干旱灌区灌水方式对田间土壤脱盐效果的模拟研究

为探究干旱灌区不同灌水方式下的田间土壤脱盐效果,通过构建基于HYDRUS-2D软件的土壤水盐运移模拟模型,模拟并分析了试验区土壤水盐的垂直运移过程和规律。结果表明,灌溉入渗对土体盐分的淋洗作用明显,灌水定额在4 000~6 000m3/hm2范围内的土壤脱盐效率较高;轮灌第一次的灌溉水量控制在使田间0~100cm土层含水率达到饱和即可,在后几轮灌溉过程中逐步增加灌水量的灌溉方案更有利于排出田间土壤盐分;在轮灌间隔为12d,轮灌次数为3次的条件下,灌水定额控制在5 200~6 000m3/hm2范围内的灌溉方案可使田间0~100cm土层含盐量达0.98%~1.13%,满足设计含盐量为1.2%的脱盐标准,达到设计干旱灌区脱盐灌水制度的目的。模拟结果可为干旱灌区的水土资源保护和可持续利用提供决策依据。     

干旱灌区轮灌方式下的田间土壤水盐运移模拟研究

针对干旱田间灌溉时水盐运移的动态特殊性,从甘肃景电灌区中选取典型试验点,构建基于HYDRUS-2D模型模拟田间土壤的水盐运移,研究了定额间歇性灌水-蒸散发条件下饱和-非饱和土壤盐分的运移过程。结果表明,经过两次灌水-蒸散发循环试验,各试验点耕作层土壤平均含盐量均大幅下降,土壤盐分峰值缓慢下移,耕作层土壤脱盐趋势明显。各试验点耕作层土壤在灌水压盐及蒸散发返盐双重作用下,交替发生了脱盐和积盐现象。土壤在轮灌期为盐分流失的过程,在停灌期为积盐的过程。灌溉和蒸散发作用是影响干旱灌区田间土壤水盐变迁的重要原因。     

入渗水头对盐碱土水盐运移影响的试验研究

通过室内盐碱土垂直入渗水盐模拟试验,分析了不同水头作用下湿润峰、累积入渗量、土壤含水量、电导率及Cl-浓度的变化特征。研究结果表明,不同水头条件下湿润峰和累积入渗量与入渗历时有显著的乘幂关系,影响顺序为10 cm>5.0 cm>2.5 cm;在脱盐区不同入渗水头土柱剖面的土壤含水量、电导率及Cl-浓度分布基本一致,而在盐分累积区,随着入渗水头的增加积盐深度减小,无论是入渗结束时还是再分布15 h,不同入渗水头脱盐效果有明显差异,表现为2.5 cm>5.0 cm>10 cm;随着入渗水头的增大,脱盐区深度略有增加,入渗结束时装土容重1.35、1.45 g/cm3的入渗脱盐深度与湿润峰的比分别为0.682和0.690,再分布条件下的比分别为0.619和0.632,在不同入渗水头作用下,再分布过程土壤的水盐运移比入渗过程缓慢。     

咸水灌溉浅层土壤盐分运移规律

通过三年田间土壤盐分监测试验和模拟试验,重点研究了在偏重质地粘土土层结构和偏干旱气候试验条件下,咸水灌溉后1m土体内盐分的运移规律,为作物咸水灌溉提供科学依据,对浅层咸水资源开发用于农业灌溉具有重要意义.     

灌施条件下波涌灌溉土壤间歇入渗硝态氮运移特性试验研究

通过室内土壤灌施间歇入渗试验,研究了灌施条件下波涌灌溉土壤间歇入渗硝态氮的运移与分布特性,并与灌施条件下土壤连续入渗进行了对比。肥液入渗硝态氮主要保存在浅层土壤中,间歇入渗较连续入渗硝态氮锋面运移速度慢,湿润范围内间歇入渗浅层土壤中入渗硝态氮量占总入渗量的比例较连续入渗的高,间歇入渗有利于将硝态氮保持在浅层土壤之中。研究成果为进一步研究施肥条件下波涌灌溉土壤间歇入渗盐分、养分等溶质运移规律奠定了基础。     

不同作物种植条件下微咸水灌溉的土壤环境效应试验研究

在田间试验条件下,采用正常灌溉定额和淋洗灌溉定额2种灌溉水平,对小麦、葵花、玉米3种作物进行了不同灌溉水浓度处理的灌溉试验,对3种作物种植条件下土壤水盐运移规律进行了研究。研究发现灌溉水浓度达到某一临界值时,盐分将在土壤剖面一定深度的土层内聚集明显增大。且不同作物的临界灌水浓度值不同。     

灌溉水质对土壤饱和导水率和入渗特性的影响

为研究淡水与微咸水降水头入渗的差异,采用矿化度为1.0 g/L的微咸水与去离子淡水,对滨海围垦区粉砂土与南京黄棕壤土进行了一维降水头积水入渗试验。试验结果表明,采用微咸水入渗可以增大2种土壤的入渗能力,且对黄棕壤土的影响更为明显。利用Philip入渗模型对试验数据进行拟合,结果表明,模型可以较为精确地描述2种土壤的微咸水降水头入渗过程,且模型对黄棕壤土入渗过程的拟合精度更高。土壤水分与盐分再分布过程中,在粉砂土上层,微咸水灌溉对盐分的淋洗效果与淡水灌溉相近,但在土壤深层微咸水灌溉使土壤的积盐量显著高于淡水。采用淡水灌溉的黄棕壤土,土壤表层脱盐、深层积盐;采用微咸水灌溉的土柱剖面均明显积盐,且因表层土壤孔隙结构被破坏,持水能力增强,使表层土壤与深层土壤均积累了较高含量盐分。     

含钠盐量变化对土壤水分入渗特性影响的试验研究

【目的】研究土壤含钠盐量变化及钠盐含量垂向异性对土壤水分入渗特性的影响,以期为海涂盐渍土水土资源高效利用与保护提供理论依据。【方法】设置土壤含钠盐量垂向均质及垂向异质变化共6个处理,采用恒定水头入渗法进行土壤水分入渗试验。主要从入渗速率、累积入渗量及湿润峰距离3方面对土壤水分入渗特性进行分析讨论与模拟。【结果】对于盐分分布均匀的土壤,入渗初期水分入渗速率与土壤含盐量有显著关系,但对于盐分含盐量垂直分层土,土壤盐分含盐量与水分入渗速率关系较为复杂。在相同入渗时间内,盐分均质土累积入渗量随土壤含盐量增大呈显著降低趋势;对于盐分含盐量分层土壤,盐分含盐量垂向减小土壤累积入渗量大于盐分浓度垂向增加土壤,且土壤剖面垂向盐分含盐量变化对水分累积入渗量影响相比土壤盐分含盐量均匀变化对入渗过程的影响更显著。土壤湿润锋深度随入渗时间延长而增大,且在入渗初期速度较快,随后逐渐缓慢,最后趋于平缓,上层土壤盐分浓度对湿润锋深度影响较大。【结论】结合盐分均匀变化及垂向异质性变化土壤定水头入渗试验,明确了土壤孔隙水分运动与盐分浓度变化的响应规律。土壤垂向理化性质改变对水分入渗过程具有一定影响,同时利用Kostiakov入渗经验公式和简略Philip入渗方程可以较好地拟合该入渗过程。     

干旱区不同灌溉方式下棉田土壤水盐调控研究

针对节水灌溉下的土壤次生盐渍化问题,以新疆孔雀河流域为例,开展了地面灌溉与膜下滴灌条件下水盐调控组合灌溉试验,结果表明:一管四行布置方式下,滴灌前后土壤含水率变化明显,其中40cm以上土层含水量增加较多,40cm以下则变化不大,土壤电导率在灌溉后有不同程度下降;一管两行布置方式下,灌溉后土壤盐分进行重分布,表层20cm土壤电导率明显下降,20~40cm则出现上升,表明低灌溉量下,盐分在表层运移,而深层盐分则不受影响;冬灌没有显著增加土壤含水量,仍需在次年播种前进行灌溉或者干播湿出;春灌洗盐增墒效果显著,避免了土壤的无效蒸发与返盐,但对土壤温度及作物播种有一定影响。研究结果为实现棉田土壤次生盐渍化调控以及干旱区水土资源的可持续利用提供了重要参考。     

渗水地膜覆盖原生盐碱荒地的土壤盐分运移数值模拟

基于渗水地膜覆盖条件下原生盐碱荒地土壤剖面盐分分布的年度跟踪观测试验,分析了地膜覆盖后土壤盐分的累积与运移特性,并根据土壤盐分运移的基本方程采用Bresler算法对渗水地膜覆盖后土壤盐分运移变化特性进行了数值模拟,经过和实测的对比分析认为该数值模拟方法是可行的。根据模拟结果和实测数据可知覆盖渗水地膜后可明显抑制土壤盐分的累积,另利用雨季的降水叠加可实现上层土壤的逐渐脱盐。     

再生水灌溉对深层包气带土壤盐分离子的影响

夏玉米/冬小麦轮作期间,设置3种灌水处理:地下水灌溉,灌水定额52.5 mm;再生水灌溉,灌水定额52.5 mm;再生水灌溉,灌水定额105 mm,研究了田间0～450 cm包气带土壤中主要盐分离子的迁移规律.结果表明:盐分离子质量比和电导率在土壤中从大到小依次为:380 ～ 450 cm壤土土层、0～ 120 cm壤土土层、120～ 380 cm砂土土层;再生水中可溶性K+和C1-表现出较强迁移能力,影响深度450 cm,K+在0～450 cm土层变化,但C1-主要在0～250 cm土层变化;可溶性Ca2和电导率的影响深度为380 cm,但主要在0～ 120 cm土层变化;380450 cm壤土土层对盐分离子的迁移起到了阻滞作用,大幅降低了地下水受到污染的风险.建议利用灌水定额为52.5 mm的再生水灌溉,夏玉米灌水1次,冬小麦灌水4次或更少.     

地下水埋深对土壤剖面盐分离子分异的影响

采用室内土柱模拟试验研究了不同地下水埋深对土体盐分离子作用规律的影响。结果表明,在0～30 cm土层电导率随地下水埋深的变化呈现规律性变化,即:EC100 cmEC120 cmEC80 cm≥EC60 cmEC40 cm。且不同地下水埋深对不同盐分离子作用的影响不同,土壤盐分、Ca2+、Mg2+、Na+和SO42-表聚的敏感地下水埋深是100 cm,而Cl-表聚的敏感地下水埋深是60 cm。在相同地下水埋深条件下,Ca2+、Na+和SO42-迁移规律与土壤盐分的迁移规律一致。     

基于数值模拟的新疆灌溉水田间入渗系数研究

在我国干旱内陆地区,节水灌溉技术的发展使得地下水资源发生变化,精确评价地下水资源量的核心是确定灌溉水的田间入渗系数。为了研究不同灌溉模式下的田间入渗系数,采用HYDRUS-1D软件建立模型,以豆类作物为研究对象,对两种不同灌溉模式下的田间入渗系数进行模拟,模拟结果的相对误差为1.5%,证明模型对土壤水渗漏规律及灌溉水渗漏量的模拟是可靠的。传统灌溉与节水灌溉的田间入渗系数分别是0.542和0.337,同时,作物不同生长期的渗漏累积变化量及田间入渗系数也有所差异。不同灌溉模式下的田间入渗系数取值范围的确定能为地下水资源评价提供理论支持。     

暗管排水对鄂尔多斯地区重度盐碱地盐分迁移规律的影响

【目的】探究暗管排水对鄂尔多斯市达拉特旗重度盐碱地土壤盐分运移的影响机制。【方法】按照暗管间距18 m、吸水管埋深1.2～1.5 m、集水管埋深1.8～2.0 m的参数,铺设暗管进行田间小区试验,利用空间插值、线性回归、主成分分析等统计方法,对2019年5—10月暗管排水条件下1 m土层的土壤含盐量、地下水埋深、地下水矿化度、灌排水水质、盐分离子等数据及其相互关系进行分析。【结果】(1)试验区1 m土层的盐分空间分布属于中等变异(25%～75%),土壤盐分类型为表聚型。(2)铺设暗管使地下水埋深增加了50～60 cm,试验结束时土壤盐分较试验开始时土壤盐分平均降低10%左右。(3)暗管铺设条件下,土壤盐分的主导离子为K~++Na~+、SO_4~(2-)和Cl~-,地下水中主导离子为K~++Na~+、Cl~-和HCO_3~-。(4)暗管铺设下黄河水灌溉后,土壤中HCO_3~-量增加56%,而其他盐离子量降低,SO_4~(2-)、K~++Na~+、Cl~-降幅较大分别为36%、34%、31%;灌水淋洗后,排水、地下水中各离子量均增加,排水矿化度增加幅度是地下水矿化度增加幅度的3.43倍。【结论】重度盐碱地铺设暗管,能控制地下水埋深,并降低土壤含盐量,有效促进土壤中SO_4~(2-)、K~++Na~+、Cl~-的淋洗排出,但同时要注意黄河水灌溉中HCO_3~-可能引起的土壤碱化问题。     

咸淡轮灌土壤水盐运移特征研究

为了寻求合理微咸水农田灌溉方法,进行了不同咸淡轮灌模拟试验,分析了累积入渗量、湿润锋、土壤含水量、土壤含盐量、盐分浓度和钠吸附比的变化特征,结果表明咸淡咸轮灌方式下土壤入渗能力较大,且脱盐区内脱盐率比淡咸咸的高,而淡咸咸轮灌方式下同一土层土壤含水量高。此外,灌2次咸水与1次相比土壤盐分浓度增加不大。而低SAR的微咸水对碱化土的改良有一定作用。     

棉花苗期滴灌水盐运移数值模拟及试验验证

利用Hydrus 2D软件对棉花苗期咸水滴灌水盐运移数学模型进行求解,并由田间实测数据对模拟结果进行了验证。结果表明,土壤水分与盐分浓度的模拟值与实测值吻合良好,在模型建立正确,土壤水分与盐分运动参数选取合理的情况下,Hydrus 2D对于水分与盐分运移的模拟精度均可以满足滴灌系统设计与运行参数选取的要求。在灌水总量相同时,低频灌溉有使表层土体内的盐分积累减少的趋势。     

寒旱灌区灌排水体盐分离子特征

土壤盐碱化是影响寒旱灌区农业可持续发展的关键因素之一,传统研究通常以盐分总量变化作为指标评估盐碱化演化趋势,而很少关注离子组成的变化。为深入研究盐分离子在农业灌排系统各水体间的分布、运移规律,本文以灌区灌排过程中的各种水体观测数据为依据,系统分析灌区不同水体水盐及离子的分布和变化特征。研究表明：灌区不同水体的盐分离子组成差异明显,灌水以Ca²⁺和HCO₃^–为主,地下水、排水以Na⁺、Cl^–和SO₄^2–为主。灌水水质较好,总体为HCO₃^–-Ca²⁺型水。地下水呈弱碱性,总体为Cl^–·SO₄^2–-Na⁺和Cl^–·SO₄^2–-Na⁺·Mg²⁺型。排水受区域地下水和灌溉退水等因素的影...     

阿克苏河下游区灌溉入渗补给系数计算及影响因素分析

【目的】准确获取阿克苏河下游区灌溉入渗补给系数,对该区灌溉入渗补给系数的影响因素进行分析,为绿洲带高强度人工灌溉模式下地表水地下水转化机理研究,提高研究区地下水数值模拟精度提供基础。【方法】选取阿克苏下游区不同灌溉制度、包气带厚度、土壤结构下代表性点进行野外取样及室内灌溉试验,并结合Hydrus-1d进行包气带水流数值模拟,通过改变灌溉制度、包气带厚度,应用Hydrus-1d模型计算该土壤结构下的灌溉入渗补给系数变化。在模型计算结果的基础上,首先分析灌溉制度、包气带厚度与灌溉入渗补给系数的关系;其后重点利用模型计算结合数理统计的方法分析土壤结构中影响灌溉入渗补给系数的主要因素。【结果】研究区内滴灌条件下灌溉入渗补给系数的范围为0.320～0.474;畦灌条件下灌溉入渗补给系数的范围为0.408～0.561,即不同灌溉制度下灌溉入渗补给系数不同;而伴随包气带厚度增大,灌溉入渗补给系数也随之减小;土壤结构对灌溉入渗补给的主要影响因素为土壤渗透系数、土壤体积质量、土壤初始含水率。【结论】根据室内试验结合数值模型计算出不同灌溉制度下的灌溉入渗补给系数变化范围,得出灌溉入渗补给系数的影响因素为灌溉制度、包气带厚度和反映土壤结构的土壤渗透系数、土壤体积质量及土壤初始含水率,为干旱区下游区灌溉入渗补给系数选取及后续研究提供理论依据。     

农田利用排水灌溉对土壤入渗特性及棉花生长的影响

为了评价南疆地区农田利用排水灌溉的适用性,通过马氏瓶供水、定盘式负压入渗仪以及室内棉花萌芽和幼苗生长的培养试验,研究了排水灌溉对土壤水分点源、面源入渗特性及对棉种萌发、幼苗生长的影响。结果表明,在水分点源入渗试验中,不同矿化度的排水灌溉后土壤水分入渗在水平方向上运移较纵向明显,当排水矿化度大于2 g/L时,在水平方向上土壤含水率随矿化度的增大呈显著下降趋势。在水分面源入渗试验过程中,当水头条件相同时,土壤水分入渗量随排水矿化度的增大而减小,当水头条件不同时,土壤水分入渗量随压力水头的减小显著降低。根据稳态条件下的面源入渗近似解,不同矿化度的排水灌溉后,土壤饱和导水率K_s先增后减,而模型参数λ_c的变化却呈相反的变化趋势,在排水矿化度达到2 g/L时K_s和λ_c出现了极值,矿化度越高对K_s和λ_c的影响越明显。利用排水灌溉后,当矿化度低于3 g/L时,能够保证棉种正常萌发而不产生危害,当矿化度超过3 g/L时,开始显现对棉种萌发的抑制作用,高于5 g/L时抑制作用强烈。排水矿化度低于4 g/L对棉花幼苗的生长影响较小,超过4 g/L时,棉花生育过程减缓显著。     

微咸水-改良材料协同调控对碱化土壤水盐运移的影响

【目的】探索微咸水-改良材料协同调控对碱化土壤水盐运移的影响。【方法】基于一维垂直土柱入渗试验研究不同微咸水淋洗结合不同改良材料对碱化土壤水盐运移的影响。【结果】水分入渗速率和累积入渗量表现为“磷石膏”处理最大,随着淋洗水矿化度的增加,累积入渗水量和湿润锋推进深度呈增加趋势,但各处理间的差异变小。与其他处理相比,“磷石膏”和“硫酸亚铁+柠檬酸”处理在1.2 g/L矿化度水淋洗条件下可显著降低0～40 cm土层的土壤全盐量,但在3.6 g/L矿化度水淋洗条件下则会增加上层土壤盐分量。1.2 g/L和2.4 g/L矿化度水淋洗条件下,“磷石膏”处理显著降低了0～30 cm土层的土壤Na⁺、Cl^-、HCO₃^-+CO₃^2-等有害盐分离子量,而在3.6 g/L矿化度水淋洗下,“硫酸亚铁+柠檬酸”处理在降低0～30 cm土层的HCO₃^-+CO₃^2-、Na⁺量以...