本文關鍵詞：黑河中游綠洲農田和防護林帶土壤水分運動與水量交換　出處：《西北農林科技大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：黑河中游綠洲地區(qū)水資源匱乏,工農業(yè)生產用水量卻不斷增加。為緩解水資源的緊張局面,研究不同景觀單元的耗水規(guī)律,并提出優(yōu)化灌溉方案,以提高水資源的利用效率。本文選取了中游綠洲農田和防護林兩種耗水量最大的景觀單元,并借助Hydrus-1D模型,量化了兩種景觀單元水分運動及兩景觀單元之間存在的水量交換,并提出了粘土層改良農田土壤和優(yōu)化灌溉制度。取得如下主要結論:(1)農田和防護林土壤水分入滲和再分布差異明顯。入滲過程,各樣地土壤入滲速率由快逐漸變慢,最后趨于穩(wěn)定,入滲至粘土夾層后,入滲速率均大幅降低;排水過程,各樣地土壤從表層開始,自上往下土壤持水量快速減少,至粘土層土壤含水量減少大幅降低。土壤下部粘土夾層對土壤水分運動起到顯著的阻礙作用。統計分析表明,試驗期間模擬土壤含水量和剖面儲水量的均方根誤差和相對誤差均維持較小值,Hydrus-1D模型對綠洲地區(qū)土壤水分在垂直方向的運移模擬具有較高的精確度。(2)在三種土地利用類型中,玉米地土壤水分的時間穩(wěn)定性最好。三種土地利用類型每個土層代表性樣點的土壤含水量可以很好的預測該土層的平均土壤含水量。相關性分析表明,水文聯系主要存在于相鄰土地利用類型。在0-200 cm土層,水量交換主要受延伸至農田防護林根系吸收水分的影響;在200-260 cm土層,水量交換主要受地下水位的影響。(3)農田-防護林樣帶上樹木的根系同時受到農田灌溉、溝渠滲漏、降雨、地下水及土壤質地的多重影響,樹木的最大根深均在2m左右,樹木根系最遠延伸至農田約18m。農田-防護林樣帶上樹木的細根主要集中于溝渠兩邊5m。農田內樹木細根主要分布在土壤底部粘土層,而防護林內樹木的細根則半數以上分布在土壤上層,此外底部粘土層也具有大量細根。距農林邊界較遠兩棵樹的蒸騰耗水全部來自降雨和地下水,其平均蒸騰速率和平均蒸騰量分別為1.35和216.9mm;距邊界0.85m樹木的蒸騰耗水來自降雨和地下水為216.9mm,占其總蒸騰耗水量的32.4%,來自農田灌溉和溝渠滲漏為453.2mm,占其總蒸騰耗水量的67.6%;距邊界6.30m樹木的蒸騰耗水來自降雨和地下水為216.9mm,占其總蒸騰耗水量的44.4%,來自農田灌溉和溝渠滲漏為271.8mm,占其總蒸騰耗水量的55.6%。(4)不同樹種防護林細根的最大深度基本一致,但空間分布差異明顯;農田(小麥和玉米)和防護林(楊樹、樟子松和榆樹)土壤剖面水分差異明顯。實測和模擬不同深度的土壤水分具有高度的一致性,HYDRUS-1D模型對綠洲農田和防護林土壤水分在垂直方向的運移模擬具有較高的精確度。農田(小麥和玉米)頻繁大量的灌溉,致使大量水分發(fā)生深層滲漏;防護林(楊樹、樟子松和榆樹)實際蒸散量嚴重偏低,樹木長期處于嚴重缺水狀態(tài)。(5)防護林生長期間,農田(春小麥和玉米)-防護林帶包氣帶土壤水分的水平交換主要表現為從農田單向流向防護林,春小麥-防護林之間水分交換量為1465.1mm,其中樹木蒸騰占74.26%,灌溉側滲的占25.74%;玉米-防護林帶間水分交換量為2195.2mm,其中樹木蒸騰占76.20%,灌溉側滲的占23.80%。地下水橫向水流則表現為雙向流動的現象,但水流的總趨勢是從南向北流動,從南面的春小麥地流向防護林地,再從防護林地流向北面的玉米地。同時地下水流速率與農田灌溉密切相關。(6)相比于常規(guī)灌溉,小麥和玉米加粘土層后優(yōu)化灌溉均大幅減少了灌水次數和灌水總量。結合土地翻犁、輪作倒茬和經濟成本因素,改良后小麥和玉米地的粘土層最佳位置為30-40cm。相比于常規(guī)灌溉,三種防護林經過優(yōu)化灌溉,蒸散量、蒸騰量、蒸發(fā)量均呈現大幅增加,樹木受到的水分脅迫得到緩解,極大改善了防護林的水分虧缺,增強了防護林的生存能力。
【學位授予單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S714.2

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本文編號：1325220