裸地蒸发条件下土壤盐分运动的预测研究

本文在饱和——非饱和流蒸发,再分配及灌溉入渗实验基础上,针对内蒙古河套灌区土壤盐渍化问题,进行了长期裸地蒸发条件下土壤溶质运移规律的数值模拟研究。就不同地下水埋深H、地下水矿化度Co和蒸发强度Eo状态下的溶质运移分别进行了系统预测模拟,以探讨地下水埋深、地下水矿化度和蒸发强度三项主要因素对土壤积盐、特别是表层土壤积盐量的影响、各因素问的相互影响与相互制约关系,为揭示溶质运移的机制、制定相应的土壤盐渍化防治措施提供依据。     

基于指示Kriging的土壤盐渍化风险与地下水环境分析

土壤盐渍化是制约干旱区农业发展的主要障碍,而浅埋地下水区域的地下水环境是影响土壤盐渍化的直接因素。为调控合理的地下水埋深和矿化度,以防控区域盐渍化,以河套灌区永济灌域为研究区,运用指示Kriging法比较了春灌前和生育期不同阈值条件下土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度的概率分布,从概率空间分布的角度研究了不同时期防治土壤盐渍化的地下水临界埋深和矿化度。结果表明：地下水埋深属于中等变异性,土壤表层含盐量和地下水矿化度属于强变异性。春灌前较生育期土壤表层盐渍化高风险区扩大、浅埋地下水高概率区缩小、地下水矿化高风险区缩小。春灌前永济灌域土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.6、2.2 m,地下水矿化度临界值分别为2.0、2.5 g/L;生育期土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.2、1.8 m,地下水矿化度临界值分别为2.5、3.0 g/L,春灌前更易发生土壤盐渍化。春灌前较生育期土壤盐分受外界因素（气象因素和人为因素）影响小,且土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度变异性也相对较小,地下水环境对土壤盐渍化的影响更强烈。研究区北部、东南部和中部小部分区域为地下水埋深小于临界值且大于矿化度临界值的高概率区,是土壤返盐的高风险区,建议进一步完善该地区的排水系统。     

秸秆覆盖对沟灌水盐迁移与玉米水分利用效率的影响

为研究河套灌区盐渍化土壤垄背地膜和秸秆覆盖下的沟灌土壤水盐迁移特征,明晰沟灌作物产量及水分利用效率的变化规律,设置垄背秸秆覆盖量分别为0.3（P0.3）、0.6（P0.6）、0.9（P0.9）、1.2kg/m 2 （P1.2）和常规覆膜（DM）、裸地不覆盖（CK）6种处理,于2019年进行沟灌灌水试验,对比分析了不同秸秆覆盖量下玉米生育期前后沟断面土壤水盐分布、作物产量及水分利用效率的变化情况。结果表明：玉米苗期,覆膜和秸秆覆盖处理能显著降低作物无效耗水,保证生育后期对水分的需求;抽雄灌浆期,覆膜增温效应促进了作物生长,DM处理玉米耗水强烈,土壤储水量最低;玉米成熟期,垂直方向土壤水分运动较前期减弱。整体来看,P1.2、P0.9处理蓄水保墒效果较好（P<0.05）。沟灌灌水定额较小、盐分淋洗效果较差,且受土壤蒸发及地下水补给作用,因此造成根系层盐分累积。覆膜和秸秆覆盖处理均能有效抑制盐分聚集,P1.2和P0.9处理生育末期的土壤含盐量较初始含盐量增幅较小,分别为14.10%和24.74%。P0.9和DM处理产量和水分利用效率较CK分别提高20.01%、25.46%和11.32%、15.29%,增幅较大;过量秸秆覆盖造成播期土壤温度偏低,会影响玉米出苗,P1.2处理玉米产量和水分利用效率较DM处理略有降低,但差异不显著（P>0.05）。采用主成分分析法对沟灌秸秆覆盖下土壤保墒抑盐效果、玉米出苗、产量以及水分利用效率等因素进行综合评价,初步确定适宜的沟灌秸秆覆盖模式,建议采用0.9~1.2kg/m 2 的垄背秸秆覆盖量代替常规地膜覆盖,以减小地膜残留带来的环境污染。本研究可为灌区农业栽培提供一定借鉴。     

河套灌区控制排水对油葵生长与养分利用的影响

为系统地从土壤水分、盐分、养分和油葵生长的变化来揭示不同排水方式的调控效应,设置4个处理,生育期暗管控制排水深度分别为40cm（K1）、70cm（K2）、100cm（K3）,春灌排水深度均为100cm,选择明沟排水（深度150cm）作为对照处理（CK）,开展了田间试验。结果表明：K1处理自油葵开花期到收获1m土层平均储水量比K2、K3处理提高了0.01%~4.53%,为作物生长后期提供了有效的水分。K1处理稳定了土壤水消耗的速率,削弱了水平方向土壤水分的消耗差异。春灌后K1、K2、K3处理平均脱盐率分别为49.02%、50.43%、49.70%,处理间无显著差异,而明沟排水仅为35.52%。暗管排水处理暗管中间点与暗管上土壤盐分淋洗率相差7.1~8.2个百分点,处理间无显著差异。CK处理盐分淋洗差异性相对较小,距明沟0.4m处与明沟中间点相差2.8个百分点。至生育后期（开花期）不同处理存在土壤返盐情况,K1、K2、K3、CK较春灌前平均返盐率分别为28.63%、24.20%、20.83%、22.07%。K1、K2处理返盐程度相对较高,但其含盐量不影响油葵后期正常生长。K1处理在现蕾期铵态氮含量显著高于其他处理(P<0.05),较K2、K3、CK处理高30.43%、45.90%、14.83%;开花期铵态氮含量由大到小依次为K1、CK、K2、K3,差异性小于成熟期;成熟期K1、K2处理铵态氮含量与CK处理无显著差异。硝态氮含量在现蕾期、开花期和成熟期含量K1处理最高,K1处理较K2、K3、CK处理分别高13.62%~30.80%、14.33%~53.09%、7.17%~28.10%(P<0.05)。K1处理可减小地下水位波动,使氮素以稳定形态存在,减少硝态氮流失。暗管排水可以提高油葵出苗率2.5~2.7个百分点。K1处理增加有效株占比2.3～5.0个百分点;油葵出苗50d后能显著增加株高5.10%~14.87%、茎粗6.29%~22.46%;提高水分利用效率1.16%~10.8%;提高氮磷钾肥料偏生产力7.69%~11.16%;增产4.52%~11.14%;并且有效地提高了叶片光合能力。从对土壤控盐、保肥、稳产与水肥利用效率多角度综合分析,春灌排水深度100cm,生育期控制排水深度40cm（K1）的控制排水方式是适宜的选择。     

立体种植农田不同生育期及土壤水分的根系分布特征

在立体种植农田中,作物根系分布是影响作物间水肥竞争及利用效率的首要因素。针对滴灌条件下番茄套种玉米立体种植农田设置高(T1)、中(T2)、低(T3)3个土壤水分处理,研究不同水分处理对立体种植农田不同位置土壤含水率、作物根系分布的影响,探讨立体种植农田根系在不同生育期生长发育特征。结果显示:立体种植农田番茄侧土壤含水率平均值显著低于玉米侧,膜内土壤含水率明显高于膜外土壤含水率,膜内不同位置土壤含水率无明显差异;随着生育期的推进作物间根系呈"不交叉—轻度交叉—完全交叉—轻度交叉"规律;随着土壤含水率的增加根系总量呈增长趋势,在0~30 cm的滴灌湿润区,作物根系分布最密集,约占总根系的60%~70%,且高水分处理根量显著大于低水分处理,根长密度、根表面积密度、根体积密度以及根重密度均呈现T1T2T3的趋势,而在非滴灌主要湿润区则正好相反;累积根系分布曲线分析显示随着土壤含水率增加根系向土壤下层生长,随着生育期推进根系向作物中间发展。立体种植农田作物在不同生育期根系分布变化明显,同时土壤水分对根系分布影响较大。     

盐渍化土壤剖面盐分与养分分布特征及盐分迁移估算

针对盐渍化灌区土壤盐渍化问题,以内蒙古河套灌区下游乌拉特灌域为研究区,通过野外实测与室内试验分析结合,采用冗余分析法探讨了盐渍化改良耕地与荒地春季（4月）和秋季（10月）根层土壤（0～20 cm、20～40 cm）盐分离子与全盐、pH值、养分之间的相关关系,明确了其变化特征与数量关系,并估算了试验区改良耕地和荒地间1 m土体的盐分迁移量。结果表明,改良耕地与荒地土壤阴离子均以Cl^-为主,分别占阴离子总量的45.27%、58.78%,阳离子以Na⁺为主,分别占阳离子总量的60.67%、53.94%。荒地平均全盐含量超过7.0 g/kg,土壤盐渍化程度较重。冗余分析表明,改良耕地土壤全盐含量起主导作用的是SO■、Cl^-、Ca²⁺,荒地土壤全盐含量起主导作用的是Cl^-、Mg²⁺、Na⁺。土壤pH值变化与HCO^-₃有着密切的关系。改良耕地有效磷与Na⁺呈显著负相关（P<0...     

河套灌区典型区土壤水-地下水动态与转化关系研究

为确定限制引水背景下河套灌区土壤水-地下水动态及其转化关系,为优化农田水管理策略提供理论依据,选取河套灌区典型斗渠区域,基于2年土壤水、地下水的监测数据,分析在不同作物种植区、不同灌溉期的农田土壤水、地下水的动态变化规律。运用水量平衡法对地下水浅埋区农田土壤水与地下水的转化关系进行定量研究,结果表明：生育期内农田土壤水分变化属于“灌溉降水入渗补充-腾发消耗型”;受灌溉影响,不同时期地下水埋深动态具有显著的灌溉型特征,土壤水渗漏补给地下水明显抬升地下水位,地下水排水和潜水蒸发又降低地下水位;在作物生育期内,土壤水与地下水进行双向补给,且不同时期具有不同的转化特征;研究区2年生育期内灌溉降水补给土壤水分别为544.56mm和541.85mm,平均腾发量为465.5mm和434.8mm,土壤储水量减少61.96mm和63.1mm,土壤水补给地下水为207.73mm和236.94mm。研究可为当地及相近地区农业节水灌溉提供科学依据。     

土壤水盐信息及作物生育指标空间结构性分析

在田间系统采样研究基础上，将影响系数法进行补充后应用到对特异值处理中，运用地质统计学原理探讨了小尺度条件下土壤水盐信息及株高、茎粗两生育指标的空间结构性并建立了变差函数模型。结果显示各信息均具有较明显的区域化变量特征和较好的空间结构性，可用区域化变量理论来分析研究，且经特异值处理后C0值有了不同程度的降低，弥补了单纯采用经典概率统计法对作物生育指标进行分析的不足，对作物信息进行空间结构性和定量化研究为精确农业的实施提供必要的技术支撑。     

表层土壤盐分空间变异性及合理采样数与信息估计

本文以气候寒冷干燥、具有土壤盐碱化问题的中国河套灌区为背景，将地质统计学和经典统计学理论结合评价实验场土壤表层盐分的空间分布特征及其变异性。用经典统计学理论确定了土壤盐分田间监测的合理采样数目与空间采样法则。在用地质统计学理论对变差函数理论模型最优性检验基础上，采用ＯＫ法对实验场表层土壤盐分空间分布进行了最优无偏估计。结果表明ＯＫ法用于内插估计精度较高；而用于外推估计精度略低，需对误差进行控制方可适当外推。以便利用样本对总体进行估计，并指导野外采样与监测。     

饱和—非饱和流溶质运移的实验及数值模拟研究

本文在水盐运移实验基础上,正确地采用了考虑土壤不动水体与吸附作用的溶质运移数学模型和以v为因变量的土壤水分数学模型。在非饱和蒸发条件下对各种求解溶质运移方程的数值方法进行了系统比较,采用了适合于本研究特征—饱和—非饱和流的特征—有限元法对灌溉入渗、蒸发和再分配条件下饱和—非饱和土壤溶质运移规律作了较系统的计算机数值模拟与预测研究。