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。     

极端干旱区8个绿洲防护林地土壤水盐分布特征及其与地下水关系

通过两年的地下水位资料与8个防护林地土壤水分与盐分分布数据,分析了喀拉米吉镇砂土、壤土与粘土绿洲防护林地土壤水盐在0-150 cm深度的分布特征,结果表明:(1)土壤水分随土壤深度的变化趋势为:砂土林地表现为随土壤深度的增大土壤贮水量从60 cm深处开始呈"波峰"、"波谷"的交替;砂壤土林地土壤贮水量随土壤深度的增加而增加;粘土林地土壤含水率开始随着深度的增大而增大,至80-120 cm以后不再增大,甚至减小。(2)砂(壤)土林地土壤水分含量低且空间异质性大,粘土林地土壤贮水量高且空间异质性小。粘土林地土壤含盐量高、砂土林地土壤含盐量低,砂土林地的土壤电导率值在1.5 mS/cm以下,粘土林地的土壤电导率值在2.5 mS/cm以下。(3)喀拉米吉镇绿洲的8个防护林地中,土壤含水量高的林地含盐量也高,含水率低的林地含盐量也低。(4)林地土壤水分布随地下水位的变化趋势表现为:林地内150 cm土体贮水量随地下水位的上升大致呈增大的趋势,林地内的土壤贮水量与地下水位具有较强的负相关关系(R2=-0.81)。林地土壤含盐量随地下水位的变化趋势表现为:(砂)壤土林地的各层土壤盐度随地下水位的上升而下降,地下水位越浅,土壤盐度越小,地下水位越深,土壤盐度越大;粘土林地中,毛管力作用强,盐分运移速度快,从而表现出地下水位越浅,土壤盐度越大,特别是下层土壤(80-100 cm,100-120 cm,120-150 cm)较明显,即土壤盐度随地下水位上升而增大。     

不同农田防护林配置结构下玉米水分来源研究

由于气候条件干旱,合理平衡防护林与农田作物水分需求是河套灌区农田防护林林网体系建设的关键问题。为研究河套灌区典型农田防护林对农田作物水分来源的影响,选择河套灌区3种典型配置的防护林系统,测定并分析附近农田距农田边缘0.3,0.4,0.6,2 H处土壤含水率、土壤和作物茎秆水氢氧同位素值。结果表明：(1)7—9月各农田样地土壤含水率普遍较低,4,5行样地在近林端处土壤含水率均低于远林端处,8行样地各处土壤含水率没有明显差异。(2)各样地土壤水氢氧同位素随着土层深度的增加而贫化,其中,8行样地距农田边缘0.4～0.6 H处40—60 cm土层的土壤出现较大的同位素富集。(3)4行样地内距农田边缘0.3～0.4 H处玉米主要利用40—80 cm土层土壤水,0.6～2 H处玉米利用0—40 cm土层土壤水。5行样地0.3 H处玉米利用20—60 cm土层土壤水,0.4～2 H处玉米利用0—60 cm土层土壤水。8行0.3,2 H处玉米主要利用0—40 cm土层土壤水,0.4～0.6 H处玉米则更多地利用20—80 cm土层土壤水。研究认为,8行配置的防护林对农田作物水分利用范围影响更广,在不影...     

冬灌对冻融期干旱区荒漠绿洲农田土壤水热状况的影响

冬灌可显著改善土壤水热状况,对缓解"春旱"和促进农作物生长发育具有积极的影响。文章通过探究冻融期干旱荒漠区不同开垦年限的农田土壤水热变化特征,揭示冬灌对土壤水热变化及农田水量平衡的影响,为荒漠绿洲农田水分管理提供理论借鉴。研究选取了黑河中游荒漠绿洲过渡带新垦绿洲农田土壤和老绿洲农田土壤(灌耕风沙土和灌耕灰棕漠土),利用土壤温湿度监测仪(ECH_2O)测定的土壤含水量和土壤温度及模拟土柱测定的渗漏损失量,分析了冻融期土壤水热动态变化过程及冬灌对深层渗漏损失的影响。结果表明:老绿洲农田消融历时(26 d)显著长于新垦绿洲农田(12 d),新垦绿洲农田消融历时短不利于春季土壤水分的保持;且翌年土壤完全融化后,新垦绿洲农田浅层(0～40 cm)贮水量低于老绿洲农田;此外,160 mm的冬灌事件导致新垦绿洲农田深层渗漏量为老绿洲农田的4.1倍。新垦绿洲农田需考虑补充灌溉以保证春播作物正常出苗,老绿洲农田"蓄水保墒"生态效应优于新垦绿洲农田。因此,在干旱区荒漠绿洲过渡带农田水分管理中,需综合考虑深层渗漏和"冻后聚墒"效应,针对土壤质地差异实施动态的冬灌策略以保证灌溉水资源优化利用。     

梭梭和沙拐枣对风沙土壤水热盐动态的影响

为揭示塔克拉玛干沙漠公路防护林不同植物类型下土壤水热盐运移规律,于2015年5—9月采用CS656土壤水热盐三参数传感器对防护林内梭梭和沙拐枣根区土壤水分、盐分和温度进行实时监测,分析了气温与土壤温度的相互关系和土壤水盐动态变化规律。结果表明:(1)梭梭和沙拐枣根区土壤温度基本一致,气温与土壤温度呈极显著相关(p0.01),各土层间土壤温度相关性随深度的增加逐渐减弱;(2)受灌溉制度影响,防护林土壤水盐呈现出明显的周期性变化规律,梭梭和沙拐枣根区土壤水盐动态变化趋势相似。在垂直方向上呈单峰曲线,其峰值分别位于30,10cm土层处。其中,梭梭林下土壤可分为水分速变层、弱变层和稳定层3个土壤层次,而沙拐枣林下土壤可分为水分速变层和弱变层2个土壤层次;(3)灌溉后土壤湿润体均呈"半椭球形"分布,梭梭和沙拐枣根区土壤灌溉水影响深度分别为60,150cm,而土壤盐分呈"表聚型"分布,但尚未造成土壤盐渍化(1.0 mS/cm);(4)6—9月份梭梭根区土壤平均贮水量(116.34mm)略大于沙拐枣(100.99mm),土壤水分亏缺明显,都大于270mm。     

干旱绿洲区3种典型农田防护林的水分来源

[目的]研究对农田有重要防护作用的农田防护林在农田节水灌溉模式下的水分利用机制,为本地区农田和农田防护林的优化灌溉提供参考。[方法]利用稳定氧同位素(δ~(18) O)研究干旱绿洲区常见农田防护林胡杨(Populus euphratica)、沙枣(Elaeagnus angustifolia)和榆树(Ulmus pumila)在农田节水灌溉模式下的水分利用机制,根据直接判断法、IsoSource模型和吸水深度模型3种方法对结果进行了对比分析。[结果]不同时间,不同树种防护林水分利用来源不同。其中4月胡杨主要使用10—20cm的浅层土壤水,贡献率为83.3%;沙枣主要使用80—120cm和120—160cm的深层土壤水,其贡献率分别为50.6%和16.9%;榆树主要使用50—300cm的深层土壤水和地下水,累计贡献率为82.5%;5月胡杨主要利用浅层0—30cm的土壤水,贡献率为57.1%;沙枣和榆树转而利用表层0—10cm的土壤水,其贡献率分别为50.8%和52.7%;6月胡杨利用0—20cm浅层土壤水和地下水,贡献率分别为38.7%和10.5%;沙枣有76.9%的水分来源于10—20cm的浅层土壤;榆树主要水分来源中有49.1%来自于0—80cm,另有12.3%来自于地下水。同时研究得出胡杨4—6月的平均吸水深度分别为18,28,25cm,沙枣的平均吸水深度分别为118,37,34cm;榆树的平均吸水深度分别为95,37,29cm。[结论]选择农田防护林树种时,在保证防护林防护效益的同时,应选择搭配以深层土壤水或地下水为主要水分来源的种类,从而更加高效地发挥农田防护林的防护作用。     

毛乌素沙地农田土壤水分动态特征研究

毛乌素沙地农业种植以春玉米为主,水资源短缺是制约当地农业发展的主要因素,研究农田土壤水分动态对指导当地农业生产具有重要意义。本研究以原位试验为主,通过对地下水、土壤含水率、土水势、灌溉降雨、蒸腾蒸发等数据的监测和分析,对毛乌素沙地春玉米生长过程中的土壤水分动态特征进行研究。结果表明:地下水与土壤水之间存在明显的水力联系,Pearson相关性分析发现,各深度土壤含水率与地下水埋深之间均呈显著相关,其中40~60 cm深处相关性最大,相关系数大于0.8;地下水位的下降降低了土壤含水率稳定层的位置,削弱了上下层土壤之间的水力联系,不利于土壤水分的保持;玉米需水量增加和地下水位下降均会导致土壤含水率在垂向剖面上的不规律变化增强。通过对土壤含水率和土水势监测数据的分析发现,在玉米从苗期至蜡熟期的生长过程中,土壤水分动态经历了弱—强—弱的变化过程,并且20 cm深土层是春玉米的主要吸水层,30~40 cm是相对干燥层,由于田间灌溉在春玉米发生水分胁迫时进行,因此可利用30 cm和40 cm深土层含水率判断玉米是否需要灌溉。受春玉米生理作用影响,当10 cm深处土水势值下降到低于-0.18 bar时会出现根系提水现象。本研究结果可以为毛乌素沙地地区的农田水分利用及水资源管理提供重要的理论依据和参考信息。     

干旱区农田灌溉前后土壤水盐时空变异性研究

通过田间土壤剖面取样,测定了新疆奇台县干旱区农田灌溉前、灌溉后1 周和3 周土壤水盐的时空变异特征。结果表明: 灌溉前, 剖面各层土壤含水量较低(15.25%~16.70%), 且呈中等(偏弱)变异性; 剖面上部(40 cm 以上)土壤盐分呈强变异性, 而下部为中等(偏强)变异性。灌溉后1 周, 除0~20 cm(弱变异性)外, 其他土层水分及剖面下部盐分变异性未变, 但变异系数均减小, 上部土壤盐分转为中等(偏强)变异性; 剖面平均土壤含水量升高10.51%, 脱盐率达8.94%, 其中, 表层(0~20 cm)土壤水分增加率(118.48%)及脱盐率(20.86%)最大, 底层(100~120 cm)水分增加率(40.54%)及脱盐率(-6.93%)最小。灌溉后3 周与1 周相比, 各层(除80~100 cm 土层)水分及盐分的变异性保持不变, 但水分的变异系数增大, 而盐分的变异系数减小; 剖面平均含水量减少5.20%, 表层(0~20 cm)失水率(36.47%)最大, 80~100 cm 失水率(7.31%)最小; 表层土壤积盐率(4.55%)约为20~40 cm 土层的12 倍; 而40 cm 土层以下仍处于脱盐阶段, 40~80 cm 土壤脱盐率减小, 80~120 cm 土层脱盐率(9.03%)增大。     

咸水非充分灌溉条件下土壤水盐运动SWAP模型模拟

为了研究咸水非充分灌溉条件下土壤水盐动态变化规律,该文在2013年田间试验的基础上,利用试验观测数据,对SWAP模型进行了率定和验证,并对咸水非充分灌溉条件下土壤剖面水分和盐分通量变化过程进行了模拟和分析。研究结果表明:SWAP模型模拟值较好地反映了实测值的变化趋势,经过率定和验证后的SWAP模型能够较好地模拟土壤水盐的动态变化规律以及制种玉米的产量情况。在制种玉米苗期阶段,3种灌水处理40 cm以上土壤剖面的水分通量主要以向上为主;在灌水和降雨阶段,各处理土壤剖面的水分通量主要向下,且灌水量越大的处理,向下的水分通量越大;在土壤蒸发阶段,各处理60 cm以下土壤剖面的水分通量向下,且向下的水分通量逐渐减小。土壤盐分通量模拟结果与土壤水分通量具有类似的规律,60 cm以下土壤剖面的盐分通量主要向下,表明土壤盐分主要向深层土壤运移。研究结果可为该研究区域咸水非充分灌溉制度的制定提供理论依据。     

黑河中游农田荒漠过渡带土壤冻融过程中水热动态

以黑河中游典型农田荒漠过渡带为例,对过渡带3种景观单元冻融期土壤水热动态进行了野外定位监测。结果表明:(1)土壤温度随气温剧烈变化,变幅随土壤深度的增加而减小,3种景观单元土壤温度变幅由剧烈到平缓的顺序为:荒漠农田防护林,并依次形成60,100和80cm深的冻土层;(2)受土壤性质和地表覆盖的影响,冻融过程中,农田、防护林土壤含水量变化明显,且农田土壤水分含量4月初达到最大值,而荒漠土壤含水量则基本保持不变;(3)土壤水分变化滞后于土壤温度的变化,防护林土壤水和温度变化较农田缓慢;(4)浅层地下水位在冻结期下降,融化期回升,且回升速率大于下降速率。冻融过程可有效减小土壤水分的蒸发和渗漏,冻后聚墒明显,利于下层土壤水分的保持,对于来年植物生长具有一定的意义。     

黄土丘陵枣林非生育期土壤水分 损失及其剖面气态水分析

针对黄土丘陵半干旱区枣林地土壤干化缺水严重的现象,利用2012—2015年土壤水分、温度等实测数据,分析枣林土壤水分损失的运动规律及其机理。结果表明:休眠期是枣林地土壤水分损失十分严重的阶段,0—200cm土层土壤水分损失量达到85.64~92.34mm,大约是同期降雨量的2倍。蒸发是休眠期土壤水分损失的主体。在垂直剖面上,休眠期土壤水分损失自上而下呈现减少趋势,土壤水分由地下向上运移,最终在近地表以气态水形式散失到大气。土壤气态水运动的活跃层在0—11cm土层间,最大深度为540cm。受温度、相对湿度等因素的影响,土壤气态水通量随土壤深度增加而减少。     

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。     

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。     

南亚热带森林演替过程土壤水分、有机质和交换性阳离子的变化格局

Information on the distribution patterns of soil water content （SWC）, soil organic matter （SOM）, and soil exchangeable cations （SEC） is important for managing forest ecosystems in a sustainable manner. This study investigated how SWC, SOM, and SEC were influenced in forests along a successional gradient, including a regional climax （monsoon evergreen broad-leaved forest, or MEBF）, a transitional forest （coniferous and broad-leaved mixed forest, or MF）, and a pioneer forest （coniferous Masson pine （Pinus rnassoniana） forest, or MPF） of the Dinghushan Biosphere Reserve in the subtropical region of southern China. SWC, SOM, and SEC excluding Ca^2＋ were found to increase in the soil during forest succession, being highest in the top soil layer （0 to 15 cm depth） except for Na^＋. The differences between soil layers were largest in MF. This finding also suggested that the nutrients were enriched in the topsoil when they became increasingly scarce in the soil. There were no significant differences （P = 0.05） among SWC, SOM, and SEC. A linear, positive correlation was found between SWC and SOM. The correlation between SOM and cation exchange capacity （CEC） was statistically significant, which agreed with the theory that the most important factor determining SEC is SOM. The ratio of K^＋ to Na^＋ in the topsoil was about a half of that in the plants of each forest. MF had the lowest exchangeable Ca^2＋ concentration among the three forests and Ca^2＋：K^＋ in MPF was two times higher than that in MF. Understanding the changes of SWC, SOM, and CEC during forest succession would be of great help in protecting all three forests in southern China.     

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。     

小麦/玉米间作畦沟分灌土壤盐分迁移特征

针对内蒙古河套灌区小麦/玉米间作常规灌溉模式下农田灌溉水浪费严重、土壤盐碱化日益加剧等农业生产现状,结合垄作沟灌技术,在灌区开展小麦/玉米间作畦沟分灌,并对畦灌和畦沟分灌两种灌水模式下间作群体作物根系区土壤垂向剖面内盐分的动态平衡进行了对比分析。结果表明:间作群体整个生育期,经历多次灌溉后,并未将土壤盐分有效排除农田,反而在灌溉及矿质化地下水补给作用下表现为积盐态势,将灌溉水及矿质化地下水携带的盐分聚集在根区土壤中,畦灌和沟灌玉米田单位面积土体储盐量平均增加211.08 g/m²,300.34 g/m²,差异显著。常规畦灌小麦田和畦沟分灌小麦田储盐量分别增加202.91 g/m²,200.43 g/m²,差异性不显著。畦灌和沟灌玉米土壤储盐量变化分别以0—60 cm和20—60 cm最大,且沟灌玉米整个生育期耕层0—20 cm土壤处于积盐状态,小麦各土层储盐量变化则以0—40 cm最大。研究结果可为畦沟分灌技术在河套灌区的推广应用提供技术支撑。     

不同微咸水灌水量条件下覆砂措施对土壤水盐运移的影响

采用室内土柱模拟试验,对比研究了不同微咸水灌水量条件下覆砂与不覆砂对土壤水盐分布和运移的影响,以期为压砂地合理利用微咸水提供理论支持。结果表明,与不覆砂相比,覆砂增加了土壤水分下渗深度,最大增加深度可达8 cm;减少了试验期间土壤水分累计蒸发量,低、中、高3个灌水量分别减少了74%、54%和21%,减少幅度随灌水量增加有降低的趋势。在土壤水分再分布过程中,土壤剖面出现明显分界点,覆砂提高了分界点处土壤水分含量,增加量为2%~5%;保蓄了上层土壤水分含量,尤其是低灌水量时,不覆砂处理0~20 cm土壤水分含量在试验期间减少幅度达到34%,而覆砂处理仅减少了16.9%;增加了下层土壤水分含量。同时,覆砂明显抑制了表层土壤盐分累积,抑制幅度达到92.4%~95.2%;提高了土壤剖面盐分峰值处盐分含量,提高幅度在11.02%~37.55%;盐分峰值的位置随着试验时间延长不断向下运移。表明,微咸水灌溉条件下,覆砂措施通过减少土壤水分蒸发和增加土壤水分入渗而抑制表层土壤盐分累积,促进土壤盐分向下层运动。     

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。