半干旱黃土區(qū)溝壑縱橫,地下水埋藏較深,且降水量有限,當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)以雨養(yǎng)為主,水分為限制黃土高原半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的主要因素。研究表明,農(nóng)牧結(jié)合的農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式是最適合該區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。苜蓿是該地區(qū)傳統(tǒng)的飼料作物之一,種植歷史悠久。研究表明種植牧草苜蓿和種植傳統(tǒng)糧食作物對土壤物理性質(zhì)如土壤總孔隙度、土壤容重、土壤飽和導(dǎo)水率產(chǎn)生不同影響,同時因水分消耗強(qiáng)度和程度不同,會導(dǎo)致土壤剖面水分狀態(tài)呈現(xiàn)差異,從而影響降雨對土壤的入滲補(bǔ)給,結(jié)果反過來又影響作物對水分的吸收利用。本試驗在同一背景下通過連續(xù)兩年的連作苜蓿地、玉米地(前茬小麥輪作)、撂荒地三種土地利用方式作為處理,以土壤水分的運(yùn)移和入滲為重點對如下問題進(jìn)行研究和探討:1)三種土地利用方式下土壤水分的虧缺狀態(tài);2)三種土地利用方式對土壤物理性質(zhì)(容重、孔隙度、飽和導(dǎo)水率、土壤水分特征曲線)的影響;3)進(jìn)行水分補(bǔ)充(模擬全年降雨量350 mm),研究三種土地利用方式下土壤水分運(yùn)移和入滲補(bǔ)給效果(從土壤水分入滲深度和入滲補(bǔ)給量兩個方面進(jìn)行衡量);4)分析三種土地利用方式造成土壤水分運(yùn)移和入滲補(bǔ)給差異的原因。本實驗在模擬當(dāng)?shù)厝杲涤炅窟M(jìn)行水分補(bǔ)充的情況下,測定土壤含水量和儲水量的變化;通過染色示蹤方法記錄土壤垂直剖面水分運(yùn)移;用剖面染色百分比來衡量土壤優(yōu)先流的發(fā)生范圍。在模擬降雨之前測定土壤含水量以及土壤孔隙度、土壤容重、土壤飽和導(dǎo)水率。用挖掘法采集根系,用EPSON V800和WinRHIZO對根系進(jìn)行掃描和分析。離心機(jī)法測定土壤水分特征曲線并選取VG模型用Matlab的非線性函數(shù)Isqcurvefit進(jìn)行擬合。研究結(jié)果表明三種不同土地利用方式在2年的時間跨度下:1)土壤水分的虧缺狀況存在明顯差異,苜蓿地水分虧缺嚴(yán)重高于玉米,玉米地水分虧缺高于荒地。2)土壤孔隙度和土壤容重及飽和導(dǎo)水率也存在差異。0-20 cm層受外界干擾,三種土地利用方式土壤容重表現(xiàn)出荒地苜蓿地玉米地;20-180 cm剖面苜蓿地最大,20-80 cm剖面荒地玉米地,80-120 cm玉米地荒地,120 cm以后兩者相差不大,進(jìn)一步分析表明,土壤剖面20-180 cm容重與根系指標(biāo)(根系表面積密度、根長密度、根體積密度)顯著相關(guān)。土壤孔隙度三者大小差異與土壤容重表現(xiàn)出相反的趨勢。飽和導(dǎo)水率三者差異主要體現(xiàn)在100-140 cm層,荒地的飽和導(dǎo)水率明顯大于苜蓿地和玉米地。3)進(jìn)行水分補(bǔ)充后,土壤水分入滲補(bǔ)給效果玉米地最好,入滲深度最深,入滲補(bǔ)給量最大,其次是荒地,苜蓿地入滲較淺,但其入滲補(bǔ)給量與荒地差異不顯著。4)進(jìn)一步分析表明,三種不同土地利用方式下土壤水分入滲補(bǔ)給效果產(chǎn)生差異的原因主要為:根系引起的土壤優(yōu)先流差異以及進(jìn)行水分補(bǔ)充前的土壤初始含水量差異。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：S152.7
【部分圖文】：

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文 半干旱黃土區(qū)不同土地利用方式對土壤水分入滲的影響染色部分為白色，保存照片[75]。4）用 MATLAB R2014b 將二元模式化圖片信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息，并作圖。輸出（0，1）二維數(shù)組信息矩陣，0 代表白色，1 代表黑色�？v橫坐標(biāo)分別用像元乘以像素獲取真實剖面深度和寬度（寬度均截取為 1 m，與小區(qū)寬度相同。深度為染色能到達(dá)的深度）。處理過程如圖 2-1 所示：

14圖 3-1 0-2 m 土壤剖面含水量Fig 3-1 0-2 m soil moisture注：（a）模擬全年降水量（350 mm）之前含水量，（b）模擬全年降水量（350 mm）之后含水量。C：玉米地，H：撂荒地，A：苜蓿地。下同。(a) soil moisture before receiving theapplication of 350 mm of water, (b) soil moisture after receiving the application of350 mm of water.由圖 3-1（a）可看出，時間跨度為 2 年的不同土地利用方式下，收獲季結(jié)束后，0-2 m 土壤剖面含水量存在明顯差異，整體呈現(xiàn)出苜蓿地<玉米地<撂荒地的趨勢。除了表層 10 cm 以上，苜蓿地在 10-200 cm 的剖面上均顯著低于玉米地和撂荒地；而玉米在 60-100 cm 層和 140-180 cm 層顯著低于撂荒地。

3.2.1 土壤剖面含水量差異對各地樣區(qū)模擬全年降雨量 350 mm 后，第四天在水分入滲達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)時，測得土壤含水量，結(jié)果如圖 3-1（b）所示：土壤含水量格局發(fā)生了明顯變化。0-200 cm 剖面玉米地的含水量與撂荒地的含水量無論是剖面動態(tài)還是含水量大小幾乎一致；而苜蓿地的含水量隨土壤剖面深度變化的動態(tài)與玉米地和撂荒地相似，均表現(xiàn)為：0-40 cm 層含水量波動較小，40-140 cm 層呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，140-200 cm 含水量趨于穩(wěn)定；而含水量除了 20-40 cm 層外，0-20 cm、40-200 cm 層均呈現(xiàn)出顯著性差異，表現(xiàn)為苜蓿地含水量顯著小于玉米地和荒地含水量。3.2.2 土壤剖面儲水量變化澆水實驗結(jié)束后第四天，水分入滲達(dá)到相對穩(wěn)定狀態(tài)，測定所有微區(qū)內(nèi)的土壤含水量，計算澆水微區(qū)與空白微區(qū)各層儲水量差值及 0-1.8 m 總儲水量差值。如圖 3-2 所示：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2822258