黄土区露天矿排土场水分调控技术研究

河套灌区是中国乃至亚洲最大的一首制自流灌区。目前河套灌区农田灌溉中存在的主要问题是灌溉水源不足,水利工程老化,田间工程标准低,节水灌溉推广缓慢,灌溉水浪费严重等。为了解决这些问题,河套灌区应从工程节水、农业节水、化学节水、管理节水等综合技术方面考虑。工程节水主要从渠道衬砌、激光平地、小畦灌溉等方面着手,同时积极开展节水灌溉,合理利用地下水。农业节水主要是做好种植区划,加强农艺节水,深耕蓄墒与秸秆还田,减少地面蒸发。化学节水是积极推广应用抗旱剂、保水剂和其它化学调控试剂。管理节水主要是加强用水管理,完善管理制度,建立"农民用水者协会"。     

河套灌区农业水土资源时空匹配格局研究

为了客观地评价内蒙古河套灌区农业水土资源时空匹配情况,在分析灌区水土资源利用现状和空间分布格局的基础上,以灌溉用水量作为水资源量的表征参数,构建了农业水土资源匹配测算模型,评价了河套灌区及5个县域的农业水土资源匹配程度,并对其匹配程度进行了划分。结果表明:河套灌区农业水土资源匹配一般,耕地资源优势明显,水资源问题突出;10a来农业水土资源匹配程度逐渐降低,匹配程度空间差异性较为显著,总体呈现出"自西向东依次变差"的特点。针对河套灌区农业水土资源匹配程度差、区域差异明显的情况,应加强该区水利工程建设和加快水务管理体制改革,同时兼顾农业水土资源优化配置,提高河套灌区农业水土资源匹配程度。     

基于遥感蒸发模型的干旱区灌区灌溉效率评价

为评价干旱区灌区的灌溉效率,该文以作物生长期灌溉地的蒸散发扣除降水量作为灌溉水的有效利用量,将灌溉水有效利用量与灌溉净引水量(总引水量减去退、排水量)的比值定义为灌溉水有效利用系数。利用遥感蒸散发模型可以较为准确地估算灌溉地蒸散发,从而可以避免传统灌溉水利用系数评估中难以准确估算通过灌溉到达作物根系层水量的问题。以河套灌区为研究对象,利用遥感蒸散发模型(surface energy balance algorithm for land,SEBAL)计算了区域内灌溉地作物生育期的蒸散发量,并结合降水量与净引水量的观测资料,对节水改造以来(2000-2010年)河套灌区灌溉水有效利用系数进行了分析和评价。结果表明,灌溉水有效利用系数近年来有增加趋势,同时灌溉水有效利用系数随降水量和净引水量的减小而增大,减少供水对灌溉水有效利用系数的影响要大于灌区节水改造工程的影响。另一方面,在灌区净引水量减少的情况下,灌溉地蒸发量能够维持在较稳定的水平,反映了近年来灌区节水改造的效果较好。     

基于Horton分形的河套灌区渠系水利用效率分析

大型灌区灌溉水利用效率是关系国民经济发展和水资源高效利用的重要评价指标。该文采用分维定律对内蒙古河套灌区输配水渠系布置结构与渠系水分利用效率进行评价。根据河套灌区现状的渠系资料,应用Horton定律计算出河套灌区及灌域的分形维数(乌兰布和1.14,解放闸1.86,永济2.21,义长1.8,乌拉特1.99,河套灌区1.88)。在此基础上对不同灌域的渠系水利用效率与分维值进行了分析,拟合了灌溉引水量、灌溉面积与分维值多元曲线,得出了渠系结构优化下的不同灌域的渠系水利用效率提高潜力(乌兰布和19.01%,解放闸28.8%,永济32.7%,义长27.07%,乌拉特30.7%)与灌区平均效率提高潜力(27.19%)。由此提出不同灌域渠系改造方案,对于灌区的科学管理与节水工程规划具有重要的理论意义和应用价值,同时对相似灌区的规划和节水改造具有很好的参考价值。     

基于SaltMod模型的河套灌区解放闸灌域土壤盐分综合调控措施

为了探究河套灌区解放闸灌域土壤盐分的综合调控措施,以河套灌区解放闸灌域为例,基于SaltMod模型研究了灌溉水矿化度、咸淡水混合比例、排水沟深度以及渠道衬砌水平对作物根层土壤盐分的影响。结果表明:根层土壤盐分随着灌溉水矿化度的增大而增加,1.0 g/L的地表微咸水较适合本研究区灌溉;淡水(黄河水)和地下微咸水(矿化度为2.2 g/L)混合灌溉比为1∶1时,既增加了地下微咸水的利用且地下水埋深下降到2 m左右的相对稳定平衡状态;当排水深度在1.5~2.0 m,渠系利用系数达到0.7时,根层盐分显著降低,适当提高排水深度和渠系水利用系数可以有效减少高矿化度灌溉水对土壤盐分累积的影响。研究结果为河套灌区解放闸灌域制定合理的土壤盐分综合调控措施提供了科学的理论依据。     

盐分再分配条件下河套灌区冲洗水量的数值模拟

该文旨在探讨干旱缺水地区长期灌溉条件下,合理解决节水灌溉与冲洗灌溉间矛盾的途径,为在该地区实施节水灌溉战略提供理论依据。采用修正的对流扩散模型(SOTR)及特征有限元方法对中国内蒙古河套灌区冲洗—蒸发条件下的冲洗定额进行数值模拟研究。并用γ射线测定土柱土壤水盐运移结果标定了数值模拟结果。重点分析了基于土壤水动力学与溶质动力学原理,再灌溉冲洗与再分配条件下,均质垂直剖面上溶质运移过程;长期灌溉条件下,干旱地区土壤盐分布与冲洗定额、初始土壤盐分含量、地下水位埋深及地下水矿化度间的内在联系;在此基础上,确定节水灌溉条件下河套灌区最优的冲洗定额。该成果对于促进该地区农业可持续发展具有一定的指导意义     

基于FAO-Blaney-Criddle方法的河套灌区参考作物蒸散发量估算

实时灌溉预报是河套灌区管理科学化与信息化的要求,利用天气预报中相对准确的气温数据估算参考作物蒸散发量对实时灌溉预报非常重要,因此需要建立一种基于温度的参考作物蒸散发量估算方法。利用 FAO-Penman-Monteith方法估算河套灌区解放闸灌域历史参考作物蒸散发量,以此作为标准值率定 FAO-Blaney-Criddle 公式中逐旬的修正系数,得到基于温度的参考作物蒸散发量估算方法。结果表明,在作物的生长季（4－9月）,FAO-Blaney-Criddle 方法与FAO-Penman-Monteith 方法的估算结果相近。率定期各旬相对误差均<5%,标准误差<0.65 mm/d,验证期各旬相对误差均<9%,标准误差<0.70 mm/d。10 d 滑动平均的参考作物蒸散发量估算精度,Nash 效率系数达到0.75,误差0.5 mm/d 的精确度达到了68%,误差在1 mm/d 以内的准确率达到95%。FAO-Blaney-Criddle 方法可以应用于河套灌区的灌溉预报中。另外,FAO-Blaney-Criddle 方法的参数具有较强的地区差异性,需要针对不同地区的气象数据进行率定和验证。     

内蒙古河套灌区盐碱地治理中农户参与意识及其影响因素

内蒙古河套灌区土壤盐渍化现象非常严重,而对于在盐碱地治理中起重要作用的基层农户,其参与意识及影响因素仍不明确。本研究利用参与式调查方法,对内蒙古河套灌区农户的种植结构、管理方式、盐碱地认知程度及参与盐碱地治理意愿等方面进行了深入了解,并利用相对感知强度和多元逻辑回归等方法,分析了农户盐碱地治理的参与意识及主要影响因素。结果表明,河套灌区长期采用大水洗盐的灌溉方式,施肥类型以化肥为主,有机肥施用较少。大水洗盐导致地下水位普遍偏高,春季返盐现象严重;较少施用有机肥不利于土壤结构的改良,可见河套灌区农户没有通过改变种植和管理方式来治理盐碱地的意识。有54%的农户认为自家的耕地土壤盐渍化较为严重,但是很少有农户主动采取治理措施。有72%的受访者表示愿意投入资金治理盐碱地,但能接受的投入成本较低(不超过750元·hm-2)。影响农民参与盐碱地治理意识的主要因素是文化程度(P0.05),另外投入成本过高、缺乏技术支持等也是重要因素。因此,调整农作物管理模式、加强宣传教育、增加对农户的补助及技术支持是河套灌区盐碱地改良的必要方式。该结果可为扩大盐碱地治理的群众基础以及制定相关政策提供科学依据。     

考虑可动-不动水体假设的河套灌区适宜秋灌定额UBMOD模拟

针对土壤盐分物理非平衡运移定量描述的问题,为了探究内蒙古河套灌区根系层盐分累积与淋洗规律及适宜秋灌定额,该研究考虑可动-不动水体假设,构建UBMOD水盐运移模型,模拟分析了河套灌区永联试验区根系层土壤盐分累积与淋洗规律,探究不同水文年型、不同灌溉定额、不同灌溉水矿化度与不同秋灌定额条件下永联试验区根系层土壤盐分的淋洗规...     

基于多变量时间序列CAR模型的地下水埋深预测

为准确估计内蒙古河套灌区地下水埋深的变化规律,根据河套灌区沙壕渠灌域1988－2007年实测的地下水埋深、降雨、蒸发及引水量资料,基于多变量时间序列CAR（Controlled Auto-regressive）模型建立了地下水埋深的预测模型,并对模型进行了验证,并将模型在不同方案条件下进行了地下水埋深预测的应用。结果表明：河套灌区地下水埋深受到气候条件、引水量的影响较大。CAR模型预测效果良好,模型在沙壕渠灌域具有较好的适用性。预测方案显示,当区域蒸发量增加25%,降雨量减少34%,年引水量减少18%时,地下水埋深将达到2.21 m。提出的研究方法和结果可为灌区灌溉用水管理提供参考。     

灌水量对半干旱区土壤水盐分布特征及冬小麦产量的影响

通过冬小麦小区灌溉试验，研究了灌水量对水分利用效率、土壤水盐分布及冬小麦产量的影响。结果表明灌溉水量决定土壤水分含量高低，随着灌水量的增加，边际土壤含水率先增大后减小，水分利用效率递减，土壤表层含盐量先减小后增加。当表层土壤的含盐量在0.07%~0.09%范围内，产量随着表土含盐量的增加先增大后减小。综合节水、抑盐、高产等因素得出当地淡水灌溉的最优灌水量。     

节水灌溉减施磷肥对黑土稻作产量及土壤磷利用与平衡的影响

为探寻节水灌溉减施磷肥对黑土稻作磷利用及土壤磷平衡的影响,于2020年和2021年开展大田试验,以常规淹灌+常规施磷肥(CK,45 kg/hm2)作对照,节水灌溉模式下设置5个磷肥施用梯度:0(CP0,不施磷肥)、18 kg/hm2(CP1,减磷60％)、27 kg/hm2(CP2,减磷40％)、36 kg/hm2(C...     

沼液化肥全氮配比对土壤微生物及酶活性的影响

通过田间试验,研究了N-P2O5-K2O(120-90-135 kg/hm2)施用量相同的条件下,沼液化肥不同全氮配比(沼液全氮分别占0%、15%、30%、45%和100%)对旱地红壤微生物(细菌、真菌、放线菌)数量、酶(脲酶、脱氢酶)活性和硝化强度的影响。结果表明,随沼液全氮比例的增加,土壤细菌、放线菌、真菌数量均呈倒"U"形增加,且较单施化肥处理(未施沼液)分别提高3.88%~40.78%、1.64%~31.15%、28.21%~79.49%。随着花生生育进程的推进,脲酶活性随沼液全氮比例增加而升高;脱氢酶活性先降低,开花期后升高。沼液全氮45%处理显著提高了花生结荚期和收获期土壤脲酶、脱氢酶活性和硝化强度。利用主成分分析对土壤微生物活性进行综合评价,依据主成分解释总变量和碎石图提取了2个主成分反映原变量的92.13%的信息。第1主成分主要综合了细菌、真菌、放线菌数量、微生物总量和硝化强度的信息;第2主成分主要综合了脲酶、脱氢酶活性的信息。主成分综合得分图直观地显示了等氮磷钾条件下沼液化肥全氮配比对旱地红壤微生物活性的综合影响。具体为BS30BS45BS100BS15NPKCK。因此,等氮磷钾条件下沼液全氮15%~100%处理有利于提高土壤微生物活性,特别是沼液全氮30%处理,同时其花生籽粒产量也达到了最大值(2 875 kg/hm2)。     

加气灌溉水氮互作对温室芹菜地N2O排放的影响

为揭示加气条件下不同灌溉和施氮量对设施菜地N2O排放的影响,提出有效的N2O减排措施,该研究以温室芹菜为例,设置充分灌溉(1.0 Ep,I1;Ep为2次灌水间隔内φ20 cm标准蒸发皿的累计蒸发量)和亏缺灌溉(0.75 Ep,I2)2个灌溉水平和0 (N0)、150 (N150)、200 (N200)、250 kg/hm2 (N250)4个施氮水平,采用静态箱-气相色谱法对各处理土壤N2O的排放进行监测,并分析不同灌溉和氮肥水平下土壤温度、湿度、矿质氮(NH4+-N和NO3--N)、硝化细菌和反硝化细菌的变化,以及对土壤N2O排放的影响.结果表明:充分灌水温室芹菜地N2O排放显著(P＜0.05)高于亏缺灌溉;施氮显著(P＜0.05)增加了土壤N2O排放,N150、N200和N250处理的N2O累积排放量分别是N0处理的2.30、4.14和7.15倍.设施芹菜地N2O排放与土壤温度、湿度和硝态氮含量呈指数相关关系(P＜0.01),与硝化细菌和反硝化细菌数量呈线性相关关系(P＜0.01),而与土壤铵态氮没有显著相关关系.灌水和施氮提高芹菜产量的同时,显著增强了土壤N2O排放.综合考虑产量和温室效应,施氮量150 kg/hm2、亏缺灌溉为较佳的管理模式.该研究为设施菜地N2O减排及确定合理的水氮投入量提供参考.     

打孔灌沙促进漫灌下盐碱土水分下渗提高脱盐效果

针对现有盐碱土改良措施工程量大,农业生产成本高等问题,提出打孔灌沙的盐碱土防治措施。该文以天津滨海盐碱土为研究对象,通过野外小区灌溉试验,研究在灌溉条件下打孔灌沙对盐碱土水盐运移规律的影响,旨在探索打孔灌沙减少盐碱地表层积盐的可行性。试验设计3种灌溉量(600、900和1 200 m~3/hm~2),3种打孔深度(5、10和15 cm)和3种打孔密度(30、60和90孔/m2),并以无打孔灌沙处理为对照组(CK)。结果表明:灌溉量影响盐碱土洗盐效果,在600~1 200 m~3/hm~2灌溉量处理下,灌溉量越大,表层土壤脱盐效果越好。同时,打孔灌沙能够促进水分下渗,提高脱盐效果,在1 200 m~3/hm~2灌溉量下,灌后25 d,打孔深度≥10 cm时较CK降低表层0~30 cm土壤水分8.7%~16.1%,提高脱盐总量50.7%~98.8%。打孔密度增加能够促进脱盐效果,但随打孔深度而不同。打孔深度≤10 cm时,30和60孔/m~2打孔密度处理间脱盐总量差异不显著(P0.05)。打孔深度为15 cm时,60和90孔/m~2打孔密度处理间脱盐总量差异不显著(P0.05)。考虑到过深的打孔深度处理会降低打孔灌沙效率、提高配套打孔灌沙机具的研发难度,结合试验区农艺规范,推荐10 cm打孔深度、30孔/m~2打孔密度作为合适的打孔灌沙处理方案,该研究可为滨海区盐碱土的开发利用提供新的思路和方法。     

黄土高原土壤风蚀区甘草灌溉试验

为探讨黄土高原土壤风蚀区甘草生长需水的最适规律,在干旱条件下采用控制灌溉制度方法进行了非充分灌溉试验研究。在不同生育时期对株高、干物质量、叶面积指数（LAI）、叶片的净光合速率和蒸腾速率以及土壤含水率进行动态测定。结果显示,各处理的甘草随着生育期的变化生理性状差异显著,灌水定额在900 m3/hm2且灌4次水的甘草具有植株高、叶面积指数（LAI）大、光合作用强和生物量大等特征。研究成果对提高黄土高原土壤风蚀区植被覆盖度、土壤抗蚀能力的增强具有重要的意义。     

春灌结合秸秆隔层促进土壤脱盐增加微生物多样性

为探讨春灌结合秸秆隔层对土壤水盐分布及微生物区系的影响,该文采用田间微区试验方法,以当地常规春灌水平(2 250 m3/hm2)为对照(CK),设置秸秆隔层深埋条件下常规春灌灌水量的100％、90％、80％、70％ (W100、W90、W80、W70)4个梯度共5个处理,研究河套灌区不同春灌灌水量下秸秆隔层对中度盐碱地水盐分布、微生物区系及食葵产量的影响.结果表明:秸秆隔层处理20～40 cm土层含水率随春灌量的增加而增加,W100处理春灌后根系分布层(0～40 cm)含水率较CK、W90、W80、W70显著提高6.5％、3.6％、5.8％、8.9％ (P＜0.05);W100和W90处理春灌后均具有较好的脱盐效果,盐分淋洗深度达50～60 cm,其0～40 cm盐分较CK显著降低18.9％和 13.9％ (P＜0.05),春灌前后土壤脱盐率也分别较CK提高34.9％、30.1％ (P＜0.05),但W100与W90处理间春灌后土壤盐分、脱盐率均无显著差异,W80处理与CK之间也没有达到显著差异水平(P＜0.05).收获后,CK处理0～40 cm含水率显著高于其他4个处理,W100和W90处理0～40 cm含盐量显著低于CK 27.6％和16.3％ (P＜0.05),但2个处理间含盐量无显著差异,W80处理与CK差异也不显著,而W70盐分含量显著最高.与CK、W80和W70相比,W100和W90处理均显著增加了收获期土壤细菌、放线菌、真菌可培养微生物数量,并增加了可培养优势菌群种类,而W90处理相比W100处理更有利于土壤真菌生长.W100处理食葵产量显著高于其他4个处理(P＜0.05),分别较CK、W90、W80和W70增产5.3％、6.8％、11.4％和13.6％,W90与CK两处理间产量无显著差异,但其水分生产率显著高于CK,而W100与CK处理间水分生产率差异不显著.综上来看,单纯从高产角度,当前春灌量水平结合秸秆隔层(W100)处理食葵增产效果最显著值得推荐,而从土壤脱盐、作物稳产及水分生产率提高等综合效应考虑,在当前春灌基础上减少10％灌水量结合秸秆隔层(W90)是可推荐的措施.     

滴灌和微生物有机肥对设施土壤呼吸的耦合作用及机制

为研究滴灌水分和微生物有机肥对设施土壤呼吸的影响及耦合作用机制,设计不同灌溉定额(15、18、21 mm)和不同微生物有机肥施用量(2 800、3 600、4 400 kg/hm2)处理,以传统化肥处理为对照,观测滴灌和微生物有机肥协同作用下土壤呼吸速率、累计碳排放量等指标,分析土壤呼吸与土壤温度、湿度、有机质含量、酶(脱氢酶、脲酶和过氧化氢酶)活性及根系生物量之间的互动响应关系。结果表明:滴灌-微生物有机肥处理有利于提高土壤有机质含量和酶活性,土壤脱氢酶、脲酶和过氧化氢酶活性分别提升11.6%～27.6%、8.0%～27.7%和1.8%～11.2%,其中滴灌和微生物有机肥相结合对脲酶活性的影响达到显著(p0.05)水平;土壤呼吸速率与根系生物量、土壤温度和有机质含量呈极显著(p0.01)正相关,与土壤酶活性呈显著(p0.05)正相关。该研究证明了滴灌和微生物有机肥对土壤碳排放有显著的耦合效应,滴灌和微生物有机肥耦合主要通过改变土壤有机质含量和根系生物量,对土壤呼吸产生影响。     

麦季牛场肥水灌溉对冬小麦–夏玉米轮作土壤氮素平衡的影响

规模化畜禽养殖废弃物已成为当前重要的污染来源,为有效控制畜禽养殖污水面源污染,将处理后的养殖肥水作为水、氮资源进行农田灌溉,在华北冬小麦–夏玉米轮作灌溉区,连续3 a进行牛场肥水灌溉田间定位试验,研究冬小麦季牛场肥水灌溉对作物产量、氮表观利用率、土壤无机氮残留及轮作体系氮平衡的影响。结果表明,肥水灌溉能显著提高作物产量,肥水灌溉处理(冬小麦生育期内肥水灌溉带入氮为160、240和320 kg/hm2)冬小麦和夏玉米3 a产量平均增幅分别为36.78%和40.82%。随着牛场肥水灌溉年限的推移作物增产效果逐渐明显,冬小麦–夏玉米轮作体系作物累计氮利用率逐年升高,6季作物收获后氮累计利用率达47.87%~67.63%,肥水氮后效明显。肥水灌溉增加了100 cm土体内无机氮残留,NO3--N残留量显著高于NH4+-N。对冬小麦–夏玉米轮作体系氮平衡分析表明,随牛场肥水灌溉带入氮量增加,作物氮累计吸收增加,在冬小麦生育期内肥水氮带入量为160 kg/hm2夏玉米生育期内不施氮处理(T1),氮表观利用率显著高于其他肥水灌溉处理(T2和T3),100 cm土体无机氮残留率和氮表观损失率均显著低于T3处理,与T2处理差异不显著。该试验条件下,综合产量、氮累计利用率及土壤无机氮残留考虑,冬小麦–夏玉米轮作体系肥水灌溉适宜氮带入量为160~240 kg/hm2。适量牛场肥水灌溉冬小麦–夏玉米能够增加作物产量,增加作物对肥水氮的利用率,减少氮在土壤中的积累。     

功能性肥料对制种玉米田物理性质和微生物数量的影响及最佳施肥量的研究

在甘肃河西内陆灌区的灌漠土上,采用田间试验方法,研究了功能性肥料对制种玉米田物理性质、微生物数量的影响及最佳施肥量。结果表明：影响玉米产量的因素由大到小依次为：CO(NH2)2>(NH4)2HPO4>抗重茬剂和聚乙烯醇。因素间最佳组合是：A3B2C1D1(即抗重茬剂30 kg/hm2,CO(NH2)2 600 kg/hm2,(NH4)2HPO4 350 kg/hm2,聚乙烯醇30 kg/hm2)。功能性肥料施用量与制种玉米田总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、团聚体、微生物数量呈线性正相关关系,与制种玉米田体积质量呈线性负相关关系。随着功能性肥料施用量梯度的增加,玉米边际产量、边际利润在递减,功能性肥料施用量在1 350 kg/hm2的基础上,再增加337.50 kg/hm2,收益出现负值。经回归统计分析,功能性肥料施用量与玉米产量间的肥料效应回归方程是：y = 3 782.61 + 1.650 5x - 0.000 378 7 x2,功能性肥料经济效益最佳施肥量(x0)为1 350.01 kg/hm2,玉米理论产量(y)为6 700.99 kg/hm2,计算结果与最佳施用量试验处理5相吻合。