【摘要】：黃土丘陵區(qū)大面積的經(jīng)濟(jì)林種植是應(yīng)對退耕還林(草)工程實施以后耕地大面積減少,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。但由于該地區(qū)降雨量少,加之棗樹蒸騰耗水作用強(qiáng)烈,造成棗樹生長所需要的水分供需矛盾突出,干旱缺水且降雨時空分布不均使紅棗生長受到了較為嚴(yán)重的水分脅迫,產(chǎn)量低,效益差,影響了紅棗生態(tài)經(jīng)濟(jì)林的持續(xù)健康發(fā)展。本研究將魚鱗坑與不同覆蓋措施結(jié)合運用于山地紅棗經(jīng)濟(jì)林中,通過長期定位監(jiān)測、實地取樣、數(shù)理統(tǒng)計和模型模擬的方法,對魚鱗坑和覆蓋組合措施土壤水分、降雨入滲和棗樹耗水進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。探明了不同魚鱗坑覆蓋組合措施的集水保墑機(jī)理,明確了棗樹蒸騰在不同時間尺度下的主要驅(qū)動因子,提出了一種適用于復(fù)雜下墊面條件的快速有效估算作物蒸散量的方法,建立了魚鱗坑和覆蓋組合措施的生態(tài)水文過程模型,該研究可為有限水資源條件下果園水分的優(yōu)化管理提供科學(xué)依據(jù)。(1)明確了不同魚鱗坑覆蓋組合措施對土壤物理性質(zhì)的影響。魚鱗坑在攔截坡面徑流同時,也淤積了徑流攜帶的細(xì)小粉粒和沙粒,提高了魚鱗坑表層土壤粉粒和沙粒含量。由于粉、沙粒堵塞土壤孔隙,土壤容重顯著增大,孔隙度顯著降低,飽和、非飽和導(dǎo)水率和飽和含水量顯著下降;魚鱗坑加覆蓋處理能顯著提高土壤中有機(jī)碳和全氮含量,改善土壤結(jié)構(gòu),土壤容重顯著降低,孔隙度顯著增大,飽和、非飽和導(dǎo)水率和飽和含水量均顯著提高。(2)分析了不同魚鱗坑覆蓋組合措施下土壤水分時空變化和虧缺補償特征。與裸地對照處理相比,魚鱗坑加覆蓋措施可有效攔蓄降水的同時抑制蒸發(fā);魚鱗坑無覆蓋措施在整個生育期對100 cm以上土層土壤儲水基本無影響。各處理在干旱年土壤儲水虧缺加劇,在平水年魚鱗坑和魚鱗坑覆蓋組合措施均對土壤儲水有不同程度的補償效果,裸地對照處理40-160 cm土層土壤儲水有進(jìn)一步虧缺趨勢。(3)評價了不同時間尺度下魚鱗坑覆蓋組合措施對棗樹莖稈液流速率的影響,明確了影響棗樹莖稈液流速率的主要氣象因素。不同魚鱗坑覆蓋組合措施下棗樹莖稈液流速率均呈現(xiàn)一致的變化規(guī)律,典型降雨前后,莖稈液流速率在雨后第一個晴天達(dá)到峰值。魚鱗坑覆蓋措施下莖稈液流速率明顯高于魚鱗坑無覆蓋和裸地對照措施。通過偏相關(guān)分析,明確了空氣溫度、空氣相對濕度、光合有效輻射和飽和水汽壓虧缺是影響莖稈液流速率的最為主要的參數(shù),以此為基礎(chǔ),構(gòu)建得到了不同魚鱗坑覆蓋組合措施下氣象因子和棗樹莖稈液流速率的多元線性逐步回歸模型。(4)提出了利用水分自動監(jiān)測裝置估算降雨入滲量和棗樹耗水量的新方法,并基于該方法分析了不同魚鱗坑覆蓋措施對棗樹耗水的影響。該方法時間精度高,可準(zhǔn)確捕捉到棗樹的耗水發(fā)生過程;在干旱期估算較為準(zhǔn)確,整體誤差在可接受范圍內(nèi),是一種適用性廣泛的作物蒸散估算新方法。利用該方法計算不同魚鱗坑覆蓋措施下的降雨入滲量、土壤蒸發(fā)量和棗樹蒸散量并進(jìn)行分析,結(jié)果表明,魚鱗坑措施降雨入滲量均顯著高于裸地對照措施,在集中降雨期表現(xiàn)出很強(qiáng)的集雨能力;魚鱗坑加以覆蓋處理下顯著降低了整個生育期土壤無效蒸發(fā)量,并顯著提高了坐果期和果實膨大期的棗樹蒸騰量。(5)基于Hydrus-1D構(gòu)建了不同魚鱗坑覆蓋組合措施生態(tài)水文循環(huán)過程模型,并分析了不同措施對降雨入滲、蒸發(fā)蒸騰和土壤儲水動態(tài)變化過程的影響。依據(jù)非飽和土壤水動力學(xué)理論,并結(jié)合魚鱗坑條件下土壤水分運動特征,利用兩種參數(shù)反演方法對土壤水分運動參數(shù)進(jìn)行了率定,通過實測數(shù)據(jù)驗證,MCMC-DREAM法率定得到的土壤水分運動參數(shù)可較準(zhǔn)確的反映土壤水分的動態(tài)變化和分布。利用構(gòu)建模型對不同魚鱗坑覆蓋組合措施下棗園生態(tài)水文過程進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)魚鱗坑無覆蓋顯著增加降雨入滲和蒸發(fā),增加雨后剖面土壤儲水量;魚鱗坑秸稈覆蓋可顯著降低土壤無效蒸發(fā),,增加棗樹蒸騰量,提高全生育期土壤儲水量。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S665.1
【圖文】：

2.1 研究區(qū)概況試驗區(qū)位于陜西省榆林市清澗縣店則溝鎮(zhèn)園則溝紅棗節(jié)水基地（37°15'N, 110°2（圖 2-1），位于黃土高原北部，黃土層厚，地形條件為典型的黃土丘陵溝壑區(qū)，氣候半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫 8.5 ℃，極端最高氣溫 38.2 ℃，極端最低氣-25.5 ℃，無霜期 162 d。年平均降雨量 497 mm（基于 1986-2015 年清澗氣象站數(shù)據(jù)79.9%的降雨分布在棗樹生育期內(nèi)（5-9 月），特別在 6-8 月份雨量大且集中，集中降在來臨時間上也極不穩(wěn)定，常會產(chǎn)生次降雨量達(dá)到 50 mm 的強(qiáng)降雨。棗樹生育期在候呈半濕潤-半干旱-干旱變化特征。冬季由于受西伯利亞冷空氣的控制和侵襲，氣候冷干燥，降水較少。土壤為黃綿土，入滲能力較強(qiáng)，但土壤肥力較差，試驗區(qū) 0-180 cm 剖面的容重顆粒組成、飽和導(dǎo)水率等指標(biāo)見表 2-1。試驗樣地海拔為 961-976 m，地下水埋深約50 m，田間持水率約為 25%，凋萎系數(shù)約為 7%（均為體積含水量，下同）。試驗樣地地貌部位選擇在同一坡面上，棗樹栽植方式采用矮化密植，在冬季或春季進(jìn)行修剪高控制在 2 m 以下。各處理措施施肥、除蟲和田間管理均保持一致。

圖 2-2 魚鱗坑及其在坡面布設(shè)示意圖Fig. 2-2 Diagram and layout of the slope and the fish-scale pit in the experiment plot.小區(qū)設(shè)置及監(jiān) 點布置個重復(fù)小區(qū)選擇相鄰的 8 棵棗樹，如圖 2-3 所示，定位安裝 Trime-TDR 水-PICO 管式 TDR 水分測管、EC-5 水分溫度自動監(jiān)測系統(tǒng)、TDP 插針式植物莖流計滲儀等儀器（圖 2-3），對土壤水分土壤蒸發(fā)和棗樹蒸騰進(jìn)行長期定位觀測。

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