黑河中游绿洲农田和防护林带土壤水分运动与水量交换

发布时间：2017-12-23 19:36

本文关键词：黑河中游绿洲农田和防护林带土壤水分运动与水量交换　出处：《西北农林科技大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：黑河中游绿洲地区水资源匮乏,工农业生产用水量却不断增加。为缓解水资源的紧张局面,研究不同景观单元的耗水规律,并提出优化灌溉方案,以提高水资源的利用效率。本文选取了中游绿洲农田和防护林两种耗水量最大的景观单元,并借助Hydrus-1D模型,量化了两种景观单元水分运动及两景观单元之间存在的水量交换,并提出了粘土层改良农田土壤和优化灌溉制度。取得如下主要结论:(1)农田和防护林土壤水分入渗和再分布差异明显。入渗过程,各样地土壤入渗速率由快逐渐变慢,最后趋于稳定,入渗至粘土夹层后,入渗速率均大幅降低;排水过程,各样地土壤从表层开始,自上往下土壤持水量快速减少,至粘土层土壤含水量减少大幅降低。土壤下部粘土夹层对土壤水分运动起到显著的阻碍作用。统计分析表明,试验期间模拟土壤含水量和剖面储水量的均方根误差和相对误差均维持较小值,Hydrus-1D模型对绿洲地区土壤水分在垂直方向的运移模拟具有较高的精确度。(2)在三种土地利用类型中,玉米地土壤水分的时间稳定性最好。三种土地利用类型每个土层代表性样点的土壤含水量可以很好的预测该土层的平均土壤含水量。相关性分析表明,水文联系主要存在于相邻土地利用类型。在0-200 cm土层,水量交换主要受延伸至农田防护林根系吸收水分的影响;在200-260 cm土层,水量交换主要受地下水位的影响。(3)农田-防护林样带上树木的根系同时受到农田灌溉、沟渠渗漏、降雨、地下水及土壤质地的多重影响,树木的最大根深均在2m左右,树木根系最远延伸至农田约18m。农田-防护林样带上树木的细根主要集中于沟渠两边5m。农田内树木细根主要分布在土壤底部粘土层,而防护林内树木的细根则半数以上分布在土壤上层,此外底部粘土层也具有大量细根。距农林边界较远两棵树的蒸腾耗水全部来自降雨和地下水,其平均蒸腾速率和平均蒸腾量分别为1.35和216.9mm;距边界0.85m树木的蒸腾耗水来自降雨和地下水为216.9mm,占其总蒸腾耗水量的32.4%,来自农田灌溉和沟渠渗漏为453.2mm,占其总蒸腾耗水量的67.6%;距边界6.30m树木的蒸腾耗水来自降雨和地下水为216.9mm,占其总蒸腾耗水量的44.4%,来自农田灌溉和沟渠渗漏为271.8mm,占其总蒸腾耗水量的55.6%。(4)不同树种防护林细根的最大深度基本一致,但空间分布差异明显;农田(小麦和玉米)和防护林(杨树、樟子松和榆树)土壤剖面水分差异明显。实测和模拟不同深度的土壤水分具有高度的一致性,HYDRUS-1D模型对绿洲农田和防护林土壤水分在垂直方向的运移模拟具有较高的精确度。农田(小麦和玉米)频繁大量的灌溉,致使大量水分发生深层渗漏;防护林(杨树、樟子松和榆树)实际蒸散量严重偏低,树木长期处于严重缺水状态。(5)防护林生长期间,农田(春小麦和玉米)-防护林带包气带土壤水分的水平交换主要表现为从农田单向流向防护林,春小麦-防护林之间水分交换量为1465.1mm,其中树木蒸腾占74.26%,灌溉侧渗的占25.74%;玉米-防护林带间水分交换量为2195.2mm,其中树木蒸腾占76.20%,灌溉侧渗的占23.80%。地下水横向水流则表现为双向流动的现象,但水流的总趋势是从南向北流动,从南面的春小麦地流向防护林地,再从防护林地流向北面的玉米地。同时地下水流速率与农田灌溉密切相关。(6)相比于常规灌溉,小麦和玉米加粘土层后优化灌溉均大幅减少了灌水次数和灌水总量。结合土地翻犁、轮作倒茬和经济成本因素,改良后小麦和玉米地的粘土层最佳位置为30-40cm。相比于常规灌溉,三种防护林经过优化灌溉,蒸散量、蒸腾量、蒸发量均呈现大幅增加,树木受到的水分胁迫得到缓解,极大改善了防护林的水分亏缺,增强了防护林的生存能力。
【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】：2016
【分类号】：S714.2

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