欒城關鍵帶觀測平臺對相關學科領域的支撐作用

欒城關鍵帶觀測平臺可原位監測從地面至地下水位波動帶的水分、鹽分、污染物的遷移轉化過程，用于研究垂向上的物質傳輸土壤轉化過程。該項目的建成可以實現對華北平原最具有代表性的種植類型（冬小麥-夏玉米輪作）農田關鍵帶物質能量傳輸轉化過程及其控制機理開展原位觀測研究；可集成不同領域和對象的研究，從農學、土壤物理學家重點研究的根系層，到根系層以下的深層包氣帶，再到水文地質學家重點研究的飽和帶，可以串聯起不同學科的交叉研究；也可集成不同過程的監測研究，強調對關鍵帶中發生的物理學、生物學、化學過程進行綜合監測，未來可實現對地下水-土壤-作物-大氣連續體（GSPAC）中碳（C）、氮（N）、磷（P）、硫（S）等元素的生物地球化學循環過程的研究。基于上述功能，欒城關鍵帶觀測平臺將架起連接農田生態系統中短時間尺度、快反應、易觀測的生態學過程研究與地下水量質演變相關的長時間尺度、慢反應、難識別的生物地球化學過程研究的橋梁，促進農學、土壤物理學、包氣帶水文學、土壤微生物學、水文地質學和生物地球化學等學科間的交叉研究和創新，從而為解決農業可持續發展和地下水量質管理領域前沿科學問題提供重要的支撐作用。

科學研究成效與未來計劃

科學研究成效

（1）欒城站利用灌溉井改造的多個觀測豎井（深度?9—12.5?m）開展農田關鍵帶水、氮遷移過程及其驅動機制的觀測、模擬和研究，定量研究了深層包氣帶水分和溶質運移過程，獲得了新的認識，取得了重要研究進展，在相關領域權威期刊上發表了?10?余篇高質量論文。

（2）欒城關鍵帶觀測平臺能探測到地下近?50?m的深層土壤，可以實現農業活動下土壤深層包氣帶到飽和帶水、氮運移和土壤微生物的原位探測和實時監測，對解決農田關鍵帶水分傳輸及水量再分配、包氣帶氮素遷移轉化的生物地球化學機制等科學問題，啟發了新的思路，提供了新的手段和方法。目前，基于欒城關鍵帶觀測平臺，研究人員已獲批國家自然科學基金重點項目“華北平原農田關鍵帶水氮傳輸過程及其控制機制”，預期在農田關鍵帶水、氮運移機理及農業生產活動對地下水量質變化的長遠影響等方面取得進展。

（3）農業過度用水是我國北方地區生態退化的原因之一，發展適水農業的理論是區域可持續研究的重要學科需求。為此，欒城關鍵帶觀測平臺在建設時設計了大型農田關鍵帶科學研究綜合設施，包括本設施?48?m?關鍵帶觀測豎井、大型室內土柱試驗裝置和大型水肥耦合蒸滲儀群。

未來研究計劃

大型農田關鍵帶科學研究綜合設施將拓寬研究領域，系統回答地下水超采區農業適水發展和可持續發展需求的關鍵科學問題，是綜合地學、農學和水資源科學等不同領域開展交叉研究的重大野外科學研究設施。未來擬通過與國內外多學科領域專家合作，共同為類似地區的農業可持續發展和地下水量質管理服務。

（1）建設大型室內土柱裝置和大型蒸滲儀群。①大型土柱裝置“厚包氣帶水鹽運移機理大型試驗土柱裝置”。高度為?5?m，直徑?50?cm，可裝填不同地區的土壤，重點開展室內控制條件下根區以下水鹽運移和污染物削減的控制試驗研究。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?個深度為?2?m，表面積?1?m²?的蒸滲儀組成，其中?12?個蒸滲儀為稱重式，24?個非稱重式；其用于研究“作物-根層土壤系統”的作物（或牧草）在不同水肥調控下的生產力水平和水分養分平衡過程，定量不同農業種植模式下水分溶質淋失量及其對地下水量質的潛在影響，從而為篩選合理的適水農作模式提供科學數據，服務農業可持續發展。

（2）主要研究計劃。未來將聚焦于根區以下水分和溶質（含污染物）遷移轉化過程的研究，開展不同作物或牧草的水肥耦合種植模式和耗水、入滲過程及肥料遷移轉化等問題，篩選適合欒城站區域氣候特點的可持續農業種植模式。近期研究計劃如下：① 持續開展深層包氣帶生物物理化學過程原位監測；② 水分、溶質和污染物在厚包氣帶內的運移、轉化規律；③ 飽和—非飽和過渡帶水文過程及其與地下水補給的關系；④ 農田施肥的氮素遷移、轉化及淋濾對地下水質量的影響機制。