典型红壤地区土壤环境中水分、养分变化及耦合作用研究

论文摘要

红壤地区面积广大,约占全国土地总面积的22.7%。但红壤分布区域内降水时空分布不均匀,常常导致红壤地区出现季节性干旱。与此同时,红壤的酸化和氮、磷的污染等,又导致红壤地区的生态环境恶化。该区大部分土壤肥力的很多重要指标如速效磷含量、有机质含量等都很低,使得红壤资源潜在的生产能力得不到应有的发挥。因此,合理开发、整治与保护好红壤资源,一直是土壤科学及农业可持续发展的重要课题。本研究采用田间小区试验和室内模拟相结合的方法,选择了湘南祁阳红壤地区典型旱地和水田为供试土壤,研究了该区土壤水分、养分变化和酸雨对农田生态环境的影响状况,试图为红壤地区的环境保护、农业可持续发展以及防治红壤的季节性干旱提供科学的依据。本文的主要研究结果如下:（1）通过田间和室内试验得出土壤饱和导水率,对比原状土及扰动土表明:供试红壤原状土饱和导水率的变化范围在1.94×10-4～44.80×10-4cm·s-1之间,并在土壤剖面中呈现出自上而下减小的趋势,原状土表层饱和导水率远大于其它各土层。同时,旱地各土层饱和导水率均大于水田各土层;扰动土的饱和导水率变化范围为1.09×10-4～2.59×10-4cm·s-1,也呈现出自上而下减小的趋势,但各土层相差不大,旱地扰动土饱和导水率略高于水田。影响红壤饱和导水率的因素主要有土壤容重、土壤质地和有机质含量等,土壤容重为主导因素,其它如土壤质地和有机质含量等也有一定的影响。（2）研究了土壤水分库容,结果表明:旱地土壤各层的有效水含量变化区间为82.17×10-3-99.59×10-3cm3·cm-3,各层相差不大;水田土壤各层有效水含量差距较为明显,变化区间为112.89×10-3-230.2×10-3cm3·cm-3,其中表层和犁底层的有效水含量远大于其它各层次,分别达到了222.04×10-3和230.20×10-3cm3·cm-3。容重主要影响饱和含水量;粘粒含量主要影响高吸力条件下的水田土壤含水量。红壤旱地的总库容较高,达到96.38mm,有效水库容含量很低,仅为17.71mm,有效水库容远高于旱地表层,达到30.74mm。红壤旱地滞洪库容较高,具有一定的水分储蓄和调节功能。（3）对旱地不同肥料配比小区的一年土壤含水量定点测定及气象因素分析表明:将研究区一年内的土壤含水量分为四个阶段:土壤水分充盈期（3月份下旬到6月中旬）、土壤水分亏缺期（6月份中旬至8月份下旬）、土壤水分补充恢复期（8份下旬至10月中旬）和土壤水分平稳期（10月中旬至3月份中旬）。空白小区长期没有作物生长,其土壤结构与其他实验小区不同,其土壤含水量变化很大,任何单一的气象因素变化都会对空白小区土壤含水量产生很大影响。在施用肥料的实验小区中,由于植被的存在,蒸发对N小区,NP小区,NPK小区的影响逐渐降低,而降雨因素对N小区,NP小区,NPK小区的影响力逐渐增加。（4）通过对湖南祁阳地区红壤旱地不同处理小区土壤剖面中氮素的研究表明:各小区各层土壤中的NH4+-N和NO3--N含量有明显的时空变化。NH4+-N和NO3--N在各处理小区土壤中的含量均表现为表层较高,底层较低;通过二者在不同季节和剖面中的比较,发现5月份单施氮的小区土壤淀积层NH4+-N和NO3--N含量分别达到最高,为248.34 mg·kg-1和127.24mg·kg-1。NH4+-N和NO3--N的含量在NPK配施小区与NP配施小区各个月份均呈极显著的直线线性相关;在单施氮小区7月份和9月份呈显著的直线线性相关,其它月份中无显著相关性;在空白小区无显著相关性。各小区土壤中有机质含量与NO3--N含量呈指数曲线变化,相关系数达极显著水平;各小区土壤中有机质含量与NH4+-N含量呈指数曲线变化,相关系数达到极显著水平。（5）NO3-在红壤各层中垂直迁移速度较快,主要受土壤容重等物理性质的影响,其穿透曲线顶点C/C0值高低顺序依次为:耕作层＞母质层＞淀积层＞淋溶层。SO42-在红壤中的垂直穿透曲线是土壤结构、阳离子含量和pH值等因素共同作用的结果,迁移过程缓慢同时危害更大。其在各层的穿透时间依次为:母质层＞淋溶层＞淀积层＞耕作层;穿透曲线顶点C/C0高低顺序依次为:耕作层＞淀积层＞母质层＞淋溶层。Hydrus-1D模型能很好的模拟SO42-和NO3-在上述土壤中的穿透规律。通过该模型预测当地酸雨过程,表明在酸雨结束后的很长一段时间内,SO42-和NO3-等阴离子会在土壤中持续迁移,从而淋溶大量的盐基离子。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1.1 我国红壤资源概况
• 1.2 红壤水分现状及研究情况
• 1.2.1 气候因素引起的季节性干旱研究
• 1.2.2 土壤结构及植物因素导致的土壤库容差异研究
• 1.3 红壤养分现状及研究进展
• 1.3.1 红壤氮素的研究
• 1.3.2 红壤磷素的研究
• 1.4 水分、养分耦合对农田生态环境的研究
• 1.5 酸雨对红壤的影响研究
• 1.6 本文主要研究内容及目的意义
• 第二章 低山丘陵区红壤饱和导水率及其影响因素的研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验区概况
• 2.1.2 供试土壤
• 2.1.3 实验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 原状土和扰动土饱和导水率对比研究
• 2.2.2 原状土饱和导水率的影响因素
• 2.2.3 扰动土饱和导水率的影响因素
• 2.2.4 运用SPSS统计分析软件对饱和导水率的影响因素进行综合分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 低山丘陵区红壤水力学特性及土壤水库容的研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 供试土壤
• 3.1.2 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 红壤地区典型土壤水分特征曲线状况研究
• 3.2.2 影响土壤水分特征曲线的因素:
• 3.2.3 土壤水分库容的研究:
• 3.3 本章小结
• 第四章 低山丘陵区红壤水分的动态变化及影响因素研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验设计
• 4.1.2 土壤基本性质的测定方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 红壤地区旱地土壤水分含量变化研究
• 4.2.2 红壤旱地土壤水分影响因素研究
• 4.3 本章小结
• 第五章 低山丘陵区红壤养分变化及其与土壤水分关系研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 土壤基本性质的测定方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 研究区硝态氮的变化状况
• 5.2.2 研究区铵态氮的变化状况
• 5.2.3 研究区硝态氮和铵态氮的关系
• 5.2.4 有机质与硝态氮、铵态氮的关系
• 5.2.5 土壤含水量与硝态氮、铵态氮的关系
• 5.2.6 速效磷的变化状况
• 5.4 本章小结
• 第六章 酸雨阴离子在低山丘陵区红壤中垂直迁移状况及模拟
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 供试土壤
• 6.1.2 实验方法
• 6.2 结果与讨论
• 4^2-和NO₃^-在红壤各层的穿透状况'>6.2.1 SO₄^2-和NO₃^-在红壤各层的穿透状况
• 6.2.2 Hydrus-1D模型拟合研究
• 6.2.3 应用Hydrus-1D模型的阴离子迁移预测
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文结论
• 7.1 全文结论
• 7.2 本研究的创新点
• 7.3 研究中的不足之处
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 读研期间发表的论文