大于0.6%，属于重盐渍土，平罗其余地区大部分属于轻盐渍化区，少部分属于非盐渍化区；贺兰县北部也属于重盐渍化区，但不及惠农和平罗严重，193个土壤测试点中，全盐量最大1.7%，其中除了北部的常信地区盐渍化严重外，西部地区大部分处于非盐渍化区，东部大部分属于轻盐渍化区。
3.2银北地区盐渍土空间特征
针对银北地区土壤盐渍化问题已经进行了较多的研究，
2003年-2005年，《银川平原地下水资源合理配置调查评价》项目中，通过水文地质调查，查清了地下水系统的补给、径流和排泄的条件及其变化特征，系统分析了地下水循环系统的关联性及整体的统一性、区域性特征和规律，通过遥感解译、取样分析等手段，对银川平原沙漠化、盐渍化进行了历史的对比和分析研究[13]。2004年，吴学华，钱会等[14]在银川平原采取了88个土样进行可溶盐含量分析，绘制了银北地区表层土壤可溶盐含量分区图（图6）。根据所采水样测试数据，绘制了银北地区潜水溶解性总固体（以下简称tDS）分区图（图7）；同时，绘制了土壤盐渍化遥感解译结果图（图8），表示出了不同程度土壤盐渍化的分布区域。
4.1技术适用性分析
应用wet测试了银北地区土壤的电导率，并采取了53个土样进行全盐量分析，在将电导率与含盐量进行线性拟合后，把测试点的电导率全部转化为全盐量，据此对研究区的盐渍化分布情况进行了分析。研究表明，银北地区中只有少部分地区土壤属于非盐渍土，其余均为盐渍土，其中盐渍化严重的地区主要出现在惠农地区以及平罗北部地区。惠农区中部盐渍化最严重，平罗的黄渠桥和灵沙均属于重盐渍化区，贺兰北部盐渍化不及惠农区严重，但也属于重盐渍化区。
基于水文地质条件的土壤盐渍化研究表明地下水浅埋深和高矿化地区土壤盐渍化严重，在银北地区表现为惠农区的中北部区域、贺兰县北部以及平罗南部地下水位埋深浅、矿化度高，盐渍化土壤集中分布在这三个地区。
对比可知，基于wet的土壤盐渍化分布规律的研究与基于水文地质条件的研究结果大体一致。而且与以往研究相吻合，均显示出盐渍化区域主要分布于惠农区中部、平罗县和贺兰县的北部。因此，在土壤含水率、土壤pH值等相关参数变化不大的情况下，基于wet的土壤盐渍化研究在技术上是准确可靠的。
4.2基于wet研究土壤盐渍化的优缺点及应用前景分析通过利用wet测量土壤电导率来表示土壤盐分状态的方法，对土壤盐渍化进行研究不仅在技术上具有适用性，而且具有其它方法不可比拟的优越性，但也存在一定的局限性。
wet可以快速测量土壤的含水率和电导率，并且携带方便，使用便捷，精度高，实时性好，能够完整地获得当时当地的土壤盐分数据，为准确、快速决策创造了条件。在对盐渍化土壤地理分布特征进行区域性评价时，基于wet研究土壤盐渍化，既节省了成本，又大大减少了选用高精度遥感数据时所需处理的数据量，在调查初期宏观把握研究区的盐渍化分布情况时比较实用。但是，在测量过程中受土壤含水率、压实程度等因素的影响，土壤电导率的测试值在一定程度上会产生误差，影响分析结果。因此，使用时为了使测量结果准确无误，测量前必须要仔细阅读说明书；每次与电脑传输数据时，要先关闭HH2读数表；严禁手拿电缆插拔探头，插探头时不要晃动，异地测量或不用时要用清水将探头洗净并风干。如果土壤太硬或有石头要先用其它工具预打孔，以免损坏探针。不推荐使用wet去测量土壤的含水率，在纯水中它的读数也不是100%，因为它的主要目的是用于测量土壤电导率。
总之，wet为土壤电导率的正确实时测量和区域土壤盐渍化分布的研究提供了一种新的技术手段，可以广泛应用于土壤电导率测量中，确定土壤电导率与含盐量之间的定量关系，基于wet研究土壤盐渍化地理分布的方法将会得到普遍推广。
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简述土壤水分调节的方法篇9
关键词：建筑中水技术指标经济指标
中图分类号：tU991.57文献标识码：a文章编号：
概述
面对日益严重的水危机，世界各国积极开辟非传统水源，其中城市污水因其就近可得，水量稳定，适当处理后可回用至多种途径，既能降低对新鲜淡水的取用量、城市排水管网负荷、又能起到控制水体污染、改善水环境质量、增加可利用水资源总量的积极作用，因此国外很多缺水城市已将城市污水作为稳定的“第二水源”[1-3]。经过20多年的积累和发展，我国自主研发的中水处理工艺、技术取得了长足进步；大批国内环保企业的崛起，已能够为新建中水处理厂提供包括设计、施工、设备、调试在内的完整解决方案。建筑中水的应用有着很好的环境效益、社会效益和经济效益[4-6]。
1建筑中水处理技术工艺简介
1.1生物接触氧化法
该方法又称“淹没式生物滤池”、“接触曝气法”，其实质是在生物反应池内填充填料，充氧后的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长在填料表面，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化[7]。该工艺较为成熟，相关设备材料生产企业较多，基建投资较省，对水量水质波动适应能力较强，运行管理较为简单，其典型的工艺流程如图1所示。
图1生物接触氧化法工艺流程
1.2膜生物反应器（mBR）
mBR工艺是以膜分离设备代替常规污水生物处理工艺中的二次沉淀池，将活性污泥与水彻底分离，获得优质出水，本质上是生化反应与固液分离同步完成[8]。该工艺具有出水水质优良稳定，消毒副产物少，安全性高，剩余污泥量极少，无需污泥处理设施，抗冲击负荷能力强，工艺控制简单，流程短，占地面积小等特点，其工艺流程如图2所示。
图2膜生物反应器（mBR）工艺流程
1.3周期循环活性污泥法（CaSS）
CaSS是序批式活性污泥法（SBR）的变型工艺，连续进水、间歇出水，在一个反应器内完成水质均化、初次沉淀、生物降解、固液分离，反应器内交替出现好氧、缺氧、厌氧环境，内部由隔墙分隔为预反应区和主反应区两部分[8]。该工艺具有系统运行稳定性较好,对水量水质变化的适应性强，操作方式灵活，脱氮除磷效果较好等特点，其工艺流程如图3所示。
图3周期循环活性污泥法（CaSS）工艺流程
1.4曝气生物滤池（BaF）
曝气生物滤池内装填有高比表面积的颗粒填料，以提供微生物生长的载体，污水由上向下或者由下向上流过滤料层，滤料层下部设有鼓风曝气，空气与污水逆向或同向接触，使污水中的有机物与填料表面的生物膜发生反应得以降解，填料同时起到物理过滤阻截的作用[8]。该工艺具有反应时间短、占地少、能耗较低，硝化效果较好等特点，其一段式曝气生物滤池处理工艺流程如图4。
1.5速分生化法
速分生化技术是浸没式固定床生物膜技术的变型，将流体力学中的“流离”原理与微生物固定化的o/a生物膜技术相结合，利用特殊的固-液-气三相运动，可以在无压力、只需水体稍微流动的情况下运行[8]。该工艺微生物生长快、系统启动时间短、可维持较高的生物量，氧利用率较高、能耗较低，基本不排泥、不需设置污泥处理系统，维护管理简单，其工艺流程如图5所示。
图4一段式曝气生物滤池（BaF）工艺流程
图5速分生化法工艺流程
1.6物化法
物化法是通过物理和化学的综合作用使污水得到净化的方法，物化法中水处理工艺通常组合运用混凝、气浮、吸附、介质过滤、膜分离等方法，一般用于处理低浓度污水[7]。该工艺无微生物培养和维护问题，可间歇运行，管理方便，设备体积小，占地省，不排泥，无需设置污泥处理系统。物化法中的气浮滤池中水处理工艺流程如图6所示。
图6物化法中的气浮滤池法工艺流程
1.7生态法
生态法主要包括土壤渗滤工艺和人工湿地工艺。土壤渗滤处理系统是应用土壤学、植物学、微生物学等基本原理建立的人工土壤生态系统，利用土壤颗粒的过滤作用、表面吸附作用、离子交换、植物根系和土壤中微生物对污泥物的吸收分解等机理，改善天然土壤生态系统中的有机环境条件和生物活性，强化土壤生态系统的功能，提高处理能力和效果[7]，其典型工艺流程如图7所示；人工湿地净化机理综合了过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等生态系统中存在的物理、化学和生物的三种协同作用，通过植物的光合作用及茎、根的输氧作用，供给湿地床除污需要的氧气，同时由于发达的植物根系及填料表面生长的生物膜的净化作用，填料床体的截留及植物对营养物质的吸收作用，而实现水质的净化[9]，其工艺流程如图8所示。生态法无微生物培养和维护问题，具有可间歇运行，管理方便，无需曝气，能耗低，不排泥，无需设置污泥处理系统，可以和景观建设相结合等特点。
图7土壤渗滤工艺流程
图8人工湿地法工艺流程
2建筑中水处理技术综合评价
上述七种中水处理工艺的综合评价如表1所示。
3建筑中水未来展望
（1）随着自来水价格持续升高，鼓励和引导建筑中水回用的政策将更为深入、配套，发展建筑中水回用的地区将继续扩大。
（2）随着相关技术法规的日趋完善，建筑中水的设计、建设、运行等环节将更加的规范化；风险评价体系以及科学研究将更为系统、全面、深入。
（3）建筑中水处理技术将向着模块化、装备化、标准化、智能化的方向发展，回用途径将呈现多样化的趋势。
（4）随着绿色建筑蓬勃发展，建筑中水将成为节能环保产业的重要部分。
4总结
本文指出城市污水作为“第二水源”的重要意义，系统地阐述了目前普遍应用于建筑中水的几种处理工艺，对各种工艺的技术、经济指标和适用场合进行了定性比较，对建设、设计等单位选用中水处理工艺具有一定的借鉴意义。
表1建筑中水处理技术工艺综合评价
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简述土壤水分调节的方法篇10
关键词：森林生态系统；水土保持；功能表现
【分类号】：S41
森林和林地有着丰富的多样性，是世界上最丰富的生物基因库。森林生态系统比其他生态系统具有更复杂的空间结构和营养结构，其系统自身调节能力远比草原要强，森林总的利用率和生物生产力也是天然系统中最高的。森林植被具有固土、保土、改善土壤结构、防止土壤水蚀及风蚀等多种功能。森林植被破坏会引起土壤流失，土资源减少，影响人类生产生活等一系列问题。因此，森林环境问题，对土资源有重大的影响。同时，土资源也是森林生存发展的基础。
地球表面陆地只占29.2%，其余均被水覆盖。但是，生活在地球上的绝大多数高等生物栖居在陆地上，特别是人类全部都居住在陆地上。因此，陆地是生物圈的最重要的组成部分。人类依赖陆地生态系统从事农业、牧业、林业以及其他多种经济活动，以满足食品和其他方面的需要。在陆地生态系统中，土壤又是最基本、最重要的条件，是决定生态系统构造及其类型的主要因素之一。适于植物生长的土壤是岩石经过千万年风化侵蚀和生物作用的复杂变化演化而成的。在人类过分榨取和不适当的利用下，土壤可以在几十年，甚至几年之内退化或破坏。土壤一旦发生退化或破坏，通常是难以恢复原状的。土壤的破坏是对农林业生产的最大冲击。
森林的保土保肥效的效能表现为：减少土壤侵蚀、保持土壤肥力、防沙治沙、防灾减灾（如山崩、滑坡、泥石流）等。
⒈固持土壤的作用
森林的树冠、深厚的枯枝落叶层不但截留天然降水，还可有效地减轻雨滴对土壤的直接冲击。林地下强壮且成网络的根系与土壤牢固地盘结在一起，从而起到有效的固土作用。各种植物的根系都有固持土壤的作用，以林木树种为好。乔灌木树种依靠其深长的垂直根系和扩展较广的侧根系，能以相当大的深度和幅度固持土体，加之树木之间根系相互交错，构成地下“钢筋”，固土作用就更大。如一株平茬后三年生沙棘，其根系向水平方向延伸最长可达6.3m，新生根蘖苗95株，固土面积4.8m2。据张嘉宾的测定分析，即使是微小的细根，也有很强的固持土壤能力，平均直径只有0.8mm粗的细根，具有固持1.31kg土壤的能力。
2.改良土壤的作用
森林通过改善土壤的形成条件和本身的生理活动，对土壤物质的某些更新产生影响。森林是庞大的生产有机物质的“工厂”。林木通过其强大的根系向深层土壤吸收无机盐分，再通过庞大的树冠进行光合作用，制造有机物质，这样就提供了林地土壤肥力改善条件。林木中每年有70%的有机物质以枯枝落叶的形式归还到土壤里。林地中的根系，一方面从土壤中吸收养分建造自身，另一方面又向土壤内分泌碳酸和其他有机化合物，增加了土壤中无机化合物和有机化合物的分解和溶解，为土壤的微生物活动创造了良好的条件，经过微生物的分解，使土壤腐殖质含量增加。
大尺度估算：水土保持功能在大尺度上可以通过计算森林生态系统每年减少土壤侵蚀的总量来评价。结合土壤侵蚀遥感调查图与不同气候带具有代表性的主要森林类型侵蚀模数从大、小两个尺度上确定区域森林土壤的现实侵蚀模数；潜在土壤侵蚀模数按全国土壤侵蚀分类级别的“强度级”对应水、风蚀模数上限8000t/（km2.a）进行估算。利用上述方法可以计算出某一森林生态系统的潜在土壤侵蚀量、森林覆盖区的土壤侵蚀量及森林每年减少的土壤侵蚀量。
森林生态系统每年减少土壤侵蚀的损失估算可以从土壤侵蚀的后果来考虑，包括可耕面积减少；土壤肥力（营养物质）的损失；泥沙对江河湖泊的淤积等带来的损失。通常重点考虑以下三个方面：
（1）森林生态系统每年减少土地损失面积及其经济价值。根据土壤侵蚀量、土壤容重和土壤耕作层的平均厚度来推算土地面积减少量。通过所取得植被分区的土壤容重和土壤厚度数据，再结合上述计算所求得的森林各气候带每年减少的土壤侵蚀量，从而估算出森林每年减少的土地面积。采用机会成本来估算森林每年减少的经济损失。
（2）单位森林每年减少土壤损失的经济价值。土壤侵蚀带走了大量的土壤营养物质，主要是土壤的有机质、n、p和K。通常只考虑土壤中全n、全p和全K的含量。根据以往对我国主要森林生态系统土壤中全n、全p和全K的含量的研究和我国森林每年减少的土壤侵蚀量进行估算。
（3）减少泥沙对江河湖泊淤积的间接经济价值。按照我国主要流域的泥沙运动规律，一般土壤侵蚀的流沙有24%淤积于水库、江河、湖泊，这部分泥沙直接造成了水库、江河、湖泊蓄水量的下降，在一定程度上增加了干旱、洪涝灾害的发生。根据我国lm3库容的水库工程费用为0.67元人民币来估算某地森林每年减少泥淤积的经济价值。