垄膜沟秸秆覆盖对土壤水热与夏玉米生长的影响及其HYDRUS模拟

【摘要】：在西北干旱区降水季节差异大,作物生长受到土壤水分和温度的影响。农田覆盖措施能够调节土壤的水热状况,对促进作物的生长发育有重要影响。本试验设置了垄覆地膜沟覆秸秆种植(PSM)、全覆膜平作种植(PM)、覆秸秆平作种植(SM)、露地平作种植(CK)4个不同栽培模式,使用TRIME-TDR及EM50对土壤水、热进行了作物全生育期的动态监测。研究旱作区雨养条件下,不同覆盖栽培模式对农田土壤水热动态变化及夏玉米产量的影响,为完善覆膜集雨栽培技术提供一定的理论依据。通过试验研究,得到的结论如下:(1)一次降水过后土壤0~40cm土壤水分变化最剧烈,其中垄覆地膜沟覆秸秆处理能够蓄集更多的降水。各覆盖措施均能显著提高0-200cm土层土壤贮水量,降雨较少的时期,垄覆地膜沟覆秸秆处理贮水量显著低于对照,垄覆地膜沟覆秸秆处理消耗的土壤贮水量最多,但随着降雨量的增加这种差异逐渐减小。地表进行覆盖后能够调节土壤水热条件,减少水分的蒸发,使作物在营养生长阶段能够吸收更多的水分,促进夏玉米的灌浆及高产,其中以垄覆地膜沟覆秸秆处理作用最为显著。(2)不论晴天还是阴雨天,全膜覆盖的地温日变幅都最大,其次是露地栽培,垄覆地膜沟覆秸秆和秸秆处理地温日变幅最小且值接近。在作物苗期及灌浆期均发现,各处理土壤温度的日变化规律一致,且土壤表层的温度高于土壤深处的温度,表层土壤温度的变化幅度大于深层土壤温度的变化幅度。大气温度较高,地膜对土壤温度的增温效应要大于秸秆覆盖处理,而垄覆地膜沟覆秸秆处理对土壤温度的调节作用居于两者之间;在夏玉米生长时期若气温较低,地膜覆盖和秸秆覆盖增温效应要低于不覆盖处理。(3)夏玉米生育前期各覆盖处理下株高均呈现出线性增长趋势,覆盖处理的植株高度显著高于不覆盖处理,其中垄覆地膜沟覆秸秆处理株高增长最快,夏玉米生育后期植株高度基本不变,各覆盖处理间的植株高度差异不明显。在夏玉米的前期生长阶段叶面积指数呈上升的趋势,而在玉米灌浆及成熟时期叶面积指数呈下降的趋势。叶面积指数于播种后60天左右即抽雄期达到最大值。2014年和2015年抽雄期夏玉米叶面积指数从大到小依次为垄地膜沟秸秆全膜覆盖秸秆覆盖不覆盖。(4)夏玉米生育期内各覆盖处理均能增加干物质的积累量,各覆盖处理的干物质均高于对照,在各时期垄覆地膜沟覆秸秆和全膜覆盖处理对玉米干物质积累的促进作用最大,其次是秸秆处理。2014和2015年各覆盖处理夏玉米产量较不覆盖处理均有显著增加,以垄覆地膜沟覆秸秆最高,全膜覆盖次之同时,各覆盖处理水分利用效率较不覆盖处理均有显著增加,以垄覆地膜沟覆秸秆最高,全膜覆盖次之。两年夏玉米产量与水分利用效率呈正相关。水分利用效率与各阶段耗水量相关不显著。(5)HYDRUS-1D模型通过对比土壤水分和温度实测值与模拟值,表征模拟精度的Nash效率系数分别为0.52~0.84,和0.69~0.96,对夏玉米土壤水分和温度的模拟值和实测值拟合度较好,可良好反映覆盖条件下土壤水分和温度动态。从而可以预测和进一步综合探索适合旱地作物生产的栽培措施。 【关键词】：覆盖 土壤水热 作物生长发育与产量 HYDRUS模型
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S513
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究的目的和意义11-12
• 1.2 国内外研究概况12-16
• 1.2.1 地膜覆盖对土壤水分和温度的影响12-13
• 1.2.2 秸秆覆盖对土壤水分和温度的影响13-14
• 1.2.3 垄覆地膜沟覆秸秆对土壤水分和温度的影响14
• 1.2.4 覆盖对作物生长发育及产量的影响14-15
• 1.2.5 土壤水热耦合模型的国内外研究进展15
• 1.2.6 存在问题15-16
• 1.3 研究内容和方法16-19
• 1.3.1 研究内容16
• 1.3.2 研究区概况16
• 1.3.3 试验方案16-17
• 1.3.4 观测内容17
• 1.3.5 技术路线17-19
• 第二章 不同覆盖处理对土壤水热过程的影响19-31
• 2.1 不同覆盖处理对土壤水分的影响19-26
• 2.1.1 土壤水分数据的采集及计算方法19-20
• 2.1.2 一次降水结束后不同处理的水分动态20-22
• 2.1.3 覆膜+秸秆(PSM)处理中沟垄间水分差异分析22
• 2.1.4 玉米全生育期不同处理的土壤贮水量的比较22-25
• 2.1.5 玉米全生育期不同处理的耗水量的比较25-26
• 2.2 不同覆盖处理对土壤温度的影响26-30
• 2.2.1 土壤温度数据的采集26
• 2.2.2 典型天气温度日变化26-27
• 2.2.3 不同时期温度日变化27-29
• 2.2.4 全生育期表层温度动态变化29-30
• 2.3 小结30-31
• 第三章 不同覆盖处理对夏玉米生长和产量的影响31-36
• 3.1 不同覆盖处理对夏玉米株高的影响31-32
• 3.2 不同覆盖处理对夏玉米叶面积指数的影响32
• 3.3 不同覆盖处理对夏玉米干物质积累的影响32-33
• 3.4 不同覆盖处理对夏玉米产量的影响33-34
• 3.5 小结34-36
• 第四章 基于HYDRUS模型的土壤水热动态变化及其模拟36-49
• 4.1 模型模拟36-42
• 4.1.1 模型简介36-40
• 4.1.2 参数率定40-41
• 4.1.3 测定项目和方法41
• 4.1.4 模型评价方法41-42
• 4.2 模拟结果分析42-48
• 4.2.1 模型标定42-45
• 4.2.2 模型验证45-47
• 4.2.3 模型适用性评价47-48
• 4.3 结论48-49
• 第五章 结论与建议49-51
• 5.1 结论49-50
• 5.2 建议50-51
• 参考文献51-55
• 致谢55-56
• 作者简介56

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