浅地下水埋深条件下土壤水盐动态BP网络模型研究

针对浅地下水埋深条件下作物生育期内根系层土壤水盐动态模拟中存在的问题，将人工神经网络引入水盐动态的模拟和预报中，建立了根系活动层0～60 cm和0～100 cm深度内土壤水盐动态的BP网络模型。结果表明，以生育时段初平均土壤含水率、平均土壤盐分指标、地下水水位埋深、地下水盐分指标、时段内水面蒸发量、降雨量(包括灌水量)、生育期日序列7个因素为输入因子，以生育时段末平均土壤水分、平均土壤盐分指标为输出因子的BP网络模型可有效表征土壤水盐动态及其影响因素之间的内在复杂关系，并且有较高的精度。该研究为分析浅地下水埋深条件下作物生育期内土壤水盐动态规律的分析提供了一种有效可行的方法，是对传统土壤水盐动态研究的补充。     

作物种植条件下的土壤水盐动态变化研究

通过在大型模拟试验土柱上进行连茬作物的种植试验,运用一系列的监测仪器进行了土壤水分盐分及其它相关要素的数据获取,阐明了作物种植条件下土壤的水盐动态变化特征;并且侧重就植被与气候因素对土壤水盐动态的影响进行了相关分析和纵向研究,得出了水盐的动态变化规律,为土壤水盐运移模型的建立和土壤的盐渍化预测预报研究奠定了基础。     

河套灌区土壤水盐和作物生长的HYDRUS-EPIC模型分布式模拟

土壤水盐是影响干旱灌区作物产量的主要因素。分布式模型可综合考虑土壤、水文和气象因子在灌区的时空变异特征,为评估区域尺度土壤水盐与作物生长状况提供有效工具。该文以河套灌区解放闸灌域为研究区,根据气象-土壤-作物-灌溉等因子的空间分布特征进行均质单元划分,建立基于一维农业水文模型HYDRUS-EPIC的灌区尺度分布式模型。利用2012年和2013年定点观测数据(土壤水分、盐分、叶面积指数和作物产量)进行模型率定与验证;进一步应用模型以求探明现状灌溉条件下研究区土壤水盐与作物生长状况及存在的问题。结果表明:生育期内灌区根区土壤(0~100 cm)有效饱和度为0.44~0.90,基本满足作物耗水需求;根区土壤溶液平均盐分浓度为3.1~13.5 g/L,相应地作物的相对产量为0.35~1.33,土壤盐分过高成为限制研究区作物产量的主因。为调控根区土壤水盐状况,对地下水深埋区(东北部)需进行灌水量的适宜补充,宜将浅埋区(西北、西南等)地下水平均埋深控制在1.3 m以下。     

长江河口地区土壤水盐动态特点与区域土壤水盐调控研究

河口地区土壤水盐动态有丰水年份春秋季土壤积盐、枯水年份夏季土壤积盐的季节性特点,且各季节积盐的机理也不同。分析研究了河口地区不同水文年间不同季节的土壤水盐动态调控指标。分析河口区域土壤盐分的分布状况及近几年来河口区域秋冬季咸潮入侵加重和雨季土壤盐化程度加剧的状况,针对性的开展河口区域不同水文年各季节的土壤水盐调控,采取各种水利措施和农耕措施控制区域土壤水盐状况向有利于土壤改良和提高生产率的方向发展。     

冬小麦种植条件下土壤水盐运移特征的数值模拟与预报

种植作物条件下水盐在土壤中的转化和运移构成了一个非常复杂的物理-化学-生物系统。研究种植作物条件下土壤水盐运移的动态规律和运行特征,建立水盐运移的数学模型对于指导盐渍土的灌溉管理及劣质水利用、土壤盐渍化与持续农业和生态环境之间的相互作用及土壤盐渍化预测等方面具有重要的意义。本研究首先提出了自主开发的土壤水盐运移的数学模型SWSTM(Soil Water and Salt Transport Mod-el),然后对冬小麦种植条件下土壤水盐的运动规律和特征进行了数值模拟,最后对不同地下水位和不同气象条件下的土壤水盐运移规律进行了数值预测,以期从土壤水盐运动的规律出发,提出一种应用数值模拟方法来预报土壤水盐动态的途径,同时为种植作物条件下田间大面积土壤水盐动态预测预报提供参考。     

黄河上游盐渍化农田土壤水盐动态变化规律研究

土壤含水量和可溶解盐分浓度的测定,对了解土壤盐分的分布及移动具有重要意义。但如何在作物生长不同时期,对耕作区的土壤含水量及可溶解盐分浓度进行同时连续测量?是了解土壤盐分分布及动态变化规律的关键。该文将TDR测量的土壤含水量及体积电导率结合起来推算土壤溶液电导率及饱和溶液电导率,对黄河上游盐渍化农田的土壤水盐动态变化特征进行了相关分析,为土壤水盐动态研究提供了一种新的方法。研究结果表明,地下水位在年内总体埋深较浅,小于150 cm;10 cm深度土壤含水量在时间变化上呈现递减趋势,年内变化范围为20%～45%(不包括土壤冻融期),20,40,60 cm深度土壤含水量年内变化较复杂,波动范围为33%～50%,垂向分布表现为下层高于上层;与土壤水分相反,土壤盐分表现为上层高于下层。在整个作物生长季节,土壤10 cm深度的ECw和ECsat多数时间分别在10～15 dS/m和5～10 dS/m范围内波动,高于盐化和非盐化土壤分类标准4 dS/m。土壤20,40 cm深度的盐分变化规律同样较上层10 cm复杂,盐分浓度在时间序列上呈现出大小交替变化的特点。     

微咸水滴灌条件下沙穴种植的土壤水盐二维空间分布规律

河套灌区重度盐碱土具有结构性差、导水率低的特点,且该地区淡水资源短缺,为提高土壤水入渗性能,合理开发利用微咸水资源,可在滴头下方设置沙穴并利用微咸水灌溉。为探明不同矿化度微咸水滴灌的沙穴种植条件下二维土壤水盐分布规律,采用室内50 cm×50 cm二维土槽模拟试验,设置蒸馏水(0 g/L),2.0,3.0,4.0 g/L 4种不同矿化度处理,试验历时100 h。结果表明:在深度5 cm距滴头两侧15~20 cm及滴头下方25 cm的盐碱土处,土壤含水量较高,沙土土壤含水率随着矿化度的增加而增加,盐碱土土壤含水率随着矿化度的增加呈现先增加后降低的趋势,采用3.0 g/L灌溉水滴灌时,盐碱土含水率最大(变异系数为7.64%),说明利用3.0 g/L微咸水灌溉可有效提高沙穴种植条件下土壤含水率;入渗100 h后盐分主要聚集在滴头下方25~30 cm处,沙穴结构试验中,灌溉水矿化度为4.0 g/L的情况下土壤平均电导率最大(变异系数为50.59%),水平方向盐分淋洗效果优于垂直方向,且灌溉水矿化度越低,淋洗效果越显著,蒸馏水处理脱盐率为13.99%,灌溉水矿化度为2.0,3.0,4.0 g/L时积盐率分别为7.93%,14.57%,30.05%,脱盐半径随矿化度的增大而减小,3.0 g/L与2.0 g/L积盐量差异不显著(P=0.460>0.05),与4.0 g/L处理下积盐量差异显著(P=0.024<0.05)。结合土壤水盐空间分布规律,利用3.0 g/L微咸水可提高盐碱土土壤含水率,控制沙穴种植结构土壤积盐量,提高根系层土壤保水性。     

蒸散发条件下农田土壤水盐动态简化模型

利用需水系数、蒸腾系数和潜水蒸发经验公式,引入水分迁移系数和盐分迁移系数,建立了蒸散发条件下农田土壤水盐动态简化模型。提出作物根系吸水比例系数,用以区分计算土层下边界的根系吸水项和土壤毛管水上升项。引入盐分影响下的作物蒸散发修正系数,并与水盐生产函数相反馈进行土壤水盐动态的修正。该模型简单适用,可用于蒸散发期间田间水盐状况的调控管理。     

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。     

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。     

咸水结冰融水入渗对土壤水盐运移和玉米苗期生长的影响

依据咸水冰盐水融离原理,利用土柱模拟试验,设置4个灌溉方式,分别为对照处理(淡水)、咸水灌溉、咸水结冰灌溉和咸水结冰灌溉+秸秆覆盖,研究咸水结冰灌溉条件下土壤水盐的独特运移机制。结果表明,与淡水灌溉相比,咸水灌溉处理表层0~40 cm土壤水分含量偏低,而深层土含水量则较高;咸水结冰灌溉下这一规律更为明显。但配合秸秆覆盖措施能在一定程度提高咸水结冰灌溉后各土层土壤含水量。咸水直接浇灌使各土层土壤盐度EC1:5偏高,盐分累积量增大,且盐分具有明显表层聚集特性,表层0~40 cm盐分累积量占0~80 cm土体的62.2%;而咸水结冰后灌溉则显著降低表层0~40 cm土层的盐分累积,仅占18.6%;咸水结冰后灌溉配合秸秆覆盖则进一步促进表层的脱盐率提高,特别在0~10 cm土层,土壤盐度仅为0.15 dS·m -1,盐分累积67.8 g·m-2,与淡水处理间差异未达显著水平(P>0.05)。咸水结冰灌溉配合秸秆覆盖可促进表层土壤的脱盐,使土壤根系分布密集层保持较低盐分水平,缓解或消除盐分对作物生长的危害,使玉米的生长状况达到淡水灌溉处理的效果。     

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。     

咸水灌溉沙地后的水盐运移规律

实地观测不同深度土壤含水率、基质势、土壤溶液含盐率 ,利用定位通量法和盐分均衡法 ,研究了咸水小畦灌条件下塔克拉玛干沙漠土壤的水盐运移规律。结果表明 :(1)在小畦灌条件下 ,停止灌水后 2 4h ,91.2 5 %的灌水渗入 15 0cm土层以下 ;停止灌水后 72h ,96.6%的灌水渗入 15 0cm土层以下 ,此时 ,0～ 15 0cm土层土壤平均含水率为 0 .0 5 3cm3cm- 3,此后土壤含水率缓慢下降。 (2 )秋季停灌后 ,土壤表面蒸发量在 2～ 6mm。停灌后 2h ,上行水区域在 0～ 2 0cm土层 ;停灌后 60h ,上行水区域在 0～ 90cm ;此后至停灌后 14 4h ,上行水深度稳定在地下 90cm。 (3 )咸水灌溉后 ,80cm以上土层土壤溶液含盐率明显下降 ,以下土壤溶液含盐率变化不明显。停灌 2 4h后 ,0～ 15 0cm土层液相盐分储量开始降低 ,至停灌后 14 4h ,0～ 15 0cm土层液相储盐量相当于灌水前的 5 3 .46%。 (4 )停止灌水后 ,10 0cm× 10 0cm地面日平均积盐量在 13～ 3 5g。     

不同钠吸附比的咸水结冰融水入渗后滨海盐土的水盐分布

在室内利用相同矿化度(10 g·L^-1)、不同钠吸附比(5、10 和30)的咸水进行咸水结冰融水模拟试验、结冰融水入渗和咸水直接入渗的土柱试验, 以淡水处理为对照, 分析不同钠吸附比咸水结冰融水入渗下滨海盐土水盐分布特征。结果表明: 咸水冰融化过程中, 融出水的矿化度和钠吸附比均呈由高到低的变化趋势。咸水结冰融水入渗速度和入渗深度均快于和深于淡水。咸水钠吸附比越小, 结冰融水入渗速率越快、深度越深。水盐分布也表现为低钠吸附比咸水结冰处理的表层土壤含水量较低, 水分向深层迁移, 这种水分分布也使盐分向深层运移, 表现为表层土壤含盐量低, 深层土壤含盐量大。土层含水量低钠吸附比咸水处理高于高钠吸附比处理, 10~45 cm 土层则表现出相反的趋势; 表层土含盐量低钠吸附比处理高于高钠吸附比处理, 且咸水处理下土壤脱盐的深度大于淡水处理。钠吸附比5 的咸水结冰处理, 0~10 cm 土壤平均含水量和含盐量分别为30.3%和1.1 g·kg^-1, 显著低于其他处理。为比较咸水结冰灌溉和咸水直接灌溉的效果, 室内利用含盐量为10 g·L^-1、钠吸附比10 的咸水进行直接入渗的土柱(土壤含盐量为21.3 g·kg^-1)模拟试验, 结果表明: 与咸水直接入渗处理相比, 咸水结冰融水处理盐分淋洗效果更好, 该处理0~25 cm土层平均土壤含盐量为2.9 g·kg^-1, 显著低于咸水直接入渗的10.6 g·kg^-1。     

咸水畦灌条件下土壤水盐运移规律

在环渤海地区采用咸水播前造墒方式,研究不同土层的水盐运移规律以及土壤含盐量周年变化,为确定合理的灌溉指标提供理论依据和技术参数。结果表明：在不同的土壤含水量条件下,土壤剖面的水分和盐分分布呈现显著差异,其中0-60cm和0-40cm土层分别是土壤水分和盐分的易变层;土壤含盐量不仅和土壤水分存在密切关系,而且随着灌溉水矿化度的增加而增加;为实现土壤可持续的生产力水平,土壤盐渍化状况应控制在轻度水平,从这个意义上讲,灌溉水矿化度最好控制在6g/L以下。咸水播前造墒方式有效扩大了咸水的可利用范围。     

垄沟耕作条件下滴灌冬小麦田间土壤水分的动态变化

试验在池栽条件下研究了滴灌与垄沟耕作条件下冬小麦田间土壤水分的动态变化。结果表明：滴灌对0～60cm土壤水分含量影响比较明显，由于受土壤蒸发和作物根系吸收水分的影响，0～30cm土壤水分含量在整个生育时期内变化最为剧烈，其次是30～60cm层次的土壤，90～120cm层次的土壤整个生育时期水分含量最为稳定。灌溉后土壤水分0～120cm土层中呈现“Z”型分布，且与垄作相比，灌溉对沟播处理各层次的影响更大。另外，通过对不同生育时期各个层次土壤水分含量的分析可以看出，冬小麦的灌浆期是其活跃的耗水期，其次是抽穗期。不灌溉处理的耗水深度主要集中在土壤下层，灌溉处理的耗水程度变化较复杂。与畦播处理相比较（见讨论部分），灌溉后沟播处理土壤水分上升最明显，垄作处理次之，畦播最小。灌溉一周后畦播土壤水分下降最快，垄作次之，沟播最小。而就灌溉后土壤水分运动而言，垄作与沟播处理快于畦播处理。     

不同矿化度咸水结冰灌溉对重度盐碱地土壤水分入渗和盐分运移的影响

为探究不同矿化度咸水结冰灌溉对重度盐碱地土壤水分入渗和盐分运移的影响。采用室内有机玻璃土柱模拟试验,设置3个梯度灌水水质(蒸馏水、3 g/L微咸水、10 g/L咸水)和2种灌溉方式(结冰灌溉、直接灌溉)的6种不同处理,对土壤的水分入渗特性及脱盐效果进行对比分析研究。结果表明:(1)3个梯度灌水水质下,结冰灌溉方式的土壤初始入渗速率分别是直接灌溉方式的8.2,4.6,5.8倍。结冰灌溉方式下,灌溉水矿化度越高,土壤入渗速率越快;(2)Kostiakov模型适合拟合不同矿化度咸水结冰灌溉方式下的土壤水分入渗过程,Horton模型适合拟合不同矿化度咸水直接灌溉方式下的土壤水分入渗过程;(3)3个梯度灌水水质下,直接灌溉方式0—60 cm土层土壤含水率较结冰灌溉方式分别提高1.4%～6.3%,1.6%～3.6%,0.9%～7.6%;(4)各处理下0—30 cm土层土壤脱盐效果较为显著,盐分不断向土层60 cm处迁移,各处理土壤脱盐率逐渐降低。0—30 cm土层处,淡水直接灌溉方式下土壤脱盐率最大(93%～97%),3 g/L微咸水结冰灌溉的脱盐率次之(87%～91%)。50—60 cm土层处,淡水结冰灌溉方式下土壤脱盐率最高(13.3%),其次为3 g/L微咸水结冰灌溉方式(9.1%)。综合考虑,3 g/L微咸水结冰灌溉能够提高土壤水分入渗速率,有效降低0—60 cm土层的土壤盐分含量。     

灌区土壤盐分空间变异及多因素响应关系

[目的]研究土壤含盐量空间特征和分布格局,分析土壤盐分空间格局与地下水、土壤物理特性参数间的空间响应关系,为灌区盐渍化防控提供理论依据。[方法]以黄河南岸灌区吉格斯太灌域为例,网格化布点,分层采样测定土壤含盐量、表层土壤含水量、颗粒组成、干容重并换算热容量及导热率,同步监测地下水埋深及含盐量,采用经典统计方法和地统计方法分析土壤含盐量空间分布特征及其与物理特性和地下水等因素间的空间相关性。[结果]灌域处于非盐化—轻度盐化状态,土壤含盐量呈中等空间变异程度,总体呈现相对独立的随机分布,空间结构特征可以用高斯模型和指数模型描述。土壤含盐量与地下水埋深呈显著负相关,与地下水含盐量呈显著正相关,地下水埋深1.6 m区域发生轻度盐渍化风险较高。0—20 cm土壤含盐量与黏粒含量、容重、含水量、导热率及热容量显著空间正相关,相关范围约2～6 km;与砂粒含量呈显著空间负相关,相关范围约2～4 km。20—60 cm土壤盐分与0—20 cm土壤黏粒、砂粒含量、导热率、热容量及含水量呈显著相关,相关范围与土壤表层略有差异。[结论]黏粒含量较高,含水率较大,地下水埋深1.6 m的区域是灌域盐渍化防控的重点区域。     

咸水畦灌农田土壤水热盐动态及油葵生长的试验与模拟

为探究中国西北旱区咸水畦灌条件下农田土壤水热盐动态及其对作物生长的影响,采用大田试验和WASH-C模型(Layered Soil Water-Solute-Heat Transport and Crop Growth Model,土壤水热盐迁移和作物生长耦合的模拟模型)模拟相结合的方法,分析油葵全生育期内不同灌水量和矿化度处理下土壤剖面水盐分布特征、温度变化及油葵生长规律。试验设置包括2个灌水量水平(分别为油葵畦灌需水量的100%、50%)和3种畦灌水矿化度(分别为0.7、4.0、8.0 g/L)。结果表明,土壤剖面的水、盐、热分布在根区(0～40 cm)的变动幅度要大于深层(40～100 cm),灌水量越多,水分、盐分变幅越大。随着灌水次数的增加,土壤剖面在0.7 g/L矿化度下出现脱盐现象,4.0、8.0 g/L矿化度下出现积盐现象,并且灌水量越大,相应的脱、积盐率越高。试验前期各层地温变化幅度较后期大,温度变化幅度随土壤深度增加而减小。0.7g/L、100%油葵需水量下的作物LAI和产量最大,8g/L、50%油葵需水量下最小,两处理的LAI分别为8.41、3.80 cm~2/cm~2,产量分别为5.49、3.08t/hm~2,差异显著(P0.05)。模拟结果表明,WASH-C能够较好地模拟各时期土壤中根区、深层含水率的分布特征,所有模拟结果的R2不低于0.53。在咸水矿化度小于等于3g/L的情景模拟下,作物根区不会产生明显的积盐现象。合理的咸水畦灌制度有利于充分利用咸水资源并提高油葵的水分利用效率和产量。     

玛纳斯河流域微咸水滴灌对土壤盐碱性的影响

[目的]探究玛纳斯河流域微咸水滴灌对土壤盐碱性的影响,为新疆干旱区科学利用微咸水以及盐碱地治理提供理论依据。[方法]在新疆玛纳斯河流域进行定点试验,分析强蒸散条件下微咸水灌溉后土壤盐分的迁移规律及对土壤碱性环境的影响。[结果]滴灌降低了上层(0—30cm)土壤盐分,导致土壤盐分的底聚分布;土壤盐分的周期性变化显著(盐分变异系数在48.2%~82.7%之间),上层(0—30cm)土壤存在返盐风险;土壤pH值变化与盐分运移呈负相关,滴灌后土壤pH值呈波动上升趋势。[结论]耕层土壤盐分降低的同时存在碱度(pH值)升高的风险。