土壤斥水性对蒸散发及夏玉米生长过程的影响

摘要

土壤斥水性（Soil water repellency，简称SWR）是一种各地区和气候条件下普遍存在的土壤物理性质，它对生态系统存在直接或者潜在的负面影响，对作物的生长过程及最终产量和土壤水分运动过程均有影响，不利于环境的可持续发展。研究SWR对作物的影响，能为降雨稀少的干旱半干旱地区优化灌溉技术、提升水资源的利用效率以及预防土地退化提供一定借鉴。 本文系统探讨了具有微弱斥水性的土壤对夏玉米生长过程及蒸散发的影响试验研究。选用亲水性土壤作为对照，配制了不同滴水穿透时间（Water drop penetration time，简称WDPT）初始值的微斥水性土壤，探讨了SWR对不同种类植物发芽率的影响，并进行了两年度遮雨棚下小型蒸渗仪系统的夏玉米控水试验，通过观测夏玉米生长过程、土壤水分动态、蒸散发的变化，分析土壤斥水性对土壤水分动态及夏玉米生长过程的影响。 论文获得的主要结果为： （1）选用蔬菜类、花草类、树木类和作物类共16种植物种子，对比了SWR对植物的开始发芽时间的影响。花草类和蔬菜类种子在亲水性土壤中的开始发芽时间相对较早，但受土壤斥水性影响较大，在WDPT值较大的土壤中的开始发芽时间较晚；作物类植物受土壤斥水性影响小于其它3种植物类型，在不同WDPT值土壤中均能发芽且开始发芽时间相对较早；树木类植物种子的开始发芽时间受土壤斥水性的影响不明显。此外，SWR对植物发芽率的影响明显。蔬菜类、花草类、树木类和作物类的种子在亲水性土壤中的发芽率均比在WDPT值为7s、9s、12s和16s的微斥水处理土壤中要高，整体呈现土壤斥水性越强、植物种子发芽率越低的规律。 （2）遮雨棚下夏玉米控水试验结果表明，SWR对土壤水分动态的影响很大。土壤的斥水性会随着播种时间和灌溉次数发生变化，WDPT值随着播种时间的增加而显著增加，并在下次灌溉前达到峰值。在前两次灌水后，亲水土壤CK处理也呈现出一定斥水性，WDPT值最大达到31s，呈现出轻微斥水性；4个斥水处理在第一次灌水后最大WDPT值分别达到2000、2200、2300和2355s，呈现出严重斥水性；经过多次灌水后，最终玉米收获后初始WDPT值最大的处理WR4经过灌水及作物生长后WDPT值仍然最大。各处理土壤的WDPT值和体积含水率?v的变化受灌溉的影响。对于CK处理，只有在前2次灌水后土壤的WDPT值发生变化，最大值为31s；而对于斥水处理，WDPT值均增加了5s以上，WDPT值与?v呈现负相关。 （3）经过试验发现，多次灌溉后会降低土壤斥水的程度，这有助于土壤的恢复与植物的生长，但这个过程是漫长的，需要长时间的累积。此外，土壤表层的WDPT值与?v之间的关系也暗示了深层土壤之间可能也存在类似的变化，这表明在夏玉米生长期间，随着土壤水分含量的变化，土壤的斥水性也可能会增加到更持久的情况。SWR可以抑制深层土壤的蒸发。对逐日蒸散量和累积蒸散量、?v和土壤总贮水量比较发现，斥水处理的蒸散量较小，但?v和土壤总贮水量较大，节水效果明显优于CK处理。 （4）SWR对夏玉米的生育期有延迟作用。SWR越强，夏玉米生长速度越慢。相对于CK处理，夏玉米的株高、茎粗和叶面积指数整体呈现出SWR越强、生理指标越小的规律。且随着SWR的增强，夏玉米干物质量显著减少，产量、水分利用效率、耗水量也随之依次降低。 （5）基于FAO-56推荐的单作物系数法和双作物系数法在经过修正后均能准确计算不同处理中夏玉米蒸散量。修正后各个处理的夏玉米生育期内单作物系数法的计算值与实测值较为符合，在生长初期，各处理的相对偏差较小，到了发育期、生长中期和后期，相对偏差增大。将SWR引入传统的双作物系数法，可对夏玉米的不同生育阶段的蒸散量作出合理估算。经过修正后，各个处理各生育阶段的双作物系数法计算值与实测值较为接近，在生长初期，两年度各处理双作物系数法计算值与实测值的相对偏差较小；到了发育期，2016年的相对偏差小于2017年。在生长中期和生长后期，两年度的相对偏差均较大。修正后的单、双作物系数法对于具有一定斥水性的土壤中的作物也适用，但对比可知CK处理的计算结果最准确，说明SWR的存在使计算结果出现一定偏差。综合比较后发现，双作物系数法能更准确地估算不同处理中的夏玉米的蒸散量。

目录

第一章 绪 论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究思路

1.4 小结

第二章 SWR对不同类型植物种子发芽率的影响

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.3 小结

第三章 SWR对土壤水分动态及夏玉米生长过程的影响

3.1 材料与方法

3.2 SWR对土壤水分的影响

3.3 SWR对夏玉米生长过程的影响

3.4 小结

第四章 斥水条件下夏玉米蒸散量的估算

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 小结

第五章 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

致谢

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