基于染色示踪的农膜残留农田土壤优先流特征
发布时间：2021-05-31 19:40
随着覆膜农作的发展,农膜残留日益严峻,严重影响土壤水流运动。为了探索农膜残留对水流运动的影响机制,在河套灌区九庄节水综合试验站,设计3种残膜量,分别为0,300,600 kg/hm2,于成熟期在各试验小区选择典型区域进行20,80 mm水量的染色示踪试验,共6个处理,研究不同残膜量对土壤物理特性的影响,基于染色示踪技术分析不同入渗量和不同残膜量对土壤水流运动的影响,并评价各处理土壤剖面的优先流特征。结果表明:随着残膜量增加,土壤容重、饱和导水率和土壤初始含水率呈下降趋势,而土壤孔隙度呈增大趋势,土壤中随机分布的残膜导致残膜处理（300,600 kg/hm2）的各物理参数有较高的变异系数。基于土壤染色剖面二值化图像分析,土壤优先流发育程度随残膜量和入渗量增加而提高,300,600 kg/hm2残膜量处理的最大染色深度(MDSD)和土壤染色剖面的变异系数（Cv）随残膜量增加而增大,与20 mm入渗量相比,80 mm入渗量下残膜处理的MDSD和Cv分别平均增加47.23%和27.34...
【文章来源】：水土保持学报. 2020,34(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
染色剖面示意
表1 不同残膜量条件下的土壤物理参数 年份 土层深度/cm 残膜量/(kg·hm-2) 初始含水率/% CV/% 容重/(g ·cm-3) CV/% 孔隙度/% CV/% 饱和导水率/(mm·h-1) CV/% 0 22.17a 0.84 1.41a 1.02 46.79c 1.19 35.08a 1.07 0—10 300 20.65b 2.50 1.37b 2.48 48.30b 4.11 31.63b 2.09 600 17.29c 3.25 1.31b 7.05 50.57a 7.89 29.68c 3.15 0 21.84a 1.13 1.44a 1.21 45.66c 2.01 37.34a 2.22 10—20 300 17.17b 3.07 1.34b 2.78 49.43b 3.54 33.16b 4.56 600 15.11c 4.07 1.27b 5.23 52.08a 5.76 30.27c 6.79 0 25.32a 0.91 1.45a 0.95 45.28c 1.10 33.53a 1.36 2017 20—30 300 19.61b 4.09 1.40b 3.18 47.17b 3.36 29.18b 3.18 600 18.44c 5.13 1.33c 6.33 49.81a 4.68 27.74c 5.86 0 27.71a 0.76 1.51a 0.88 43.02a 1.01 32.34a 0.99 30—40 300 27.18a 0.82 1.50a 0.91 43.40a 1.06 31.63a 1.04 600 26.58a 0.87 1.49a 1.08 43.77a 1.14 31.54a 1.10 0 25.33a 0.52 1.53a 0.88 42.26a 0.82 30.68a 0.53 40—50 300 24.88a 0.67 1.51a 0.95 43.02a 0.84 30.14a 0.56 600 24.38a 0.72 1.49a 1.01 43.77a 0.88 30.03a 0.61 0 23.32a 0.62 1.41a 1.43 46.75c 1.34 36.13a 1.23 0—10 300 20.12b 2.90 1.36ab 4.06 48.68b 2.98 33.33b 2.76 600 18.06c 3.19 1.31b 6.86 50.53a 5.68 30.79c 4.08 0 27.09a 1.25 1.45a 0.78 45.18c 1.08 36.75a 2.04 10—20 300 22.07b 2.56 1.30a 3.35 50.94b 2.68 34.16b 3.19 600 20.79c 3.51 1.27b 5.03 51.97a 6.04 31.27c 5.88 0 23.34a 0.80 1.51a 1.35 43.04c 0.76 34.24a 0.65 2018 20—30 300 21.30b 3.02 1.42a 5.21 46.42b 2.86 31.18b 3.32 600 18.36c 5.63 1.39b 7.49 47.57a 5.02 28.45c 5.19 0 21.89a 0.70 1.51a 0.97 42.96a 0.51 33.52a 0.79 30—40 300 21.38a 0.75 1.51a 1.02 43.02a 0.56 32.33a 0.84 600 20.97a 0.83 1.50a 1.22 43.34a 0.64 32.04a 0.93 0 21.14a 0.47 1.54a 0.87 41.91a 0.64 31.08a 0.44 40—50 300 20.72a 0.53 1.53a 0.91 42.26a 0.66 30.24a 0.68 600 20.45a 0.64 1.52a 0.93 42.67a 0.72 29.63a 0.74 注:同列不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。下同。2.3 不同残膜量对土壤剖面优先流特征指数的影响
由于上层土壤先接触入渗水,接触面比下层土壤大,所以总体上不同处理的染色面积比(DC)均随着土层加深而降低。残膜在土壤中的随机分布阻滞水流入渗,从而出现不同入渗量条件下残膜处理的DC在相同土层均小于无残膜处理(图3),不同入渗量下300,600 kg/hm2残膜量处理的DC平均值与无残膜处理(0 kg/hm2)相比,2年平均分别下降15.81%和28.51%(图4)。入渗量为20 mm时,0—10 cm土层300,600 kg/hm2残膜量处理的DC与0 kg/hm2处理相比,分别下降1.86%和6.12%;10—20 cm土层分别下降38.10%和51.76%(P<0.05),但在20—30 cm土层,600 kg/hm2残膜量处理反而更大,这主要是在20 mm入渗量条件下,平均入渗深度仅为20 cm,而残膜处理由于存在较多的优先流,其入渗深度增加,所以残膜量越大,DC越大。当入渗量为80 mm时,0—10 cm土层,300,600 kg/hm2残膜量处理的DC与0 kg/hm2处理相比,分别下降7.38%和13.59%;10—20 cm土层,分别下降25.66%和35.06%;20—30 cm土层,分别下降31.28%和54.98%。可见,入渗量为20 mm时,DC受残膜影响的主要土层在0—20 cm,入渗量为80 mm时,影响深度增加,主要在0—30 cm土层。另外,随着残膜量增加,残膜处理的DC与无残膜处理间差异在增大,也说明残膜越多优先流越易于发生。与无残膜处理相比,残膜处理的基质流深度(UniFr)在不同入渗量条件下均呈下降趋势,300,600 kg/hm2残膜量处理的UniFr下降43.65%和58.50%(图4b),其中300,600 kg/hm2残膜量处理的基质流深度(UniFr)在20 mm入渗量下2年平均分别降低34.49%和45.51%(P<0.05),300,600 kg/hm2残膜量处理在80 mm入渗量下分别降低50.58%和68.34%,这表明无残膜处理较残膜处理具有较好的基质流作用,相应的优先流程度降低。优先流比(PF-fr)和长度指数(Li)2个特征指数随着残膜量的增加而增大(图4c,d),300,600 kg/hm2残膜量处理的PF-fr较无残膜处理增加14.53%和32.46%;Li增加19.31%和55.20%,其中20 mm入渗量下300,600 kg/hm2残膜量处理的PF-fr分别是0 kg/hm2处理的1.13,1.27倍,Li 2年平均分别为99.93和121.29,相比0 kg/hm2处理分别增加14.82%和39.36%;在80 mm入渗量条件下,300,600 kg/hm2残膜量处理的PF-fr分别较0 kg/hm2处理分别增加16.08%和37.80%,Li 2年平均分别增加23.11%和68.61%。可见,残膜量增加使得PF-fr和Li2个指标增大,即残膜处理的优先流发育程度较高。此外,随着入渗量的增大,残膜的影响效应增大,其中从无残膜到300 kg/hm2残膜量后,20,80 mm入渗量的DC的降低值分别为10.56%和18.38%,UniFr的降低值分别为34.49%和50.58%,降幅程度分别增加74.09%和46.62%;PF-fr和Li增幅程度分别增加25.45%和55.94%;当残膜量从300 kg/hm2增加到600 kg/hm2后,DC和UniFr降幅程度分别增加34.48%和113.74%,PF-fr和Li增幅程度分别提高53.69%和72.92%。可见,残膜量越大优先流程度越大,在相同残膜量条件下入渗量越大,优先流现象越明显。
【参考文献】：
期刊论文
[1]长期机械耕作压实对绿洲农田土壤优先流的影响[J]. 闫加亮,赵文智. 生态学杂志. 2019(05)
[2]长白山系榛子灌木林根系对优先流的影响[J]. 王赵男,辛颖,赵雨森. 林业科学研究. 2017(06)
[3]基于多指标评价和分形维数的坡耕地优先流定量分析[J]. 张东旭,张洪江,程金花. 农业机械学报. 2017(12)
[4]覆膜年限及灌水方法对河套灌区农膜残留的影响[J]. 王志超,李仙岳,史海滨,丁宗江,张景俊,郭宇,王美荣. 农业工程学报. 2017(14)
[5]农田残膜污染治理技术研究现状与展望[J]. 赵岩,陈学庚,温浩军,郑炫,牛琪,康建明. 农业机械学报. 2017(06)
[6]残留地膜对棉花和玉米苗期根系形态和生理特性的影响[J]. 李元桥,何文清,严昌荣,郭瑞,赵彩霞. 农业资源与环境学报. 2017(02)
[7]再生水灌溉对农田土壤水流运动影响的研究进展[J]. 盛丰,吴丹,张利勇. 农业工程学报. 2016(S2)
[8]点源供水条件下残膜对土壤水分运移的影响[J]. 李元桥,何文清,严昌荣,毛丽丽,刘爽. 农业工程学报. 2015(06)
[9]基于染色图像变异性分析的优先流程度定量评价[J]. 陈晓冰,张洪江,程金花,张福明,张欣,阮芯竹. 农业机械学报. 2015(05)
[10]农膜残留对土壤水动力参数及土壤结构的影响[J]. 王志超,李仙岳,史海滨,孙敏,丁涛,王成刚. 农业机械学报. 2015(05)
硕士论文
[1]鹫峰国家森林公园土壤水力参数和溶质运移研究[D]. 肖自幸.北京林业大学 2012
本文编号：3208853
【文章来源】：水土保持学报. 2020,34(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
染色剖面示意
表1 不同残膜量条件下的土壤物理参数 年份 土层深度/cm 残膜量/(kg·hm-2) 初始含水率/% CV/% 容重/(g ·cm-3) CV/% 孔隙度/% CV/% 饱和导水率/(mm·h-1) CV/% 0 22.17a 0.84 1.41a 1.02 46.79c 1.19 35.08a 1.07 0—10 300 20.65b 2.50 1.37b 2.48 48.30b 4.11 31.63b 2.09 600 17.29c 3.25 1.31b 7.05 50.57a 7.89 29.68c 3.15 0 21.84a 1.13 1.44a 1.21 45.66c 2.01 37.34a 2.22 10—20 300 17.17b 3.07 1.34b 2.78 49.43b 3.54 33.16b 4.56 600 15.11c 4.07 1.27b 5.23 52.08a 5.76 30.27c 6.79 0 25.32a 0.91 1.45a 0.95 45.28c 1.10 33.53a 1.36 2017 20—30 300 19.61b 4.09 1.40b 3.18 47.17b 3.36 29.18b 3.18 600 18.44c 5.13 1.33c 6.33 49.81a 4.68 27.74c 5.86 0 27.71a 0.76 1.51a 0.88 43.02a 1.01 32.34a 0.99 30—40 300 27.18a 0.82 1.50a 0.91 43.40a 1.06 31.63a 1.04 600 26.58a 0.87 1.49a 1.08 43.77a 1.14 31.54a 1.10 0 25.33a 0.52 1.53a 0.88 42.26a 0.82 30.68a 0.53 40—50 300 24.88a 0.67 1.51a 0.95 43.02a 0.84 30.14a 0.56 600 24.38a 0.72 1.49a 1.01 43.77a 0.88 30.03a 0.61 0 23.32a 0.62 1.41a 1.43 46.75c 1.34 36.13a 1.23 0—10 300 20.12b 2.90 1.36ab 4.06 48.68b 2.98 33.33b 2.76 600 18.06c 3.19 1.31b 6.86 50.53a 5.68 30.79c 4.08 0 27.09a 1.25 1.45a 0.78 45.18c 1.08 36.75a 2.04 10—20 300 22.07b 2.56 1.30a 3.35 50.94b 2.68 34.16b 3.19 600 20.79c 3.51 1.27b 5.03 51.97a 6.04 31.27c 5.88 0 23.34a 0.80 1.51a 1.35 43.04c 0.76 34.24a 0.65 2018 20—30 300 21.30b 3.02 1.42a 5.21 46.42b 2.86 31.18b 3.32 600 18.36c 5.63 1.39b 7.49 47.57a 5.02 28.45c 5.19 0 21.89a 0.70 1.51a 0.97 42.96a 0.51 33.52a 0.79 30—40 300 21.38a 0.75 1.51a 1.02 43.02a 0.56 32.33a 0.84 600 20.97a 0.83 1.50a 1.22 43.34a 0.64 32.04a 0.93 0 21.14a 0.47 1.54a 0.87 41.91a 0.64 31.08a 0.44 40—50 300 20.72a 0.53 1.53a 0.91 42.26a 0.66 30.24a 0.68 600 20.45a 0.64 1.52a 0.93 42.67a 0.72 29.63a 0.74 注:同列不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。下同。2.3 不同残膜量对土壤剖面优先流特征指数的影响
由于上层土壤先接触入渗水,接触面比下层土壤大,所以总体上不同处理的染色面积比(DC)均随着土层加深而降低。残膜在土壤中的随机分布阻滞水流入渗,从而出现不同入渗量条件下残膜处理的DC在相同土层均小于无残膜处理(图3),不同入渗量下300,600 kg/hm2残膜量处理的DC平均值与无残膜处理(0 kg/hm2)相比,2年平均分别下降15.81%和28.51%(图4)。入渗量为20 mm时,0—10 cm土层300,600 kg/hm2残膜量处理的DC与0 kg/hm2处理相比,分别下降1.86%和6.12%;10—20 cm土层分别下降38.10%和51.76%(P<0.05),但在20—30 cm土层,600 kg/hm2残膜量处理反而更大,这主要是在20 mm入渗量条件下,平均入渗深度仅为20 cm,而残膜处理由于存在较多的优先流,其入渗深度增加,所以残膜量越大,DC越大。当入渗量为80 mm时,0—10 cm土层,300,600 kg/hm2残膜量处理的DC与0 kg/hm2处理相比,分别下降7.38%和13.59%;10—20 cm土层,分别下降25.66%和35.06%;20—30 cm土层,分别下降31.28%和54.98%。可见,入渗量为20 mm时,DC受残膜影响的主要土层在0—20 cm,入渗量为80 mm时,影响深度增加,主要在0—30 cm土层。另外,随着残膜量增加,残膜处理的DC与无残膜处理间差异在增大,也说明残膜越多优先流越易于发生。与无残膜处理相比,残膜处理的基质流深度(UniFr)在不同入渗量条件下均呈下降趋势,300,600 kg/hm2残膜量处理的UniFr下降43.65%和58.50%(图4b),其中300,600 kg/hm2残膜量处理的基质流深度(UniFr)在20 mm入渗量下2年平均分别降低34.49%和45.51%(P<0.05),300,600 kg/hm2残膜量处理在80 mm入渗量下分别降低50.58%和68.34%,这表明无残膜处理较残膜处理具有较好的基质流作用,相应的优先流程度降低。优先流比(PF-fr)和长度指数(Li)2个特征指数随着残膜量的增加而增大(图4c,d),300,600 kg/hm2残膜量处理的PF-fr较无残膜处理增加14.53%和32.46%;Li增加19.31%和55.20%,其中20 mm入渗量下300,600 kg/hm2残膜量处理的PF-fr分别是0 kg/hm2处理的1.13,1.27倍,Li 2年平均分别为99.93和121.29,相比0 kg/hm2处理分别增加14.82%和39.36%;在80 mm入渗量条件下,300,600 kg/hm2残膜量处理的PF-fr分别较0 kg/hm2处理分别增加16.08%和37.80%,Li 2年平均分别增加23.11%和68.61%。可见,残膜量增加使得PF-fr和Li2个指标增大,即残膜处理的优先流发育程度较高。此外,随着入渗量的增大,残膜的影响效应增大,其中从无残膜到300 kg/hm2残膜量后,20,80 mm入渗量的DC的降低值分别为10.56%和18.38%,UniFr的降低值分别为34.49%和50.58%,降幅程度分别增加74.09%和46.62%;PF-fr和Li增幅程度分别增加25.45%和55.94%;当残膜量从300 kg/hm2增加到600 kg/hm2后,DC和UniFr降幅程度分别增加34.48%和113.74%,PF-fr和Li增幅程度分别提高53.69%和72.92%。可见,残膜量越大优先流程度越大,在相同残膜量条件下入渗量越大,优先流现象越明显。
【参考文献】：
期刊论文
[1]长期机械耕作压实对绿洲农田土壤优先流的影响[J]. 闫加亮,赵文智. 生态学杂志. 2019(05)
[2]长白山系榛子灌木林根系对优先流的影响[J]. 王赵男,辛颖,赵雨森. 林业科学研究. 2017(06)
[3]基于多指标评价和分形维数的坡耕地优先流定量分析[J]. 张东旭,张洪江,程金花. 农业机械学报. 2017(12)
[4]覆膜年限及灌水方法对河套灌区农膜残留的影响[J]. 王志超,李仙岳,史海滨,丁宗江,张景俊,郭宇,王美荣. 农业工程学报. 2017(14)
[5]农田残膜污染治理技术研究现状与展望[J]. 赵岩,陈学庚,温浩军,郑炫,牛琪,康建明. 农业机械学报. 2017(06)
[6]残留地膜对棉花和玉米苗期根系形态和生理特性的影响[J]. 李元桥,何文清,严昌荣,郭瑞,赵彩霞. 农业资源与环境学报. 2017(02)
[7]再生水灌溉对农田土壤水流运动影响的研究进展[J]. 盛丰,吴丹,张利勇. 农业工程学报. 2016(S2)
[8]点源供水条件下残膜对土壤水分运移的影响[J]. 李元桥,何文清,严昌荣,毛丽丽,刘爽. 农业工程学报. 2015(06)
[9]基于染色图像变异性分析的优先流程度定量评价[J]. 陈晓冰,张洪江,程金花,张福明,张欣,阮芯竹. 农业机械学报. 2015(05)
[10]农膜残留对土壤水动力参数及土壤结构的影响[J]. 王志超,李仙岳,史海滨,孙敏,丁涛,王成刚. 农业机械学报. 2015(05)
硕士论文
[1]鹫峰国家森林公园土壤水力参数和溶质运移研究[D]. 肖自幸.北京林业大学 2012
本文编号：3208853
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