干旱区农田秸秆还田条件下二维土壤水分运移试验及模拟研究

发布时间：2020-11-18 03:19

　　 随着社会经济的飞速发展,生态环境不断恶化,水资源短缺问题日益严峻,新疆由于其独特的地理环境,使得绿洲农业成为控制新疆经济发展的重要因素之一。渭-库绿洲位于塔里木盆地边缘,属于新疆典型的干旱区绿洲,降水少,蒸发强,水资源利用率低,一系列问题威胁着绿洲地区的农业可持续发展。研究该地区的土壤水分运移规律,是解决该地区农业问题的重要途径之一。借鉴国内外研究成果,在秸秆还田的基础上,以优化环境、改良土壤结构、提高农田灌溉效率,优化干旱区水资源为目的,从微观尺度上对干旱区农田秸秆还田量以及还田深度与土壤的水分运动的关系进行研究。野外采集玉米秸秆与0-40cm深度的土壤,采用室内土箱进行非饱和二维土壤入渗实验,测定土壤物理参数、湿润锋运移、入渗速率、累积入渗量、土壤体积含水率以及土水势,在此基础上,用HYDRUS-2D软件对土壤水分特征曲线和土壤水分入渗过程进行数值模拟与分析,并用实测值对模型进行校正与检验。结论如下:1、秸秆还田在一定程度上改变了土壤的导水性和锁水性,使得耕层土壤疏松,起到了稳水保肥、增加有机质的效果。2、混掺物的混掺比例和埋深深度对土壤水分入渗的影响是不同的,导致不同还田条件下,累积入渗量、入渗速率、湿润锋推移、土壤体积含水率的差异。对不同混掺比的处理进行对比,结果显示混掺比越大,混掺物的作用效果越明显。3、研究区土壤水分二维入渗试验研究中,湿润锋近似1/4椭球形,垂直方向的推移距离略大于水平方向;累积入渗量随着入渗的进行而增加,增加速度逐渐降低,一定时间后趋于稳定;入渗速率在入渗开始时最快,随着时间的推移而降低,最终趋于稳定,但在埋深为0-30cm、0-40cm时入渗速率有跳动。4、为了寻找最优的秸秆还田量和还田深度,对不同试验组在入渗过程中的入渗情况进行观察与分析。研究发现,当土壤中秸秆混掺比例为20%时,由于混掺比例过高,水分易渗漏;当土壤中秸秆混掺比例为10%、混掺物埋深深度在0-30cm时,水分下渗速度适中,中、高土壤体积含水率分布面积均匀;当混掺比例为5%时,入渗速率、土壤体积含水率与纯土差异过小。5、借助HYDRUS-2D软件对土壤水分特征曲线进行数值模拟,并与实测数据结合,选取最优经验模型。模拟得到的土壤水分特征曲线整体上呈现“快速下降-缓慢下降-基本平稳”的变化趋势,符合土壤水分特征曲线的基本规律。6、借助HYDRUS-2D模型对土壤水分入渗过程进行模拟,利用实测值校正后的参数模拟得出最终结果。模拟的湿润锋与试验中绘制的湿润锋误差控制在0.25mm内,选定的秸秆还田方式的模拟与实测土壤体积含水率的拟合度达85%以上,模拟效果良好。本文从微观角度出发,基于土壤水动力学的理论基础基于土壤水分运移的物理机制,结合秸秆还田,通过模拟土壤环境的土箱进行入渗试验,对比分析不同程度的秸秆混掺对土壤水分入渗特征的影响,得到基于HYDRUS-2D的土壤水分运移模型,为土壤水分的区域化研究做基础,从而提高水资源利用率,为改良土壤提供参考。
【学位单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S152.7;S141.4
【部分图文】：

技术路线图

新疆大学硕士研究生学位论文验装置.3.1 入渗试验装置次试验时间为，2017 年 6 月 21 日-2017 年 8 月 20 日，试验地点为新疆楼试验室。内入渗试验装置如图 2-1 所示，马氏瓶为供水系统，有机玻璃土箱为模马氏瓶是一种可以向土箱持续供水的恒压供水装置，通过控制与土柱的可以控制入渗水头，入渗速率是定时读取马氏瓶上的刻度，由入渗时间计算得出。箱为长 40cm×宽 10cm×高 50cm 的矩形有机玻璃土箱，土箱壁厚 0.8cm和土箱用橡胶橡皮管相连。试验装置、垄沟断面尺寸如图 2-1 所示。

图 2-2 室内积水入渗试验装置图Fig. 2-2 Water infiltration test physical device diagram.2 土壤参数测定装置参数测定装置为德国 LY-UMS 室内蒸渗仪所带的 EC-5 和张力计，数有土壤体积含水率和土壤水势。2-3（a）为张力计，用来测定土壤水势。张力计的顶端是由陶土材料，是仪器的感应部件，将张力计安设于土壤中，要使陶土头与土壤时可以把土壤和张力计看做一个系统，张力计中的无气蒸馏水与土了达到平衡，会发生水分流动，水分流向吸力较大的一方，其测量0 hpa。陶土头有许多细小孔隙，陶土头充满水后会形成水膜，将密封计插入水分不饱和的土壤后，水膜与土壤水连结，使张力计内部产含水率越小则产生的负压则越大[69]。特殊的制造工艺使其具有良好
【参考文献】

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本文编号：2888270