华北地区秸秆覆盖下农田降雨转化过程模拟研究

【摘要】： 在我国,水资源短缺是制约国民经济发展主要因素之一,在水资源短缺的情况下,我国农业生产,尤其是北方内陆干旱地区农业生产面临的形势越来越严峻。通过室内和大田试验,研究秸秆覆盖条件下土壤水分动态变化,作物蒸散规律,并定量模拟降水转化过程,了解降水转化和调控机制,并以此为依据优化调控北方旱地农田降水转化利用。 田间试验采用随机排列设计,设覆盖25%、覆盖50%、覆盖75%、覆盖100%、地膜覆盖和不覆盖6个水平。对试验结果进行趋势线分析和方差分析,结果表明:覆盖量的大小春玉米产量及构成要素有密切相关,覆盖量越大,玉米产量越高,覆盖75%处理不覆盖对照增产35.06%。同时分析水分利用效率发现,覆盖可以明显提高水分利用效率,其中覆盖75%处理比不覆盖处理提高33.2%。 根据土壤水动力学和非饱和土壤水分运移理论,建立秸秆覆盖条件下春玉米根系吸水模型、土壤水分运移模型,通过试验确定模型中的部分参数,采用有限差分法对模型进行离散,借助于MATLAB软件求解模型,并用试验数据进行验证。模拟结果表明:秸秆覆盖对0～60cm土层内的土壤含水率影响较大,该模型较好地反映了不同秸秆覆盖量土壤温度和田间水热运移的变化规律,与试验数据吻合较好。 研究了不同秸秆覆盖量对地表蒸发、含水率、土壤0～30cm土壤温度、产量及一些生理指标的影响。研究结果表明:秸秆覆盖度越大,抑制蒸发效果愈明显,秸秆覆盖条件下春玉米节水和增产效果明显。提出了适合当地的合理的秸秆覆盖量。秸秆覆盖条件下春玉米水热传输的研究,不仅揭示了秸秆覆盖条件下水分和热量的运移规律,而且分析了覆盖量与春玉米产量及构成因素的关系,为建立降水优化体制奠定了理论基础,对内陆干旱地区提高粮食产量、缓解水资源紧张具有较大的应用价值。 【关键词】：秸秆覆盖 土壤参数 土壤水分运移 数值模拟
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S161.6
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 1 引言9-21
• 1.1 研究目的与意义9-10
• 1.2 国内外研究动态10-18
• 1.2.1 保护性耕作的发展10-11
• 1.2.2 土壤水理论的发展11-14
• 1.2.3 土壤水热运移的研究进展14-18
• 1.3 数值模拟方法18-19
• 1.3.1 数值计算方法概述18
• 1.3.2 有限单元法和有限差分法18-19
• 1.4 研究内容19-21
• 2 实验材料与方法21-26
• 2.1 试验站概况21-23
• 2.2 试验设计23-26
• 2.2.1 观测项目23-24
• 2.2.2 基本假定24-26
• 3 秸秆覆盖下土壤水分运移过程26-38
• 3.1 根系吸水模型26-27
• 3.2 腾发量的计算27-28
• 3.4 蒸发强度的确定28-29
• 3.5 数学模型中土壤参数的确定29-37
• 3.5.1 土壤水分特征曲线的测定30-33
• 3.5.2 非饱和土壤导水率的测定33-36
• 3.5.3 非饱和土壤扩散率的测定36-37
• 3.6 小结37-38
• 4 秸秆覆盖下土壤水分运动的数值模拟38-50
• 4.1 秸秆覆盖下土壤水分运动模型38-42
• 4.1.1 定解条件39-40
• 4.1.2 差分方程40-42
• 4.2 线性化方法42-43
• 4.3 节点处参数优化43
• 4.4 数值计算框图43-45
• 4.5 试验数值模拟和结果分析45-49
• 4.5.1 降雨入渗模拟45-48
• 4.5.2 土壤蒸发模拟48-49
• 4.6 小结49-50
• 5 秸秆覆盖度对土壤特性和植株生长性状的影响50-65
• 5.1 秸秆覆盖对土壤蒸发的影响50-51
• 5.2 秸秆覆盖对土壤含水率的影响51-59
• 5.3 秸秆覆盖对土壤温度的影响59-62
• 5.4 秸秆覆盖对春玉米生理指标影响62-64
• 5.4.1 秸秆覆盖对株高和叶面积的影响62-63
• 5.4.2 秸秆覆盖对产量和水分利用效率的影响63-64
• 5.5 小结64-65
• 6 主要结论和存在问题65-68
• 6.1 主要结论65-66
• 6.2 存在问题66-68
• 7 参考文献68-74
• 8 附录74-77
• 9 致谢77-78
• 10 攻读学位期间发表论文情况78

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