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。     

长期滴灌棉田土壤盐分演变趋势预测研究

膜下滴灌节水增产高效的表现使其成为我国西北干旱区绿洲农田普遍使用的灌溉方式.然而,长期滴灌下土壤盐分的变化趋势亟待研究.于2010年在新疆玛纳斯河绿洲进行微成水灌溉试验,校验Hydrus 2D模型,并模拟预测长期滴灌下土壤盐分积累的变化特征.结果显示:Hydrus 2D模型可以有效模拟滴灌土壤盐分分布与积累特征;滴灌根区土壤盐分主要受灌溉输入土壤盐分与深层淋洗作用影响,随着滴灌年份的增加,根区盐分逐步增加,作物蒸腾受限,下渗淋洗量加大,最终根区的输入盐量与淋洗盐量相当,根区盐分处于相对平衡状态.以矿化度分别为4.8,3.2,1.6,0.8 g/L的灌溉水质为例,在420 mm灌溉水量下,分别在10,15,20,35 a后土壤盐达到平衡,根区盐分分别稳定在4.2,3.8,3.2,2.8 mg/cm3,作物的蒸腾满足率分别为72％,80％,85％,91％,为保证研究区内作物的正常生长,需要的灌溉量至少应分别为495,470,425,395 mm.     

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。     

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。     

基于HYDRUS-2D模型的膜下滴灌暗管排水棉田土壤盐分变化

为研究膜下滴灌暗管排水条件下棉田土壤盐分变化规律,该研究基于新疆122团盐碱地暗管排水试验,通过膜下滴灌淋洗,监测0～200 cm土层土壤盐分变化,并应用HYDRUS-2D数值模型,模拟分析了暗管排水条件下,盐渍化棉田在2013和2014年生育周期内和秋季返盐阶段土壤盐分变化情况。结果表明:模拟值与实测值之间吻合度较高,模型可用于预测盐碱地土壤层剖面盐分含量变化。模拟结果显示,棉花生育期内滴灌条件下,盐分持续下降;棉花收获后土壤表层开始返盐;2013和2014年棉花吐絮期土壤含盐量与初始含盐量相比,在膜下,0～80cm土层平均脱盐率分别达到了41.11%和55.56%;膜下及膜间,0～80 cm土层平均脱盐率分别达到了14.05%和17.88%;棉花收获后,土壤表层返盐明显,但与初始含盐量相比仍较低,0～80 cm土体盐分分别平均下降了5.55%和10.15%,0～200 cm土体盐分分别平均下降了2.58%和4.96%,说明暗管控制条件下,使用滴灌淋洗和暗管排盐的模式,土体内的盐分总量呈现降低趋势。研究可为西北内陆干旱区暗管排盐技术和膜下滴灌的推广和应用提供理论支撑和科学指导。     

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。     

民勤绿洲膜果麻黄周围土壤盐渍化的主要特征因子

为了给民勤绿洲土壤盐渍化的改良和利用提供理论依据和技术支撑,采用相关分析和主成分分析法对民勤绿洲膜果麻黄周围土壤盐渍化的主要特征因子进行研究,结果表明:民勤绿洲膜果麻黄周围土壤的盐渍化程度主要受氯化盐、硫酸盐和碳酸氢盐的影响,而且以底聚为主。其中:膜果麻黄30 cm处土壤盐渍化的主要特征因子为Ca2+、SO2-4、HCO-3、Mg2+和K+,盐分主要是硫酸盐和碳酸氢盐,其次是氯化盐;膜果麻黄60 cm处土壤盐渍化的主要特征因子为全盐、Cl-、Na+、Mg2+和pH值,盐分主要是氯化盐,其次是硫酸盐和碳酸氢盐;膜果麻黄90 cm处土壤盐渍化的主要特征因子为全盐、Na+、Cl-和Ca2+,盐分主要是氯化盐,其次是碳酸氢盐和硫酸盐。同时,膜果麻黄可以降低其周围土壤的pH值和毒性,可以作为民勤绿洲盐渍化土壤的改良植物。     

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。     

干旱区长期膜下滴灌农田耕层土壤盐分变化

新疆地处干旱地区,水资源短缺,膜下滴灌作为有效的节水灌溉技术在新疆农业生产中广泛使用。但新疆同时是盐碱化普遍发生的地区,采用滴灌技术后,传统灌溉的灌溉洗盐过程随之消失,且该地区灌溉水矿化度较高,对土壤盐分有一定的补充作用,因此滴灌技术虽然节水增产效果明显,但长期滴灌可能导致土壤盐分积累,降低土壤质量。通过监测一个长期膜下滴灌、面积约为224 km2的农场15a农田土壤盐分含量,对长期膜下滴灌土壤盐分含量的变化进行研究,研究结果可为膜下滴灌土壤盐分管理提供科学依据。以位于新疆北部玛纳斯河流域的新疆生产建设兵团第八师147团农田为研究对象,通过收集该团场自1996年至2010年记录的农田耕层盐分和养分指标的分析数据,利用统计学知识及地理信息系统技术,对不同滴灌年限下土壤耕层盐分变异特征及土壤耕层盐分与其他土壤指标的相关性进行研究。研究表明:(1)在滴灌的第一个3年周期内,土壤耕层盐分平均含量从3.13 g kg-1降低至3.00 g kg-1,降幅达4.2%,但经12年滴灌年限,土壤耕层盐分从3.13 g kg-1升高至4.81 g kg-1,升高了53.7%;(2)在五个监测周期(15 a)内,土壤盐分含量明显上升,研究区土壤耕层盐分含量集中分布在4~10 g kg-1,土壤耕层多为中度盐化土和重度盐化土;(3)长期膜下滴灌导致土壤耕层盐分发生重新分配,全团范围内农田盐分含量分布接近正态分布。本研究条件下,长期膜下滴灌会造成土壤耕层盐分积累,滴灌水携带的盐分对土壤盐分有一定的补充作用;采用2~3年进行一次大水洗盐以及培肥土壤、提高土壤有机质含量对防止滴灌土壤积盐具有重要作用。     

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.     

绿洲灌区固定道耕作对土壤盐分动态的影响

解决节水灌溉与控制土壤次生盐渍化的矛盾,对干旱内陆绿洲灌区农田节水、防止土壤次生盐渍化和保证绿洲农业稳定持续发展具有重要意义。本研究以传统翻耕(CT)、垄作沟灌(FRB)、固定道保护性耕作(PRB)和固定道平作(ZT)4种耕作方式为研究对象,研究了固定道耕作模式下的土壤盐分特征。结果表明:与播前相比,收获后FRB处理0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm和60~100 cm土层土壤含盐量分别提高83.3%、77.2%、47.6%和84.0%,PRB处理分别提高62.6%、46.3%、28.2%和103.6%。ZT和CT处理0~200 cm土壤含盐量呈"脱盐"和"聚盐"交替变化趋势,0~60 cm各土层土壤含盐量随灌水显著降低,而60~200 cm各土层土壤含盐量随灌水显著增加。0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm土层是PRB和FRB处理土壤盐分的主要累积区,ZT和CT处理土壤含盐量随灌水最终积累在100~160 cm土层。从头水后至收获各个时期,PRB处理0~200 cm各土层土壤含盐量均高于FRB处理,且差异显著。ZT处理0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm和60~100 cm土层土壤含盐量均显著高于CT处理。垄床不同位置土壤盐分运动水平方向上均呈"垄边向垄中"迁移特点,但PRB处理迁移能力强于FRB处理。垂直方向上,FRB处理在土壤60~80 cm处形成积盐峰,而PRB处理在土壤40~60 cm处形成积盐峰。随灌溉水分入渗再分布后FRB处理土壤盐分向垄沟中部和垄床表层迁移,PRB处理土壤盐分在垄床40~60 cm土层处形成一个积盐层。结果说明,垄作方式能显著增加土壤剖面盐分累积。随着垄作年限增加,盐分向垄床中部积累的能力和含量均增强,由此垄作种植应考虑适时漫灌以达到淋洗土壤盐分的目的。     

基于水盐平衡的绿洲灌区次生盐碱化防治研究

土壤次生盐碱化是威胁新疆绿洲灌区持续发展的关键因子。以位于塔里木河流域的渭干河灌区为例,在简要分析灌区水盐运移的控制因素基础上,以水盐均衡原理为指导,深入剖析了灌区-田块-作物根系3个尺度的土地盐分均衡特点及其相互关系,重点估算了淋洗需水量,简要讨论了次生盐碱化的驱动因子,最后从政策、技术与经济方面给出了控制次生盐碱化的对策。     

焉耆盆地水资源开发与土壤次生盐碱化防控研究

焉耆盆地水土资源丰富,光热条件充分,是新疆农牧业生产的主要基地之一。但由于长期以来水土资源开发不当,导致本区土壤次生盐碱化日趋严重,严重影响了当地农业的持续发展,且其农业排水直接导致博斯腾湖的水质劣化。本文在分析区域土壤盐分分布的空间特征和土壤次生盐碱化产生的背景条件的基础上,提出了区域水土资源可持续开发的对策,并着重分析在该盆地细土平原带通过竖井灌排开发地下水以降低地下水位的必要性与可行性,从而推动该区农业的稳定发展和环境质量的逐步好转。     

渭干河灌区灌排管理与水盐平衡研究

灌排管理不当是干旱地区灌区土壤次生盐碱化发生和扩展的主要原因.该文以新疆渭干河灌区为例,利用多年的水盐监测资料,采用水盐平衡方法,确定了渭干河灌区的临界排灌比为9.19%,并深入讨论了确定排灌比的主要影响因素和在灌区灌排实际管理中的应用问题;通过对耕地和新垦荒地盐分动态的对比分析,表明干排盐措施在渭干河灌区具有可行性和必要性;探讨了节水条件下的灌区土壤盐分管理,指出在灌溉规模的一定的条件下,提高田间水分利用效率和保持必要的淋洗比是实现灌区土壤盐分平衡的关键.该研究对干旱半干旱区灌溉农业的可持续发展具有指导意义.     

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。     

西北旱区农业高质量发展体系的生态农业内涵与路径

西北旱区自然条件恶劣，水土资源不匹配，农业发展受到诸多障碍。为探索一条突破环境制约，且资源集约高效利用的现代农业发展道路，该文系统分析了国内外农业发展沿革与趋势，明晰了西北旱区农业发展面临的问题与挑战，构建了针对西北旱区的生态农业发展理论框架，提出了西北旱区多业态生态农业结构与提质增效途径。研究发现，生态农业是通过现代科学技术与生态工程原理，形成产供销全链条绿色循环且生态功能持续提升的一种农业体系。生态农业应具备农业资源集约化、生产过程生态化、农业经营产业化、农业管理智能化、农业功能多元化五大基本特征。该文构建了以高效益、高效率、高品质、高素质为目标的生态农业高质量发展体系，提出了集优质棉业、精品果业、优质粮草、生态养殖、特色小镇、地理产品为一体的西北旱区多业态生态农业结构，阐明了以节水控盐协同模式、生境智能管控模式、“园机”一体化模式、循环经济发展模式、城乡统筹发展模式、“三产”一体化模式为核心的西北旱区生态农业提质增效技术体系，明确了以农业高效用水和生态功能提升为核心的关键途径。同时实践经验显示，绿色可持续的生态农业发展理念对促进区域经济水平与生态环境建设效果显著，如陕西眉县绿色林果业品牌入选中欧地理标志产品名单、综合产值达58.5亿元，甘肃广河县和宁夏青铜峡市畜禽粪污资源化率超90%，新疆生产建设兵团七十七团通过秸秆资源化技术单产增加8%、土壤有机质达21.2%，内蒙古科尔沁旗通过优质牧草种植、良种培育的生态畜牧业实现了规模生产与草场保护的双赢。     

盐碱地水盐调控研究

高效安全利用咸水资源是提高环渤海低平原区农业生产可持续发展的重要保障。本文针对该区淡水缺乏、咸水充沛和土壤盐碱贫瘠等因素制约农业生产的问题,回顾了20世纪80年代以来在以中国科学院南皮生态农业试验站为典型代表站点的黄淮海缺水盐渍区开展的以盐碱地治理和农田生产力提升为目标的农田水盐运移过程及调控研究成果。20世纪50—60年代,该区域的工作主要是通过建立排水系统减少区域洪涝灾害发生。20世纪80年代,通过研究提出了控制盐碱的合理浅层地下水水位阈值,形成了以浅层地下水优化治理盐碱地提高农业生产的技术体系;20世纪90年代以来形成了微咸水资源安全灌溉理论及技术体系,冬小麦咸水灌溉阈值从3 g·L~(-1)提升到5 g·L~(-1),并阐述了微咸水灌溉阈值提升的理论基础;近10年来研究并阐明了农田生态系统水盐运移过程及主要限制因子调控机理,研发了以集蓄雨水、咸水利用、合理引水和节约淡水为核心的农田多水源综合利用技术,集成了农田多水源综合利用模式。根据多年的研究积累,以突破水土资源限制农业生产的问题为导向,实施了国家区域战略性增粮工程渤海粮仓科技示范工程,取得了明显的社会、经济和生态效益。在农田水盐研究方面,未来将以提高综合效益和资源利用效率为核心,开展基于生态平衡的作物产量、质量和资源利用效率的协同提升研究,适应区域水土资源的农业绿色发展研究,微咸水高效安全利用的机理过程、技术研发及示范工作,为该区农业可持续健康发展提供理论依据和技术支撑。