【摘要】：在季節(jié)性凍融土壤分布地區(qū),土壤系統(tǒng)中水分的凍結(jié)和融化及土壤溫度的升降變化,始終伴隨著地氣間水熱交換的物理過(guò)程。為了揭示在季節(jié)性凍土區(qū)不同水肥及地表覆蓋下土壤水熱時(shí)空變化規(guī)律,本研究在山西省晉中市東陽(yáng)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了地表覆蓋和水肥灌溉系列田間試驗(yàn)。地面覆蓋設(shè)覆蓋量4500Kg/hm~2的玉米秸稈覆蓋(JG)、0.1mm的聚乙烯透明地膜覆蓋(DM)和自然無(wú)覆蓋即裸地(LD)3種處理;冬灌施肥試驗(yàn)設(shè)三個(gè)施肥量(100、300和500 kg/hm~2)和兩個(gè)灌水量(375、750 m~3/hm~2),組成6種灌水施肥組合,并與未灌水肥地塊形成對(duì)照。采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)法和灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)凍融過(guò)程中不同深度土壤水熱隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,以闡述季節(jié)性凍融期土壤剖面水分和溫度的分布情況,揭示土壤體系中的水熱遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,為我國(guó)干旱、半干旱西北地區(qū)冬春作物種植區(qū)確定灌水參數(shù)、土壤水肥資源量的高效利用提供有效的理論支持。(1)冬灌施肥試驗(yàn)①灌水施肥影響著凍融期土壤剖面溫度的動(dòng)態(tài)變化。凍融期灌水施肥地塊地表處土壤溫度較不灌水地塊低,地溫在土壤剖面上呈“高-低-高”分布趨勢(shì)。水肥灌溉對(duì)土壤溫度的影響在不同的凍融階段有所差異:不穩(wěn)定凍結(jié)期灌水施肥地塊0-10cm地溫處于較低值。穩(wěn)定凍結(jié)前期,0-30cm地溫升降明顯且變化大,30-150cm地溫變化較小;穩(wěn)定凍結(jié)后期土壤比熱容量增加,地溫變化較穩(wěn)定凍結(jié)前期平緩。消融期地溫對(duì)外界氣溫敏感程度增大,0-30cm地溫變異性增加。整個(gè)凍融期,0-20cm地溫變幅較大,心、底土層土壤溫度的動(dòng)態(tài)變化整體趨于平緩;越冬期施肥量一定時(shí)表土層(0-30cm)平均地溫在W_(750)下整體較N_0W_0處理高,而W_(375)對(duì)各深度處地溫的影響微弱;水肥灌溉對(duì)30-150cm土層地溫的保溫效果不隨灌水、施氮肥量的增加而增大,其中N_(300)W_(375)和N_(500)W_(750)組合對(duì)30cm以下土層的保溫效果較佳。同時(shí)水肥灌溉處理與未灌水肥N_0W_0地塊在耕作層(0-20cm)的灰色關(guān)聯(lián)度S(0.791~0.977),在心、底土層(30-90cm)的S為(0.960~0.995),水肥灌溉對(duì)耕作層地溫動(dòng)態(tài)變化的影響強(qiáng)烈,而對(duì)心、底土層的保溫效果非常微弱。②灌水施肥影響著凍融期土壤剖面水分的動(dòng)態(tài)變化。地表封凍前水肥灌溉地塊較N_0W_0含水率高。穩(wěn)定凍結(jié)前期,土壤水分高值區(qū)為20-50cm,在40cm處N_(500)W_(750)和N_(300)W_(375)處理含水峰值較高。穩(wěn)定凍結(jié)后期,土壤水分高值區(qū)擴(kuò)大至60cm處,峰值聚墑量延伸至50cm。凍層消融后,表土、心土層(0-60cm)儲(chǔ)水量在N_0W_0較N_(300)和N_(500)處理低,整個(gè)凍融期,冬灌施肥對(duì)0-20cm增墑效應(yīng)隨土深的增加逐漸衰減,在30-40cm處水肥灌溉地塊較N_0W_0含水峰值高。消融期,N_(500)W_(750)和N_(300)W_(375)處理有助于試驗(yàn)土層的儲(chǔ)水效果,在50-60cm處N_(300)在W_(750)和W_(375)下峰值聚墑量較大。灌水肥地塊與N_0W_0間耕作層(0-20cm)土壤含水率的絕對(duì)灰色關(guān)聯(lián)度為(0.5261~0.719),30-110cm土壤含水率的絕對(duì)灰色關(guān)聯(lián)度為(0.6168~0.9961),不同水肥灌溉組合對(duì)0-20cm土層的儲(chǔ)水保墑效果較佳,而對(duì)30cm以下土層的增墑效果不佳。(2)地面覆蓋試驗(yàn)①地面覆蓋影響著土壤剖面溫度的動(dòng)態(tài)變化。實(shí)施地表覆蓋后,削弱了地氣間的水分、熱量和溶質(zhì)傳輸強(qiáng)度,滯后了土壤凍結(jié)、消融時(shí)間和凍深,影響了土壤原先的凍結(jié)和解凍過(guò)程。地膜覆蓋對(duì)土層具有顯著的增溫效應(yīng);秸稈覆蓋對(duì)土壤溫度的影響在不同的凍融階段有所差異:凍結(jié)階段,秸稈覆蓋減少了土壤熱量的散失,對(duì)土層具有增溫作用;融化階段,秸稈覆蓋減弱了地氣間的熱交換,抑制了土層溫度的增加。地膜和秸稈覆蓋可以平抑土壤剖面地溫的變幅。在整個(gè)凍融期,兩種覆蓋處理均對(duì)地溫產(chǎn)生影響,0~20cm對(duì)地溫的影響較大,20~90cm地溫隨土壤深度的加深,土壤溫度的波動(dòng)幅度逐漸減小。②地表覆蓋影響著土壤剖面水分的動(dòng)態(tài)變化。地表覆蓋有效地減少了地表土壤水分的蒸發(fā),削弱了土壤含水率的波動(dòng)幅度。但不同凍融階段不同地表覆蓋地塊的土壤水分有所差異:與LD相比,凍結(jié)階段,JG和DM顯著增加了0~10cm土壤墑情,且DM比JG保墑效果好;融化前期,秸稈覆蓋阻礙了融雪水的直接入滲,JG對(duì)土層的蓄水保墑作用不明顯;融化后期,秸稈覆蓋削弱了風(fēng)速對(duì)地表土壤水分的影響,抑制了表土蒸發(fā),對(duì)土層具有保墑作用。整個(gè)凍融期,DM始終對(duì)土層具有保墑作用,且其保墑效果較JG好。地表覆蓋有效地減弱了0~20cm土壤含水率的波動(dòng)幅度。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S152

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