田间原位试验分析长期机械作业下稻麦轮作地块土壤入渗性能

摘要

田间原位不同深度入渗试验是表达土壤分层状态、展示土层物理分异以及定量土壤剖面水功能变化的关键。为了探究不同深度水稻土的入渗能力及保水作用,该研究以华东稻麦轮作区小农户长期机械化耕整模式下代表地块的土层分异为目标,设计田间原位不同深度入渗试验。在试验地块内开挖7个不同深度的入渗坑并在坑底进行入渗试验,然后渗透48 h分层测取土壤含水率,研究不同坑底深度(坑深)土壤的入渗能力和入渗后各土层含水率的变化。结果表明,不同深度入渗试验准确表达了不同坑深土壤的水分入渗及土层持水分异,同时也能清晰地鉴别出犁底层所在位置和厚度,犁底层始于15 cm深,且耕作层与犁底层分异明显,耕作层平均紧实度为1005.79 kPa,犁底层平均紧实度为1910.73 kPa;土壤剖面分析表明,耕作层土壤形态疏松,根系分布稠密,犁底层土壤容重大,孔隙度小,透水性差,心土层土壤铁锰斑点较多,结构性差;土壤入渗参数随坑深的增加而减少,其中0~15 cm坑深范围内平均的平均入渗速率和累计入渗量分别为>20~30 cm的17.04倍和18.06倍;通过对比初始含水率和渗透48 h后含水率,得到坑深在15 cm范围内的水分入渗深度均为距表土20cm,而大于15cm坑深的水分入渗深度均为坑深以下10cm;利用Horton、Kostiakov和Philip3个模型拟合不同坑深入渗,结果表明,Kostiakov模型的拟合参数与实际相符且R^(2)最高(0.98~0.99),均方根误差最小(0.01~0.77mm/min)。入渗参数与土壤容重、含水率、总孔隙度和田间持水量有极显著的相关性(P0.05)。该研究通过原位不同深度入渗试验,说明华东稻麦轮作区小农户生产模式下长期机械化耕作导致水稻土明显的分层和土壤水功能垂直分异,进而导致耕作层与耕作层以下土层表现出显著的入渗能力差异。研究可为稻麦轮作地区的机械耕作、灌溉等提供借鉴。