【摘要】：在季节性冻融土壤分布地区,土壤系统中水分的冻结和融化及土壤温度的升降变化,始终伴随着地气间水热交换的物理过程。为了揭示在季节性冻土区不同水肥及地表覆盖下土壤水热时空变化规律,本研究在山西省晋中市东阳试验区进行了地表覆盖和水肥灌溉系列田间试验。地面覆盖设覆盖量4500Kg/hm~2的玉米秸秆覆盖(JG)、0.1mm的聚乙烯透明地膜覆盖(DM)和自然无覆盖即裸地(LD)3种处理;冬灌施肥试验设三个施肥量(100、300和500 kg/hm~2)和两个灌水量(375、750 m~3/hm~2),组成6种灌水施肥组合,并与未灌水肥地块形成对照。采用数理统计学法和灰色关联度法对冻融过程中不同深度土壤水热随时间的动态变化进行了统计分析,以阐述季节性冻融期土壤剖面水分和温度的分布情况,揭示土壤体系中的水热迁移转化规律,为我国干旱、半干旱西北地区冬春作物种植区确定灌水参数、土壤水肥资源量的高效利用提供有效的理论支持。(1)冬灌施肥试验①灌水施肥影响着冻融期土壤剖面温度的动态变化。冻融期灌水施肥地块地表处土壤温度较不灌水地块低,地温在土壤剖面上呈“高-低-高”分布趋势。水肥灌溉对土壤温度的影响在不同的冻融阶段有所差异:不稳定冻结期灌水施肥地块0-10cm地温处于较低值。稳定冻结前期,0-30cm地温升降明显且变化大,30-150cm地温变化较小;稳定冻结后期土壤比热容量增加,地温变化较稳定冻结前期平缓。消融期地温对外界气温敏感程度增大,0-30cm地温变异性增加。整个冻融期,0-20cm地温变幅较大,心、底土层土壤温度的动态变化整体趋于平缓;越冬期施肥量一定时表土层(0-30cm)平均地温在W_(750)下整体较N_0W_0处理高,而W_(375)对各深度处地温的影响微弱;水肥灌溉对30-150cm土层地温的保温效果不随灌水、施氮肥量的增加而增大,其中N_(300)W_(375)和N_(500)W_(750)组合对30cm以下土层的保温效果较佳。同时水肥灌溉处理与未灌水肥N_0W_0地块在耕作层(0-20cm)的灰色关联度S(0.791~0.977),在心、底土层(30-90cm)的S为(0.960~0.995),水肥灌溉对耕作层地温动态变化的影响强烈,而对心、底土层的保温效果非常微弱。②灌水施肥影响着冻融期土壤剖面水分的动态变化。地表封冻前水肥灌溉地块较N_0W_0含水率高。稳定冻结前期,土壤水分高值区为20-50cm,在40cm处N_(500)W_(750)和N_(300)W_(375)处理含水峰值较高。稳定冻结后期,土壤水分高值区扩大至60cm处,峰值聚墒量延伸至50cm。冻层消融后,表土、心土层(0-60cm)储水量在N_0W_0较N_(300)和N_(500)处理低,整个冻融期,冬灌施肥对0-20cm增墒效应随土深的增加逐渐衰减,在30-40cm处水肥灌溉地块较N_0W_0含水峰值高。消融期,N_(500)W_(750)和N_(300)W_(375)处理有助于试验土层的储水效果,在50-60cm处N_(300)在W_(750)和W_(375)下峰值聚墒量较大。灌水肥地块与N_0W_0间耕作层(0-20cm)土壤含水率的绝对灰色关联度为(0.5261~0.719),30-110cm土壤含水率的绝对灰色关联度为(0.6168~0.9961),不同水肥灌溉组合对0-20cm土层的储水保墒效果较佳,而对30cm以下土层的增墒效果不佳。(2)地面覆盖试验①地面覆盖影响着土壤剖面温度的动态变化。实施地表覆盖后,削弱了地气间的水分、热量和溶质传输强度,滞后了土壤冻结、消融时间和冻深,影响了土壤原先的冻结和解冻过程。地膜覆盖对土层具有显著的增温效应;秸秆覆盖对土壤温度的影响在不同的冻融阶段有所差异:冻结阶段,秸秆覆盖减少了土壤热量的散失,对土层具有增温作用;融化阶段,秸秆覆盖减弱了地气间的热交换,抑制了土层温度的增加。地膜和秸秆覆盖可以平抑土壤剖面地温的变幅。在整个冻融期,两种覆盖处理均对地温产生影响,0~20cm对地温的影响较大,20~90cm地温随土壤深度的加深,土壤温度的波动幅度逐渐减小。②地表覆盖影响着土壤剖面水分的动态变化。地表覆盖有效地减少了地表土壤水分的蒸发,削弱了土壤含水率的波动幅度。但不同冻融阶段不同地表覆盖地块的土壤水分有所差异:与LD相比,冻结阶段,JG和DM显著增加了0~10cm土壤墒情,且DM比JG保墒效果好;融化前期,秸秆覆盖阻碍了融雪水的直接入渗,JG对土层的蓄水保墒作用不明显;融化后期,秸秆覆盖削弱了风速对地表土壤水分的影响,抑制了表土蒸发,对土层具有保墒作用。整个冻融期,DM始终对土层具有保墒作用,且其保墒效果较JG好。地表覆盖有效地减弱了0~20cm土壤含水率的波动幅度。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S152
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