微咸水灌溉下土壤水盐动态及对作物产量的影响

华北平原农业灌溉用水非常紧缺,水资源日益缺乏与粮食需求日益增多之间的矛盾尖锐。充分利用微咸水资源是缓解这一矛盾的重要途径之一。该文以中国农业大学曲周试验站1997－2005年冬小麦和夏玉米微咸水灌溉田间长期定位试验为基础,研究了充分淡水、充分淡咸水、关键期淡水、关键期淡咸水和不灌溉等5个处理下土壤饱和电导率和含盐量的动态变化,探讨了微咸水灌溉对冬小麦和夏玉米产量的影响。结果表明：土壤水盐动态呈受灌溉和降雨影响的短期波动和受季节更替影响的长期波动;在正常降雨年份,使用微咸水进行灌溉是可行的,不会导致土壤的次生盐渍化;微咸水灌溉虽然导致冬小麦和夏玉米产量降低10%～15%,但节约淡水资源60%～75%。如果降雨量达到多年平均水平以及微咸水灌溉制度制订合理,微咸水用于冬小麦/玉米田间灌溉前景广阔。     

微咸水灌溉对土壤水盐及春玉米产量的影响

以2007年和2008年宁夏银北灌区春玉米微咸水灌溉的田间试验为基础,采用微咸水(井灌)、渠水(渠灌)和混合水(体积比1∶1,混灌)灌溉,研究了其对土壤水盐及春玉米产量的影响。结果表明,与渠灌处理相比,作物收获时井灌和混灌处理的根区土壤盐分分别增加18.1%~45.3%和10.7%~38.2%,作物耗水量下降5.2%~8.9%和1.1%~6.2%。土壤盐分状况对微咸水的应用存在较大影响。在轻度盐渍化和非盐渍化土壤条件下,井灌和混灌处理下春玉米产量较渠灌处理下降28%、14%和10.5%、7.4%。考虑到轻度盐渍化土壤中渠灌处理的春玉米产量仅为非盐渍化土壤的68.6%,为保障作物产量和农民收入,在盐渍化土壤中不宜采用渠水进行灌溉。在非盐渍化土壤条件下,采用3 g/L微咸水或将其与渠水混合后进行灌溉,可同时满足保障作物生产和节约淡水资源要求。     

微咸水灌溉与土壤水盐调控研究进展

随着淡水资源短缺的日益加剧,合理开发利用微咸水已成为缓解水资源供需矛盾的重要途径之一。由于微咸水中含有大量盐分,用其灌溉必然增加土壤盐分,影响作物生长和土地质量。因此,采取有效措施调控土壤水盐状况成为微咸水安全利用的基础。本文较详细地回顾了微咸水灌溉条件下土壤水盐运移特征、微咸水入渗模型和水盐运移模型、微咸水灌溉方法、微咸水灌溉对作物生长的影响、土壤水盐调控方法等方面的研究进展,并结合目前研究中关注的核心问题,提出了微咸水安全利用方面需要重点研究的科学和技术问题,为进一步研究微咸水灌溉对土壤和作物生长的影响和其内在机制,以及构建合理利用微咸水灌溉模式提供参考。     

微咸水灌溉对盐碱地土壤水盐分布与冬小麦产量的影响

为探求冬小麦科学合理的微咸水灌溉模式,2015-2017年在山东省沾化区开展了冬小麦微咸水灌溉试验。基于大田试验,采用淡水和矿化度为3.0 g/L的微咸水,设计了四种不同的灌溉方案(T1:80 mm淡水+80 mm淡水+80mm淡水; T2:80 mm淡水+80 mm淡水; T3:80 mm淡水+80 mm微咸水+80 mm微咸水; T4:80 mm淡水+80 mm微咸水),研究了微咸水灌溉对盐碱地土壤水盐分布与冬小麦产量的影响。结果表明:①灌三水方案的土壤含水率可达到12.5%～19.9%,而灌两水方案仅达到10.8%～13.6%,在相同水量灌溉下,T3处理可以确保生育后期适宜的土壤水分;土壤盐分最终盈亏情况为T1T3T2T4,表明除淡水灌溉外,T3处理在补充土壤水分的同时,盐分积累较少。②灌三水比灌两水增产10%～25%,T3比T1处理减产0.03%～7.82%,表明三水灌溉要优于两水灌溉,微咸水灌溉下冬小麦略有减产。③综合节水及产量两方面,冬小麦采用T3处理方式进行灌溉为该区域的较优选择。     

微咸水灌溉条件下的土壤水盐动态变化研究

河北衡水地区干旱缺水,淡水资源严重不足。水资源日益缺乏与粮食需求日益增多之间的矛盾尖锐。利用微咸水资源将成为缓解水资源危机的重要举措。本文在国土资源部地下水科学与工程试验基地小麦微咸水灌溉试验为基础,对试验区作物种植整个生长过程中土壤含盐量和水分状况随时间的变化研究,探讨了微咸水灌溉对小麦产量的影响。结果表明：土壤水盐动态呈受灌溉和降雨影响的短期波动和受季节更替影响的长期波动;作物产量与灌水矿化度、灌水量、土壤初始含盐量和含水量等因素相关。在缺乏淡水的情况下,可以考虑使用3g/l左右的微咸水灌溉,而且不会引起小麦产量的显著下降。     

咸水灌溉对土壤水盐分布及制种玉米产量的影响

为了探究石羊河流域咸水资源的利用方式,在甘肃省石羊河流域开展了为期两年的制种玉米咸水灌溉田间试验,研究咸水灌溉条件下土壤水盐分布规律及对制种玉米产量的影响。研究结果表明:不同灌水矿化度处理,高灌水矿化度处理由于盐分胁迫严重,会改变土壤剖面水分分布规律,且这种规律会随着咸水灌溉使用时间的增长而越明显;咸水灌溉会使土壤盐分在土壤各土层累积,并且灌水矿化度越大,盐分累积量也越大,对作物产量及其构成因素的影响也越大,3g/L的咸水在短时期可以用来进行农田灌溉,盐分不会在土壤中产生大量累积,对作物产量的影响也较小,但长时期利用3g/L的微咸水进行灌溉,对土壤水盐分布及作物产量的影响,还需进一步的研究。     

微咸水微润灌溉下土壤水盐运移特性研究

为探明土壤水分和盐分在利用微咸水进行微润灌溉条件下的运移情况,采用室内土箱模拟试验方式,设置2.0、2.5、3.0、3.5、5.0 g/L 5种不同矿化度处理,以蒸馏水处理作对照,共入渗72 h。结果表明:入渗结束时在不同方向上的最大运移距离随矿化度增大呈先增大后减小趋势,在3.0 g/L处理下达到最大值,且微咸水处理的湿润锋运移距离均大于蒸馏水处理;将累积入渗量代入Kostiakov入渗公式,入渗系数随矿化度的增大呈先增大后减小趋势,入渗指数不断减小;土壤电导率以微润带为轴心向四周不断增大,在湿润锋处达到最大值,脱盐区与湿润体形状相关,呈圆环状分布;入渗结束后土壤剖面平均含盐量与蒸馏水处理之间无显著性差异,脱盐半径随矿化度的增大呈线性递减趋势;利用微润灌进行灌溉,土壤盐分存在表聚和底聚现象,且表层积盐更为严重。     

暗管排水条件下微咸水灌溉对土壤水盐运移特征的影响

为探索高效节水控盐灌排技术,通过田间试验,以玉米为试材,研究了不同微咸水矿化度及暗管埋深对土壤水盐运移的影响。结果表明,微咸水矿化度和暗管埋深对土壤含水率和盐分均有影响,高矿化度处理灌后土壤含水率比低矿化度高,1.3m暗管埋深灌后土壤含水率要高于0.8m暗管埋深;微咸水灌后1d作物主要根系层(0~40cm)脱盐率受矿化度影响较大,矿化度越高,脱盐效果越差;灌后25d,淡水灌溉及暗管埋深0.8m、3g/L微咸水的处理土壤无积盐,其余各处理均发生积盐现象,灌溉水矿化度越大,0~80cm土层积盐越强烈,1.3m暗管埋深较0.8m埋深土壤积盐更加明显。建议同类型区种植玉米时暗管埋深为0.8m,灌溉使用微咸水矿化度不超过3g/L为宜。     

咸水灌溉对土壤水盐分布和小麦产量的影响

在石羊河流域中游开展田间灌溉试验,试验设置3种灌水量,灌溉定额分别为355,280,205 mm(W1,W2和W3);4种灌水矿化度0.7,3.0,5.0和7.0 g/L(S1,S2,S3和S4),共12个处理,每个处理3组重复.研究结果表明:淡水灌溉条件下,土壤积盐率不超过15%,当灌水矿化度在3.0 g/L以上时,土壤剖面盐分积累峰值在20~40 cm层,灌溉水带入的盐分有40%~80%积累在60 cm深度.当灌水矿化度为3.0 g/L时,盐分胁迫造成春小麦减产在10%以下;灌水矿化度为5.0 g/L和7.0 g/L时,春小麦减产严重,最高可达28%.相同灌水矿化度条件下,与充分灌溉(W1)相比,W2和W3分别减产10%和15%左右.拔节期-灌浆期是春小麦需水关键期,灌水要及时,3种灌水量均可以保证春小麦根区含水量维持在田间持水量的60%~80%.因此,3.0 g/L的微咸水灌溉不会造成春小麦大幅减产,合理调控灌水时间,灌水量为205~355mm可以保证春小麦土壤含水量维持在适宜的水平.     

磁化微咸水矿化度对土壤水盐运移的影响

采用300 mT磁感应强度恒定磁水器对不同矿化度微咸水(0.14、2、3、4、5 g/L)进行磁化处理,并进行一维垂直土柱入渗试验,研究磁化微咸水矿化度对土壤水盐运移的影响。结果表明:微咸水磁化处理后,土壤入渗速率及湿润锋迁移速率显著降低,湿润体含水率显著提高;微咸水矿化度对磁化效果具有显著影响,磁化微咸水矿化度为3 g/L时,相同入渗时间累积入渗量和湿润锋深度相对减少量最大,湿润体含水率相对增加量最多。磁化微咸水入渗对Philip和Green-Ampt入渗公式参数有显著影响,相同矿化度的磁化微咸水土壤吸渗率S、饱和导水率K_s及湿润锋处吸力hf均小于未磁化微咸水;磁化与未磁化微咸水相对吸渗率ΔS及相对饱和导水率ΔK_s与矿化度之间均呈现较好的二次多项式关系,在矿化度为3 g/L时,相对吸渗率ΔS及相对饱和导水率ΔK_s均达到最大。磁化微咸水能够提高土壤持水能力,相同土层深度的土壤含水率显著增加;微咸水磁化处理后,脱盐率显著提高,土层深度0~20 cm磁化微咸水脱盐率均大于未磁化微咸水,矿化度为3 g/L的磁化微咸水磁化脱盐强度最大,相对脱盐效果更好。     

微咸水灌溉下粉垄耕作土壤水盐运移特性

【目的】明确微咸水灌溉条件下粉垄耕作土壤水分入渗规律及水盐运移特征。【方法】基于室内土箱试验,分析3种微咸水矿化度(0g/L(S1)、3g/L(S2)和5g/L(S3))和2种耕作(粉垄耕作(FL)和传统翻耕(FG))条件下的土壤水分入渗特征和水盐运移规律。【结果】水分平均入渗速率和垂直湿润锋推进速率随着微咸水矿化度的升高呈先增大后减小的变化趋势,水平湿润锋运移速度随着微咸水矿化度的升高而持续增加。FL处理下的土壤水分入渗速率、湿润锋推进速率相比FG处理有明显提升。Kostiakov模型可较好地拟合2种耕作措施下的土壤累积入渗量与入渗时间之间的关系(R²>0.99)。灌溉后20 d,FL处理下的土壤含水率均小于相同微咸水矿化度下的FG处理;同一耕作措施下,土壤含水率随着微咸水矿化度的升高而增加。【结论】微咸水灌溉与粉垄耕作对土壤水分入渗、土壤湿润锋运移和土壤水盐再分布具有改善作用。与灌溉前相比,灌溉后20 d,FL处理下的土壤平均脱盐率为42.95%～55.98%,而FG处理下的土壤平均脱盐率为32.34%～43.29%。随着矿化度的增加,FL处理下的平均土...     

不同微咸水灌溉方式对压砂地土壤水盐及pH空间变异的影响

掌握不同灌溉方式下压砂地土壤水盐及pH的空间分布规律可以有效提高微咸水的利用效率。利用田间取样、经典统计学、地统计学以及克里格插值法对比分析了滴灌和微喷灌0～40 cm土层土壤含水率、电导率和pH值的空间变异特征。结果表明：微喷灌的土壤含水率略低于滴灌,0～40 cm土层土壤含水率属于中等变异性,且具有中等强度的空间相关性。微喷灌0～20 cm土层土壤平均电导率和离散化程度小于滴灌,同时,2种灌溉方式下0～20 cm和20～40 cm土层电导率的空间分布均表现出中等变异且具有较强的空间相关性;20～40 cm土层的平均电导率小于0～20 cm土层。无论微喷灌还是滴灌,调查地块的土壤电导率表现为中间位置低而地边较高,土壤含水率则在中间位置高而地边低。灌溉方式对土壤pH值的影响不显著,其空间变异性属于弱变异,但微喷灌条件下pH值具有较强的空间相关性。微咸水灌溉条件下压砂地抑制了表层土壤盐分累积,并存在向未覆砂的地块边缘聚积的现象。不同灌水方式下压砂地土壤水分和盐分均存在中等的空间变异性和空间自相关性,而pH值空间变异性较弱。研究结果可以为压砂地的微咸水合理利用提供理论依据。     

微咸水波涌畦灌对土壤水盐分布的影响

根据2005年在中国科学院南皮生态农业试验站的田间试验结果,对灌溉后土壤剖面和沿畦长方向的水盐分布进行了研究.结果表明,当灌水量相同时,灌水结束后波涌灌和连续灌0～100 cm土层含水率在整个畦田上存在较大差别.比较灌水均匀度的结果可知,供水时间为90 min时,N=3,r=1/2,T_(on)=30 min的处理含水率离散程度最小,灌水均匀度最满意.从主根区含盐量的变差系数来看,连续灌明显高于波涌灌,说明微咸水的波涌灌在畦首到畦尾的盐分分布离散程度低于连续灌.因此灌水方式的改变在不增加灌水量的条件下改善了土壤水盐分布状况.     

微咸水入渗水量对土壤水盐运移特征的影响

通过室内3g/L微咸水的入渗试验,分析了不同微咸水入渗水量对土壤剖面含水率、含盐量、脱盐效率和阳离子分布的影响。结果表明,利用3g/L的微咸水进行垂直一维积水入渗,入渗水量较小时,基质势是水分运动的主要动力,入渗量继续增大时,重力势逐渐取代基质势成为水分运动的主要动力;采用3g/L的微咸水入渗,可以使上层土壤脱盐,但使湿润锋处的含盐量急剧增加且达到最大值;湿润锋处含盐量与入渗水量符合指数函数关系,主根区的脱盐效率随着累积入渗量的增加而减小。在利用微咸水进行农田灌溉时,一方面要考虑盐分的淋洗效果,另一方面要兼顾脱盐效率,才能使土壤可持续利用。     

微咸水入渗土壤水盐运移特征分析

提高水分的淋洗脱盐效率也是节水的一个重要途径。通过室内垂直入渗试验研究了淋洗水量、入渗水质和土壤初始含水量对土壤脱盐状况和水分洗盐效果的影响。结果表明,脱盐深度随入渗水量的增加呈幂函数增加,随入渗水矿化度和土壤初始含水量的增加而减小;脱盐区土壤平均含盐量随累积入渗量的增加而减少,随入渗水矿化度和土壤初始含水量的增加而增加。水分的脱盐效率随淋洗水量的增加呈幂函数减小,随入渗水矿化度的增加线性减少。土壤初始含水量对初期水分脱盐效率有影响,但对后期水分脱盐效率影响不大。对脱盐效率影响因素的分析可以为设计合理的淋洗水量提供参考。     

咸水灌溉对土壤水热盐变化及棉花产量和品质的影响

为了充分利用咸水资源,采用田间对比试验,研究了1、3、5、7 g/L等4个矿化度咸水(分别用S1、S2、S3、S4表示)灌溉对棉田土壤水热盐变化特征及棉花长势、产量和纤维品质的影响。结果表明,棉花生育期内各处理0~40 cm土层土壤含水率及地下5 cm处土壤温度总体上都随着灌溉水矿化度的增加而增大,但差异不大;处理间土壤电导率差异明显,灌溉水矿化度愈高,土壤电导率愈大,棉花生育期结束后,降雨对各处理盐分的淋洗率介于29.40%~40.40%。土壤水分和盐分剖面分布受制于土壤质地、降雨和棉花蒸发蒸腾耗水;干旱时期,土壤干燥,盐分表聚,湿润时期与之相反。棉花成苗率、株高、单株最大叶面积和霜前花率均随着灌溉水矿化度的增加而降低,籽棉产量从大到小依次为S2、S1、S3和S4,其中,S4与S1处理间的差异达显著水平。咸水灌溉通过改变马克隆值对纤维品质产生了负面影响,尤其是S4处理。研究结果可为丰富棉花咸水灌溉技术体系提供理论支撑。     

秸秆排水体条件下微咸水灌溉土壤水盐运移模拟

为分析地埋秸秆体的排水抑盐效果,在室内试验的基础上,利用HYDRUS-2D模型模拟地埋秸秆体条件下盐渍土水盐运移动态,结果表明:地埋秸秆体可以有效降低土壤盐分,在灌溉水矿化度为3 g/L,地下水埋深为150 cm条件下,土壤盐分较不埋设秸秆体处理减少了17.4%;土壤水分和土壤盐分随灌溉水矿化度的增加而增加,随地下水深度增加而减小;在控制土壤含盐量小于2.55 g/kg条件下,分别采淡水、矿化度为3和5 g/L的微咸水灌溉时,地下水埋深应分别控制在80、120和200 cm以下。该研究为微咸水资源的利用及盐渍土的合理开发利用提供依据和参考。     

咸水灌溉下土壤水盐变化的试验研究

2002年在内蒙古河套灌区红卫节水示范园进行了咸水灌溉试验,分析试验结果得出:咸水灌溉下的土壤经过秋浇后含盐量可以降到咸水灌溉前水平。以荷兰Wageningen农业大学等单位开发的土壤水分大气作物系统模拟软件SWAP为工具,应用示范园的土壤、水、盐分试验资料对模型的参数进行了率定和验证,模型模拟结果和田间试验结果符合较好。     

微咸水水源线源滴灌土壤水盐运移

滴灌被认为是最适合用于微咸水开发利用的灌溉技术,在微咸水资源丰富的我国有巨大的开发应用潜力。通过在室内采用土箱进行入渗试验,研究了微咸水滴灌条件下线源滴灌三个特征剖面的水盐分布特征及矿化度对水盐分布的影响。结果表明利用微咸水滴灌能形成一个较高含水率且含盐量较低的区域,为作物提供一个良好的水盐环境;在相同入渗深度,矿化度越大,含水率越大,含盐量也越大;湿润锋交汇界面处的土壤含水率和含盐量一般均大于未交汇同等土壤深度的含水率和含盐量。     

微咸水矿化度对秸秆还田下土壤水盐运移分布影响

为了研究微咸水与秸秆还田的综合利用效应,在室内进行一维垂直入渗试验,分析了秸秆还田下不同矿化度对土壤水盐运移分布的影响。结果表明,相同入渗时间下,累积入渗量以矿化度3g/L为分界点随矿化度的升高先增后减,湿润锋的变化规律相似;土壤含水率随矿化度的增加表现出先增后减的趋势,以3和5g/L时土壤保持较高含水率;电导率随矿化度的增加而增加,当矿化度大于3g/L时,微咸水对土柱的淋洗作用不大。