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

1、本文選擇了太湖地區(qū)主要水稻土類型(白土、黃泥土和烏柵土)，分析其土壤性質和水力學參數(shù)，通過田間試驗和室內模擬研究了硝態(tài)氮在土壤中的運移機理，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)氮運移的關系，為研究區(qū)的農田生態(tài)環(huán)境保護和農業(yè)生產的宏觀決策提供基本參數(shù)和科學依據(jù)。 本文主要的研究結果如下： (1)通過田間和室內試驗得出土壤水分特征曲線和飽和導水率，比較了三種主要水稻土類型的土壤基本物理性質和水分特

2、征狀況，并根據(jù)水分特征曲線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性負相關；而土壤的田間持水量和有效水含量與土壤有機質、結構系數(shù)、團聚度呈極顯著的線性正相關，但萎蔫系數(shù)與質地呈顯著的線性正相關性。 (2)原狀土的飽和導水率變化于5.16×10<'-4>-11.62×10<'-4>cm/s之間，擾動土飽和導水率變化于O.76×1O<'-4>-3.31×1O<'-4>cm/s之間；同一水稻土

3、的剖面上的飽和導水率基本呈現(xiàn)由上向下逐漸減小的趨勢，且原狀土的飽和導水率普遍大于擾動土的飽和導水率。原狀土和擾動土的飽和導水率均與土壤的各項主要物理性質之間都存在著一定的相關性。影響原狀土飽和導水率的因素主要是土壤容重、團聚度、結構系數(shù)和有機質等，而不同類型的土壤飽和導水率之間相差較大。影響擾動土飽和導水率的因素除了容重、團聚度、結構系數(shù)和有機質外，還有土壤的質地(主要是粘粒含量)。(3)采用模擬土柱的方法對太湖地區(qū)三種主要水稻土的硝態(tài)

4、氮垂直運移穿透曲線和影響因素進行了研究。對同一種土壤而言，土層由上往下的出流速度減慢，硝態(tài)氮的穿透時間推遲。對這三種土壤而言，烏柵土的各土層的平均流量最小，穿透時間最長。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)氮的垂直運移過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)氮的穿透開始時間推遲，硝態(tài)氮的穿透曲線峰值變低、峰面分布變寬，穿透曲線變化平緩。所有的穿透曲線都顯得不對稱，粘粒含量越高的土壤越有明顯的

5、拖尾現(xiàn)象。土壤容重和有機質含量對硝態(tài)氮的垂直運移有很大的影響；容重越小、有機質含量越高，出流的流量就越大，穿透開始的時間也就越提前；有機質與穿透總時間有極顯著的相關性； 有機質含量越高，穿透總時間就越短。另外通過Hydrus-1D模型對這三種土壤的硝態(tài)氮穿透曲線進行模擬，模擬值與實測值的曲線基本吻合，均呈顯著的相關性。 (4)運用染色和計算機解譯的方法來確定太湖地區(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Photoshop 8.0和ArcGIS 8.0處理，將所染的藍色由深到淺平均分成10個等級，以此分析土壤剖面中大、小孔隙的比例。分析結果表明：(1)三種土壤剖面的優(yōu)勢流達到的深度相差不大，均在80cm左右。但由于烏柵土的地下水位較高(最高可達70cm)，所以優(yōu)勢流對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，藍色最深的兩個等級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)染色后產生藍色最深的三個等級百分數(shù)之和相當。 (5)利用農田土壤剖面染色結合田間硝態(tài)氮示蹤的方法來研究太湖地區(qū)典型的水稻土—白土剖面中優(yōu)勢流和硝態(tài)氮在土壤剖面中的運移規(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)勢流是影響硝態(tài)氮遷移的主要因素，白土上優(yōu)勢流直接影響的最大深度為78cm，對地下水的影響很大，本試驗中地下水硝態(tài)氮含量增加10多倍。 (6)利用CT掃描技術，在不破壞土體結構的前提下，準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。結果表明：