覆膜开孔土壤蒸发的水盐分布特征及运移规律研究

在干旱半干旱的新疆地区,覆膜灌溉面积在逐年增加。但由于田间地膜覆盖率无法达到100%,同时出苗孔和灌水孔的存在使得研究覆膜灌后地表覆膜开孔率不同时蒸发的水盐运动很有必要。为获得覆膜开孔蒸发的土壤水盐分布特征,采用垂直一维入渗蒸发双层有机玻璃土柱实验系统进行蒸发试验。以概化的覆膜开孔率为上边界条件,针对初始水盐均匀和入渗结束后的蒸发两种处理,研究了覆膜开孔率影响下,蒸发土壤含盐量剖面和盐分浓度剖面的分布特征。结果表明,对水盐均匀处理,剖面盐分浓度可采用含水率及开孔率的函数关系表达;而对入渗蒸发处理,剖面盐分浓度随覆膜开孔率的范围不同可采用不同的指数形式表达。表土10cm返盐量随覆膜开孔率的增大而逐渐增加。单位膜孔面积的返盐量随覆膜开孔率的增加而减小,呈幂函数关系。此外,相同开孔率条件下,单位膜孔面积上蒸发量(ER)与土表10cm返盐量(Wsm,10)之间呈良好的线性关系。     

秸秆隔层与地覆膜盖有效抑制潜水蒸发和土壤返盐

为了揭示秸秆隔层与地膜覆盖的蓄水控盐机理,通过室内土柱模拟试验,研究了浅层地下水埋深条件下秸秆隔层对土壤水分入渗过程以及结合地膜覆盖对蒸发过程和水盐运移的影响。入渗试验设置了均质土（对照）和秸秆隔层处理,蒸发试验在均质土和秸秆隔层处理的土表分别增设覆膜和不覆膜处理。研究结果表明：1）秸秆隔层不但降低了土壤水分入渗速率和湿润锋推进深度,还引起了湿润锋的不稳定性,即优先流现象的出现;2）秸秆隔层能抑制潜水蒸发,对累积蒸发量的抑制率可达75.07%～95.42%;3）秸秆隔层改变了土壤水盐时空分布特征,在入渗过程中可增加土壤含水率,降低土壤含盐量;蒸发过程中可将盐分控制在底土层中,抑制了土壤返盐;4）地膜覆盖可减少土壤水分散失和减弱盐分表聚,而秸秆隔层结合地膜覆盖对潜水蒸发和土壤返盐的抑制效应更强,淡化耕层作用更为明显。该研究结果可为河套灌区农田抑盐、保水和合理的耕作措施的制定提供依据和参考。     

地下水浅埋区重度盐碱地覆膜咸水滴灌水盐动态试验研究

通过在高垄埋设水银负压计,研究土壤水势动态,并在枸杞不同生育期对潜水位以上各土层盐分进行取样分析,研究土壤盐分周年动态变化,为地下水浅埋区重度盐碱地改良利用提供理论依据。结果表明,在覆膜滴灌一个灌溉周期内,土壤水分运动始终为自滴头下方饱和区持续径向向外扩散;雨季降雨使水分从土壤剖面整体向下运动,随着潜水位的升高水分运动逐渐减弱,转为自垄中部向垄坡方向运动。盐分运动受水分运动影响明显,周年盐分动态可以分为春季强烈蒸发—积盐阶段、灌溉淋洗—稳定阶段、雨季淋溶—脱盐阶段、秋季蒸发—积盐阶段和冬季相对稳定阶段五个阶段。剖面土壤电导率(EC1∶5)均值从1.64 dS m-1增长至1.69 dS m-1,土壤未明显积盐,但盐分在剖面分布的周年变化表明滴灌灌溉调控了水分盐分在土壤中的分布,为作物根系生长提供了良好的土壤环境条件。因此,地下水浅埋区重度盐碱地可以通过高垄覆膜咸水滴灌技术加以利用。     

不同覆盖模式下砂壤土水盐运移特征研究

地表蒸发引起土壤水分的散失是造成盐分表聚的重要原因之一,土壤表层进行覆盖可改变地表结构,从而影响土壤水分蒸发和盐分迁移过程。为了揭示不同覆盖模式的蓄水控盐效果,通过室内模拟试验,研究了不同覆盖模式下土壤水分入渗过程和水盐迁移特征。试验设置无覆盖(CK)、覆砂(S)、覆砂+覆膜(SM)、覆秸秆+覆膜(JM)和覆秸秆+覆砂(JS)5种模式。结果表明:土壤表层进行的不同覆盖处理会降低土壤湿润锋推进速率和水分入渗速率,具有一定的阻渗作用;湿润锋推进距离与时间符合幂函数F=a·t~b,累积入渗量与时间符合Kostiakov入渗公式,湿润锋推进距离与累积入渗量符合线性关系I=K·Z_f+c。土壤表层进行的不同覆盖处理可有效抑制土壤水分蒸发,土壤保水效果为SMJSSJMCK;随土层深度的增加,土壤含水率减小的趋势逐渐减缓。土壤表层进行的不同覆盖处理也可减弱土壤盐分表聚,缩小盐分在土壤中迁移的范围;覆盖处理的土壤盐分主要在0—20cm范围内迁移,CK在0—35cm范围内。综合考虑不同覆盖模式对土壤水分入渗、抑制水分蒸发和减弱盐分表聚效果,认为砂石覆盖模式是较适合西北旱区的覆盖模式。     

滴灌覆膜开孔蒸发三维空间水盐运移实验研究

通过滴灌入渗结束的覆膜开孔蒸发实验,分析了土表覆膜开孔率对累积蒸发量随时间变化趋势的影响。累积蒸发量与时间平方根的线性关系符合Gardner的理论关系,而两者关系的系数又与覆膜开孔率之间存在良好的对数关系,从而得出了累积蒸发量的两因素函数关系。这一结果发展了Gardner的理论关系并将其应用于覆膜开孔蒸发的实践上。对相对累积蒸发量和单位膜孔面积的累积蒸发量随开孔率变化的函数特征进行了定量分析,并分析比较了全覆膜和不覆膜蒸发条件下含水率、含盐率和盐分浓度特征,做出了相应水盐特征的等值线图。     

非充分供水条件下滴灌入渗的水盐运移特征研究

滴灌入渗结束时的水盐特征是覆膜滴灌蒸发的初始条件,近年来覆膜种植技术的大面积推广使研究覆膜灌溉的水盐特征很有必要。通过非充分供水条件下滴灌入渗的三维水盐运移实验,分析了湿润锋运移的函数特征和椭圆方程,并对径向含水率剖面进行了研究。基于水分特征,分析了入渗中径向含盐率、径向浓度和径向Na 浓度剖面,并做出了相应水盐特征的等值线图。     

蒸发条件下不同夹层土壤水盐动态特性研究

通过室内一维土柱蒸发实验,以沸石、陶粒、蛭石、海泡石绒和河砂作为夹层,从毛管水的上升速率、表层土壤盐分特征离子的动态变化规律和土壤剖面水盐分布特征研究5种材料的阻盐效果。结果表明:在蒸发过程中,5种夹层对水分的蒸发均具有抑制作用。经过550h后,除了沸石外,蛭石、河砂、陶粒、海泡石绒和CK处理的湿润峰均达到土壤表层。毛管水上升速率从小到大依次为:沸石蛭石河砂陶粒海泡石绒CK;在30d实验中,除沸石外,其他4种处理的盐分特征离子均有明显的表聚现象,且表层盐分含量的大小与毛管水的上升速率成正比;蒸发结束后,整个土壤剖面只有沸石夹层处理的表层土壤未发生积盐且下界面有明显的积盐效应,进一步表明沸石夹层具有明显的阻水隔盐效果。     

排水地段土壤盐分变化特征分析

根据田间排水地段实测的土壤含盐量与地下水埋深和矿化度，分析了土壤盐分组成变化特征以及覆膜种植对抑制土壤积盐的效应。根据潜水蒸发特点，确定了建立地下水埋深与土壤含盐量间单一函数关系的方法，为根据土壤含盐量确定地下水临界深度提供指导。     

具有秸秆夹层层状土壤一维垂直入渗水盐分布特征

为了解具有秸秆夹层层状土壤一维垂直入渗水盐分布特征,通过定水头入渗实验装置,在距土表以下20 cm设置一个秸秆夹层,研究了4种秸秆铺设量(0、6 000、12 000、18 000 kg/hm2)和2种秸秆长度(1、10 cm)的秸秆夹层对盐碱土入渗过程土壤水分和盐分分布的影响。结果表明,盐碱土中设置秸秆夹层具有良好的阻水性,累积入渗量和入渗速率明显下降,下渗水流在一定限度内滞留于秸秆层以上,秸秆夹层同时具有减渗性,使下渗水量明显减小;土壤盐分在秸秆夹层以下一定深度范围内出现峰值。秸秆长度影响盐分滞留深度,秸秆长度10 cm处理全盐含量最大值深度较秸秆长度1 cm处理有所下移;秸秆夹层也影响着水分入渗过程中离子的交换与吸附,Cl–?入渗后在剖面深度的变化规律与全盐变化规律相同,HCO3–?对秸秆夹层的敏感性明显强于SO42–,SO42– 对水分依赖性较强,含水量足够大时才能引起它的快速运移。     

夹砂层土体构型毛管水上升的实验研究

针对西北地区土壤剖面多呈层状和春季强烈返盐季节土壤多处于裸露状态的特点，通过室内土柱实验，研究了有地下水位条件下夹砂层剖面的土壤蒸发问题。结果表明，砂层会影响毛管水上升的高度和速度，毛管水到达土表的时间随砂层厚度的增加、层位的升高以及级配的变差而延长，但砂层级配对于水分的阻滞作用最大。砂层影响各层土壤含水量的分布，在水分达到平衡状态时，砂层以下土壤含水量大于均质土，而砂层以上土壤含水量则小于或近似于均质土。砂层能明显降低地下水的蒸发量，但夹砂层土柱的蒸发量随砂层厚度的增加而降低，而表砂层土柱的蒸发量则随砂层厚度的增加而增强。在蒸发阶段，砂层层位的作用表现更为显著。     

初始湿度对覆膜开孔蒸发水盐运移的影响

为了解初始含水率(湿度)变化对覆膜开孔蒸发的盐分与蒸发量的定量关系,通过不同湿度土壤的室内蒸发实验,研究了覆膜开孔率影响下土壤水分和盐分的运动特征.结果表明,初始含水率越大,不同覆膜条件下累积蒸发量越大,单位膜孔面积累积蒸发量(E_R)随开孔率增大而急剧减小.不同初始湿度的ER与覆膜开孔率的关系可用乘幂表示;表土返盐量随覆膜开孔率的增大而逐渐增加;不同含水率土壤的盐分浓度削面分布趋势一致,含水率越大,表层盐分浓度越大,含水率较小的土壤.盐分浓度在表层最大.在盐分含量最低点附近达到最小值,表层以下4-13cm的盐分浓度均小于初始值;不同覆膜开孔率条件下不同含水率土体剖面盐分浓度与垂直位置之间可用幂函数表示.研究表明,初始湿度对土壤水盐运动的影响存在定性特征,而覆膜开孔率对水盐运动的影响有定量关系可循.     

秸秆深层覆盖对土壤水盐运移及小麦生长的影响

通过对秸秆不同覆盖方式的土柱模拟实验研究表明,秸秆深层覆盖在土壤中形成了一个毛细管障碍层,破坏了土壤毛细管的连续性,明显降低深层土壤水分蒸发,减少了深层土壤盐分向表层的运移;秸秆表层覆盖使土表与空气的接触面变小,利于土壤保水。深层秸秆结合表层秸秆覆盖对土壤的保水效果最好,而且抑制盐分的土壤表聚,减轻土壤盐分对作物生长的胁迫,降低土壤耕层的返盐,保证了作物正常生长。     

不同覆膜开孔率下土壤水分和潜水蒸发的模拟研究

为研究蒸发阶段不同覆膜开孔条件下土壤水分运动,在室内进行蒸发模拟试验的基础上,采用HYDRUS-1D模型对不同覆膜开孔率和大气蒸发能力条件下土壤剖面含水率和潜水蒸发量动态变化进行了模拟,并与实测资料进行比较。结果表明:土壤剖面含水率同时受大气蒸发能力和覆膜开孔率的共同作用,随覆膜开孔率和大气蒸发能力的增加,土壤剖面含水率减小,且上层土壤含水率差异比下层土壤明显;覆膜开孔率和大气蒸发能力一定时,土壤剖面含水率在蒸发初期有所增加,蒸发后期基本保持稳定;覆膜对潜水蒸发的阻滞作用明显,但开孔率增加到一定数值时,表层盐分的影响大于覆膜的影响,使土壤含水率增大,累积蒸发量减小。经实测数据验证,模型精度较好,表明HYDRUS-1D模型用于不同覆膜开孔率下的土壤水分运动模拟是可行的。     

入渗水矿化度对土壤水盐运移影响的试验研究

合理开发利用咸水和微咸水资源已成为当今世界各国关注的热点问题.为了分析微咸水矿化度、水量及土壤初始条件等因素对土壤水盐运移的影响,采用土柱在室内进行了微咸水入渗试验.该文分析了入渗水矿化度对入渗过程的影响,分析了盐分的分布特征,建立入渗水矿化度和土壤总盐量之间的数学模型,总结了土壤剖面的盐分运移规律.分析结果表明入渗水矿化度的增加可增大土壤的入渗能力,入渗水的矿化度在1～5 g/L时,土壤积盐量随入渗水矿化度增加而增大;不同矿化度的水入渗后,土壤表层含水率基本相近,接近饱和含水率.     

亚热带土壤导水特征对钠盐溶液浓度的响应

再生水中高浓度钠盐溶液入渗对土壤水力特性的影响是长期低质水灌溉引起土壤生态环境退化的关键问题之一。该文采用定水头渗透法、一维水平土柱吸渗法测定不同浓度钠盐溶液条件下亚热带地区黏性潮土、沙性潮土、红壤、水稻土、紫色土共5种土壤的水动力学参数,分析了土壤理化性质和钠盐溶液浓度对土壤导水特征的影响及其作用机制。结果表明:土壤粉粒、交换性钙及交换性镁含量具有促进土壤水分运动的作用,而土壤黏粒、交换性铁及交换性铝含量则表现出抑制作用。与蒸馏水处理相比较,钠盐加快了土壤水分黏性潮土、沙性潮土及水稻土中的土壤水分运动速率,分别可最高提升其土壤水分扩散率为22.0%、37.3%、39.7%;钠盐减缓了红壤和紫色土的水分扩散速率,溶液钠盐浓度越高,其抑制作用越明显。土壤饱和导水率随溶液盐浓度升高呈先降后升的趋势,1~10 g/L钠盐浓度范围内土壤饱和导水率与钠盐浓度具有良好的抛物线关系(R^2>0.807),各土壤导水率最小极值点的钠盐浓度在5 g/L左右。因此,再生水灌溉利用时其盐浓度适度控制低于其极值点浓度。     

膜下滴灌条件下灌水水质和流量对土壤盐分分布影响的田间试验研究

膜下滴灌是一种既节水,又能抑制土壤盐分上移的灌水技术。该文着重研究在田间条件下,滴头流量、灌水量和灌水水质对微咸水点源入渗水盐运移的影响。研究结果表明,在充分供水条件下,水平湿润锋和积水锋面随时间的推进符合幂函数关系;滴头流量越小,沿土壤深度方向上的盐分含量越小;滴头流量越大,水平方向含盐量随距离增加的趋势越不明显;灌水量是微咸水灌溉条件下控制盐分累积的一个重要因素,灌水量不足,没有足够的入渗水量以确保盐分的淋洗;灌水矿化度的升高会显著增加土壤表层的含盐量。     

干旱区大田膜下滴灌土壤盐分运移与调控

膜下滴灌节水技术在新疆已推广应用了160多万hm2且面积仍在持续增加.为研究干旱区大田膜下滴灌土壤盐分运移特征,该文通过在新疆巴州灌溉试验站进行的膜下滴灌试验,结果表明,在单次滴灌后,剖面土壤内的盐分产生了定向重分布,形成脱盐区、稳定区与积盐区,具有调控田间尺度土壤盐分的作用.脱盐区的面积要大于积盐区.在0～40 cm的深度内,双管对表层盐分重分布的作用大于单管;在0～80 cm深度,双管对剖面盐分重分布的作用弱于单管.在棉田的整个生育期内,剖面土壤的盐分则受灌水周期的影响,呈上下振荡、振幅缩小且总体脱盐的变化趋势,形成了一种对作物生长有利的局部环境.膜下滴灌不仅是一种滴灌和覆膜相结合的节水技术,而且通过对其控制性精准灌溉的灵活应用,可达到生育期控盐与非生育期排盐的结合,从而为在干旱区实现节水控盐的目标提供技术保障.     

棉花膜下滴灌土壤水盐运移规律数值模拟

通过棉花桶栽试验,获取棉花全生育期土壤蒸发蒸腾量以及土壤含水率、含盐量变化规律。以土壤水分运动基本方程和溶质运移对流-弥散方程为基础,在考虑棉花根系吸水和土壤蒸发蒸腾条件下,对膜下滴灌棉花全生育期时段内土壤中水盐运移规律进行了数值模拟,并与实测的土壤含水率和含盐量进行了对比分析。其结果显示:土壤表层和深层的土壤含水率和含盐量模拟值与实测值均存在不同程度的偏差,而中间层土壤含水率和含盐量的模拟值较接近实测值。因此,只要能够获得足够的精确的大田实测资料,就可以将该模型应用于棉花膜下滴灌土壤水盐运移规律的实际预测。