人工草地对半干旱区农田土壤质量改善及水分效应研究

摘要

长期机械化耕作、过度施肥以及不合理的土地管理，使农田出现大面积土壤退化。自然恢复（如农田休耕）和人为措施（如轮作、种植绿肥作物等）是改善农田土壤质量，实现现代农业可持续发展的主要策略之一。与自然恢复草地相比，人工草地具有更高的植被盖度、高度和生物量等，能够加快植被的恢复速度，从而很好的保护生态环境。为探究不同人工草地对农田土壤质量和土壤水分分布的影响，本研究以黄土高原半干旱区五种人工草地及农田为研究对象，系统研究了不同人工草地地上地下生物量和水分利用效率的变化规律，分析了不同人工草地对农田土壤质量、土壤水分和土壤入渗速率的影响，并探讨影响土壤入渗速率的主要因素。另外，比较了不同人工草地对农田土壤质量的改善效果。研究取得了以下主要结论： （1）不同人工草地的根系分布特征存在显著差异，其中无芒雀麦和白三叶主要以直径为0-2mm的根系为主，芒草和紫花苜蓿则以直径大于4.5mm的根系为主，而柳枝稷的根系分布比较均匀。人工草地地上生物量随着种植年限的增加而增加，并在种植3-4年后达到稳定值。芒草和柳枝稷的地上生物量和水分利用效率显著高于其它草地，且适当的干旱胁迫可提高芒草和柳枝稷的水分利用效率。 （2）在种植的3-5年期间，芒草和柳枝稷的土壤基本处于无干燥化；无芒雀麦和白三叶的土壤均处于无干燥化到中度干燥化；而紫花苜蓿的深层土壤处于中度干燥化到极度干燥化，有些甚至处于极度干燥化状态，并在150-400cm土层深度出现了土壤干层。 （3）人工草地能够增加土壤持水量、孔隙度和团聚体，提高土壤有机质含量。其中，无芒雀麦、白三叶和柳枝稷对农田土壤孔隙、结构和有机质含量的改善效果显著高于其它草地。 （4）各人工草地均能显著提高土壤入渗速率。紫花苜蓿的初始入渗速率显著高于其它草地。在入渗后期阶段，无芒雀麦和白三叶的入渗速率均显著高于其它草地。 （5）土壤初始入渗速率受土壤初始含水量影响最大，而土壤稳定入渗速率主要受土壤几何平均直径和总孔隙度的共同影响。不同人工草地中，根径为0-2mm的根系体积百分比增加能显著提高土壤几何平均直径、毛管孔隙度和有机质含量，而根径为2-4.5mm的根系体积百分比的增加降低了土壤毛管孔隙度和总孔隙度。总体而言，土壤入渗速率主要由土壤初始含水量和根系分布特征决定。土壤初始入渗速率主要受土壤初始含水量影响，而随着入渗时间的增加，土壤初始含水量对入渗速率的影响逐渐减弱，根系对入渗速率的影响逐渐增强。 人工草地能够改善农田土壤质量，提高土壤入渗性能，影响半干旱区降雨-土壤水分转化过程。相比其它草地，柳枝稷具有高生物量、低耗水的特点，且其根系能够增加土壤有机质含量和土壤孔隙度，改善土壤结构，提高土壤入渗速率。基于此结果，提出半干旱地区种植人工草地（尤其是柳枝稷）以改善土壤质量和维持农业可持续发展的农业管理建议。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 国内外研究进展

1.1.1 植被恢复对土壤理化性质的影响

1.1.2 植被恢复对土壤入渗过程的影响

1.1.3 植被恢复对土壤水分效应的影响

第二章 研究内容与方法

2.1 研究目的

2.2 研究内容

（1）不同人工草地对农田土壤质量的改善

（2）不同人工草地对土壤入渗性能的改善作用

（3）不同人工草地对降雨-土壤水分转化过程的影响

2.3 技术路线图

2.4 研究方法

2.4.1 研究区概况

2.4.2 野外试验布设

2.4.3 野外调查

2.4.4 测定项目及方法

2.4.5 数据处理

第三章 人工草地对土壤性质的影响

3.1 结果与分析

3.1.1 不同人工草地地上地下生物量变化

3.1.2 人工草地对土壤物理性质影响

3.1.3 人工草地对土壤有机质的影响

3.1.4 人工草地对土壤质量改善的综合效应

3.2 讨论

3.3 小结

第四章 人工草地对土壤水分入渗影响

4.1 结果分析

4.1.1 土壤初始含水量对土壤水分入渗速率的影响

4.1.2 土壤性质对土壤水分入渗速率的影响

4.1.3 根系分布特征对土壤水分入渗速率的影响

4.1.4 土壤水分、土壤性质和根系分布特征对土壤入渗速率的综合影响

4.2 讨论

4.3 小结

第五章 人工草地对土壤水分效应的影响

5.1 结果与分析

5.1.1 人工草地的水分利用效率的变化

5.1.2 人工草地对土壤水分亏缺的影响

5.1.3 人工草地的土壤干燥化

5.2 讨论

5.3 小结

第六章 结果与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

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