【摘要】：干旱缺水是制約黃土高原蘋果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。嚴重的水分虧缺不僅影響果樹的產(chǎn)量和品質(zhì),還會導致深層土壤干燥化,加劇該地區(qū)生態(tài)退化。因此,實現(xiàn)有限降雨的高效利用對旱作果園提質(zhì)增效具有重要科學和現(xiàn)實意義。雨水集聚深層入滲系統(tǒng)(RWCI)正是針對旱作果園提出的兼具蓄水和保水優(yōu)點的雨水資源就地攔蓄入滲技術(shù),該技術(shù)已經(jīng)在黃土高原山地果園得到了一定的應(yīng)用,但是其水分調(diào)控機理尚不明確,且在最優(yōu)設(shè)計深度研究較為薄弱。本研究將以該技術(shù)為研究對象,采用室內(nèi)土箱模擬試驗與HYDRUS-2D數(shù)值模型相結(jié)合的方法,研究典型RWCI系統(tǒng)土壤水分運移過程,提出針對不同樹齡的系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計深度;結(jié)合長期定位監(jiān)測,探究RWCI系統(tǒng)土壤水分的時空分布與降雨入滲的關(guān)系,本論文以期為黃土高原旱地果園RWCI系統(tǒng)的合理設(shè)計和推廣提供參考。該研究得出以下主要結(jié)論:(1)建立了RWCI系統(tǒng)數(shù)值模型,明確RWCI系統(tǒng)設(shè)計坑深和灌水量對土壤水分運移的影響。采用HYDRUS-2D模型建立RWCI系統(tǒng)土壤水分運動模型,通過室內(nèi)土箱試驗對數(shù)值模型進行了驗證。濕潤鋒在垂直向與水平向及土壤含水率模擬值和實測值的RMSE、MAE和NE分別為1.900 cm、1.410 cm、0.984,1.632 cm、1.260 cm、0.944和0.047 cm~3cm~(-3)、0.016 cm~3cm~(-3),0.916。發(fā)現(xiàn)相同灌水量時,設(shè)計深度對水平向濕潤鋒運移影響較小,但隨著設(shè)計深度增加,濕潤鋒在垂直向的運移和水平向存在明顯差異;隨著灌水量增大,濕潤鋒垂直向移速度大于水平向運移速度,且在垂直向與水平向的運移距離差異逐漸增大。(2)確定了不同蘋果樹齡條件下RWCI系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計深度。通過根系比根長和模擬土壤水分的重合度指標得到不同樹齡果樹最優(yōu)設(shè)計深度。當設(shè)計雨強為60 mm/h時,6齡、14齡和22齡果樹對應(yīng)的最優(yōu)RWCI系統(tǒng)設(shè)計深度分別為50 cm、40 cm和85 cm;忽略表層重合度時,3種樹齡最優(yōu)設(shè)計深度分別為60 cm、70 cm和85 cm。當設(shè)計雨強為80 mm/h時,6齡、14齡和22齡果樹對應(yīng)的最優(yōu)RWCI系統(tǒng)設(shè)計深度分別為50 cm、65 cm和75 cm,忽略表層重合度時,3種樹齡最優(yōu)設(shè)計深度分別為65 cm、65 cm、80cm。因此給出6齡果樹最優(yōu)設(shè)計深度范圍為50~65 cm,14齡果樹最優(yōu)設(shè)計深度范圍為40~70 cm,22齡果樹最優(yōu)設(shè)計深度范圍為75~85 cm。(3)揭示RWCI系統(tǒng)蓄水保水規(guī)律。2016~2018年蘋果樹生育期不同階段,魚鱗坑(CK)與RWCI系統(tǒng)對土壤的蓄水保水效果存在顯著差異。3個生育期內(nèi)CK土壤含水率均低于RWCI處理,RWCI處理土壤水分的變化隨著降雨上下波動。2016、2017和2018年RWCI40、RWCI60和RWCI80較CK處理在0-120 cm土層的土壤含水率平均分別高出4.99%、5.31%、4.60%,5.85%、6.10%、7.12%和4.46%、4.58%、5.24%。降雨前,CK處理剖面土壤含水率低于各RWCI;雨后第3天,各處理在垂直方向的運移速度趨于穩(wěn)定,RWCI60剖面土層的含水率增加最為顯著;各處理0-40 cm土層的含水率隨著土壤蒸發(fā)蒸騰作用逐漸減小。土壤水分垂直分布表明,2016~2018年每個生育期內(nèi)各處理垂向土壤含水率在0-120 cm土層變化波動較大,且在120-280 cm土層各RWCI處理土壤含水率呈現(xiàn)逐年增加趨勢。
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S152.7

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