论文部分内容阅读
我国西部的黄土高原地区,一方面存在严重干旱缺水,另一方面每年夏季7-9月以大雨、暴雨形式的集中降雨,多以洪流和表层土壤蒸发形式损失,造成了降水资源的极大浪费。如何将有限的降水资源充分用于农业生产,提高干旱地区天然降水的利用率,是不少学者正在研究的问题。黄土洞腔结构成型技术是利用微爆破等方法在土壤内部形成洞腔,洞腔上层土壤被松动,可吸收更多的水分进入土壤,减少径流损失;洞腔下层的土壤被压实,可形成相对隔蓄水层,阻挡水分向深层渗漏,阻止下层地下水毛管上升产生蒸发,最终起到促渗减蒸和水分集蓄目的,能够更好的利用宝贵的降水资源。本文采用室内试验、HYDRUS软件数值模拟相结合的方法,模拟暴雨情况下洞腔结构黄土中水分运移、蓄存、耗散的规律,也分析了洞腔结构对土壤肥分运移的影响,主要取得了以下研究成果:（1）选取了纳什效率系数（NSE）、均方根误差（RMSE）和相对误差（RE）等统计学指标对湿润锋及土壤含水量进行分析,以此来评价HYDRUS模型模拟效果的准确性。最终得出,HYDRUS模型的构建比较合理,模型模拟效果较好,HYDRUS软件能够模拟暴雨条件下土壤水分入渗过程。（2）洞腔结构黄土中水分运移规律分析Ⅰ.洞腔结构的存在可以减少湿润锋的运移深度,相比于对照组,洞腔组湿润锋深度减少了3 cm,减少幅度为4.5%。经过数值分析,湿润锋运移距离随时间的变化规律可以用幂函数关系来表示。Ⅱ.水分经过洞腔层阶段,对照组的湿润锋运移速度高于洞腔组,平均高0.42 cm/h。选用了Kostiakov模型和Philip模型对入渗过程进行了拟合,结果发现Philip模型对于本研究条件下的入渗试验有更好的准确性和适用性。Ⅲ.黄土洞腔结构对水分运移的影响,体现在水分入渗经过洞腔层时入渗速度减小,洞腔结构有“吸引”和“拦截”水分的作用,有利于将水分蓄存在洞腔层。（3）洞腔结构黄土中水分蓄存与耗散效果分析Ⅰ.从土壤含水量角度来看,洞腔组在剖面30 cm、45 cm的土壤含水量高于对照组,洞腔层土壤含水量比对照组平均高1.6%。而在洞腔层下方剖面60 cm处,洞腔组土壤含水量比对照组低2.4%。Ⅱ.从土壤蓄水量角度来看,洞腔组0-45 cm土层土壤蓄水量133.65 mm,对照组对应值为127.65 mm,相比之下洞腔组土壤蓄水量高6 mm,洞腔结构使土壤蓄水能力提升4.7%。Ⅲ.洞腔结构的存在使洞腔下方土壤蒸发强度减小,因此可以减少土壤水分蒸发,保留更多的水分在土壤中。蒸发试验结束时洞腔组累积蒸发量37.45 mm,对照组累积蒸发量为42.85 mm,相比之下洞腔组土壤少蒸发了5.4 mm,减少12.6%的土壤水分蒸发,由此证明洞腔结构对抑制土壤水分蒸发有显著的作用。（4）洞腔结构对土壤肥分运移的影响分析Ⅰ.肥分随土壤深度变化趋势与土壤含水量随土壤深度变化趋势较为一致,说明肥分随水分迁移,也印证了洞腔结构通过影响土壤水分入渗来影响肥分的迁移。Ⅱ.相比于对照组,洞腔层的肥分浓度更大,洞腔结构的存在可提升洞腔层16.4%的NO3--N蓄存量,提升15.97%的NH4+-N蓄存量。Ⅲ.以小麦为例,0-40 cm土层的根量较多,而洞腔结构可将更多的肥分保留在作物根系最多的土层,这有利于减少土壤肥分流失,有利于农作物根系吸收更多肥分,促进作物生长,提高作物对化肥的利用效率。