黄土丘陵区山地枣林聚水沟水分效应及其作用机理试验研究

发布时间：2020-08-26 19:50

【摘要】：土壤水分是制约植被恢复和生态重建最主要的限制因子,为解决黄土丘陵区生态建设与经济发展的统一问题,2006年在陕北米脂县银州镇孟岔村采用三种微灌工程技术与三种配套技术相结合的方法,对山地枣树林进行了改造和建设,随着微灌工程设施的日益老化,所带来的维修成本也与日俱增,加之黄土高原人工林地土壤干燥化问题日益严重,黄土丘陵区山地枣林迫切需要新的能够满足林木生长需要的水分供给措施。因此,本研究结合当地实际的地形条件和气候条件,提出了一种集水土保持与发展径流林业、缓解土壤干层形成、改良土壤结构、增加水分利用效率等于一体的新型水土保持工程措施——竹节式聚水沟技术,以期为黄土丘陵区山地枣林创立新的水分增效模式与途径。为了深入研究黄土丘陵区山地枣林土壤水分对竹节式聚水沟的响应及作用机制,本研究通过野外试验、室内试验及室内土样分析等相结合的方法,旨在探明竹节式聚水沟的储水能力、保水能力以及对土壤水分时空分布状况与运移规律的影响,研究竹节式聚水沟对土壤物理性质的影响,分析优选竹节式聚水沟条件下模拟陕北山地枣林蒸散量模型,以期为该技术的大面积推广提供理论和现实依据。研究主要得出如下结论：1.选择出最大储水能力的竹节式聚水沟尺寸及填充物类型尺寸为1×0.3×0.3m的竹节式聚水沟在3种放水流量下均能表现出最大储水能力,在该尺寸下,研究了3种填充物下竹节式聚水沟的储水能力,结果显示,秸秆是最佳的填充物,3种填充物下竹节式聚水沟储水能力的顺序是：秸秆树枝碎石。2.不同填充物的持水能力和竹节式聚水沟拦蓄能力差异较大木屑的持水能力最强,几乎是秸秆的2.5倍,填充物持水能力的大小顺序是：木屑秸秆基质碎石：降雨强度对竹节式聚水沟拦蓄能力的影响表现为0.6mm/min0.92mm/min。不同填充物的竹节式聚水沟拦蓄能力以秸秆填充效果最好,树枝及碎石的竹节式聚水沟的拦蓄能力则差异不显著。3.不同填充物下竹节式聚水沟对土壤物理性质有一定影响以豆皮和基质为填充物的竹节式聚水沟可有效降低土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤持水和透水能力。结果表明,填充物下的竹节式聚水沟土壤容重在20-40cm土层显著降低,填充基质和豆皮的竹节式聚水沟1m以上土壤总孔隙度分别提高6.08%和2.26%,整个土壤垂直剖面的饱和含水率以及饱和导水率均有不同程度的提高。4.竹节式聚水沟具有一定的保墒增产效应连续2年观测数据表明,竹节式聚水沟条件下2m以上土层的平均土壤含水量高于对照约12%,体现了其良好的保水能力；在冬季枣树休眠期内,竹节式聚水沟条件下经过休眠期土壤储水量减少了24mm,对照经过休眠期后土壤储水量减少达到50mm,说明竹节式聚水沟具有较好的抑制蒸发和保持土壤水分的作用。通过对当地3龄枣林生长状况的连续三年定位观测,结果表明竹节式聚水沟措施下的山地枣林相较于水平阶具有大约10.13%的整体平均增产能力。5.不同填充物下竹节式聚水沟与水平阶的土壤水分时空差异显著(1)不同填充物下竹节式聚水沟土壤水分随时间变化较大2012年5-10月监测数据表明,竹节式聚水沟条件下2m以上土层的平均土壤含水量随月份呈现先减小后增加的趋势,拐点出现在8月,随后土壤含水量显著增加并且在10月份达到最大,远远高于对照10月份的土壤水分含量。(2)不同填充物下竹节式聚水沟土壤水分恢复效果各异2012年10月份填充了秸秆、树枝和碎石的竹节式聚水沟土壤水分恢复深度分别为：1.1m、1.4m和1.4m,对照仅为0.8m,在0.8m以下存在着不同程度的水分缺失。(3)不同竹节式聚水沟在模拟降雨条件下达到饱和状态的时间不同填充树枝的竹节式聚水沟第一个达到饱和,填充秸秆的竹节式聚水沟经过最长的时间达到饱和。不同竹节式聚水沟在模拟降雨条件下达到饱和状态的时间顺序为：秸秆(68min)碎石(59min)树枝(47min)。(4)竹节式聚水沟能在一定范围内形成土壤水分相对高水区在0.92mm/min的降雨强度下,降雨后30min,竹节式聚水沟措施下土壤水分扩散了约0.3m,24小时以后雨水扩散达到1m,同时土壤水分在2m土壤深度处变化不明显,说明竹节式聚水沟能在一定范围内形成土壤水分相对高水区,有利于枣树的生长。6. Shuttleworth-Wallace模型可有效估算山地枣林耗水规律通过对竹节式聚水沟措施下枣树耗水进行模拟,结果表明,Shuttleworth-Wallace模型日蒸腾量模拟精度满足要求,但受到天气状况影响,模型精度表现为：晴天雨天；就整个枣树生育期日蒸散量而言,Shuttleworth-Wallace模型模拟精度优于Penman-Monteith模型,且满足模拟精度要求,而Penman-Monteith模型不满足精度要求。此外,两模型精度随枣树生育期变化,在萌芽展叶期精度均最低;在山地枣林条件下,Shuttleworth-Wallace模型精度得到了充分的验证,是半干旱区山地枣林耗水规律研究的有效工具。
【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;S152.7

【参考文献】