利用GPR多频天线振幅包络平均值法估算滴灌棉田土壤盐分含量

土壤盐渍化问题严重制约着农业经济发展,快速准确地掌握农田土壤的盐渍化信息是盐渍化防治的前提。为准确快速地了解滴灌棉田土壤盐分含量情况,该研究采用探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)多频天线(250 MHz和1 000 MHz)对典型滴灌棉田土壤进行探测,通过GPR振幅包络平均值法(Average Envelope Amplitude,AEA)获取土壤视在介电常数,以Dobson盐渍土介电模型(Dobson dielectric model of saline soil,Dobson)为理论工具,估算滴灌棉田土壤的盐分含量。同时,将视在介电常数、土壤容重、含水率和土壤黏粒含量5个参数设置为模型输入变量,采用多元线性回归方法(Multiple Linear Regression,MLR),建立膜下滴灌棉田土壤盐分反演模型,并使用BP神经网络(Back Propagation neural network,BP)进行模拟预测。最终,以实测盐分为基准,评价MLR模型、BP模型和Dobson模型反演盐分含量的效果。结果表明:1)探地雷达250 MHz和1 000 MHz频率天线AEA法探测的有效深度均为0～30 cm。2)1 000MHz频率天线AEA法获取的介电常数与实测含水量有较好的多项式关系,且实测含水量和反演含水量拟合效果和精度较好,决定系数R~2为0.96,均方根误差RMSE为1.61%,平均误差率MER为7.25%。3)3种盐分反演模型中,Dobson盐渍土介电模型反演精度明显高于其他2种方法,R~2达到0.91,RMSE为0.313 g/kg。因此,利用GPR多频天线AEA法估算滴灌棉田土壤盐分含量是可行且可靠的。该法为反演土壤盐分含量提供新途径,丰富了盐分含量探测的方法及手段。     

棉田膜下滴灌年限对土壤盐分累积的影响研究

针对新疆土壤盐碱化开发利用和防治土壤次生盐渍化的问题,以新疆121团不同滴灌年限棉田作为研究对象,通过试验得出棉田在膜下滴灌条件下土壤盐分累积规律.结果表明:滴灌条件下,土壤垂直方向上60～80 cm土壤表现积盐.灌后地表0-5 cm土壤容易返盐;水平方向上土壤盐分随着距滴头距离的增加而增加.土壤盐分在生育期的变化遵循"盐随水动"的规律,膜内土壤与膜间土壤的盐分变化具有明显差别,生育期结束时,膜间0-20 cm土层盐分累积显著.随着膜下滴灌年限的延长,土壤盐分在灌前累积的层次逐渐向地表迁移,吐絮期时土壤垂直剖面各个层次之间盐分差异极显著,呈现表层和底端盐分含量大,中间盐分小的分布特征,滴灌年限相差6～7 a的棉田0-100 cm深度内盐分总量差异达到显著水平,并且土壤盐分随膜下滴灌年限延长呈逐渐累积的趋势.     

准葛尔盆地南缘不同土壤质地棉田膜下滴灌盐分运移规律研究

为详细分析准葛尔盆地南缘不同土壤质地棉田膜下滴灌盐分的运移规律,主要从不同生育阶段、滴灌年限、水平方向、垂直方向不同土层、总盐含量与产量的线性关系等5个方面对膜下滴灌盐分的运移进行了分析比对,初步得出:随着生育期的推后,各土层含盐量都有不同程度的加大;垂直方向盐分的积累在0-60 cm土层逐渐增加,60-100 cm土层盐分积累受膜下滴灌影响较小;水平方向背行(露地部分)中央土层处盐分积累最多,滴头处盐分积累最少;不同滴灌年限中滴灌年限越长,棉田中的盐分积累就越多,壤土和砂土中的盐分分布较粘土中的呈更规律的变化;分析认为定期大水漫灌洗盐、做好舂复水工作,以及恢复排碱渠功能是土壤脱盐的必要手段.该研究可以为准葛尔盆地南缘不同土壤质地棉田土壤次生盐渍化防治提供理论依据.     

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。     

新疆浅层暗管排水降低土壤盐分提高棉花产量

土壤盐渍化问题严重制约着干旱区农业可持续发展,为达到土壤脱盐的效果,增加作物产量,该文针对膜下滴灌棉田,采用完全随机试验方案,在装有暗管的中度和轻度盐渍化土壤上种植棉花,分析暗管降盐技术对轻度和中度盐渍化农田土壤盐分变化规律及棉花产量的影响。结果表明:轻度和中度盐渍化农田土壤盐分剖面特征均由表聚型向脱盐型变化,中度盐渍化土壤0~20 cm土层盐分下降最快,其他土层盐分含量均呈现显著下降趋势;轻度和中度土壤最高脱盐率分别为50.96%和90.89%,中度盐渍化土壤盐分可降低至轻度水平;暗管排水的电导率变化范围为7.53~11.16 dS/m,pH值变化范围7.08~8.20;轻度和中度盐渍化棉田增产幅度分别为25.3%和55%。研究表明与滴灌配套的浅层暗管排水降盐技术可有效治理盐碱土壤,提高作物产量,该研究可为盐渍化土地的可持续利用提供依据。     

膜下滴灌棉田土壤水盐运移简化模型

滴灌农田土壤盐分积累是关系到这一方式是否可持续的重要问题,数值模拟是研究这一问题的重要手段,然而目前缺乏针对这一问题的可用模型。该文构建了一个滴灌土壤水盐运移简化模型,通过将膜下滴灌土体划分为若干单元格,通过滴灌入渗饱和湿润体形成、毛管扩散运移2个过程实现滴灌土壤水盐运移模拟,该模型包含有降水再分配、根系吸水、土壤蒸发等水文过程。于2010年在新疆石河子大学灌溉试验站微咸水滴灌试验,对构建的模型进行校正和验证,结果显示,该模型较好地模拟了膜下滴灌土壤水分与盐分运移过程以及土壤盐分积累特征,研究结果可为膜下滴灌条件下棉田土壤盐分积累及其影响因子研究提供基础。     

于田绿洲土壤盐分特征分析

于田绿洲土壤盐渍化日趋严重,直接影响当地农业发展和生态环境建设.本文选取于田绿洲中不同土地类型的土壤垂直剖面,对土壤盐分、可溶性离子及其相应地下水各个离子、矿化度进行测定;运用统计特征值、趋势面等方法进行分析.结果表明,于田地区盐渍化程度较为严重,可用耕地较少.农田盐渍化程度远低于其它土地类型区.盐渍化区土壤盐分垂直剖面上表现为漏斗型,表聚现象明显;农田、交错带盐分垂直剖面上表现为上下剖面盐分含量大,中部含量小,表明这片区域排碱能力较好.并且盐渍地相对于农田,含盐量及一些主要离子的空间变异性远远超出农田变异,并且不同土壤的盐分特征明显不同.上述研究为于田绿洲生态环境改善提供了一定的理论基础.     

南疆膜下滴灌棉花花铃期土壤盐分分布研究

膜下滴灌在节水灌溉同时,会增加了土壤次生盐渍化风险,不利于农业生产。本文选取南疆棉花花铃期典型膜下滴灌地,分别在滴头下,棉花窄行间,背行3个位置分层取样,测定土壤盐分含量,分析其盐分在水平方向和垂直方向上的分布规律,发现膜下滴灌的土壤盐分分布规律会因不同的滴灌模式等差异而与一般性规律有所不同。结合当地实际生产条件,分析盐分分布对于指导当地农业生产具有重要意义。     

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.     

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。     

灌溉灰钙土水盐动态之初步研究

宁夏南部气候干旱,淡水十分缺乏,但苦水资源尚丰,为了提高农业生产,势必发展苦水灌溉。该区为底层盐化灰钙土,苦水灌后大量盐分积累在上层土壤中,导致表土很快发生次生盐渍化,影响农业生产的进一步发展。土壤盐分随水分而运动,两者在行迹上是密切一致的。土壤的积盐和脱盐,就是土壤水分随着灌水及气候季节变化而运动的结果。     

冬季咸水结冰灌溉下滨海重盐碱地土壤水盐动态及对棉花出苗和产量的影响

在河北省滨海区,连续3年对当地的盐碱地进行了冬季咸水结冰灌溉,并对土壤的耕层水盐动态、棉花出苗和产量以及植株的盐离子状况进行了观测。结果表明:利用矿化度为8.15~14.27 g.L 1、灌水量为180mm的地下咸水,对滨海盐碱地进行冬季结冰灌溉,后期结合地膜覆盖可显著降低土壤盐分含量和提高土壤含水量。咸水结冰灌溉处理2009—2011年棉花播种期土壤盐分含量分别为0.32%、0.29%和0.17%,土壤含水量分别为26.2%、25.0%和24.2%,保证了棉花正常出苗,3年的棉花出苗率均达到85%以上。结冰灌溉年限越长越有利于土壤盐分的淋洗。苗期棉花根、茎和叶片Na+含量比对照降低57.6%~64.5%,而相应的K+和Ca2+含量显著高于对照(不灌溉不覆膜处理)棉苗,避免了对苗期棉花的单盐伤害。随着当地雨季的来临,棉田耕层土壤可实现周年脱盐,保证了棉花的正常生长,籽棉产量达到2 643.8~3 607.7 kg.hm 2,并且3年的产量呈逐年上升趋势,实现了滨海重盐碱区水土资源的高效利用和棉花丰产。     

Salt accumulation and its control on the plains of Central Asia

The water-salt budget on the plains of Central Asia in natural conditions and under significant anthropogenic impact (irrigation and construction of hydraulic engineering systems) is analyzed. It is shown that up to 87.2 million tons of salts are annually transported to the plains of Central Asia from the surrounding mountains. Under natural conditions, the larger part of the salts was discharged into the Aral Sea, Balkhash and Issyk-Kul lakes, and into deep closed depressions (Tuzkan, Sarykamysh, and others). Thus, these salts were generally excluded from the geochemical turnover. Only 40% of the salts entered the deposits and groundwater of the plains. Irrigation has transformed the water-salt budget in the area. The input of salts into the groundwater and soils increased by 30% and induced the development of soil salinization in the region. Measures for salinization control are suggested. It is necessary to stop the discharge of drainage water into the rivers and the use of saline water for irrigation purposes. The existing irrigation systems should be reconstructed, and the irrigated areas should be reduced.     

水盐交互作用对河套灌区土壤光谱特征的影响

为探究土壤水盐交互作用对Sentinel-2卫星光谱特征的影响，该研究以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域为研究区域，分别在2018年和2019年的4-5月共采集280个裸土期表层土壤样本，测定其土壤含水率和含盐量，并获取同步的Sentinel-2卫星遥感数据，构建基于土壤水盐-反射率原理的土壤光谱特征理论模型，在此基础上结合土壤水盐交互作用构建水盐交互模型，并比较2种模型对土壤光谱的模拟效果，分析土壤水盐交互作用对土壤光谱估算的影响。结果表明：1）土壤水盐交互作用对光谱的影响因波段类型和水盐含量的不同而有所不同。在可见光范围上影响相对较弱，其作用范围为-0.11～0.29；在近红外和短波红外范围上影响相对较强，其作用范围为-0.35～0.61；当水分或盐分中某个含量较高时对光谱影响较弱，其主要集中在-0.1～0.23；，在水盐含量程度相似时影响较强，其作用范围为0.3～0.6。2）与土壤光谱特征理论模型相比，水盐交互模型能明显地改善土壤光谱的模拟效果，能将模拟相关系数由0.14～0.44提升到0.29～0.70，均方根误差由0.032～0.082降低到0.029～0.068。该研究结果揭示了盐分和水分对光谱特征的干扰过程，为土壤盐分的估算提供策略与方法，对实现区域尺度上土壤盐分的精准监测具有一定的意义。     

滨海盐渍区海水养殖废水利用与减蒸抑盐措施研究

在半干旱的莱州地区,利用微区试验研究了海水养殖废水灌溉和秸秆覆盖双重作用下滨海盐土水盐行为及其耐盐能源作物(菊芋)效应。结果表明:秸秆覆盖能明显抑制土面蒸发,具有很好的保墒效果;秸秆覆盖能明显减弱土壤盐分的表聚作用,有效缓解了盐分对作物的直接接触危害。因海水养殖废水灌溉带入土体的大量盐分通过低频次的补充灌溉措施,以及夏季雨水的自然淋洗,土壤表层盐分在可控范围之内。秸秆覆盖能改善作物株形,显著增加作物产量,为我国滨海盐碱地区高矿化度的咸水资源有效利用以及耐盐能源作物生产提供了基本依据。     

Salt-affected soils of the Barguzin Depression

Factual materials on salt-affected soils in the Barguzin Depression (Buryat Republic) are generalized. A geomorphic map of the depression has been developed. The distribution of salt-affected soils and the specificity of salinization in different geomorphic regions are characterized. These soils tend to be developed within the low lacustrine–alluvial plain of the depression, on the floodplain of the Barguzin River and its tributaries. Smaller areas of salt-affected soils are found on the river terraces. They are virtually absent on ancient sandy ridged terraces (kuituns). The genesis and chemistry of soil salinization are mainly related to the discharge of slightly saline deep water along tectonic faults and fissures. An additional source of soil salinity is represented by surface water flows. The presence of permafrost preventing the leaching of salts and the cryoarid climate favoring the migration of salts toward the soil surface during the dry spring and early summer periods and during the soil freezing in the winter contribute to the soil salinization. Slightly saline hydromorphic solonchakous soils predominate among salt-affected soils of the depression; the portion of semihydromorphic saline soils is smaller. Automorphic saline soils rarely occur in the depression. Strongly saline soils— solonchaks—are widespread within lacustrine depressions around salt lakes. Soils of the soda and sulfate salinization predominate. The content of chlorides is small; their increased amounts, as well as the presence of sulfates, are indicative of the discharge of dee ground water onto the surface. The soda type of salinization is also related to the discharge of deep stratal water with further transformation of salt solutions during freeze–thaw cycles. Under anaerobic conditions, the formation of soda is favored the processes of sulfate reduction.     

外包土工布暗管排盐条件下水盐运移规律

为揭示外包土工布暗管埋设在非饱和带时淋洗后水分和盐分的运移规律,该文设计了模拟暗管排水的室内试验,研究2种土壤初始状态下(非饱和状态和田持状态),排水初期暗管与地下水位的相对位置及其排水排盐情况,从开始淋洗至暗管停止排水全过程中地下水埋深及含盐量变化规律、暗管的排水排盐效果及土壤剖面的水盐动态运移规律。结果表明:在暗管周围包裹土工布的情况下,土壤初始状态无论是非饱和还是田持,当暗管开始排水时地下水均已完全淹没暗管,此时的排盐量最大,流量呈先增大后减小的变化趋势,且地下水位先升高后降低,地下水含盐量随着淋洗水量的增加由累积转变为脱盐。对比淋洗非饱和土壤(试验1)和淋洗田持土壤(试验2)的试验结果,试验2中暗管的排水、排盐效果优于试验1,在试验1中淋洗非饱和土壤时,土壤脱盐率在垂直方向上随土壤深度的增加逐渐降低,0~20 cm土层的脱盐率(>85%)最大,降至无盐水平,暗管周围土壤脱盐率相对较小(<60%),仍处于中度盐渍化水平;水平方向上,0~20 cm土层的脱盐率差异不大,20~40 cm土层中距暗管越远其脱盐率越小。试验2在试验1基础上进行,淋洗田持土壤时,0~20 cm土层盐分不再变化,30~40 cm土层的脱盐率增大(>60%)。此外,试验1中淋洗脱盐效果大于暗管排盐效果,暗管主要排出暗管以上土壤盐分;试验2中暗管排盐效果增强,暗管不仅排出暗管周围土壤盐分,而且排出暗管以下土层及地下水中盐分,随着淋洗水量的增加,土壤由脱盐型转变为排盐型。研究结果表明外包土工布暗管的应用效果受地下水与暗管相对位置的影响,合理提高淋洗水量可以增强暗管排水排盐效果及土壤脱盐效果,有效改善土壤盐渍化。研究结果可为西北内陆干旱地区不同地下水埋深条件下暗管排盐技术的推广和应用提供理论支撑和科学指导。     

松嫩平原西部盐渍荒漠化机理研究

选择松嫩平原西部盐碱化程度最高的大安市叉干镇明乐村,研究碱斑地的蒸散过程、土壤水分入渗过程,以及盐分运移和水盐平衡规律,进一步探讨该地区盐渍荒漠化的形成机理。结果表明:碱斑地没有植被覆盖,蒸散过程以土壤蒸发为主,水分运动带动盐分大量向土表积累;碱斑地土壤水分入渗率低,下行盐分远远小于上行盐分。土壤表层盐分累积的结果,使得该地区的草地景观退化,碱斑地面积增加,导致盐渍荒漠化程度加剧。     

盐碱地水盐运移理论及模型研究进展

我国盐碱地分布广泛,总面积达3600万hm2,土壤盐渍化问题已经成为制约农业可持续发展的重要因素之一。盐碱地治理和改良的关键在于探究土壤水盐运移规律,而水盐模型是模拟和预测农田土壤水盐动态变化最为有效的途径。目前围绕土壤水盐运移的基本理论及模型应用的研究已取得长足的进步,包括水盐运移机理研究及其影响因素和数值模型研究,对其全面分析有助于厘清当前盐碱地水盐运移研究现状,为我国盐碱地改良研究提供借鉴。本文从水盐运移理论机理、影响因素及模型应用等角度进行综述,重点分析了几种常用水盐模型的优缺点及应用效果,并指出未来水盐模型研究应更好地结合GIS技术进行区域/流域尺度上展开。