红壤性水稻土裂隙产生机制及其优势流

干旱导致土壤结构变化显著，常产生裂隙。裂隙不仅增加土壤表面积，加剧水分蒸发损失，而且在后期灌溉和降雨时产生优势流，提高地下水污染风险。本项目以我国南方红壤性水稻土的裂隙产生机制为研究对象，原位实时监测土壤水分/水势动态变化和土壤开裂过程，运用同步辐射X射线CT扫描技术定量描述土壤裂隙的空间特征，探讨土壤蒸发、植物蒸腾驱动水分运动、土壤强度变化与土壤裂隙产生发展的耦合关系；通过室内模拟和田间验证阐明裂隙产生的驱动机制；采用圆盘入渗、染色示踪和溶质穿透曲线等技术综合评价裂隙对优势流的贡献。本项目研究结果为南方红壤性水稻土生态系统的稳定性和可持续性，提高土壤水分利用效率和作物抗旱能力，以及降低地下水污染风险等方面提供科学依据。

稻田土壤在失水的过程易产生裂隙。裂隙作为优势流的路径，加速水分和养分的损失，降低了水分利用效率，同时也增加了地下水污染的风险。本项目以红壤性水稻土为研究对象，选取新老两块水稻田，采用长期淹水和干湿交替两种水分管理模式，分析裂隙产生机制、特征及其对优先流的影响。采用CT扫描技术研究了裂隙的三维结构特征，圆盘入渗仪、染色示踪和离子穿透曲线等方法综合研究了裂隙对优先流的影响，氢氧同位素示踪分析水稻耗水策略。主要研究内容：（1）揭示稻田裂隙产生机制，（2）量化裂隙特征，（3）阐明裂隙对优势流的影响，（4）分析干湿交替水分管理模式对产量和田间水分循环的影响。经过4年室内模拟和田间野外实验，取得阶段性结果如下：（1）稻田土壤收缩强度随干湿交替次数增加而降低，新田比老田降低的更快，并与容重呈显著负相关；（2）老田裂隙大而少，新田裂隙小而多，裂隙复杂程度为老田小于新田，原因为老田有机质含量高，水耕后土壤结构更加均匀，容重更低等；（3）通过室内模拟，发现水耕强度为裂隙产生的主要因素，土壤结构越分散，裂隙越多，除去有机质和铁铝氧化物也增加了裂隙；（4）耕作压实提高了容重，但不改变土壤收缩行为，耕层和犁底层的土壤收缩曲线平行；（5）裂隙显著提高了土壤导水率和有效孔隙度，导致了优势流的产生，但是犁底层阻碍了优势流向下发展；（6）水稻植株不直接利用田面水，干湿交替处理下水稻植株主要耗水土层比淹水处理深；（7）干湿交替产生了裂隙，提高了入渗，同时降低了田埂侧渗量、灌溉量和蒸散量，并对水稻产量影响不明显。因此，裂隙导致优先流，但受犁底层阻控，所带来的环境影响有限。干湿交替在南方稻田水分管理模式中值得推广。在该项目的资助下，在国际主流土壤学期刊SSSAJ、Geoderma、STILL等发表SCI论文11篇、EI论文1篇和《土壤学报》论文2篇。