咸水结冰灌溉与覆膜对滨海盐土水盐动态的影响

通过大田试验,研究了冬季咸水结冰灌溉及覆膜对天津滨海盐碱地水盐运移的影响,以期揭示从结冰融化到雨季之前植物萌发生长关键时期的水盐变化。结果表明,咸水结冰灌溉能降低根层土壤含盐量,增加土壤含水量,且灌溉水量越大效果越明显,但春季大风干燥天气,使土壤水分快速蒸发,土壤表层迅速积盐,5月份之后不同处理间差异已经不显著;覆膜能够有效抑制水分蒸发和表层盐分的累积,T4和T5含水量分别比CK和T2高出10.04%和16.51%,表层电导率分别低38.63%和36.82%(4月7日);同时,结冰灌溉和覆膜也提高了土壤pH值,且与对照之间差异达到显著水平。因此,结冰灌溉配合覆膜可以有效降低水分损失,维持土壤低盐水平,为早期植物萌发生长提供有利条件,但同时也应注意因此而带来的土壤碱化问题。     

利用作物水盐生产函数和土壤水盐动态模型制定咸水灌溉制度

Using a crop-water-salinity production function and a soil-water-salinity dynamic model, optimal irrigation scheduling was developed to maximize net return per irrigated area. Plot and field experiments were used to obtain the crop water sensitivity index, the salinity sensitivity index, and other parameters. Using data collected during 35 years to calculate the 10-day mean precipitation and evaporation, the variation in soil salinity concentrations and in the yields of winter wheat and cotton were simulated for 49 irrigation scheduling that were combined from 7 irrigation schemes over 3 irrigation dates and 7 salinity concentrations of saline irrigation water （fresh water and 6 levels of saline water）. Comparison of predicted results with irrigation data obtained from a large area of the field showed that the model was valid and reliable. Based on the analysis of the investment cost of the irrigation that employed deep tube wells or shallow tube wells, a saline water irrigation schedule and a corresponding strategy for groundwater development and utilization were proposed. For wheat or cotton, if the salinity concentration was higher than 7.0 g L^-1 in groundwater, irrigation was needed with only fresh water; if about 5.0 g L^-1, irrigation was required twice with fresh water and once with saline water; and if not higher than 3.0 g L^-1, irrigation could be solely with saline water.     

咸水灌溉下土壤水盐动态和作物生长研究进展

我国淡水资源短缺且分布不均, 供求矛盾突出, 合理开发利用咸水资源、增辟灌溉水源将成为解决水资源危机的重要途径之一。本文从以下几个方面对国内外咸水资源灌溉利用的研究进展进行了综述, 以期为咸水安全灌溉提供指导。(1)咸水灌溉对土壤水盐运移的影响, 主要包括咸水灌溉后不同土层土壤水盐分布规律、不同灌溉水矿化度对土壤水盐运移的影响、灌溉方式对土壤盐分积累的作用; (2)咸水灌溉对作物生长的影响, 主要包括咸水灌溉与作物产量、品质的关系; (3)咸水灌溉对作物生理变化的影响及其作用机理, 主要包括咸水灌溉对植株脯氨酸含量、抗氧化酶活性、丙二醛含量、叶绿素含量及光合作用的影响。     

咸水灌溉对塔里木沙漠公路防护林外缘土壤水盐环境的影响

为了更好地维持塔里木沙漠公路防护林的可持续性,监测了在现有灌水制度一个完整灌水周期内防护林外缘土壤水盐环境的变化。研究结果表明:(1)林带外缘的土壤含水量在灌水结束后开始减少,在灌水周期的第6d林带外缘90cm范围内的土壤水分逐渐的减小,大于90cm的范围达到基本平衡;(2)在咸水灌水淋洗和蒸散等因素的综合影响下,防护林带外缘土壤盐分表现出向林带外120cm土壤层和表层聚积,根系层土壤有所减少;(3)防护林外缘地下水盐分相对变化表现出"V"型变化,在距林带90cm处变化最弱,地下水各参数距离林带越近变化越大。     

咸淡交替灌溉下生物炭对滨海盐渍土及玉米产量的影响

滨海滩涂地区蕴藏着丰富的微咸水资源,该研究提出咸淡交替灌溉和生物炭相结合的方法来促进这类次等水土资源的农业生产。于2017年和2018年进行了遮雨条件下滨海盐渍土玉米种植试验,并设置了不同咸淡交替灌溉(全淡水灌溉,分别在六叶至抽雄、抽雄至吐丝、吐丝至成熟期灌溉3 g/L微咸水而其余时期淡水)和生物炭(0、15、30 t/hm²)处理。结果表明,咸淡交替灌溉下盐渍土电导率和碱化度明显升高,盐渍化程度与微咸水比例和顺序有关。六叶至抽雄期微咸水灌溉可严重抑制叶片生长和干物质累积,并导致籽粒数量和重量下降,造成27.2%～32.8%减产;抽雄至吐丝期微咸水灌溉下作物受损降低,但减少了籽粒数量,造成11.4%～14.0%减产;吐丝至成熟期微咸水灌溉无明显影响。施用生物炭后,咸淡交替灌溉下盐渍土电导率和碱化度降低了3.7%～21.7%和9.2%～45.2%,总孔隙度和水稳性团聚体增加了3.1%～11.9%和40.0%～168.9%,有效氮、磷、钾含量提高了34.9%～104.0%、21.0%～58.1%和13.6%～57.8%。随着土壤条件改良,生物炭有助于增强玉米生长前中期...     

咸水淋洗改良滨海盐渍土的潜力研究

通过室内土柱模拟试验,研究了不同矿化度咸水对砂壤质滨海盐碱土土壤入渗特征的影响,以及咸水淋洗土壤水盐变化规律和节水潜力。研究结果表明,高矿化度咸水略微降低土壤入渗性能,但当淋洗水矿化度高于15.61g/L时,土壤入渗性能不再继续降低;不同矿化度水处理淋出液矿化度都经历快速下降、较快下降、缓慢下降3个阶段,土壤盐分随咸水淋洗水量的增加先上升,再经历急剧下降、快速下降、缓慢下降,土壤经咸水淋洗后盐分含量明显下降;根据水盐平衡预估咸水淋洗具有较高的节水潜力,5.35g/L和10.36g/L的咸水淋洗节水潜力分别约为48.08%,38.46%,海水淋洗节水潜力最小,约为24.04%。     

冬小麦节水灌溉及其对土壤水盐动态的影响

本文研究了黄淮海平原盐渍土地区节水灌溉对冬小麦产量和土壤水盐动态的影响，结果表明，在保证小麦的需水关键期的供水的前提下，适当减少灌水次娄和降低灌溉定额仍可获得较高产量，并且有利于土壤水盐动态的调节，提出了不同条件下的最佳节水灌溉方案，可以节水４０－７５％。     

不同矿化度咸水冬季结冰灌溉对滨海盐碱土的改良效果

为了寻找适宜进行咸水结冰灌溉的灌溉用水矿化度区间,采用土柱模拟实验,研究不同矿化度(8、16、24和32 g/L)咸水结冰灌溉对滨海盐碱土的改良作用。结果表明:矿化度较低的灌溉用水(8和16 g/L)处理后的土柱0~50 cm土层相对于处理前表现为脱盐,而矿化度较高的灌溉用水(24和32 g/L)处理后的土柱0~50 cm土层相对于处理前表现为积盐。矿化度较高(24和32 g/L)的处理在春季冰层完全融化后,0~20 cm土层会出现爆发性的积盐,而在矿化度较低(8和16 g/L)的处理下并未产生爆发性的积盐。因此,使用低矿化度灌溉用水进行咸水结冰灌溉,在春季冰层完全融化后,0~50 cm土层表现为脱盐,且灌溉用水矿化度越低脱盐效果越好;较高矿化度的灌溉用水进行咸水结冰灌溉可能造成0~50 cm土层进一步积盐,采用高矿化度的灌溉用水进行咸水结冰灌溉可能会引起土壤的进一步盐碱化。在本实验条件下,灌溉用水矿化度低于16 g/L较适宜进行咸水结冰灌溉。     

穴状衬膜客土整地对滨海盐渍土水盐动态的影响

在河北唐山南堡地区,利用穴状衬膜客土整地模式改良盐渍土,结合两年土壤水盐动态监测,研究了该整地模式对滨海盐渍土水盐动态的影响。结果表明:穴状衬膜客土整地改变了滨海盐渍土水分随土层深度增加而增加的分布规律,以20~60cm土层含水量最高,这在一定程度上有益与苗木根系的生长,但对土壤水分动态总体变化趋势影响不大。整地后,各土层电导率持续降低,不再伴随降雨规律出现周期性升降;年内和年际间周期性"返盐"现象有所削弱,积盐土层主要为60~80cm,盐分的表聚作用有所减弱。四种客土处理方式中,A4处理(客土b和原状土2∶1混合的客土)持水性最好,A1处理(客土a和原状土2∶1混合的客土)脱盐效果最好,脱盐率达63.4%。     

冬季咸水结冰灌溉下滨海重盐碱地土壤水盐动态及对棉花出苗和产量的影响

在河北省滨海区,连续3年对当地的盐碱地进行了冬季咸水结冰灌溉,并对土壤的耕层水盐动态、棉花出苗和产量以及植株的盐离子状况进行了观测。结果表明:利用矿化度为8.15~14.27 g.L 1、灌水量为180mm的地下咸水,对滨海盐碱地进行冬季结冰灌溉,后期结合地膜覆盖可显著降低土壤盐分含量和提高土壤含水量。咸水结冰灌溉处理2009—2011年棉花播种期土壤盐分含量分别为0.32%、0.29%和0.17%,土壤含水量分别为26.2%、25.0%和24.2%,保证了棉花正常出苗,3年的棉花出苗率均达到85%以上。结冰灌溉年限越长越有利于土壤盐分的淋洗。苗期棉花根、茎和叶片Na+含量比对照降低57.6%~64.5%,而相应的K+和Ca2+含量显著高于对照(不灌溉不覆膜处理)棉苗,避免了对苗期棉花的单盐伤害。随着当地雨季的来临,棉田耕层土壤可实现周年脱盐,保证了棉花的正常生长,籽棉产量达到2 643.8~3 607.7 kg.hm 2,并且3年的产量呈逐年上升趋势,实现了滨海重盐碱区水土资源的高效利用和棉花丰产。     

咸水结冰灌溉下覆膜时间对滨海盐土水盐运移的影响

连续三年对滨海盐土进行咸水结冰灌溉和地膜覆盖基础上的水盐动态监测,并针对不同地膜覆盖时期,设置了结冰灌溉条件下融冰入渗后覆膜(MI)、播种覆膜(SI)和不覆膜(NI),以及灌前秋季覆膜(不结冰灌溉AN）和对照（不结冰灌溉不覆膜CK）五个处理,以研究咸水结冰灌溉条件下土壤水盐动态规律,以及覆膜时期对土壤水盐动态和棉花生长的影响。结果表明：咸水结冰灌溉后,随着咸水冰层的融化,地表冰层含盐量和SAR（钠吸附比）均逐渐降低,含盐量和SAR由最初的12.15g?L-1和18.7降低到入渗完成后时0.03g?L-1和1.07。三年咸水结冰灌溉和地膜覆盖的地块在相同时期和土壤深度（0-20cm）的土壤含盐量逐年降低,2006-2008年冬季灌前土壤表层盐分含量分别为19.8g?kg-1、15.4g?kg-1和12.4g?kg-1。融水入渗后土壤返盐迅速,在入渗后9天前进行地膜覆盖效果较好。咸水结冰灌溉下融冰入渗后进行地膜覆盖依然是效果最好,其棉花出苗率和籽棉产量也最高,为63.78%和3226.2kg?hm-2,其次为秋季覆膜、播种覆膜、不覆膜和对照。在三年进行结冰灌溉的基础上,尽管第四年没有进行结冰灌溉,秋季进行覆膜依然可获得较高的产量,其棉花出苗率和产量为59.63%和2695.65 kg?hm-2。即使连续进行了三年的结冰灌溉,如果没有覆膜措施或覆膜较晚的地块,依然不能获得理想的产量。     

咸水结冰融水入渗对土壤水盐运移和玉米苗期生长的影响

依据咸水冰盐水融离原理,利用土柱模拟试验,设置4个灌溉方式,分别为对照处理(淡水)、咸水灌溉、咸水结冰灌溉和咸水结冰灌溉+秸秆覆盖,研究咸水结冰灌溉条件下土壤水盐的独特运移机制。结果表明,与淡水灌溉相比,咸水灌溉处理表层0~40 cm土壤水分含量偏低,而深层土含水量则较高;咸水结冰灌溉下这一规律更为明显。但配合秸秆覆盖措施能在一定程度提高咸水结冰灌溉后各土层土壤含水量。咸水直接浇灌使各土层土壤盐度EC1:5偏高,盐分累积量增大,且盐分具有明显表层聚集特性,表层0~40 cm盐分累积量占0~80 cm土体的62.2%;而咸水结冰后灌溉则显著降低表层0~40 cm土层的盐分累积,仅占18.6%;咸水结冰后灌溉配合秸秆覆盖则进一步促进表层的脱盐率提高,特别在0~10 cm土层,土壤盐度仅为0.15 dS·m -1,盐分累积67.8 g·m-2,与淡水处理间差异未达显著水平(P>0.05)。咸水结冰灌溉配合秸秆覆盖可促进表层土壤的脱盐,使土壤根系分布密集层保持较低盐分水平,缓解或消除盐分对作物生长的危害,使玉米的生长状况达到淡水灌溉处理的效果。     

咸水结冰灌溉改良盐碱地的研究进展及展望

冬季咸水结冰灌溉技术是滨海区高矿化度咸水利用和盐碱地改良的有效手段,该项技术依据咸水结冰融化过程中咸淡水分离的基本原理,基于区域气候特点、土壤水盐运移规律以及作物生长发育规律,在冬季抽提当地高矿化度地下咸水对盐碱地进行灌溉,并在冬季低温作用下迅速冻结成咸水冰,春季咸水冰层融化过程中,咸淡水分离入渗,其中先融化的高矿度咸水先入渗,而后融化出的低矿化度微咸水和淡水的入渗对土壤盐分具有较好的淋洗作用,以上过程实现了春季土壤返盐期的土壤脱盐,结合春季地表覆盖抑盐措施和夏季降雨淋盐,土壤的低盐条件得到保持,保证了作物和植物整个生长期的正常生长。该项技术改变了滨海盐碱区土壤水盐运移特征,使春季土壤积盐期变为脱盐期,咸水结冰灌溉后,春季耕层土壤盐分由最初的12g×kg~(-1)迅速降低至4 g×kg~(-1)以下,脱盐率达到66%以上,实现了棉花、油葵、甜菜等作物在滨海重盐碱地中的种植,提高了柽柳、枸杞、白蜡等盐生植物和耐盐植物的扦插移栽成活率,咸水结冰灌溉当年便获得了籽棉产量3 t×hm~(-2)、油葵1.5 t×hm~(-2)、甜菜60 t×hm~(-2),以及90%以上的盐生植物和耐盐植物的扦插成活率,促进了滨海盐碱区盐碱地的开发、农业发展和生态环境建设。近年来,通过系统的研究,我们探明了咸水结冰灌溉过程中咸水冻融咸淡水分离规律,明确了咸水结冰灌溉对土壤盐分的淋洗效果,构建了冬季咸水结冰灌溉改良盐碱地技术体系,确立了冬季咸水结冰灌溉的灌溉时间、灌溉水量和水质等指标体系。本文在以上研究基础上,对盐碱地咸水利用的研究进展进行了总结,并对咸水结冰灌溉基本原理、影响因素以及土壤盐分淋洗效果等方面进行了概述,系统分析了冬季咸水结冰灌溉在盐碱地区农业生产、植被恢复以及咸水利用等方面的作用,并就其未来发展趋势进行了展望。     

咸水结冰灌溉结合改良剂对滨海盐土的改良作用

冬季咸水结冰灌溉是将冬季自然冷资源与滨海盐碱地区丰富的咸水资源相结合, 通过自然结冰使咸淡分离, 再利用结冰融化时咸水先流出淡水后流出会对土壤起到一定的洗盐作用的原理, 对盐碱地进行改良。本文通过大田试验, 研究了冬季咸水结冰灌溉及改良剂对天津滨海盐碱地水盐运移的影响。结果表明, 通过咸水结冰灌溉能降低根层土壤含盐量, 且灌溉水量与土壤含水量呈正相关。冬季咸水结冰灌溉初期可能会引起土壤碱化, 但随着冰层融化及时间的推移, 各处理的碱化趋势会逐渐消弱。在滨海盐土施用磷石膏能够降低HCO₃^-含量, 增加SO₄^2-、Ca²⁺含量, 有效降低Cl^-、Na⁺在总盐分中的比例, 且磷石膏施用量越大, 根层土壤的pH 越低、保水能力越强(7 500 kg·hm^-2 磷石膏>4 500 kg·hm^-2 磷石膏); 施用磷石膏和大水量的咸水结冰灌溉都能很好地促进柽柳生长,且咸水冬季结冰灌溉和施用磷石膏配合(1 350 m³·hm^-2 结冰灌溉+7 500 kg·hm^-2 磷石膏)效果最好。因此, 咸水结冰灌溉配合改良剂应用可有效改良滨海盐土, 改善因咸水结冰灌溉而带来的土壤碱化问题, 为早期植物萌发生长提供有利条件。     

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。     

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。     

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。     

干旱区盐碱地滴灌土壤基质势对土壤盐分分布的影

该文通过田间试验研究覆膜滴灌条件下土壤基质势对土壤盐分分布的影响。试验设3个水平的土壤基质势处理： -5 kPa (S1),-15 kPa (S2) 和-25 kPa (S3),每个处理重复3次,按随机区组布置。试验结果表明：垄作覆膜滴灌条件下各盐分离子的迁移和分布特性不同。Na+ 和Cl- 易被灌溉水淋洗,主要分布在湿润体的边缘,在滴头附近含量最低,远离滴头含量逐渐增大,土壤基质势越高,淋洗效果越明显,离子含量和土壤总盐量呈线性相关。Mg2+、Ca2+、HCO3-含量受土壤基质势影响较小,在土壤剖面分布相对均匀,离子含量和土壤总盐量之间没有明显相关关系。盐渍化土壤中总盐分的淋洗主要受到作物播种时第一次大水量灌溉和苗期阶段较高土壤基质势控制的灌溉影响,作物生育中后期不同土壤基质势处理对土壤总盐分的淋洗影响较小。该研究结果对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。