辣椒栽培条件下设施土壤水盐时空动态及数值模拟

发布时间：2017-04-03 12:16

  本文关键词：辣椒栽培条件下设施土壤水盐时空动态及数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：土壤次生盐渍化已成为设施农业生产中最为普遍的生产障碍问题,不仅直接影响设施蔬菜产业发展,同时也给区域水土环境造成了一定的环境风险。如何确保设施农业的优质、高效地持续发展,已成为土壤科技工作亟待解决的重要课题。灌水频率对盐分淋洗的影响较为明显,是解决设施土壤次生盐渍化问题的有效途径之一,因此,本研究通过室内土箱模拟试验的方法,探讨了不同灌水频率下辣椒生育期内设施土壤水盐时空动态变化特征。在此基础上,应用HYDRUS-1D模型对不同灌水频率水盐动态过程进行了数值模拟,以期为区域设施土壤次生盐渍化的有效防治提供一定理论依据。主要研究结果如下：(1)辣椒苗期,灌水后土壤水分含量变化主要集中在0-30 cm土层,其中20-30cm土层的5d1/次、10 d/次和15d1/次灌水土壤水分含量增量分别为0.95%、2.26%和5.05%。辣椒现蕾期,灌水前5 d/次灌水频率水分含量在10-20和30-40 cm土层较大,灌水后土壤剖面水分含量总体表现为15d1/次10 d/次5 d/次。辣椒成熟期,灌水前5d1/次灌水频率水分含量最高值出现在30-40 cm土层,灌水后0-20 cm土层贮水量随灌水频率的降低而增大,5d1/次和10 d/次灌水水分含量在0-10 cm和30-40 cm土层均较高。随着辣椒生育期的推进,0-20 cm土层贮水量及增幅呈逐渐下降的趋势,辣椒各生育期,0-20 cm土层灌水前后的贮水量均表现出随着灌水频率的降低呈现逐渐增大的趋势,15d1/次灌水频率能够保证土壤剖面持续较高的水分含量,各灌水频率出现优先流的先后顺序表现为：5d/次10d1/次15d1/次,5d1/次灌水易使土壤剖面出现优先流,影响土壤剖面水分分布,10 d/次灌水可使辣椒生育期内土壤剖面0-20 cm土层含水量稳定在较为适宜的条件。(2)各灌水频率土壤剖面EC值在辣椒苗期第一次灌水后0-20 d快速降低,21-40 d缓慢降低,41-62 d趋于稳定,辣椒生育期内,EC值变异系数表现为10 d/次5d1/次15d/次。辣椒苗期灌水后,5d/次、10 d/次和15 d/次灌水频率0-20 cm土层积盐量降幅分别为47.57%、49.85%和52.41%,10d/次灌水20-50 cm土层积盐量分别比5d/次和10 d/次高19.07%和13.50%。辣椒现蕾期灌水后,各灌水频率0-20 cm土层盐分含量降幅小于辣椒苗期灌水后的,其中,5d/次灌水在30-40 cm土层盐分含量降幅最大。辣椒成熟期灌水后,0-20 cm土层盐分含量降幅表现为5d/次15d/次10d/次,5 d/次灌水20-50 cm土层积盐量分别比10 d/次和15d/次灌水的高18.86%和15.29%。10d1/次灌水对盐分淋洗效果较优,并在辣椒生育后期显示出较强的持续淋洗作用,盐分离子向表层聚集现象相对较弱,灌水对主要盐分离子的淋洗作用表现为NO3-Ca2+K+SO42-, NO3易随水流失,危害地下水环境,15d/次灌水易使得Ca2+在辣椒生育期发生表聚。(3)土壤水分HYDRUS-1D模型模拟所得值与监测所得值能较好地吻合,各灌水频率水分含量均方根误差(RMSE)均在0.03 cm3·cm-3左右,且整体表现为15d/次10 d/次5 d/次。5d/次灌水0-20 cm土层水分含量拟合值和实测值差异最大,并随着辣椒生育期推进而逐渐增大,10 d/次和15d/次灌水20-40 cm土层水分含量拟合值与实测值差异最大。土壤EC值的HYDRUS-1D模型模拟值与监测所得值的RMSE在0.2 S.m-1左右,整体表现为10d/次5d/次15d/次,其中30-50 cm土层EC实测值与拟合值差异较大。HYDRUS-1D模型对土壤水分拟合效果优于盐分拟合效果,土壤水分拟合值能较好地描述不同灌水频率下土壤剖面水分分布规律,但盐分离拟合值却不能较好地表达出盐分离子在下层土壤的累积现象。
【关键词】：设施土壤 灌水频率 次生盐渍化 时空动态 水盐运移 数值模拟 HYDRUS-1D
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S626;S641.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-24
• 1 立题依据13-14
• 2 国内外研究现状14-22
• 2.1 土壤水分运动14-16
• 2.1.1 灌水方式对土壤水分运动的影响14-15
• 2.1.2 灌水量对土壤水分运动的影响15
• 2.1.3 灌水频率对土壤水分运动的影响15-16
• 2.2 土壤盐分迁移16-18
• 2.2.1 灌水方式对土壤盐分迁移的影响16
• 2.2.2 灌水量对土壤盐分迁移的影响16-17
• 2.2.3 灌水频率对土壤盐分迁移的影响17-18
• 2.3 土壤水盐运移模拟18-22
• 2.3.1 水分特性参数求解18-20
• 2.3.1.1 土壤水分特征曲线18-19
• 2.3.1.2 土壤导水率19
• 2.3.1.3 土壤比水容量19
• 2.3.1.4 土壤水分扩散率19-20
• 2.3.2 土壤水盐运移模拟20-22
• 2.3.2.1 土壤水盐运移模型20-21
• 2.3.2.2 土壤水盐运移模型应用21-22
• 3 研究内容和技术路线22-24
• 3.1 辣椒栽培条件下设施土壤水分时空动态22
• 3.2 辣椒栽培条件下设施土壤盐分时空动态22
• 3.3 辣椒栽培条件下设施土壤水盐运移数值模拟22-23
• 3.4 技术路线23-24
• 第二章 辣椒栽培条件下设施土壤水分时空动态24-35
• 1 材料与方法24-26
• 1.1 土样的采集与制备24-25
• 1.2 试验处理25
• 1.3 土箱设计与填充25
• 1.4 辣椒定植与后期管理25
• 1.5 测定项目及方法25-26
• 1.6 数据处理26
• 2 结果与分析26-32
• 2.1 辣椒全生育期各土层水分随时间分布特征26-29
• 2.1.1 不同灌水频率各土层水分动态变化特征26-28
• 2.1.2 不同灌水频率土壤水分含量及其变异系数28-29
• 2.2 辣椒各生育期土壤水分空间分布特征29-32
• 2.2.1 苗期29-30
• 2.2.2 现蕾期30-31
• 2.2.3 成熟期31-32
• 2.3 辣椒各生育期单位土体的贮水量32
• 3 讨论32-34
• 4 小结34-35
• 第三章 辣椒栽培条件下设施土壤盐分时空动态35-65
• 1 材料与方法35-37
• 1.1 土样的采集与制备35
• 1.2 试验处理35-36
• 1.3 土箱设计与填充36
• 1.4 测定项目及方法36
• 1.5 数据处理36-37
• 2 结果与分析37-61
• 2.1 辣椒全生育期各土层EC值随时间变化特征37-40
• 2.1.1 不同灌水频率各土层EC值动态变化特征37-38
• 2.1.2 不同灌水频率EC平均值及其变异系数变化特征38
• 2.1.3 不同阶段EC值分布特征38-40
• 2.2 辣椒各生育期土壤剖面全盐空间分布特征40-43
• 2.2.1 苗期40
• 2.2.2 现蕾期40
• 2.2.3 成熟期40-43
• 2.3 辣椒各生育期土壤主要盐分离子空间分布特征43-57
• 2.3.1 设施土壤Ca~(2+)空间分布特征43-47
• 2.3.1.1 苗期43-45
• 2.3.1.2 现蕾期45-46
• 2.3.1.3 成熟期46-47
• 2.3.2 设施土壤K~+空间分布特征47-50
• 2.3.2.1 苗期47
• 2.3.2.2 现蕾期47-49
• 2.3.2.3 成熟期49-50
• 2.3.3 设施土壤NO_3空间分布特征50-54
• 2.3.3.1 苗期50-51
• 2.3.3.2 现蕾期51-53
• 2.3.3.3 成熟期53-54
• 2.3.4 设施土壤SO_4~(2-)空间分布特征54-57
• 2.3.4.1 苗期54-55
• 2.3.4.2 现蕾期55
• 2.3.4.3 成熟期55-57
• 2.4 灌水频率对辣椒各生育期土壤盐分离子积累量的影响57-61
• 2.4.1 全盐积累量57-58
• 2.4.2 单位土体(0-20 cm土层)脱盐率58-59
• 2.4.3 主要盐分离子积累量59-61
• 3 讨论61-64
• 4 小结64-65
• 第四章 辣椒栽培条件下设施土壤水盐运移数值模拟65-76
• 1 材料与方法65-66
• 1.1 土样的采集与制备65
• 1.2 土壤水分特性试验65-66
• 1.2.1 土壤水分特征曲线测定65
• 1.2.2 土壤水分扩散率测定65-66
• 1.3 数据处理66
• 2 结果与分析66-74
• 2.1 土壤水分运动模拟66-70
• 2.1.1 土壤水分特征曲线参数66-67
• 2.1.2 控制方程67-68
• 2.1.3 定解条件68
• 2.1.4 模拟过程及精度评价68-70
• 2.2 土壤盐分运动模拟70-74
• 2.2.1 土壤饱和导水率70-71
• 2.2.2 控制方程71
• 2.2.3 定解条件71-72
• 2.2.4 模拟结果及精度评价72-74
• 3 讨论74-75
• 4 小结75-76
• 第五章 全文主要结论与研究展望76-78
• 1 全文主要结论76-77
• 2 研究展望77-78
• 参考文献78-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间学术成果89

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