半干旱黄土区不同土地利用方式对土壤水分入渗的影响

发布时间：2020-09-19 08:01

　　半干旱黄土区沟壑纵横,地下水埋藏较深,且降水量有限,当地农业以雨养为主,水分为限制黄土高原半干旱区农业生产力的主要因素。研究表明,农牧结合的农业经营模式是最适合该区农业的发展方向。苜蓿是该地区传统的饲料作物之一,种植历史悠久。研究表明种植牧草苜蓿和种植传统粮食作物对土壤物理性质如土壤总孔隙度、土壤容重、土壤饱和导水率产生不同影响,同时因水分消耗强度和程度不同,会导致土壤剖面水分状态呈现差异,从而影响降雨对土壤的入渗补给,结果反过来又影响作物对水分的吸收利用。本试验在同一背景下通过连续两年的连作苜蓿地、玉米地(前茬小麦轮作)、撂荒地三种土地利用方式作为处理,以土壤水分的运移和入渗为重点对如下问题进行研究和探讨:1)三种土地利用方式下土壤水分的亏缺状态;2)三种土地利用方式对土壤物理性质(容重、孔隙度、饱和导水率、土壤水分特征曲线)的影响;3)进行水分补充(模拟全年降雨量350 mm),研究三种土地利用方式下土壤水分运移和入渗补给效果(从土壤水分入渗深度和入渗补给量两个方面进行衡量);4)分析三种土地利用方式造成土壤水分运移和入渗补给差异的原因。本实验在模拟当地全年降雨量进行水分补充的情况下,测定土壤含水量和储水量的变化;通过染色示踪方法记录土壤垂直剖面水分运移;用剖面染色百分比来衡量土壤优先流的发生范围。在模拟降雨之前测定土壤含水量以及土壤孔隙度、土壤容重、土壤饱和导水率。用挖掘法采集根系,用EPSON V800和WinRHIZO对根系进行扫描和分析。离心机法测定土壤水分特征曲线并选取VG模型用Matlab的非线性函数Isqcurvefit进行拟合。研究结果表明三种不同土地利用方式在2年的时间跨度下:1)土壤水分的亏缺状况存在明显差异,苜蓿地水分亏缺严重高于玉米,玉米地水分亏缺高于荒地。2)土壤孔隙度和土壤容重及饱和导水率也存在差异。0-20 cm层受外界干扰,三种土地利用方式土壤容重表现出荒地苜蓿地玉米地;20-180 cm剖面苜蓿地最大,20-80 cm剖面荒地玉米地,80-120 cm玉米地荒地,120 cm以后两者相差不大,进一步分析表明,土壤剖面20-180 cm容重与根系指标(根系表面积密度、根长密度、根体积密度)显著相关。土壤孔隙度三者大小差异与土壤容重表现出相反的趋势。饱和导水率三者差异主要体现在100-140 cm层,荒地的饱和导水率明显大于苜蓿地和玉米地。3)进行水分补充后,土壤水分入渗补给效果玉米地最好,入渗深度最深,入渗补给量最大,其次是荒地,苜蓿地入渗较浅,但其入渗补给量与荒地差异不显著。4)进一步分析表明,三种不同土地利用方式下土壤水分入渗补给效果产生差异的原因主要为:根系引起的土壤优先流差异以及进行水分补充前的土壤初始含水量差异。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S152.7
【部分图文】：

照片,处理过程,剖面图,宽度

兰州大学硕士学位论文半干旱黄土区不同土地利用方式对土壤水分入渗的影响染色部分为白色，保存照片[75]。4）用 MATLAB R2014b 将二元模式化图片信息转换为数据信息，并作图。输出（0，1）二维数组信息矩阵，0 代表白色，1 代表黑色。纵横坐标分别用像元乘以像素获取真实剖面深度和宽度（宽度均截取为 1 m，与小区宽度相同。深度为染色能到达的深度）。处理过程如图 2-1 所示：

含水量,降水量,土壤剖面,撂荒地

14图 3-1 0-2 m 土壤剖面含水量Fig 3-1 0-2 m soil moisture注：（a）模拟全年降水量（350 mm）之前含水量，（b）模拟全年降水量（350 mm）之后含水量。C：玉米地，H：撂荒地，A：苜蓿地。下同。(a) soil moisture before receiving theapplication of 350 mm of water, (b) soil moisture after receiving the application of350 mm of water.由图 3-1（a）可看出，时间跨度为 2 年的不同土地利用方式下，收获季结束后，0-2 m 土壤剖面含水量存在明显差异，整体呈现出苜蓿地<玉米地<撂荒地的趋势。除了表层 10 cm 以上，苜蓿地在 10-200 cm 的剖面上均显著低于玉米地和撂荒地；而玉米在 60-100 cm 层和 140-180 cm 层显著低于撂荒地。

储水量,水分,剖面,含水量

3.2.1 土壤剖面含水量差异对各地样区模拟全年降雨量 350 mm 后，第四天在水分入渗达到相对稳定的状态时，测得土壤含水量，结果如图 3-1（b）所示：土壤含水量格局发生了明显变化。0-200 cm 剖面玉米地的含水量与撂荒地的含水量无论是剖面动态还是含水量大小几乎一致；而苜蓿地的含水量随土壤剖面深度变化的动态与玉米地和撂荒地相似，均表现为：0-40 cm 层含水量波动较小，40-140 cm 层呈现出先增后减的趋势，140-200 cm 含水量趋于稳定；而含水量除了 20-40 cm 层外，0-20 cm、40-200 cm 层均呈现出显著性差异，表现为苜蓿地含水量显著小于玉米地和荒地含水量。3.2.2 土壤剖面储水量变化浇水实验结束后第四天，水分入渗达到相对稳定状态，测定所有微区内的土壤含水量，计算浇水微区与空白微区各层储水量差值及 0-1.8 m 总储水量差值。如图 3-2 所示：

【参考文献】