太湖地區(qū)主要水稻土的水力學(xué)性質(zhì)、大孔隙特征及硝態(tài)氮的運(yùn)移機(jī)理研究.pdf

1、本文選擇了太湖地區(qū)主要水稻土類(lèi)型(白土、黃泥土和烏柵土)，分析其土壤性質(zhì)和水力學(xué)參數(shù)，通過(guò)田間試驗(yàn)和室內(nèi)模擬研究了硝態(tài)氮在土壤中的運(yùn)移機(jī)理，并利用染色法和CT掃描的方法分析了土壤中大、小孔隙的數(shù)量、比例和形態(tài)及與硝態(tài)氮運(yùn)移的關(guān)系，為研究區(qū)的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的宏觀決策提供基本參數(shù)和科學(xué)依據(jù)。 本文主要的研究結(jié)果如下： (1)通過(guò)田間和室內(nèi)試驗(yàn)得出土壤水分特征曲線(xiàn)和飽和導(dǎo)水率，比較了三種主要水稻土類(lèi)型的土壤基本物理性質(zhì)和水分特

2、征狀況，并根據(jù)水分特征曲線(xiàn)得出了這三種土壤的田間持水量、有效水含量和萎蔫系數(shù)。土壤有效水含量與土壤粘粒含量呈顯著的線(xiàn)性負(fù)相關(guān)；而土壤的田間持水量和有效水含量與土壤有機(jī)質(zhì)、結(jié)構(gòu)系數(shù)、團(tuán)聚度呈極顯著的線(xiàn)性正相關(guān)，但萎蔫系數(shù)與質(zhì)地呈顯著的線(xiàn)性正相關(guān)性。 (2)原狀土的飽和導(dǎo)水率變化于5.16×10<'-4>-11.62×10<'-4>cm/s之間，擾動(dòng)土飽和導(dǎo)水率變化于O.76×1O<'-4>-3.31×1O<'-4>cm/s之間；同一水稻土

3、的剖面上的飽和導(dǎo)水率基本呈現(xiàn)由上向下逐漸減小的趨勢(shì)，且原狀土的飽和導(dǎo)水率普遍大于擾動(dòng)土的飽和導(dǎo)水率。原狀土和擾動(dòng)土的飽和導(dǎo)水率均與土壤的各項(xiàng)主要物理性質(zhì)之間都存在著一定的相關(guān)性。影響原狀土飽和導(dǎo)水率的因素主要是土壤容重、團(tuán)聚度、結(jié)構(gòu)系數(shù)和有機(jī)質(zhì)等，而不同類(lèi)型的土壤飽和導(dǎo)水率之間相差較大。影響擾動(dòng)土飽和導(dǎo)水率的因素除了容重、團(tuán)聚度、結(jié)構(gòu)系數(shù)和有機(jī)質(zhì)外，還有土壤的質(zhì)地(主要是粘粒含量)。(3)采用模擬土柱的方法對(duì)太湖地區(qū)三種主要水稻土的硝態(tài)

4、氮垂直運(yùn)移穿透曲線(xiàn)和影響因素進(jìn)行了研究。對(duì)同一種土壤而言，土層由上往下的出流速度減慢，硝態(tài)氮的穿透時(shí)間推遲。對(duì)這三種土壤而言，烏柵土的各土層的平均流量最小，穿透時(shí)間最長(zhǎng)。在水分飽和和充分淋洗的條件下，硝態(tài)氮能完全穿透土柱，硝態(tài)氮的垂直運(yùn)移過(guò)程主要受土壤粘粒含量的影響，隨著粘粒含量的增加出流速度減小，硝態(tài)氮的穿透開(kāi)始時(shí)間推遲，硝態(tài)氮的穿透曲線(xiàn)峰值變低、峰面分布變寬，穿透曲線(xiàn)變化平緩。所有的穿透曲線(xiàn)都顯得不對(duì)稱(chēng)，粘粒含量越高的土壤越有明顯的

5、拖尾現(xiàn)象。土壤容重和有機(jī)質(zhì)含量對(duì)硝態(tài)氮的垂直運(yùn)移有很大的影響；容重越小、有機(jī)質(zhì)含量越高，出流的流量就越大，穿透開(kāi)始的時(shí)間也就越提前；有機(jī)質(zhì)與穿透總時(shí)間有極顯著的相關(guān)性； 有機(jī)質(zhì)含量越高，穿透總時(shí)間就越短。另外通過(guò)Hydrus-1D模型對(duì)這三種土壤的硝態(tài)氮穿透曲線(xiàn)進(jìn)行模擬，模擬值與實(shí)測(cè)值的曲線(xiàn)基本吻合，均呈顯著的相關(guān)性。 (4)運(yùn)用染色和計(jì)算機(jī)解譯的方法來(lái)確定太湖地區(qū)三種主要水稻土(白土、黃泥土和烏柵土)的優(yōu)勢(shì)流路徑和大孔

6、隙的分布狀況。將土壤染色后，所拍攝的剖面染色圖片經(jīng)過(guò)Photoshop 8.0和ArcGIS 8.0處理，將所染的藍(lán)色由深到淺平均分成10個(gè)等級(jí)，以此分析土壤剖面中大、小孔隙的比例。分析結(jié)果表明：(1)三種土壤剖面的優(yōu)勢(shì)流達(dá)到的深度相差不大，均在80cm左右。但由于烏柵土的地下水位較高(最高可達(dá)70cm)，所以?xún)?yōu)勢(shì)流對(duì)烏柵土的地下水影響較大。(2)土壤剖面中不同深處的染色百分比與該處土壤容重有顯著的相關(guān)性，土壤容重越大，染色百分比就越小

7、。(3)不同土壤剖面大孔隙的數(shù)量和孔隙體積相差很大。在白土和黃泥土的所有土壤層次上以及烏柵土的剖面上第三至第四層，藍(lán)色最深的兩個(gè)等級(jí)之和的百分比即為剖面上該層>1mm的大孔隙含量。另外在烏柵土剖面上的第一至第二層>1mm的大孔隙含量數(shù)值與經(jīng)染色后產(chǎn)生藍(lán)色最深的三個(gè)等級(jí)百分?jǐn)?shù)之和相當(dāng)。 (5)利用農(nóng)田土壤剖面染色結(jié)合田間硝態(tài)氮示蹤的方法來(lái)研究太湖地區(qū)典型的水稻土—白土剖面中優(yōu)勢(shì)流和硝態(tài)氮在土壤剖面中的運(yùn)移規(guī)律。染色法可以分析土壤剖

8、面上大孔隙的分布狀況和優(yōu)勢(shì)流的路徑；染色面積越大的土層表明該土層的大孔隙含量就越高。在白土剖面上，表層的大孔隙含量最高，第三層和第五層以下大孔隙含量都很低。在田間條件下，優(yōu)勢(shì)流是影響硝態(tài)氮遷移的主要因素，白土上優(yōu)勢(shì)流直接影響的最大深度為78cm，對(duì)地下水的影響很大，本試驗(yàn)中地下水硝態(tài)氮含量增加10多倍。 (6)利用CT掃描技術(shù)，在不破壞土體結(jié)構(gòu)的前提下，準(zhǔn)確地得出了不同深度土壤剖面上各種大孔隙的數(shù)量、面積以及分布狀況。結(jié)果表明：