本文關(guān)鍵詞：旱作棗樹覆蓋耕作土壤水分養(yǎng)分動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)研究

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【摘要】：自1999年國家實(shí)施退耕還林(草)工程以來,黃土丘陵區(qū)生態(tài)建設(shè)取得重大成效,紅棗栽植面積發(fā)展勢頭迅猛,成為有效應(yīng)對耕地大面積減少后農(nóng)民脫貧致富的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。但該區(qū)水資源不足以滿足灌溉棗園的生產(chǎn)發(fā)展,旱作棗園極其必要。該區(qū)降雨時(shí)空分布不均,與紅棗關(guān)鍵生育期需水錯(cuò)位,尤其是在紅棗萌芽開花期出現(xiàn)的季節(jié)性干旱,導(dǎo)致旱作紅棗產(chǎn)量低下。同時(shí),黃土丘陵區(qū)現(xiàn)有旱作棗園多普遍盛行傳統(tǒng)耕作技術(shù)—清耕制,導(dǎo)致坡面土壤蓄水抑蒸保墑抗蝕效果差,肥力下降,土壤貧瘠,水土流失嚴(yán)重。如何有效調(diào)控并利用有限的降雨資源,讓其既滿足該區(qū)紅棗經(jīng)濟(jì)林的生長需求,保證紅棗生物產(chǎn)量,且最大限度地減小水土流失,是促進(jìn)該區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)及生態(tài)發(fā)展的關(guān)鍵難題。覆蓋耕作是農(nóng)田保墑的重要技術(shù)措施之一,其能顯著改善土壤水熱狀況,提高降水資源利用效率和作物產(chǎn)量,是目前該領(lǐng)域關(guān)注熱點(diǎn)。本研究將覆蓋耕作引入到旱作棗樹生長中,利用室內(nèi)人工降雨裝置模擬黃土丘陵區(qū)多年平均降雨量條件,并基于5種不同耕作和地表覆蓋措施(棗樹枝全覆蓋(WJBM)、行間淺鋤耕(ST)、白三葉全園生草(WCC)、棗樹枝半覆蓋+行間淺鋤耕(JBM+ST)、棗樹枝半覆蓋+白三葉行間生草(JBM+SWC),清耕處理(CC)作為對照),探討不同措施對土壤物理特性、水分養(yǎng)分動(dòng)態(tài)及棗樹生長效應(yīng)的影響,提出適宜的覆蓋耕作系統(tǒng)。得到的主要結(jié)論有以下幾點(diǎn):(1)覆蓋耕作系統(tǒng)較清耕處理改善了土壤物理特性。各處理土壤容重呈現(xiàn)波動(dòng)性變化,相比2011年3月試驗(yàn)開始前有所增加,但試驗(yàn)?zāi)?013年8月,各覆蓋耕作處理土壤容重均小于清耕處理(CC)。由土壤水分特征曲線可得知,覆蓋耕作處理下的土壤水分含量在高水分吸力階段(0.25 bar)有升高趨勢。各試驗(yàn)處理土壤飽和含水量呈波動(dòng)性降低,而覆蓋耕作處理土壤田間持水量、毛管孔隙度和土壤有效水含量均有所增加,凋萎系數(shù)變化不大。覆蓋耕作處理土壤導(dǎo)水率有所增加,隨壓力水頭的減小,土壤非飽和導(dǎo)水率呈現(xiàn)減小趨勢。(2)覆蓋耕作系統(tǒng)截留率高,減流減沙效果明顯,平均入滲率均高于清耕處理。各處理(除淺鋤耕ST外)次降雨坡面截留量及截留率均顯著高于清耕CC處理,棗樹枝全覆蓋(WJBM)最大(13.2%)。坡面截留量與坡面蓋度和次降雨量呈顯著線性關(guān)系。覆蓋耕作處理與CC處理相比,明顯推遲了坡面產(chǎn)流時(shí)間,且顯著控制了坡面徑流量、減少了坡面泥沙總量及產(chǎn)流產(chǎn)沙率。其中,棗樹枝全覆蓋處理(WJBM)、白三葉全園生草處理(WCC)及二者的組合措施(JBM+SWC)減流減沙效益最好,棗樹枝半覆蓋+行間淺鋤耕處理(JBM+ST)用水減沙比最大,說明在保證單位泥沙量不流失時(shí)該處理保存于土壤的徑流量最大。清耕處理和覆蓋耕作處理產(chǎn)流產(chǎn)沙過程可分別用指數(shù)函數(shù)和二次多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行擬合,方程均達(dá)到顯著,擬合優(yōu)度大于0.8。采用線性函數(shù)對累計(jì)徑流泥沙過程進(jìn)行擬合,擬合優(yōu)度均大于0.85。覆蓋耕作各處理顯著提高了土壤平均入滲率、初始入滲率和穩(wěn)定入滲率,各處理多年平均入滲率排序?yàn)閃CCWJBMJBM+SWCJBM+STSTCC。利用Horton方程和Kostiakov公式對典型次降雨各處理入滲過程的擬合結(jié)果表明,Horton公式對該尺度下入滲過程的擬合更合理,結(jié)果更可信。(3)覆蓋耕作系統(tǒng)雨后土壤水分含量及分布較優(yōu),棗樹枝全覆蓋土壤水分日消耗最小。在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi),棗樹枝全覆蓋處理(WJBM)條件下土壤含水量顯著高于其余處理。各覆蓋耕作處理3年平均土壤含水量大小排序?yàn)閃JBMJBM+SWCJBM+STSTCCWCC。土壤水分隨時(shí)間變化趨勢表明,棗樹開花坐果期及果實(shí)膨大期土壤水分持續(xù)下降,至果實(shí)成熟期后期到落葉期,逐漸得到恢復(fù)。隨土層深度增加,土壤含水量逐漸增大,且變異系數(shù)降低。清耕處理(CC)土壤含水量受降雨和耗水的影響較小,數(shù)值較穩(wěn)定。試驗(yàn)期內(nèi),覆蓋耕作各處理雨后土壤水分增量顯著高于清耕處理(P0.05),其中以白三葉全園生草處理(WCC)最大,2年平均值為58.3±14.3 mm,其次是WJBM處理,但覆蓋耕作處理間無顯著差異。白三葉全園生草處理(WCC)2012年、2013年及三年平均土壤水分日消耗量(棗樹及白三葉蒸騰+土壤蒸發(fā))顯著高于其他處理(P0.05),WJBM處理土壤水分日消耗量最小。各覆蓋耕作處理3年平均水分日消耗量總體排序?yàn)閃CCJBM+SWCCCJBM+STSTWJBM。(4)各處理土壤速效養(yǎng)分分布差異不顯著,覆蓋耕作系統(tǒng)在棗樹非生長期速效養(yǎng)分呈現(xiàn)累計(jì)狀態(tài)。各處理間土壤堿解氮(AN)、有效磷(AP)及水溶性有機(jī)碳(WSOC)含量無顯著差異。2011年,棗樹枝半覆蓋與白三葉行間生草(JBM+SWC)組合處理和清耕處理(CC)AN含量顯著高于白三葉全園生草處理(WCC)。2012年,JBM+SWC處理的AN含量顯著高于棗樹枝全覆蓋(WJBM)和棗樹枝半覆蓋與行間淺鋤耕組合處理(JBM+ST)。平均AN含量排序?yàn)镴BM+SWCSTCCWJBMJBM+STWCC。各處理AN和WSOC年際變化趨勢均表現(xiàn)出“下降-上升-下降”的波動(dòng)性變化趨勢,升降幅度不同。AP含量在試驗(yàn)初期先增大后減小,各處理總體表現(xiàn)為持續(xù)性下降。在棗樹非生長期,WJBM和JBM+SWC處理土壤養(yǎng)分累計(jì)較快。各處理AN及WSOC含量在棗樹及白三葉生長期呈消耗狀態(tài),在非生長期內(nèi)呈累計(jì)狀態(tài)。在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)AP含量變化較小,且一直處于消耗狀態(tài)。2011年生長期內(nèi),JBM+SWC與CC處理AN消耗最大,淺鋤耕(ST)處理AP與WSOC的消耗最大。此外,CC處理養(yǎng)分隨泥沙損失的總量顯著高于覆蓋耕作處理。ST與CC處理泥沙中AN含量顯著高于JBM+SWC處理。泥沙中AN含量的排序?yàn)镾TCCWCCWJBMJBM+STJBM+SWC。(5)覆蓋處理和適宜的耕作處理對棗樹生長有的促進(jìn)作用,白三葉生草覆蓋尤其是全園生草,棗樹樹高的增長受到限制,各處理間棗樹樹高、徑粗無顯著差異。棗樹及白三葉生育期內(nèi)葉面積指數(shù)(LAI)變化趨勢相似,均在8月果實(shí)膨大期達(dá)到最大值,隨后逐漸降低至次年萌芽展葉期開始回升。各處理?xiàng)棙銵AI在2011-2012年各生育期內(nèi)均高于清耕處理(CC),試驗(yàn)初期以行間淺鋤耕處理(ST)較高,試驗(yàn)中后期,以棗樹枝半覆蓋+行間淺鋤耕(JBM+ST)棗樹LAI較高。棗樹葉片葉綠素含量與葉面積指數(shù)變化趨勢基本相似,8月棗樹果實(shí)膨大期達(dá)到峰值。整個(gè)試驗(yàn)期(2011-2013年)各處理?xiàng)棙淙~片葉綠素含量排序?yàn)閃CCSTCCWJBMJBM+STJBM+SWC。光合作用主要指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,白三葉全園生草(WCC)處理凈光合速率Pn、氣孔導(dǎo)度Cond、水分利用效率WUE、光合有效輻射利用效率δ和氣孔限制值Ls均高于CC處理,其次是棗樹枝全覆蓋(WJBM)的光合作用指標(biāo)較好。光合作用日變化數(shù)據(jù)表明,Pn、Cond峰值出現(xiàn)在11:00,蒸騰速率Tr峰值出現(xiàn)11:00-13:00之間,而WUE在早上9:00初始測定時(shí)最大。(6)初步研究結(jié)果表明,認(rèn)為棗樹枝全覆蓋為適宜該區(qū)的最優(yōu)覆蓋耕作系統(tǒng)。選取能表征水土資源高效利用和水土流失有效控制的雨后土壤水分增量、坡面減流、減沙量、土壤速效養(yǎng)分(AN、AP及WSOC),利用相對差距和綜合評價(jià)方法以及灰色多維綜合隸屬度評價(jià)法,對各覆蓋耕作技術(shù)模式進(jìn)行評價(jià)與優(yōu)選。相對差距和評價(jià)結(jié)果表明棗樹枝全覆蓋模式(WJBM)相對差距和0.01296,為該研究尺度最優(yōu)的棗園覆蓋管理模式�；疑嗑S綜合隸屬度評價(jià)方法也顯示棗樹枝全覆蓋處理最優(yōu)。
【關(guān)鍵詞】：黃土高原 覆蓋耕作 棗園 土壤入滲 徑流泥沙 速效養(yǎng)分
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S665.1
【目錄】：

• 摘要6-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 選題背景與意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展16-21
• 1.2.1 覆蓋耕作對土壤物理性狀的影響17-18
• 1.2.2 覆蓋耕作水土保持效應(yīng)18
• 1.2.3 覆蓋耕作對土壤水分的影響18-20
• 1.2.4 覆蓋耕作對土壤養(yǎng)分的影響20-21
• 1.2.5 覆蓋耕作對作物生長狀況的影響21
• 1.3 目前研究中存在的問題21-22
• 1.4 研究目標(biāo)22-23
• 第二章 材料與方法23-37
• 2.1 試驗(yàn)方法23
• 2.2 研究內(nèi)容23-24
• 2.2.1 覆蓋耕作系統(tǒng)對土壤物理特性的影響23
• 2.2.2 覆蓋耕作系統(tǒng)土壤水分動(dòng)態(tài)變化及坡面徑流-泥沙過程23
• 2.2.3 覆蓋耕作系統(tǒng)各土層速效養(yǎng)分含量23
• 2.2.4 覆蓋耕作系統(tǒng)對棗樹生長狀況的影響23-24
• 2.2.5 覆蓋耕作系統(tǒng)評價(jià)24
• 2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)24-29
• 2.3.1 降雨器及土槽24-26
• 2.3.2 試驗(yàn)材料26-27
• 2.3.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)27-29
• 2.4 測定方法29-35
• 2.4.1 土壤物理性狀29-31
• 2.4.2 坡面徑流與土壤水分31-33
• 2.4.3 土壤速效養(yǎng)分采集與測定33-34
• 2.4.4 植物生長指標(biāo)測定34-35
• 2.5 技術(shù)路線35-37
• 第三章 覆蓋耕作系統(tǒng)對土壤物理性狀的影響37-47
• 3.1 土壤容重37
• 3.2 土壤持水性37-45
• 3.2.1 土壤水分特征曲線38-40
• 3.2.2 土壤持水性40-43
• 3.2.3 土壤比水容量43-45
• 3.3 土壤導(dǎo)水能力45-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 覆蓋耕作系統(tǒng)對坡面徑流泥沙過程的影響47-80
• 4.1 植被截留47-52
• 4.1.1 降雨截留量與截留率47-48
• 4.1.2 截留量與坡面覆蓋度關(guān)系48-50
• 4.1.3 截留量與降雨量關(guān)系50-51
• 4.1.4 截留量與覆蓋度及降雨量回歸方程51-52
• 4.2 坡面徑流-泥沙過程52-65
• 4.2.1 坡面總徑流量、泥沙量及產(chǎn)流時(shí)間52-54
• 4.2.2 徑流量、泥沙量隨坡面蓋度的變化54-55
• 4.2.3 坡面徑流-泥沙關(guān)系55-56
• 4.2.4 坡面徑流、泥沙相關(guān)參數(shù)散點(diǎn)關(guān)系56-60
• 4.2.5 覆蓋耕作系統(tǒng)減流減沙效益60-62
• 4.2.6 典型降雨事件坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙過程及方程擬合62-65
• 4.3 土壤入滲及土壤水分變化特征65-76
• 4.3.1 土壤入滲率65-67
• 4.3.2 入滲過程模擬67-70
• 4.3.3 雨后土壤水分再分布70-72
• 4.3.4 土壤含水量及雨后水分增量72-76
• 4.4 土壤水分消耗量76-78
• 4.5 本章小結(jié)78-80
• 第五章 覆蓋耕作系統(tǒng)對土壤養(yǎng)分的影響80-91
• 5.1 土壤養(yǎng)分含量80-85
• 5.1.1 堿解氮、有效磷及水溶性有機(jī)碳含量80-82
• 5.1.2 土壤堿解氮、有效磷及水溶性有機(jī)碳年際變化82-85
• 5.2 土壤速效養(yǎng)分累計(jì)與消耗85-87
• 5.3 坡面養(yǎng)分流失量對比分析87-89
• 5.4 本章小結(jié)89-91
• 第六章 覆蓋耕作系統(tǒng)對棗樹生長特性的影響91-103
• 6.1 棗樹樹高、莖粗變化特征91-93
• 6.2 棗樹葉綠素、葉面積指數(shù)93-97
• 6.2.1 棗樹葉片葉綠素含量94-95
• 6.2.2 棗樹葉面積指數(shù)95-97
• 6.3 棗樹光合作用97-101
• 6.4 本章小結(jié)101-103
• 第七章 覆蓋耕作系統(tǒng)綜合評價(jià)103-108
• 7.1 評價(jià)方法介紹103-104
• 7.1.1 相對差距和綜合評價(jià)法103
• 7.1.2 灰色多維綜合隸屬度評價(jià)方法103-104
• 7.2 相對差距和評價(jià)結(jié)果104
• 7.3 灰色多維綜合隸屬度評價(jià)結(jié)果104-107
• 7.3.1 選取評價(jià)指標(biāo)105
• 7.3.2 確定各觀測指標(biāo)優(yōu)劣等級界限值105
• 7.3.3 構(gòu)建等級隸屬度函數(shù)子矩陣105-106
• 7.3.4 確定觀測指標(biāo)的權(quán)重106
• 7.3.5 計(jì)算綜合隸屬度、得出結(jié)果106-107
• 7.4 本章小結(jié)107-108
• 第八章 研究結(jié)論及后續(xù)展望108-112
• 8.1 主要研究結(jié)論108-110
• 8.1.1 土壤物理性狀方面108
• 8.1.2 坡面徑流泥沙方面108
• 8.1.3 土壤水分動(dòng)態(tài)方面108-109
• 8.1.4 土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)方面109
• 8.1.5 棗樹生長特性方面109-110
• 8.1.6 覆蓋耕作系統(tǒng)綜合評價(jià)110
• 8.2 創(chuàng)新點(diǎn)110
• 8.3 后續(xù)研究問題展望110
• 8.3..1 試驗(yàn)布設(shè)方面110-112
• 8.3.2 試驗(yàn)指標(biāo)監(jiān)測110
• 8.3.3 研究內(nèi)容方面110-112
• 參考文獻(xiàn)112-126
• 致謝126-128
• 作者簡介128

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊建英,趙廷寧,孫保平,孫立達(dá);運(yùn)動(dòng)波理論及其在黃土坡面徑流過程模擬中的應(yīng)用[J];北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1993年01期

2 田晶會(huì),賀康寧,王百田,郭紅,張衛(wèi)強(qiáng),尹婧;黃土半干旱區(qū)側(cè)柏氣體交換和水分利用效率日變化研究[J];北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2005年01期

3 丁朝華,武顯維,康寧;果園地面覆蓋管理的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益分析[J];長江流域資源與環(huán)境;1996年03期

4 周萍;劉國彬;侯喜祿;;黃土丘陵區(qū)鐵桿蒿群落植被特性及土壤養(yǎng)分特征研究[J];草業(yè)學(xué)報(bào);2008年02期

5 李衍青;張銅會(huì);趙學(xué)勇;劉新平;童勛章;云建英;;科爾沁沙地小葉錦雞兒灌叢降雨截留特征研究[J];草業(yè)學(xué)報(bào);2010年05期

6 朱顯謨;試論黃土高原的生態(tài)環(huán)境與“土壤水庫” ──重塑黃土地的理論依據(jù)[J];第四紀(jì)研究;2000年06期

7 門旗,李毅,馮廣平;地膜覆蓋對土壤棵間蒸發(fā)影響的研究[J];灌溉排水學(xué)報(bào);2003年02期

8 楊直毅;汪有科;趙穎娜;黎朋紅;段雪松;;樹枝覆蓋與保水劑對土壤水分的影響[J];灌溉排水學(xué)報(bào);2010年01期

9 吳普特;汪有科;辛小桂;朱德蘭;;陜北山地紅棗集雨微灌技術(shù)集成與示范[J];干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究;2008年04期

10 王小華;賈克力;劉景輝;李立軍;;Van Genuchten模型在土壤水分特征曲線擬合分析中的應(yīng)用[J];干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究;2009年02期

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本文編號：1065603