基于HYDRUS-2D的滨海地区膜下滴灌土壤水盐运移模拟研究

以春玉米“郑单958”为供试作物，采用膜下滴灌灌水方式，设定2种不同灌水定额，分别是单次灌水定额20 mm和10 mm，测定试验区土壤水分、盐分含量，利用HYDRUS-2D模型对土壤水盐运移进行模拟，将模拟值与实测值进行对比分析，探究滨海地区盐碱化土壤水盐运移规律。结果表明：滴灌过程中，水平方向土壤盐分由膜下向膜边运移，膜下土壤淋洗效果好于膜边；竖直方向0~20 cm土壤水分、盐分变化幅度最大，土壤含盐量降低16.1%，淋洗效果明显；下层土壤盐分淋洗效果一般，土壤含盐量降低值仅为9.6%。土壤水分重分布过程中，0~20 cm土层土壤含水率和含盐量变化幅度比20~60 cm土层大。0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm土层高灌水定额（20 mm）处理对土壤盐分的抑制作用分别比低灌水定额（10 mm）处理高26%、11%、19%，并且高灌水定额滴灌将土壤盐分淋洗到60 cm土层以下，而低灌水定额滴灌未能将土壤盐分淋洗到60cm土层以下。HYDRUS-2D模拟得到的土壤含水率与含盐量和实测值基本吻合，模型可靠。     

基于HYDRUS-2D模型模拟耕荒地水盐运移规律

在野外实测资料的基础上,利用HYDRUS-2D模型对作物生育期耕地与盐荒地间土壤水盐的迁移进行了模拟和分析。结果表明,在强蒸发作用下,盐分在表层土壤中积聚,20、40、70 cm土层分别上升了67.23%、62.37%、37.2%。经检验,HYDRUS-2D模型对土壤含水率和含盐率运移的模拟具有较高精度,反映出盐分积聚和水分运移规律。     

不同灌排模式下土壤盐分动态模拟与评价

利用HYDRUS-1 D模型对不同灌排模式下土壤水盐运移进行一维数值模拟,分析比较了节水灌溉和常规灌溉、暗管排水和无排水对盐碱地的改良效果.结果表明,节水灌溉模式下耕作层含盐量的年内变化规律与常规灌溉相似,在节水14.36%的情况下不会明显降低耕作层的洗盐效率;在连续常规灌溉和节水灌溉条件下耕作层的土壤盐分呈逐年减少的...     

基于HYDRUS-1D的秸秆覆盖条件下黑土区玉米田土壤水盐运移规律

为揭示不同秸秆覆盖量对黑土区玉米田农田土壤水盐运移的影响机制,基于田间试验结果,利用HYDRUS-1D模型对秸秆覆盖下农田土壤水盐运移过程进行模拟,分析不同秸秆覆盖量对土壤水盐动态的影响规律。结果表明：秸秆覆盖可以增强土壤保水性、抑制土壤盐分积累,随秸秆覆盖量增加,秸秆覆盖对土壤水盐运移的作用效果更加明显,在玉米全生育期内秸秆半量覆盖及全量覆盖较裸地40 cm耕层内各土层平均含水率分别提高3.38%~5.78%和5.26%~9.62%、平均电导率分别降低4.61%~8.93%和8.87%~12.41%。基于HYDRUS-1D模型模拟结果可知,土壤含水率模拟值与实测值的决定系数介于0.903~0.940,标准误差介于0.010~0.014 cm³·cm^-3,平均相对误差介于3.46%~4.64%;土壤电导率模拟值与实测值的决定系数介于0.817~0.853,标准误差介于0.091~0.111 mS·cm^-1,平均相对误差介于4.06%~5.46%。误差分析表明HYDRUS-1D模型模拟精度较高,能够用于模拟研究区秸秆覆盖条件下农田土壤水盐运移过程。     

起垄沟播和常规平播下滴灌棉田土壤水盐的运移

为明确滴灌条件下植棉方式对土壤水盐运移的影响，采用田间调查与室内分析相结合的方法，在滨海重度盐碱地开展了起垄沟播和常规平播植棉方式下的水盐运移试验，调查了滴灌前后两种植棉方式不同点位及不同土壤深度的土壤水分、盐分和土壤溶液电导率等指标，分析不同植棉方式土壤水分、盐分和土壤溶液电导率的时空分布特征。结果表明：滴灌条件下起垄沟播的水分入渗深度和盐分淋洗深度均明显大于常规平播植棉方式，起垄沟播植棉膜下(0~20 cm)土壤溶液电导率明显低于常规平播植棉；滴灌对两种种植方式膜外土壤水分和盐分运移未产生明显影响。起垄沟播联合滴灌技术更有利于为棉花生长的水盐环境。研究结果可为盐碱地植棉提供理论参考和实践依据。     

基于HYDRUS模型的暗管排水水盐运移模拟

为了探索暗管排水条件下膜下滴灌农田的水盐运移规律，本文设计了埋深1 m，间距4 m的暗管排水模型试验，研究分析灌水淋洗过程中土壤水分和盐分的动态变化规律，并利用HYDRUS模型对暗管排水条件下的水盐运移规律进行数值模拟分析与验证。结果表明：经过3次灌水淋洗后，表层0~20 cm土层内盐分含量下降至2 g·kg^-1，达到了非盐化土水平，20~60 cm土体内上层土壤脱盐效果高于下层，总盐分含量下降至8 g·kg^-1以下；经过实测值与模拟值的验证，土壤盐分和水分的均方根误差RMSE最大分别为0.632和1.324，决定系数R²最小分别为0.992和0.906，说明模拟结果与实测结果吻合度较好，HYDRUS模型能够较好地模拟暗管排水过程中水盐运移规律。通过模型模拟6次灌水（共90 d）后暗管排水条件下不同土层深度的水盐动态变化特征，模拟结果表明，0~40 cm土层内盐分含量下降至2 g·kg^-1，40~80 cm土层内盐分含量下降至4 g·kg^-1左右，基本达到轻度盐化水平；距离暗管不同间距处的土壤剖面盐分含量呈波动变化，距离暗管越远，土壤剖面含盐量越大，盐分含量在0~8 g·kg^-1范围内变化。     

农田土壤中水盐运移理论与模型的研究进展

农田土壤水盐模型是了解农田土壤水盐动态变化规律 ,进行农田水盐模拟和预报的最有效的方法之一。围绕国内外土壤学者在农田土壤水盐运移方面的研究成果 ,综述了农田土壤中水盐运移的基本理论及其发展过程 ,就农田土壤中常用的几种数学模型的研究现状进行了概述。对水盐运移模型的数值解法进行了探讨 ,以期消除数值波动现象 ,减小计算中的数值弥散。最后就农田土壤水盐运移模型研究方面存在的问题进行了分析 ,对其发展趋势和今后研究重点进行了展望 ,希望为进一步的研究工作提供帮助。     

甘肃河西地区膜下滴灌条件下春玉米田水盐特征分析

通过对甘肃河西地区膜下滴灌春玉米种植条件下土壤水分、盐分的观测,分析了膜下滴灌春玉米生育期土壤水分、盐分动态变化及其产量和水分利用效率。结果表明:不同生育期,同一土层深度,土壤水分含量高低分布与土壤盐分含量高低分布相反,均表现出土壤不同深度盐分含量高的区域相应水分含量低,滴灌带之间土壤盐分积累较滴头之间显著;灌水定额480 m~3·hm~(-2)处理,灌溉水分在土层纵向运移显著,深层渗漏明显,灌水定额420 m~3·hm~(-2)处理,灌溉水在土壤不同深度横向层面运移显著,有利于作物吸收利用;膜下滴灌能够在滴水过程中明显降低土壤表层0~40 cm盐分含量,土壤下层40~100 cm为盐分聚集区域;灌水定额420 m~3·hm~(-2)处理,春玉米产量构成和水分利用效率较高。从作物生长水盐环境及高效节水的角度出发,灌水定额420 m~3·hm~(-2)处理的效益最优。     

不同灌水下限对膜下滴灌棉花土壤水盐运移和产量的影响

通过2014年在新疆巴州灌溉试验站开展的棉花膜下滴灌大田试验,在各生育期选取不同的灌水下限,设置4个水平的灌水量处理(处理A、B、C、D分别为425 mm·30次~(-1)、345 mm·22次~(-1)、545 mm·18次~(-1)、595mm·16次~(-1)),研究不同灌水下限对膜下滴灌棉花土壤水盐运移规律、盐分分布及积累特征的影响,并对土壤水盐运移规律、分布特征及棉花产量进行评价。试验以TRIME-T3管式TDR监测土壤含水率指示灌水,初步得出:不同灌水下限影响棉花的田间灌水及产量,灌水下限定的高时(处理A、B),灌水频率增加,增大了田间耗水量且滴灌土壤水分水平运动距离和范围有限,对盐分的淋洗效果一般;灌水下限较低时(处理C、D),次灌水量大,灌溉定额增加,综合控盐效果较好,棉花产量较高。基于不同灌水下限对膜下滴灌棉花生育期内的生长有显著影响,对棉花产量有一定的影响,B处理(345 mm·22次~(-1))可获得最高的灌溉水生产效率为1.79 kg·m~(-3),D处理(595 mm·16次~(-1))可获得最大籽棉产量为6 630 kg·hm~(-2)。     

秋灌对冻融期土壤水盐热时空变化规律影响及灌水效果评价

为探究河套灌区秋灌条件下冻融期土壤水盐热变化规律及其灌水效果,采用田间试验的方法,对秋灌前至土壤冻融结束期间温度变化下水盐运移规律及玉米播种前的土壤水盐热条件进行了研究分析。结果表明:冻融期各层土壤温度在各时段具有相同的变化趋势,土壤温度的变化直接影响到水盐的运移过程;冻结期在温度梯度作用下非冻结区水分向冻结区运移使得冻结区土壤含水率增加,平均增幅4.02%~18.18%;进入消融期后上层土壤出现返浆现象,0~10 cm土壤含水率平均较冻结期增加11.54%~111.15%;随着温度的升高,在水势梯度的作用下盐随水向表层运移出现春季返盐现象;秋灌后土壤盐分被淋洗到作物根系层以下,但还存在于田间,所以冻结期随着水分的上移,根系层以下盐分又被带到上层土壤中,各土层含盐量平均增幅11.19%~50.19%;消融结束后下层土壤由于消融水下渗,盐分随之向下运移,20~100 cm土层含盐量平均降幅15.71%~44.95%,呈现脱盐趋势。研究表明秋灌灌水定额为1 500 m3·hm-2播前土壤水、盐、热状况较适宜于灌区玉米覆膜沟灌种植模式。     

考虑水分再分布的沟灌入渗模拟与春小麦垄作沟灌合理垄宽

垄作沟灌技术具有显著的节水增产作用,但在春小麦种植中应用尚缺乏参数设计方面的理论支撑。本研究采用粉砂质粘壤土与粘土两种典型土壤实测水分运动参数和HYDRUS软件,模拟了梯形灌水沟不同垄宽情况下的土壤水分运动和停水后水分再分布,研究了不同灌水量时湿润锋推进过程和水分再分布后的湿润体变化,分析了设计灌水定额下适宜作物生长湿润体范围,提出了粉砂质粘壤土和粘土宜采用的合理垄宽为20～50 cm和20～35 cm,这一结果为干旱区春小麦垄作沟灌技术推广提供了技术支撑。     

北疆土壤温度变化对滴灌棉田水盐运移规律的影响研究

以北疆常年膜下滴灌棉田为研究对象,分析棉花整个生育过程中土壤温度变化对棉田水盐运移规律的影响,并对灌溉制度进行优化调整。研究结果表明：土壤温度随着气温的升高而升高,降低而降低,气温影响作用随着土壤深度的增加而减弱,滞后时间随着深度的增加而延长;8月份之前,土壤温度自上而下呈递减分布,随着土壤温度的升高,土壤水分扩散率不断增大,土壤持水能力不断降低,造成5～60 cm处土壤含水率降低,而90～150 cm处土壤含水率增高,导致5 cm和90～150 cm处土壤盐分相对增高;8月份之后,随着土壤温度的降低,土壤温度分布发生变化,土壤水分扩散率不断减小,土壤持水能力不断增强,土壤水分蒸腾降低,渗漏减小,各层土壤含水率相对保持较高,各层土壤含盐率相对保持较低;在灌溉定额不变的条件下,在5、6月份相对减小灌水定额,7月和8月份相对减小灌水周期、增加灌水定额,8月之后相对增加灌水周期、减小灌水定额,在生育期末,通过穿插灌水,加大灌水定额,对土壤洗盐、抑盐有着明显的作用。     

施有机肥条件下的土壤溶液盐分变化动态

用定期取表层土样测定其电导率和在不同深度埋设盐分传感器探头的方法，在作物生长季节内，监测了施有机肥农田不同深度的土壤溶液含盐量变化。结果为：（1）田间施用有机肥可明显减少土壤表层盐分积累，并有利于灌水对土壤表层盐分的淋洗。（2）灌水使有机肥处理小区10cm深处土壤盐分含量迅速下降，并且灌水后10cm深土壤盐分的累积过程不明显。（3）施用有机肥可使30cm深土壤在灌水前的盐分累积过程变缓。灌水后盐分含量迅速下降，并不再回升。（4）有机肥处理小区的60cm深土壤溶液盐分大幅度降低出现在第二次灌水后，此后至作物收获，土壤溶液盐分含量保持在很低的水平并不再累积。     

地下水浅埋区盐碱地滴灌条件下土壤盐分运移研究

综述了国内外地下水浅埋条件下土壤盐分运移机理研究,滴灌条件下盐碱地土壤盐分运移机理研究,土壤盐分运移模型研究的相关研究成果,为滴灌技术在改造和利用地下水浅埋盐碱土地资源的应用提供了思路,为预报土壤盐碱化提供科学依据,并为地下水浅埋盐碱土滴灌条件下土壤盐分运移规律的进一步研究提出一些建议,认为地下水浅埋区盐碱地滴灌条件下土壤盐分运移规律的研究仍是今后土壤科学的研究重点.     

干旱区平原水库坝后排水沟对下游农田土壤水盐运移的影响

干旱区平原水库的渗漏会抬高坝后农田地下水位,使土壤发生盐渍化,许多土地因此减产甚至弃耕。坝后设置排水沟是一种有效控制农田地下水位的措施。本研究采用排水沟调控坝后农田的地下水位,并利用HYDRUS模拟出在不同地下水位和深度的条件下土壤含水率与含盐量的变化情况,将实测数据与模拟数据相互对比,检验出模拟值的可靠度。研究结果表明:地下水位通过排水沟从1 m降到3 m,表层含盐量相差1.49～33.19 g·L~(-1),因此排水沟遏制地下水位越深,水盐运移越不明显,次生盐渍化越不容易发生,反之,则容易发生土壤盐渍化;地下水位相同时,土体种植植物可以降低含水率和含盐量,其中含水率最大变化为6.33%,含盐量仅相差0.08～4.56 g·L~(-1)左右,而且随着土层深度增加其影响的程度也逐渐减小。设置排水沟是解决坝后农田土壤盐渍化的较好方式。     

膜下滴灌布置方式对土壤水盐运移和产量的影响

以棉花主要根系层各生育期保持适宜土壤含水率为灌水目标,设置一膜单管四行和一膜双管四行两种毛管布置方式,以TRIME-T3管式TDR测定土壤含水率指示灌水,开展膜下滴灌大田试验,研究了干旱区膜下滴灌棉田土壤水盐运移规律及分布特征,并对不同滴灌模式下的棉花产量和灌溉水生产效率进行评价。结果表明:膜下滴灌单、双管布置棉花生育期内灌溉定额分别为390、550 mm;双管布置在10~40 cm棉花主要根系层形成适宜作物生长的淡化脱盐区,生育期内棉花主要根系层土壤含水率处于适宜的范围,灌水均匀度高,控盐效果好,棉花生长不受水盐胁迫;单管布置盐分随水分运移至湿润锋边缘至外行,棉花主要根系层有积盐的趋势,加上滴头流量大,不利于淡化脱盐区的形成。膜下滴灌毛管布置方式决定土壤水盐分布特征,进而影响植株对水分和养分的吸收,单、双管布置棉花产量分别为5 355、6 075 kg·hm~(-2),灌溉水生产效率分别为1.38、1.11 kg·m~(-3),单管布置灌溉水生产效率较高。     

咸水非充分灌溉下土壤水盐动态及对制种玉米生长的影响

为了探究石羊河流域地下水资源的利用方式,在甘肃省石羊河流域开展了为期2年的制种玉米咸水非充分灌溉田间试验,试验设置3种灌水水平即w1(1ETc)、w2(2/3ETc)、w3(1/2ETc),3种盐分水平即s1(矿化度0.71 g·L~(-1),淡水)、s2(矿化度3 g·L~(-1))、s3(矿化度6 g·L~(-1)),共9个试验处理,研究咸水非充分灌溉对土壤水盐动态及制种玉米生长的影响。研究结果表明:咸水非充分灌溉条件下,由于灌溉水量和灌水矿化度不同,土壤水盐动态表现出不同的特征,非充分灌溉处理土壤含水量低于充分灌溉处理,咸水灌溉处理土壤含水量高于淡水灌溉处理;充分灌溉处理盐分累积较深,非充分灌溉处理盐分主要累积在表层土壤和根系吸水层土壤。灌溉水量采用2/3 ETc的非充分灌溉方式进行灌溉,土壤盐分随着水分运移,盐分主要累积在表层土壤和根系吸水层土壤,短时期采用灌水矿化度为3 g·L~(-1)的微咸水灌溉,盐分不会在土壤产生大量累积。因此,在研究区灌溉水量控制在2/3 ETc左右,灌水矿化度不超过3 g·L~(-1),对制种玉米生长的影响较小,减产幅度在11%以下,能够达到合理利用地下咸水资源和节水灌溉的目的。