黄土高原草田轮作系统田间水分蒸散特性及土壤水分恢复效应研究

发布时间：2017-12-09 13:06

  本文关键词：黄土高原草田轮作系统田间水分蒸散特性及土壤水分恢复效应研究

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【摘要】：黄土高原西部丘陵沟壑区是中国农村居民生活贫困的区域。作物单播和过度耕作是引致水土流失的最主要原因,再加上降水变率大,产量低而不稳,农业系统稳定性差。紫花苜蓿作为优良豆科牧草,在该区生态环境建设和产业结构调整中发挥着重要作用,但种植数年形成深厚的土壤干层在长时期内难以恢复。因此,本研究利用黄土高原典型雨养农业区苜蓿地布设田间试验,旨在探索黄土高原雨养农业区多年生苜蓿地耕翻轮作粮食作物后田间水分蒸散特性及苜蓿地土壤干层水分恢复效应。不同草田轮作系统包括苜蓿-苜蓿(Lucerne-Lucerne)、苜蓿-休闲(Lucerne-Fallow)、苜蓿-小麦(Lucerne-Wheat)、苜蓿-玉米(Lucerne-Corn)、苜蓿-马铃薯(Lucerne-Potato)和苜蓿-谷子(Lucerne-Millet)。通过探讨黄土高原雨养农业区草田轮作系统作物的产量表现和耗水特性、土壤物理性质、土壤水分时空变化,明确不同草田轮作系统土壤水分恢复效应及其机制,以期为黄土高原雨养农业区苜蓿地的可持续利用和适宜粮草轮作模式的筛选提供理论依据。主要结果如下:(1)随轮作年限延长,苜蓿-苜蓿和苜蓿-马铃薯处理的产量逐渐降低,而苜蓿-小麦处理逐年增加,与2013年相比,苜蓿-玉米、苜蓿-谷子和苜蓿-小麦处理的产量均在2015年表现为最高,苜蓿-苜蓿的水分利用效率随轮作年限的增加逐渐增加,而苜蓿-马铃薯的水分利用效率逐渐降低。(2)不同轮作系统作物田间蒸散特性各异,其中作物耗水量表现为苜蓿-休闲处理最高为294.57 mm,苜蓿-小麦最低为247.11 mm。棵间蒸发量占总耗水量比例苜蓿-休闲高达90%以上,苜蓿-玉米仅为17%,说明苜蓿-休闲耗水主要用于土壤蒸发,而苜蓿-玉米耗水主要用于作物蒸腾。(3)通过土壤水分恢复效应评价发现,苜蓿地翻耕轮作4年粮食作物后,0~300 cm土层的土壤含水量均表现出不同程度的恢复:其中苜蓿-休闲表现为完全恢复(恢复指数132%),苜蓿-马铃薯表现为极好恢复(恢复指数96%),其余处理均表现为良好恢复(恢复指数62%~72%)。整体来看苜蓿-休闲模式对土壤水分恢复效果最好,粮食作物中苜蓿-马铃薯恢复效果较好。(4)草田轮作有利于降低土壤容重,增加土壤孔隙度。其中苜蓿-休闲、苜蓿-小麦、苜蓿-玉米、苜蓿-马铃薯、苜蓿-谷子的土壤容重分别比苜蓿-苜蓿处理降低了6.86%,7.69%,6.22%,9.29%和10.17%,苜蓿-休闲、苜蓿-小麦、和苜蓿-谷子处理土壤饱和导水率分别比苜蓿-苜蓿处理提高了0.32,1.52和0.33倍。说明苜蓿-谷子和苜蓿-马铃薯可以显著降低土壤容重,苜蓿-小麦和苜蓿-休闲可以显著增加土壤入渗。(5)草田轮作均降低了土壤水稳性团聚体的含量。与苜蓿-苜蓿处理相比,苜蓿-休闲、苜蓿-小麦、苜蓿-玉米、苜蓿-马铃薯和苜蓿-谷子处理分别降低了33.44%,23.08%,7.36%,27.09%和20.29%。研究同时发现,土壤团聚体的机械稳定性随土层深度的增加逐渐增强,而团聚体的水稳性随土层深度的增加而减弱。(6)草田轮作均不同程度降低了土壤有机碳含量,而苜蓿-苜蓿和苜蓿-休闲则维持了较高的土壤有机碳含量。相关性分析表明,总有机碳含量与2~5 mm、1~2 mm、0.5~1 mm、0.25~0.5 mm和≥0.25 mm粒径的水稳性大团聚体比例以及MWD呈极显著正相关,而与0.25 mm粒径的水稳性团聚体比例呈极显著负相关。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S152.7;S344.1

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本文编号：1270480