田間土壤水分管理水利用效率

通過對涇川縣城關鄉(xiāng)的坡改梯研究,結果表明:裸地土壤水分變化受降雨影響較大,在不同時段表現(xiàn)形式不同。隨著土壤剖面深度的增加,土壤水分受氣候影響特別是降水波動的影響逐漸減少,隨著季節(jié)變化的特點增強。坡向與坡位對裸地土壤水分有著較大影響。從坡向看,陰坡向梯田土壤水分全年平均值比坡地高,陽坡向則是坡地比梯田高。從坡位看,土壤水分變化是坡上部>坡中部>坡下部。作物地生育期土壤水分隨著作物生長發(fā)育的加快而迅速下降,梯田與坡地的差異也逐步增大,作物收獲后進入蓄墑期,土壤水分的差異又逐步縮小,梯田甚至超過坡地,特別是夏作物小麥,胡麻地土壤水分的變化大于秋作物洋芋,而且梯田大于坡地。梯田與坡地土壤水分橫斷面分布不一樣,坡地是中間低,兩邊高,水分分布呈\"v\"字形,而梯田是坎下高,坎邊低,水分分布呈階梯式\"～\"。

以河北平山縣崗南鎮(zhèn)低山丘陵區(qū)為研究對象,分析不同土層、坡位及坡向的土壤水分特征。結果表明:土壤水分滲透速率隨著時間的延長逐漸降低,最后達到穩(wěn)滲。土壤質地大部分為多礫質,土壤總孔隙度在37.53%~48.12%之間,陽坡絕大部分是毛管孔隙。不同坡位>0.25mm土壤團聚體含量,坡下明顯高于坡上,不同坡向>0.25mm的團聚體呈現(xiàn):半陰坡>陰坡>陽坡,且隨土層加深含量增加。土壤容重,陰坡>陽坡>半陰坡。土壤蓄水能力,陰坡優(yōu)于陽坡;20~40cm的中層土壤蓄水能力優(yōu)于其它土層。

土壤水分是制約黃土丘陵區(qū)生態(tài)建設和土地可持續(xù)利用的關鍵因子,認識不同土地利用類型的土壤水分狀況對該地區(qū)植被恢復和土地資源的有效利用具有重要的理論和實際意義.本研究采用ec-5土壤水分傳感器,對黃土高原園則溝流域坡耕地、梯田、棗園和草地生長季內（5—10月）0～160cm土壤剖面含水量進行連續(xù)監(jiān)測,探討這4種典型土地利用類型的土壤水分變化特征.結果表明：在降水常態(tài)年和干旱年,不同土地利用方式土壤水分的季節(jié)變化、蓄水特征及垂直分布均存在差異.在2015年干旱年,梯田表現(xiàn)出良好的蓄水保墑效果,0～60cm土層生長季平均土壤含水量分別比坡耕地、棗園和草地高2.6%、4.2%、1.8%（p〈0.05）,0～160cm土層儲水量分別比坡耕地、棗園和草地高43.90、32.08、18.69mm.在2014年常態(tài)年,棗園0～60cm土層生長季平均土壤含水量分別比坡耕地、梯田和草地低2.9%、3.8%、4.5%（p〈0.05）;在干旱年,0～160cm土層有效水儲量僅占土壤總儲水量的35.0%.不同土地利用方式下均是表層（0～20cm）與中層（20～100cm）土壤水分的灰色關聯(lián)度較大,且土壤水分變化態(tài)勢的相似程度表現(xiàn)為梯田〉草地〉坡耕地〉棗園.對于試驗區(qū)內的坡耕地,可考慮改造為梯田,以提高雨水資源的有效利用、促進生態(tài)農業(yè)建設;而針對黃土丘陵區(qū)旱作棗園土壤缺水嚴重的現(xiàn)象,需采取適當水分管理措施以降低棗樹自身耗水和其他無效耗水,實現(xiàn)棗園可持續(xù)發(fā)展.

含碎石土壤水分入滲試驗研究——采用一維積水垂直入滲法測定含碎石土壤的入滲過程，分析碎石含量和碎石組成對土壤水分運動影響。對試驗數(shù)據(jù)采用kostiakov入滲公式擬合，得出反映入滲速率的擬合參數(shù)比值與土石比成冪函數(shù)關系；采用簡略的philip垂直入滲方程冪級...

利用li-6400xt便攜式光合儀,在灌水周期內測定了8種不同水分條件下九里香(murrayaexotical.)葉片光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間co2體積分數(shù)及水分利用效率等生理參數(shù)的光響應過程,探討了維持九里香較高光合速率和水分利用效率的適宜土壤水分及光照強度范圍。結果表明:光輻射強度和土壤濕度對九里香葉片光合特性有十分顯著的影響,九里香在土壤體積含水量29.80%(相對含水量89.40%)時光合速率達到最大值。當土壤水分條件適宜時,光強在400～1600μmol.m-2.s-1范圍內,九里香光合速率較高。適宜九里香生長的土壤濕度范圍(具有較高的光合速率和水分利用效率)為土壤體積含水量21.30%～29.80%(相對含水量64.53%～89.40%)。九里香永久萎蔫的最低土壤濕度為土壤體積含水量10.60%(相對含水量32.11%)。

在露地春茬盆栽條件下,以中甘21號為試材,研究了蓮座期不同土壤含水量對結球甘藍農藝性狀及產量品質的影響。結果表明:在土壤含水量為田間持水量81%～85%時,甘藍植株生長勢健壯,株型緊湊,單球重和產量最高,分別為0.74kg和65.81t/hm~2,同時,甘藍硝態(tài)氮含量最低,維生素c、還原糖和凈菜率含量最高,品質最優(yōu)。

采用模擬機械壓實土壤的方法進行5種載荷的土壤壓實試驗,測定不同深度處土壤水分的值,并與壓前土壤水分進行了對比。結果表明:增大載荷和增加壓實次數(shù)都會使土壤水分損失,最大可使水分損失23.1%;壓實對一定的土壤層(25cm以內)的水分損失影響顯著,并且模擬載荷在200kg以內對土壤的水分損失影響比較大。

湘北紅壤丘崗區(qū)旱地土壤水分性質與變化規(guī)律的研究

應用非飽和土壤水分運動原理,對塑料暗管排水條件下分層土壤的水分運動進行了數(shù)值模擬,建立了數(shù)學模型。結果表明,模型計算的土壤水分分布結果和田間實測的土壤剖面水分數(shù)據(jù)一致,應用該模型可以確定出試驗區(qū)在一定外界氣象條件下不同地下水降落速度時農田的受漬情況

在黃土丘陵溝壑區(qū)燕溝流域,于2002~2006年定位監(jiān)測不同類型土地不同坡位、坡向的土壤含水量,對土壤含水量的動態(tài)變化進行了系統(tǒng)分析。結果表明:不同土地類型的土壤含水量差異明顯,壩地最高,平均19.83%,川臺地次之,平均17.21%,梯田平均16.34%,坡地最低,平均15.04%,土壤含水量與年降雨量呈正相關,相關系數(shù)為0.68;土壤含水量月變化動態(tài)呈現(xiàn)\"單谷\"曲線,7月份最低;不同坡位的土壤含水量變化趨勢為隨坡位升高,土壤水分含量遞減;不同坡向的土壤含水量變化趨勢為陰坡>陽坡。

四川省攀枝花市鹽邊縣二灘水電站紅格移民安置區(qū)農耕地土壤水分性質與抗旱性能的研究結果表明,與當?shù)赝寥婪柿λ较鄬^高的菜園土和水稻土相比較,安置區(qū)土壤層次性被打亂,無保水性的犁底層存在,水分滲漏強;土壤最大吸濕水、萎蔫系數(shù)、田間持水量和有效水含量與土壤<0.01mm物理性粘粒含量呈正相關,土壤保水性能主要取決于土壤<0.01mm物理性粘粒含量,只有有機質含量較高,結構良好的土壤,才能很好地協(xié)調土壤保水性和供水性之間的矛盾;不同土壤水分的蒸發(fā)性能被巨大的氣候蒸發(fā)勢所掩蓋,土壤灌溉技術的研究與應用對地區(qū)農業(yè)發(fā)展起著決定性作用

為從蒸散耗水角度對黃土區(qū)刺槐林地土壤水分剖面進行垂直分層,在山西吉縣蔡家川流域刺槐林地布設頻域反射儀對0～150cm土層分層連續(xù)測定土壤水分,綜合利用灰關聯(lián)分析法和有序聚類法對各土層、不同時間蒸散耗水特性進行研究。結果表明:從蒸散耗水角度,黃土區(qū)刺槐林地土壤水分可垂直劃分為地表植物蒸散耗水層(0～10cm)、林下灌木蒸散耗水層(10～40cm)、刺槐蒸散耗水層(40～150cm);灰關聯(lián)分析法和有序聚類法可以綜合應用于土壤水分剖面垂直分層研究。分層方法數(shù)學理論基礎較嚴密,取得的分層結果與現(xiàn)有相關研究結果基本一致,因此,有較高可信度,可為黃土區(qū)刺槐林地土壤水分研究提供參考。

2007-06—2008-04,采用土鉆法在黃土高原地區(qū)安塞縣和涇川縣刺槐人工林調查刺槐細根和土壤水分,發(fā)現(xiàn)刺槐細根表面積密度和土壤水含量隨土層深度的變化有相似的趨勢,建立細根表面積密度和土壤水含量隨土層深度和時間(月份)變化的耦合模型s=pesin(π/6t-m).wae-bh。經(jīng)驗證,該模型能夠很好地描述黃土高原地區(qū)刺槐細根生長與土壤水分之間的耦合關系,可反映細根生長和土壤水分隨時間的周期性變化;模型參數(shù)a的值介于0和1之間,表明刺槐根系生長僅利用了一部分土壤水分,不會造成研究區(qū)域刺槐林地土壤的干化。

近年來,由于水資源短缺,節(jié)水農業(yè)是華北平原的研究熱點。筆者就農田深層土壤水的意義和國內外研究現(xiàn)狀進行了綜述,并提出了農田深層土壤水的研究趨勢。在華北平原,應進行虧缺灌溉條件下周年農田深層土壤水利用效率的研究。

闡述了田間土壤水全時空調控的概念與措施,分析了土壤水流動系統(tǒng)與田間土壤水調控的關系。通過覆蓋、微地貌與種植方式結合等措施可以調控土壤水流動系統(tǒng)的上邊界條件,通過改良土壤等措施可以改善土壤水流動系統(tǒng)淺部介質的滲透性與儲水性,從而形成優(yōu)化的田間微水文系統(tǒng),微氣候系統(tǒng)與微流動系統(tǒng),使土壤水流動系統(tǒng)變動帶的水分更多地向根系匯流區(qū)匯流,提高水分利用率,以棉花種植方式與微地貌結合的試驗為例,論證了棉田土壤水調

對銅川市耀州區(qū)韓家塬30齡刺槐林地12個立地類型土壤水分含量進行測定,研究土壤水分含量與立地因子之間的關系。spss方差分析結果表明,坡向、坡度、坡位3個立地因子對土壤水分含量的影響依次為坡向為極顯著,坡度為顯著,坡位不顯著。土壤水分含量半陰坡最高,其次為半陽坡,陽坡最低。同一坡向坡度越小土壤水分含量越高。土壤含水量隨坡位的變化只在半陰坡才表現(xiàn)出從上到下有規(guī)律的增加,其它坡向沒有表現(xiàn)出此規(guī)律。通過分析12個立地類型土壤水分含量的變化,提出了調整不同立地類型的造林樹種及密度是當?shù)胤乐雇寥栏苫爸脖凰ネ说挠行緩健?/p>

通過采用野外定位觀測法,對塔里木沙漠公路防護林帶灌溉周期內與不同種植年限、不同立地類型土壤水分動態(tài)變化進行了監(jiān)測分析,探討了塔里木沙漠公路防護林帶土壤水分動態(tài)變化規(guī)律.結果表明,塔里木沙漠公路防護林帶土壤水分在時間動態(tài)上屬于灌溉周期型,且土壤貯水量與灌后干旱天數(shù)呈線性關系.在垂直變化上,可以將其分為水分速變層、中變層、弱變層以及土壤水分穩(wěn)定層等4個土壤層次.不同種植年限防護林帶土壤水分年動態(tài)監(jiān)測表明,隨種植年限的增加,防護林帶土壤水分含水率與土壤貯水量逐漸下降,相應土壤虧缺量成增加趨勢.反映了在現(xiàn)有的灌溉制度下,防護林帶越來越依賴于防護林帶土壤累積的貯水量.同時還發(fā)現(xiàn),同年種植的防護林帶不同立地類型區(qū),板結沙地的土壤平均貯水量最高,分別為沙壟、黏土地以及平沙地平均土壤貯水量的1.58,1.15和1.43倍,而土壤水分虧缺量都達到了900mm以上.

根據(jù)自然界中碎石存在的2種形式,布設碎石覆蓋和土石混合2個試驗,利用中子儀定期監(jiān)測土壤水分變化,研究碎石對黃土高原農田土壤水分的影響,以期為黃土高原地區(qū)農業(yè)灌溉提供參考依據(jù)。結果表明,碎石覆蓋及無碎石覆蓋處理土壤含水量均隨土層深度的增加呈先增加再緩慢減少的趨勢,但碎石覆蓋處理土壤含水量減小幅度明顯低于無碎石覆蓋處理,且隨著碎石覆蓋量的增加土壤含水量減小幅度變小;土石混合處理土壤含水量呈波浪式增加趨勢,尤其是碎石含量高的處理,而無碎石混合處理呈平緩增加趨勢,且其土壤含水量明顯低于土石混合處理?？傊?碎石覆蓋和碎石鑲嵌在土壤中均可以提高土壤含水量,其中碎石覆蓋于地表可以有效抑制表層土壤水分蒸發(fā),增加水分入滲深度;碎石鑲嵌在土壤中可以改變土壤物理性質,增加土壤入滲率和大孔隙數(shù)量,且碎石含量越高,其對土壤物理性質的影響程度越大。

減緩、減輕干旱的發(fā)生與危害是三峽庫區(qū)坡耕地持續(xù)利用的關鍵。在坡度15°標準徑流小區(qū),以聚土壟作和農林復合為基本方法,營建坡耕地糧經(jīng)果復合壟作模式,并對模式的土壤水分狀況進行了長期定位觀測。2002~2005連續(xù)4年試驗結果表明,糧經(jīng)果復合壟作能有效改善坡耕地土壤結構,利于土壤保持適宜的透水性和持水性,土壤有效庫容擴大了145.2m3/hm2;同時,增加了土壤貯水,提高了貯水利用率,尤其是底層貯水利用率,比較平作對照,貯水庫容和貯水利用率分別增大了5.73%、5.32%;此外,壟溝攔蓄了地表徑流,減少徑流損失達74.18%~95.81%,有利于降水入滲補給及旱季底墑的保護。

在2005年5月19日至2005年9月13日研究了呼倫貝爾典型草原區(qū)自由放牧和圍欄禁牧對0~110cm土壤水分的影響情況,結果表明圍欄禁牧對草原土壤水分的影響表現(xiàn)為提高20~70cm土層的水分含量,而放牧提高了0~10cm表土水分含量。呼倫貝爾典型草原自然降雨和冰雪的融化對土壤水分的影響深度為0~90cm,在該范圍內的土壤水分明顯受降雨的影響。90cm以下土壤在年內變化幅度較小,含水量在3%~5%之間。

于2005—2008年5—9月,利用中子水分儀對科爾沁沙地的流動沙丘、固定沙丘和沙質草地的不同深度(0—160cm)的土壤水分進行了為期4a的定期觀測。采用方差分析和多重比較等方法,并采用變異系數(shù)對土壤水分的時空變異進行了分析。結果表明,可將土壤水分剖面的變化劃分為3層:土壤水分劇變層(0—40cm),穩(wěn)定層(41—130cm),活躍層(131—160cm)。在0—40cm土壤層,3種類型沙地土壤水分表現(xiàn)為隨深度增加而增加,在41—130cm土壤層則隨深度增加而減小,而在131—160cm土壤層流動沙丘表現(xiàn)為繼續(xù)減小,但其它兩種沙地的土壤水分則隨深度增加而增加。同時土壤水分變異系數(shù)表現(xiàn)為:流動沙丘>固定沙丘>沙質草地。土壤水分在不同月份的變化表現(xiàn)為:7月>8月>6月>9月>5月,各月之間總體上差異性顯著;各類型沙地土壤水分的年變化為:固定沙丘總體表現(xiàn)出逐年減小的趨勢,沙質草地有變化但差異不大,而流動沙丘則隨降雨的變化而變化。

根據(jù)土壤物理性質測定和水分定位觀測結果,結合當?shù)貧夂?、作物生育特點,將黃泛平原粗砂潮土土壤水分垂直性分布劃分為:速變層(0～40cm),活躍層(40～100cm)和穩(wěn)定層(100cm以下);將土壤水分季節(jié)性動態(tài)劃分成:強烈騰發(fā)期、補充下淋期、緩慢消耗期和相對穩(wěn)定期