黑土區(qū)施用生物炭條件下的土壤水分運動與溶質(zhì)運移模擬.pdf

1、東北黑土是我國重要的土壤資源，同時黑土區(qū)也是我國重要的商品糧食生產(chǎn)和出口區(qū)域，糧食產(chǎn)能對于保障我國糧食安全具有至關(guān)重要的作用。然而該區(qū)多年平均降雨量少且分布不均，年降雨量的80％分布在7～9月份，降雨強度較大，再加上長期以來人類不合理的開發(fā)和利用，導致黑土區(qū)坡耕地水土壤資源流失現(xiàn)象日趨嚴重，黑土層逐年變薄、土地生產(chǎn)力降低，嚴重威脅著黑土區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源的可持續(xù)利用和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。因此，黑土區(qū)坡耕地水土資源的利用與保護迫在眉睫。本文

2、基于以上背景，選擇位于東北典型黑土帶上的黑龍江省北安市紅星農(nóng)場為試驗區(qū)，以土壤改良劑秸稈生物炭為試驗材料，生物炭不僅可以提高土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加作物產(chǎn)量，還能固定碳素減緩氣候變化。黑龍江省不僅糧食產(chǎn)量大而且秸稈資源豐富，但秸稈利用率低，故秸稈生物炭應(yīng)用于黑土區(qū)的改良達到了“一舉多得”的效果。從秸稈生物炭對黑土結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)、土壤水分運動和養(yǎng)分吸附與滯留等方面，研究生物炭施加于黑土區(qū)農(nóng)田土壤中對土壤理化性質(zhì)、土壤水分運動和溶質(zhì)運移

3、參數(shù)的影響，進而建立適合研究區(qū)域的土壤水分運動和溶質(zhì)運移模型，對特定場次的降雨進行土壤水分分布和溶質(zhì)運移模擬。得到初步結(jié)論如下:
　　(1)生物炭添加到土壤中使耕層土壤的孔隙度增加，容重降低，改善了土壤結(jié)構(gòu)。土壤飽和含水量、田間持水量、凋萎系數(shù)和土壤有效水均隨著施炭量的增加而增大，不同處理飽和含水量提高范圍為16.50％～32.27％;田間持水量提高范圍為0.32％～10.48％;凋萎系數(shù)提高范圍為:0.28％～10.69％;土壤

4、有效水提高范圍為0.34％～10.36％。生物炭添加量對水分參數(shù)影響的顯著程度依次為飽和含水量、田間持水量、土壤有效水含量和凋萎系數(shù)。
　　(2)土壤中的有機質(zhì)、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量和pH值均隨施炭量的增加而變大，有機質(zhì)和銨態(tài)氮含量與施炭量相關(guān)性顯著;有效磷、速效鉀以及pH值與施炭量并無顯著相關(guān)性。100t/hm2處理的土壤銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì)的空間分布較對照組相比，在含量和均勻程度上都優(yōu)于后者。土壤銨態(tài)氮和有效磷

5、都與有機質(zhì)表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系，銨態(tài)氮和有效磷也呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系，而速效鉀與有機質(zhì)幾乎表現(xiàn)為負相關(guān)關(guān)系。
　　(3)在土壤入滲過程中，對照處理的試驗用時最長，其次為25t/hm2、50t/hm2和75t/hm2處理，100t/hm2處理用時最短。同等時間內(nèi)，添加生物炭處理的累積下滲量都高于對照處理。添加生物炭的土壤比對照土壤的飽和導水率增大幅度為14.05％～194.59％。生物炭施加量越大的處理，飽和導水率的增大程度越

6、顯著，不同生物炭處理對土壤水分擴散率的影響不盡相同，土壤擴散率的大小關(guān)系為25t/hm2＜50t/hm2＜0t/hm2＜75t/hm2＜100t/hm2。
　　(4)添加生物炭對土壤持水性的影響有促進作用，當吸力在2～1100 kPa變化時，各處理在最低吸力和最高吸力下的含水率差值分別為:0t/hm2(0.196 g·g-1)、25t/hm2(0.261g· g-1)、50t/hm2(0.259 g·g-1)、75t/hm2(0.

7、258 g·g-1)和100t/hm2(0.298 g· g-1);有效含水量與生物炭的施加量之間基本呈正相關(guān)關(guān)系;孔隙度和土壤水分特征曲線均隨生物炭施加量的增加而增大;土壤水動力彌撒參數(shù)的模擬值基本表現(xiàn)為隨施炭量的增加而增大的趨勢。
　　(5)通過對2015年7月和8月兩個典型月份的兩場降雨進行徑流小區(qū)的土壤全剖面水分和溶質(zhì)分布情況的模擬表明，各處理土壤水分表現(xiàn)為由地表往下土壤含水率逐漸增大，隨著施炭量的增加，土壤垂直剖面范圍內(nèi)