本文關(guān)鍵詞：吉林西部蘇打鹽漬土區(qū)土壤水氮空間分布特征及行為模擬　出處：《吉林大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：吉林西部位于松嫩平原西部,受氣候及人為因素影響,生態(tài)環(huán)境脆弱,土壤鹽漬化嚴(yán)重,未利用土地面積占吉林省未利用土地面積的一半以上。為開(kāi)發(fā)利用吉林西部的鹽漬化荒廢土地資源,吉林省實(shí)施了土地整理項(xiàng)目,將鹽漬化荒地開(kāi)發(fā)為水田,目前吉林西部新增開(kāi)發(fā)水田已達(dá)到15.2萬(wàn)公頃。但是,伴隨著水田面積的增加,不合理灌溉與施肥極易引起局部地段的土壤次生鹽漬化以及土壤氮素遷移和淋失,不僅降低氮肥利用率,影響水稻的產(chǎn)量,還可對(duì)地下水和地表水造成污染。因此在灌區(qū)進(jìn)行合理的水肥措施調(diào)控水鹽氮、改良鹽漬土、提高水肥效用、增加水稻產(chǎn)量成為保障糧食安全,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等急需解決的重要問(wèn)題。本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 蘇打鹽漬土區(qū)區(qū)域水田開(kāi)發(fā)的鹽份遷移響應(yīng)研究‖和吉林省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 蘇打鹽漬土區(qū)水田生態(tài)系統(tǒng)水鹽氮互饋過(guò)程及模擬研究”,以吉林西部大安灌區(qū)為研究區(qū),通過(guò)資料收集、樣品采集和室內(nèi)試驗(yàn),結(jié)合經(jīng)典統(tǒng)計(jì)、地統(tǒng)計(jì)分析方法和DSSAT(Decision Support System for Agrotechnology Transfer)模型模擬方法,開(kāi)展了研究區(qū)土壤水氮空間分布特征、水氮行為和水稻生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)模擬研究,通過(guò)研究得到主要結(jié)論如下:(1)通過(guò)野外布點(diǎn)采樣測(cè)試與分析,研究了大安地區(qū)土壤水分、貯水常數(shù)和氮素的空間分布及變異特征,分析了不同土地利用類型對(duì)不同深度土壤含水量分布特征的影響。結(jié)果表明叉干鄉(xiāng)西部、中部月亮泡至新平安一線、東部的聯(lián)合等區(qū)域表層土壤含水量較高;非鹽堿土壤含水量隨土壤深度增加逐漸遞減,鹽堿土壤含水量先減小后增加;吸持貯水量、滯留貯水量和飽和貯水量呈四周高中間低的空間分布特征,東西方向上的變化幅度很小;實(shí)際貯水量由西向東,由北向南,實(shí)際貯水量均呈現(xiàn)逐漸升高的變化趨勢(shì);土壤硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)由東到西逐漸減少的分布規(guī)律,土壤氨氮含量呈現(xiàn)東西方向變化不大、南部和北部高中間低的分布規(guī)律,土壤全氮由西向東呈指數(shù)形式增加,由南向北先增加后減小。(2)結(jié)合試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析,利用RETC軟件和EXCEL軟件對(duì)土壤水分特征曲線和土壤水分?jǐn)U散率進(jìn)行擬合,建立了土壤水分特征曲線和土壤基本理化性質(zhì)之間的土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)模型及土壤水分?jǐn)U散率的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)模型,并根據(jù)土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)得到了土壤飽和導(dǎo)水率,對(duì)土壤水分特征曲線、土壤水分?jǐn)U散率和飽和導(dǎo)水率的分布特征及空間變異性進(jìn)行了分析,并研究了鹽堿化對(duì)土壤水力學(xué)參數(shù)的影響。結(jié)果顯示研究區(qū)不同土壤類型不同深度土壤水分?jǐn)U散曲線均可以用指數(shù)函數(shù)進(jìn)行描述,土壤含鹽量對(duì)土壤水分?jǐn)U散率有較顯著的影響,在土壤含水量較低時(shí)(0.3cm3/cm3),土壤含鹽量越高,土壤水分?jǐn)U散率越大。van Genuchten模型適合描述研究區(qū)土壤水分特征曲線。鹽堿地0-20cm、20-40cm和60-80cm土壤飽和含水量屬于中等變異強(qiáng)度,40-60cm和80-100cm屬于弱變異強(qiáng)度,非鹽堿地剖面各層土壤飽和含水量均屬于弱變異強(qiáng)度;非鹽堿地40-60cm土壤的α值為弱變異強(qiáng)度,鹽堿地和非鹽堿地其他土層α值均為中等強(qiáng)度變異;除鹽堿地80-100cm土壤的n變異系數(shù)為18.81%屬于中等強(qiáng)度變異外,其它均為弱變異強(qiáng)度;在鹽堿地剖面上,除60-80cm土層外,飽和導(dǎo)水率隨土壤深度逐漸增大,在非鹽堿地剖面上飽和導(dǎo)水率值均呈先增大后減小趨勢(shì),鹽堿地土壤飽和導(dǎo)水率的變異性較非鹽堿地大。(3)根據(jù)調(diào)查和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),構(gòu)建了DSSAT模型并對(duì)DSSAT模型進(jìn)行了校正與檢驗(yàn)。結(jié)果表明所建DSSAT模型能夠準(zhǔn)確模擬研究區(qū)水稻的生育期和籽粒產(chǎn)量以及土壤水氮?jiǎng)討B(tài),模型可用于研究區(qū)水田土壤水氮行為及水稻的生長(zhǎng)模擬。(4)應(yīng)用校驗(yàn)的DSSAT模型,模擬了不同灌溉方式和施氮水平下研究區(qū)水田土壤剖面不同深度土壤水分的變化規(guī)律,分析了土壤鹽漬化、灌溉方式、氮肥施用量對(duì)土壤水分的影響。結(jié)果表明,不同土層土壤水分變化規(guī)律基本相同,變化幅度不同,隨著土壤深度增加,土壤水分變化幅度逐漸減小。相同生育期內(nèi),間歇灌溉方式下土壤水分低于常規(guī)灌溉方式。鹽堿地土壤水分的變化幅度較非鹽堿地土壤水分變化幅度大。施肥量對(duì)表層土壤含水量影響最大,對(duì)底層幾乎無(wú)影響。不同施氮水平下,返青期和分蘗期土壤含水量無(wú)變化,變化最為明顯的是拔節(jié)孕穗期和灌漿期。(5)不同灌溉方式下土壤硝態(tài)氮行為模擬的結(jié)果顯示,返青期,表層土壤硝態(tài)氮含量逐漸減小,20-100cm各層土壤硝態(tài)氮含量先增加后減小。常規(guī)灌溉方式下,分蘗期至收獲,鹽堿地所有土層僅在收獲后土壤硝態(tài)氮增加。非鹽堿地所有土層在曬田期和收獲后土壤硝態(tài)氮增加。間歇灌溉方式下,鹽堿地0-80cm土壤在分蘗期、孕穗期和收獲后硝態(tài)氮增加,80-100cm土壤硝態(tài)氮僅在孕穗期和收獲后略有增加;非鹽堿地0-80cm土壤硝態(tài)氮在分蘗期、曬田期和收獲后增加,80-100cm土壤硝態(tài)氮在曬田期和收獲后略有增加。鹽堿地收獲后各土層間歇灌溉方式下的土壤硝態(tài)氮含量明顯高于常規(guī)灌溉,非鹽堿地曬田期間歇灌溉方式下土壤硝態(tài)氮含量高于常規(guī)灌溉,收獲后常規(guī)灌溉方式下土壤硝態(tài)氮含量高于間歇灌溉。(6)不同灌溉方式下土壤氨氮行為模擬的結(jié)果表明,兩種灌溉方式下土壤氨氮的變化規(guī)律基本一致,返青期至追施分蘗肥前土壤氨氮含量相同,之后常規(guī)灌溉方式下土壤氨氮含量高于間歇灌溉,成熟期至收獲階段差異最為明顯。表層土壤氨氮在追施分蘗肥后急劇增加并達(dá)到生育期內(nèi)的最高值,隨后逐漸降低,追施穗肥和粒肥后有所升高,升高幅度小于追施分蘗肥后的增加幅度,隨后土壤氨氮含量變動(dòng)不大。20-40和40-60cm土壤氨氮在追施分蘗肥后逐漸增加至最大值,隨后逐漸減小,分蘗期后至收獲,土壤氨氮含量變動(dòng)幅度不大。60-80cm和80-100cm土壤氨氮含量隨著生育期的增加逐漸增加。非鹽堿地土壤氨氮變化規(guī)律基本與鹽堿地一致,變動(dòng)幅度較鹽堿地大,曬田階段和成熟期至收獲階段略有不同。曬田階段,非鹽堿地所有深度土壤氨氮含量均有所降低。成熟期至收獲階段,0-20cm、20-40cm和40-60cm土壤氨氮呈現(xiàn)先增加后減小的變化規(guī)律,該階段土壤氨氮含量顯著于拔節(jié)孕穗期。(7)通過(guò)DSSAT模型對(duì)150kg/ha、180kg/ha、200kg/ha、220kg/ha和240kg/ha施氮水平下土壤硝態(tài)氮和氨氮行為的模擬結(jié)果顯示不同施氮量對(duì)土壤硝態(tài)氮的影響主要體現(xiàn)在收獲期。在施氮量由150kg/ha增加至200kg/ha時(shí),土壤硝態(tài)氮含量隨施氮量的增加而增加,施氮量由200kg/ha增加至240kg/ha時(shí),土壤硝態(tài)氮含量先減小后增加。施氮水平對(duì)土壤氨氮的影響主要體現(xiàn)在追施分蘗肥后和成熟期至收獲。施氮量由150kg/ha增加至200kg/ha時(shí),土壤氨氮含量均隨施氮量的增加而增加,施氮量由200kg增加至240kg時(shí),土壤氨氮含量先減小后增加。收獲后鹽堿地土壤氨氮含量略有差異,240kg/ha施氮水平下土壤氨氮含量最高,其次為200kg/ha施氮水平,其他施氮水平下土壤氨氮含量基本相同。(8)運(yùn)用DSSAT模型對(duì)不同灌溉方式和施氮水平下的水稻生產(chǎn)潛力和生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)進(jìn)行了模擬,并得到了不同灌溉-施氮組合下的水稻產(chǎn)量。研究得出在施氮水平由150kg/ha增加到200kg/ha時(shí),產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加,由200kg/ha增加至240kg/ha時(shí),呈現(xiàn)先減小后增加的 V‖字型,且200kg/ha與240kg/ha施氮水平下的產(chǎn)量接近,說(shuō)明施氮水平超過(guò)200kg/ha時(shí)水稻增產(chǎn)效果不明顯。在非鹽堿地中,施氮水平低于200kg/ha時(shí),常規(guī)灌溉方式下的產(chǎn)量高于間歇灌溉,施氮量越小產(chǎn)量差距越大,200-240kg/ha施氮水平時(shí),間歇灌溉方式下產(chǎn)量更高;鹽堿地中,所有施氮水平下常規(guī)灌溉方式下的產(chǎn)量均明顯高于間歇灌溉,施氮量越高,產(chǎn)量差距越大。相對(duì)于非鹽堿地,鹽堿地在高水肥下的增產(chǎn)效果更加顯著。葉面積指數(shù)變化規(guī)律與產(chǎn)量變化規(guī)律一致,非鹽堿地最大葉面積指數(shù)在4.1-6.11之間,鹽堿地的最大葉面積指數(shù)在2.79-4.35之間。水稻產(chǎn)量較高且對(duì)環(huán)境影響較小的水肥管理模式為:200kg/ha施氮水平-間歇灌溉的組合方式適于非鹽堿地水稻種植管理,200kg/ha施氮水平-常規(guī)灌溉適于鹽堿地水稻種植管理。研究結(jié)果為蘇打鹽漬化灌區(qū)節(jié)水控肥、提高水氮利用效率、防止土壤次生鹽漬化、預(yù)防地下水和地表水污染、提高水稻產(chǎn)量提供了一定的科學(xué)理論基礎(chǔ)。
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