基于HYDRUS模型的紅壤坡耕地水分動(dòng)態(tài)研究.pdf

1、坡耕地水分運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和動(dòng)態(tài)規(guī)律是水分管理的重要依據(jù)，但其實(shí)際測(cè)定存在困難，這使得鄂南紅壤坡耕地水土保持措施和季節(jié)性干旱防御措施有一定的盲目性。模型模擬土壤水分動(dòng)態(tài)是一種較為常用的替代研究方法。本文研究了HYDRUS模型在鄂南紅壤的適用性和模擬方法，探討了作物生長(zhǎng)期表土水分運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的變化，并模擬揭示了不同水土保持措施下紅壤坡耕地部分水分動(dòng)態(tài)特征。本文在紅壤坡耕地上開(kāi)展田間試驗(yàn)，設(shè)置了裸地、作物、作物+帶狀牧草、作物+作物生長(zhǎng)期稻草覆蓋、裸地

2、+作物生長(zhǎng)期稻草覆蓋、作物+冬季稻草覆蓋、作物+帶狀牧草+作物生長(zhǎng)期稻草覆蓋7種處理，時(shí)間為2011年和2012年夏玉米主要生育期。田間觀測(cè)了氣象數(shù)據(jù)、土壤含水量（5 cm、15 cm、30 cm、45 cm、60 cm深度）、水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)和作物生理指標(biāo)，借助HYDRUS模型，模擬了玉米生育期的紅壤水分動(dòng)態(tài)。模擬進(jìn)行了三組:參數(shù)敏感性分析模擬、全期和分期的土壤水分動(dòng)態(tài)模擬、稻草覆蓋處理下的土壤水分動(dòng)態(tài)模擬。
　　 本研究通過(guò)分析

3、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)得到以下結(jié)論：⑴供試紅壤坡耕地表層水分運(yùn)動(dòng)性質(zhì)表現(xiàn)出明顯的時(shí)間變異性。經(jīng)歷較大降雨之后，同吸力下表層土壤含水量和導(dǎo)水性出現(xiàn)一定程度下降，裸地處理的下降幅度要大于作物和作物+帶狀牧草兩處理。紅壤水分運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的改變，影響了坡耕地的水分循環(huán)，在土壤水分模擬和預(yù)測(cè)時(shí)必須予以考慮。⑵HYDRUS模型輸出項(xiàng)（土壤含水量、坡面徑流、降雨入滲和蒸散發(fā)）對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)最敏感，其次是作物參數(shù)、氣象參數(shù)，最后是地形參數(shù)、根系吸水參數(shù)。因

4、此，借助HYDRUS研究土壤水分動(dòng)態(tài)時(shí)，需要準(zhǔn)確獲取和優(yōu)化校準(zhǔn)土壤飽和含水量(θs)、飽和導(dǎo)水率（Ks）、孔徑指數(shù)(n)、進(jìn)氣值倒數(shù)（Alpha）、降雨量、光照輻射通量和葉面積指數(shù)（LAI)等參數(shù)，這樣才能提高模型的模擬效率和精度。⑶在田間條件下，HYDRUS模型可以很好的模擬紅壤坡耕地根系層土壤水分動(dòng)態(tài)過(guò)程，體現(xiàn)了在這一地區(qū)的適用性。無(wú)論單純的裸地處理、作物處理還是加入帶狀牧草和稻草覆蓋的處理，各土層模擬土壤含水量與實(shí)測(cè)值的決定系數(shù)基

5、本上在0.5以上，相對(duì)誤差絕對(duì)值均在4％以下，均方根誤差大部分小于0.03 cm3/cm3。模型模擬結(jié)果具有較高的靈敏度，能夠體現(xiàn)出不同處理的差異性。模擬稻草覆蓋處理的土壤水分動(dòng)態(tài)時(shí)，將稻草覆蓋層看作是特殊的土壤介質(zhì)層的方法，能夠得到比將水汽通過(guò)稻草覆蓋層的阻力考慮到蒸發(fā)強(qiáng)度計(jì)算中的方法更好的模擬結(jié)果。說(shuō)明，HYDRUS模型可以用于研究和預(yù)測(cè)紅壤坡耕地水分動(dòng)態(tài)。⑷考慮到表土水分運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的時(shí)間變異對(duì)模型輸入土壤參數(shù)的影響，本文采用了全期和

6、分期分別模擬土壤水分動(dòng)態(tài)，結(jié)果表明分期模擬的效果要好于全期模擬，尤其是驗(yàn)證模型。裸地分期驗(yàn)證模型各土層模擬值與實(shí)測(cè)值的決定系數(shù)均在0.6以上，模型效率系數(shù)均在0.1以上，均方根誤差和相對(duì)誤差絕對(duì)值均較小，各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)顯著好于對(duì)應(yīng)的全期模擬。這種模擬方法提高了紅壤多雨期土壤水分模擬的精度和效率，可為類(lèi)似地區(qū)的土壤水分動(dòng)態(tài)模擬借鑒。⑸實(shí)測(cè)和模擬結(jié)果表明，帶狀牧草等水保措施在集中降雨期對(duì)土壤含水量無(wú)明顯影響，而干早期影響顯著。處理之間的深層土