塔里木河下游灌区灌溉方式的转变对农田及其防护林土壤水盐动态的影响

通过分析塔里木河下游喀拉米吉镇绿洲大面积滴灌条件下的农田(3个棉田1个果园)与其防护林地土壤水盐分布特征,采用对比试验与野外监测方法,研究了当前滴灌体系对林网内农田及其防护林地的影响,分析防护林网内土壤水盐变化的主要因子。得出以下结论:(1)喀拉米吉镇绿洲,由于滴灌技术的普及,地下水埋深以0.5 m a-1的速度下降;地下水埋深具有季节性变化,在非灌溉季节地下水埋深较浅,在灌溉季节地下水埋深较深,与非灌溉季节相比,灌溉季节里地下水埋深平均下降了1 m以上。(2)由于喀拉米吉镇绿洲农田滴灌对土壤的影响深度不超过80 cm,灌溉水对地下水的补给量几乎为零,农田防护林根系只能从土壤深层吸收水分,导致了林地内土壤含水率显著低于农田(p<0.01)。(3)当前5 250 m3 hm-2 a-1的棉田灌溉、7 000 m3 hm-2 a-1的果园灌溉,使0～60 cm的土壤盐分处于低盐状态,基本达到农田的脱盐要求;防护林地盐分均明显高于农田(p<0.01),为农田的2倍～3倍;林地内土壤盐分表聚作用明显:砂壤土林地、砂土林地、黏土林地1、黏土林地2内表层土壤盐值分别较其农田高79.3%、77.1%、80.6%、88.4%。(4)通过林地间土壤含水率、土壤盐分的比较,发现地下水埋深的不同是农田防护林地土壤水盐差异的主要因素,150 cm土体内,含水率高的林地其含盐量也高,含水率低的林地其含盐量也低。     

不同潜水埋深条件下微咸水灌溉的水盐运移规律及模拟研究

采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水(咸水)灌溉对土壤水盐的影响,在此基础上,建立了BP神经网络水盐耦合模型。研究结果表明:土壤中盐分含量随地下水埋深的增加而减小,随灌溉水盐分水平的增加而增大。在地下水埋深为2 m,3 m,4 m的地区,采用矿化度小于4 g/L的水进行灌溉,在夏玉米整个生长周期的0~100 cm土层内不会形成积盐现象;拓扑结构为8∶2∶2的BP网络模型,能模拟不同地下水埋深条件下微咸水(咸水)灌溉的水盐运移,且精度较高。     

西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移对产量影响的预测模型

为了定量计算微咸水膜下滴灌对土壤水盐和西葫芦产量的影响,根据微咸水膜下滴灌土壤水盐运移特点和西葫芦生长试验,建立了西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移模型和水盐生产函数,并将二者联立,建立了西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移对产量影响的预测模型。利用西葫芦微咸水膜下滴灌水盐试验数据对模型进行验证,结果表明模型计算的西葫芦微咸水膜下滴灌土壤含水率和土壤含盐量与实测土壤含水率和土壤含盐量的变化趋势一致,模型计算土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的均方根误差分别为0.049 cm~3/cm~3、0.065 g/kg和3.83 t/hm~2,土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的平均相对误差分别为5.17%、7.42%和5.84%,土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的平均绝对误差分别为0.047 cm~3/cm~3、0.062 g/kg和3.95 t/hm~2。所建的模型具有较高的模拟精度,可用于模拟西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐动态和西葫芦产量。     

不同灌排模式下盐渍化土壤盐分及离子迁移规律及均衡分析

为探明盐渍化灌区不同灌排模式下土壤盐分及离子迁移及聚集规律,于2021年5—10月在巴彦淖尔市五原县盐碱化耕地改良示范区分别对“滴灌+明沟排水”与“黄灌+暗管排水”模式下农田进行土壤水盐监测与灌排水量监测,分析不同灌排模式下农田土壤盐分迁移分布规律,利用均衡分析探讨土壤盐分和盐分离子积盐及脱盐特征,为灌区的节水规划及盐渍化防治提供科学依据。结果表明：不同灌排模式下农田土壤均处于脱盐状态,黄灌与暗管排水模式下土壤脱盐效果相对较好,脱盐率为37.73%;滴灌与明沟排水条件下农田中出现HCO₃^-累积,积累量为0.3 t,黄灌与暗管排水模式下农田中出现Ca²⁺与Mg²⁺的累积,积累量分别为2.962 4,0.577 4 t。滴灌与明沟排水模式下整个生育期内,0—40 cm土层处于脱盐状态,40—80 cm土层出现盐分积累现象,黄灌与暗管排水模式下整个生育期0—100 cm土层处于脱盐状态。不同灌排模式下地下水埋深变化趋势相同,黄灌与暗管排水模式下地下水埋深较低,滴灌与明沟排水模式下土壤积盐与地下水质整体呈负...     

新疆喀什地下水浅埋区弃荒地表层土壤积盐与地下水的关系

为了研究新疆喀什地下水浅埋区弃荒地表层土壤积盐与地下水的定量关系,对试验区自然状况下的土壤含水量、表层土壤含盐量、地下水埋深、地下水矿化度和潜水蒸发量进行了原位监测,模拟了潜水蒸发量与地下水埋深的关系,定量分析了弃荒地自然条件下地下水埋深、地下水矿化度对土壤表层盐分的影响,建立了表层土壤含盐量与地下水埋深、地下水矿化度的经验模型。结果表明:在5~50 cm土层,土壤质量含水率随土层深度增加而增大;地下水埋深、地下水矿化度对表层土壤盐分有显著的影响,当地下水埋深为定值时,表层土壤含盐量与地下水矿化度呈线性正相关;当地下水矿化度为定值时,表层土壤含盐量与地下水埋深呈线性负相关;土壤盐分表聚现象明显,不同地下水埋深条件下表层土壤含盐量随累计潜水蒸发量的增加而增大,表层土壤积盐速率随地下水埋深的增大而减小,地下水埋深为25 cm条件下表层土壤积盐速率约是地下水埋深为50 cm的表层土壤积盐速率的2倍多。     

不同潜水埋深条件下微咸水灌溉的水盐运移规律及模拟研究

采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水（咸水）灌溉对土壤水盐的影响,在此基础上,建立了BP神经网络水盐耦合模型。研究结果表明：土壤中盐分含量随地下水埋深的增加而减小,随灌溉水盐分水平的增加而增大。在地下水埋深为2 m,3 m,4 m的地区,采用矿化度小于4 g/L的水进行灌溉,在夏玉米整个生长周期的0～100 cm土层内不会形成积盐现象;拓扑结构为8∶2∶2的BP网络模型,能模拟不同地下水埋深条件下微咸水（咸水）灌溉的水盐运移,且精度较高。     

基于ArcGIS空间插值的河套灌区土壤水盐运移规律与地下水动态研究

为探明河套灌区盐渍化半封闭小型灌域作物生育期土壤盐分和地下水变异规律,选取巴彦淖尔市五原县盐渍化土壤典型区域作为研究区。采用区域土壤—地下水信息定点监测法,选取149个采样点,30口地下水观测井,获得各项指标数据,并结合经典统计学、空间插值、相关性回归分析等方法,研究了土壤盐分及地下水动态空间变异性、不同深度土壤空间变化特征及其与地下水埋深相关性。结果表明:4—10月各土层土壤含盐量平均降幅为5.53%,研究区1 m深土壤处于脱盐状态,耕作层土壤盐分向深层土壤运移。地下水埋深主要影响因子为引黄灌溉水量、蒸发作用和研究区地势;在春灌期(4—6月)地下水矿化度平均值由2.81 g/L降至2.38 g/L,6—10月地下水矿化度平均值逐渐增加至2.66 g/L,地下水矿化度一般在春灌前期4—5月较大,春灌期较小,秋收后在二者之间。在春灌和作物生长双重抑盐作用影响下,0—20 cm土壤盐分平均值秋收后较春播前下降32.08%,生育期内土壤盐分向深层土壤(40—100 cm)运移,土壤盐分含量与土层深度成反比,且随土层深度增加对土壤盐分分布变化的影响逐渐减弱。0—20,20—40 cm土壤盐分在同时期大于4.0 g/kg的盐分分布面积在4月分别为85.63%,9.71%,在10月分别为42.37%,15.86%,40—100 cm随土层深度增加土壤盐分减小的趋势趋于平缓。随浅层地下水埋深的增大土壤盐分逐渐减小,采取有效措施将地下水埋深降低0.2 m,控制在1.8～2.2 m更佳。     

北疆棉区长期膜下滴灌棉田土壤盐分时空变化与次生盐渍化趋势分析

选择棉花覆膜滴灌条件下长期连作棉田这一本区域典型的耕作栽培模式为研究对象,在石河子灌区设置膜下滴灌棉田土壤次生盐渍化定位监测试验,采用定位定时分层取样技术研究北疆滴灌棉田土壤盐分时空动态变化。结果表明,棉花整个生育期土壤盐分在水平方向上呈现明显的分区(脱盐区和积盐区)分布特征,膜内0~40 cm土壤盐分能维持在较低水平,脱盐效果显著,而膜外0~40 cm土壤盐分呈持续积盐趋势,40 cm以下各土层盐分变化幅度不大;土体垂直方向40~60 cm土层形成一个积盐区;各土层盐分随着地下水埋深的加大,土壤积盐率迅速降低;监测表明0~40 cm耕层土壤存在碱化倾向,土壤pH值年均递增0.09,年均积盐0.36 g/kg,照此积盐速度,轻度盐渍化耕地达到强度次生盐渍化水平(总盐含量20~30 g/kg)需要40~70年,达到中度次生盐渍化水平(总盐含量10~20 g/kg)需要15~40年。     

微润管埋深与间距对日光温室番茄土壤水盐运移的影响

为探求微润灌溉对于日光温室次生盐渍化土壤的影响,设置3种毛管埋深(10、20和30 cm)和3种毛管间距不同的布置(1管2行、2管2行、3管2行,2行指番茄行),以膜下滴灌(CK)为对照,分析日光温室土壤水盐分布的变化.结果表明,日光温室耕层土壤(0~20 cm)平均含盐量达2.745 g/kg,接近阻碍作物生长的临界点(2.75 g/kg),发生了轻度次生盐渍化.与CK比较,微润灌溉具有较高的脱盐效果,0~60 cm土层平均相对脱盐率较CK提高了32.49%,0~30 cm主根区较CK提高了76.30%(P<0.05).可用幂函数较好地描述微润灌溉日光温室番茄主根区土壤盐分随定植后天数的动态变化过程.微润管埋深是影响土壤水盐分布的重要因素,在微润管埋深处土壤形成一个高水低盐区,毛管浅埋有利于主根区土壤(0~30 cm)盐分的淋洗,深埋有利于次根区土壤(>30~60 cm)盐分的淋洗,埋深30 cm,1管2行组合番茄生育末期土壤含盐量有升高趋势,可能会加剧土壤次生盐渍化.结合日光温室盐分累积及番茄根系分布特征,埋深10 cm,3管2行为轻度次生盐渍化土壤适宜的应用模式(该组合综合脱盐效果最好,0~60 cm土层平均相对脱盐率为22.27%,主根区相对脱盐率为29.86%,比CK提高1倍以上).该研究为微润灌溉在日光温室的应用提供参考.     

不同潜水埋深下土壤水盐运移特征及其交互效应

为探讨盐水矿化度下土壤水盐分布特征对潜水埋深的响应规律及其水盐交互效应,以黄河三角洲建群种柽柳(Tamarix chinensis Lour)栽植的土壤柱体为研究对象,模拟设置0.3、0.6、0.9、1.2、1.5和1.8 m共6种潜水水位,测定分析各水位处理下不同土壤剖面的相对含水率、含盐量及土壤溶液绝对浓度等水盐参数。结果表明:随潜水水位的增加,整个土柱水分均值显著降低,土壤含盐量和溶液绝对浓度均值先升高后降低,1.2 m水位是土壤水盐变化的转折点,此水位下各土壤剖面的含盐量和土壤溶液绝对浓度均达最高。土柱水分和盐分变化幅度最大的水位分别在中水位0.9~1.2 m,浅水位0.6 m,土壤溶液绝对浓度变化最剧烈的是深水位1.5~1.8 m。随土壤深度的增加,土壤水分显著升高,土壤盐分先降低后升高,表土层盐分均值最高达1.36%,但土壤溶液绝对浓度显著减小。土壤含盐量、土壤相对含水率与潜水水位分别呈极显著(P0.01)和显著(P0.05)负相关,土壤相对含水率与盐分呈极显著正相关(P0.01)。地下盐水矿化度下,柽柳幼苗栽植深度应超过20 cm深,适宜潜水水位在1.5~1.8 m,栽植深度以30~40 cm较好。研究结果可为地下盐水作用条件下土壤次生盐渍化的防治和柽柳栽植管理提供参考。     

干旱区重度和轻度盐碱地包气带水分运移规律

为揭示干旱区不同灌溉模式下的包气带水分运移规律,该研究综合使用原位观测、同位素示踪和数值模拟等方法,对跨流域调水背景下,克拉玛依农业开发区重度和轻度盐碱地棉田的土壤水势、土壤含水率和土壤水同位素组成特征,包气带水量平衡以及水分运移规律进行了研究。研究表明,土壤基质势调控的滴灌模式下,重度和轻度盐碱地的灌溉入渗主要影响深度是地表以下0~150 cm,土壤含水率和土壤水势对灌溉和蒸散发动态变化的响应明显,具有前期土壤水和观测期内灌溉入渗水的混合特征。深层(重度盐碱地150~260 cm;轻度盐碱地250~350 cm)受地下水毛细作用影响,土壤水势和土壤含水率对地下水埋深动态变化的响应明显,具有前期土壤水与地下水的混合特征。轻度盐碱地中间层(150~250 cm),几乎不受灌溉入渗和地下水毛细作用的影响,土壤水势和土壤含水率处于动态平衡,主要为前期土壤水的特征。HYDRUS-1D数值模拟结果表明,深层土壤水与地下水之间存在双向交换,地下水对土壤水以补给作用为主,重度和轻度盐碱地地下水补给占包气带水分来源的比例分别为7.9%和15.0%。该灌溉模式对农业开发区地下水补给有一定的抑制作用,但观测期内区域地下水位抬升幅度在50~60 cm之间,说明存在一定的土壤次生盐渍化和地下水咸化的潜在风险。     

滨海重度盐碱地微咸水滴灌水盐调控及月季根系生长响应研究

滨海盐碱地是滨海地区重要的土地资源,随着滨海地区城镇化进程及生态文明建设的发展,迫切需要低成本、快速、可持续的滨海盐碱地原土植被构建技术。针对滨海盐碱地原土建植与咸水/微咸水资源的利用,该研究以月季(Rosa chinensis)为例,采用微咸水滴灌技术进行滨海盐碱地水盐调控植被构建。试验在渤海湾曹妃甸区吹沙造田形成的典型沙质滨海盐渍土上进行,设计了灌溉水电导率(ECiw)为0.8、3.1、4.7、6.3、7.8 dS/m的5个处理,研究滴灌水盐调控对土壤盐分淋洗及月季根系生长和分布特征的影响。结果表明:在渤海湾滨海地区气候条件下,先进行淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗灌溉,随后采用7.8 dS/m的微咸水滴灌,0～100 cm土层土壤盐分得到了有效的淋洗,尤其是根层0～40 cm土壤盐分经过一个月左右,由初始28.33 dS/m降低到均小于4 dS/m,一个低盐适生的土壤环境得到快速营造;随着ECiw的增加,0～40 cm土层土壤最终趋于稳定的盐分呈增加趋势,土壤脱盐过程可以被logistic方程描述,脱盐过程可划分为快速脱盐、缓慢脱盐和盐分趋于稳定3个阶段;94%以上的月季根系主要分布在0～20cm的表层土壤中,随着ECiw的增加,根系生物量显著降低,根系受盐分胁迫生理干旱影响向土壤深处生长以扩大水分空间。研究认为,采用短期淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗淡水滴灌、随后进行微咸水滴灌的方法,可以实现土壤盐分的快速淋洗并维持在较低水平,但受盐分对根系生长的影响会作用于植物地上部分生长及植物存活,因此需要结合植物耐盐性及生产目标(产量、景观)确定适宜灌溉水矿化度阈值。     

苏北滩涂水稻微咸水灌溉模式及土壤盐分动态变化

为研究微咸水灌溉对水稻水分利用效率和土壤盐分动态的影响,利用田间试验资料对SWAP(Soil-Water-Atmosphere-Plant)模型进行了率定和验证。用验证认可的模型模拟并分析了水稻生育期水盐运移规律和水稻水分利用效率,并预测了长期微咸水灌溉对土壤盐分的影响。结果表明:1.5 mg/cm3矿化度微咸水足量灌溉可以获得较高的产量和水分利用效率;各微咸水处理在60~90 cm土层均出现不同程度的盐分累积现象,具体累积深度和土壤盐分浓度与灌水量和灌水矿化度有关;采用1.5 mg/cm3矿化度微咸水进行微咸水长期灌溉研究,10 a的模拟结果显示此灌溉制度不会引起0~100 cm土层土壤次生盐渍化。该研究为滨海地区微咸水合理利用提供了理论依据。     

膜下滴灌间作盐生植物棉田水盐运移特征及脱盐效果

盐生植物改良盐碱地作为改良盐碱地最有效的方法之一,具有成本低,效率高,环境友好等特点,有良好的应用前景。该文包括2个研究目标:1)研究间作不同盐生植物的膜下滴灌棉田水盐运移特性;2)研究不同地下水埋深条件下盐生植物的盐碱地改良效果。针对第1个研究目标,设置了3种(孜然、碱蓬、苜蓿)间作盐生植物,进行大田试验,分析地下水埋深相似条件下间作不同盐生植物时土壤水盐分布状况;针对第2个研究目标,设置了4种地下水埋深(1.5、2.0、2.5、3.0 m),进行均衡场试验,研究不同地下水埋深条件下间作盐生植物时地下水的补给比例和土壤脱盐效果。结果表明:1)膜下滴灌棉田间作盐生植物能明显提高棉花生育期膜间和膜内0~30 cm土层平均含水率,且碱蓬效果最明显;间作条件下苜蓿、碱蓬、孜然、对照0~100 cm土层平均脱盐率依次为55.97%、-18.77%、-21.43%、-307.52%,即苜蓿的总脱盐率效果最好;间作盐生植物能在一定程度上抑制0~100 cm土层钠离子和氯离子的聚集,同时增加棉花产量和提高其水分利用效率,且碱蓬对抑制盐离子累积的效果最好;2)间作条件下,地下水埋深越浅,0~100 cm土层平均含水率越高,膜内膜间的含水率差异越小,土壤的脱盐率越低。与未间作相比,间作种植有效的提高了土壤脱盐率,增加了棉花产量、提高了地下水补给比例和水分利用效率。可见,膜下滴灌棉田间作盐生植物不仅可以有效降低土壤含盐量,增加其含水率,还可以增加棉花产量和提高其水分利用效率,且间作碱蓬和苜蓿的节水、脱盐、增产效果较好,这为膜下滴灌土壤盐碱地改良提供了有效的理论支撑。     

地下水作用下微咸水灌溉对土壤及作物的影响

随着微咸水灌溉面积逐年增加,不合理的灌溉对土壤环境造成了不同程度的污染。该文采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水灌溉夏玉米对土壤-作物系统环境因子的影响。研究结果表明：在地下水水位低于3 m地区进行微咸水灌溉,0～100 cm的土层内不会形成严重的积盐现象。当灌水水质为4 g/L时,灌水水质对土壤盐分环境的影响大于地下水埋深对其的影响。地下水埋深越深,夏玉米叶面积指数、株高及产量越小,且随灌溉水盐分水平的增加而减小,地下水埋深对夏玉米形态指标的影响大于盐分水平对其的影响。     

微咸水灌溉条件下含黏土夹层土壤的水盐运移规律

黏土夹层影响着土壤水盐运移及分布,为了研究在含黏土夹层的土壤中进行微咸水灌溉时土壤的水盐运移规律,进行了春小麦微咸水灌溉大田试验,并在此基础上运用数值模型对土壤盐分累积趋势进行了模拟预测。结果表明,黏土夹层对土壤水盐运移具有显著的阻碍作用,黏土夹层以上土壤平均含水量、含盐量呈随灌溉水矿化度增大而增加的趋势,黏土夹层以下各处理土壤水盐分布几乎不受微咸水灌溉的影响;大定额冬溉洗盐后,各处理0～70 cm土层最大积盐率仍高达65.7%,部分盐分滞留在黏土夹层以上;土壤盐分分布预测结果表明,微咸水连续灌溉5 a后,灌溉水矿化度为4和5 g/L的处理土壤盐渍化倾向明显,不宜在含黏土夹层地区长期使用矿化度>3 g/L的微咸水进行灌溉,否则将对土壤环境产生严重危害。     

滴灌条件下盐渍土盐分淡化区形成过程中离子运移特征

为了探究滴灌条件下盐渍土壤盐分淡化区形成过程中水盐及离子运动规律,通过土柱滴灌模拟试验分析了土壤水分、盐分及离子的分布特征及随时间的变化关系。结果表明:土壤总盐分及各个离子随着滴灌水的运移而运动,先进行横向运移,再进行纵向移动,当滴灌时间为15 h (滴水量16.2 L·桶^-1)时,在0~30 cm区域内形成稳定的椭圆型离子淡化区,淡化区边缘形成了约10 cm宽的集盐区。在整个运动过程中,表层0~20 cm土层总体上脱盐速率的大小顺序为Cl^->Na⁺>总盐分>SO_4^2-> Mg2> HCO_3~->Ca²⁺>K~+。同时,表层土壤总盐分、Cl~-、SO_4^2-、Na~+的浓度与滴灌时间的函数关系更加符合倒数模型,滴灌后盐分淡化区内土壤的盐分类型由硫酸盐-氯化物型转变为氯化物-硫酸盐型。     

干旱区咸水滴灌土壤盐分的分布与积累特征

通过三年咸水灌溉田间试验,探讨了新疆干旱区膜下滴灌条件下,咸水灌溉后土壤中盐分的分布及积累特征。研究结果表明:膜下滴灌棉田持续利用咸水进行灌溉,土壤中盐分逐年增加,积盐程度随灌溉水盐度的增加而加重。地表滴灌土壤盐分的表聚明显;而地下滴灌在滴灌管上部土层盐分含量较高。与地表滴灌相比,地下滴灌的盐分会被淋洗到更深的土层。两种滴灌方式下,0￣100cm土壤平均盐度均逐年增加,且积累程度随灌溉水盐度增加而加重。在干旱区连续进行咸水灌溉,盐分的累积效应非常明显,如果不采取必要的洗盐措施,土壤中盐分最终会累积到危害作物生长的程度。