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不同保护性耕作措施对黄土高原旱地农田SPAC系统中水分运移特性的影响研究

蔡立群  
【摘要】: 通过设置在陇中黄土高原西部干旱区的不同保护性耕作试验,对传统耕作不覆盖、免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖、传统耕作秸秆还田、传统耕作地膜覆盖、免耕地膜覆盖下土壤水分物理特性、作物水分特性、土壤水分平衡及水分在SPAC系统中不同界面的相互关系研究,基本获知了春小麦-豌豆轮作农田系统中土壤水分特征曲线、土壤饱和导水率、土壤有机质含量、土壤温度、作物叶水势、作物叶片相对含水量及饱和亏、土壤水分平衡、大气水势等指标对不同处理的响应,得到以下主要结论: 1)两种轮作序列下,不同保护性耕作措施耕层0-30cm土壤水分特征曲线在高吸力阶段,即5bar和15bar时几乎重合,只在3bar、1bar和0.5bar时出现相对较大的分化,特别是在1bar和0.5bar时,两种轮作次序下各处理在同一水吸力时的质量含水量差异表现出明显差异。 2)两种轮作序列下,免耕秸秆覆盖和传统耕作秸秆还田处理0-5cm土层容重均显著低于传统耕作不覆盖和传统耕作地膜覆盖的处理,同时增加了表层及次表层土壤的总孔隙度。 3)通过对不同轮作次序下0-5、5-10、10-30cm土层土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体组成、团聚体稳定系数的测定,发现干筛法获得的机械稳定性团聚体均以大团聚体为主;各种保护性耕作措施均较传统耕作能够提高水稳性团聚体含量,特别是粒级较大的水稳性团聚体含量,且其土壤团聚体稳定率在三个土壤层次中均高于传统耕作不覆盖处理的。 4)各处理在两种轮作次序下的土壤饱和导水率表现各异。但总体上,免耕秸秆覆盖处理与传统耕作不覆盖、传统耕作秸秆还田、传统耕作地膜覆盖、免耕地膜覆盖处理间差异均达到了5%的显著水平,而免耕地膜覆盖处理则显著低于传统耕作不覆盖、免耕不覆盖、传统耕作秸秆还田处理的。 5)各层次土壤总有机碳含量的变化趋势均表现为免耕秸秆覆盖、传统耕作秸秆还田较传统耕作不覆盖处理在三个层次均有提高,这种趋势在表层表现的尤为明显。 6)免耕秸秆覆盖处理能够降低观测层的土壤温度,具有明显的“降温效应”,而免耕不覆盖、传统耕作秸秆还田处理能提高15cm以上各层次的地温,有一定的“增温效应”,传统耕作地膜覆盖、免耕地膜覆盖处理能阻止夜间土壤温度的回落,有显著的“保温作用”。 7)作物各生育期叶水势日变化均呈现自清晨逐渐降低,中午12:00到14:00左右降至最低,然后逐渐回升的趋势,且随生育期的推进,叶水势日变化均值逐渐降低。不同生育时期的作物叶水势、叶片相对含水量在免耕秸秆覆盖、传统耕作结合秸秆还田及免耕不覆盖的处理下均较传统耕作处理的高,而叶片水分饱和亏则呈相反的趋势,同时,春小麦各处理的叶片相对含水量均呈现抽穗期拔节期开花期灌浆期的趋势,而豌豆各处理的叶水势均在现蕾期达到最大值,分枝和开花期次之,结荚鼓粒期最低。 8)就作物产量、蒸散量、水分利用效率而言,免耕秸秆覆盖、传统耕作地膜覆盖、免耕地膜覆盖处理均较其它处理高。对2008年4月-8月间不同轮作次序下水分蒸发蒸腾的研究结果表明:不同保护性耕作措施下棵间总蒸发量(E)在P→W→P序列(春小麦田)为传统耕作秸秆还田(139.72mm)传统耕作不覆盖(134.01mm)免耕秸秆覆盖(105.33mm)免耕不覆盖(100.21mm),在W→P→W序列(豌豆田)为传统耕作不覆盖(109.60mm)传统耕作秸秆还田(96.91mm)免耕不覆盖(85.45mm)免耕秸秆覆盖(85.35mm)。但在两种轮作序列下各处理总蒸散量均表现为免耕秸秆覆盖传统耕作不覆盖免耕不覆盖传统耕作秸秆还田;两种轮作序列下各处理的蒸散量都随着作物生育期的推进,经历一个由小到大,再到小的过程。 9)各处理间0-200cm土壤贮水量在不同的时期各不相同,但总体上不同保护性耕作措施对0-200cm土壤剖面水贮量的影响在相同的测定阶段差异不大,而在年际间变化较大,且试区土壤剖面总的水分含量在试验期间从未达到土壤排水上限(DUL),即作物有效水分的上限。根据土壤贮水量的年度间变化趋势,大致可将每年0-200cm土壤贮水量分为3个时期,即5月中旬到7月中旬的春夏作物旺盛生长土壤失墒期、7月中旬到10月下旬的夏秋雨季土壤增墒期、11月到第二年5月上旬的冬春土壤稳墒期。 10)通径分析表明,影响植物叶水势日变化的主要气象因子因作物的不同而有所差异。其中,影响春小麦叶水势日变化最直接的气象因子是大气水势,其次是大气相对湿度、土壤水吸力和大气温度;影响豌豆叶水势日变化因子中最重要的是大气相对湿度,其次是大气水势、土壤水吸力、大气温度和太阳辐射。


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