为了提升寒区农业水土资源利用效率，构建冻融农田水土环境健康循环模式，本书以黑龙江省松嫩平原典型黑土区作为研究对象，以寒区农田水土环境低碳、绿色、可持续生产为目标，采用室内机理探索、大田试验验证、区域尺度推广相结合的研究方法，系统地探索了冻融土壤水、热、养分环境响应机制及协同调控技术。全书共十章，主要内容包括农田冻融土壤物理特征参数分析、农田冻融土壤水热状况及能量传输机制、农田冻融土壤水热复杂性特征识别、农田冻融土壤水热盐协同运移理论及过程模拟、农田冻融土壤碳氮循环转化机理及伴生过程、作物生育期土壤环境演变机理及综合效应等内容。
更多科学出版社服务，请扫码获取。
国家杰出青年科学基金获得者，第二批国家“万人计划”科技创新领军人才，荣获国务院政府特殊津贴，龙江学者特聘教授。
目录
前言
第一章 寒区农田土壤生境理论概述 1
第一节 寒区土壤冻融过程概述 1
第二节 冻融作用对土壤物理参数的影响 1
一、土壤团聚体 1
二、土壤孔隙结构与土壤容重 2
三、土壤导水性 3
第三节 冻融土壤水热盐迁移过程 4
一、冻融土壤与外界环境的能量交换过程 4
二、土壤水分传输及融雪水入渗 4
三、冻融土壤盐分协同运移过程 6
第四节 冻融土壤碳氮循环协同效应 7
一、土壤碳素循环 7
二、土壤氮素循环 8
第五节 冻融土壤外源调控技术 9
一、生物炭对农田冻融土壤环境的影响 10
二、秸秆对农田冻融土壤环境的影响 10
第六节 技术路线 11
参考文献 13
第二章 研究区概况 20
第一节 区域黑土概况 20
第二节 自然地理概况 20
一、地理位置 20
二、气候类型 21
三、场地布置 24
第三节 土壤质地类型及植物覆被状况 26
一、土壤质地类型 26
二、植物覆被状况 27
第四节 河流水系及水文状况 28
一、河流水系状况 28
二、水文状况 28
参考文献 29
第三章 农田冻融土壤物理特征参数分析 30
第一节 概述 30
第二节 冻融土壤团聚体稳定性 31
一、试验方案 31
二、数据指标测定 32
三、土壤团聚体粒径分布 34
四、土壤团聚体稳定性分析 36
第三节 冻融土壤三相比例与孔隙结构 38
一、试验方案 38
二、数据指标测定 38
三、宏观土壤结构变化 40
四、土壤孔径分布特征 42
五、冻融对土壤收缩特征的影响 45
六、土壤胀缩特性 49
第四节 冻融土壤水分特征变化 56
一、试验方案 57
二、数据指标测定 57
三、土壤保水性变化特征 58
四、土壤导水性变化特征 69
第五节 冻融土壤通气性 73
一、试验方案 73
二、数据指标测定 75
三、土壤呼吸强度 76
四、土壤气体传输性能 78
第六节 冻融土壤导热性 79
一、试验方案 79
二、数据指标测定 80
三、土壤热特性参数变化分析 80
四、土壤热性能影响因素分析 87
参考文献 88
第四章 农田冻融土壤水热状况及能量传输机制 92
第一节 概述 92
第二节 冻融土壤水热时空演变规律 93
一、试验方案 93
二、测定内容及方法 94
三、土壤冻结过程差异性分析 94
四、土壤冻结过程水热变异特征 97
五、覆被-土壤水热变异敏感性因子识别 108
第三节 冻融土壤水热变异特征识别 111
一、分形理论概述 111
二、土壤水热环境变异特征分析 113
三、土壤水热活动范围界定 120
第四节 冻融土壤能量传输特征 125
一、冻融土壤能量传递概述 125
二、冻融土壤能量计算理论方法 126
三、土壤热量时空分布特征 127
第五节 冻融土壤热量周期性分析 139
一、土壤能量周期监测方法 139
二、土壤能量变化趋势 140
三、土壤能量周期性识别 142
第六节 冻融土壤热量传递机理研究 144
一、土壤热量传递响应因子识别 144
二、土壤热量传递函数构建 145
三、土壤热量传递响应关系分析 149
参考文献 149
第五章 农田冻融土壤水热复杂性特征识别 151
第一节 概述 151
第二节 冻融土壤系统复杂性特征识别理论 152
一、小波变换信息量系数 152
二、近似熵理论 153
三、符号动力学 154
第三节 基于小波变换信息量系数的水热复杂性特征研究 156
一、基于WT-ICF的土壤含水量复杂性特征研究 156
二、基于WT-ICF的土壤温度复杂性特征研究 158
第四节 基于近似熵理论的水热复杂性特征研究 160
一、基于ApEn的土壤含水量复杂性特征研究 160
二、基于ApEn的土壤温度复杂性特征研究 163
第五节 基于符号动力学的水热复杂性特征研究 165
一、基于LZC的土壤含水量复杂性特征研究 166
二、基于LZC的土壤温度复杂性特征研究 168
第六节 冻融土壤水热复杂性特征对比分析 170
一、不同深度土壤含水量序列复杂性综合测度分析 170
二、不同深度土壤温度序列复杂性综合测度分析 171
参考文献 171
第六章 农田冻融土壤水热盐协同运移理论及过程模拟 174
第一节 概述 174
第二节 冻融土壤水热响应因素分析 175
一、试验方案 175
二、积雪覆盖对土壤温度的影响 177
三、积雪覆盖对地-气之间温差的影响 178
四、土壤热状况对气象因素的响应 180
第三节 冻融土壤水热耦合互作机理 182
一、试验方案 183
二、冻结期土壤水热互作效应 184
三、融化期土壤水热互作效应 193
第四节 冻融土壤水热耦合迁移模型 201
一、冻融土壤水热耦合迁移模型构建 202
二、冻融土壤水热耦合迁移模型参数确定 212
三、冻融土壤水热耦合迁移过程数值模拟 214
第五节 冻融土壤水盐传输扩散机制 220
一、试验方案 221
二、冻融期土壤盐分迁移特征分析 222
三、冻融期土壤水盐协同关系分析 224
第六节 冻融土壤水热盐协同运移关系表征 227
一、试验方案 227
二、冻结土壤水热盐迁移响应之间的关系 229
三、冻融土壤水分积累影响因素 238
四、水盐协同运动的影响因素 238
参考文献 240
第七章 农田冻融土壤碳素循环转化机理及伴生过程 243
第一节 概述 243
第二节 冻融土壤碳形态转化特征 244
一、试验方案 244
二、土壤可溶性有机碳变化特征 247
三、土壤碳素矿化速率 249
第三节 冻融土壤碳排放通量特征 250
一、土壤CO2气体排放通量变化 250
二、土壤CO2累积排放量 252
三、土壤CH4气体排放通量变化 253
四、土壤CH4累积排放量 255
五、土壤N2O、CO2和CH4气体排放综合温室效应 256
第四节 冻融土壤CO2排放关键性影响因素分析 257
一、土壤CO2排放对温度的响应效果 257
二、土壤CO2排放对含水量的响应效果 260
三、土壤CO2排放对可溶性有机碳含量的响应效果 263
第五节 冻融土壤CH4排放关键性影响因素分析 267
一、土壤CH4排放对温度的响应效果 267
二、土壤CH4排放对含水量的响应效果 270
三、土壤CH4排放对可溶性有机碳含量的响应效果 274
第六节 冻融土壤碳矿化过程环境响应机制 277
一、土壤碳素矿化速率对温度的响应效果 277
二、土壤碳素矿化速率对含水量的响应效果 280
三、土壤碳素矿化速率对转化酶活性的响应效果 284
参考文献 287
第八章 农田冻融土壤氮素循环转化机理及伴生过程 290
第一节 概述 290
第二节 冻融土壤无机氮含量变异特征 291
一、试验方案 291
二、土壤硝态氮含量变化特征 293
三、土壤铵态氮含量变化特征 294
四、土壤氮素矿化速率 296
第三节 冻融土壤N2O排放通量特征 297
一、土壤N2O气体排放通量变化 297
二、土壤N2O累积排放特征 299
第四节 冻融土壤N2O排放关键性影响因素分析 300
一、土壤N2O排放对温度的响应效果 300
二、土壤N2O排放对含水量的响应效果 304
三、土壤N2O排放对硝态氮的响应效果 307
四、土壤N2O排放对铵态氮的响应效果 310
第五节 冻融土壤氮素矿化过程环境响应机制 314
一、土壤氮素矿化速率对土壤温度的响应效果 314
二、土壤氮素矿化速率对土壤含水量的响应效果 317
三、土壤氮素矿化速率对土壤脲酶活性的响应效果 320
参考文献 324
第九章 作物生育期土壤环境演变机理及综合效应 326
第一节 概述 326
第二节 作物根系发育及根区土壤环境演变过程 327
一、试验方案 327
二、样品采集与指标测定 329
三、生物炭施用条件下大豆根系形态指标的变化 331
四、生物炭施用条件下大豆根区土壤养分指标的变化 336
五、炭肥互作模式下大豆根区土壤养分指标的变化 344
第三节 作物农艺性状对土壤环境响应关系研究 350
一、试验方案 350
二、数据指标测定 350
三、单一施用生物炭对大豆农艺性状的影响 350
四、炭肥互作对大豆农艺性状的影响 356
五、土壤养分指标与作物农艺性状指标间的关系 358
六、炭肥互作对作物产量指标的作用效果 360
第四节 外源介质对农田作物生境调控机制的解析 360
一、生物炭对作物冠层的综合影响效应 360
二、生物炭施用对大豆根系特征的作用机理 361
三、炭肥互作对大豆生理特征的影响机制 362
四、生物炭对土壤氮素保留的影响 363
五、生物炭对土壤碳固存的影响 364
第五节 农田土壤环境改良效果的综合评价研究 364
一、RAGA-PPC农田土壤环境改良效果评价模型的建立 365
二、RAGA-PPC农田土壤环境改良效果评价指标的筛选 368
三、RAGA-PPC农田土壤环境改良效果评价结果 370
参考文献 374
第十章 农田土壤冻融过程及生境效应理论发展问题与展望 379
第一节 农田冻融土壤水土环境研究的重要发现 379
一、冻融土壤结构演变及理化特性响应机制 379
二、冻融土壤能量传输水热盐协同运移机制 380
三、冻融土壤碳氮循环及土壤环境演变机理 381
四、作物生理生长状况及最佳调控模式优选 382
第二节 农田冻融土壤生态过程的核心问题与挑战 383
一、农田冻融土壤水资源高效利用 383
二、农田冻融水文过程伴生环境效应 385
第三节 农田冻融土壤生境健康调控的未来展望 386
一、寒区农田冻融土壤水养耦合互作机制 387
二、寒区农田冻融土壤健康调控技术体系构建 388
参考文献 389
书单推荐
