蚯蚓粪对土壤蒸发及入渗过程影响的模拟研究

发布时间：2020-04-06 13:35

【摘要】：在西北干旱半干旱地区,土壤水分是制约农作物生产和植被恢复的一个重要因素,提高水分利用效率对农业高效发展和生态环境重建具有重要意义。蚯蚓作为最典型的大型土壤动物之一,对土壤功能的直接作用潜力巨大,其排泄产生的蚯蚓粪具有良好的物理、化学和生物学特性,因而被广泛用于作物育苗、土壤培肥、污染修复和抑制作物病害等方面。蚯蚓粪中含有大量腐殖质可以改善土壤结构,而覆盖于地表的蚯蚓粪则能够增加地表粗糙度,进而影响土壤中的水分运动过程,但是目前相关研究尚未得到普遍关注。本论文以蚯蚓粪为研究对象,采用室内土柱模拟实验分析了地表和土体内的蚯蚓粪对水分蒸发和入渗过程的影响,探究其对土壤水分运动过程的影响机制,以深入了解蚯蚓粪在土壤中的作用,为蚯蚓粪的应用提供科学依据。得到主要结论如下:1覆盖面积一定时,不同覆盖厚度处理的土壤蒸发量与大气蒸发力比值均为:覆盖4 cm2.5 cm1 cm裸土,土壤累积蒸发量和日蒸发量随蚯蚓粪覆盖厚度的增大而减少;当覆盖厚度一定时,土壤累积蒸发量随蚯蚓粪覆盖面积的增大而减小,覆盖度90%的蚯蚓粪处理其土壤蒸发量与大气蒸发力的比值显著小于其余覆盖处理。结果表明蚯蚓粪覆盖对土壤蒸发有一定的抑制作用,土壤蒸发量随蚯蚓粪覆盖面积和厚度的增加而减小,但覆盖面积对土壤蒸发过程的影响小于覆盖厚度。由于蚯蚓粪具有良好的保水性能,且能够有效增加土壤有机质含量,因而对提高土壤持水能力有促进作用。2水分在蚯蚓粪中的运动速率大于对照土壤,地表蚯蚓粪覆盖有利于降雨入渗,但在雨强较大的情形下,降水可迅速穿透蚯蚓粪到达下层土壤,有效增加雨后土壤表层含水率,因而对降雨的延缓作用较弱;降雨入渗进入土壤后,覆盖蚯蚓粪处理的各深度土层土壤含水率在较短时间内低于裸土,但其5~15 cm土层含水率不断增加,并逐渐高于裸土,表明蚯蚓粪覆盖能够延缓降雨入渗,并影响土壤水分再分配过程,对降雨后表层以下的水分增加具有促进作用,有利于提高降水的利用率。3蚯蚓粪与土壤混合加入0~10 cm土层可以加快湿润锋迁移速率,75 g kg~(-1)和100g kg~(-1)蚯蚓粪用量混施入10~20 cm土层时则会抑制湿润锋的下移;在蚯蚓粪层施条件下,75 g kg~(-1)和100 g kg~(-1)用量处理可以有效抑制湿润锋向下运移,且抑制作用随蚯蚓粪施用量的增大而加强;上层混施(0~10 cm)处理的累积入渗量大于下层(10~20 cm)混施处理,而在5~8 cm和10~13 cm深度层施蚯蚓粪的条件下,75 g kg~(-1)和100 g kg~(-1)蚯蚓粪用量也可明显减小累积入渗量,但100 g kg~(-1)用量蚯蚓粪层施时对入渗过程无显著影响;用Kostiakov模型进行拟合可知,施加75 g kg~(-1)和100 g kg~(-1)用量蚯蚓粪能够增加初始入渗率,10~13 cm和15~18 cm层施蚯蚓粪可以延缓入渗率的减小;在层施蚯蚓粪条件下,50 g kg~(-1)用量蚯蚓粪处理的下层土壤含水量有所提升,但75 g kg~(-1)和100g kg~(-1)用量处理的下层土壤含水量则呈现降低的趋势。4蚯蚓粪对土壤蒸发和入渗过程的影响与粒径有关,施用少量小粒径(1 cmd≤3cm)蚯蚓粪可抑制土壤蒸发,但施用数量较多且粒径较大的蚯蚓粪时反而会促进水分蒸发;向土壤添加蚯蚓粪还可有效促进深层水分对上层土壤水分的补给,补给量随施用量的增加而增大,随施用粒径的增大而减小;土壤持水量在添加不同粒径蚯蚓粪条件下均表现为:裸土10%15%20%施用量,施用小粒径(1 cmd≤3 cm)蚯蚓粪效果高于施用大粒径(3 cmd5 cm)蚯蚓粪。施用蚯蚓粪显著提高土壤持水能力,进而对土壤蒸发和水分向上补给过程产生影响。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S152.7

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本文编号：2616579