典型绿洲灌区长期膜下滴灌棉田根区土壤盐分及离子变化特征

通过对新疆典型灌区5块(1998地块、2002地块、2004地块、2006地块和2008地块)不同膜下滴灌应用年限农田进行连续4年的定点监测,每块地每月分别在膜内毛管处、棉花窄行中点、膜外两膜中点3个位置取样测试从地表向下0-60cm深处土样的盐分及离子含量,揭示长期膜下滴灌农田根区土壤盐分演变趋势。结果表明,在现行灌溉制度条件下,根区土壤盐分平均值、最大值、盐分方差和标准差均随膜下滴灌应用年限延长呈降低趋势,根区盐分平均值与膜下滴灌应用年限符合Allometric1指数函数模型,滴灌应用1~3年,相对荒地脱盐率可达85%左右,滴灌应用3~10年盐分降低趋势明显,滴灌10~15年相对荒地脱盐率稳定在95%左右。根区土壤盐分中Na+与Cl-2种离子含量随膜下滴灌年限延长而降低趋势明显,滴灌5年以后降低缓慢,年均含量低于0.15g/kg,脱盐率稳定在80%~90%之间,滴灌8~15年相对稳定;根区盐分离子组分中主要是Na+与Cl-,随滴灌应用年限延长而降低,其次是Ca2+、SO2-4、Mg2+3种离子,其他离子含量随滴灌应用年限延长无明显变化特征。根区盐分及离子降低的主要原因在于当地的灌溉制度,坚持现行的灌水制度虽然有利于膜下滴灌长期可持续应用,但应适当减少花铃后期及吐絮期的灌水定额以节约水资源。     

长期膜下滴灌农田土壤盐分时空变化

为了探讨长期膜下滴灌对农田土壤盐分演变的影响,该文以一块采用膜下滴灌技术13a的农田为例,对其土壤盐分的时空变化进行比较,分析了该农田土壤盐分演变特征。膜下滴灌技术使用初期,田间土壤盐分含量明显下降,随后其下降幅度减小;随着膜下滴灌年限的延长,田间土壤盐分含量稳定在某一水平范围内。观测结果表明,经过13a的膜下滴灌,田间0～100cm土层盐分质量分数由原来的20～30g/kg降到了5g/kg以下;地头裸地20cm深度以下的土壤盐分质量分数稳定在5～10g/kg,大于田间的相应值;但是地头裸表层土壤盐分质量分数大于20g/kg,存在盐分表聚现象。研究表明,土壤湿润锋处的盐分积累现象不会造成整个土层的盐分含量增高。该文研究结果可为膜下滴灌技术的科学利用提供参考。     

长期膜下滴灌棉田土壤盐分变化特征

为阐明膜下滴灌技术对土壤化学性质的影响,选择典型绿洲区(新疆石河子市下野地灌区)进行膜下滴灌1~6 a的棉田,于2009—2013年对其土壤盐分离子变化进行定点监测分析。结果表明,绿洲盐碱区棉田土壤中盐分、Na+、Ca2+、Mg2+、SO2-4以及Cl-随滴灌应用年限延长呈负指数幂函数曲线降低,在膜下滴灌技术使用初期,棉田盐分、离子下降较快,随后降幅减小;滴灌第1年土壤为盐土,滴灌第5年转为轻度盐化土;滴灌第6年后棉花成活率为76.39%,产量为4 515.48 kg/hm2。同时随着滴灌年限延长钠吸附比和Cl-/SO2-4当量比降低,土壤中阴阳离子组成亦在逐年发生变化,长期应用膜下滴灌技术后盐碱土类型将可能由氯化物-硫酸盐盐土转化为硫酸盐盐土。结果表明,绿洲盐碱灌区现行灌溉制度下膜下滴灌棉田土壤盐分向着有利于棉花生长的方向发展。研究可为规模化推广膜下滴灌技术提供一定的理论支持。     

长期滴灌棉田土壤盐分演变趋势预测研究

膜下滴灌节水增产高效的表现使其成为我国西北干旱区绿洲农田普遍使用的灌溉方式.然而,长期滴灌下土壤盐分的变化趋势亟待研究.于2010年在新疆玛纳斯河绿洲进行微成水灌溉试验,校验Hydrus 2D模型,并模拟预测长期滴灌下土壤盐分积累的变化特征.结果显示:Hydrus 2D模型可以有效模拟滴灌土壤盐分分布与积累特征;滴灌根区土壤盐分主要受灌溉输入土壤盐分与深层淋洗作用影响,随着滴灌年份的增加,根区盐分逐步增加,作物蒸腾受限,下渗淋洗量加大,最终根区的输入盐量与淋洗盐量相当,根区盐分处于相对平衡状态.以矿化度分别为4.8,3.2,1.6,0.8 g/L的灌溉水质为例,在420 mm灌溉水量下,分别在10,15,20,35 a后土壤盐达到平衡,根区盐分分别稳定在4.2,3.8,3.2,2.8 mg/cm3,作物的蒸腾满足率分别为72％,80％,85％,91％,为保证研究区内作物的正常生长,需要的灌溉量至少应分别为495,470,425,395 mm.     

不同种植年限覆膜滴灌盐碱地土壤盐分离子分布特征

为了研究长期覆膜滴灌对土壤化学性质的影响,该文通过时空转化的方法研究了覆膜滴灌种植春玉米1a和2a的盐碱地土壤盐分及盐分离子在0～150 cm土壤削面上的分布特征,同时以试验地附近未种植的盐碱荒地作为对照.结果表明,覆膜滴灌条件下,当滴头下方20 cm处土壤基质势为-10 kPa时,0～40 cm土层土壤盐分含量、各种盐分离子含量、土壤pH值、Cl-/SO24和钠吸附比(SAR)随滴灌种植年限增加向降低.这表明根区土壤环境随种植年限增加逐渐变好,有利于作物生长.与盐碱荒地相比,滴灌种植以后40 cm以下土层Cl-含量、Na 含量、Cl-/SO24、钠吸附比(SAR)均增加了.     

地下水浅埋区重度盐碱地不同滴灌种植年限土壤盐分分布特征

采用时空替代的研究方法,研究地下水浅埋区重度盐碱地不同滴灌种植年限(0、1、2、3年)对土壤盐分及不同盐分离子分布的影响,旨在为采用覆膜滴灌技术进行盐碱地改良提供理论依据。试验结果表明滴灌种植枸杞第1年,土壤盐分变化主要为自上而下被淋洗,种植2年和3年土壤年内盐分含量和分布变化相似,盐分主要分布在土壤表层,且在枸杞生育期结束时,剖面土壤含盐量都低于年初水平;土壤溶液电导率(EC1:5)与主要离子之间都具有极显著的相关关系,其中Cl-和Na+与EC1:5关系最为紧密;HCO3-与EC1:5负相关,相关性随着种植年限的增加而减小;Cl-、Mg2+、Ca2+、Na+在盐分组成中的荷载随种植年限增加而增大;回归分析表明Cl-和EC1:5之间具有线性关系,SO42-与EC1:5之间具有对数关系,EC1:5可以通过Cl-和SO42-表达;利用咸水覆膜滴灌并没有根本改变土壤类型,但在距滴头水平距离0～30cm范围内土壤含盐量从13.1g/kg降低到4～6g/kg,由盐土脱盐演化为重度盐化土。因此,采用覆膜滴灌技术明显降低了作物根区盐分含量,改善了作物根系生长的土壤环境条件。     

地下水埋深对膜下滴灌棉田水盐动态影响及土壤盐分累积特征

为了探究不同地下水埋深条件下膜下滴灌农田的水盐运移规律,于2012—2016年在新疆库尔勒绿洲,对采用膜下滴灌结合冬春灌压盐的棉田开展定位观测,在不同位置处150 cm深土壤剖面进行水盐监测,探究不同生育阶段地下水埋深与土壤水盐含量的关系。结果表明,膜下滴灌农田土壤水分呈反"S"型分布,土壤盐分呈"酒杯"状表聚型分布;试验期内地下水埋深从2~3 m增加到5~6 m,相应地苗期和非生育期返盐程度显著降低,收获期盐分含量下降;5a来土壤含盐量从6.5 g/kg下降到1 g/kg,土壤累积含盐量与地下水埋深呈负的指数关系;深层水分交换量表明土壤水和地下水间的联系明显减弱。建议将类似地区的地下水埋深控制在3.5 m左右,膜下滴灌结合冬春灌淋洗可有效抑制土壤层盐分累积,并可保证自然植被的生态需水。     

不同水盐处理对苜蓿耗水、品质及产量的影响

为探索河套灌区不同盐分土壤苜蓿生长的适宜水分展开盆栽试验,设置3个水分水平、3个盐分水平和1个对照处理CK,监测不同水盐处理苜蓿现蕾期至初花期土壤贮水变化量、品质及产量。结果表明:(1)相同盐分条件下,植株株高、地上生物量、地下生物量、耗水量及干草产量随灌水量的增加而增大,但苜蓿的增产效应明显降低;相同水分条件下,随盐分增加,苜蓿耗水量及地下生物量整体呈现先增大后减小的变化趋势。土壤含盐量超过3 g/kg,土壤中剩余水分显著增加,且随灌水量增加逐渐增加。(2)土壤含盐量1～3 g/kg,水分胁迫有利于提高苜蓿粗蛋白含量;其中低水处理粗蛋白含量均显著高于中水及高水处理(p0.05);含盐量3～4 g/kg,盐分改变水分胁迫阈值,中水处理粗蛋白含量显著高于低水与高水处理(p0.05)。盐分与水分胁迫下,植株体内氨基酸含量增加,其中F_3W_1处理氨基酸含量最大,为20.90%。对各游离氨基酸及粗蛋白含量进行相关性分析,其中甘氨酸、蛋氨酸与粗蛋白相关性不显著;其他氨基酸与粗蛋白均呈显著正相关(p0.05)。(3)土壤盐分1～2 g/kg,苜蓿的水分利用效率随灌水量增加而降低,土壤盐分超过2 g/kg,苜蓿水分利用效率随灌水量呈现先增大后减小趋势。土壤含盐量1～2 g/kg,水分70%～75%θ_f,干草产量增加,水分利用效率提高;土壤含盐量2～3 g/kg,水分70%～85%θ_f,水分利用效率提高干草产量减小,但差异不显著;土壤含盐量3～4 g/kg,水分85%θ_f以上,苜蓿干草产量增加。该研究结果初步可为盐渍化农田苜蓿种植及合理灌溉提供理论依据。     

磁化水膜下滴灌对新疆棉田土壤脱盐效果的影响

通过3a试验研究了磁化水膜下滴灌对土壤脱盐效果及对棉花生长发育和产量的影响。结果表明：磁化水能有效的降低土壤含盐量,促进棉花生长发育,提高棉花产量和品质。在0-60cm土层,磁化水的纯脱盐率在20%～30%,同时对土壤中的SO42-、Cl-含量也有明显的降低。磁化水滴灌棉花较对照增产皮棉144.7kg/hm2,可增收2025.8元/hm2,磁化水滴灌促进了棉花的增产增收。     

干旱区长期膜下滴灌农田耕层土壤盐分变化

新疆地处干旱地区,水资源短缺,膜下滴灌作为有效的节水灌溉技术在新疆农业生产中广泛使用。但新疆同时是盐碱化普遍发生的地区,采用滴灌技术后,传统灌溉的灌溉洗盐过程随之消失,且该地区灌溉水矿化度较高,对土壤盐分有一定的补充作用,因此滴灌技术虽然节水增产效果明显,但长期滴灌可能导致土壤盐分积累,降低土壤质量。通过监测一个长期膜下滴灌、面积约为224 km2的农场15a农田土壤盐分含量,对长期膜下滴灌土壤盐分含量的变化进行研究,研究结果可为膜下滴灌土壤盐分管理提供科学依据。以位于新疆北部玛纳斯河流域的新疆生产建设兵团第八师147团农田为研究对象,通过收集该团场自1996年至2010年记录的农田耕层盐分和养分指标的分析数据,利用统计学知识及地理信息系统技术,对不同滴灌年限下土壤耕层盐分变异特征及土壤耕层盐分与其他土壤指标的相关性进行研究。研究表明:(1)在滴灌的第一个3年周期内,土壤耕层盐分平均含量从3.13 g kg-1降低至3.00 g kg-1,降幅达4.2%,但经12年滴灌年限,土壤耕层盐分从3.13 g kg-1升高至4.81 g kg-1,升高了53.7%;(2)在五个监测周期(15 a)内,土壤盐分含量明显上升,研究区土壤耕层盐分含量集中分布在4~10 g kg-1,土壤耕层多为中度盐化土和重度盐化土;(3)长期膜下滴灌导致土壤耕层盐分发生重新分配,全团范围内农田盐分含量分布接近正态分布。本研究条件下,长期膜下滴灌会造成土壤耕层盐分积累,滴灌水携带的盐分对土壤盐分有一定的补充作用;采用2~3年进行一次大水洗盐以及培肥土壤、提高土壤有机质含量对防止滴灌土壤积盐具有重要作用。     

滴灌条件下液体地膜覆盖土壤保温保湿效应及棉花生长响应

为解决干旱区棉田日益严重的"白色污染"问题,从根本上杜绝农田残膜增加,采用桶栽试验研究了5种处理方式:液体地膜1 900 kg/hm~2(LFD1),液体地膜2 200 kg/hm~2(LFD2),液体地膜2 500 kg/hm~2(LFD3),塑膜滴灌(PFD),裸地对照(NFD)对土壤的保温保湿效应及棉花生长响应,探讨了滴灌条件下液体地膜代替塑料地膜的可行性。结果表明:液体地膜覆盖可提高土壤温度,降低土壤水分蒸发量,增强棉株根系吸收与合成能力,加快滴灌棉花前期生长速度,适度抑制后期旺长,增产效果显著。液体地膜覆盖滴灌棉花对土壤环境无不良影响,在干旱区滴灌棉田具有重要研究价值和应用前景。     

干旱区大田膜下滴灌土壤盐分运移与调控

膜下滴灌节水技术在新疆已推广应用了160多万hm2且面积仍在持续增加.为研究干旱区大田膜下滴灌土壤盐分运移特征,该文通过在新疆巴州灌溉试验站进行的膜下滴灌试验,结果表明,在单次滴灌后,剖面土壤内的盐分产生了定向重分布,形成脱盐区、稳定区与积盐区,具有调控田间尺度土壤盐分的作用.脱盐区的面积要大于积盐区.在0～40 cm的深度内,双管对表层盐分重分布的作用大于单管;在0～80 cm深度,双管对剖面盐分重分布的作用弱于单管.在棉田的整个生育期内,剖面土壤的盐分则受灌水周期的影响,呈上下振荡、振幅缩小且总体脱盐的变化趋势,形成了一种对作物生长有利的局部环境.膜下滴灌不仅是一种滴灌和覆膜相结合的节水技术,而且通过对其控制性精准灌溉的灵活应用,可达到生育期控盐与非生育期排盐的结合,从而为在干旱区实现节水控盐的目标提供技术保障.     

新疆典型膜下滴灌棉花种植模式的用水效率与效益

膜下滴灌技术因具有显著的节水、保温、抑盐、增产效果,在新疆自治区棉田中已获得大面积推广应用。在目前的大田棉花生产条件下,结合当地的光热、土壤、机械等条件,因地制宜选择合理的膜下滴灌种植模式,对合理调控棉田土壤水盐分布、促进棉花生长与增产、提高劳动生产率和增加棉农收入等具有十分重要的意义。迄今为止,在新疆自治区主要存在3种典型的膜下滴灌棉花种植模式,分别为传统模式、机采模式和超宽膜模式。该文通过开展实地调查取样,基于种植密度、灌溉定额、根区土壤水盐分布、覆膜宽度以及其它影响棉花生产收益的因素,对3种典型膜下滴灌棉花种植模式的水分利用效率与经济效益进行了对比分析。结果表明,由于各种种植模式下不同的种植密度、灌溉定额、根区土壤水盐分布、覆膜宽度等对棉花的耗水与产量产生了较大影响,导致棉花的水分利用效率存在明显差异：超宽膜模式棉花的水分利用效率为1.04 kg/m3,明显高于传统模式的0.98 kg/m3与机采模式的0.89 kg/m3。另外,经济效益受种植模式（影响前期投入与棉花产量）与采棉方式（影响采棉支出与籽棉收购单价）的影响较大：超宽膜模式具有最高的经济效益,其单位面积纯收入达18582元/hm2,稍高于机采模式下的18298元/hm2,传统模式下纯收入最低,仅11725元/hm2。因此,为高效利用农业水资源并增加种棉收益,建议在新疆自治区大力推广超宽膜模式,并对现有采棉机进行适当改进以在超宽膜模式下实现采棉机械化;或适当调整现有机采模式下的滴灌带布置形式（如将其布置在窄行的中央）,但相关的效应仍有待更进一步研究。     

河套灌区不同覆膜方式膜下滴灌土壤盐分运移研究

随着灌溉面积的增加和引黄水量的减少,河套灌区土壤盐渍化和水资源紧缺的问题日益突出,为保持农田水土环境的良性发展,以内蒙古河套灌区曙光试验站为研究对象,开展不同覆膜方式膜下滴灌土壤水盐运移规律研究。试验设置全膜覆盖(PQ)和半膜覆盖(PB)2个处理,采用5TE土壤水盐监测探头测定剖面土壤含水率和电导率。结果表明:膜下滴灌过程中剖面土壤盐分发生再分布,滴头下方30cm附近形成主要脱盐区,盐分逐渐向湿润区外缘积聚。半膜覆盖处理土壤盐分在膜间表层聚集,全膜覆盖处理保水抑蒸效果明显,起到了较好的压盐效果。表层土壤电导率值具有距滴头水平位移50cm20cm0cm的特点,膜间电导率值波动较大。不同水平位置处土壤电导率曲线变化规律相同,随土层深度增加振幅变小。全生育期内0—70cm深度土层不同覆盖方式均起到了一定的脱盐效果,半膜覆盖2个生长季内盐分变化(SA)分别为4.71mg/hm~2和9.24mg/hm~2,全膜覆盖处理SA分别为12.22mg/hm~2和21.55mg/hm~2。全膜覆盖处理可以有效抑制土壤水分蒸发,减弱盐分随水向上运动趋势,创造适宜作物生长的淡盐环境。可为河套灌区膜下滴灌种植模式下田间水盐管理提供理论依据。     

残膜对棉田土壤水盐、氮素及产量的影响

为探讨滴灌条件下棉田中地膜残留含量对土壤水盐及作物生长的影响,在棉田设置150(T1),230(T2),465(T3),857(T4),1 250(T5),1 640(T6) kg/hm~2、原试验地土壤(CK1)和无残膜对照组(CK2)8种残膜含量处理,分析了地膜残留含量对滴灌棉田中的土壤水盐、土壤和作物根系氮素以及产量的影响。结果表明:随着残膜含量的增加,土壤含水率逐渐降低,土壤盐分的富集效果逐渐增强;0—40 cm土层土壤水盐变异程度与残膜含量呈正相关,T5和T6的土壤水盐变异系数(CV)明显较大,水分CV分别为0.52,0.44,盐分CV分别为0.34,0.31;土壤中的氮素含量随着残膜含量的增大逐渐增多,根系全氮含量与残膜含量呈负相关;棉花产量随残膜含量的增加逐渐降低,当残膜含量230 kg/hm~2时,下降幅度显著增强,T3、T4、T5和T6较CK2产量分别下降14.19%,21.69%,29.19%,37.29%。研究结果可为新疆覆膜滴灌棉田可持续发展和对残膜污染的防控提供理论基础和科学支撑。     

干旱地区棉田膜下滴灌盐分运移规律

以田间实测数据为基础,研究棉田膜下滴灌对土壤盐分的变化。通过对棉田4个不同的生育期以及不同滴灌年限棉田盐分的变化进行了分析,初步得到,棉田在生育期盐分变化特征是0～20 cm含盐率从播前到苗期减小、盛铃期增大、吐絮期减小的趋势,>40～80 cm从播前缓慢增加、盛铃期～吐絮期逐渐减少;水平方向滴头处盐分累积最少,膜间处盐分累积较多;垂直方向上0～20 cm土层盐分减少,>60～100 cm土层累积程度较大;不同滴灌年限棉田随滴灌年限的延长各层土壤含盐率相应增加并且在>60～100 cm增加的趋势显著,且滴头、行间、膜间的总含盐率是依次增加;>60～100?cm已成积聚盐分的最大区域;在棉花生育期内,0～60 cm土壤呈脱盐状态,60～100 cm土壤呈积盐状态。该结果可为干旱区棉花膜下滴灌水盐的治理与防治提供参考。     

新疆棉田地膜残留对棉花产量及土壤理化性质的影响

为了探讨地膜残留对棉花产量的影响,该文在全面调查新疆北疆短绒棉主栽区地膜残留状况的基础上,根据地膜残留趋势,人工设置地膜残留密度梯度（0、250、500、1 000、1 500、2 000 kg/hm2）,选择新陆早33号（发达根系）和新陆早13号（不发达根系）2个棉花主栽品种,研究了地膜残留对棉花产量性状和土壤理化性质的影响。结果表明,随着地膜残留密度的升高,2个品种产量和成苗率均呈下降趋势,新陆早13号减产趋势更加明显,早熟度明显提前。如果按照现有的地膜残留趋势,则覆膜68 a左右,即现在往后38 a,残膜密度将达到1 000 kg/hm2,新陆早33号和新陆早13号产量分别下降18.1%、13.5%,成苗率分别下降8.4%、16.5%,早熟度分别上升17.0%、26.7%。当残膜密度为2 000 kg/hm2（覆膜141 a左右）时,新陆早33号和新陆早13号产量分别下降38.3%、45.2%,成苗率分别下降13.0%、21.1%,早熟度分别上升32.2%、27.7%;生物量、根冠比和根系表面积等生长指标都与没有残膜下生长的棉株存在显著差异。地膜残留可导致土壤理化性质恶化,水分分布不均,土壤营养下降。其中在残膜密度为2 000 kg/hm2时,碱解氮、速效磷分别下降55.0%、60.3%。研究表明新疆地膜残留对棉花产量和土地产生明显影响,如不及时采取措施,将严重危害棉花可持续发展与土地的可持续利用,必须引起足够重视。同时发现,应用、培育发达根系的棉花品种可以一定程度上缓解地膜残留对产量的不利影响。     

新疆典型绿洲棉秆还田对覆膜滴灌棉田残膜分布的影响

为探寻长期膜下滴灌棉田在采取棉秆还田后残膜的分布状况,于2016年棉花采摘后在应用膜下滴灌开始年份分别为2006年、2002年和1998年的3块棉田中采集土壤样品,然后进行棉秆粉碎还田,2017年对3块试验棉田再次进行取样,分析秸秆还田前后0～40 cm土层中残膜面积、质量及棉杆残留量。结果表明：1）秸秆还田前,3块试验田的地膜残留密度随覆膜年限增加逐年增加,棉田土壤处于严重污染状态;2）采取棉秆粉碎还田后,3个取样地块0～40 cm土壤中棉秆分布总体上呈现由上至下先增加后减少并在15～25 cm深度土壤中聚集分布的特点;3）秸秆还田后,3块取样棉田0～15 cm耕作层土壤中残膜面积占比58%以上、残膜质量占比60%以上,该层中面积>5～30 cm2和质量>50～100 mg残膜均增加显著,相对秸秆还田前的土壤残膜分别平均增加20%和10%左右。