基于染色示蹤的農(nóng)膜殘留農(nóng)田土壤優(yōu)先流特征
發(fā)布時間：2021-05-31 19:40
隨著覆膜農(nóng)作的發(fā)展,農(nóng)膜殘留日益嚴(yán)峻,嚴(yán)重影響土壤水流運動。為了探索農(nóng)膜殘留對水流運動的影響機制,在河套灌區(qū)九莊節(jié)水綜合試驗站,設(shè)計3種殘膜量,分別為0,300,600 kg/hm2,于成熟期在各試驗小區(qū)選擇典型區(qū)域進行20,80 mm水量的染色示蹤試驗,共6個處理,研究不同殘膜量對土壤物理特性的影響,基于染色示蹤技術(shù)分析不同入滲量和不同殘膜量對土壤水流運動的影響,并評價各處理土壤剖面的優(yōu)先流特征。結(jié)果表明:隨著殘膜量增加,土壤容重、飽和導(dǎo)水率和土壤初始含水率呈下降趨勢,而土壤孔隙度呈增大趨勢,土壤中隨機分布的殘膜導(dǎo)致殘膜處理（300,600 kg/hm2）的各物理參數(shù)有較高的變異系數(shù)。基于土壤染色剖面二值化圖像分析,土壤優(yōu)先流發(fā)育程度隨殘膜量和入滲量增加而提高,300,600 kg/hm2殘膜量處理的最大染色深度(MDSD)和土壤染色剖面的變異系數(shù)（Cv）隨殘膜量增加而增大,與20 mm入滲量相比,80 mm入滲量下殘膜處理的MDSD和Cv分別平均增加47.23%和27.34...
【文章來源】：水土保持學(xué)報. 2020,34(03)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
染色剖面示意
表1 不同殘膜量條件下的土壤物理參數(shù) 年份 土層深度/cm 殘膜量/(kg·hm-2) 初始含水率/% CV/% 容重/(g ·cm-3) CV/% 孔隙度/% CV/% 飽和導(dǎo)水率/(mm·h-1) CV/% 0 22.17a 0.84 1.41a 1.02 46.79c 1.19 35.08a 1.07 0—10 300 20.65b 2.50 1.37b 2.48 48.30b 4.11 31.63b 2.09 600 17.29c 3.25 1.31b 7.05 50.57a 7.89 29.68c 3.15 0 21.84a 1.13 1.44a 1.21 45.66c 2.01 37.34a 2.22 10—20 300 17.17b 3.07 1.34b 2.78 49.43b 3.54 33.16b 4.56 600 15.11c 4.07 1.27b 5.23 52.08a 5.76 30.27c 6.79 0 25.32a 0.91 1.45a 0.95 45.28c 1.10 33.53a 1.36 2017 20—30 300 19.61b 4.09 1.40b 3.18 47.17b 3.36 29.18b 3.18 600 18.44c 5.13 1.33c 6.33 49.81a 4.68 27.74c 5.86 0 27.71a 0.76 1.51a 0.88 43.02a 1.01 32.34a 0.99 30—40 300 27.18a 0.82 1.50a 0.91 43.40a 1.06 31.63a 1.04 600 26.58a 0.87 1.49a 1.08 43.77a 1.14 31.54a 1.10 0 25.33a 0.52 1.53a 0.88 42.26a 0.82 30.68a 0.53 40—50 300 24.88a 0.67 1.51a 0.95 43.02a 0.84 30.14a 0.56 600 24.38a 0.72 1.49a 1.01 43.77a 0.88 30.03a 0.61 0 23.32a 0.62 1.41a 1.43 46.75c 1.34 36.13a 1.23 0—10 300 20.12b 2.90 1.36ab 4.06 48.68b 2.98 33.33b 2.76 600 18.06c 3.19 1.31b 6.86 50.53a 5.68 30.79c 4.08 0 27.09a 1.25 1.45a 0.78 45.18c 1.08 36.75a 2.04 10—20 300 22.07b 2.56 1.30a 3.35 50.94b 2.68 34.16b 3.19 600 20.79c 3.51 1.27b 5.03 51.97a 6.04 31.27c 5.88 0 23.34a 0.80 1.51a 1.35 43.04c 0.76 34.24a 0.65 2018 20—30 300 21.30b 3.02 1.42a 5.21 46.42b 2.86 31.18b 3.32 600 18.36c 5.63 1.39b 7.49 47.57a 5.02 28.45c 5.19 0 21.89a 0.70 1.51a 0.97 42.96a 0.51 33.52a 0.79 30—40 300 21.38a 0.75 1.51a 1.02 43.02a 0.56 32.33a 0.84 600 20.97a 0.83 1.50a 1.22 43.34a 0.64 32.04a 0.93 0 21.14a 0.47 1.54a 0.87 41.91a 0.64 31.08a 0.44 40—50 300 20.72a 0.53 1.53a 0.91 42.26a 0.66 30.24a 0.68 600 20.45a 0.64 1.52a 0.93 42.67a 0.72 29.63a 0.74 注:同列不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。2.3 不同殘膜量對土壤剖面優(yōu)先流特征指數(shù)的影響
由于上層土壤先接觸入滲水,接觸面比下層土壤大,所以總體上不同處理的染色面積比(DC)均隨著土層加深而降低。殘膜在土壤中的隨機分布阻滯水流入滲,從而出現(xiàn)不同入滲量條件下殘膜處理的DC在相同土層均小于無殘膜處理(圖3),不同入滲量下300,600 kg/hm2殘膜量處理的DC平均值與無殘膜處理(0 kg/hm2)相比,2年平均分別下降15.81%和28.51%(圖4)。入滲量為20 mm時,0—10 cm土層300,600 kg/hm2殘膜量處理的DC與0 kg/hm2處理相比,分別下降1.86%和6.12%;10—20 cm土層分別下降38.10%和51.76%(P<0.05),但在20—30 cm土層,600 kg/hm2殘膜量處理反而更大,這主要是在20 mm入滲量條件下,平均入滲深度僅為20 cm,而殘膜處理由于存在較多的優(yōu)先流,其入滲深度增加,所以殘膜量越大,DC越大。當(dāng)入滲量為80 mm時,0—10 cm土層,300,600 kg/hm2殘膜量處理的DC與0 kg/hm2處理相比,分別下降7.38%和13.59%;10—20 cm土層,分別下降25.66%和35.06%;20—30 cm土層,分別下降31.28%和54.98%�？梢�,入滲量為20 mm時,DC受殘膜影響的主要土層在0—20 cm,入滲量為80 mm時,影響深度增加,主要在0—30 cm土層。另外,隨著殘膜量增加,殘膜處理的DC與無殘膜處理間差異在增大,也說明殘膜越多優(yōu)先流越易于發(fā)生。與無殘膜處理相比,殘膜處理的基質(zhì)流深度(UniFr)在不同入滲量條件下均呈下降趨勢,300,600 kg/hm2殘膜量處理的UniFr下降43.65%和58.50%(圖4b),其中300,600 kg/hm2殘膜量處理的基質(zhì)流深度(UniFr)在20 mm入滲量下2年平均分別降低34.49%和45.51%(P<0.05),300,600 kg/hm2殘膜量處理在80 mm入滲量下分別降低50.58%和68.34%,這表明無殘膜處理較殘膜處理具有較好的基質(zhì)流作用,相應(yīng)的優(yōu)先流程度降低。優(yōu)先流比(PF-fr)和長度指數(shù)(Li)2個特征指數(shù)隨著殘膜量的增加而增大(圖4c,d),300,600 kg/hm2殘膜量處理的PF-fr較無殘膜處理增加14.53%和32.46%;Li增加19.31%和55.20%,其中20 mm入滲量下300,600 kg/hm2殘膜量處理的PF-fr分別是0 kg/hm2處理的1.13,1.27倍,Li 2年平均分別為99.93和121.29,相比0 kg/hm2處理分別增加14.82%和39.36%;在80 mm入滲量條件下,300,600 kg/hm2殘膜量處理的PF-fr分別較0 kg/hm2處理分別增加16.08%和37.80%,Li 2年平均分別增加23.11%和68.61%�？梢�,殘膜量增加使得PF-fr和Li2個指標(biāo)增大,即殘膜處理的優(yōu)先流發(fā)育程度較高。此外,隨著入滲量的增大,殘膜的影響效應(yīng)增大,其中從無殘膜到300 kg/hm2殘膜量后,20,80 mm入滲量的DC的降低值分別為10.56%和18.38%,UniFr的降低值分別為34.49%和50.58%,降幅程度分別增加74.09%和46.62%;PF-fr和Li增幅程度分別增加25.45%和55.94%;當(dāng)殘膜量從300 kg/hm2增加到600 kg/hm2后,DC和UniFr降幅程度分別增加34.48%和113.74%,PF-fr和Li增幅程度分別提高53.69%和72.92%�？梢�,殘膜量越大優(yōu)先流程度越大,在相同殘膜量條件下入滲量越大,優(yōu)先流現(xiàn)象越明顯。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]長期機械耕作壓實對綠洲農(nóng)田土壤優(yōu)先流的影響[J]. 閆加亮,趙文智. 生態(tài)學(xué)雜志. 2019(05)
[2]長白山系榛子灌木林根系對優(yōu)先流的影響[J]. 王趙男,辛穎,趙雨森. 林業(yè)科學(xué)研究. 2017(06)
[3]基于多指標(biāo)評價和分形維數(shù)的坡耕地優(yōu)先流定量分析[J]. 張東旭,張洪江,程金花. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2017(12)
[4]覆膜年限及灌水方法對河套灌區(qū)農(nóng)膜殘留的影響[J]. 王志超,李仙岳,史海濱,丁宗江,張景俊,郭宇,王美榮. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2017(14)
[5]農(nóng)田殘膜污染治理技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 趙巖,陳學(xué)庚,溫浩軍,鄭炫,牛琪,康建明. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2017(06)
[6]殘留地膜對棉花和玉米苗期根系形態(tài)和生理特性的影響[J]. 李元橋,何文清,嚴(yán)昌榮,郭瑞,趙彩霞. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報. 2017(02)
[7]再生水灌溉對農(nóng)田土壤水流運動影響的研究進展[J]. 盛豐,吳丹,張利勇. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2016(S2)
[8]點源供水條件下殘膜對土壤水分運移的影響[J]. 李元橋,何文清,嚴(yán)昌榮,毛麗麗,劉爽. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2015(06)
[9]基于染色圖像變異性分析的優(yōu)先流程度定量評價[J]. 陳曉冰,張洪江,程金花,張福明,張欣,阮芯竹. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2015(05)
[10]農(nóng)膜殘留對土壤水動力參數(shù)及土壤結(jié)構(gòu)的影響[J]. 王志超,李仙岳,史海濱,孫敏,丁濤,王成剛. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2015(05)
碩士論文
[1]鷲峰國家森林公園土壤水力參數(shù)和溶質(zhì)運移研究[D]. 肖自幸.北京林業(yè)大學(xué) 2012
本文編號：3208853
【文章來源】：水土保持學(xué)報. 2020,34(03)北大核心CSCD
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染色剖面示意
表1 不同殘膜量條件下的土壤物理參數(shù) 年份 土層深度/cm 殘膜量/(kg·hm-2) 初始含水率/% CV/% 容重/(g ·cm-3) CV/% 孔隙度/% CV/% 飽和導(dǎo)水率/(mm·h-1) CV/% 0 22.17a 0.84 1.41a 1.02 46.79c 1.19 35.08a 1.07 0—10 300 20.65b 2.50 1.37b 2.48 48.30b 4.11 31.63b 2.09 600 17.29c 3.25 1.31b 7.05 50.57a 7.89 29.68c 3.15 0 21.84a 1.13 1.44a 1.21 45.66c 2.01 37.34a 2.22 10—20 300 17.17b 3.07 1.34b 2.78 49.43b 3.54 33.16b 4.56 600 15.11c 4.07 1.27b 5.23 52.08a 5.76 30.27c 6.79 0 25.32a 0.91 1.45a 0.95 45.28c 1.10 33.53a 1.36 2017 20—30 300 19.61b 4.09 1.40b 3.18 47.17b 3.36 29.18b 3.18 600 18.44c 5.13 1.33c 6.33 49.81a 4.68 27.74c 5.86 0 27.71a 0.76 1.51a 0.88 43.02a 1.01 32.34a 0.99 30—40 300 27.18a 0.82 1.50a 0.91 43.40a 1.06 31.63a 1.04 600 26.58a 0.87 1.49a 1.08 43.77a 1.14 31.54a 1.10 0 25.33a 0.52 1.53a 0.88 42.26a 0.82 30.68a 0.53 40—50 300 24.88a 0.67 1.51a 0.95 43.02a 0.84 30.14a 0.56 600 24.38a 0.72 1.49a 1.01 43.77a 0.88 30.03a 0.61 0 23.32a 0.62 1.41a 1.43 46.75c 1.34 36.13a 1.23 0—10 300 20.12b 2.90 1.36ab 4.06 48.68b 2.98 33.33b 2.76 600 18.06c 3.19 1.31b 6.86 50.53a 5.68 30.79c 4.08 0 27.09a 1.25 1.45a 0.78 45.18c 1.08 36.75a 2.04 10—20 300 22.07b 2.56 1.30a 3.35 50.94b 2.68 34.16b 3.19 600 20.79c 3.51 1.27b 5.03 51.97a 6.04 31.27c 5.88 0 23.34a 0.80 1.51a 1.35 43.04c 0.76 34.24a 0.65 2018 20—30 300 21.30b 3.02 1.42a 5.21 46.42b 2.86 31.18b 3.32 600 18.36c 5.63 1.39b 7.49 47.57a 5.02 28.45c 5.19 0 21.89a 0.70 1.51a 0.97 42.96a 0.51 33.52a 0.79 30—40 300 21.38a 0.75 1.51a 1.02 43.02a 0.56 32.33a 0.84 600 20.97a 0.83 1.50a 1.22 43.34a 0.64 32.04a 0.93 0 21.14a 0.47 1.54a 0.87 41.91a 0.64 31.08a 0.44 40—50 300 20.72a 0.53 1.53a 0.91 42.26a 0.66 30.24a 0.68 600 20.45a 0.64 1.52a 0.93 42.67a 0.72 29.63a 0.74 注:同列不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。2.3 不同殘膜量對土壤剖面優(yōu)先流特征指數(shù)的影響
由于上層土壤先接觸入滲水,接觸面比下層土壤大,所以總體上不同處理的染色面積比(DC)均隨著土層加深而降低。殘膜在土壤中的隨機分布阻滯水流入滲,從而出現(xiàn)不同入滲量條件下殘膜處理的DC在相同土層均小于無殘膜處理(圖3),不同入滲量下300,600 kg/hm2殘膜量處理的DC平均值與無殘膜處理(0 kg/hm2)相比,2年平均分別下降15.81%和28.51%(圖4)。入滲量為20 mm時,0—10 cm土層300,600 kg/hm2殘膜量處理的DC與0 kg/hm2處理相比,分別下降1.86%和6.12%;10—20 cm土層分別下降38.10%和51.76%(P<0.05),但在20—30 cm土層,600 kg/hm2殘膜量處理反而更大,這主要是在20 mm入滲量條件下,平均入滲深度僅為20 cm,而殘膜處理由于存在較多的優(yōu)先流,其入滲深度增加,所以殘膜量越大,DC越大。當(dāng)入滲量為80 mm時,0—10 cm土層,300,600 kg/hm2殘膜量處理的DC與0 kg/hm2處理相比,分別下降7.38%和13.59%;10—20 cm土層,分別下降25.66%和35.06%;20—30 cm土層,分別下降31.28%和54.98%�？梢�,入滲量為20 mm時,DC受殘膜影響的主要土層在0—20 cm,入滲量為80 mm時,影響深度增加,主要在0—30 cm土層。另外,隨著殘膜量增加,殘膜處理的DC與無殘膜處理間差異在增大,也說明殘膜越多優(yōu)先流越易于發(fā)生。與無殘膜處理相比,殘膜處理的基質(zhì)流深度(UniFr)在不同入滲量條件下均呈下降趨勢,300,600 kg/hm2殘膜量處理的UniFr下降43.65%和58.50%(圖4b),其中300,600 kg/hm2殘膜量處理的基質(zhì)流深度(UniFr)在20 mm入滲量下2年平均分別降低34.49%和45.51%(P<0.05),300,600 kg/hm2殘膜量處理在80 mm入滲量下分別降低50.58%和68.34%,這表明無殘膜處理較殘膜處理具有較好的基質(zhì)流作用,相應(yīng)的優(yōu)先流程度降低。優(yōu)先流比(PF-fr)和長度指數(shù)(Li)2個特征指數(shù)隨著殘膜量的增加而增大(圖4c,d),300,600 kg/hm2殘膜量處理的PF-fr較無殘膜處理增加14.53%和32.46%;Li增加19.31%和55.20%,其中20 mm入滲量下300,600 kg/hm2殘膜量處理的PF-fr分別是0 kg/hm2處理的1.13,1.27倍,Li 2年平均分別為99.93和121.29,相比0 kg/hm2處理分別增加14.82%和39.36%;在80 mm入滲量條件下,300,600 kg/hm2殘膜量處理的PF-fr分別較0 kg/hm2處理分別增加16.08%和37.80%,Li 2年平均分別增加23.11%和68.61%�？梢�,殘膜量增加使得PF-fr和Li2個指標(biāo)增大,即殘膜處理的優(yōu)先流發(fā)育程度較高。此外,隨著入滲量的增大,殘膜的影響效應(yīng)增大,其中從無殘膜到300 kg/hm2殘膜量后,20,80 mm入滲量的DC的降低值分別為10.56%和18.38%,UniFr的降低值分別為34.49%和50.58%,降幅程度分別增加74.09%和46.62%;PF-fr和Li增幅程度分別增加25.45%和55.94%;當(dāng)殘膜量從300 kg/hm2增加到600 kg/hm2后,DC和UniFr降幅程度分別增加34.48%和113.74%,PF-fr和Li增幅程度分別提高53.69%和72.92%�？梢�,殘膜量越大優(yōu)先流程度越大,在相同殘膜量條件下入滲量越大,優(yōu)先流現(xiàn)象越明顯。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]長期機械耕作壓實對綠洲農(nóng)田土壤優(yōu)先流的影響[J]. 閆加亮,趙文智. 生態(tài)學(xué)雜志. 2019(05)
[2]長白山系榛子灌木林根系對優(yōu)先流的影響[J]. 王趙男,辛穎,趙雨森. 林業(yè)科學(xué)研究. 2017(06)
[3]基于多指標(biāo)評價和分形維數(shù)的坡耕地優(yōu)先流定量分析[J]. 張東旭,張洪江,程金花. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2017(12)
[4]覆膜年限及灌水方法對河套灌區(qū)農(nóng)膜殘留的影響[J]. 王志超,李仙岳,史海濱,丁宗江,張景俊,郭宇,王美榮. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2017(14)
[5]農(nóng)田殘膜污染治理技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 趙巖,陳學(xué)庚,溫浩軍,鄭炫,牛琪,康建明. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2017(06)
[6]殘留地膜對棉花和玉米苗期根系形態(tài)和生理特性的影響[J]. 李元橋,何文清,嚴(yán)昌榮,郭瑞,趙彩霞. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報. 2017(02)
[7]再生水灌溉對農(nóng)田土壤水流運動影響的研究進展[J]. 盛豐,吳丹,張利勇. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2016(S2)
[8]點源供水條件下殘膜對土壤水分運移的影響[J]. 李元橋,何文清,嚴(yán)昌榮,毛麗麗,劉爽. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2015(06)
[9]基于染色圖像變異性分析的優(yōu)先流程度定量評價[J]. 陳曉冰,張洪江,程金花,張福明,張欣,阮芯竹. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2015(05)
[10]農(nóng)膜殘留對土壤水動力參數(shù)及土壤結(jié)構(gòu)的影響[J]. 王志超,李仙岳,史海濱,孫敏,丁濤,王成剛. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2015(05)
碩士論文
[1]鷲峰國家森林公園土壤水力參數(shù)和溶質(zhì)運移研究[D]. 肖自幸.北京林業(yè)大學(xué) 2012
本文編號：3208853
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