不同重构模式下土壤水分运移与作物生长联合模拟与管理优化

摘要

我国粉煤灰排放量呈逐年上升趋势，粉煤灰的长期堆放，会占用大量土地，扬尘污染周围生态环境，危害人类健康。粉煤灰作为充填基质进行土地复垦能够有效解决粉煤灰堆放带来的环境问题，同时增加土地面积。但粉煤灰充填重构土壤有别于正常土壤，土壤性质、剖面分布特征以及作物产量和品质均与正常土壤存在差异，且不同重构模式间也不相同。因此加强粉煤灰充填复垦土壤基础性研究对于重构土壤科学管理利用，指导农业生产，提升作物产量与品质有重要意义。　　本文以淮南平圩电厂粉煤灰堆场复垦区为研究区，通过田间试验、采样调查与室内化验相结合的方法，获取不同重构模式下土壤容重、含水量、有机质、颗粒组成等土壤理化性质，基于WHCNS模型，建立不同重构模式下土壤水分运移与作物生长联合模拟模型，进行土壤水分运移与作物生长联合模拟。设置不同管理水平和方式组合，基于模拟结果，优化粉煤灰充填重构土壤管理模式。研究结果表明:　　各重构模式下均表现为覆土层土壤容重大于粉煤灰充填层，土壤含水量普遍低于粉煤灰充填层，土灰交界处存在土壤水分聚集现象。土壤紧实度随土壤深度的增加呈先增加后稳定的趋势。随着土壤深度的增加，土壤硝态氮呈先降低后增加的趋势，土壤铵态氮与土壤有机质均呈逐渐降低的趋势。土壤水分特征曲线变化显示，相同土壤含水量条件下，各重构模式下粉煤灰充填层与过渡层土壤基质势明显高于覆土层，但不同模式下粉煤灰充填层与过渡层两者之间无明显规律。　　基于WHCNS模型，建立并验证了不同重构模式下土壤水分运移与作物生长联合模拟模型，土壤水分运移与作物生长模拟结果均具有较小的均方根误差（RMSE）与较高的一致性指数(d)，模型能够很好地模拟不同重构模式土壤水分运移及作物生长。不同重构模式表层土壤含水量变化幅度均大于底层，覆土层越厚，各层土壤含水量变化幅度越小，土层间差异越小。各重构模式玉米产量与水分利用效率均很低，随着覆土厚度的增加，玉米籽粒干物质重逐渐增加，水分利用效率也越大。　　各管理水平和方式组合对玉米增产与水分利用效率均有一定的促进作用。灌溉+倍施氮肥+施有机肥组合增产和水分利用率提升效果最好，其次为灌溉+倍施氮肥组合，这两种组合增产比例在50％左右，水分利用效率提升比例在45％左右。综合考虑产量、水分利用率提升效果与投入产出比例情况，认为粉煤灰充填重构土壤下灌溉+倍施氮肥组合为最优。

目录

声明

摘要

插图清单

附表清单

1 绪论

1．1研究背景

1．2研究意义

1．3国内外研究现状

1．3．1粉煤灰农业利用研究现状

1．3．2土壤—作物系统模型的发展

1．4研究内容与技术路线

1．4．1研究内容

1．4．2技术路线

2研究区概况及研究方法

2．1研究区概况

2．1．1研究区位置

2．1．2气候特征

2．1．3地形地貌与水文特征

2．2研究方法

2．2．1样品采样与测试

2．2．2实验工具改进

2．2．3 WHCNS模型原理

3不同重构模式下联合模拟参数获取与分析

3．1不同重构模式土壤理化性质分析

3．1．1土壤容重

3．1．2土壤含水量

3．1．3土壤颗粒组成

3．1．3土壤紧实度

3．1．4土壤硝态氮、铵态氮

3．1．5土壤有机质

3．2土壤水力学参数获取与分析

3．2．1土壤水力学参数获取

3．2．2土壤水分特征曲线

3．3作物模拟参数获取

3．4本章小结

4不同重构模式下土壤水分运移与作物生长联合模拟

4．1联合模型建立与验证

4．1．1模型建立与优化

4．1．2模型验证

4．2土壤水分模拟结果分析

4．2．1 不同重构模式土壤水分模拟分析

4．2．2不同土壤层次土壤水分变化对比

4．3土壤作物模拟结果分析

4．4 土壤水分运移与作物生长模拟结果对比分析

4．4．1 不同重构模式土壤水分运移与作物生长模拟结果分析

4．4．2不同重构模式水分利用效率分析

4．5本章小结

5 不同农田管理模式下玉米生长模拟与管理优化

5．1管理模式设置

5．2不同管理组合下玉米生长模拟

5．2．1 CK1管理组合下模拟情况

5．2．2 CK2管理组合下模拟情况

5．2．3 CK3管理组合下模拟情况

5．2．4 CK4管理组合下模拟情况

5．2．5 CK5管理组合下模拟情况

5．2．6不同管理组合模拟分析

5．3建议

5．4本章小结

6结论与展望

6．1结论

6．2不足与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果