不同管理措施对土壤水气传输性质的影响研究

摘要

为了研究不同管理措施对土壤水气传输性的影响，分别以位于黄土塬区的陕西省长武县的黑垆土及位于水蚀风蚀交错区的陕西省神木县六道沟流域的沙黄土为研究对象，对黄土塬区不同耕作覆盖措施对土壤理化性状（特别是水气传输性）和作物农艺性状的影响进行研究，主要测定了不同耕作覆盖下土壤水分、温度、容重、硬度、饱和导水率、导气率、相对气体扩散率、全氮、全磷、速效磷、株高、叶面积指数、产量等;同时对黄土高原水蚀风蚀交错区不同土地利用类型（撂荒地、柠条地、苜蓿地、裸地和农地）和不同退耕年限下土壤孔隙结构变化和水气传输性变化进行研究，主要测定土壤容重、总孔隙度、充气孔隙度（100cmH2O基质吸力）、饱和导水率、导气率和相对气体扩散率等。研究结果表明:
　　(1)在黄土塬区的定位试验下，免耕处理降低了土壤容重，提高了土壤饱和导水率和4月下旬至10月上旬表层土壤含水量，使土壤硬度增加，造成土壤板结，降低了作物出苗期温度，降低了成熟期土壤全磷与速效磷含量，降低了株高、叶面积指数和产量。而地膜覆盖极显著增加了土壤容重(P＜0.01)，显著降低了土壤饱和导水率(P＜0.05)，降低了成熟期土壤有机质、全氮含量，有较为明显的保持和调节温度的作用，可缩小地温的昼夜变幅，此外不同类型的地膜覆盖均能极显著提高玉米株高和叶面积指数进而提高产量(P＜0.01)。秸秆覆盖对土壤容重和含水量的影响与耕作方式有关:翻耕条件下，秸秆覆盖增加了土壤容重;免耕条件下，降低了土壤容重且变化幅度均不显著。翻耕+秸秆覆盖土壤表层含水量最高;免耕+秸秆覆盖处理的土壤含水量最低。翻耕+秸秆覆盖可以有效起到抗旱作用，在降雨期间可降低峰值、延缓峰值到来，并在降雨后防止表层含水量迅速降低起到保水的作用;免耕+秸秆覆盖随着降雨的补给土壤含水量变化的幅度最大，对降雨的响应最为敏感，含水量随时间变化最快并最早达到峰值，降雨结束后含水量下降速度最快。但秸秆覆盖下土壤有机质含量、全氮含量、作物株高、叶面积指数和产量与未覆盖时相比均有增加，影响皆达到显著水平(P＜0.05)，且均有降低地表温度的作用。秸秆覆盖、地膜覆盖均可有效减小免耕土壤硬度，但对传统翻耕表层土壤硬度无显著的影响。此外相同覆盖条件下传统耕作导气率均大于免耕，除CP1外不同覆盖类型均可增加传统翻耕土壤导气率和扩散率，而降低免耕导气率和扩散率。
　　(2)水蚀风蚀交错区的定位试验表明，坡地土壤容重为苜蓿地＞农地＞撂荒地，总孔隙度为苜蓿地＜农地＜撂荒地，大孔隙(当量孔径ψ≥30μm)孔隙度为撂荒地＞农地＞苜蓿地，小孔隙（当量孔径ψ≤30μm)孔隙度为农地＞苜蓿地＞撂荒地。梯田土壤容重为苜蓿地＞裸地＞撂荒地＞柠条地＞农地，总孔隙度为苜蓿地＜裸地＜撂荒地＜柠条地＜农地，大孔隙（当量孔径ψ≥30μm）孔隙度为农地＞撂荒地＞柠条地＞裸地＞苜蓿地，小孔隙（当量孔径ψ≤30μm)孔隙度为裸地＞苜蓿地＞柠条地＞农地＞撂荒地。坡地、梯田苜蓿地土壤孔隙连通性、土壤导气率和相对气体扩散率均显著大于其他植被类型，土壤孔隙弯曲度显著小于其他植被类型;而农地土壤孔隙连通性和大孔隙连通性皆在所有土地利用方式中最小，土壤孔隙弯曲度最大;说明苜蓿地较农地改善了土壤结构和水气传输性。
　　(3)水蚀风蚀交错区随着退耕年限的增加(12a、15a、41a)撂荒地土壤容重(ρb)增加，总孔隙度(f)降低，大孔隙（当量孔径ψ≥30μm）孔隙度增加，小孔隙(当量孔径ψ≤30μm)孔隙度降低，土壤饱和导水率(ks)、导气率(ka)和相对气体扩散率(Dp/D0)均增加;而苜蓿地土壤饱和导水率(ks)、导气率(ka)和相对气体扩散率(Dp/D0)均降低。此外，随着退耕年限的增加撂荒地土壤孔隙弯曲度增加，连通性减小，大孔隙的连通性增加;随着年限的增加苜蓿地各处理土壤孔隙弯曲度差异未达到显著水平，土壤孔隙连通性和大孔隙连通性均呈下降趋势。
　　(4)黑垆土和沙黄土分别对应的土壤饱和导水率(ks)、导气率(ka)和相对气体扩散率(Dp/D0)之间的相互关系显示，ka与ks、(Dp/D0)与ks、ka与(Dp/D0)均呈显著线性正相关关系。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景

1．2 国内外研究综述

1．2．1 保护性耕作措施研究

1．2．2 风蚀水蚀交错区退耕还林还草对土壤物理性状的影响

1．2．3 土壤孔隙结构对水气传输性的影响

第二章 研究内容及试验方法

2．1 研究目标和内容

2．1．1 研究目标

2．1．2 研究内容

2．2 试验方法

2．2．1 黄土塬区试验地概况

2．2．2 试验设计

2．2．3 样品采集与测定

2．2．4 风蚀水蚀交错区试验地概况

2．2．5 试验设计

2．2．6 样品采集与测定

2．3 数据处理与分析

第三章 不同耕作覆盖措施对黄土塬黑垆土理化性质和作物农艺性状的影响

3．1 不同耕作覆盖措施对黑垆土物理性状的影响

3．1．1 土壤温度

3．1．2 土壤含水量

3．1．3 土壤容重与紧实度

3．1．4 土壤饱和导水率、导气率与气体相对扩散率

3．1．5 黑垆土土壤饱和导水率、导气率与气体相对扩散率相互关系

3．2 不同耕作覆盖措施对黑垆土化学性状的影响

3．3 不同耕作覆盖措施对作物农艺性状的影响

第四章 水蚀风蚀交错区不同类型植被对沙黄土水气传输性的影响

4．1 不同植被类型对沙黄土容重、总孔隙度和充气孔隙度的影响

4．2 不同植被类型对沙黄土饱和导水率、导气率和相对气体扩散率的影响

4．3 不同植被类型对沙黄土土壤孔隙结构指标的影响

第五章 水蚀风蚀交错区退耕还草年限对沙黄土水气传输性质的影响

5．1 退耕还草年限对沙黄土容重、总孔隙度和充气孔隙度的影响

5．2 退耕还草年限对沙黄土饱和导水率、导气率和相对气体扩散率的影响

5．3 退耕还草年限对沙黄土土壤孔隙结构指标的影响

5．4 沙黄土土壤饱和导水率、导气率与气体相对扩散率相互关系

第六章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介