黄土丘陵区全年覆膜下土壤水热盐变化及数值模拟

发布时间：2020-07-19 15:46

【摘要】：地膜覆盖因增温、保墒、增产等优势而广泛应用于干旱与半干旱地区。大量覆膜研究重点针对旱作农业生育期覆盖,近年来,气候干旱化和土壤干燥化问题与区域旱作农林业快速发展并存,区域生态环境日益恶化,探索黑、白膜全年覆盖下土壤水、热、盐的迁移规律,为区域旱作农业覆膜应用提供土壤水热盐调控依据,也为生态经济林常年连续覆膜提供参考,对区域旱作农林业的生产和生态建设具有重要的意义。研究于2015年7月1日—2017年6月30日在陕北米脂进行野外连续覆膜定位观测,试验设置为裸地(CK)、白色薄膜(WF)与黑色薄膜(BF)三种处理,利用GS3仪器监测0~150 cm深度的土壤水分、温度和电导率,同一水平阶地布设10 m土柱模拟枣林土壤干层。主要得出以下结论:(1)覆盖黑膜较白膜更能提高地表(0~15 cm土层)水分,15~30cm白膜较黑膜处理土壤水分高,但0~150 cm土层两种覆膜无差异。地膜覆盖在作物生育期土壤储水量较CK增加60.8 mm,土壤水势在0~15 cm土层WF、BF处理分别高于CK68%(p0.05)、91%(p0.05),非生育期土壤水分损失较CK下土壤储水量损失少21.1 mm,覆膜土壤水势WF、BF处理分别高于CK171%(p0.05)、157%(p0.05)。(2)覆膜显著提高土壤表层温度,近地面日温差WF大于BF;0~30 cm土层内,生育期WF、BF处理平均积温为3989、3852℃,比CK高421.18℃、284.24℃,非生育期两种覆膜积温2657℃,高于CK积温440℃,30~150 cm土层内,生育期两种覆膜土壤积温高于CK130℃左右,非生育期积温高于CK 209℃,负积温高于CK 152℃,WF、BF处理在30 cm土层往下各土层土壤温度变化不显著;0~150 cm,两种覆膜周年土壤平均温度无显著差异,较CK高1.3℃(p0.05)。非生育期覆膜增温显著,周年内气温较高条件下WF比BF缩短冻融时间8天,WF更有利于土壤解冻和早春土壤增温。(3)三种处理周年土壤表层盐分高,其中0~30 cm土层,盐分BFWFCK,30~50cm土层,盐分WFBFCK,50cm以下三种处理盐分没有差异;盐分变异在0~5 cm土层覆膜变异相近,0~15 cm土层相同,从盐分变异的季节差别来看,4—6月覆膜下0~5cm土层变异最大,较CK高65.5%,11—3月覆膜0~15 cm土层变异最大,较CK高17.3%,水分过渡期覆膜较CK变异最大,地膜覆盖下土壤盐分表层高,周年内变化较为稳定,土壤总体含盐率较低,无土壤盐渍化趋势。(4)明确了地膜覆盖措施对土壤深层水分的恢复影响效应。两年内土壤含水量在0~30 cm土层,地膜覆盖增加10.8%,CK减少7.1%,30~50 cm土层,地膜覆盖增加8.4%,CK减少6.2%,50 cm以下土层,地膜覆盖增加1.7%,CK减少6.3%。非生育期覆膜土壤深层水分恢复明显,覆膜下土壤含水量与CK差异主要存在于200~600 cm土层,第一个非生育期,覆膜高于CK90%,第二个非生育期,覆膜高于CK112%,覆膜下两年非生育期的土壤水分增幅最大在600~1000 cm,增加20%,覆膜土壤干层减少140cm。(5)揭示了土壤水热盐三者耦合影响关系,分析了气象因素对土壤水分变化的影响。0~50 cm土层,三种处理土壤水热正相关,50~150 cm土层,三种处理水热呈显著负相关;BF处理的水盐相关性在大多数土层最低;土壤热盐显示极显著相关,WF处理下土壤温度和电导率对土壤含水量影响最大。覆膜减少了影响土壤水分变化的气象因子,增强了土壤水分与大气温度相关性,消除了风速对土壤水分的消耗,降低了环境湿度对土壤水分的影响。(6)利用实测数据对HYDRUS-2D模型参数进行了属地化率定,确定了适宜的模拟区域和边界条件,较好的实现了起垄覆膜无灌溉条件下水热盐运移二维模拟。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S152
【图文】：

位置,适用性分析,热盐,土壤电导率

旱作农田全年覆膜下土壤水热盐的变化及数值模拟析，制定试验方案连续覆膜田间定位监测土壤水分土壤水势土壤温度土壤电导率模型模拟水热效应定量描述适用性分析机理研究模拟预测水盐迁移土壤水热盐耦合迁移规律及模拟深层恢复.3 试验区概况

示意图,水分测定,示意图,土柱

在 47.62%~50.10%之间，为众数粒径；其次为砂粒，在 43.88%~46.53%之间；粘粒含量最低，在 5.89%~7.06%之间，试验地土壤全氮、全磷、全钾平均质量分数依次为34.7、2.9、101.8mg/kg，有机质质量分数为 2.1g/kg，pH 值为 8.6，饱和持水量为 39.8%、田间持水率为 23.4%（质量含水率），地下水埋深超过 50 m。2.4 试验设计试验布设于研究区水平阶地上，无作物种植，布设时间深层土壤水分观测为 2014年 10 月 1 日至 2016 年 6 月 1 日，浅层水、热、电导率观测时间为 2015 年 7 月 1 日至2017 年 6 月 30 日。深层土壤水分观测试验小区为直径 0.8m、深 10m 的大型土柱，为避免水分向土柱内扩散以及周围植物根系对水分的影响，土柱人工开挖后内壁用防水塑料膜与周围土层隔开。土柱选用白色薄膜（WF）覆盖，2 个重复，并以裸地为对照（CK），白色薄膜（WF）选用厚度为 0.015mm 的无色透明聚乙烯塑料膜，为保证降雨对土壤水分的补充，覆膜必须留有小孔，同时为降低土壤水分散失，试验进行双层覆盖，在上下层薄膜上设有若干不对称直径约 2—3 mm 的小孔，上下膜间距为 30 cm。试验布设见图 2-1。

等值线图,时空变化,土壤温度,平均温度

图3-9b、d、f 为 2016 年 7 月—2017 年 6 月三种处理的土壤温度变化等值线图。三种处理土壤温度在 7 月较高，随时间推进土壤温度逐渐下降，后随大气温度上升，土壤温度又逐渐升高，由表 3-10 可以看出，土壤温度在整个观测期内，三种处理土壤温度变化与气温呈正相关关系，随土壤深度向下，其相关性逐渐减小。土壤表层 5 cm 土层 BF 处理相关性最低，这是由炓膜的特性所决定，可见炓膜在高温时节可以起到降低温度的作用。15 cm 土层 BF 处理相关性最高，两种地膜覆盖的土壤温度相关性高于 CK。50 cm 土层WF 处理下土壤温度与大气温度的相关性最高，覆膜处理在 75cm 土层开始两者相关性相同，三种处理在 125cm 土层以下相关性相同。大气温度显著影响膜覆盖下的 0~50cm土层的土壤温度

【相似文献】