秸秆覆盖对岩溶区稻田土壤优先路径特征的影响
发布时间：2021-12-17 17:25
为探究秸秆覆盖对桂北岩溶区水稻田土壤优先路径的影响,采用野外染色示踪方法,结合图像形态学解析技术与空间统计分析方法,研究桂北岩溶区秸秆覆盖与非覆盖条件下水稻田优先路径及其空间分布特征。结果表明:随土壤深度的增加,秸秆覆盖条件下的水稻田土壤染色形态呈表层整体分散分布向深层团块状零散分布形态转变,而非秸秆覆盖条件下的土壤染色形态以聚集枝状裂隙为主向两侧团块状分布形态转变,且秸秆覆盖的水稻田平均总染色面积比（18.23%）仅是非秸秆覆盖的0.75倍,二者之间差异显著（P<0.05）。秸秆覆盖条件下水稻田的平均优先路径总数量（6 323）仅是非秸秆覆盖条件下的0.81倍,二者优先路径数量均随土壤深度的增加而降低,但覆盖条件下水稻田的优先路径数量下降最快,以4.48倍速减小,其优先路径的平均复杂度为2.11,而非覆盖条件下水稻田优先路径平均复杂度为2.15,二者之间差异性显著（P<0.05）,非秸秆覆盖下的水稻田优先路径复杂扭曲程度更高,秸秆覆盖措施影响水稻田优先路径。秸秆覆盖措施提高了田间土壤含水量,加快了土壤表层水流运动状态,但降低了深层土壤中优先流的发育程度,减少了田间水肥深层...
【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(29)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
染色剖面示意图
如图2所示,秸秆覆盖条件下水稻田土壤染色面积随土壤深度的增加呈逐渐减小(0～40 cm)再增大(40～50 cm)的变化趋势,染色形态由土壤表层(0～10 cm)分散覆盖在整个土壤水平剖面中,逐渐转变为呈团块状(10～50 cm)分布在整个土壤水平剖面。而非覆盖条件下水稻田土壤染色形态随土壤深度的增加,染色面积整体上呈先减小(0～30 cm)后增大(30～40 cm)再减小(40～50 cm)的变化趋势,土壤表层(0～30 cm)染色形态呈枝状裂隙形态集中分布在整个水平剖面上,与覆盖条件下的水稻田相比差异明显,随土壤深度的继续增加(30～50 cm),枝状裂隙形态消失进而转变为团块状染色形态聚集分布在土壤水平剖面的边缘处。在整个土壤空间(0～50 cm),秸秆覆盖条件下的水稻田0～20 cm土壤表层染色形态分布范围与状况相比非覆盖条件下的水稻田更为广泛与复杂,说明其水流运动状态更活跃,即优先流运动过程更为剧烈,优先流发育程度相对较高,且优先流分布并贯穿整个土壤水平空间。而非覆盖条件下的水稻田则表现为较集中的枝状裂隙优先流运动状态,水流运动路径较秸秆覆盖下的土壤更为集中。随土壤深度的进一步增加,土壤深度40～50 cm范围内两种不同覆盖条件下的水稻田染色形态均呈块状分布于整个土壤剖面内,但分布范围与分布面积仍有显著差别,表现为覆盖下的染色形态分散更均匀。但非覆盖下的水稻田土壤水平染色面积却较大,说明非覆盖条件下的水稻田深层土壤水流运动过程相对剧烈,其优先流程度相对覆盖条件下更高。
土壤空间上下优先路径分布范围的大小在一定程度上可代表优先流运动范围的大小[15]。为了降低土壤水分运动时向两侧移动对分析染色面积所造成的影响,以2 cm的单位宽度对水平剖面图像沿水平方向进行染色面积比分析,结果如图3所示。0～10 cm土壤深度范围内秸秆覆盖下的水稻田相对非秸秆覆盖水稻田,表现为在水平宽度0～50 cm范围内染色面积比无显著变化(P≥0.05),即染色面积比变化较小,总体呈均匀分布状态(57.91%),说明土壤表层优先路径分布较为均匀。随土壤深度增加,土壤10～20 cm深度下的水平染色面积比显著降低(P<0.05),其平均值仅为27.16%,且在土壤0～30 cm水平宽度上染色面积比出现较明显的波浪形分布形态,表明优先路径主要集中分布在0～30 cm水平范围内,且该处的优先流运动较剧烈。随土壤深度的进一步增加(20～50 cm),秸秆覆盖下的水稻田0～50 cm土壤水平宽度上染色面积比显著降低,平均值仅为2.03%,但单位宽度上的染色面积比值仍呈现相对均匀的分布状态,说明优先路径整体均匀分布在整个土壤空间中。而非覆盖下的水稻田在土壤表层内(0～20 cm)沿0～50 cm 水平宽度呈现染色面积比逐渐增加的变化趋势,出现了较明显的水流侧向运动状态,表明非覆盖下的水稻田优先路径相对覆盖条件较集中分布在土壤空间中,且随土壤深度增加优先路径逐渐侧向发育。土壤深度20～50 cm范围内,单位宽度的染色面积比显著降低,但仍呈现较明显的波浪形分布状态,且波锋逐层向两侧偏移。非覆盖条件下的水稻田在土壤20～50 cm深度范围内的单位宽度染色面积比分布状态进一步表明其优先流发育程度相对覆盖条件下的水稻田更高。通过对不同覆盖下水稻田的不同深度土壤染色面积比进行统计,结果如表1所示,可以得出0～10 cm土壤深度下秸秆覆盖水稻田的染色面积比最大,其平均值为57.91%,在10～30 cm土壤深度范围内染色面积比随土壤深度的增加显著降低(P<0.05),而在土壤深度为30～50 cm范围内平均值仅为2.03%,相比土壤表层较小,说明秸秆覆盖下的水稻田在0～10 cm土壤表层水流运动形式相对较强。非覆盖条件下在土壤0～10 cm深度范围内平均染色面积比为43.27%。随土壤深度的增加,在土壤深层30～50 cm平均染色面积比达14.91%,是覆盖条件下的7.34倍,相对秸秆覆盖水稻田其在土壤深层仍有较高的优先流发育。
【参考文献】：
期刊论文
[1]干湿交替条件下稻田土壤裂隙开闭规律[J]. 段赫,刘目兴,易军,朱钊岑,朱强,张海林. 水土保持研究. 2020(02)
[2]亚热带红壤区不同土地利用方式下的土壤剖面水流特征[J]. 张海林,杨秀锋,易军,刘晓利,刘秀芸,刘目兴,陶凯,李胜龙. 水土保持学报. 2019(06)
[3]秸秆带状覆盖对半干旱雨养区冬小麦耗水特征和产量的影响[J]. 常磊,韩凡香,柴雨葳,包正育,程宏波,黄彩霞,杨德龙,柴守玺. 应用生态学报. 2019(12)
[4]桂北岩溶区典型农地土壤优先流特征[J]. 李振东,朱彦光,陈晓冰,甘磊,张宗急,方荣杰,程芳丽. 水土保持研究. 2019(05)
[5]秸秆覆盖与耕作方式对土壤水分特性的影响[J]. 刘继龙,李佳文,周延,付强,张玲玲,刘璐. 农业机械学报. 2019(07)
[6]基于RUSLE模型的喀斯特峰丛洼地土壤侵蚀及其养分流失评估[J]. 曾成,白晓永,李阳兵. 科学技术与工程. 2018(10)
[7]稻田—田埂过渡区土壤优先流特征研究[J]. 李胜龙,易军,刘目兴,张君,杨燕,张海林. 土壤学报. 2018(05)
[8]不同水耕年限稻田土壤水分运动特征研究[J]. 杨燕,易军,刘目兴,张君,李胜龙. 长江流域资源与环境. 2017(02)
[9]秋耕覆盖对马铃薯生长及水分利用效率的影响[J]. 侯贤清,汤京,余龙龙,赵凤萍,王全旺,虎恩娟,魏科润. 排灌机械工程学报. 2016(02)
[10]基于林分空间结构分析方法的土壤大孔隙空间结构研究[J]. 陈晓冰,程金花,陈引珍,张洪江,张福明,姚晶晶. 农业机械学报. 2015(11)
本文编号：3540588
【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(29)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
染色剖面示意图
如图2所示,秸秆覆盖条件下水稻田土壤染色面积随土壤深度的增加呈逐渐减小(0～40 cm)再增大(40～50 cm)的变化趋势,染色形态由土壤表层(0～10 cm)分散覆盖在整个土壤水平剖面中,逐渐转变为呈团块状(10～50 cm)分布在整个土壤水平剖面。而非覆盖条件下水稻田土壤染色形态随土壤深度的增加,染色面积整体上呈先减小(0～30 cm)后增大(30～40 cm)再减小(40～50 cm)的变化趋势,土壤表层(0～30 cm)染色形态呈枝状裂隙形态集中分布在整个水平剖面上,与覆盖条件下的水稻田相比差异明显,随土壤深度的继续增加(30～50 cm),枝状裂隙形态消失进而转变为团块状染色形态聚集分布在土壤水平剖面的边缘处。在整个土壤空间(0～50 cm),秸秆覆盖条件下的水稻田0～20 cm土壤表层染色形态分布范围与状况相比非覆盖条件下的水稻田更为广泛与复杂,说明其水流运动状态更活跃,即优先流运动过程更为剧烈,优先流发育程度相对较高,且优先流分布并贯穿整个土壤水平空间。而非覆盖条件下的水稻田则表现为较集中的枝状裂隙优先流运动状态,水流运动路径较秸秆覆盖下的土壤更为集中。随土壤深度的进一步增加,土壤深度40～50 cm范围内两种不同覆盖条件下的水稻田染色形态均呈块状分布于整个土壤剖面内,但分布范围与分布面积仍有显著差别,表现为覆盖下的染色形态分散更均匀。但非覆盖下的水稻田土壤水平染色面积却较大,说明非覆盖条件下的水稻田深层土壤水流运动过程相对剧烈,其优先流程度相对覆盖条件下更高。
土壤空间上下优先路径分布范围的大小在一定程度上可代表优先流运动范围的大小[15]。为了降低土壤水分运动时向两侧移动对分析染色面积所造成的影响,以2 cm的单位宽度对水平剖面图像沿水平方向进行染色面积比分析,结果如图3所示。0～10 cm土壤深度范围内秸秆覆盖下的水稻田相对非秸秆覆盖水稻田,表现为在水平宽度0～50 cm范围内染色面积比无显著变化(P≥0.05),即染色面积比变化较小,总体呈均匀分布状态(57.91%),说明土壤表层优先路径分布较为均匀。随土壤深度增加,土壤10～20 cm深度下的水平染色面积比显著降低(P<0.05),其平均值仅为27.16%,且在土壤0～30 cm水平宽度上染色面积比出现较明显的波浪形分布形态,表明优先路径主要集中分布在0～30 cm水平范围内,且该处的优先流运动较剧烈。随土壤深度的进一步增加(20～50 cm),秸秆覆盖下的水稻田0～50 cm土壤水平宽度上染色面积比显著降低,平均值仅为2.03%,但单位宽度上的染色面积比值仍呈现相对均匀的分布状态,说明优先路径整体均匀分布在整个土壤空间中。而非覆盖下的水稻田在土壤表层内(0～20 cm)沿0～50 cm 水平宽度呈现染色面积比逐渐增加的变化趋势,出现了较明显的水流侧向运动状态,表明非覆盖下的水稻田优先路径相对覆盖条件较集中分布在土壤空间中,且随土壤深度增加优先路径逐渐侧向发育。土壤深度20～50 cm范围内,单位宽度的染色面积比显著降低,但仍呈现较明显的波浪形分布状态,且波锋逐层向两侧偏移。非覆盖条件下的水稻田在土壤20～50 cm深度范围内的单位宽度染色面积比分布状态进一步表明其优先流发育程度相对覆盖条件下的水稻田更高。通过对不同覆盖下水稻田的不同深度土壤染色面积比进行统计,结果如表1所示,可以得出0～10 cm土壤深度下秸秆覆盖水稻田的染色面积比最大,其平均值为57.91%,在10～30 cm土壤深度范围内染色面积比随土壤深度的增加显著降低(P<0.05),而在土壤深度为30～50 cm范围内平均值仅为2.03%,相比土壤表层较小,说明秸秆覆盖下的水稻田在0～10 cm土壤表层水流运动形式相对较强。非覆盖条件下在土壤0～10 cm深度范围内平均染色面积比为43.27%。随土壤深度的增加,在土壤深层30～50 cm平均染色面积比达14.91%,是覆盖条件下的7.34倍,相对秸秆覆盖水稻田其在土壤深层仍有较高的优先流发育。
【参考文献】：
期刊论文
[1]干湿交替条件下稻田土壤裂隙开闭规律[J]. 段赫,刘目兴,易军,朱钊岑,朱强,张海林. 水土保持研究. 2020(02)
[2]亚热带红壤区不同土地利用方式下的土壤剖面水流特征[J]. 张海林,杨秀锋,易军,刘晓利,刘秀芸,刘目兴,陶凯,李胜龙. 水土保持学报. 2019(06)
[3]秸秆带状覆盖对半干旱雨养区冬小麦耗水特征和产量的影响[J]. 常磊,韩凡香,柴雨葳,包正育,程宏波,黄彩霞,杨德龙,柴守玺. 应用生态学报. 2019(12)
[4]桂北岩溶区典型农地土壤优先流特征[J]. 李振东,朱彦光,陈晓冰,甘磊,张宗急,方荣杰,程芳丽. 水土保持研究. 2019(05)
[5]秸秆覆盖与耕作方式对土壤水分特性的影响[J]. 刘继龙,李佳文,周延,付强,张玲玲,刘璐. 农业机械学报. 2019(07)
[6]基于RUSLE模型的喀斯特峰丛洼地土壤侵蚀及其养分流失评估[J]. 曾成,白晓永,李阳兵. 科学技术与工程. 2018(10)
[7]稻田—田埂过渡区土壤优先流特征研究[J]. 李胜龙,易军,刘目兴,张君,杨燕,张海林. 土壤学报. 2018(05)
[8]不同水耕年限稻田土壤水分运动特征研究[J]. 杨燕,易军,刘目兴,张君,李胜龙. 长江流域资源与环境. 2017(02)
[9]秋耕覆盖对马铃薯生长及水分利用效率的影响[J]. 侯贤清,汤京,余龙龙,赵凤萍,王全旺,虎恩娟,魏科润. 排灌机械工程学报. 2016(02)
[10]基于林分空间结构分析方法的土壤大孔隙空间结构研究[J]. 陈晓冰,程金花,陈引珍,张洪江,张福明,姚晶晶. 农业机械学报. 2015(11)
本文编号：3540588
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