冻融条件下长期滴灌棉田土壤水盐运用特征

针对冻融条件下新疆北疆常年滴灌棉田土壤水盐进行了连续监测,初步分析了冻融期土壤水盐运移特征,结果表明:冻融期,在铅垂土壤剖面上存在稳定的盐分聚集区,此聚集区位于最大冻土层附近,其位置随时间变化较小;除2001年地块外,其他地块各土层含盐率均值、最大值、最小值的最大值均出现在了90cm土层中;研究发现0~150cm土层中土壤盐分含量并没有呈现出随种植年限的增加而增大或是减小的趋势。不同地块中,土壤含水率在剖面上的分布特征各不相同,相比之下,冻融期土壤盐分的变化较水分变化更有规律可循。由于冻融期稳定盐分聚集层的大致位于90cm土层,加之消融后期伴随的土壤的强烈蒸发,笔者建议在开春播种后应及时进行头水滴灌,以抑制盐分的上移。本实验结果可为春播期间防治土壤次生盐渍化提供理论依据。     

土壤水盐运移规律的试验研究

土壤水、盐运移规律的研究是农田水利、水土环境等领域的重要基础内容。对不同节水措施(覆膜灌溉、浅湿灌溉、浅水灌溉)下水田土壤中的水盐运移规律和对冬季不同积雪深度及施盐情况下春季土壤水盐垂直分布规律进行测定与分析。土壤盐分测定采用电导率法,土壤水分测定采用烘干法。结果表明:天津市西青区土壤电导率变化趋势大致一样,在50 cm以上的土层电导率是逐渐变小,50 cm以下的土层电导率基本就没有太大变化,地表的盐分随着淋溶过程运移到地下,导致地表的电导率值变小。     

干旱区膜下滴灌棉田灌溉制度及土壤水盐运移规律研究

以棉花各生育期适宜土壤含水率上、下限差值为灌水控制指标,设置3水平灌水处理,开展膜下滴灌大田试验,分析研究适宜试验区棉花生长、水分利用效率高的灌溉制度及膜下滴灌棉田土壤水盐运移规律。结果表明:适宜土壤含水率上、下限差值形成的灌溉制度,决定了土壤水盐运移规律、盐分分布和积累特征。总体表现为:空间上土壤水分分布与滴灌带间距呈负相关系,盐分分布则相反,0~40 cm深度土壤水分在灌后重分布,盐分在滴灌水分的淋洗作用下定向运移,至湿润体边缘积聚。综合分析关键点与主根层的土壤水盐时间序列变化,T2处理(385 mm/18次)主根层0~40 cm深度水分处于棉花生长的适宜含水率范围,并形成淡化脱盐区,对盐分的调控最佳。T2处理棉田产量最高,为6 083 kg/hm~2,水分利用效率为1.05 kg/(mm·hm~2),为适宜的灌溉制度。     

季节性冻土的水热作用机制研究——以古尔班通古特沙漠南缘为例

【目的】阐明新疆干旱区冻融土壤的水热耦合关系,建立在冻结融化过程中土壤水热耦合模型。【方法】以土壤水动力学、冻土物理学和统计学为理论基础,利用土壤水分与温度测量系统对不同土层深度土壤的温度和湿度进行测量,比较土壤含水率和温度随时间与深度的变化情况,研究了新疆典型干旱区细土平原区与沙漠交错带的冻融土壤水热迁移规律,分析不同土层深度土壤在冻结期、融化期的水热变化特征。【结果】土壤冻结融化过程中,各层土壤的液态含水率、温度均与环境温度的变化趋势基本一致,但随着土层深度增加,土壤温度和含水率的变化趋势均在逐渐减弱;深层土壤的液态含水率在冻结融化过程中基本不随环境温度升降发生变化,浅层5、20 cm土层的温度和含水率之间具有耦合效应。【结论】季节性冻土的水分和温度之间具有耦合效应。     

新疆棉田地下滴灌土壤水盐运移规律的初步研究

为探讨新疆棉田地下滴灌条件下土壤水盐运移的规律,在棉花各个生育阶段运用TDR和取样从水平方向和垂直方向测定棉田距滴灌带不同位置的土壤水分和盐分,研究分析后认为地下滴灌条件下棉花整个生育期土壤中盐分运移规律为:苗期较高,花铃期较低,吐絮期又较高。盐分经过长时间的水平和垂直运移,水平方向在距滴灌带较远的地方含盐量较高,最后在滴灌带中间位置积聚;垂直方向在耕作层的盐分含量有所降低,耕作层处于脱盐过程,盐分主要向深层运移,在80 cm以下的土层处于积盐过程。     

不同深度秸秆覆盖对滴灌棉田土壤水盐运移的影响

为探索滴灌条件下秸秆覆盖对棉田土壤水盐运动的影响,设置表层覆盖、地表下30cm覆盖和无覆盖3种处理,进行对比试验研究,结果表明,秸秆覆盖通过对土壤水分的影响间接影响了土壤盐分的运移和分布。在30cm处覆盖秸秆主要对30cm以上土壤的水分和盐分产生影响,对35cm以下的影响和表层覆盖比较接近。采用秸秆覆盖对土壤水分和盐分水平方向的运移具有一定影响,无覆盖在前期、中期和后期土壤表层盐分均最高。30cm处覆盖秸秆阻碍了35cm以下土壤毛管水的上升,从而阻止了盐分的上升。采用秸秆覆盖后,特别是在30cm深度采用秸秆覆盖,对于调控土壤水、盐变化,抑制土壤盐分上移具有积极作用。     

秋耕对季节性冻融土壤水热盐运移规律的影响

为了探明秋耕处理模式对北疆季节性冻融土壤水热盐运移规律的影响,对比分析了翻耕(FG)、免耕(MG)、垄沟(LG)、翻耕秸秆覆盖(FJ)、翻耕活性炭覆盖(FH)5种秋耕处理下土壤温度、含水率和电导率时空变化规律的差异.结果表明:不同秋耕处理改变了土壤的冻结、融化过程,维持冻融期土壤温度序列稳定的能力FJ>FH>LG>MG>FG.冻融期前后,FJ、FH和LG处理明显增加了耕作层0～60 cm土层的含水率,同时土壤电导率也明显下降,蓄水能力FJ>FH>LG,抑盐能力FH>FJ>LG.冻结过程使各处理对土壤水热盐运移的影响趋于一致,土壤温度、含水率、电导率之间均呈显著或极显著的线性相关关系;融化期间,FJ和FH处理土壤温度、含水率、电导率相互之间均呈显著或极显著的正相关关系,而FG、MG和LG处理3者间无明显的线性关系.研究结果证明了通过秋耕处理调控冻融期土壤墒情的可行性.     

基于SWAP模型的春玉米咸水非充分灌溉模拟

为了探究石羊河流域适宜春玉米生长的咸水非充分灌溉模式,应用SWAP模型模拟不同灌溉模式下的土壤水盐平衡、春玉米相对产量和相对水分利用效率,并预测了较长时期土壤水盐动态变化规律.研究结果表明:灌溉水矿化度为0.71 g/L和3.00 g/L的春玉米最优灌溉模式为生育期内灌4次水,灌溉定额均为408 mm,2种灌溉模式均能达到节约灌溉用水、提高作物产量和水分利用效率以及减少土体盐分累积量的目的.较长时期土壤水盐动态变化规律模拟结果表明:在冬灌条件下,春玉米最优灌溉模式下的土壤水分和盐分能够在模拟期内保持相对平稳的状态;在不同年份,相同土层土壤含水率随着土层深度的增加而增大,0.71 g/L的淡水灌溉土壤盐分主要累积在40~80 cm土层,3.00 g/L的微咸水灌溉土壤盐分主要累积在10~40 cm土层;5 a的模拟结果表明0.71 g/L和3.00 g/L的水持续灌溉5 a,不会引起土壤次生盐渍化.     

棉花膜下滴灌两种布管方式下的土壤水盐运移研究

从土壤水分分布、盐分迁移两个方面分析了膜下滴灌两种毛管布置方式下的土壤水盐运移特征.试验结果表明:在棉花主根层土壤水分分布方面,1管2行的水分均匀度明显优于1管4行,灌水前后,1管2行内行与外行的土壤含水量差值小于1%;在盐分运移方面,1管2行在棉花主根层形成两个淡化脱盐区,更有利于抑制盐分对作物生长的胁迫.     

膜下滴灌棉田土壤温度分布特征

为了探讨膜下滴灌棉田地温的时空变化规律,作者通过在新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理处国家重点灌溉试验站开展微咸水和淡水膜下滴灌棉花大田试验,定时监测膜下滴灌棉田棉花不同生育期、不同空间位置处的温度。研究结果表明,表层土壤温度变幅大,深层土壤温度变幅小;苗期宽行地温＞窄行＞膜间,蕾期宽行地温＞膜间＞窄行,花铃期膜间地温＞宽行＞窄行;不同生育期对地温起主导作用的影响因子不同,苗期地温的主要影响因子为覆膜,蕾、花铃期的主要影响因素为植株覆盖及土壤含水量,吐絮期的主要影响因子为植株覆盖;微咸水膜下滴灌条件下,相同深度不同位置(宽行、窄行、膜间)以及相同位置不同深度处地温变幅均较淡水处理显著,且微咸水膜下滴灌棉田同一深度同一位置处地温明显高于淡水处理。     

季节性冻融期灌溉水量对土壤温度时空变化的影响

以位于山西省晋中盆地的农科院试验田为基地,运用灰色关联度和spss软件对2013-2014年季节性冻融期不同灌水量下土壤温度的时空变化规律进行了统计分析。结果表明:灌水量对土壤的冻融过程存在一定影响,有明显的增温效应,但在不同的冻融阶段有所差异:缓慢冻结阶段,灌水量高的地块土壤降温速度慢;快速冻结和拟稳定冻结阶段,20~50cm范围内土壤温度随着灌水量的增加而增加,呈现显著的正相关性;融化阶段中后期,不同灌水定额下土壤温度随时间线性增加,增温速率几乎相同。同一冻融阶段剖面地温随深度的变化规律为:土壤温度在10cm内出现极小值,当土壤深度大于30cm时,土壤温度与深度的线性相关性随着灌水量的增加而增加,同一时间剖面地温的增减速率随灌水量的增加而减少。     

季节性冻融期不同潜水位埋深下土壤蒸发规律模拟研究

为了揭示季节性冻融期不同潜水位埋深和土壤质地对土壤蒸发的影响,通过连续2个冻融期的蒸渗计土壤剖面含水率和土壤温度的监测,利用水热耦合运移模型模拟研究了4种不同潜水位埋深(0.5、1.0、1.5、2.0 m)下砂壤土和壤砂土的土壤蒸发规律。结果表明:不稳定冻结阶段和消融解冻阶段地表土壤均出现昼融夜冻的特征,土壤液态水分较多,砂壤土和壤砂土蒸发量分别占整个冻融期的91.7%和81.8%以上。稳定冻结阶段的土壤蒸发量随着潜水位埋深的增加而增大,但小于0.31 mm。潜水位埋深为0.5 m时冻融期土壤蒸发量最大,砂壤土和壤砂土分别为47.28 mm和25.60 mm,随着潜水位埋深的增加,冻融期土壤蒸发量呈指数型减少,土壤颗粒直径相对较大的壤砂土土壤蒸发量随潜水位埋深的增加而衰减的幅度较为明显。该研究可为地下水浅埋区土壤盐渍化的防治和地下水资源量的科学评价提供依据。     

不同积雪覆盖条件下冻融土壤水分运动规律研究

积雪覆盖作为中国北方高寒黑土区土壤冻融期最普遍的上边界条件,直接影响土壤水分分布、迁移过程及土壤温度、冻结深度、冻结速率等。通过野外试验,对哈尔滨地区的季节性冻融黑土在裸地、自然积雪、压实积雪、加厚积雪4种不同覆盖条件下的土壤水分迁移规律进行动态观测。从时间、空间角度分析土壤含水率变化,结果表明:积雪厚度和密度都可以很大程度上影响积雪对土壤的保护作用,在仅考虑积雪自身沉降造成密度增大的情况下,积雪厚度越大保护效果越好,土壤含水率对气温变化的响应及土壤解冻时间依次延后,延后程度随土壤深度增加而增大;当人为改变积雪密度时,相较于单纯增加积雪厚度,密度大的积雪可以更好地保护土壤,使气温对土壤的直接影响更小。当遇到冬季降雪量较小的情况时,可以考虑采用人为压实积雪的方法,加强对土壤的保护作用。     

微咸水膜下滴灌棉花根区土壤水盐运移规律研究

研究了微咸水膜下滴灌条件下,不同矿化度的微咸水灌溉对棉花根区土壤水分、盐分变化的影响。结果表明,在相同灌水定额条件下,棉花根系对高配比微咸水混灌后的土壤水分消耗小,土壤盐分对棉花根系耗水具有抑制作用。当微咸水灌水定额小于25 mm时,易导致土壤盐分的表聚现象。根据土壤含水率与土壤电导率之间的相关关系,建立了宽行土壤电导率计算模型。通过实测值验证,试验地宽行深度为0～30 cm时,土壤电导率计算值与实测值误差率不大于5%,故在此土壤深度范围内可通过模型预测土壤电导率值。     

季节性冻融期灌水对土壤温度与冻融特性的影响

通过季节性冻融期裸地、地膜覆膜地和秸秆覆盖地的田间系列灌水试验,研究了冻融期不同阶段灌水对土壤温度及冻融特性的影响.试验表明:不论何种地表条件,入冬后冻结期较早的灌水地块耕作层土壤温度在整个冻融期处于较低值.消融期,灌水对裸地和地膜覆盖地耕作层土壤温度的影响较小,灌水加速了地表冻层的融化;秸秆覆盖地灌水后土壤温度较低且变幅较小,秸秆覆盖不利于土壤的消融解冻.5 cm土壤累积负温快速增加阶段灌水对于降低土壤最大冻结深度影响非常明显.     

黄河三角洲盐渍土蒸发对土壤盐分变化的响应特征

为了探明黄河三角洲盐渍土蒸发对土壤盐分变化的响应特征,采用矿化度分别为5,10,30,50,70,90 g/L的咸水灌溉黄河三角洲0~40 cm土壤,获得不同盐分梯度的盐渍土处理,依次标记为处理T1—T6,并测定各处理的土壤含水率和电导率、蒸发强度和累积蒸发量等指标.结果表明,蒸发过程中表层土壤含水率和电导率均随土壤含盐量增加呈逐渐增加趋势;蒸发结束时,处理T1—T6的土壤表层平均含水率比试验初期降低了80.0%~95.8%,表层含水率的降低幅度随着含盐量增加而逐渐降低;土壤表层电导率分别增加135%~330%,且蒸发前期表层电导率增加幅度明显高于蒸发后期.土壤含盐量对土壤剖面含水率及电导率分布影响差异具有统计学意义,蒸发结束时,处理T1—T6表层0~2 cm比3~6 cm土壤含水率低了8.3%~30.5%,土壤电导率则高了82%~196%,且随着土壤含盐量增加,盐分对土壤剖面盐分分布的影响逐渐增强,表层与深层土壤含盐量差异逐渐增大.蒸发过程中,土壤平均蒸发强度和累积蒸发量随土壤含盐量增加呈降低趋势,处理T1—T6的平均蒸发强度为3.5×10^-4,3.5×10^-4,3.4×10^-4,3.2×10^-4,3.0×10^-4和2.7×10^-4 mm/d,土壤累积蒸发量分别为26.13,26.20,25.50,24.26,22.50和20.58 mm,且蒸发前期各处理的土壤平均蒸发强度及累积蒸发量均高于蒸发后期,土壤含盐量对土壤蒸发的抑制作用主要在蒸发前期.研究表明土壤含盐量可影响土壤剖面含水率与电导率分布以及土壤蒸发强度和累积蒸发量.     

咸水灌溉对土壤水热盐变化及棉花产量和品质的影响

为了充分利用咸水资源,采用田间对比试验,研究了1、3、5、7 g/L等4个矿化度咸水(分别用S1、S2、S3、S4表示)灌溉对棉田土壤水热盐变化特征及棉花长势、产量和纤维品质的影响。结果表明,棉花生育期内各处理0~40 cm土层土壤含水率及地下5 cm处土壤温度总体上都随着灌溉水矿化度的增加而增大,但差异不大;处理间土壤电导率差异明显,灌溉水矿化度愈高,土壤电导率愈大,棉花生育期结束后,降雨对各处理盐分的淋洗率介于29.40%~40.40%。土壤水分和盐分剖面分布受制于土壤质地、降雨和棉花蒸发蒸腾耗水;干旱时期,土壤干燥,盐分表聚,湿润时期与之相反。棉花成苗率、株高、单株最大叶面积和霜前花率均随着灌溉水矿化度的增加而降低,籽棉产量从大到小依次为S2、S1、S3和S4,其中,S4与S1处理间的差异达显著水平。咸水灌溉通过改变马克隆值对纤维品质产生了负面影响,尤其是S4处理。研究结果可为丰富棉花咸水灌溉技术体系提供理论支撑。     

冻融过程对FDR测量土壤体积含水量的影响

为研究冻融过程对FDR测量土壤体积含水量的影响,采用基于FDR技术的土壤水分传感器TDR-3,通过室内温度实验箱控制环境温度范围为-20～20 ℃,对冻融过程中黏性土样体积含水量进行了测试分析．结果表明:采用FDR测量黏性土样体积含水量,在土样未进行冻融前,温度在0 ℃以上时,FDR的测量值随温度呈线性变化,随着温度的升高而增大,随着温度的降低而减小;黏性土样冻融过程中,在冻结过程中,FDR的测量值随着温度的降低逐渐减小;在融化过程中,随着温度的升高,FDR的测量值逐渐增大;相同温度条件下,黏性土冻结过程中FDR的测量值明显大于黏性土融化过程中FDR的测量值,0℃时两者差值最大,该差值受土壤初始体积含水量和冻融温度的影响．研究成果对于提高FDR测量冻融过程中土壤体积含水量的可靠性具有重要意义．