蓄水坑灌条件下果园冬季土壤水热动态研究

摘要

我国苹果树的种植面积以及苹果的年产量均处于世界首位，为了解决苹果主要产区水资源紧缺、干旱和水土流失等问题，孙西欢教授于1998年提出了蓄水坑灌法。冬灌作为蓄水保墒的一项重要措施，保水防冻，有利于新根发生，花芽分化。而蓄水坑灌由于蓄水坑的存在，增加了土壤与大气的接触面积，改变了土壤中的水热动态变化规律，所以进行蓄水坑灌条件下果园冬季土壤的水热动态研究，对蓄水坑灌果园安全越冬和水分高效利用有重要意义。 本文采用田间试验和理论分析相结合的方法，以地面灌溉为对照，设置不同冬灌水量（不灌水、灌水60L/株、180L/株和300L/株）和坑口覆盖（覆盖和不覆盖），对果园不同处理下冬季土壤的冻融过程、土壤含水率和温度随时间空间的动态变化规律进行研究。主要研究成果如下： （1）蓄水坑灌条件下果园土壤冻融过程可以分为不稳定冻结、稳定冻结和消融解冻3个阶段。随着灌水量的增加，起始冻结时刻和达到稳定冻结延迟，稳定冻结深度减小，稳定冻结的时间缩短；坑口覆盖可以推迟土壤的冻结时间，减小冻深，缩短稳定冻结时间；蓄水坑灌较地面灌溉起始冻结深度大，消融解冻速度快。 （2）蓄水坑灌条件下土壤剖面质量含水率的空间分布特征为：在不稳定冻结阶段，含水率随土层深度和与坑壁距离的增加均呈现先升高后降低的趋势，整体上水分分布呈椭圆形；随着灌水量的增加土壤含水率增大，湿润范围扩大；坑口是否覆盖对灌后含水率分布影响不大；地面灌溉含水率随土层深度的增加不断降低，水平分布均匀。在稳定冻结阶段，含水率随土层深度和与坑壁距离的增加均不断降低，整体上沿着蓄水坑呈 U 型分布；随着灌水量的增加，40cm 以上土层土壤含水率不断升高；坑口有覆盖土壤含水率较坑口无覆盖高；地面灌溉水分分布较均匀。在消融解冻阶段，垂向上土壤含水量自上而下先升高后降低，径向上随着与树干距离的增加而增大；灌水量对土壤含水率影响不大；坑口有覆盖土壤含水率较无覆盖大，增加了土壤保水性；蓄水坑灌水分集中分布在中深层土壤，地面灌溉自上而下含水率逐渐降低。 （3）蓄水坑灌条件下土壤含水率随时间的动态变化特征为：在不稳定冻结阶段土壤含水率随深度的增加先升高后降低，随着时间推移，大气温度降低，表层土壤水开始冻结，在冻结区域土壤含水率逐渐增大，到稳定冻结阶段，冻结深度达到最大，土壤含水率分布变为随深度的增加不断降低；到了消融解冻阶段，土壤消融，含水率分布又变为随深度的增加先升高后降低；整体上看，随着时间的变化，60cm以上土层的含水量呈现先升高后降低的趋势。随着灌水量的增加，表层含水率增高的时间推迟，含水率高值区的范围缩小；坑口覆盖推迟了水分突增的时间，缩小了水分高值区的范围；蓄水坑灌较地面灌溉土壤含水率随时间变化平缓。 （4）蓄水坑灌条件下果园土壤温度的日变化特征为：土壤温度随着时间的推移先降低后升高又逐渐降低；在同一天内土壤温度的变化幅度随着土层深度的增加而不断减小；在不稳定冻结阶段和稳定冻结阶段，40cm以上土层随灌水量的增加温度升高；在消融解冻阶段，40cm以上土层温度随灌水量的增加温度降低。在整个冻融期10-20cm土层的温度日变化都可以用正弦函数公式进行拟合，其拟合相关系数R2较高，均在0.76以上。 （5）蓄水坑灌条件下果园土壤温度的日际变化规律为：随着时间的推移，土壤温度先降低后升高，变化幅度随土层深度增加变小；在同一土层深度随着灌水量的增加，极差有所下降，均值不断升高，标准偏差不断降低。 （6）蓄水坑灌条件下果园土壤温度的空间分布规律为：在不稳定冻结阶段，土壤温度随土深的增加不断升高，随与蓄水坑坑壁距离的增加先升高后降低；随着灌水量的增加，土壤温度不断升高，靠近坑壁处的低温范围不断减小，剖面上的温差也不断减小。在稳定冻结阶段，随着土层深度的增加温度升高，随着与坑壁距离的增加先升高后降低；随着灌水量的增加，靠近坑壁处的低温范围不断减小。在消融解冻阶段，土壤温度剖面的空间分布特征与前两个阶段的分布特征一致，随着灌水量的增加，同一点处的土壤温度基本不变，除表层土壤外，土壤剖面的温度基本达到 0℃以上；坑口覆盖可以升高土温，缩小低温范围，减小温差。

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