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1.1 研究背景及意义

1.1.1 土壤斥水现象及其普遍性

土壤斥水性(soil water repellency,SWR)是指土壤很难被水湿润的现象(Summers,1987)。把水洒在斥水土壤表面时,水珠滞留,长时间难以入渗(Doerr等,2003)。SWR对植物、包气带甚至地下水的物理过程均有重要影响。SWR可在不同质地土壤、不同农业自然条件、不同土地利用方式和气候条件下广泛存在。在特定条件下几乎所有土壤都表现出一定程度的斥水性(Ellerbrock等,2005)。SWR有利于增加土壤团聚体的水稳性(Piccolo和Mbagwu,1999a;Mataix-Solera和Doerr,2004),对土壤结构和碳存储有正面影响(Piccolo等,1999b),但它更多的是对生态系统直接或潜在的负面影响(李毅等,2012)。SWR可降低土壤入渗能力,在降雨充分时易形成超渗产流,造成大面积土壤侵蚀(DeBano,1971);影响水盐运动,进而造成土地生产力下降,引起土壤质量退化;易形成优先流(Hendrickx等,1993;Ritsema等,1993),导致土壤养分流失,增加地下水污染的风险;影响土壤含水率分布,进而影响种子正常发芽和作物生长,导致减产而引起经济损失(Summers,1987);在沙丘地带,SWR的增强可影响植物的有效水分利用(Doerr等,2000;杨昊天等,2012)。由于SWR影响土壤水分分配过程,对农田水分循环、水分高效利用和作物产量有直接和间接影响,近年来,SWR及其环境效应受到了国际学术界的广泛关注。

目前已报道的存在SWR的地区有澳大利亚、加拿大、哥伦比亚、埃及、希腊、印度、意大利、日本、新西兰、波兰、葡萄牙、墨西哥、南非、西班牙、荷兰、丹麦、芬兰、俄罗斯、法国、巴西、美国、英国、中国、德国等,几乎遍布全世界(Schreiner和Shorey,1910;Dekker等,2001,吴延磊等,2007;Jaramillo等,2000)。例如,荷兰有大约75%的农业土壤表面存在中等或严重的SWR,95%以上的自然土壤表面存在SWR (Van Dam等,1990)。美国在120年前开始关注SWR及其带来的问题。1959年澳大利亚土壤科学家开始关注SWR问题。1974年南澳大利亚的农民也开始意识到SWR问题及其带来的影响,因此南澳大利亚农业部才把斥水土壤的管理与控制列入国家研究项目,同时在西澳大利亚也开始了研究并改良斥水土壤的工作。据不完全统计,澳大利亚大约有500万hm 2 的耕地由于土壤的斥水性而减产。单在Eyre半岛,每年由于SWR而造成大约143万澳元的损失(Wetherby,1984)。20世纪90年代,新西兰开始进行土壤斥水性的普查和改良研究工作(Wallism等,1990)。可见,SWR是世界范围土壤普遍存在的重要特性之一,它是共性而不是特例(Wetherby,1984)。SWR是农业生产中不可忽视的一个重要问题,应该重视对它的研究。

1.1.2 土壤斥水性研究的意义

SWR的研究不仅涉及土壤学,而且与水文、生态、地质、微生物和环境等学科密切相关,属于多学科交叉领域(Jaramillo等,2000)。1960年以前,SWR及相关研究较少,之后逐渐增多,近十几年来其研究有明显增加趋势(DeBano,2000);加上全球缺水、极端自然灾害频发,SWR的研究在国际上日益受到重视(Müller和Deurer,2011)。我国对SWR的研究最早于1994年见诸报道(杨邦杰等,1994),至今还未引起足够的重视。目前国内外对SWR的影响机理还没有一致的结论,未将斥水土壤的水力特性定量化,在斥水土壤的水分运动规律及其模拟方面还有很多问题尚未解决,需要进行细致深入的研究。

近十年来,我们依托国家自然科学基金青年基金(50709028)和国家自然科学基金面上项目(51579213),针对新疆玛纳斯盐渍土的SWR做了一些初步研究(郭丽俊等,2011;任鑫等,2011;宋红阳等,2013)。在新疆玛纳斯灌区棉田采样时,发现棉花生长状况差异显著,田地不同区域有大小不同的干斑,干斑地块上棉花稀少,植株矮小,经测定这些棉株下的土壤有一定的斥水性,但斥水土壤在田地内分布不均一。

盐碱地改良属于中低产田改造难题,再加上斥水的负面影响,其作用更加复杂。斥水盐碱土的水盐运动规律和分布特性直接影响作物生长,有必要对其进行系统研究。掌握影响盐碱化土壤的斥水关键影响因子,对于盐碱土改良和斥水性调控、调节作物生长、达到稳产高产的目标有积极的作用。此外,针对其他土壤斥水性方面的对比研究也对深入理解SWR相关过程有重要的参考价值。 sF+XJvWHaywXol/jIj/iWI3X6UOC9mumTde537a1Pg1DQnINCYnteHFdP6H7KIU8

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