欒城關(guān)鍵帶觀測(cè)平臺(tái)對(duì)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的支撐作用

欒城關(guān)鍵帶觀測(cè)平臺(tái)可原位監(jiān)測(cè)從地面至地下水位波動(dòng)帶的水分、鹽分、污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程，用于研究垂向上的物質(zhì)傳輸土壤轉(zhuǎn)化過(guò)程。該項(xiàng)目的建成可以實(shí)現(xiàn)對(duì)華北平原最具有代表性的種植類(lèi)型（冬小麥-夏玉米輪作）農(nóng)田關(guān)鍵帶物質(zhì)能量傳輸轉(zhuǎn)化過(guò)程及其控制機(jī)理開(kāi)展原位觀測(cè)研究；可集成不同領(lǐng)域和對(duì)象的研究，從農(nóng)學(xué)、土壤物理學(xué)家重點(diǎn)研究的根系層，到根系層以下的深層包氣帶，再到水文地質(zhì)學(xué)家重點(diǎn)研究的飽和帶，可以串聯(lián)起不同學(xué)科的交叉研究；也可集成不同過(guò)程的監(jiān)測(cè)研究，強(qiáng)調(diào)對(duì)關(guān)鍵帶中發(fā)生的物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)過(guò)程進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，未來(lái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水-土壤-作物-大氣連續(xù)體（GSPAC）中碳（C）、氮（N）、磷（P）、硫（S）等元素的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程的研究。基于上述功能，欒城關(guān)鍵帶觀測(cè)平臺(tái)將架起連接農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中短時(shí)間尺度、快反應(yīng)、易觀測(cè)的生態(tài)學(xué)過(guò)程研究與地下水量質(zhì)演變相關(guān)的長(zhǎng)時(shí)間尺度、慢反應(yīng)、難識(shí)別的生物地球化學(xué)過(guò)程研究的橋梁，促進(jìn)農(nóng)學(xué)、土壤物理學(xué)、包氣帶水文學(xué)、土壤微生物學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)和生物地球化學(xué)等學(xué)科間的交叉研究和創(chuàng)新，從而為解決農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和地下水量質(zhì)管理領(lǐng)域前沿科學(xué)問(wèn)題提供重要的支撐作用。

科學(xué)研究成效與未來(lái)計(jì)劃

科學(xué)研究成效

（1）欒城站利用灌溉井改造的多個(gè)觀測(cè)豎井（深度?9—12.5?m）開(kāi)展農(nóng)田關(guān)鍵帶水、氮遷移過(guò)程及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制的觀測(cè)、模擬和研究，定量研究了深層包氣帶水分和溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程，獲得了新的認(rèn)識(shí)，取得了重要研究進(jìn)展，在相關(guān)領(lǐng)域權(quán)威期刊上發(fā)表了?10?余篇高質(zhì)量論文。

（2）欒城關(guān)鍵帶觀測(cè)平臺(tái)能探測(cè)到地下近?50?m的深層土壤，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)活動(dòng)下土壤深層包氣帶到飽和帶水、氮運(yùn)移和土壤微生物的原位探測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)解決農(nóng)田關(guān)鍵帶水分傳輸及水量再分配、包氣帶氮素遷移轉(zhuǎn)化的生物地球化學(xué)機(jī)制等科學(xué)問(wèn)題，啟發(fā)了新的思路，提供了新的手段和方法。目前，基于欒城關(guān)鍵帶觀測(cè)平臺(tái)，研究人員已獲批國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“華北平原農(nóng)田關(guān)鍵帶水氮傳輸過(guò)程及其控制機(jī)制”，預(yù)期在農(nóng)田關(guān)鍵帶水、氮運(yùn)移機(jī)理及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)地下水量質(zhì)變化的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響等方面取得進(jìn)展。

（3）農(nóng)業(yè)過(guò)度用水是我國(guó)北方地區(qū)生態(tài)退化的原因之一，發(fā)展適水農(nóng)業(yè)的理論是區(qū)域可持續(xù)研究的重要學(xué)科需求。為此，欒城關(guān)鍵帶觀測(cè)平臺(tái)在建設(shè)時(shí)設(shè)計(jì)了大型農(nóng)田關(guān)鍵帶科學(xué)研究綜合設(shè)施，包括本設(shè)施?48?m?關(guān)鍵帶觀測(cè)豎井、大型室內(nèi)土柱試驗(yàn)裝置和大型水肥耦合蒸滲儀群。

未來(lái)研究計(jì)劃

大型農(nóng)田關(guān)鍵帶科學(xué)研究綜合設(shè)施將拓寬研究領(lǐng)域，系統(tǒng)回答地下水超采區(qū)農(nóng)業(yè)適水發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展需求的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，是綜合地學(xué)、農(nóng)學(xué)和水資源科學(xué)等不同領(lǐng)域開(kāi)展交叉研究的重大野外科學(xué)研究設(shè)施。未來(lái)擬通過(guò)與國(guó)內(nèi)外多學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜液献鳎餐瑸轭?lèi)似地區(qū)的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和地下水量質(zhì)管理服務(wù)。

（1）建設(shè)大型室內(nèi)土柱裝置和大型蒸滲儀群。①大型土柱裝置“厚包氣帶水鹽運(yùn)移機(jī)理大型試驗(yàn)土柱裝置”。高度為?5?m，直徑?50?cm，可裝填不同地區(qū)的土壤，重點(diǎn)開(kāi)展室內(nèi)控制條件下根區(qū)以下水鹽運(yùn)移和污染物削減的控制試驗(yàn)研究。擬建?18?套，已建成?3?套。② 大型蒸滲儀群“水-肥-作物耦合大型蒸滲儀群”。由?36?個(gè)深度為?2?m，表面積?1?m²?的蒸滲儀組成，其中?12?個(gè)蒸滲儀為稱重式，24?個(gè)非稱重式；其用于研究“作物-根層土壤系統(tǒng)”的作物（或牧草）在不同水肥調(diào)控下的生產(chǎn)力水平和水分養(yǎng)分平衡過(guò)程，定量不同農(nóng)業(yè)種植模式下水分溶質(zhì)淋失量及其對(duì)地下水量質(zhì)的潛在影響，從而為篩選合理的適水農(nóng)作模式提供科學(xué)數(shù)據(jù)，服務(wù)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

（2）主要研究計(jì)劃。未來(lái)將聚焦于根區(qū)以下水分和溶質(zhì)（含污染物）遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的研究，開(kāi)展不同作物或牧草的水肥耦合種植模式和耗水、入滲過(guò)程及肥料遷移轉(zhuǎn)化等問(wèn)題，篩選適合欒城站區(qū)域氣候特點(diǎn)的可持續(xù)農(nóng)業(yè)種植模式。近期研究計(jì)劃如下：① 持續(xù)開(kāi)展深層包氣帶生物物理化學(xué)過(guò)程原位監(jiān)測(cè)；② 水分、溶質(zhì)和污染物在厚包氣帶內(nèi)的運(yùn)移、轉(zhuǎn)化規(guī)律；③ 飽和—非飽和過(guò)渡帶水文過(guò)程及其與地下水補(bǔ)給的關(guān)系；④ 農(nóng)田施肥的氮素遷移、轉(zhuǎn)化及淋濾對(duì)地下水質(zhì)量的影響機(jī)制。