论文部分内容阅读
石河子灌区每年季节性土壤冻融引起土壤水热盐变化,进而对春季作物生长所需的土壤环境产生重要影响,同时丰富的融雪水资源对干旱半干旱的石河子灌区具有重要的补给作用。通过探究季节性冻融过程中积雪—地表联合覆盖下土壤水热盐的时空分布和运移规律以及三者之间的变化机制,为评估石河子灌区来年春季土壤水热盐环境提供参考。本文设置秸秆、地膜、活性炭3种覆盖和裸地对照,通过连续2年的田间小区试验(2015年11月29日—2016年4月5日的第一个试验期和2016年11月13日—2017年4月10日的第二个试验期),采用实地监测与室内分析相结合的方法对其进行试验研究,旨在全面、系统地揭示不同地表覆盖方式对冻融期土壤水热盐运移的调控机制。主要研究结果和结论如下:(1)土壤降温阶段,10cm土层最大、最小温差变化均最为剧烈,相应的温度最大变幅依次为裸地(6.14°C和3.78°C)>地膜覆盖(5.58°C和3.70°C)>秸秆覆盖(5.17°C和3.53°C)>活性炭覆盖(4.98°C和3.41°C)(注:前者为第一个试验期数据,后者为第二个试验期数据,下同),随着土壤深度的增大,土壤温度变幅逐渐减弱,但总体上具有一致的变化规律;升温阶段,裸地冻土层最先开始消融,秸秆、活性炭、地膜等覆盖相比裸地依次滞后12d和10d、4d和2d、2d和1d,滞温效果为秸秆覆盖>活性炭覆盖>地膜覆盖,滞温并不利于冻土层消融。可见,地表覆盖只是影响了地气之间热运动的交换频率,才对土壤温度变化起到一定的调控作用,并不能从根本上改变土壤温度变化。(2)冻结初期,地膜、活性炭、秸秆等覆盖和裸地在0—10cm土层中的含水率与2个试验期的初始含水率相比分别升高3.92%和3.43%、1.32%和1.99%、0.53%和1.76%、4.20%和5.49%;含盐量增大主要发生在0—20cm土层,相应地增大5.71%、6.18%、3.63%、7.27%。稳定冻结期,10—20cm土层水盐均出现较大幅度的上升,尤以地膜、活性炭等覆盖相对明显。融化期,土壤含水率在0—30cm土层的增幅以活性炭覆盖最大(9.18%和9.24%),依次为秸秆覆盖(7.01%和6.74%)>裸地(6.50%和4.61%);出现盐分最大增幅的土层分别为裸地30cm(20.75%)、地膜覆盖20cm(10.96%)、秸秆覆盖0cm(13.33%)和活性炭覆盖0cm(9.40%)。经过整个季节性冻融过程,秸秆和活性炭等覆盖表现出显著的保墒抑盐效果;地膜覆盖由于隔断了融雪水入渗,裸地由于强烈的地表蒸发,其保墒抑盐效果均相对较差。(3)尝试建立了不同处理下土壤含水率、含盐量、土壤温度之间的响应关系,拟合效果较好,体现了土壤水热盐在不同深度土层之间密切的互作效应。(4)试验期前后,0—10cm土层,活性炭覆盖下土壤储水量增加(15.52和13.89mm)>秸秆覆盖(6.03和5.54mm)>裸地(5.42和0.98mm)>地膜覆盖(5.15和4.85mm),活性炭覆盖下土壤储水量增幅比秸秆覆盖、裸地、地膜覆盖提高29.87%和31.24%、33.98%和33.93%、32.51%和48.09%,体现了良好的保墒效果和融雪水的较高利用。土壤单位面积储盐量增幅裸地(2.78和2.80g)>地膜覆盖(2.36和2.88g)>秸秆覆盖(2.03和2.79g)>活性炭覆盖(2.27和2.66g),且裸地土壤储盐量变化率最高(27.92%和25.78%),分别比活性炭、秸秆、地膜等覆盖处理多17.84%和13.45%、10.18%和10.14%、3.32%和3.91%,体现出地表覆盖具有显著的抑盐作用。