黄土丘陵区鱼鳞坑覆盖组合措施枣树水分耗散机制研究

发布时间：2020-07-02 16:44

【摘要】：黄土丘陵区大面积的经济林种植是应对退耕还林(草)工程实施以后耕地大面积减少,促进经济发展的主导产业。但由于该地区降雨量少,加之枣树蒸腾耗水作用强烈,造成枣树生长所需要的水分供需矛盾突出,干旱缺水且降雨时空分布不均使红枣生长受到了较为严重的水分胁迫,产量低,效益差,影响了红枣生态经济林的持续健康发展。本研究将鱼鳞坑与不同覆盖措施结合运用于山地红枣经济林中,通过长期定位监测、实地取样、数理统计和模型模拟的方法,对鱼鳞坑和覆盖组合措施土壤水分、降雨入渗和枣树耗水进行了系统的研究。探明了不同鱼鳞坑覆盖组合措施的集水保墒机理,明确了枣树蒸腾在不同时间尺度下的主要驱动因子,提出了一种适用于复杂下垫面条件的快速有效估算作物蒸散量的方法,建立了鱼鳞坑和覆盖组合措施的生态水文过程模型,该研究可为有限水资源条件下果园水分的优化管理提供科学依据。(1)明确了不同鱼鳞坑覆盖组合措施对土壤物理性质的影响。鱼鳞坑在拦截坡面径流同时,也淤积了径流携带的细小粉粒和沙粒,提高了鱼鳞坑表层土壤粉粒和沙粒含量。由于粉、沙粒堵塞土壤孔隙,土壤容重显著增大,孔隙度显著降低,饱和、非饱和导水率和饱和含水量显著下降;鱼鳞坑加覆盖处理能显著提高土壤中有机碳和全氮含量,改善土壤结构,土壤容重显著降低,孔隙度显著增大,饱和、非饱和导水率和饱和含水量均显著提高。(2)分析了不同鱼鳞坑覆盖组合措施下土壤水分时空变化和亏缺补偿特征。与裸地对照处理相比,鱼鳞坑加覆盖措施可有效拦蓄降水的同时抑制蒸发;鱼鳞坑无覆盖措施在整个生育期对100 cm以上土层土壤储水基本无影响。各处理在干旱年土壤储水亏缺加剧,在平水年鱼鳞坑和鱼鳞坑覆盖组合措施均对土壤储水有不同程度的补偿效果,裸地对照处理40-160 cm土层土壤储水有进一步亏缺趋势。(3)评价了不同时间尺度下鱼鳞坑覆盖组合措施对枣树茎秆液流速率的影响,明确了影响枣树茎秆液流速率的主要气象因素。不同鱼鳞坑覆盖组合措施下枣树茎秆液流速率均呈现一致的变化规律,典型降雨前后,茎秆液流速率在雨后第一个晴天达到峰值。鱼鳞坑覆盖措施下茎秆液流速率明显高于鱼鳞坑无覆盖和裸地对照措施。通过偏相关分析,明确了空气温度、空气相对湿度、光合有效辐射和饱和水汽压亏缺是影响茎秆液流速率的最为主要的参数,以此为基础,构建得到了不同鱼鳞坑覆盖组合措施下气象因子和枣树茎秆液流速率的多元线性逐步回归模型。(4)提出了利用水分自动监测装置估算降雨入渗量和枣树耗水量的新方法,并基于该方法分析了不同鱼鳞坑覆盖措施对枣树耗水的影响。该方法时间精度高,可准确捕捉到枣树的耗水发生过程;在干旱期估算较为准确,整体误差在可接受范围内,是一种适用性广泛的作物蒸散估算新方法。利用该方法计算不同鱼鳞坑覆盖措施下的降雨入渗量、土壤蒸发量和枣树蒸散量并进行分析,结果表明,鱼鳞坑措施降雨入渗量均显著高于裸地对照措施,在集中降雨期表现出很强的集雨能力;鱼鳞坑加以覆盖处理下显著降低了整个生育期土壤无效蒸发量,并显著提高了坐果期和果实膨大期的枣树蒸腾量。(5)基于Hydrus-1D构建了不同鱼鳞坑覆盖组合措施生态水文循环过程模型,并分析了不同措施对降雨入渗、蒸发蒸腾和土壤储水动态变化过程的影响。依据非饱和土壤水动力学理论,并结合鱼鳞坑条件下土壤水分运动特征,利用两种参数反演方法对土壤水分运动参数进行了率定,通过实测数据验证,MCMC-DREAM法率定得到的土壤水分运动参数可较准确的反映土壤水分的动态变化和分布。利用构建模型对不同鱼鳞坑覆盖组合措施下枣园生态水文过程进行模拟,发现鱼鳞坑无覆盖显著增加降雨入渗和蒸发,增加雨后剖面土壤储水量;鱼鳞坑秸秆覆盖可显著降低土壤无效蒸发,,增加枣树蒸腾量,提高全生育期土壤储水量。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S665.1
【图文】：

降雨分布,试验区,地理位置

2.1 研究区概况试验区位于陕西省榆林市清涧县店则沟镇园则沟红枣节水基地（37°15'N, 110°2（图 2-1），位于黄土高原北部，黄土层厚，地形条件为典型的黄土丘陵沟壑区，气候半干旱大陆性季风气候，年平均气温 8.5 ℃，极端最高气温 38.2 ℃，极端最低气-25.5 ℃，无霜期 162 d。年平均降雨量 497 mm（基于 1986-2015 年清涧气象站数据79.9%的降雨分布在枣树生育期内（5-9 月），特别在 6-8 月份雨量大且集中，集中降在来临时间上也极不稳定，常会产生次降雨量达到 50 mm 的强降雨。枣树生育期在候呈半湿润-半干旱-干旱变化特征。冬季由于受西伯利亚冷空气的控制和侵袭，气候冷干燥，降水较少。土壤为黄绵土，入渗能力较强，但土壤肥力较差，试验区 0-180 cm 剖面的容重颗粒组成、饱和导水率等指标见表 2-1。试验样地海拔为 961-976 m，地下水埋深约50 m，田间持水率约为 25%，凋萎系数约为 7%（均为体积含水量，下同）。试验样地地貌部位选择在同一坡面上，枣树栽植方式采用矮化密植，在冬季或春季进行修剪高控制在 2 m 以下。各处理措施施肥、除虫和田间管理均保持一致。

示意图,鱼鳞坑,坡面,枣树

图 2-2 鱼鳞坑及其在坡面布设示意图Fig. 2-2 Diagram and layout of the slope and the fish-scale pit in the experiment plot.小区设置及监点布置个重复小区选择相邻的 8 棵枣树，如图 2-3 所示，定位安装 Trime-TDR 水-PICO 管式 TDR 水分测管、EC-5 水分温度自动监测系统、TDP 插针式植物茎流计渗仪等仪器（图 2-3），对土壤水分土壤蒸发和枣树蒸腾进行长期定位观测。

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