膜下滴灌水盐运移影响因素研究

通过室内盐碱土入渗模拟试验 ,探求了膜下滴灌滴头流量、灌水量、土壤初始含水量、土壤初始含盐量等因素对土壤水盐运移的影响。研究结果表明 :滴头流量的增加 ,地表积水范围增大 ,湿润体垂直距离减小 ,滴头附近的含水量增加 ,不利于作物正常生长的淡化区的形成 ;灌水量的增加使得湿润体的范围增加 ,同时有利于作物正常生长的淡化区的形成 ;土壤初始含水量增加 ,湿润体范围增大 ,滴头附近的含水量增加 ,但不利于作物正常生长的淡化区的形成和超过作物耐盐度的淡化区的发展 ;土壤初始含盐量的增加使得达标脱盐系数减小。这对合理利用膜下滴灌技术体系开发盐碱地提供一定的指导 ,有利于为滴灌系统的设计提供更合理的技术参数和进行膜下滴灌条件下的盐分管理。     

滴灌施钙土壤水盐运移特征的田间试验研究

盐碱地的改良措施主要有水利改良、化学改良、生物改良。随着农业灌溉水的日益缺乏,水利改良盐碱地已受到一定程度的限制,化学改良和生物改良引起大家的重视。在化学改良中主要是通过添加钙离子含量降低钠离子含量,从而改善土壤结构性能,增加土壤的渗透性和通气性[1]。在盐碱地上,钠离子过多会严重影响土壤的结构,使其通气透水性能大为减小,形成土壤板结现象,严重的影响作物对水分和营养的吸收以致无法正常生长。通过在盐碱地上施加钙离子置换吸附在土壤胶体的钠离子,降低在作物根区范围的钠离子含量。同时近年来在新疆等地大面积推广的膜下滴灌开发利用盐碱地和防治次生盐碱化方法已经取得了显著成效。国内许多就膜下滴灌水盐运移特征     

膜下滴灌系统不同应用年限棉田根区盐分变化及适耕性

盐碱地长期膜下滴灌作物根区土壤盐分是否累积及适宜耕作问题引起很多学者关注和思考,并成为制约干旱区农业生产、影响绿洲生态稳定和膜下滴灌可持续应用的重要因素。该文通过对新疆典型灌区5块不同膜下滴灌应用年限农田进行连续4a的定点监测,尝试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,新疆干旱区绿洲膜下滴灌棉田0～60 cm膜内根区盐分随滴灌年限呈降低趋势,在滴灌1～4年根区总盐变化幅度及降低幅度均较大,滴灌5～7a盐分继续小幅降低,根区平均含盐量均低于5 g/kg,棉花根系生境合适,基本满足耕种条件,棉苗存活率在60%以上,产量在5 250 kg/hm2以上;滴灌8～15 a盐分趋于稳定,根区平均含盐量均低于3 g/kg,且Cl-含量低于0.12 g/kg时,棉花成活率及产量较高且稳定,棉苗存活率在90%以上,产量在6000 kg/hm2以上,根区土壤盐分中Na+与Cl-随滴灌年限降低趋势明显。当地的灌溉制度是造成根区盐分降低的主要原因,坚持现行的灌水制度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。     

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。     

盐碱地改良技术研究现状与新发展

研究优化盐碱土壤改良技术,对合理利用盐碱地,提高土地生产力,缓解我省耕地少、后备土地资源不足矛盾,实现农业可持续发展具有重要意义。多年来,在盐碱地利用上,主要采用化学改良、生物改良、工程改良和农业措施改良等技术,取得了明显成效。应用覆膜加气滴灌改良盐碱土壤是一项新技术,通过加气装置连接地下滴灌系统,把掺气水输送到作物根区灌溉,调控土壤气体环境,改善植物根系和土壤微生物呼吸,可间接影响土壤理化性质,促进农作物生长提高产量。我省共有盐碱地30万hm2,占平川土地面积的9.9%,大力研究推广覆膜加气滴灌技术,对完善现有的盐碱地改良技术体系,十分重要。收集整理了大量文献,综述了盐碱地改良技术。     

曹妃甸滨海盐碱地梯田式吹填土绿化方法

唐山曹妃甸国际生态城的土壤组成为退海成陆的滨海盐土和潮滩土,造林绿化的难度很大。为此,开展了滨海盐碱地梯田式吹填土绿化技术试验研究,通过抬高地面、梯田式造型整地实现了雨水的有效拦蓄利用,不但能增加保水保肥能力,而且可以充分淋洗土壤、降低盐分,同时解决了滨海盐碱地园林绿化淡水资源不足的问题。经过测定,改良后土壤盐分降低至0.3%以下,土壤养分中的全氮、有效磷、速效钾达到了较高水平,植物成活率达到95%以上,且与传统原土绿化方法比较节约成本50%以上。     

土壤容重对浑水膜孔灌单点源自由入渗特性的影响

为揭示土壤容重对浑水膜孔灌单点源自由入渗条件下土壤水分入渗特征的影响,通过开展不同土壤容重的浑水膜孔灌自由入渗试验,研究了土壤容重对浑水膜孔灌自由入渗能力、湿润体特征及土壤含水率分布的影响,提出了不同土壤容重的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量和稳定入渗率模型;建立了浑水膜孔灌自由入渗率、湿润锋运移距离与土壤容重的关系。结果表明:浑水膜孔灌自由入渗随着土壤容重的增大,单位膜孔面积累积入渗量、稳定入渗率以及水平湿润锋运移距离都逐渐减小;在相同入渗时间内,随着土壤容重的增大,距膜孔中心相同位置处的土壤含水率减小。该研究成果可为更深入的研究浑水膜孔灌自由入渗规律和浑水膜孔灌技术提供参考。     

春玉米不同生育期土壤湿润层深度调控的稳产节水效应

局部根区水分胁迫可以调节作物的产量、品质及水分利用效率。现有研究多通过调控水平方向作物根区土壤水分分布来构建适宜局部根区水分胁迫环境,而水平方向根区土壤水分分布的调控存在局限性。该文以石羊河流域春玉米为研究对象,通过覆膜和控制不同生育期计划湿润层深度来实现根区土壤水分的垂向调控,分析了调控措施对不同深度土层水分、作物生长指标及水分利用效率的影响。结果表明:根区土壤水分垂向调控措施可以有效调控作物根系分布及根区土壤水分的时空变化;调控中选用大的计划湿润层深度可以有效增加深层土壤内的根长密度及其分布比例,减小不同深度土层水分差异;在调控中,水分胁迫多出现于下部土层(50~100 cm),且含水量随时间在胁迫阈值上下波动,存在空间上的局部水分胁迫和时间上的干湿交替,所构建的水分胁迫环境较为理想;该调控措施亦可对灌水量及作物耗水量进行调控,能够调节作物对降雨及深层土壤水的利用,在各生育期使用较大或较小计划湿润均可以增加对非灌溉水的利用,其中,大的计划湿润层深度有利于对深层土壤水的利用;根区土壤水分的垂向调控也会影响干物质在各组织器官间的分配,实现增产增收。以灌溉水利用效率及水分利用效率来评价各调控方案节水效果,最优根区土壤水分垂向调控方案为:地膜覆盖,灌水下限设为65%田间持水量,苗期计划湿润层深度为30 cm,拔节期计划湿润层深度为40 cm,抽雄期至成熟期计划湿润层深度为50 cm。     

黄河三角洲盐碱地造林绿化关键技术

[目的]解决黄河三角洲地区盐碱地改良造林绿化的难点。[方法]分析黄河三角洲目前的盐碱地资源和特点,阐述盐碱地改良与造林绿化现状。在此基础上,依据前人的技术和研究成果,结合作者多年来盐碱地生态改良的研究与实践。[结果]提出了适宜黄河三角洲盐碱地造林绿化的关键技术:(1)利用传统方法造林绿化改良盐碱地;(2)重视新技术和新成果的应用。[结论]利用盐碱地造林绿化关键技术,实现黄河三角形洲滨海盐碱地改良是切实可行的。     

农田墒情动态二区模拟模型

为准确模拟土壤计划湿润层内墒情动态变化,基于土壤-植物-大气连续体物质能量运动及土壤水动力学的基本理论,考虑作物根系伸展和吸水特性,把土壤水分变化土层划分为随作物根系伸展而改变深度的包含主要根系的动态根区和无根系的储水区,构建了变根区墒情动态二区模型。模型根区深度随着作物根系伸展改变,以此准确表达土壤计划湿润层内墒情的动态变化;将储水区的土壤水分作为模型变量,计算根区下界面水分通量,由此间接地考虑了深层土壤水分对作物蒸发蒸腾量的影响。将模型拟合误差作为目标函数,采用自由搜索算法率定模型参数。应用建立的模型进行墒情模拟,模拟相对误差小于±5%和±10%所占的比例分别为49.09%和94.55%;经t检验和回归分析表明预测值和实测值相差不大,具有较好的一致性,决定系数为0.779,模型具有较高的模拟精度,能准确反映计划湿润层内墒情的变化。     

不同改良措施下新疆重度盐渍土壤盐分变化与脱盐效果

为了比较盐渍化土壤不同改良措施的治理效果,以新疆新开垦的重度盐渍化农田为研究对象,设置5个处理分别为农业改良措施、根区隔盐+农业改良措施、暗管排盐+农业改良措施、化学改良+农业改良措施和天然对照区,通过3 a的试验研究土壤盐分运移的影响因素、动态变化与不同改良措施脱盐效果。结果表明:人为灌溉、农田蒸散量、地下水埋深与土壤盐分均达到极显著相关,生育期灌水对耕层土壤盐分影响最大,相关系数为-0.871。整个改良过程中农业改良措施处理表层和底层盐分含量较高,根区隔盐处理盐分表聚现象明显,暗管排盐、化学改良处理均表现出底层盐分明显高于表层。从各处理3a的脱盐效果来看,第1年脱盐效果均不理想,第2年脱盐率显著提升,其中根区隔盐和暗管排盐处理各土层脱盐率均超过44%,改良效果最好,由于土壤总盐分含量减少第3年各措施脱盐率明显降低。总体来看,各改良措施均能够有效降低耕层土壤盐分,根区隔盐、暗管排盐处理在0~80 cm耕层脱盐率分别为61.33%、59.37%,优于其他处理;化学改良处理0~40 cm土层脱盐效果优于底层,其脱盐率为55.32%,明显高于农业改良处理的脱盐率45.42%,但0~80 cm土层脱盐率2处理间差异不大。新疆盐碱化程度重,农田根区隔盐、暗管排盐工程改良结合农业深耕、秸秆还田、增施有机肥等措施是综合治理重度盐渍化土壤的有效途径,研究结果能够为新疆干旱区盐渍化土壤有效改良和合理开发利用提供理论依据和参考。     

自然和工程措施条件下吹填土壤脱盐过程模拟

为探明滩涂围垦区吹填土壤在自然和工程措施条件下的脱盐过程、脱盐速率及脱盐历时,该研究以浙江台州东部新区涂面整理区为例,采用在田间水文模型DRAINMOD基础上开发的DRAINMOD-S模型研究了该区域吹填土自然和不同工程措施(集雨措施、生物措施及不同暗管排水措施组合)条件下的脱盐过程。结果表明DRAINMOD-S模型能够较好的模拟出吹填土的水文变化过程和盐分淋洗过程:预测的地下水位埋深变化与实测值变化范围与趋势基本一致,其平均偏差为-3.40 cm,平均绝对偏差为6.90 cm,均方根误差为8.60 cm,相关系数为0.79;土壤盐分模拟值与实测值的平均偏差为-0.08 g/L,平均绝对偏差为0.20 g/L,均方根误差为0.24 g/L,相关系数为0.91;吹填土盐分在自然降雨和现状规划河道排水的作用下整体呈缓慢下降的趋势,年平均脱盐速率为0.45 g/L左右,土壤达到脱盐标准的时间约为27 a;该研究提出的工程措施能够极大缩短吹填土的脱盐进程,可将年平均脱盐速率提高至0.73～1.80 g/L,脱盐历时缩短到3～13 a。结果可为类似围海造陆工程规划设计、盐分治理、土地利用规划管理、生态环境重构等前期预测分析工作提供支持。     

Field Study of Salt Balance of a Land Application System

Wastewater land application is a cost-effective method to treat and dispose wastewater; however, it may cause soil salinization. Salt mass balance and the potential soil salinization caused by the wastewater land application were investigated in the crop root zone in a wastewater land application system at the City of Littlefield, TX, USA from October 7, 2005 to September 28, 2007 using a lysimeter system. This study showed that, after 2 years of wastewater land application, the ranges of soil salinity were still lower than the threshold (8,500 ??S/cm) for Bermuda grass assuming a 10% yield reduction. The leached salt mass showed large spatial and temporal variation. The average values of electrical conductivity of the saturated paste extract of the soil samples increased from 1,433 ??S/cm in June 2006 to 1,840 ??S/cm in June 2007. The average values of the soil sodium adsorption ratio between June 2006 and June 2007 increased from 11 to 14 resulting in a potential risk of soil dispersion and decreasing the soil infiltration rate. Although the measured leaching fractions in nearly all sampling periods, except one, were higher than the leaching requirement, salt accumulations in the root zone were still found with only two exceptions. Since the time required for reaching equilibrium between cumulative salt mass input and cumulative salt mass output varies from 1 year to a few years, or even longer, the long-term investigation is recommended for the study of salt mass balance in the root zone of this wastewater land application system.     

施氮对盐碱土入渗及水盐运移的影响

为研究施氮对盐碱土入渗及水盐运移的影响,选用含盐量为0.3%,0.9%,1.2%盐碱土与4种不同氮肥浓度(0,300,600,900mg/L)组合,进行室内一维垂直土柱积水入渗试验。结果表明:(1)施氮对盐碱土入渗具有减渗作用,同一施氮水平下,盐碱土的入渗性能随含盐量的升高而降低,脱盐深度也降低。(2)随着入渗时间的增加,下层根区土层的含水量均为不施氮时最大,此时土层保水性最好。(3)0.3%盐碱土上施氮较不施氮脱盐量大,施加氮肥对盐碱土脱盐有促进作用;而在0.9%和1.2%盐碱土上均为不施氮时脱盐量大,即施氮对盐碱土脱盐具有拮抗作用。研究结果为盐碱地土壤合理施氮提供了有效的机理性基础,为盐渍化地区的作物生长以及生态保护提供参考。     

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.     

北疆盐碱地采用生物措施后的土壤盐分变化

本文是地下水位3~5m、壤土质地条件下盐碱地长期生物改良田间试验的结果,结果表明:种植耐盐冬小麦套播草木樨是最好的脱盐方式,经过1年, 1m土层平均盐分由1 989%降到0 282%,脱盐率达85 82%;种植耐盐牧草套播草木樨、苜蓿是比较好的脱盐方式:经过3年, 1m土层平均盐分由1 34%降到0 524%,脱盐率60 90%;密植枸杞4年后, 1m土层平均盐分由2 363%降到0 800%,脱盐率为66 14%,适应于盐分特别高的土壤改良;施有机肥种植作物(植物)灌溉,是完善的改良盐碱地方法,一方面,在灌溉水作用下盐分被淋溶,另一方面在有机肥作用下,降低了0 ~40cm土层残余HCO-比例。15年盐碱地改良与利用证明:脱盐后的土地利用时,需考虑深根与浅根、多根与少根作物的适配轮作,以免导致土壤上层盐分回升;未施有机肥的高度脱盐,可能引起土壤上层碱化,即残余HCO-比例很大。     

稳定流条件下曹妃甸地区吹填土脱盐过程

使用吹填土进行围海造地是当前拓展沿海地区土地空间的主要方法。该研究在室内土柱模拟试验基础上,分析了曹妃甸围海造陆地区吹填土在固定水头条件下淋洗脱盐过程的技术指标,得出了吹填土的淋洗用水量、脱盐时间等参数,同时探讨了研究区域内土壤在淋洗脱盐时的盐分运移规律、脱盐碱化等问题。该研究可为直接利用吹填土进行生态建设、园林绿化等方面提供参考。     

用SahysMod模型研究不同灌排管理情景土壤水盐动态

银北灌区是宁夏土地整治和高标准灌溉绿洲农田建设的重点区域。该区域耕荒地交错分布、土壤盐渍化严重。通过模型分区模拟,在土地整治过程中建立完整、配套的灌排系统是解决区域土壤盐渍化的有效措施。该研究以银北灌区典型区域-西大滩为例,综合考虑荒地与耕地土壤属性的空间变异性,以2015—2016年土壤盐分数据进行率定,2017年盐分数据作为验证,利用SahysMod探索在土地整治过程中不同灌排管理下未来10 a内土壤水盐动态变化。结果表明,现有灌排管理下(即灌水量为670 mm,灌溉水电导率为1.05 dS/m,排水沟深1.5 m),荒地土壤盐分在预测初期(2017—2022年)逐年升高,预测后期(2023—2027年)变化平缓;耕地土壤盐分在预测初期变化缓慢,预测后期逐年增加。加大灌水量是解决土壤盐渍化的一个重要途径,可以有效延迟耕地盐分累积到障碍水平的时间;在灌溉水电导率为0.6 dS/m情况下,未来10 a内耕地都不会受到盐害胁迫;现有灌排管理下,在2024年以后作物生长就会受到盐害胁迫,当灌溉水电导率继续增加时,作物生长受到胁迫的时间相应提前。通过土地整治,加深排水沟深度可以延迟土壤盐分达到障碍水平的时间。在整治过程中深为2.2 m的排水沟,可保证未来10 a内耕地盐分小于1.7 dS/m,区域内玉米可正常生长。研究可为在土地整治过程中的灌排管理及土壤盐渍化防治提供建议。     

Predicting deep drainage in the soil from soil properties and rainfall

Abstract. Simple predictions of deep drainage in the soil profile are often required for preliminary planning of land management where the cost of direct measurement is not warranted. Soil hydraulic conductivity and drainage of water below the root zone can be related to the salt content at the bottom of the root zone, assuming steady-state balances of water and salt. A physically based empirical model uses readily measured soil properties to predict the quantity of drainage below the root zone under varying regimes of water management and shows a good relationship with ponded infiltration rate.     

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。