本文關(guān)鍵詞：地面覆蓋對鹽漬土壤水熱鹽運移及作物生長調(diào)控機制研究

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【摘要】：為了探討在寒旱鹽灌區(qū)不同覆蓋方式對鹽漬土壤的水熱鹽協(xié)同調(diào)控機制,研究作物生長發(fā)育狀況對地面覆蓋的響應關(guān)系,本研究在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)進行全程覆蓋(凍融期和玉米生育期)和向日葵生育期覆蓋田間試驗,試驗設粉碎秸稈覆蓋：覆蓋量1.2 kg·m-2(F1.2).覆蓋量0.9kg·m-2(F0.9).覆蓋量0.6kg·m-2(F0.6).覆蓋量0.3 kg·m-2(F0.3),玉米整稈覆蓋(YZ)、向日葵整稈覆蓋(KZ)、地膜覆蓋(DM)、未覆蓋(CK),8個處理。采用野外監(jiān)測與室內(nèi)分析、機理研究與模型模擬相結(jié)合的方法,旨在全面、系統(tǒng)的揭示不同覆蓋方式對土壤水熱鹽運移和作物生長發(fā)育及產(chǎn)量的調(diào)控機制。主要研究結(jié)果如下：1.全程覆蓋試驗(1)覆蓋秋澆后,各處理的凍融特性存在差異,秸稈覆蓋處理的最大凍結(jié)深度小于CK4～26cm,初凍時間滯后0-12d,融化時間滯后0～21d。DM的最大凍結(jié)深度比CK小26cm,初凍時間滯后14d,地表消融開始日期滯后于CK 6d。建立了鹽漬土壤凍結(jié)深度與氣溫負積溫的定量關(guān)系,可用氣溫負積溫判斷季節(jié)性凍土凍結(jié)進程。(2)秸稈覆蓋有效平抑了土壤溫度波動,而地膜覆蓋DM在整個剖面內(nèi)其溫度極差都顯著大于秸稈覆蓋處理和CK。在0-120cmm剖面內(nèi)各層地溫均值大小順序為DMCK秸稈覆蓋處理。覆蓋層可以抑制消融初期上層滯水的無效蒸發(fā),同時可以有效抑制表層積鹽。(3)基于凍融期結(jié)束后春玉米播期的土壤水、鹽、熱三個方面,綜合考慮了不同地面覆蓋對秋澆灌水效果的影響：覆蓋層使得0～20cm土層土壤含水率偏高,而使春玉米適宜播期延遲。覆蓋層抑制了春季鹽分表聚,YZ在控鹽方面表現(xiàn)最好。DM在玉米播期及生育初期保溫效果最好,秸稈覆蓋升溫緩慢,有一定的低溫效應。(4)水鹽脅迫和低溫是鹽漬化地玉米種子萌發(fā)的主要障礙因素,覆蓋處理YZ、F0.9、F1.2和F0.6較其余處理顯著提高了玉米出苗率。覆蓋處理都較CK顯著的提高了玉米籽粒產(chǎn)量,YZ處理增產(chǎn)率最高,較高的出苗率和穗粒均重是玉米增產(chǎn)的主要原因。(5)河套灌區(qū)秋澆及排水系統(tǒng)的不暢通,造成了凍融期養(yǎng)分的遷移與轉(zhuǎn)化并非受單純的季節(jié)性凍融循環(huán)的影響。對于耕層0～40cm,秋澆后,上壤全效養(yǎng)分、速效養(yǎng)分和有機質(zhì)均較灌前增加。在凍融期間,養(yǎng)分經(jīng)歷著淋洗、轉(zhuǎn)化與遷移過程。2.向日葵生育期覆蓋試驗(1)在2年覆蓋試驗后的向日葵原茬地進行以環(huán)入滲試驗,YZ處理的90min累積入滲量最大。通過獨立樣本T檢驗,Philip、Kostiakov、Horton模型模擬數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)間沒有顯著差異,3個模型對模擬免耕留茬地不同覆蓋下的入滲過程有較好的適用性。(2)地面覆蓋主要抑制生育前期的土壤蒸發(fā),同時也可以促進生育后期的向日葵植株的蒸騰強度,覆蓋處理DM、F1.2、YZ的抑蒸效果較明顯。在豐水年,秸稈覆蓋處理F1.2、F0.9、YZ的蓄水保墑效果強于地膜覆蓋DM,而在平水年,DM處理則強于秸稈覆蓋處理。粉碎覆蓋處理間,蓄水保墑效果隨覆蓋量的增加而加強,整稈覆蓋中,YZ的保墑效果強于KZ。(3)在平水年,輕度或中度覆蓋處理的含鹽量較CK的降低幅度大于豐水年,因此,平水年更利于地面覆蓋抑制耕層鹽分的聚集和鹽分的表聚。在豐水年,中度覆蓋處理的含鹽量較未覆蓋處理的降低程度大于輕度處理,覆蓋抑制鹽分表聚的作用強于輕度。(4)覆蓋處理均較CK提高了向日葵的產(chǎn)量,輕度含鹽土壤：豐水年或平水年,秸稈覆蓋處理F0.6和YZ的產(chǎn)量均高于其它處理,增產(chǎn)效應最明顯。中度含鹽土壤：豐水年,YZ和DM處理的產(chǎn)量顯著高于其余覆蓋處理,平水年,F1.2和DM處理的產(chǎn)量為最高,相對產(chǎn)量為1.78、1.69。(5)輕度含鹽土壤,在豐水年,F0.6的水分利用效率最大,顯著高于其它處理,在平水年,各覆蓋處理的水分利用效率顯著高于CK。中度含鹽土壤中,YZ、F1.2有著較高的水分利用效率,粉碎秸稈覆蓋處理間,水分利用效率隨覆蓋量的增加而增加。3.秸稈覆蓋下凍融土壤水、熱、鹽耦合運移模擬利用SHAW模型模擬分析了凍融土壤水、熱、鹽運移規(guī)律,SHAW模型對秸稈覆蓋下土壤溫度日變化的模擬具有較高的精度,對淺層土壤溫度的模擬精度弱于深層土壤。對土壤水分的模擬,由于達到飽和含水率的土壤條件,雖基本模擬了水分剖面變化規(guī)律,但模擬值較實測值偏小,對水分的模擬效果并不好,上部土層的含水率模擬偏差較大,而下部土層土壤含水率模擬值更接近實測值。對土壤鹽分的模擬,F1.2的模擬精度稍高于YZ,但在0-120cm剖面內(nèi),對土壤鹽分的模擬精度整體較低。4.最優(yōu)覆蓋方式,覆蓋量的確定全程覆蓋(凍融期和玉米生育期)：綜合考慮不同覆蓋方式的抑鹽、保墑、調(diào)溫、育肥和產(chǎn)量等效應,YZ表現(xiàn)最優(yōu),粉碎秸稈覆蓋處理中F1.2和F0.9表現(xiàn)較好。向日葵生育期覆蓋：將蓄水保墑、減少鹽漬化和增加純收入結(jié)合起來,對于輕度含鹽土壤,YZ表現(xiàn)最好,粉碎秸稈覆蓋量以0.6～0.9 kg·m-2為家。對于中度含鹽土壤,DM仍然是最有效的覆蓋方式。
【關(guān)鍵詞】：河套灌區(qū) 鹽漬土 地表覆蓋 凍融 水-熱-鹽 向日葵 玉米
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S565.5;S513
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-16
• 1 引言16-26
• 1.1 研究背景及意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究進展17-24
• 1.2.1 河套灌區(qū)地面覆蓋技術(shù)的研究現(xiàn)狀17
• 1.2.2 河套灌區(qū)秋澆研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.3 土壤凍融特性的研究18
• 1.2.4 凍融期水、熱、鹽遷移和分配規(guī)律18-19
• 1.2.5 地面覆蓋對農(nóng)田水土環(huán)境的影響19-20
• 1.2.6 覆蓋對作物生長及產(chǎn)量的影響20-21
• 1.2.7 凍融期及非凍融期土壤養(yǎng)分的研究21-22
• 1.2.8 水熱鹽耦合運移規(guī)律模擬研究進展22-23
• 1.2.9 小結(jié)及論文研究切入點23-24
• 1.3 研究內(nèi)容24-25
• 1.3.1 覆蓋秋澆后鹽漬土壤凍融特性及水熱鹽運移規(guī)律研究24
• 1.3.2 翌年土壤環(huán)境及春玉米生長發(fā)育對覆蓋后秋澆的響應關(guān)系24
• 1.3.3 覆蓋對鹽漬化耕地水土環(huán)境的影響24
• 1.3.4 不同覆蓋方式對向日葵生長狀況及產(chǎn)量的影響24
• 1.3.5 秸稈覆蓋下鹽漬土壤水、熱、鹽耦合運移模擬24-25
• 1.4 技術(shù)路線25-26
• 2 試驗區(qū)概況與試驗設計26-34
• 2.1 試驗區(qū)概況26
• 2.2 試驗設計26-34
• 2.2.1 全程覆蓋試驗26-28
• 2.2.1.1 覆蓋后秋澆凍融試驗26-28
• 2.2.1.2 翌年玉米生育期覆蓋試驗28
• 2.2.2 向日葵生育期覆蓋試驗28-30
• 2.2.2.1 試驗設計28
• 2.2.2.2 數(shù)據(jù)測定28-30
• 2.2.3 供試土壤基本條件30-33
• 2.2.4 數(shù)據(jù)分析33-34
• 3 覆蓋秋澆后鹽漬土壤凍融特性及水熱鹽運移規(guī)律研究34-56
• 3.1 凍融期氣溫及地下水位變化34-36
• 3.1.1 凍融期氣溫日變化34
• 3.1.2 凍融期內(nèi)地下水位及電導率變化34-36
• 3.2 地面覆蓋對季節(jié)性凍融土壤溫度的影響36-40
• 3.3 覆蓋對鹽漬土壤凍融特性的影響分析40-47
• 3.3.1 地溫對氣溫變化的響應關(guān)系40-41
• 3.3.2 不同處理的凍融過程41-42
• 3.3.3 土壤凍結(jié)深度對氣溫負積溫的響應關(guān)系42-47
• 3.3.4 小結(jié)47
• 3.4 凍融期土壤水分時空變化47-49
• 3.5 凍融期土壤鹽分時空變化49-52
• 3.5.1 凍融期土壤鹽分時空變化分析49-51
• 3.5.2 討論及結(jié)論51-52
• 3.6 凍融期內(nèi)水-熱-鹽耦合遷移分析52-54
• 3.7 結(jié)論54-56
• 4 翌年土壤環(huán)境及春玉米生長發(fā)育對覆蓋后秋澆的響應關(guān)系56-82
• 4.1 覆蓋秋澆灌水效果分析56-62
• 4.1.1 不同覆蓋對玉米播期土壤墑情的影響56-58
• 4.1.2 翌年玉米播期土壤剖面鹽分分布58-60
• 4.1.3 覆蓋秋澆對玉米播期地溫的影響60-61
• 4.1.4 討論與結(jié)論61-62
• 4.2 不同覆蓋方式對土壤水分的影響62-63
• 4.2.1 生育期內(nèi)地下水位及降雨量變化62
• 4.2.2 生育期內(nèi)土壤儲水量變化62-63
• 4.2.3 小結(jié)63
• 4.3 不同地面覆蓋處理的鹽分動態(tài)變化63-64
• 4.3.1 生育期內(nèi)土壤含鹽量變化63-64
• 4.3.2 小結(jié)64
• 4.4 不同地面覆蓋處理的溫度效應64-68
• 4.4.1 不同覆蓋對玉米生育進程的影響64-65
• 4.4.2 春玉米不同生育期地積溫分析65-68
• 4.4.3 小結(jié)68
• 4.5 覆蓋秋澆后對翌年春玉米生長發(fā)育的影響68-71
• 4.5.1 翌年玉米出苗對覆蓋秋澆的響應關(guān)系68-69
• 4.5.2 不同覆蓋對春玉米葉面積指數(shù)的影響69-70
• 4.5.3 不同覆蓋對春玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟系數(shù)的影響70-71
• 4.5.4 小結(jié)71
• 4.6 覆蓋秋澆后不同覆蓋對土壤養(yǎng)分的影響71-80
• 4.6.1 研究目的71-72
• 4.6.2 取樣及測定72
• 4.6.3 對土壤全效養(yǎng)分的影響72-75
• 4.6.4 對土壤速效養(yǎng)分分布的影響75-78
• 4.6.5 對土壤有機質(zhì)的影響78-79
• 4.6.6 小結(jié)79-80
• 4.7 討論與結(jié)論80-82
• 5 覆蓋對鹽漬化耕地水土環(huán)境的影響82-106
• 5.1 向日葵生育期內(nèi)降雨量及地下水位82
• 5.2 覆蓋對農(nóng)田土壤容重的影響82-84
• 5.3 覆蓋對鹽漬土壤垂直入滲規(guī)律的影響84-89
• 5.3.1 入滲試驗方法及試驗條件84-85
• 5.3.2 入滲特性及機理分析85-87
• 5.3.3 覆蓋下入滲模型的選擇與構(gòu)建87-89
• 5.3.4 結(jié)論89
• 5.4 不同覆蓋對鹽漬化耕地棵間蒸發(fā)的影響89-92
• 5.4.1 土壤日蒸發(fā)速率變化89-91
• 5.4.2 土壤累積蒸發(fā)量變化91-92
• 5.4.3 討論與結(jié)論92
• 5.5 覆蓋對鹽漬土壤水分狀況的影響92-95
• 5.5.1 不同降水年度土壤儲水量變化92-95
• 5.5.2 討論與結(jié)論95
• 5.6 不同覆蓋下土壤鹽分動態(tài)變化95-101
• 5.6.1 輕度含鹽土壤不同覆蓋處理抑鹽效果分析95-98
• 5.6.2 中度含鹽土壤不同覆蓋處理抑鹽效果分析98-100
• 5.6.3 討論與結(jié)論100-101
• 5.7 不同覆蓋對鹽漬化耕地土壤養(yǎng)分的影響101-104
• 5.7.1 不同覆蓋對耕層土壤養(yǎng)分的影響101-103
• 5.7.2 討論與結(jié)論103-104
• 5.8 小結(jié)104-106
• 6 不同覆蓋方式對向日葵生長狀況及產(chǎn)量的影響106-120
• 6.1 數(shù)據(jù)測定及計算106
• 6.2 不同覆蓋對向日葵光合特性的影響106-113
• 6.2.1 不同覆蓋對向日葵光合速率日變化的影響106-108
• 6.2.2 不同覆蓋對向日葵蒸騰速率日變化的影響108-110
• 6.2.3 不同覆蓋對向日葵氣孔導度日變化的影響110-111
• 6.2.4 不同覆蓋對向日葵胞間CO_2濃度的影響111-112
• 6.2.5 討論與結(jié)論112-113
• 6.3 不同覆蓋對向日葵產(chǎn)量、水分利用效率的影響113-116
• 6.3.1 不同覆蓋對向日葵產(chǎn)量的影響113-114
• 6.3.2 水分利用效率114-116
• 6.4 經(jīng)濟效益分析116-118
• 6.5 討論與結(jié)論118-120
• 7 秸稈覆蓋下凍融土壤水、熱、鹽耦合運移模擬120-136
• 7.1 SHAW模型簡介及研究進展120-123
• 7.1.1 研究進展120
• 7.1.2 SHAW模型的輸入信息120-121
• 7.1.3 SHAW模型關(guān)于殘積層的說明121-123
• 7.2 SHAW模型的率定與檢驗123-133
• 7.2.1 參數(shù)的率定123-127
• 7.2.2 模型的檢驗127-133
• 7.3 凍融期土壤蒸發(fā)的模擬133-134
• 7.4 秸稈層能量傳輸模擬134-135
• 7.5 討論與結(jié)論135-136
• 8 結(jié)論與展望136-140
• 8.1 結(jié)論136-138
• 8.1.1 全程覆蓋試驗136-137
• 8.1.2 向日葵生育期覆蓋試驗137-138
• 8.1.3 秸稈覆蓋下凍融期水熱鹽運移模擬138
• 8.1.4 鹽漬化地農(nóng)業(yè)高效利用技術(shù)模式的建立138
• 8.2 主要創(chuàng)新點138-139
• 8.3 展望139-140
• 致謝140-141
• 參考文獻141-150
• 作者簡介150

【參考文獻】

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