压砂地土壤水分的时空稳定性特征研究

发布时间：2020-06-28 08:00

【摘要】：压砂地是在农田表层按一定比例的不同粒径砂石覆盖和免耕为核心的保护性耕作模式。土壤表层压砂后具有蓄水保墒、隔热保温、抑制土壤水分蒸发、防止土壤盐渍化、保持土壤肥力、抑制杂草滋生、减轻病虫危害、减少地表径流、防止土壤水蚀和风蚀,提高水分利用率等作用。以西北旱区有着300多年历史的压砂地为研究对象,基于野外大田试验,以网格最小尺寸进行矩形采样,利用时间稳定性分析获得了准确可靠的土壤水分时空分布模式,掌握了压砂地土壤水分的时空变化规律及土壤入渗能力,以期为压砂地农业生产提供理论依据和支撑,对降水资源的有效涵养利用及旱区农业生产具有重要意义。本文分析了不同种植年限压砂地土壤水分时空稳定性特征及入渗规律,构建了土壤水分入渗模型,其主要内容有:(1)裸地及新、中、老砂地土壤水分的变异性只有少数几个时间点属于弱变异,其余都属于中等变异;平均相对偏差(-14.81%~12.84%)及标准差(0.78%~18.99%)变化范围较小,可以选择代表性测点39、测点42、测点10和测点4代表裸地及新、中、老砂地土壤水分平均值的估计值,Spearman秩相关系数和显著性水平较高;利用最小二乘法对代表性测点与土壤水分均值进行统计回归分析,相关系数R介于0.8640~0.9973,标准误差和平均偏差较小。以期为该区域合理布设土壤水分监测点提供理论依据,实现对研究区墒情的准确预测。(2)压砂地不同土层土壤水分差异较明显,表层土壤水分变异性最强,随着土层深度的增大,变异性减弱。0~10cm土壤水分等值线图高低值区差异较明显,图形破碎化程度较大,随着土层深度的增大,土壤水分等值线由密变疏,逐渐趋于平滑,图形的破碎化程度相对减弱,斑块的空间连续性增强。土壤水分在干旱条件下斑块的空间破碎化程度高于湿润条件下,时间稳定性随土层厚度的增加而增强,平均相对偏差及标准差变化范围较小,可以选择代表性测点代表0~10、10~20、20~30、30~50cm土壤水分平均值的估计值。利用2013年数据建立的统计回归模型对2014年不同土层代表性测点土壤水分进行预测,预测精度较高,表明代表性测点可表征整个研究区土壤水分的均值。(3)不同降雨脉动条件下压砂地表现出不同强度的空间变异性,当降雨脉动7.1mm时第1天,新、中及老砂地土壤平均含水量低于裸地,但在第3天,分别比裸地增加了5.5344%、4.7829%和4.0235%。由于大降水事件对小降水事件有影响,降雨脉动1.9mm时除老砂地第3天外,压砂地土壤含水量均高于降水脉动7.1mm时,而裸地明显低于降水脉动7.1mm时。压砂地土壤平均含水量表现为新砂地中砂地老砂地,第3天第2天第1天,土壤含水量属于弱变异和中等变异。在不同降雨脉动条件下,新砂地土壤水分最佳理论模型为高斯模型,中砂地、老砂地的最佳理论模型为球状和指数模型,裸地可用球状、指数和高斯模型模拟。由于地形地貌的影响土壤水分三维空间分布图表现出“凹凸不平”的分布状况。为土壤水分的高效利用提供理论依据。(4)土壤水分入渗能力依次为:新砂地中砂地老砂地裸地(CK),入渗初期新砂地入渗能力明显高于中、老砂地及裸地,压砂地入渗速率新砂地最高,中砂地、老砂地次之,裸地土壤水分入渗过程呈指数负相关,压砂地土壤水分入渗均呈幂函数负相关,土壤累积入渗量随着时间的推移呈幂函数正相关,相关系数介于0.9764~0.9960;Horton模型与Kostiakov模型均可描述压砂地土壤水分入渗规律,可以代表压砂地土壤水分入渗模型;根据灰关联度的大小,土壤水分入渗能力依次为:新砂地(1.000)中砂地(0.756)老砂地(0.729)裸地(0.622)。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S152.7

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本文编号：2732777