地面覆盖对盐渍土壤水热盐运移及作物生长调控机制研究

发布时间：2017-10-01 15:07

  本文关键词：地面覆盖对盐渍土壤水热盐运移及作物生长调控机制研究

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【摘要】：为了探讨在寒旱盐灌区不同覆盖方式对盐渍土壤的水热盐协同调控机制,研究作物生长发育状况对地面覆盖的响应关系,本研究在内蒙古河套灌区进行全程覆盖(冻融期和玉米生育期)和向日葵生育期覆盖田间试验,试验设粉碎秸秆覆盖：覆盖量1.2 kg·m-2(F1.2).覆盖量0.9kg·m-2(F0.9).覆盖量0.6kg·m-2(F0.6).覆盖量0.3 kg·m-2(F0.3),玉米整秆覆盖(YZ)、向日葵整秆覆盖(KZ)、地膜覆盖(DM)、未覆盖(CK),8个处理。采用野外监测与室内分析、机理研究与模型模拟相结合的方法,旨在全面、系统的揭示不同覆盖方式对土壤水热盐运移和作物生长发育及产量的调控机制。主要研究结果如下：1.全程覆盖试验(1)覆盖秋浇后,各处理的冻融特性存在差异,秸秆覆盖处理的最大冻结深度小于CK4～26cm,初冻时间滞后0-12d,融化时间滞后0～21d。DM的最大冻结深度比CK小26cm,初冻时间滞后14d,地表消融开始日期滞后于CK 6d。建立了盐渍土壤冻结深度与气温负积温的定量关系,可用气温负积温判断季节性冻土冻结进程。(2)秸秆覆盖有效平抑了土壤温度波动,而地膜覆盖DM在整个剖面内其温度极差都显著大于秸秆覆盖处理和CK。在0-120cmm剖面内各层地温均值大小顺序为DMCK秸秆覆盖处理。覆盖层可以抑制消融初期上层滞水的无效蒸发,同时可以有效抑制表层积盐。(3)基于冻融期结束后春玉米播期的土壤水、盐、热三个方面,综合考虑了不同地面覆盖对秋浇灌水效果的影响：覆盖层使得0～20cm土层土壤含水率偏高,而使春玉米适宜播期延迟。覆盖层抑制了春季盐分表聚,YZ在控盐方面表现最好。DM在玉米播期及生育初期保温效果最好,秸秆覆盖升温缓慢,有一定的低温效应。(4)水盐胁迫和低温是盐渍化地玉米种子萌发的主要障碍因素,覆盖处理YZ、F0.9、F1.2和F0.6较其余处理显著提高了玉米出苗率。覆盖处理都较CK显著的提高了玉米籽粒产量,YZ处理增产率最高,较高的出苗率和穗粒均重是玉米增产的主要原因。(5)河套灌区秋浇及排水系统的不畅通,造成了冻融期养分的迁移与转化并非受单纯的季节性冻融循环的影响。对于耕层0～40cm,秋浇后,上壤全效养分、速效养分和有机质均较灌前增加。在冻融期间,养分经历着淋洗、转化与迁移过程。2.向日葵生育期覆盖试验(1)在2年覆盖试验后的向日葵原茬地进行以环入渗试验,YZ处理的90min累积入渗量最大。通过独立样本T检验,Philip、Kostiakov、Horton模型模拟数据与实测数据间没有显著差异,3个模型对模拟免耕留茬地不同覆盖下的入渗过程有较好的适用性。(2)地面覆盖主要抑制生育前期的土壤蒸发,同时也可以促进生育后期的向日葵植株的蒸腾强度,覆盖处理DM、F1.2、YZ的抑蒸效果较明显。在丰水年,秸秆覆盖处理F1.2、F0.9、YZ的蓄水保墒效果强于地膜覆盖DM,而在平水年,DM处理则强于秸秆覆盖处理。粉碎覆盖处理间,蓄水保墒效果随覆盖量的增加而加强,整秆覆盖中,YZ的保墒效果强于KZ。(3)在平水年,轻度或中度覆盖处理的含盐量较CK的降低幅度大于丰水年,因此,平水年更利于地面覆盖抑制耕层盐分的聚集和盐分的表聚。在丰水年,中度覆盖处理的含盐量较未覆盖处理的降低程度大于轻度处理,覆盖抑制盐分表聚的作用强于轻度。(4)覆盖处理均较CK提高了向日葵的产量,轻度含盐土壤：丰水年或平水年,秸秆覆盖处理F0.6和YZ的产量均高于其它处理,增产效应最明显。中度含盐土壤：丰水年,YZ和DM处理的产量显著高于其余覆盖处理,平水年,F1.2和DM处理的产量为最高,相对产量为1.78、1.69。(5)轻度含盐土壤,在丰水年,F0.6的水分利用效率最大,显著高于其它处理,在平水年,各覆盖处理的水分利用效率显著高于CK。中度含盐土壤中,YZ、F1.2有着较高的水分利用效率,粉碎秸秆覆盖处理间,水分利用效率随覆盖量的增加而增加。3.秸秆覆盖下冻融土壤水、热、盐耦合运移模拟利用SHAW模型模拟分析了冻融土壤水、热、盐运移规律,SHAW模型对秸秆覆盖下土壤温度日变化的模拟具有较高的精度,对浅层土壤温度的模拟精度弱于深层土壤。对土壤水分的模拟,由于达到饱和含水率的土壤条件,虽基本模拟了水分剖面变化规律,但模拟值较实测值偏小,对水分的模拟效果并不好,上部土层的含水率模拟偏差较大,而下部土层土壤含水率模拟值更接近实测值。对土壤盐分的模拟,F1.2的模拟精度稍高于YZ,但在0-120cm剖面内,对土壤盐分的模拟精度整体较低。4.最优覆盖方式,覆盖量的确定全程覆盖(冻融期和玉米生育期)：综合考虑不同覆盖方式的抑盐、保墒、调温、育肥和产量等效应,YZ表现最优,粉碎秸秆覆盖处理中F1.2和F0.9表现较好。向日葵生育期覆盖：将蓄水保墒、减少盐渍化和增加纯收入结合起来,对于轻度含盐土壤,YZ表现最好,粉碎秸秆覆盖量以0.6～0.9 kg·m-2为家。对于中度含盐土壤,DM仍然是最有效的覆盖方式。
【关键词】：河套灌区 盐渍土 地表覆盖 冻融 水-热-盐 向日葵 玉米
【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】：2015
【分类号】：S565.5;S513
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-16
• 1 引言16-26
• 1.1 研究背景及意义16-17
• 1.2 国内外研究进展17-24
• 1.2.1 河套灌区地面覆盖技术的研究现状17
• 1.2.2 河套灌区秋浇研究现状17-18
• 1.2.3 土壤冻融特性的研究18
• 1.2.4 冻融期水、热、盐迁移和分配规律18-19
• 1.2.5 地面覆盖对农田水土环境的影响19-20
• 1.2.6 覆盖对作物生长及产量的影响20-21
• 1.2.7 冻融期及非冻融期土壤养分的研究21-22
• 1.2.8 水热盐耦合运移规律模拟研究进展22-23
• 1.2.9 小结及论文研究切入点23-24
• 1.3 研究内容24-25
• 1.3.1 覆盖秋浇后盐渍土壤冻融特性及水热盐运移规律研究24
• 1.3.2 翌年土壤环境及春玉米生长发育对覆盖后秋浇的响应关系24
• 1.3.3 覆盖对盐渍化耕地水土环境的影响24
• 1.3.4 不同覆盖方式对向日葵生长状况及产量的影响24
• 1.3.5 秸秆覆盖下盐渍土壤水、热、盐耦合运移模拟24-25
• 1.4 技术路线25-26
• 2 试验区概况与试验设计26-34
• 2.1 试验区概况26
• 2.2 试验设计26-34
• 2.2.1 全程覆盖试验26-28
• 2.2.1.1 覆盖后秋浇冻融试验26-28
• 2.2.1.2 翌年玉米生育期覆盖试验28
• 2.2.2 向日葵生育期覆盖试验28-30
• 2.2.2.1 试验设计28
• 2.2.2.2 数据测定28-30
• 2.2.3 供试土壤基本条件30-33
• 2.2.4 数据分析33-34
• 3 覆盖秋浇后盐渍土壤冻融特性及水热盐运移规律研究34-56
• 3.1 冻融期气温及地下水位变化34-36
• 3.1.1 冻融期气温日变化34
• 3.1.2 冻融期内地下水位及电导率变化34-36
• 3.2 地面覆盖对季节性冻融土壤温度的影响36-40
• 3.3 覆盖对盐渍土壤冻融特性的影响分析40-47
• 3.3.1 地温对气温变化的响应关系40-41
• 3.3.2 不同处理的冻融过程41-42
• 3.3.3 土壤冻结深度对气温负积温的响应关系42-47
• 3.3.4 小结47
• 3.4 冻融期土壤水分时空变化47-49
• 3.5 冻融期土壤盐分时空变化49-52
• 3.5.1 冻融期土壤盐分时空变化分析49-51
• 3.5.2 讨论及结论51-52
• 3.6 冻融期内水-热-盐耦合迁移分析52-54
• 3.7 结论54-56
• 4 翌年土壤环境及春玉米生长发育对覆盖后秋浇的响应关系56-82
• 4.1 覆盖秋浇灌水效果分析56-62
• 4.1.1 不同覆盖对玉米播期土壤墒情的影响56-58
• 4.1.2 翌年玉米播期土壤剖面盐分分布58-60
• 4.1.3 覆盖秋浇对玉米播期地温的影响60-61
• 4.1.4 讨论与结论61-62
• 4.2 不同覆盖方式对土壤水分的影响62-63
• 4.2.1 生育期内地下水位及降雨量变化62
• 4.2.2 生育期内土壤储水量变化62-63
• 4.2.3 小结63
• 4.3 不同地面覆盖处理的盐分动态变化63-64
• 4.3.1 生育期内土壤含盐量变化63-64
• 4.3.2 小结64
• 4.4 不同地面覆盖处理的温度效应64-68
• 4.4.1 不同覆盖对玉米生育进程的影响64-65
• 4.4.2 春玉米不同生育期地积温分析65-68
• 4.4.3 小结68
• 4.5 覆盖秋浇后对翌年春玉米生长发育的影响68-71
• 4.5.1 翌年玉米出苗对覆盖秋浇的响应关系68-69
• 4.5.2 不同覆盖对春玉米叶面积指数的影响69-70
• 4.5.3 不同覆盖对春玉米产量和经济系数的影响70-71
• 4.5.4 小结71
• 4.6 覆盖秋浇后不同覆盖对土壤养分的影响71-80
• 4.6.1 研究目的71-72
• 4.6.2 取样及测定72
• 4.6.3 对土壤全效养分的影响72-75
• 4.6.4 对土壤速效养分分布的影响75-78
• 4.6.5 对土壤有机质的影响78-79
• 4.6.6 小结79-80
• 4.7 讨论与结论80-82
• 5 覆盖对盐渍化耕地水土环境的影响82-106
• 5.1 向日葵生育期内降雨量及地下水位82
• 5.2 覆盖对农田土壤容重的影响82-84
• 5.3 覆盖对盐渍土壤垂直入渗规律的影响84-89
• 5.3.1 入渗试验方法及试验条件84-85
• 5.3.2 入渗特性及机理分析85-87
• 5.3.3 覆盖下入渗模型的选择与构建87-89
• 5.3.4 结论89
• 5.4 不同覆盖对盐渍化耕地棵间蒸发的影响89-92
• 5.4.1 土壤日蒸发速率变化89-91
• 5.4.2 土壤累积蒸发量变化91-92
• 5.4.3 讨论与结论92
• 5.5 覆盖对盐渍土壤水分状况的影响92-95
• 5.5.1 不同降水年度土壤储水量变化92-95
• 5.5.2 讨论与结论95
• 5.6 不同覆盖下土壤盐分动态变化95-101
• 5.6.1 轻度含盐土壤不同覆盖处理抑盐效果分析95-98
• 5.6.2 中度含盐土壤不同覆盖处理抑盐效果分析98-100
• 5.6.3 讨论与结论100-101
• 5.7 不同覆盖对盐渍化耕地土壤养分的影响101-104
• 5.7.1 不同覆盖对耕层土壤养分的影响101-103
• 5.7.2 讨论与结论103-104
• 5.8 小结104-106
• 6 不同覆盖方式对向日葵生长状况及产量的影响106-120
• 6.1 数据测定及计算106
• 6.2 不同覆盖对向日葵光合特性的影响106-113
• 6.2.1 不同覆盖对向日葵光合速率日变化的影响106-108
• 6.2.2 不同覆盖对向日葵蒸腾速率日变化的影响108-110
• 6.2.3 不同覆盖对向日葵气孔导度日变化的影响110-111
• 6.2.4 不同覆盖对向日葵胞间CO_2浓度的影响111-112
• 6.2.5 讨论与结论112-113
• 6.3 不同覆盖对向日葵产量、水分利用效率的影响113-116
• 6.3.1 不同覆盖对向日葵产量的影响113-114
• 6.3.2 水分利用效率114-116
• 6.4 经济效益分析116-118
• 6.5 讨论与结论118-120
• 7 秸秆覆盖下冻融土壤水、热、盐耦合运移模拟120-136
• 7.1 SHAW模型简介及研究进展120-123
• 7.1.1 研究进展120
• 7.1.2 SHAW模型的输入信息120-121
• 7.1.3 SHAW模型关于残积层的说明121-123
• 7.2 SHAW模型的率定与检验123-133
• 7.2.1 参数的率定123-127
• 7.2.2 模型的检验127-133
• 7.3 冻融期土壤蒸发的模拟133-134
• 7.4 秸秆层能量传输模拟134-135
• 7.5 讨论与结论135-136
• 8 结论与展望136-140
• 8.1 结论136-138
• 8.1.1 全程覆盖试验136-137
• 8.1.2 向日葵生育期覆盖试验137-138
• 8.1.3 秸秆覆盖下冻融期水热盐运移模拟138
• 8.1.4 盐渍化地农业高效利用技术模式的建立138
• 8.2 主要创新点138-139
• 8.3 展望139-140
• 致谢140-141
• 参考文献141-150
• 作者简介150

【参考文献】

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本文编号：954115