基于SaltMod模型的河套灌区解放闸灌域土壤盐分综合调控措施

为了探究河套灌区解放闸灌域土壤盐分的综合调控措施,以河套灌区解放闸灌域为例,基于SaltMod模型研究了灌溉水矿化度、咸淡水混合比例、排水沟深度以及渠道衬砌水平对作物根层土壤盐分的影响。结果表明:根层土壤盐分随着灌溉水矿化度的增大而增加,1.0 g/L的地表微咸水较适合本研究区灌溉;淡水(黄河水)和地下微咸水(矿化度为2.2 g/L)混合灌溉比为1∶1时,既增加了地下微咸水的利用且地下水埋深下降到2 m左右的相对稳定平衡状态;当排水深度在1.5~2.0 m,渠系利用系数达到0.7时,根层盐分显著降低,适当提高排水深度和渠系水利用系数可以有效减少高矿化度灌溉水对土壤盐分累积的影响。研究结果为河套灌区解放闸灌域制定合理的土壤盐分综合调控措施提供了科学的理论依据。     

灌溉水盐分及灌水量对土壤水盐分布与春玉米生长的影响

在大田试验的基础上探明灌溉水盐分以及灌水量对土壤水盐分布的影响规律以及对春玉米生长的影响。以河套灌区春玉米为研究对象,设置2种灌溉水含盐量（1.1,5.0 g/L）与3种灌水量（210,255,300 mm）进行大田试验。结果表明,至成熟期,5.0 g/L微咸水灌溉处理0—100 cm土层土壤平均含水量及电导率相比1.1 g/L地下水灌溉处理显著增加;地下水灌溉处理中,随着灌水量的增加,生育期内土壤平均含水量下降趋势减小,土壤盐分淋洗作用更加明显;微咸水灌溉处理中,剖面土壤在灌水量少时出现盐分表聚现象,随着灌水量的增加,表层土壤盐分呈下降趋势,深层土壤由于盐分的积累呈增加趋势;在灌水后表层的土壤含水量变化明显且出现返盐现象,微咸水灌溉处理中土壤水分水平运移及深层土壤盐分累积更明显;在地下水和微咸水灌溉处理中,灌水量的增加能够显著提高玉米产量,但255,300 mm灌水量处理间差异不显著,微咸水灌溉条件下春玉米的产量较地下水灌溉条件下显著降低。综上所述,在地下水和微咸水灌溉条件下,255 mm灌水量既能适合春玉米生长,又能保证产量,可作为较好的灌溉定额选择,能够同时满足保障灌区作物生产和节约淡水资源的要求。     

咸淡水交替灌溉对滨海盐碱土水盐运移的影响

滨海盐碱土透水透气性差,盐分含量高,严重制约了农业生产。为寻找较优的灌溉模式,拟开展室内土柱试验,主要分析了3种矿化度水平(3 g/L,6 g/L,9 g/L)和两种交替次序(咸淡交替灌溉、淡咸交替灌溉)条件下,黄河三角洲地区滨海盐碱土水分入渗特征及盐分分布的变化规律。结果表明:咸淡交替灌溉和淡咸交替灌溉的入渗历时均随咸水矿化度的增加而增大,且淡咸交替灌溉的水分入渗历时大于咸淡交替灌溉。咸淡交替灌溉(32.15%～33.29%)的平均土壤含水率和淡咸交替灌溉(32.95%～33.58%)差别并不显著。但咸淡交替灌溉(3.915～4.773 g/kg)的平均土壤含盐量小于淡咸交替灌溉(4.255～5.313 g/kg),且3 g/L的平均土壤含盐量远低于其他处理。总体来说,咸水,矿化度较小(例如,3 g/L)的咸淡交替灌溉有利于降低土壤盐分。     

咸水结冰灌溉改良盐碱地的研究进展及展望

冬季咸水结冰灌溉技术是滨海区高矿化度咸水利用和盐碱地改良的有效手段,该项技术依据咸水结冰融化过程中咸淡水分离的基本原理,基于区域气候特点、土壤水盐运移规律以及作物生长发育规律,在冬季抽提当地高矿化度地下咸水对盐碱地进行灌溉,并在冬季低温作用下迅速冻结成咸水冰,春季咸水冰层融化过程中,咸淡水分离入渗,其中先融化的高矿度咸水先入渗,而后融化出的低矿化度微咸水和淡水的入渗对土壤盐分具有较好的淋洗作用,以上过程实现了春季土壤返盐期的土壤脱盐,结合春季地表覆盖抑盐措施和夏季降雨淋盐,土壤的低盐条件得到保持,保证了作物和植物整个生长期的正常生长。该项技术改变了滨海盐碱区土壤水盐运移特征,使春季土壤积盐期变为脱盐期,咸水结冰灌溉后,春季耕层土壤盐分由最初的12g×kg~(-1)迅速降低至4 g×kg~(-1)以下,脱盐率达到66%以上,实现了棉花、油葵、甜菜等作物在滨海重盐碱地中的种植,提高了柽柳、枸杞、白蜡等盐生植物和耐盐植物的扦插移栽成活率,咸水结冰灌溉当年便获得了籽棉产量3 t×hm~(-2)、油葵1.5 t×hm~(-2)、甜菜60 t×hm~(-2),以及90%以上的盐生植物和耐盐植物的扦插成活率,促进了滨海盐碱区盐碱地的开发、农业发展和生态环境建设。近年来,通过系统的研究,我们探明了咸水结冰灌溉过程中咸水冻融咸淡水分离规律,明确了咸水结冰灌溉对土壤盐分的淋洗效果,构建了冬季咸水结冰灌溉改良盐碱地技术体系,确立了冬季咸水结冰灌溉的灌溉时间、灌溉水量和水质等指标体系。本文在以上研究基础上,对盐碱地咸水利用的研究进展进行了总结,并对咸水结冰灌溉基本原理、影响因素以及土壤盐分淋洗效果等方面进行了概述,系统分析了冬季咸水结冰灌溉在盐碱地区农业生产、植被恢复以及咸水利用等方面的作用,并就其未来发展趋势进行了展望。     

微咸水冰体融出水质及基于HYDRUS-1D的土壤淋洗特征研究

为揭示微咸水结冰融水时咸淡分离状况及对盐渍土盐分的淋洗效应,通过室内融冰试验研究不同解冻温度(10℃、15℃)和矿化度处理(纯净水、0.5g·L^–1、2 g·L^–1、4 g·L^–1)冰体的融化速度及融出水质,并借助HYDRUS-1D模型,模拟分析了不同处理融出水与微咸水直接入渗对剖面土壤盐分的淋洗效果差异。结果表明：微咸水冰体咸淡分离效果明显,各处理下的微咸水冰体融出淡水体积占比均超75%,矿化度越小融出淡水体积越大;微咸水冰体先咸后淡融出水入渗对盐渍土中的盐分有较好的淋洗效果,优于相同矿化度的微咸水直接入渗处理;10℃处理微咸水冰融出水对盐渍土的淋洗效果要好于15℃处理。研究结果对于探索内陆干旱区地下微咸水资源利用及新的非生育期节水控盐模式具有一定的指导意义。     

咸淡水分配比例对盐碱土壤水分入渗特征与脱盐效果的影响

以黄河三角洲重度盐碱化土壤为研究土样,在室内对其进行垂直一维积水入渗试验,研究5种咸淡水分配比例下累积入渗量、湿润锋深度和入渗率随时间的变化规律及灌溉后土壤脱盐深度、脱盐率。结果表明:(1)首轮微咸水入渗结束后,第二轮淡水灌溉的过程中,在同一时间,与全部微咸水灌溉相比,累积入渗量、湿润峰深度和入渗率均产生了明显的下降,并且淡水灌水量越多,下降的幅度越大,但其仍显著大于全部淡水灌溉;(2)累积入渗量与湿润锋深度呈良好的线性关系,回归方程的决定系数R2均大于0.99;与Green-Ampt模型和Philip模型相比,Kostiakov公式更适于描述入渗率与时间的关系;(3)咸淡水分配比例对土壤脱盐深度影响较小,但对脱盐深度内的脱盐率影响显著,在一定深度范围内,咸、淡水先后灌溉下土壤脱盐率远远大于全部微咸水灌溉,与全部淡水灌溉差异较小,但随着土层深度的继续增加,其土壤脱盐率明显小于全部淡水灌溉,与全部微咸水灌溉基本一致。     

不同微咸水组合灌溉对土壤水盐分布和冬小麦产量影响的田间试验研究

为了研究不同组合灌溉顺序对土壤水盐分布状况和冬小麦产量的影响,2003年-2005年在河北省中科院南皮生态试验站进行了冬小麦田间微咸水灌溉试验。通过对冬小麦主根区和100 cm深度土壤的水、盐分布状况和冬小麦产量进行分析,结果表明3 g/L的微咸水可以作为冬小麦的灌溉用水,但连续使用会导致土壤发生积盐;拔节期应尽量避免使用微咸水,且不宜连续使用微咸水进行灌溉,组合灌溉最好采用咸淡交替的方式;综合土壤的积盐状况和冬小麦产量分析,淡（拔节水）淡（抽穗水）咸（灌浆水）的组合灌溉顺序为最优方案,该研究为合理开发利用灌区地下微咸水提供了依据。     

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。     

咸水安全利用农田调控技术措施研究进展

淡水资源短缺已经成为全球性的问题,开发利用地下咸水资源,发展农业灌溉已成为各国关注的焦点问题。微咸水或咸水代替部分淡水进行农业灌溉,在一定程度上可缓解淡水资源的不足,但咸水和微咸水灌溉带来的土壤积盐和作物减产等问题始终是研究的重点和难点。本文从咸水或微咸水灌溉带来的潜在土壤盐渍化危害入手,就如何应对咸水和微咸水灌溉带来的次生盐渍化问题,通过总结前人大量的研究成果,分析了减轻土壤盐渍化对作物危害的各种途径,从微咸水灌溉和咸水灌溉两个层面就优化农田管理农艺措施、生物措施、水利工程措施等方面进行概述。重点介绍了咸水或微咸水灌溉对土壤微环境的影响,优化田间管理农业措施(如合理的灌溉制度和灌溉方式、覆盖、深耕等),土壤中施入有机物质(如植物秸秆、有机肥、绿肥、生物质炭等)和无机土壤改良剂(如石膏、沸石等)、施用根际促生菌肥、种植盐土植物和耐盐作物品种等,以及咸水结冰灌溉、暗管排盐等水利工程措施,这些都是降低咸水灌溉带来的土壤盐害行之有效的方法。以微咸水或咸水补灌为核心,结合雨水资源利用,通过种植耐盐植物品种、增施土壤微生物肥、土壤调理剂等措施提高土壤缓冲能力,配套垄作和地膜覆盖等降低土壤蒸发措施,抑制土壤盐分表层积聚,配套秸秆还田和土壤耕作技术,提高土壤蓄雨淋盐和养分快速提升,集成微咸水安全高效灌溉技术模式,制定规范化的技术应用规程,有机地结合各种改良措施,可有效控制咸水和微咸水灌区土壤次生盐渍化,达到咸水资源的高效安全可持续利用,提升水资源保障能力。     

苏北滩涂水稻微咸水灌溉模式及土壤盐分动态变化

为研究微咸水灌溉对水稻水分利用效率和土壤盐分动态的影响,利用田间试验资料对SWAP(Soil-Water-Atmosphere-Plant)模型进行了率定和验证。用验证认可的模型模拟并分析了水稻生育期水盐运移规律和水稻水分利用效率,并预测了长期微咸水灌溉对土壤盐分的影响。结果表明:1.5 mg/cm3矿化度微咸水足量灌溉可以获得较高的产量和水分利用效率;各微咸水处理在60~90 cm土层均出现不同程度的盐分累积现象,具体累积深度和土壤盐分浓度与灌水量和灌水矿化度有关;采用1.5 mg/cm3矿化度微咸水进行微咸水长期灌溉研究,10 a的模拟结果显示此灌溉制度不会引起0~100 cm土层土壤次生盐渍化。该研究为滨海地区微咸水合理利用提供了理论依据。     

考虑地面灌水技术制约的灌溉制度优化

制定作物灌溉制度不仅要考虑补充根层土壤水分以满足作物需求，还应考虑灌水方法对灌水量的限制。为研究我国华北地区地面灌溉条件下冬小麦－夏玉米连作的节水灌溉制度，在河北省雄县进行了连续3年不同灌水处理试验，用水量平衡模型ISAREG对各处理进行数值模拟，从而验证了选定的模型和参数。采用该模型模拟了不同水文年冬小麦－夏玉米连作的多种灌溉制度，对各方案的灌水次数、灌水量、降雨和灌溉水量损失以及作物产量等因素进行了对比，并对现行灌溉制度进行了评价。结果显示：雄县现行灌溉定额大大超过了灌溉需水量，主要原因是地面灌水技术的制约，如田面不平、进地流量过小或畦块过大等，造成难以控制小水量灌溉。为研究既能满足作物基本需水要求，又使灌溉水量损失最小的最佳灌水定额，用模拟地面灌溉水流运动的SRFR模型模拟不同生长阶段的灌溉，得到了每次灌溉时不同流量条件下的最小灌水量，以及灌水效率与灌水量的关系，据此提出了与灌水技术改进措施相结合的不同水文年的灌溉制度优化方案。     

畦田灌水质量评价及水分利用效率分析

畦田灌水质量是影响作物产量和水分利用效率的重要因素。针对现有评价灌水质量存在工作量较大的问题，根据田间实测资料，利用SIRMOD模型、SRFR模型和田间实测方法分别计算灌水效率和灌水均匀度，结果表明根据较少的观测资料利用SIRMOD模型或SRFR模型也可对畦田灌水质量进行评价。根据模拟结果初步得出了在一定条件下单宽流量、平整精度和田面坡度对灌水质量的影响规律，并对不同规格畦田小麦全生育期的平均灌水质量对产量和水分利用效率的影响进行了分析，得出畦长45 m，畦宽分别为5.0和7.5 m的畦田在获得较高产量的条件下，水分利用效率由现状的1.10 kg/m3分别提高到1.38 kg/m3和1.35 kg/m3，从田间试验角度论证了对灌区较大规格畦田进行缩块改造的必要性。     

Model of sediment transport in an irrigation furrow

A new equation describing the transport of sediments by waterflows in irrigation furrows was developed. The equation was verified using the results of field studies on irrigated sierozems. The absolute relative error was 9%, and the coefficient of correlation was 0.92.     

基于SHAW模型的内蒙古河套灌区秋浇节水灌溉制度

根据内蒙古河套灌区秋浇节水与土壤盐渍化防治的需要,利用SHAW模型模拟确定了不同盐渍化土壤合理的秋浇节水灌溉制度。结果表明：对于轻度盐渍化土壤,秋浇定额一般为142～183 mm,秋浇时间为9月28日－10月23日;对于中度盐渍化土壤,定额应该为180～200 mm,时间在10月14日－18日;对于重度盐渍化土壤,一般不种小麦,而种葵花等耐盐作物,定额为200～225 mm。因此,对于该灌区应该根据不同的土壤盐渍化程度,合理地安排秋浇。     

北疆膜下滴灌棉花产量及水分生产率对灌水量响应的模拟

膜下滴灌技术是一种节水高产的灌溉技术,在新疆棉花种植中得到了广泛的应用。灌溉是影响新疆棉花产量的重要因素。为研究棉花产量和水分生产率对灌水量的响应,该文首先采用2010年和2011年新疆棉花膜下滴灌田间试验数据验证二维土壤水与作物生长耦合模型模拟棉花产量和耗水量可靠性。结果表明,二维土壤水与作物生长耦合模型能够可靠地模拟土壤含水率、叶面积指数、地上部分干物质量、籽棉产量和耗水量。土壤含水率模拟值与实测值的标准均方根误差(normalized root mean square error,n RMSE)为4.6%~23.4%,一致性指数为0.677~0.974;叶面积指数和地上部分干物质量n RMSE分别为6.3%~15.7%和7.2%~14.1%;籽棉产量和耗水量的模拟值与实测值之间相对误差分别仅为1.1%~6.7%和0.3%~9.2%。利用率定和验证后的模型参数进一步模拟10种灌水量情景下的棉花籽棉产量和水分生产率,结果表明籽棉产量随着灌水量的增加而增加,二者呈抛物线关系,而水分生产率则随着灌水量的增加而减小。综合考虑产量和水分生产率,北疆地区膜下滴灌棉花优化灌水量为280~307 mm。该研究可为北疆地区棉花灌水实践提供科学依据。     

基于控制灌溉理论的水稻优化灌溉制度研究

结合田间试验研究成果及Jensen模型，建立了基于水稻控制灌溉理论的宁夏引黄灌区轻度盐碱地水稻优化灌溉制度。水稻全生育期灌溉水量为600 mm，灌水15次，主要分布在返青期、拔节孕穗期和抽穗开花期。该优化灌溉制度较常规漫灌节水69.2%。该灌溉制度的建立，对于提高宁夏引黄灌区水稻节水灌溉技术具有重要的实践参考价值。     

灌区灌溉渠系分形特征研究

灌溉渠系是一种分形体，渠系的某部分渠段在某种程度上包含了整个渠系的信息。该文将分形理论引入到灌溉渠系的研究中，对其分形特征和分维数进行了分析，并运用盒计数法计算了漳河灌区灌溉渠系的分形维数。在此基础上，论证了渠系分形维数与其灌水模数的相关性，为灌区渠系布置优化设计提供了一定的理论依据。     

大范围灌溉及不同灌溉水源对蒸发皿蒸发量的影响

基于山东省济宁市6个典型气象站20 cm蒸发皿逐月蒸发量、逐年降水量和气象站所在区域的灌溉面积发展资料，研究中国中纬度地区大面积人工灌溉对蒸发皿蒸发量的影响，以揭示人工灌溉发展与蒸发皿蒸发量减少之间的内在关系。分析结果表明：不同时段的蒸发皿蒸发量变化与灌溉面积发展呈现极显著的相关关系，且灌溉期相关程度高于全年和非灌溉期相关程度；地下水为主要灌溉水源区域的蒸发皿蒸发量降幅大于地表水为主要灌溉水源区域的蒸发皿蒸发量降幅。大面积、高强度的农田灌溉引起近地表面的气象因子变化是导致所在区域蒸发皿蒸发量减少的重要原因。     

中心支轴式喷灌机喷头配置方法及其数学模型

以中心支轴式喷灌机结构尺寸为约束条件，以单位时间灌水深度和机组运行角速度为初始参数，对喷头配置方法进行了系统研究，建立了喷头配置数学模型，并开发出喷头配置软件。利用该方法和数学模型可确定中心支轴式喷灌机的最佳喷头配置方案，同时得出与该方案相匹配的机组入机流量和入机压力。该喷头配置模型和软件通用性强，可方便地用于各种长度的中心支轴式喷灌机，对于提高中心支轴式喷灌机的灌水均匀度，发挥机组及配套水泵的最佳性能具有重要意义。     

基于变量灌溉数学模型的决策支持系统研究

依据农田内土壤含水率的差异性，有针对性地进行变量灌溉，既可节约用水又可提高经济效益。该变量灌溉决策支持系统依靠地理信息系统由不同采样点实际测量土壤含水率，利用土壤水分预报数学模型，预测田块实时的土壤含水率，通过与作物的轻旱指标、重旱指标比较可决定是否灌溉。灌溉量可以根据耗水-产量模型，通过经济效益分析来决定，进而通过决策支持系统生成冬小麦的灌溉处方图和系统聚类分析图，为变量灌溉提供指导。