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《西南大学》 2007年
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贵州喀斯特山区黄壤水分动态及其影响因素

蒋太明  
【摘要】: 如何提高降雨的资源化水平,用好有限的水资源,降低农业生产的需水量和耗水量已成为一个国际性的课题。土壤水分是作物生长、植被恢复以及生态环境建设的主要限制性因素。近年来,随着各种新方法、新技术的应用,农业生态系统水分运移模型,农田水分优化管理与调控技术等方面取得了大量的研究成果。但是,这些研究成果主要集中在半干旱、半湿润气候带的华北平原和黄土高原,而在南方季节性干旱地区,尤其是西南喀斯特地区此类的系统研究工作较少。地处西南地区的贵州,碳酸盐类岩石分布面积大、范围广,是我国水土流失最严重的地区之一,季节性干旱问题突出,严重制约了农业生产的可持续发展。黄壤是贵州主要的农业土壤类型,占贵州国土面积的41.9%,占全国黄壤面积的25.3%,在全国具有典型代表性。为此,本研究选择具有喀斯特山区典型代表性的修文县久长镇为试验区,以黄壤为供试土壤,开展喀斯特山区坡地水分动态及其影响因素的研究,为贵州山区开展集雨抗旱技术示范与推广提供了科学依据。 试验研究以为贵州喀斯特山区季节性干旱问题的解决提供科学依据为出发点,围绕坡地黄壤水分时空变异规律,在6.5度、9.5度和16度坡耕地上,按10.0m×4.0m的规格设置试验小区,以裸地为对照,设置了玉米—小麦套作、蔬菜—蔬菜连作两种作物种植方式,于2001年6月~2003年7月期间,采集坡地径流数据66次、共594个,每10天采取0~10cm、10~20cm、20~40cm、40~60cm土层土样,每20天采取60~80cm、80~100cm土层土壤样品进行含水量测定,获得76批次、共3420个土壤水分数据。按照不同坡度、不同作物种植方式分别对径流与土壤水分数据进行分类整理,采用常规数据统计和互谱相关分析、小波分析等方法对黄壤水分的空间变异进行了探讨,完成了贵州喀斯特山区黄壤的持水性能、降水转化、水分动态及其影响因素等相关内容的探讨。主要研究成果如下: (1)黄壤质地粘重,持水力强,比水容量小,有效水范围极窄,易于发生干旱。 黄壤剖面中粒径<0.01mm的物理性粘粒含量691.7~880.5g·kg~(-1),粒径<0.001mm的细粘粒占物理性粘粒的44%以上,为重粘土。黄壤20~40cm土层的粘粒含量最高,不利于降雨入渗。黄壤粘粒含量与田间持水量、凋萎系数和有效水分含量显著正相关;砂粒、粉粒、容重与田间持水量、凋萎系数和有效水分含量呈显著负相关。 当土水势由-2.5~-10kPa段降至-10~-30kPa段,再降至-100~-300kPa段时,黄壤比水容量由10~(-1)数量级降至10~(-2)数量级,再降至10~(-3)数量级。当土壤水吸力S小于100kPa时,土壤含水率下降很快,土壤水分释放快,量大;当吸力S大于100kPa时,土壤水分释放缓慢,量小。黄壤0~20cm土层田间持水量高至282.2g·kg~(-1),凋萎系数也高达250.0g·kg~(-1)以上,有效水范围仅30~50g·kg~(-1),是黄壤易于干旱的主要原因。 0~100cm土体黄壤总库容为5515.3 m~3·hm~(-2);贮水库容达4094.1 m~3·hm~(-2),占总库容的74.23%;通透库容仅1421.26 m~3·hm~(-2),占总库容的25.77%,不利于土壤水分的上、下运行;有效水库容只287.1m~3·hm~(-2),占贮水库容的比例仅9.69%,易于发生干旱;无效水库容占贮水库容的比例高达90.31%,对作物供水价值不大。 (2)常规种植方式下黄壤地表径流量大,降雨资源化效率低。 贵州喀斯特山区黄壤径流与降雨在时间上同步,5~8月径流高峰期,频率高,变幅大;3~4月和9~11月平缓,频率低,变幅小。对降雨的接纳始于3月,3~4月中旬的降雨接纳较少;4月下旬~6月降雨接纳频率高,数量大;7月降雨接纳频率低,单次接纳量较大;8月降雨较多,接纳量不大;9月降雨接纳偏少;10月降雨接纳频率高,接纳量小;11月~次年2月,基本没有降雨接纳。4~10月是坡地黄壤增加深层土壤降雨入渗和提高降雨资源化水平的关键时期。 黄壤坡地径流(R_s)和“土壤—植物”系统对降雨(P)的接纳(P_e)表现为P=P_e+R_s的数量关系,径流量随降雨量的增大而加速增加,表现为R_s=-a+bP-cP~2+dP~3的函数关系;降雨接纳量在初期随降雨增大而升高,当降雨到达一定量时,降雨接纳数量逐步降低,表现为P_e=a+bP+cP~2-dP~3的函数关系。6.5度、9.5度和16度黄壤坡地年产流降雨占年降雨量的72%。裸地的年径流量占年产流降雨量的42.4%,“土壤—植物”系统对产流降雨的58.6%;常规种植方式下的径流系数为31.8%,降雨接纳系数为68.2%,作物种植一定程度上提高了“土壤—植物”系统对降雨的接纳比例。 (3)黄壤水分的季节分配及在剖面上的分布差异大。 黄壤水分随时间变化而呈有节律的周期性摇荡,周期30~60d。黄壤水分的季节性分配不协调,春季为土壤水分强烈上升蒸发期,土壤水分分布层下移现象明显,水分贮量处于负相位,不利于浅根系作物的水分供应;夏、秋季为土壤水分恢复补充期,降水补充较多,土壤水分分布层明显上移,水分贮量处于正相位;冬季为土壤水分缓慢蒸发补充期,土壤水分蒸发散失较缓慢,土壤水分分布层仍有下移的现象,水分贮量在正、负相位间交替变化。由于黄壤有效水范围极窄,在夏、秋季也常常受到干旱的影响。 黄壤剖面相邻层次间具有相似的变点分布及周期性特点,层次间水分的上、下运行因果关系明晰。20cm深度是黄壤水分垂直变异的“拐点”,黄壤含水量在20~40cm土层急剧增高,40~100cm土层水分贮量处于一个较高且稳定的状态。黄壤水分变异系数cv随土层(h)加深而减小,表现为cv=0.5197h~(0.4894)的函数关系。因此,根据水分变异系数cv可将黄壤剖面划分为:0~20cm为水分活跃层(cv>0.0876)、20~60cm土层为水分次活跃层(0.0876≥cv≥0.0665)、60~100cm土层为水分相对稳定层(cv<0.0665)。其中:活跃层是土壤与大气进行水分转化的通道与界面,次活跃层是相对稳定层和活跃层之间的水分传输通道,相对稳定层是土、气界面水分转化的库,三个层次间的水分差异较大,具有较强的水势梯度。黄壤水分活跃层含水率250~400g·kg~(-1),次活跃层含水率400~500g·kg~(-1),相对稳定层的含水率在500g·kg~(-1)以上,维持较稳定的土壤水分正梯度剖面构型,水分活跃层水分含量相对较低。 (4)坡度和作物种植是黄壤坡地降雨转化及水分保蓄的重要影响因素。 在贵州喀斯特山区,随坡度增大,黄壤地表径流量增加,产流降雨量的资源化水平降低。坡度是黄壤水分剖面垂直变异的主要因素,除水分活跃层外,20~100cm土层内的各土层水分含量表现出9.5度>16度>6.5度的趋势。菜—菜和裸地方式下水分活跃层的水分含量表现出9.5度>6.5度>16度的趋势,6.5度与16度间的水分差异达到了0.01的极显著水平,在玉—麦种植方式下这种差异又消失了。6.5度坡地黄壤粘粒含量过高,严重地制约了6.5度坡地上黄壤的降水入渗。排除土壤粘粒过高所带来黄壤水分异常的6.5度坡耕地后,9.5度坡地黄壤较一致地保持着高于16度坡耕地的水分含量。黄壤水分的时间动态变异主要受制于降水,0~40cm土层尤为明显。 玉—麦、菜—菜种植方式对降雨的转化效率随季节更替而相互交替变化。与裸地相比,作物种植增加了坡地黄壤的降雨转化效率。不同作物种植方式下,黄壤水分时间动态与降水保持着较一致的规律性,0~100cm土体,特别是0~20cm土层,其水分与降水在时间上的演变节点基本保持在相同或相近的位置。作物种植在增加降雨入渗的同时,也加大了对土壤水分的蒸腾损耗,一定程度上增加了黄壤水分的变异程度与频率,这种影响随土壤深度的增加而衰减,使相对稳定层的水分含量能够维持在较高含量水平。在高含水量时,玉—麦方式对活跃层黄壤水分变异的效应大于菜—菜方式;裸地方式的水分消耗低,土壤水分含量高。 总之,贵州山区坡地黄壤质地极粘重,持水能力强,比水容量小,有效水范围极窄,水分上、下运行困难,耕层水分含量有限,是黄壤易于发生季节性干旱的根本原因。黄壤坡地常规农耕系统的径流系数高,降雨接纳与转化量低,春季是水分贮量的低值时段,黄壤水库的周年均衡供水能力差。坡度对径流具有正效应,对降雨资源化和土壤水分含量都具有负效应;降雨时作物种植增加了降雨接纳量,其余时间则加大了对土壤水分的消耗,一定程度上作物种植加剧了土壤水分的数量变异。因此,在贵州山区坡地黄壤上实施集雨工程建设,大力推行工程、农艺、生物、化控等措施相结合的集雨增效旱作农业技术,提高降雨转化效率,增强土壤水库在农田水分调蓄上的作用是十分必要的。
【学位授予单位】:西南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S152.7

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4 滕召胜,李友根,周光俊;LSK-1数显插杆式水分快速测定仪应用试验报告[J];粮食科技与经济;1997年06期
5 聂朱佳;智能数码粮食水分测定仪[J];粮油仓储科技通讯;2002年04期
6 黄善香;ISO7513—1989速溶茶——水分测定[J];茶叶科学技术;1992年04期
7 杨淑惠;乔东明;;西瓜种子样品不同处理方法对水分测定的影响[J];种子科技;1991年01期
8 倪安丽,王昌初,姚大年,张文明;棉花种子水分测定前处理方法的研究[J];安徽农业大学学报;1993年01期
9 刘瑞芳;张桂堂;;标准法种子水分测定规范化操作技术[J];现代农业科技;2010年04期
10 刘玉欣;;如何提高种子水分测定的准确率[J];种子世界;1999年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐婴宁;盛本修司;;粉体用水分测定前沿技术——连续水分测定管理装置AXIO[A];2003年全国粉体设备—技术—产品信息交流会论文集[C];2003年
2 邢春生;;饲草水分测定及应用[A];第二届中国苜蓿发展大会暨牧草种子、机械、产品展示会论文集[C];2003年
3 蔡桂玲;;气相色谱法用于新药氨磷汀的水分测定[A];天津市第十四次色谱学术交流会论文集[C];2000年
4 张为民;赵奕阳;;电阻式水分测定仪的浮动定标[A];第八届全国气湿敏传感器技术学术交流会论文集[C];2004年
5 聂亚峰;周建梅;鲁胜利;周黎明;;卡尔˙费休法测定日本遗弃化学武器红剂中水分[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
6 赵奕阳;张为民;;电阻式水份测定仪的研制及其在印钞行业中的应用[A];第一届长三角地区传感技术学术交流会论文集[C];2004年
7 朱靖静;杨进;郭志勇;汪植;张红艳;周媛;邹坤;;雪胆质量标准的研究[A];2009年中国药学大会暨第九届中国药师周论文集[C];2009年
8 孙志杰;唐俐媚;秦业钢;徐涛;赵文颖;崔全法;李树海;孙逢章;;核技术与红外线在快速水分测定应用中的比较[A];天津市核学会2005年学术交流会论文汇编[C];2005年
9 周海华;黄锦生;;应用回归方法分析全开式中华纸盒水分对烟支水分的影响[A];上海市烟草专卖局2007年度获奖论文集(工程技术类)[C];2007年
10 白建华;李生军;;宣钢球团干燥系统实现精料自动测水[A];河北冶金学会炼铁技术暨学术年会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 中兽网;水分对饲料加工的影响[N];中国畜牧兽医报;2007年
2 朱春华钟茂富 王发祥;武平夏粮收购井然有序[N];闽西日报;2008年
3 ;干草水分含量的测定[N];中国畜牧兽医报;2008年
4 戴鹏;河南打好“农”“工”组合拳[N];人民日报;2008年
5 罗邦铭卢晓文 杨基斌;沙县夏粮收购进度快[N];三明日报;2008年
6 肖燕茂;出口食品安全检验监管人员能力建设与思考[N];中国国门时报;2006年
7 建彬 修尘 林媛;登海种业创夏糯玉米亩产新纪录[N];农资导报;2006年
8 清风;棉种冬贮法意事项[N];河北农民报;2008年
9 钟量;肉制品系列国家标准通过专家评审[N];经理日报;2008年
10 ;棉花种子的贮藏[N];山东科技报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 徐新军;Ⅰ.P91024氢溴酸盐的质量分析及其药物动力学 Ⅱ.环维黄杨星D质量标准研究[D];中国药科大学;2002年
2 向葵;玉米籽粒脱水速率测定方法优化及遗传研究[D];四川农业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王连佳;一种便携式油液水分快速测定装置的研究[D];大连海事大学;2014年
2 刘燕;基于DSP的水分测定电子天平研究[D];湖南大学;2006年
3 杨清海;信息融合估计理论及其在水分快速测定中的应用[D];湖南大学;2005年
4 周涛;对甲苯磺酰异氰酸酯柱前衍生化HPLC法测定二甘醇等物质的含量[D];复旦大学;2009年
5 淡红梅;甘草、丹参、牛膝种子检验规程与质量分级标准的研究[D];中国协和医科大学;2006年
6 董青松;广州相思子和毛相思子种子标准研究[D];中国协和医科大学;2007年
7 路纹纹;棉花水分测试仪的设计研究[D];西北农林科技大学;2008年
8 柯芳;蔓性千斤拔种子逆境萌发生理及种子质量标准研究[D];中国协和医科大学;2007年
9 赵熠;川蒲胶囊制备工艺及质量标准的研究[D];西北大学;2009年
10 于霞;中药六类新药清肝芩栀胶囊的研究[D];吉林大学;2007年
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