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【标题】:

地下滴灌毛白杨根区土壤水分动


【作者单位】:

山东绿森千头椿繁育中心


【摘要】:地下滴灌毛白杨根区土壤水分动 摘 要 在根系分布试验观测的基础上,提出了三倍体毛白杨一维根系吸水模型,在考虑根系吸水情况下利用HYDRUS模型模拟了地下滴灌条件下三倍体毛白杨根区的土壤水分动态,通过田间试验对模型进行验证,并利用HYDRUS研究了不同灌水技术参数对土壤湿润模式的影响.结果表明:在灌溉结束和水分再分布24 h后,土壤含水量模拟结果的相对平均绝对误RMAE)分别为7·8%和6·0%,均方根误差(RMSE)分别为0·036和0·026 cm3·cm-3,说明HYDRUS模型能很好地模拟地下滴灌条件下三倍体毛白杨根区的短期土壤水分动且所建根系吸水模型合理;与2、4 L·h-1的滴头流 [更多详细]

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【正文】:

地下滴灌毛白杨根区土壤水分动


摘 要 在根系分布试验观测的基础上,提出了三倍体毛白杨一维根系吸水模型,在考虑根系吸水情况下利用HYDRUS模型模拟了地下滴灌条件下三倍体毛白杨根区的土壤水分动态,通过田间试验对模型进行验证,并利用HYDRUS研究了不同灌水技术参数对土壤湿润模式的影响.结果表明:在灌溉结束和水分再分布24 h后,土壤含水量模拟结果的相对平均绝对误RMAE)分别为7·8%和6·0%,均方根误差(RMSE)分别为0·036和0·026 cm3·cm-3,说明HYDRUS模型能很好地模拟地下滴灌条件下三倍体毛白杨根区的短期土壤水分动且所建根系吸水模型合理;与2、4 L·h-1的滴头流速和连续性灌溉相比,流速1 L·h-1和脉冲式灌溉(每隔30 min灌水30 min)能增大土壤湿体体积,且可以减少水分深层渗漏量,因此,对试验地三倍体毛白杨根区进行地下滴灌应首选流速1 L·h-1的脉冲式灌溉.
关键词 三倍体毛白杨 地下滴灌 土壤水分运动 HYDRUS 数值模


    通过灌溉的方式可实现人工林生产力的进一步提高[1-3].但如果灌溉方式、方法选择不当,不仅会严重浪费水资源而且还会对环境造成负面效应.地下滴灌作为“最经济的灌水法”[4],不仅水分利用效率高而且还能产生良好的环境效应,目前已被广泛应用于杨树人工林培育[5-7].然而,其优势的充分发挥需建立在灌水技术参数最优化的基础之上,而这些参数的确定均与土壤水分动态有关.因此,掌握地下滴灌土壤水分动态对加速地下滴灌在林业上的推广应用具有重要意义[8].
    数值模拟是研究土壤水分动态的一种有效方.近年来,HYDRUS软件被广泛应用于模拟滴灌条件下土壤水分和溶质运移分布规律等研究,内容涉及室内无作物[9-10]、田间裸地[11-12]和有作物生长[13-15]等情况,这些研究多集中于农业领域,在国内林业方面的应用却几近空白[16].在利用HYDRUS模型模拟地下滴灌条件下毛白杨纸浆林土壤水分动态时,需先通过田间试验论证模型的可行性,然后再依据其模拟结果制定科学合理的灌水策略.为此,本文在考虑根系吸水的情况下,利用HYDRUS软件模拟地下滴灌条件下毛白杨根区的土壤水分动态,并通过田间试验验证其精度,通过不同滴头流量和不同灌水频率对试验地土壤湿润模式的影响,明确了最佳灌水技术参数,旨在为制定地下滴灌条件下三倍体毛白杨速生纸浆林的最佳水分管理策略提供理论依据.
1 材料与方法
1·1 试验地概况
   试验地位于山东省高唐县(36°58′N, 116°14′).该区属暖温带半干旱季风区域大陆性气候,光照充足,热量丰富,年均降水量544·7 mm,降水主要集中在7—8月,年均蒸发量1880 mm,年均气温3·2℃,极端最高气温41·2℃,极端最低气温-20·8℃,年日照时数2651·9 h,地下水平均埋深3.试验地土壤分为3层, 0~30 cm为砂壤土, 30~60 cm为壤土, 60~100 cm为砂壤土,其田间持水量分别为0·29、0·36和0·39 cm3·cm-3,饱和含水率分别为0·38、0·40和0·48 cm3·cm-3.本试验在高唐县泉林纸业集团的三倍体毛白杨速生纸浆林基地内进行.毛白杨栽植于2005年春季,采用宽窄行配置模式,宽行距6 m,窄行距2 m,株距1 m,林分平均胸径8·6 cm.林地灌溉采用地下滴灌的形式,滴管布设在窄行中央,埋深20 cm,滴头间距50 cm.
1·2 试验设计
1·2·1田间试验设计 2008年9月,在试验地的一个灌水周期内开展试验.在试验地中部选取2株毛白杨作为样树(隶属不同的灌溉处理),在每株样树的窄行一侧布设土壤含水率测管,分别布置在距离滴管0、10和25 cm处.然后将含水率测管所处的窄行区域进行覆膜处理,避免降雨和蒸发对试验的影响.样树I和II的灌水时长分别为7·5和6 h,设置滴头流量为2 L·h-1.
  土壤体积含水率采用管式TDR系统(TRIME-IPH, IMKO,Germany)进行测定,测定深度为90 cm每10 cm一层.测定时间分别为灌水开始前、灌水结束时和水分再分布24 h左右.试验期间采用树干液流计(TDP,Dynamax,USA)测定毛白杨蒸腾量.2008年11月上旬测定毛白杨根系的空间分布,在试验地中心选取2株样树,以树干为中心,在宽、窄行内布设取样网格(图1),采用根钻法分层取样:水平方向上,窄行内取样至1 m处,宽行内取样至2 m处;垂直方向上,每20 cm为一层取样,取样深度至地表以下80 cm处,共计816个根样.取样后洗根,然后用Epson Twain Pro根系扫描仪(Regentnstruments Inc., Quebec, Canada)进行根系扫描分析,得到直径小于2 mm(本研究采用传统的细根分类标准[17],认为直径≤2 mm的细根为吸水根系)的根系长度,从而获得各测点的根系长度密度.
1·2·2模拟情景设计 选择当地地下滴灌的典型灌溉模式进行模拟,并与其他不同的灌溉模式进行对比.为了确定当地纸浆林的最优灌水策略,本文在裸地的“极端”情形下进行模拟,以凸显各种灌溉策略的优缺点,从而更好地选择出最佳灌水技术参数.以下模拟情景的灌水总量均为20 L.
1)滴头流速不同:设置灌溉频率为连续性灌溉,选择3种滴头流速进行模拟,分别为1、2和4 L·h-1,相应的持续灌水时间分别为20、10和5 h.
2)灌水频率不同:设置滴头流速为1 L·h-1,选择2种灌溉频率进行模拟.第1种为连续性灌溉

 



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