玉米覆盖耕作试验研究及SPAC系统水分传输模拟

摘要

覆盖耕作是相对于传统耕作的一种新型耕作技术，通过农田少、免耕耕作模式，用农作物残茬、秸秆做地表覆盖，用以减少土壤水蚀、风蚀，提高土壤肥力和抗旱能力。但由于各地区地域和气候特征以及经济水平各方面地区差异很大，其适用规模及方法均受到影响。为使覆盖耕作技术能够得到进一步推广和应用，亟待研究其保墒增产的机理。
　　 论文就东北旱作区的农业用水不足现状而言，结合国家自然科学基金青年科学基金项目(51109037)“松嫩平原黑土区不同覆盖耕作模式保墒固土机理及墒情预报系统研究”，研究覆盖耕作技术的理论与其在该地区应用问题。本文主要研究内容和结果如下:
　　 在影响玉米生长发育方面:碎杆和压实处理对玉米苗期土壤增温效果显著;各处理会在一定程度上影响出苗，拔节中后期各处理LAI均高于传统耕作，株高和茎粗也具有相同的规律;玉米产量表现为:浅松碎杆覆盖压实处理最优，免耕全覆盖最低，低于传统耕作处理。其余均高于传统耕作，浅松碎杆压实处理玉米产量提高显著;浅松碎杆处理土壤水分利用效率最高，免耕全覆盖比传统耕作有所降低;在影响土壤水分方面:覆盖处理对播种期、生育期、较传统耕作可提高土壤含水率1.94％-32.45％，且对提高表土水分效果显著，对深层影响不显著;在影响土壤肥力方面:各处理均有利于土壤有机质含量的增加并加速有机质的分解，保证作物养料的供应;浅松可使土壤通透性有所改善，促进老化腐殖质活化，利于降雨的入渗及土壤中有效养分释放。碎秆覆盖处理对土壤PH值的调整能力还有待进一步研究，其余各处理均能使PH值向适于玉米生长的6.5-7之间调整。总体而言，浅松碎杆覆盖压实处理本试验条件下可有效调节地温、保蓄水分，使土壤养分含量及耕层水分有效配合，提高土壤水分利用率，增产效果明显。是作物秸秆综合利用的良好途径，是本研究中最佳耕作方式，适宜北方地区推广。
　　 模型的建立方面，结合田间试验与理论，通过对不同覆盖措施土壤剖面水分的研究，分析不同覆盖措施保水机理，以及玉米节水增产方式，建立免耕全覆盖及其压实处理、浅松覆盖及其压实处理、残茬覆盖及条带覆盖耕作条件下对应的二维土壤水分运移模型，采用ADI法进行数值求解，达到理想效果，可进一步预测土壤墒情;通过对土壤降雨入渗过程中的数值模拟，重现土壤水分的变化过程，结果显示0-40cm集中表现为土壤水分发生显著变化的区域，揭示了不同覆盖处理土壤水分运动规律。
　　 研究成果对不同覆盖耕作模式在东北地区的应用能提供一定的理论依据。建立适合免耕全覆盖及其压实处理、浅松覆盖及其压实处理、条带及残茬覆盖处理方式下二维的土壤水分运动模型，模拟并分析土壤水分田间动态变化过程。结合田间试验，通过理论分析，选择出适合东北地区推广应用的覆盖耕作模式。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究的背景、目的与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 本论文研究的目的与意义

1．2 国内外研究动态和趋势

1．2．1 覆盖耕作模式蓄水保墒固土机理研究

1．2．2 覆盖耕作模式下SPAC系统传输模型及应用研究

1．2．3 本领域研究存在的问题及对策

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

2 研究方法与试验设计

2．1 试验区概况

2．2 试验设计

2．3 测定项目与试验方法

2．3．1 室外试验数据测定

2．3．2 室内试验数据测定与计算

3 不同覆盖耕作措施对土壤及玉米生长的影响

3．1 不同覆盖耕作措施对作物生长发育的影响

3．1．1 不同覆盖耕作措施对玉米出苗率的影响

3．1．2 不同覆盖耕作措施对玉米生长指标的影响

3．2 不同覆盖耕作措施对玉米产量及土壤水分利用效率的影响

3．3 不同覆盖耕作措施对苗期表层土壤温度的影响

3．4 不同覆盖耕作措施对土壤蓄水量动态变化的影响

3．4．1 试验期间气象条件

3．4．2 不同覆盖耕作措施下土壤含水率动态变化

3．4．3 不同覆盖耕作措施对播种期土壤水分的影响

3．4．4 不同覆盖耕作措施对作物生育期土壤耕层水分的影响

3．5 不同覆盖耕作措施对土壤容重的影响

3．6 不同覆盖耕作措施对土壤保肥效力的影响

3．7 本章小结

4 覆盖耕作条件下SPAC系统二维土壤水分传输特性与数值模拟

4．1 覆盖耕作条件下SPAC系统二维土壤水分传输特性

4．2 模型建立

4．2．1 基本假定

4．2．2 覆盖耕作条件下SPAC二维土壤水分传输模型

4．3 模型求解

4．3．1 定解条件确定

4．3．2 有限差分法求解模型

4．3．3 模型求解MATLAB计算步骤

4．4 覆盖条件下SPAC系统土壤水分传输模型验证

4．4．1 Hydrus-2D软件检验

4．4．2 模型验证

4．5 本章小结

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文