农膜残留对土壤水分运移的影响及模拟研究

发布时间：2018-03-31 23:31

  本文选题：农用残膜　切入点：土壤孔隙　出处：《内蒙古农业大学》2017年博士论文

【摘要】：地膜覆盖技术自引入中国以来,由于其增产、节水、保墒等优点,经过几十年跨越式的发展,特别是近年来快速发展的膜下滴灌技术的应用,已成为我国农业生产中重要的农艺技术。与此同时,由于农膜残留回收技术和机制不完善,大量农膜残留在土壤中。且残留农膜较难分解,形成了严重的"白色污染",对土壤水肥高效利用及作物产量等造成了严重的危害。然而,目前对于农膜残留对土壤水分运移的影响研究仍较少,机理仍不清楚。特别是农膜残留对土壤物理及水力性质、土壤水分运移等的影响研究鲜有报道。针对这一问题,本文通过野外调研与查阅资料相结合的方法研究了我国内蒙古河套灌区的残膜分布特性;通过设置不同残膜量(0、50、100、200、400 kg/hm~2)、不同残膜位置、不同土壤质地等因子对土壤结构变化、土壤水力特性、土壤水分特征曲线及其模型构建、土壤水分入渗及蒸发特性等方面进行相关研究。通过本研究,可为残膜存在条件下合理灌溉制度的制定,优良种植制度的确立提供科学依据。主要研究结果如下:(1)内蒙古河套灌区近10年来地膜使用量和覆膜面积均呈跨越式增长,分别增长了 125.81%和147.62%;而典型研究区更是增长了 240%和265.81%,然而单位面积覆膜量却下降了 8.82%和7.08%。不同覆膜年限和灌水方法显著影响农膜残留强度R和破碎率D(P0.05),其中覆膜5年、10年、20年后的残留强度R平均比覆膜2年分别增长了 80.14%、163.70%、273.64%,破碎率D平均比覆膜2年分别增长了 20.97%、38.14%、60.20%;滴灌覆膜与地面灌溉覆膜相比残留强度R平均提高了 42.92%,破碎率D平均提高了 20.01%。农膜残留主要集中在土壤0～10 cm土层内,占64.89%;典型研究区面积为0～4 cm2和4～20 cm2的残膜占总残膜量的58.86%,且随着覆膜年限增加,下层残膜量占总残膜量的比重逐渐增加,而不同灌水方法对残膜在土壤中的分布影响不大。(2)当农膜残留量增加后,二值化后的CT图像显示片状黑斑面积明显增加,并与残膜量呈比例关系,其中400 kg/hm~2处理黑斑面积是无膜处理的19倍。随着残膜量的逐渐增多,两种质地土壤饱和含水率、毛管含水率、田间持水率均呈逐渐减小趋势;当残膜量达到100kg/hm~2时,砂壤土饱和导水率比无膜处理降低了41.37%,对于砂土,饱和导水率随残膜量增加的下降趋势没有砂壤土那么明显,整体呈缓慢减小态势;不同处理的Boltzmann参数λ值均随土壤含水率的升高呈减小的变化趋势。(3)随着土壤中残膜量增多,土壤保水能力逐渐呈降低趋势,且这种差异在砂壤土和壤土中呈显著性(P0.05);随着残膜量的增加,壤土和砂壤土持水特性逐渐变差,特征曲线有逐渐向砂土靠拢的趋势。低吸力段(主要排大孔隙土壤水)的当量孔径体积占比增大,而高吸力段(主要排中小孔隙土壤水)的当量孔径体积占比则减小。通过对RPF-SWCC模型参数估计,显示随残膜量增加土壤饱和含水率呈降低趋势,且RPF-SWCC模型拟合精度总体上高于van Genuchten(VG)、Brooks-Corey(BC)及 Log normal distribution(LND)等常用土壤水分特征曲线模型;对高含残膜量处理,RPF-SWCC模型的均方根误差,几何平均数及决定系数R2均优于常用模型,可见构建的RPF-SWCC模型能较好地应用于含残膜土壤的水分特征曲线拟合。(4)随着土壤中残膜量增多,砂壤土和砂土入渗速率变慢,土壤湿润锋运移相同距离所需时间均显著增加;相同入渗时间内累积入渗量随残膜量增加均显著减小(P0.05);残膜量增加导致蒸发速率、累积蒸发量都显著减小(P0.05),且不同残膜量对砂壤土的影响大于砂土。对4个主要的土壤水分入渗及蒸发模型进行拟合后,结果显示Kostiakov和Philip入渗模型均能较好模拟残膜条件下土壤水分入渗,其中Philip入渗模型拟合精度高于Kostiakov入渗模型,且对砂土中农膜残留的适应性更好;Black蒸发模型随着残膜量增加拟合精度下降,而Rose蒸发模型受残膜量的影响较小,更适合于农膜残留土壤累积蒸发量估算。(5)残膜埋深越深滴灌结束时湿润范围越小,残膜区湿润体曲线呈不规则现象;残膜区水分入渗速率明显低于对应其他处理该层的入渗速率(P0.01);另外残膜区土壤含水率明显高于无残膜区,并且随着残膜埋深增加,土体内最高含水率呈增加趋势,且不同滴头流量处理不同残膜埋深对滴灌入渗的影响相似。故残膜在土壤中埋深位置的不同对滴灌入渗有较大的影响,掌握残膜在土壤中不同位置对入渗的影响对于制定残膜存在下合理灌溉制度具有重要意义。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S152.7

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本文编号：1692980