貴州坡地黃壤水分時(shí)空變異特征研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著各種新方法、新技術(shù)的應(yīng)用，針對(duì)半干旱、半濕潤(rùn)氣候帶的華北平原和黃土高原的研究中，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)水分運(yùn)移模型、農(nóng)田水分優(yōu)化管理與調(diào)控技術(shù)等方面已取得了豐碩的成果。而對(duì)南方季節(jié)性干旱地區(qū)，尤其對(duì)坡地黃壤水分動(dòng)態(tài)規(guī)律的研究較少，無(wú)法為貴州農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力的科學(xué)依據(jù)。目前，如何提高降水的資源化水平，用好有限的水資源，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需水量和耗水量，已成為解決貴州季節(jié)性干旱問(wèn)題的根本途徑。全面地掌握貴州黃壤水分的時(shí)間變異特征及其在

2、時(shí)間尺度上的空間變異特征，可作為解決貴州季節(jié)性干旱問(wèn)題的科學(xué)依據(jù)。 結(jié)合試驗(yàn)區(qū)的主要農(nóng)作物的種植布局特點(diǎn)．在6.5°、9.5°和16°坡耕地上，按10.0m×4.0m的規(guī)格設(shè)置試驗(yàn)小區(qū)，以裸地為對(duì)照，設(shè)置了玉米—小麥套作、蔬菜—蔬菜連作兩種作物種植方式，于2001年6月-2003年7月期間，用螺紋土鉆每20天取0-10cm、10-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm、80-100cm土層的土壤樣品，采用傳統(tǒng)烘

3、干法進(jìn)行含水量測(cè)定。按照不同坡度、不同作物種植方式對(duì)土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分類整理；在傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)不同種植模式及坡度下的土壤水分時(shí)空變異特征進(jìn)行研究。黃壤水分時(shí)間變異研究中，采用傳統(tǒng)時(shí)序模型—ARMA模型進(jìn)行隨機(jī)模擬，Mexican Hat小波分析不同時(shí)間尺度下土壤水分振蕩主周期和突變點(diǎn)，探索土壤水分的季節(jié)性動(dòng)態(tài)特征；在黃壤水分空間變異的研究中，主要應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析水分的垂直變異特征，依據(jù)塊金值、基臺(tái)值和變程等半方差函數(shù)參數(shù)判定不

4、同種植模式和不同坡度下的結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性，以及觀測(cè)區(qū)內(nèi)變量的最優(yōu)無(wú)偏估計(jì)。主要研究成果如下： (1)貴州黃壤水分隨季節(jié)性變異幅度大，夏、秋季水分補(bǔ)給充足，冬、春季水分易于缺失。土壤含水率在不同土層內(nèi)呈較一致的周期性波動(dòng)。夏、秋季土壤水分處于正相位，土壤有充足的水分補(bǔ)給，含水率較高；春季蒸發(fā)量不穩(wěn)定，大量水分隨耕作與作物移栽等活動(dòng)而散失，水分距平值常處于負(fù)相位，含水率缺失或平衡；冬季蒸發(fā)較低，但降水量小于蒸發(fā)量，含水率缺失。降水和蒸

5、發(fā)的不平衡性是導(dǎo)致黃壤水分季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化的主要因素。 (2)貴州黃壤水分在垂直剖面上的分布差異大，受季節(jié)更替影響大。隨土層深度的增加，含水率明顯升高。不同種植模式下，0-10cm和80-100cm土層受隨機(jī)因素影響較大，土壤空間變異程度高。10-80cm土層人為干擾較少；不同坡度下，0-10cm土層受到隨機(jī)因素和結(jié)構(gòu)因素共同影響，土壤空間變異程度最大。20-80cm土層屬弱空間變異范圍，受結(jié)構(gòu)性因素影響較大。80-100cm土層

6、，結(jié)構(gòu)比最小。 土壤各層段整體表現(xiàn)出隨季節(jié)上下震蕩的趨勢(shì)，即夏、秋季水層上移，含水率升高，春、秋季水層向下震蕩，含水率降低。表層土壤疏松，保水性差，水分易于下滲，而下層土壤粘度高，通透性差，不利于水分的上下運(yùn)輸，是導(dǎo)致土壤剖面空間變異的主要因素。 (3)外界環(huán)境一定的條件下，種植模式和坡度是黃壤水分時(shí)空變異的重要影響因素。不同坡度下．土壤含水率表現(xiàn)為9.5°＞16°＞6.5°，突變點(diǎn)多發(fā)生在春、夏季。在空間變異分析中，6

7、.5°坡度中20-100cm土層水分波動(dòng)較大，20-40cm和80-100cm土層內(nèi)水分無(wú)明顯變異。試驗(yàn)觀測(cè)地土壤機(jī)械組成差異是導(dǎo)致這種異常現(xiàn)象的主要原因，6.5°黃壤剖面的粘粒含量高出9.5°和16°黃壤29％以上，為極重粘土，嚴(yán)重制約了土壤水分入滲與蓄持。 作物的種植加劇了黃壤水分的運(yùn)動(dòng)與變異。表現(xiàn)為玉麥＞裸地＞蔬菜，玉麥模式下的土塌含水率在進(jìn)行時(shí)序分析時(shí)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的變異特征，突變點(diǎn)多發(fā)生在春、秋季。在空間變異分析中，裸地采