基于电磁感应数据棉田土壤盐分剖面时空变异特征研究

针对新疆南疆塔里木河绿洲地区土壤盐渍化发生反复性与南疆水资源日益匮乏等问题,以该地区典型地块为研究对象,运用电磁感应仪快速获取土壤盐渍化信息技术,结合地统计插值对新疆塔里木河绿洲地区土壤盐分剖面类型进行研究,并用表观电导率ECv_(1.5)与ECv_(0.75)比值对研究区土壤盐分剖面进行分级并对土壤盐分剖面类型空间分布进行探讨。结果表明,不同时期ECv_(0.75)数据在空间分布上均表现为强变异强度,棉花整个生育期,土壤盐分呈现累积状态。不同时期ECv_(1.5)与ECv_(0.75)比值半方差函数均符合指数模型,土壤盐分剖面空间自相关性从棉花播种前由随机性因素作用类型过渡到棉花花铃期的随机性与结构性共同作用类型,再转变为棉花收获后土壤盐分剖面由随机性因素作用类型。不同时期土壤盐分剖面类型空间分布图表明,土壤盐分剖面类型呈现底聚型-表聚型-底聚型状态分布。土壤质地、微地形、温度、地下水埋藏深度是造成土壤盐分剖面类型分布格局最直接的因素。该研究结果对灌溉制度的科学制定具有一定的指导作用。     

新疆安集海灌区膜下滴灌棉田根系层土壤盐分多尺度空间分布特征

明晰土壤盐渍化空间分布特征是盐碱地改良的基础.与单一尺度相比,嵌套多尺度研究可更好地分析土壤盐分的空间变异结构特征,更精确地表达盐渍化程度的自相关随尺度的变化情况.采用传统统计学和地统计学相结合的方法,通过野外实地分层采集土样,分析了4 km、500 m和100 m三个嵌套尺度条件下,新疆安集海灌区膜下滴灌棉田根系层土...     

棉田膜下滴灌年限对土壤盐分累积的影响研究

针对新疆土壤盐碱化开发利用和防治土壤次生盐渍化的问题,以新疆121团不同滴灌年限棉田作为研究对象,通过试验得出棉田在膜下滴灌条件下土壤盐分累积规律.结果表明:滴灌条件下,土壤垂直方向上60～80 cm土壤表现积盐.灌后地表0-5 cm土壤容易返盐;水平方向上土壤盐分随着距滴头距离的增加而增加.土壤盐分在生育期的变化遵循"盐随水动"的规律,膜内土壤与膜间土壤的盐分变化具有明显差别,生育期结束时,膜间0-20 cm土层盐分累积显著.随着膜下滴灌年限的延长,土壤盐分在灌前累积的层次逐渐向地表迁移,吐絮期时土壤垂直剖面各个层次之间盐分差异极显著,呈现表层和底端盐分含量大,中间盐分小的分布特征,滴灌年限相差6～7 a的棉田0-100 cm深度内盐分总量差异达到显著水平,并且土壤盐分随膜下滴灌年限延长呈逐渐累积的趋势.     

基于电磁感应的南疆典型田块土壤盐分空间异质性研究

为研究南疆典型田块土壤盐分空间异质性,基于电磁感应调查获取表观电导率并解译土壤盐分信息,分别以5m和15m间隔进行网格布点调查研究田块土壤盐分空间变异的尺度效应。研究表明,土壤表层盐分含量与表观电导率之间具有显著线性相关性(r2=0.870),基于电磁感应解译土壤盐分含量具有较高的精度;块金效应、分维数以及Moran’sI指数均表明,田块小尺度土壤盐分空间变异受随机因素影响较大,过大尺度往往忽略小尺度空间变异特征,套合结构半方差函数兼顾小尺度效应,能更好地反映空间变异详细情况,田块两侧的灌排渠使盐分分布呈现明显的趋势效应;详细准确地了解土壤盐分空间分布对于指导农业生产,促进精准农业的发展具有重要意义。     

棉花膜下滴灌土壤盐分运移规律分析

为探讨棉花滴灌方式下土壤水盐运移规律,在棉花不同生育期运用烘干法和电导法,从水平方向和垂直方向测定距离滴灌带不同距离的土壤含水量和土壤盐分,结果表明:膜下滴灌条件下棉花整个生育期土壤盐分含量的运移规律为:一水前土壤中的含盐量以垂直方向0-10 cm土层内最大,随生育期的推后各土层含盐量都有不同程度的增加,土壤产生积盐现象.滴头处各土层含盐量相对较低,主要因为滴头下水分不断下滴下渗,使该处各层土壤中的盐分亦随水移动而被淋洗到浸润体外缘,从而使主要根系层的土壤形成了一个低盐区.     

基于电磁感应的典型干旱区土壤盐分空间异质性

为研究干旱区土壤盐分空间异质性,指导农业生产实践,运用大地电导率仪（EM38、EM31）对研究区域进行移动式磁感调查,获取表观电导率（ECa）。同时,通过27个校准点的采样和ECa测量,建立土壤盐分的电磁感应解译模型。干旱区土壤盐分质量分数与EM38、EM31水平模式读数（H38、H31）显示出良好的相关性（R=0.935）,可以利用ECa结合GIS和地统计学知识研究土壤盐分的空间分布。采用两种方法进行研究：一种是先利用解译模型获取磁感调查点的土壤盐分质量分数,然后进行地统计分析研究其空间分布;另一种是先利用地统计分析研究H38和H31的空间分布,然后利用解译模型通过栅格运算计算盐分质量分数,精度检验显示前者预测值与实测值之间的相关性更好（R2, 0.888＞0.873）;标准差较低（std. 0.414＜0.426）,具有更高的预测精度。研究结果表明,基于电磁感应研究干旱区土壤盐分空间异质性是切实可行的,这对于土壤盐渍化的快速诊断,指导农业生产和促进精准农业的发展具有重要的意义。     

南疆膜下滴灌棉花花铃期土壤盐分分布研究

膜下滴灌在节水灌溉同时,会增加了土壤次生盐渍化风险,不利于农业生产。本文选取南疆棉花花铃期典型膜下滴灌地,分别在滴头下,棉花窄行间,背行3个位置分层取样,测定土壤盐分含量,分析其盐分在水平方向和垂直方向上的分布规律,发现膜下滴灌的土壤盐分分布规律会因不同的滴灌模式等差异而与一般性规律有所不同。结合当地实际生产条件,分析盐分分布对于指导当地农业生产具有重要意义。     

干旱地区棉田膜下滴灌盐分运移规律

以田间实测数据为基础,研究棉田膜下滴灌对土壤盐分的变化。通过对棉田4个不同的生育期以及不同滴灌年限棉田盐分的变化进行了分析,初步得到,棉田在生育期盐分变化特征是0～20 cm含盐率从播前到苗期减小、盛铃期增大、吐絮期减小的趋势,>40～80 cm从播前缓慢增加、盛铃期～吐絮期逐渐减少;水平方向滴头处盐分累积最少,膜间处盐分累积较多;垂直方向上0～20 cm土层盐分减少,>60～100 cm土层累积程度较大;不同滴灌年限棉田随滴灌年限的延长各层土壤含盐率相应增加并且在>60～100 cm增加的趋势显著,且滴头、行间、膜间的总含盐率是依次增加;>60～100?cm已成积聚盐分的最大区域;在棉花生育期内,0～60 cm土壤呈脱盐状态,60～100 cm土壤呈积盐状态。该结果可为干旱区棉花膜下滴灌水盐的治理与防治提供参考。     

滨海棉田土壤盐分时空分布特征研究

在黄河三角洲滨海一农田试验田共采集3期（春、夏、秋三季）EM38表观电导率数据,运用经典统计学和地统计学方法,分析试验区盐分时空分布特征。结果如下：垂直方向电导率相关系数均大于0.8,具有强相关性,水平方向相关系数在-0.2到0.2之间,相关性很弱。土壤盐分分布呈底聚型。变异系数比较显示,同期数据中,表层变异强度最强,底层变异强度最弱。半方差分析中各层块金值与基台值之比大多在25%~75%,盐分空间上偏向于中等空间相关性。棉花长势赋值后生成空间插值图,对比同期电导率插值图,将盐渍化程度划分成4个等级。分析按等级重分类后的栅格插值图中各盐渍土等级所占比例值,表层中非盐化土所占面积比已由初期的5.54%增加到11.93%,轻度盐化土所占面积比增加了42个百分点。     

典型干旱区土壤盐分空间异质性对比研究

研究目的在于采用不同方法研究典型干旱区土壤盐分空间分布,并对比预测精度。研究方法:通过对研究区域进行移动式磁感调查,获取大地表观电导率信息,经校正解译成土壤盐分信息,拟合最优半方差函数,分别利用克里格插值、条件模拟、径向基函数法以及栅格运算方法对土壤盐分空间分布进行预测。研究结果表明:比较四种方法预测精度,条件模拟和克里格插值具有良好的预测精度,径向基函数法和栅格运算方法误差较大。研究结论:通过对研究区域移动式磁感调查,结合条件模拟或克里格插值方法,可以快速而又比较准确的预测土壤盐分空间分布。     

秸秆覆盖对滴灌棉花土壤水盐运移及根系分布的影响

干旱区棉田残膜污染日益严重, 秸秆覆盖能从根本上杜绝农田残膜增量。为探索秸秆覆盖代替塑料薄膜与滴灌结合的可行性, 需了解秸秆覆盖对滴灌棉田土壤水盐分布及棉花根系的影响特点, 同时探索耕作层以下30 cm处埋设一层秸秆进行深层秸秆覆盖与滴灌结合的效果。本文采用测坑试验研究了3种秸秆覆盖方式(表层覆盖、30 cm深层覆盖和无覆盖)与滴灌结合在2种土壤条件下(非盐碱土和盐碱土), 棉花根系分布稳定后的絮期土壤水盐运移及棉花根系分布特征。结果表明: 表层覆盖对于土壤整体保水性较好, 能有效抑制耕层水分散失和盐分聚集; 30 cm深层覆盖整体保水性优于无覆盖, 相对表层覆盖仅在秸秆层以下靠近滴灌带的有限范围内具有优势, 并显著提高耕层以下土壤水分含量, 但在棉花絮期对于盐分抑制作用不明显。秸秆覆盖通过对水盐运动的影响而显著影响棉花根系分布, 尤其对深层根系分布影响更大。非盐碱土条件下, 0~28 cm土层, 无覆盖处理根长密度、根重密度、根长密度比重均最大, 表层覆盖根长密度最小, 但根重比重最大, 30 cm深层覆盖根重密度最小; 在28~70 cm土层, 30 cm深层覆盖根长密度最大, 表层覆盖根长密度最小, 但根长密度比重最大, 无覆盖根长密度比重最小, 其中在28~56 cm土层30 cm深层覆盖根重密度和根重比重均最大。盐碱土条件下, 0~28 cm土层, 表层覆盖与30 cm深层覆盖根长密度和根长比重均高于无覆盖处理, 同时表层覆盖根重密度最高, 30 cm深层覆盖根重密度和根重比重均最低; 在28~70 cm土层情况相反, 30 cm深层覆盖处理根重比重最大, 但根重密度最小。说明表层覆盖可促进非盐碱土及盐碱土耕作层根系发育, 30 cm深层覆盖限制上层根系发育, 但促进30 cm以下土层根系发育, 在盐碱逆境下秸秆覆盖可促进根系向更细更长方面发育。秸秆覆盖与滴灌结合在干旱区具有良好应用前景。     

电磁感应仪用于土壤盐分空间分布的协同克立格估值研究

以黄河三角洲地区典型地块为研究对象,应用地统计学的半方差函数理论,分析了0～40 cm和40～80 cm土壤盐分的空间变异特征.在对协同区域化变量进行交互半方差分析的基础上,采用协同克立格法,以电磁感应仪EM38测得的土壤表观电导率作为协同变量,对各层次的土壤盐分进行估值.结果表明:受结构性因素和随机性因素共同作用,各层次土壤盐分均表现中等强度的变异和空间相关性;随机性因素是引起土壤盐分空间异质性的关键原因;协同区域化变量间均表现为正相关,且协同区域化变量的空间结构优于单一变量.同普通克立格法相比,协同克立格法估值产生的均方误差减小13.1%～17.8%,平均标准误差减小5.83%～17.6%,预测值和实测值间的决定系数提高37.6%～42.6%.该研究结果为黄河三角洲地区土壤盐渍化的精准定量化、科学管理与合理改良提供了一定的理论基础和实践依据.     

滴灌方式及定额对北疆冬灌棉田土壤水盐分布及次年棉花生长的影响

为探寻解决干旱区棉田冬季灌水问题,明晰北疆棉田不同冬灌方式及灌水定额对土壤水分、盐分分布以及翌年棉花生长及产量的影响,采用大田试验方法,以未冬灌大田作为对照(CK),设置滴灌和漫灌2种灌水方式下4个梯度的灌水定额(1 800、2 400、3 000、3 600、3600 m3/hm2)共9个处理进行冬灌试验,分析了冬灌灌水后到播种前0~300 cm土层的水分、盐分的动态变化以及翌年各处理棉花的出苗率、群体生理指标(群体光合势、群体净同化率、叶面积指数)和产量数据。结果表明,冬灌对次年播前土壤水盐分布及含量的大小均具有一定的影响,无论漫灌还是滴灌方式进行冬灌,随灌水定额增加土壤水分和盐分的影响深度也随之加深,灌水定额达到3 000和3 600 m3/hm2时,冬灌对土壤水盐影响深度可达300 cm。冬灌可显著改变次年播前土壤盐分的自然分布状态,有效淋洗并降低上层土壤盐分含量;相对漫灌方式而言,滴灌冬灌方式土壤水分入渗更加均匀且规律明显。冬灌对次年滴灌棉花的生长发育及产量均具有重要影响,冬灌后次年棉花群体指标与未冬灌处理的差异随冬灌灌水定额的增加愈加显著,灌水定额3 000 m3/hm2滴灌冬灌处理的次年棉花群体光合势与叶面积指数较未冬灌处理分别提升34.30%和42.60%;冬灌有利于次年棉花产量的提高,滴灌冬灌灌水定额3 000、3 600 m3/hm2处理时的棉花产量相对未冬灌处理分别增产10.66%和12.36%。综合考虑冬灌方式及灌水定额对次年土壤水盐分布及棉花生长和产量的影响,研究认为滴灌条件下灌水定额3 000 m3/hm2的冬灌在试验条件下比较适宜,既可淋洗盐分至耕层以下300 cm处,亦可获得6 107.75 kg/hm2的较高产量。     

微咸水滴灌条件下不同盐分离子在土壤中的分布特征

开展田间试验研究微咸水滴灌条件下不同盐分离子在土壤中的分布特征。试验采用5个水平的微咸水灌溉处理：电导率分别为1.1 dS/m(K1),2.2 dS/m(K2),2.9 dS/m(K3),3.5 dS/m(K4)和4.2 dS/m(K5),重复3次,按随机区组布置。试验结果表明：滴灌条件下各种盐分离子的迁移速度与分布特性不同,Ca²⁺、Mg²⁺与SO^2-₄易于被灌溉水分淋洗,主要分布在湿润体外围,而HCO^-₃、Na⁺与Cl^-主要分布在湿润体内部。生育期内土壤剖面上的平均盐分含量没有增加,但对土壤结构与作物有重要影响,Cl^-、Na⁺、HCO^-₃有增加的趋势。     

不同种植年限覆膜滴灌盐碱地土壤盐分离子分布特征

为了研究长期覆膜滴灌对土壤化学性质的影响,该文通过时空转化的方法研究了覆膜滴灌种植春玉米1a和2a的盐碱地土壤盐分及盐分离子在0～150 cm土壤削面上的分布特征,同时以试验地附近未种植的盐碱荒地作为对照.结果表明,覆膜滴灌条件下,当滴头下方20 cm处土壤基质势为-10 kPa时,0～40 cm土层土壤盐分含量、各种盐分离子含量、土壤pH值、Cl-/SO24和钠吸附比(SAR)随滴灌种植年限增加向降低.这表明根区土壤环境随种植年限增加逐渐变好,有利于作物生长.与盐碱荒地相比,滴灌种植以后40 cm以下土层Cl-含量、Na 含量、Cl-/SO24、钠吸附比(SAR)均增加了.     

不同类型咸水滴灌对土壤盐分的影响及棉花产量响应

棉花是鲁北平原种植的重要经济作物,合理利用微咸水和咸水资源是解决棉花季节干旱问题的重要途径。通过田间小区试验,以淡水滴灌处理为对照,设置不同盐分梯度的咸水滴灌处理,研究2种类型咸水滴灌对棉田土壤水分和盐分的分布影响以及棉花产量的响应。结果表明,咸水滴灌条件下主要影响棉田40~100 cm土壤水分的变化,碳酸氢钠型和氯化钠型咸水处理对土壤含水量的影响没有显著差异。利用EC值低于8 d S·m~(-1)的咸水进行补灌,棉田0~40 cm土壤盐分积累不明显,灌溉水EC值为10 d S·m~(-1)的氯化钠型咸水灌溉在0~100 cm土壤盐分有明显的积累。滴灌补灌EC值不大于6 d S·m~(-1)的碳酸氢钠型咸水和不大于8 d S·m~(-1)的氯化钠型咸水对棉花产量没有明显的影响,滴灌补灌7 d S·m~(-1)碳酸氢钠型和10 d S·m~(-1)氯化钠型咸水明显降低棉花产量。从土壤盐分的积累和棉花产量来看,在鲁北平原可以利用6 d S·m~(-1)咸水滴灌对棉花进行补灌;利用咸水滴灌,要同时考虑灌溉水盐分的数量和盐分组成,碳酸氢钠型咸水要更加谨慎利用。     

不同控制灌溉方式下稻田土壤盐分动态变化研究

对不同控制灌溉方式下稻田土壤盐分在水稻各生育期的动态变化规律进行了深入分析,并结合各生育期水稻冠层叶面积指数和稻田腾发量对土壤盐分动态成因进行了探讨。研究结果表明：控制灌溉或控制灌溉+淋洗条件下,各水稻生育期土壤含盐量均有不同程度降低,表现为随着淋洗水量的增加土壤含盐量逐渐降低的规律性,试验条件下不同处理间的差异不太显著;试验各灌溉方式并未引起土壤盐分显著积聚,并且具有重要的节水增产效益,其中水稻控制灌溉(即处理1)从节水增产角度而言是稻田较佳的灌溉管理方式。本项研究内容及其成果对于指导水稻灌溉管理实际具有重要的理论指导意义。     

膜下滴灌间作盐生植物棉田水盐运移特征及脱盐效果

盐生植物改良盐碱地作为改良盐碱地最有效的方法之一,具有成本低,效率高,环境友好等特点,有良好的应用前景。该文包括2个研究目标:1)研究间作不同盐生植物的膜下滴灌棉田水盐运移特性;2)研究不同地下水埋深条件下盐生植物的盐碱地改良效果。针对第1个研究目标,设置了3种(孜然、碱蓬、苜蓿)间作盐生植物,进行大田试验,分析地下水埋深相似条件下间作不同盐生植物时土壤水盐分布状况;针对第2个研究目标,设置了4种地下水埋深(1.5、2.0、2.5、3.0 m),进行均衡场试验,研究不同地下水埋深条件下间作盐生植物时地下水的补给比例和土壤脱盐效果。结果表明:1)膜下滴灌棉田间作盐生植物能明显提高棉花生育期膜间和膜内0~30 cm土层平均含水率,且碱蓬效果最明显;间作条件下苜蓿、碱蓬、孜然、对照0~100 cm土层平均脱盐率依次为55.97%、-18.77%、-21.43%、-307.52%,即苜蓿的总脱盐率效果最好;间作盐生植物能在一定程度上抑制0~100 cm土层钠离子和氯离子的聚集,同时增加棉花产量和提高其水分利用效率,且碱蓬对抑制盐离子累积的效果最好;2)间作条件下,地下水埋深越浅,0~100 cm土层平均含水率越高,膜内膜间的含水率差异越小,土壤的脱盐率越低。与未间作相比,间作种植有效的提高了土壤脱盐率,增加了棉花产量、提高了地下水补给比例和水分利用效率。可见,膜下滴灌棉田间作盐生植物不仅可以有效降低土壤含盐量,增加其含水率,还可以增加棉花产量和提高其水分利用效率,且间作碱蓬和苜蓿的节水、脱盐、增产效果较好,这为膜下滴灌土壤盐碱地改良提供了有效的理论支撑。