旱作枣树覆盖耕作土壤水分养分动态模拟试验研究

发布时间：2017-10-20 05:51

  本文关键词：旱作枣树覆盖耕作土壤水分养分动态模拟试验研究

  更多相关文章： 黄土高原 覆盖耕作 枣园 土壤入渗 径流泥沙 速效养分

【摘要】：自1999年国家实施退耕还林(草)工程以来,黄土丘陵区生态建设取得重大成效,红枣栽植面积发展势头迅猛,成为有效应对耕地大面积减少后农民脱贫致富的主导产业。但该区水资源不足以满足灌溉枣园的生产发展,旱作枣园极其必要。该区降雨时空分布不均,与红枣关键生育期需水错位,尤其是在红枣萌芽开花期出现的季节性干旱,导致旱作红枣产量低下。同时,黄土丘陵区现有旱作枣园多普遍盛行传统耕作技术—清耕制,导致坡面土壤蓄水抑蒸保墒抗蚀效果差,肥力下降,土壤贫瘠,水土流失严重。如何有效调控并利用有限的降雨资源,让其既满足该区红枣经济林的生长需求,保证红枣生物产量,且最大限度地减小水土流失,是促进该区农业经济及生态发展的关键难题。覆盖耕作是农田保墒的重要技术措施之一,其能显著改善土壤水热状况,提高降水资源利用效率和作物产量,是目前该领域关注热点。本研究将覆盖耕作引入到旱作枣树生长中,利用室内人工降雨装置模拟黄土丘陵区多年平均降雨量条件,并基于5种不同耕作和地表覆盖措施(枣树枝全覆盖(WJBM)、行间浅锄耕(ST)、白三叶全园生草(WCC)、枣树枝半覆盖+行间浅锄耕(JBM+ST)、枣树枝半覆盖+白三叶行间生草(JBM+SWC),清耕处理(CC)作为对照),探讨不同措施对土壤物理特性、水分养分动态及枣树生长效应的影响,提出适宜的覆盖耕作系统。得到的主要结论有以下几点:(1)覆盖耕作系统较清耕处理改善了土壤物理特性。各处理土壤容重呈现波动性变化,相比2011年3月试验开始前有所增加,但试验末2013年8月,各覆盖耕作处理土壤容重均小于清耕处理(CC)。由土壤水分特征曲线可得知,覆盖耕作处理下的土壤水分含量在高水分吸力阶段(0.25 bar)有升高趋势。各试验处理土壤饱和含水量呈波动性降低,而覆盖耕作处理土壤田间持水量、毛管孔隙度和土壤有效水含量均有所增加,凋萎系数变化不大。覆盖耕作处理土壤导水率有所增加,随压力水头的减小,土壤非饱和导水率呈现减小趋势。(2)覆盖耕作系统截留率高,减流减沙效果明显,平均入渗率均高于清耕处理。各处理(除浅锄耕ST外)次降雨坡面截留量及截留率均显著高于清耕CC处理,枣树枝全覆盖(WJBM)最大(13.2%)。坡面截留量与坡面盖度和次降雨量呈显著线性关系。覆盖耕作处理与CC处理相比,明显推迟了坡面产流时间,且显著控制了坡面径流量、减少了坡面泥沙总量及产流产沙率。其中,枣树枝全覆盖处理(WJBM)、白三叶全园生草处理(WCC)及二者的组合措施(JBM+SWC)减流减沙效益最好,枣树枝半覆盖+行间浅锄耕处理(JBM+ST)用水减沙比最大,说明在保证单位泥沙量不流失时该处理保存于土壤的径流量最大。清耕处理和覆盖耕作处理产流产沙过程可分别用指数函数和二次多项式函数进行拟合,方程均达到显著,拟合优度大于0.8。采用线性函数对累计径流泥沙过程进行拟合,拟合优度均大于0.85。覆盖耕作各处理显著提高了土壤平均入渗率、初始入渗率和稳定入渗率,各处理多年平均入渗率排序为WCCWJBMJBM+SWCJBM+STSTCC。利用Horton方程和Kostiakov公式对典型次降雨各处理入渗过程的拟合结果表明,Horton公式对该尺度下入渗过程的拟合更合理,结果更可信。(3)覆盖耕作系统雨后土壤水分含量及分布较优,枣树枝全覆盖土壤水分日消耗最小。在整个试验期内,枣树枝全覆盖处理(WJBM)条件下土壤含水量显著高于其余处理。各覆盖耕作处理3年平均土壤含水量大小排序为WJBMJBM+SWCJBM+STSTCCWCC。土壤水分随时间变化趋势表明,枣树开花坐果期及果实膨大期土壤水分持续下降,至果实成熟期后期到落叶期,逐渐得到恢复。随土层深度增加,土壤含水量逐渐增大,且变异系数降低。清耕处理(CC)土壤含水量受降雨和耗水的影响较小,数值较稳定。试验期内,覆盖耕作各处理雨后土壤水分增量显著高于清耕处理(P0.05),其中以白三叶全园生草处理(WCC)最大,2年平均值为58.3±14.3 mm,其次是WJBM处理,但覆盖耕作处理间无显著差异。白三叶全园生草处理(WCC)2012年、2013年及三年平均土壤水分日消耗量(枣树及白三叶蒸腾+土壤蒸发)显著高于其他处理(P0.05),WJBM处理土壤水分日消耗量最小。各覆盖耕作处理3年平均水分日消耗量总体排序为WCCJBM+SWCCCJBM+STSTWJBM。(4)各处理土壤速效养分分布差异不显著,覆盖耕作系统在枣树非生长期速效养分呈现累计状态。各处理间土壤碱解氮(AN)、有效磷(AP)及水溶性有机碳(WSOC)含量无显著差异。2011年,枣树枝半覆盖与白三叶行间生草(JBM+SWC)组合处理和清耕处理(CC)AN含量显著高于白三叶全园生草处理(WCC)。2012年,JBM+SWC处理的AN含量显著高于枣树枝全覆盖(WJBM)和枣树枝半覆盖与行间浅锄耕组合处理(JBM+ST)。平均AN含量排序为JBM+SWCSTCCWJBMJBM+STWCC。各处理AN和WSOC年际变化趋势均表现出“下降-上升-下降”的波动性变化趋势,升降幅度不同。AP含量在试验初期先增大后减小,各处理总体表现为持续性下降。在枣树非生长期,WJBM和JBM+SWC处理土壤养分累计较快。各处理AN及WSOC含量在枣树及白三叶生长期呈消耗状态,在非生长期内呈累计状态。在整个试验期内AP含量变化较小,且一直处于消耗状态。2011年生长期内,JBM+SWC与CC处理AN消耗最大,浅锄耕(ST)处理AP与WSOC的消耗最大。此外,CC处理养分随泥沙损失的总量显著高于覆盖耕作处理。ST与CC处理泥沙中AN含量显著高于JBM+SWC处理。泥沙中AN含量的排序为STCCWCCWJBMJBM+STJBM+SWC。(5)覆盖处理和适宜的耕作处理对枣树生长有的促进作用,白三叶生草覆盖尤其是全园生草,枣树树高的增长受到限制,各处理间枣树树高、径粗无显著差异。枣树及白三叶生育期内叶面积指数(LAI)变化趋势相似,均在8月果实膨大期达到最大值,随后逐渐降低至次年萌芽展叶期开始回升。各处理枣树LAI在2011-2012年各生育期内均高于清耕处理(CC),试验初期以行间浅锄耕处理(ST)较高,试验中后期,以枣树枝半覆盖+行间浅锄耕(JBM+ST)枣树LAI较高。枣树叶片叶绿素含量与叶面积指数变化趋势基本相似,8月枣树果实膨大期达到峰值。整个试验期(2011-2013年)各处理枣树叶片叶绿素含量排序为WCCSTCCWJBMJBM+STJBM+SWC。光合作用主要指标统计结果表明,白三叶全园生草(WCC)处理净光合速率Pn、气孔导度Cond、水分利用效率WUE、光合有效辐射利用效率δ和气孔限制值Ls均高于CC处理,其次是枣树枝全覆盖(WJBM)的光合作用指标较好。光合作用日变化数据表明,Pn、Cond峰值出现在11:00,蒸腾速率Tr峰值出现11:00-13:00之间,而WUE在早上9:00初始测定时最大。(6)初步研究结果表明,认为枣树枝全覆盖为适宜该区的最优覆盖耕作系统。选取能表征水土资源高效利用和水土流失有效控制的雨后土壤水分增量、坡面减流、减沙量、土壤速效养分(AN、AP及WSOC),利用相对差距和综合评价方法以及灰色多维综合隶属度评价法,对各覆盖耕作技术模式进行评价与优选。相对差距和评价结果表明枣树枝全覆盖模式(WJBM)相对差距和0.01296,为该研究尺度最优的枣园覆盖管理模式。灰色多维综合隶属度评价方法也显示枣树枝全覆盖处理最优。
【关键词】：黄土高原 覆盖耕作 枣园 土壤入渗 径流泥沙 速效养分
【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】：2015
【分类号】：S665.1
【目录】：

• 摘要6-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 选题背景与意义15-16
• 1.2 国内外研究进展16-21
• 1.2.1 覆盖耕作对土壤物理性状的影响17-18
• 1.2.2 覆盖耕作水土保持效应18
• 1.2.3 覆盖耕作对土壤水分的影响18-20
• 1.2.4 覆盖耕作对土壤养分的影响20-21
• 1.2.5 覆盖耕作对作物生长状况的影响21
• 1.3 目前研究中存在的问题21-22
• 1.4 研究目标22-23
• 第二章 材料与方法23-37
• 2.1 试验方法23
• 2.2 研究内容23-24
• 2.2.1 覆盖耕作系统对土壤物理特性的影响23
• 2.2.2 覆盖耕作系统土壤水分动态变化及坡面径流-泥沙过程23
• 2.2.3 覆盖耕作系统各土层速效养分含量23
• 2.2.4 覆盖耕作系统对枣树生长状况的影响23-24
• 2.2.5 覆盖耕作系统评价24
• 2.3 试验设计24-29
• 2.3.1 降雨器及土槽24-26
• 2.3.2 试验材料26-27
• 2.3.3 试验设计27-29
• 2.4 测定方法29-35
• 2.4.1 土壤物理性状29-31
• 2.4.2 坡面径流与土壤水分31-33
• 2.4.3 土壤速效养分采集与测定33-34
• 2.4.4 植物生长指标测定34-35
• 2.5 技术路线35-37
• 第三章 覆盖耕作系统对土壤物理性状的影响37-47
• 3.1 土壤容重37
• 3.2 土壤持水性37-45
• 3.2.1 土壤水分特征曲线38-40
• 3.2.2 土壤持水性40-43
• 3.2.3 土壤比水容量43-45
• 3.3 土壤导水能力45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 覆盖耕作系统对坡面径流泥沙过程的影响47-80
• 4.1 植被截留47-52
• 4.1.1 降雨截留量与截留率47-48
• 4.1.2 截留量与坡面覆盖度关系48-50
• 4.1.3 截留量与降雨量关系50-51
• 4.1.4 截留量与覆盖度及降雨量回归方程51-52
• 4.2 坡面径流-泥沙过程52-65
• 4.2.1 坡面总径流量、泥沙量及产流时间52-54
• 4.2.2 径流量、泥沙量随坡面盖度的变化54-55
• 4.2.3 坡面径流-泥沙关系55-56
• 4.2.4 坡面径流、泥沙相关参数散点关系56-60
• 4.2.5 覆盖耕作系统减流减沙效益60-62
• 4.2.6 典型降雨事件坡面产流产沙过程及方程拟合62-65
• 4.3 土壤入渗及土壤水分变化特征65-76
• 4.3.1 土壤入渗率65-67
• 4.3.2 入渗过程模拟67-70
• 4.3.3 雨后土壤水分再分布70-72
• 4.3.4 土壤含水量及雨后水分增量72-76
• 4.4 土壤水分消耗量76-78
• 4.5 本章小结78-80
• 第五章 覆盖耕作系统对土壤养分的影响80-91
• 5.1 土壤养分含量80-85
• 5.1.1 碱解氮、有效磷及水溶性有机碳含量80-82
• 5.1.2 土壤碱解氮、有效磷及水溶性有机碳年际变化82-85
• 5.2 土壤速效养分累计与消耗85-87
• 5.3 坡面养分流失量对比分析87-89
• 5.4 本章小结89-91
• 第六章 覆盖耕作系统对枣树生长特性的影响91-103
• 6.1 枣树树高、茎粗变化特征91-93
• 6.2 枣树叶绿素、叶面积指数93-97
• 6.2.1 枣树叶片叶绿素含量94-95
• 6.2.2 枣树叶面积指数95-97
• 6.3 枣树光合作用97-101
• 6.4 本章小结101-103
• 第七章 覆盖耕作系统综合评价103-108
• 7.1 评价方法介绍103-104
• 7.1.1 相对差距和综合评价法103
• 7.1.2 灰色多维综合隶属度评价方法103-104
• 7.2 相对差距和评价结果104
• 7.3 灰色多维综合隶属度评价结果104-107
• 7.3.1 选取评价指标105
• 7.3.2 确定各观测指标优劣等级界限值105
• 7.3.3 构建等级隶属度函数子矩阵105-106
• 7.3.4 确定观测指标的权重106
• 7.3.5 计算综合隶属度、得出结果106-107
• 7.4 本章小结107-108
• 第八章 研究结论及后续展望108-112
• 8.1 主要研究结论108-110
• 8.1.1 土壤物理性状方面108
• 8.1.2 坡面径流泥沙方面108
• 8.1.3 土壤水分动态方面108-109
• 8.1.4 土壤养分动态方面109
• 8.1.5 枣树生长特性方面109-110
• 8.1.6 覆盖耕作系统综合评价110
• 8.2 创新点110
• 8.3 后续研究问题展望110
• 8.3..1 试验布设方面110-112
• 8.3.2 试验指标监测110
• 8.3.3 研究内容方面110-112
• 参考文献112-126
• 致谢126-128
• 作者简介128

【参考文献】

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本文编号：1065603