CT扫描与模型模拟研究广西香蕉地土壤水分运移和运移通道变化

The study focuses on the soil water movement and its channels cultivated by dry land ditching and paddy field furrowing of Banana under different irrigation patterns in Karst region, Guangxi. The soil water content at different soil depths and the sampled soil columns in situ are investigated in the whole research time.The Computed Tomography (CT) scan and HYDRUS simulation are applied to quantify soil water fluxes, water consumption by crops，soil pores and its connectivity, furthermore, shape the 3D soil structure and channels of soil movement through the image analysis during the different growth time of Banana. The aim is to research the changes of soil water movement and its channels, meanwhile found the relationship between them for revealing the soil water regime and water use efficiency under different irrigation patterns and cultivation conditions of Banana, which is the foundation of use efficiency in soil water under Banana cultivation. Such research technique maybe innovate precise information for quantifying soil structure and soil water fluxes in Karst region, Guangxi.

本研究以广西喀斯特地区不同灌溉模式下旱地开沟与水田起畦种植方式中香蕉地土壤水分运移及其运移通道为研究对象，通过长期定位监测田间土壤剖面水分和土柱采样，利用CT扫描技术与HYDRUS模拟相结合的方法，量化该地区香蕉不同生长期土壤水分运移通量、作物耗水量、土壤孔隙和连通性等指标。同时利用图像分析软件重构香蕉地土壤结构三维动态变化特征并3D可视化土壤水分运移通道。本项目旨在研究不同灌溉模式与不同种植方式下香蕉地土壤水分运移机制及其运移通道的动态变化特征，构建不同条件下土壤水分运移机制与运移通道之间的关系，揭示其土壤水分运动规律与水分利用效率，为有效提高香蕉种植中水分利用效率提供理论依据，并为该地区研究如何更精确的量化土壤结构和土壤水分运动提供新的思路。

研究广西典型旱地和水田进行整地改种香蕉后土壤水分与土壤结构的变化对本地区土地可持续利用和水肥高效利用具有一定的理论与现实意义。本项目以甘蔗种植地开沟改种香蕉（旱地开沟）和水稻田起畦改种香蕉（水田起畦）的土壤作为研究对象，在每个试验区建立田间定位监测系统测定不同深度土壤水分变化，描述了不同种植方式下土壤水分的时空变化及其对不同类型降水的响应。采集香蕉不同生育期的PVC土柱，通过CT扫描和模型构建量化土壤结构数据并提取生物性孔隙，构建3D土壤水分运移通道，确定生物性孔隙对土壤水分运移通道的贡献。同时针对灌溉效率与灌溉成本设计不同方式的用水灌溉，明确了不同灌溉方式的用水有效性。研究结果表明：在香蕉生长期间，根系层土壤含水量表现为水田起畦处理大于旱地开沟处理，且在整个研究期内前者提高了土壤对自然降雨的利用效率，较后者具有更好的保水效果，特别是在大暴雨中雨强条件下，水田起畦处理对土壤水分的变化具有一定的缓冲作用。相较于旱地开沟处理而言，水田起畦处理在生长初期的重新垄地构建了较为松散的空间结构，有利于香蕉根系的发育，使得生长中期形成了发育较好的生物性孔隙，构建了分布相对均匀和连通性更好的水分运移通道。与传统的半永久性固定和早期设计的移动式横向喷灌系统相比，改进后的角落中枢式横向移动式喷灌系统在节约成本的基础上保证了香蕉灌溉用水的有效性。通过本项目的实施为广西香蕉种植方式与水分高效利用的土壤可持续发展提供了一定的理论与现实支撑。