【摘要】：土壤水分是制約植被恢復(fù)和生態(tài)重建最主要的限制因子,為解決黃土丘陵區(qū)生態(tài)建設(shè)與經(jīng)濟發(fā)展的統(tǒng)一問題,2006年在陜北米脂縣銀州鎮(zhèn)孟岔村采用三種微灌工程技術(shù)與三種配套技術(shù)相結(jié)合的方法,對山地棗樹林進(jìn)行了改造和建設(shè),隨著微灌工程設(shè)施的日益老化,所帶來的維修成本也與日俱增,加之黃土高原人工林地土壤干燥化問題日益嚴(yán)重,黃土丘陵區(qū)山地棗林迫切需要新的能夠滿足林木生長需要的水分供給措施。因此,本研究結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H的地形條件和氣候條件,提出了一種集水土保持與發(fā)展徑流林業(yè)、緩解土壤干層形成、改良土壤結(jié)構(gòu)、增加水分利用效率等于一體的新型水土保持工程措施——竹節(jié)式聚水溝技術(shù),以期為黃土丘陵區(qū)山地棗林創(chuàng)立新的水分增效模式與途徑。為了深入研究黃土丘陵區(qū)山地棗林土壤水分對竹節(jié)式聚水溝的響應(yīng)及作用機制,本研究通過野外試驗、室內(nèi)試驗及室內(nèi)土樣分析等相結(jié)合的方法,旨在探明竹節(jié)式聚水溝的儲水能力、保水能力以及對土壤水分時空分布狀況與運移規(guī)律的影響,研究竹節(jié)式聚水溝對土壤物理性質(zhì)的影響,分析優(yōu)選竹節(jié)式聚水溝條件下模擬陜北山地棗林蒸散量模型,以期為該技術(shù)的大面積推廣提供理論和現(xiàn)實依據(jù)。研究主要得出如下結(jié)論：1.選擇出最大儲水能力的竹節(jié)式聚水溝尺寸及填充物類型尺寸為1×0.3×0.3m的竹節(jié)式聚水溝在3種放水流量下均能表現(xiàn)出最大儲水能力,在該尺寸下,研究了3種填充物下竹節(jié)式聚水溝的儲水能力,結(jié)果顯示,秸稈是最佳的填充物,3種填充物下竹節(jié)式聚水溝儲水能力的順序是：秸稈樹枝碎石。2.不同填充物的持水能力和竹節(jié)式聚水溝攔蓄能力差異較大木屑的持水能力最強,幾乎是秸稈的2.5倍,填充物持水能力的大小順序是：木屑秸稈基質(zhì)碎石：降雨強度對竹節(jié)式聚水溝攔蓄能力的影響表現(xiàn)為0.6mm/min0.92mm/min。不同填充物的竹節(jié)式聚水溝攔蓄能力以秸稈填充效果最好,樹枝及碎石的竹節(jié)式聚水溝的攔蓄能力則差異不顯著。3.不同填充物下竹節(jié)式聚水溝對土壤物理性質(zhì)有一定影響以豆皮和基質(zhì)為填充物的竹節(jié)式聚水溝可有效降低土壤容重、增加土壤孔隙度、提高土壤持水和透水能力。結(jié)果表明,填充物下的竹節(jié)式聚水溝土壤容重在20-40cm土層顯著降低,填充基質(zhì)和豆皮的竹節(jié)式聚水溝1m以上土壤總孔隙度分別提高6.08%和2.26%,整個土壤垂直剖面的飽和含水率以及飽和導(dǎo)水率均有不同程度的提高。4.竹節(jié)式聚水溝具有一定的保墑增產(chǎn)效應(yīng)連續(xù)2年觀測數(shù)據(jù)表明,竹節(jié)式聚水溝條件下2m以上土層的平均土壤含水量高于對照約12%,體現(xiàn)了其良好的保水能力；在冬季棗樹休眠期內(nèi),竹節(jié)式聚水溝條件下經(jīng)過休眠期土壤儲水量減少了24mm,對照經(jīng)過休眠期后土壤儲水量減少達(dá)到50mm,說明竹節(jié)式聚水溝具有較好的抑制蒸發(fā)和保持土壤水分的作用。通過對當(dāng)?shù)?齡棗林生長狀況的連續(xù)三年定位觀測,結(jié)果表明竹節(jié)式聚水溝措施下的山地棗林相較于水平階具有大約10.13%的整體平均增產(chǎn)能力。5.不同填充物下竹節(jié)式聚水溝與水平階的土壤水分時空差異顯著(1)不同填充物下竹節(jié)式聚水溝土壤水分隨時間變化較大2012年5-10月監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,竹節(jié)式聚水溝條件下2m以上土層的平均土壤含水量隨月份呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢,拐點出現(xiàn)在8月,隨后土壤含水量顯著增加并且在10月份達(dá)到最大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對照10月份的土壤水分含量。(2)不同填充物下竹節(jié)式聚水溝土壤水分恢復(fù)效果各異2012年10月份填充了秸稈、樹枝和碎石的竹節(jié)式聚水溝土壤水分恢復(fù)深度分別為：1.1m、1.4m和1.4m,對照僅為0.8m,在0.8m以下存在著不同程度的水分缺失。(3)不同竹節(jié)式聚水溝在模擬降雨條件下達(dá)到飽和狀態(tài)的時間不同填充樹枝的竹節(jié)式聚水溝第一個達(dá)到飽和,填充秸稈的竹節(jié)式聚水溝經(jīng)過最長的時間達(dá)到飽和。不同竹節(jié)式聚水溝在模擬降雨條件下達(dá)到飽和狀態(tài)的時間順序為：秸稈(68min)碎石(59min)樹枝(47min)。(4)竹節(jié)式聚水溝能在一定范圍內(nèi)形成土壤水分相對高水區(qū)在0.92mm/min的降雨強度下,降雨后30min,竹節(jié)式聚水溝措施下土壤水分?jǐn)U散了約0.3m,24小時以后雨水?dāng)U散達(dá)到1m,同時土壤水分在2m土壤深度處變化不明顯,說明竹節(jié)式聚水溝能在一定范圍內(nèi)形成土壤水分相對高水區(qū),有利于棗樹的生長。6. Shuttleworth-Wallace模型可有效估算山地棗林耗水規(guī)律通過對竹節(jié)式聚水溝措施下棗樹耗水進(jìn)行模擬,結(jié)果表明,Shuttleworth-Wallace模型日蒸騰量模擬精度滿足要求,但受到天氣狀況影響,模型精度表現(xiàn)為：晴天雨天；就整個棗樹生育期日蒸散量而言,Shuttleworth-Wallace模型模擬精度優(yōu)于Penman-Monteith模型,且滿足模擬精度要求,而Penman-Monteith模型不滿足精度要求。此外,兩模型精度隨棗樹生育期變化,在萌芽展葉期精度均最低;在山地棗林條件下,Shuttleworth-Wallace模型精度得到了充分的驗證,是半干旱區(qū)山地棗林耗水規(guī)律研究的有效工具。
【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;S152.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2805615