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。     

控制暗管排水下土壤剖面水盐分布与变化特征

控制暗管排水可改变土壤水盐运移从而影响灌区盐渍化程度和土壤水分状况。为探讨土壤水盐分布与变化及其受控制排水与间距的影响,以河套灌区义长试验站暗管排水试区为对象,选取玉米生长期内典型灌溉周期开展研究。分析了控制排水及其间距变化下土壤水盐剖面静态分布与动态变化及灌水前后土壤水盐变异特性。结果表明：与自由排水比,控制排水提高了土壤剖面8.27%的相对含水率,增大了灌水期的含水率增幅,减少了间歇期的含水率降幅;控制排水还提高了土壤剖面盐分的分布均匀性,灌后的水平与垂向变异系数分别降低了45.88%和32.55%;同时,控制排水降低了土壤剖面36.73%的盐分含量,增大了灌水期29.17%的剖面脱盐区域,减少了间歇期14.29%的剖面积盐区域。控制排水基础上减少间距降低了灌水期的含水率增幅并增加了间歇期的含水率降幅,提高了灌前土壤盐分的水平分布均匀性却降低了灌后土壤盐分的水平分布均匀性。控制排水较高的盐分分布均匀性和脱盐效率及保墒效应有助于控制土壤次生盐渍化和提高农业用水效率。     

近滨海盐碱地暗管排水条件下地下水埋深动态变化模拟

农田暗管排水工程是近滨海地区盐碱地防御涝渍害、降低土壤盐分和促进作物生长的重要措施。本文应用DRAINMOD模型对河北沧州近滨海暗管排水排盐试验区(暗管埋深1.2 m,间距30 m),2011年6—9月的地下水埋深进行了模拟,并对不同控制性排水方案(无强制排水,地下水埋深控制在50 cm、80 cm和100 cm)下地下水埋深的变化进行了预测。模型所需参数(气象数据、作物数据、土壤参数和排水数据)由室内试验、田间试验和实地观测得到。研究结果表明:DRAINMOD在该地区的模拟值与观测值拟合较好,效率系数为0.67,相对误差系数为6.15%,反映出模型良好的模拟性能;农田暗管排水系统能明显降低涝渍害的发生,即使发生强降水,也能在2 d内将地下水埋深控制在60 cm以下,而若无强制排水地下水埋深需在15 d后降至60 cm;对不同排水方案模拟效果的比较表明,试验区在夏季控制性排水中,将地下水埋深控制在80 cm左右较为合适。综上,DRAINMOD模型可以很好地应用于地下水埋深变化的预测中。因此,在未来的研究中,近滨海盐碱区可以通过DRAINMOD模型模拟地下水埋深变化,从而为农田排水系统的设计提供理论依据,为暗管排水管理制度的建立提供科学的选择方法。     

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。     

外包土工布暗管排盐条件下水盐运移规律

为揭示外包土工布暗管埋设在非饱和带时淋洗后水分和盐分的运移规律,该文设计了模拟暗管排水的室内试验,研究2种土壤初始状态下(非饱和状态和田持状态),排水初期暗管与地下水位的相对位置及其排水排盐情况,从开始淋洗至暗管停止排水全过程中地下水埋深及含盐量变化规律、暗管的排水排盐效果及土壤剖面的水盐动态运移规律。结果表明:在暗管周围包裹土工布的情况下,土壤初始状态无论是非饱和还是田持,当暗管开始排水时地下水均已完全淹没暗管,此时的排盐量最大,流量呈先增大后减小的变化趋势,且地下水位先升高后降低,地下水含盐量随着淋洗水量的增加由累积转变为脱盐。对比淋洗非饱和土壤(试验1)和淋洗田持土壤(试验2)的试验结果,试验2中暗管的排水、排盐效果优于试验1,在试验1中淋洗非饱和土壤时,土壤脱盐率在垂直方向上随土壤深度的增加逐渐降低,0~20 cm土层的脱盐率(>85%)最大,降至无盐水平,暗管周围土壤脱盐率相对较小(<60%),仍处于中度盐渍化水平;水平方向上,0~20 cm土层的脱盐率差异不大,20~40 cm土层中距暗管越远其脱盐率越小。试验2在试验1基础上进行,淋洗田持土壤时,0~20 cm土层盐分不再变化,30~40 cm土层的脱盐率增大(>60%)。此外,试验1中淋洗脱盐效果大于暗管排盐效果,暗管主要排出暗管以上土壤盐分;试验2中暗管排盐效果增强,暗管不仅排出暗管周围土壤盐分,而且排出暗管以下土层及地下水中盐分,随着淋洗水量的增加,土壤由脱盐型转变为排盐型。研究结果表明外包土工布暗管的应用效果受地下水与暗管相对位置的影响,合理提高淋洗水量可以增强暗管排水排盐效果及土壤脱盐效果,有效改善土壤盐渍化。研究结果可为西北内陆干旱地区不同地下水埋深条件下暗管排盐技术的推广和应用提供理论支撑和科学指导。     

地下水埋深对膜下滴灌棉田水盐动态影响及土壤盐分累积特征

为了探究不同地下水埋深条件下膜下滴灌农田的水盐运移规律,于2012—2016年在新疆库尔勒绿洲,对采用膜下滴灌结合冬春灌压盐的棉田开展定位观测,在不同位置处150 cm深土壤剖面进行水盐监测,探究不同生育阶段地下水埋深与土壤水盐含量的关系。结果表明,膜下滴灌农田土壤水分呈反"S"型分布,土壤盐分呈"酒杯"状表聚型分布;试验期内地下水埋深从2~3 m增加到5~6 m,相应地苗期和非生育期返盐程度显著降低,收获期盐分含量下降;5a来土壤含盐量从6.5 g/kg下降到1 g/kg,土壤累积含盐量与地下水埋深呈负的指数关系;深层水分交换量表明土壤水和地下水间的联系明显减弱。建议将类似地区的地下水埋深控制在3.5 m左右,膜下滴灌结合冬春灌淋洗可有效抑制土壤层盐分累积,并可保证自然植被的生态需水。     

暗管排水对河套灌区下游盐碱地脱盐效果的影响

为改善河套灌区土壤盐渍化现状,提高作物产量,在河套灌区下游盐碱地开展暗管排水试验,设置埋深1.2 m、间距 30 m(T1)和埋深 0.8 m、间距 20 m(T2)两种暗管排水埋深间距组合,通过分析土壤盐分和向日葵产量变化,对比不同暗管处理对该区土壤盐分的调控效果。结果表明:1)暗管埋设后,表层(0～ 20 cm)土壤含盐量变化最为剧烈,中层(20～ 60 cm)次之,深层(60～ 100 cm)较为稳定,全观测期内暗管排水控制区表层土壤已由中重度盐碱化(含盐量为 5～ 8 g·kg -1)降至轻中度水平(2～ 6 g·kg -1);2)与暗管水平距离越近,土壤脱盐效果越好,T1和 T2在 0～ 100 cm土层的土壤脱盐率最大值分别为 32.04%和 42.44%;3)由土壤淋洗曲线拟合方程可知,在相同灌水量和土壤深度下,T2土壤淋洗脱盐效果优于 T1,且水平距离暗管越远,土壤盐分淋洗效果越差;4)T1和 T2的向日葵产量均显著高于空白对照处理(T0)(P<0.05),分别较 T0增产 34.29%和53.51%。研究结果为利用暗管排水技术改良河套灌区盐碱地提供一定理论依据。     

滴灌条件下种植年限对大田土壤盐分及pH值的影响

为研究滴灌技术改良盐碱地的可持续性,该文采用田间定位试验和时空转换相结合的方法,研究了在盐碱地上应用滴灌技术种植糯玉米第1、2、3、4年后,土壤含盐量及pH值的变化。结果表明：在玉米生长季内,不同种植年限的地块土壤盐分都得到不同程度地淋洗,土壤含盐量降低幅度在24.7%～43.9%之间,其中在新开垦的地块上降低幅度尤为明显;随着种植年限增加,土壤剖面上的含盐量呈下降趋势,0～60 cm土壤含盐量下降速度快,而60～150 cm下降慢。同时,土壤剖面上pH值也随种植年限的增加呈降低的趋势。总之,在采用滴灌技术1～4 a后,盐碱地土壤含盐量和土壤pH值呈降低趋势。     

红枣滴灌条件下灌水水质对土壤盐分分布的影响研究

对含盐土壤不同矿化度水滴灌下土壤水盐的运移规律进行研究,为矮化密植红枣微咸水滴灌提供依据。通过对株行距1m×2m矮化密植红枣各处理土壤水盐数据测定分析,探索土壤水盐运移、分布规律。不同矿化度水滴灌均有洗盐效果,洗盐主要集中在表层0-40cm的垂直方向,矿化度越高水平方向的洗盐效果越差;枣树生育期土壤盐分积累主要集中在0-30cm范围内;土壤中各离子含量随土壤含盐量和灌溉水矿化度的增加而增加,尤其是高含盐土壤采用高矿化度水滴灌时更加明显。微咸水灌溉依然具有洗盐效应,微咸水可应用于含盐土壤灌溉。     

三江平原低湿地水田土壤理化特性及暗管排水效果

低湿土壤渍涝问题是限制农业生产的瓶颈问题,为改良低湿土壤渍涝问题,该文研究低湿地水田草甸沼泽土土壤特性,并探讨利用暗管排水进行低湿地排水及种植水稻的效果。结果表明,草甸沼泽土土壤质地黏重、各层土壤黏粒质量分数在40%以上;有效孔隙低,在6.40%~7.81%之间,通气、透水性差,母质层几乎不透气、透水,土体容气度为5.55%~16.08%;含水率高,自然状态达到40%以上;土壤容重低,耕层为0.93 g/cm3,母质层1.30 g/cm3;硬度低,液性指数在0.38~0.61之间,整体处于可塑状态,机械承载力差;草甸沼泽土上设置暗管可以改善土壤的透水性,随距暗管距离不同,土壤排水效果有差异,距离暗管越近,土壤排水效果越好,水分降低的越明显;同样排水晒田后,暗管处理土壤表层状态呈干裂状态,对照(无暗管排水区)则仍呈湿润状态;从水稻产量看,有暗管的处理水稻产量比无暗管处理增产8.06%。研究可为低湿地水田合理利用及改良提供依据。     

内陆干旱区不同灌溉制度对盐碱地滴灌土壤盐分离子分布的影响

通过田间试验研究覆膜滴灌条件下不同灌溉制度对土壤盐分分布的影响。试验通过控制滴头正下方20 cm处的土壤基质势下限进行灌溉,共设5个水平的土壤基质势处理:-5 kPa(S1)、-10 kPa(S2)、-15 kPa(S3)、-20 kPa(S4)和-25kPa(S5),每个处理重复3次,按随机区组布置。结果表明:不同土壤基质势控制对盐渍土中盐分分布有显著影响,不同土壤盐分离子的分布各不相同。其中Na+与Cl-容易被淋洗,两个生长季后,各处理土壤中Na+与Cl-含量有显著降低,并且土壤基质势控制越高淋洗效果越好。SO42-与HCO3-的淋洗效果主要受离子浓度影响,第一年淋洗效果较第二年明显。Mg2+与Ca2+不易随水移动,各处理无明显差异。经过两个生长季的灌溉淋洗,各处理土壤SAR值与全盐含量均有显著降低,根区内SAR值与全盐含量的降低幅度均在50%以上。研究结果对内陆干旱区盐碱地水盐调控和灌溉制度的制定具有理论意义和应用价值。     

干旱区膜下滴灌下土壤积盐特征研究

主要对膜下滴灌后的土壤盐分分布的特征进行了研究,结果表明:在生长期内,位于90 cm深土层内土体的平均含盐量在上升,出现了一定的积盐。在距地表40 cm深的范围内,则存在盐分定向迁移的现象,其积聚的范围主要分布在湿润区的边缘,其程度则取决于土壤质地、每次灌水量大小及气候等多种因素。经过一个灌溉周期后,土壤积盐区的含盐量可达到初始值的一倍左右。这一结论对干旱气候下膜下滴灌区的冬灌具有一定的实际指导作用,灌区应根据土壤含盐量的大小而决策是否需要冬灌,从而达到减少干旱区农业用水量过大的目标。     

干旱区滴灌条件下土壤水盐运移规律探析

通过对干旱内陆河灌区田间土壤水、盐及土壤肥力动态监测试验分析,结果表明：在干旱内陆河灌区,棉花全生育期里,灌水前后土壤盐分变化明显,积盐脱盐交替频繁。土壤的肥力对土壤盐分的影响很大。通过对干旱内陆河灌区土壤水盐运移规律的研究和分析,可以为合理灌溉和防止土壤次生盐渍化提供科学依据,为当地农业生产作出指导,具有一定的现实意义。     

膜下滴灌条件下不同土壤盐度和施氮量对棉花生长的影响

通过盆栽试验研究了膜下滴灌条件下不同土壤盐度水平和施氮量对棉花生长的影响。研究结果表明低盐度处理,随着施氮量的增加棉花株高显著增加;而在土壤盐度较高的条件下棉花株高则随着施氮量的增加显著降低。棉花籽棉和总干物质重随土壤盐度的增加显著降低,合理的施用氮肥可显著提高籽棉重和总干物质积累量。棉花的氮素吸收量受盐分、施氮量和盐氮交互作用影响显著。随着土壤盐度的增加,棉花氮素吸收量显著降低。在低盐度条件下,增加氮肥施用量可显著提高棉花的氮素吸收量;中量盐度下,适量的氮肥施用可显著提高棉花的氮素吸收量,但施用量过大并不能增加棉花的氮素吸收量;高盐度条件下,盐分是限制棉花生长和氮素吸收的主要因素,施用氮肥对棉花的氮素吸收量无显著影响。     

滴灌棉田氮肥用量对土壤无机氮的动态影响

通过南疆滴灌条件下N肥田间试验,研究了施用N肥对棉花生育期土壤无机N累积及收获后土壤NO3--N残留的影响.棉花生育期土壤无机N的累积规律是:花期以后,施肥量较高(N 225～337.5 kg/hm2)时,土壤无机N以NO3--N为主要形式累积于表层0～40 cm土壤中.棉花生育期施肥量影响收获后耕层土壤残留NO3--N.根据各施肥处理土壤NO3--N残留状况及产量,确定N 180～225 kg/hm2为南疆滴灌棉田土壤NO3--N发生少量累积同时获得高产的适宜施肥量范围.     

基于无人机图像参数对滴灌条件下玉米氮素营养的动态诊断

于2018和2019年在宁夏平吉堡农场进行滴灌水肥一体化氮肥梯度试验,以天赐19为试验材料,设6个氮素水平,即 0 （N0）、90（N1）、180（N2）、270（N3）、360（N4）和450（N5）kg·hm⁻²,在玉米拔节期（V6）、小喇叭口期（V10）、大喇叭口期（V12）、吐丝期（R1）和乳熟期（R3）利用无人机搭载数码相机获取玉米冠层图像,利用Matlab编写代码开发的数字图像识别系统提取玉米冠层图像红光值R、绿光值G、蓝光值B,研究基于此计算的10个冠层图像参数指标与氮素营养指标间的相关性,筛选出稳定性好且敏感度高的图像色彩参数,构建玉米氮素营养诊断指标与图像参数间关系模型并进行验证,以探究利用无人机图像进行宁夏引黄灌区滴灌玉米拔节-乳熟期氮素营养动态估测的可行性。结果表明：冠层图像参数指标绿光与红光比值(G/R)、绿光标准化值（NGI）、红绿蓝植被指数(RGBVI)与植株氮含量和叶片氮含量相关性高且变异系数小,可作为氮素营养诊断的潜在最佳色彩参数;将最佳色彩参数与植株氮含量和叶片氮含量分别进行回归模型构建,幂函数模型可以更好地预估玉米氮素营养状况;利用2019年相同氮素试验进行模型验证,发现NGI与植株氮浓度和叶片氮浓度实测值与估测值的R2分别为0.738和0.689,检验指标RMSE为2.594和3.014,nRMSE为13.125%和13.347%,预测精度和准确性高于G/R和RGBVI。故选择NGI作为滴灌玉米拔节−乳熟期氮素营养动态诊断的最优参数,参数NGI与植株氮浓度的关系模型（N_P=4.967×106NGI^14.26）R²为0.707,与叶片氮浓度的关系模型（N_L=1.707×106NGI^12.88）R²为0.654。说明应用无人机图像技术可以较好地对宁夏引黄灌区玉米拔节−乳熟期氮素营养状况进行动态估测,构建的氮素营养诊断模型可为宁夏引黄灌区滴灌玉米氮肥精准配施提供理论依据。     

膜下滴灌条件下滴头流量和水质对水分运移及蒸散规律影响研究

通过土柱模拟试验,从不同滴头流量、滴水定额和滴灌水质三个方面,研究了不同滴头流量条件下水分运移规律以及不同滴头流量、水质对棉花蒸散特性的影响。研究表明,相同滴水定额条件下,大滴头流量有利于水分的水平运移,湿润锋曲线呈椭圆型,小滴头流量利于水分的垂直下渗,湿润锋更接近于圆形;苗期(6月份)和吐絮期(10月份)0.3 L h-1滴头流量处理蒸散量小于0.8 L h-1,只为后者的78.3%,而在7～9月份,小滴头流量滴灌蒸散量则明显大于大滴头流量。微咸水滴灌条件下,2.47 g L-1微咸水灌溉对蒸散量没有影响,3.50 g L-1咸水灌溉则有明显的抑制作用,整个生育期内咸水灌溉棉花蒸散总额比淡水和微咸水灌溉减少8.0%。     

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。     

滴灌条件下不同覆盖材料对玉米产量效益及土壤水分的影响

为探明不同覆盖材料对滴灌水肥一体化条件下玉米产量和土壤水分分布的影响,以普通PE地膜和裸地为对照,分析全生物降解膜、加厚PE地膜、玉米秸秆等3种材料覆盖下对玉米产量和水分的影响。结果表明,玉米秸秆、加厚PE地膜和生物降解膜覆盖后玉米产量为13 114.5～13 708.5 kg/hm2,较普通PE地膜增产1.4%～6.0%;水分利用效率为24.17～25.11 kg/(mm·hm2),较普通PE地膜提高2.3%～3.8%。产值与效益均高于普通PE地膜,均以玉米秸秆处理最高,分别为38 383.8、24 283.8元/hm2;生物降解膜次之,分别为37 674.0、21 624.0元/hm2;加厚PE 地膜排第3,分别为36 720.6、21 570.6元/hm2。收获后覆盖处理土壤水分均呈典型的“双峰”曲线,上层含水量高于下层,对深层土壤水分影响较大。在降水量低、蒸发量高的沿黄灌区,覆膜的主要作用是减蒸保水,用可生物降解的环保型降解地膜、易回收型的加厚PE地膜或固炭培肥型的秸秆替代普通PE膜可行。     

犁底层深度对膜下滴灌土壤水盐运移影响的模拟研究

为了探寻膜下滴灌条件下犁底层深度对土壤水盐运移的影响规律,采用室内土柱模拟试验与数值模拟相结合的方法,对不同犁底层深度(无犁底层,CK;25 cm深度,PB25;30 cm深度,PB30;35 cm深度,PB35;40 cm深度,PB40;45 cm深度,PB45)下土壤水盐运移规律进行了研究,结果表明:犁底层可以阻碍...