不同潜水埋深条件下微咸水灌溉的水盐运移规律及模拟研究

采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水（咸水）灌溉对土壤水盐的影响,在此基础上,建立了BP神经网络水盐耦合模型。研究结果表明：土壤中盐分含量随地下水埋深的增加而减小,随灌溉水盐分水平的增加而增大。在地下水埋深为2 m,3 m,4 m的地区,采用矿化度小于4 g/L的水进行灌溉,在夏玉米整个生长周期的0～100 cm土层内不会形成积盐现象;拓扑结构为8∶2∶2的BP网络模型,能模拟不同地下水埋深条件下微咸水（咸水）灌溉的水盐运移,且精度较高。     

不同潜水埋深条件下微咸水灌溉的水盐运移规律及模拟研究

采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水(咸水)灌溉对土壤水盐的影响,在此基础上,建立了BP神经网络水盐耦合模型。研究结果表明:土壤中盐分含量随地下水埋深的增加而减小,随灌溉水盐分水平的增加而增大。在地下水埋深为2 m,3 m,4 m的地区,采用矿化度小于4 g/L的水进行灌溉,在夏玉米整个生长周期的0~100 cm土层内不会形成积盐现象;拓扑结构为8∶2∶2的BP网络模型,能模拟不同地下水埋深条件下微咸水(咸水)灌溉的水盐运移,且精度较高。     

咸水灌溉沙地后的水盐运移规律

实地观测不同深度土壤含水率、基质势、土壤溶液含盐率 ,利用定位通量法和盐分均衡法 ,研究了咸水小畦灌条件下塔克拉玛干沙漠土壤的水盐运移规律。结果表明 :(1)在小畦灌条件下 ,停止灌水后 2 4h ,91.2 5 %的灌水渗入 15 0cm土层以下 ;停止灌水后 72h ,96.6%的灌水渗入 15 0cm土层以下 ,此时 ,0～ 15 0cm土层土壤平均含水率为 0 .0 5 3cm3cm- 3,此后土壤含水率缓慢下降。 (2 )秋季停灌后 ,土壤表面蒸发量在 2～ 6mm。停灌后 2h ,上行水区域在 0～ 2 0cm土层 ;停灌后 60h ,上行水区域在 0～ 90cm ;此后至停灌后 14 4h ,上行水深度稳定在地下 90cm。 (3 )咸水灌溉后 ,80cm以上土层土壤溶液含盐率明显下降 ,以下土壤溶液含盐率变化不明显。停灌 2 4h后 ,0～ 15 0cm土层液相盐分储量开始降低 ,至停灌后 14 4h ,0～ 15 0cm土层液相储盐量相当于灌水前的 5 3 .46%。 (4 )停止灌水后 ,10 0cm× 10 0cm地面日平均积盐量在 13～ 3 5g。     

咸水非充分灌溉条件下土壤水盐运动SWAP模型模拟

为了研究咸水非充分灌溉条件下土壤水盐动态变化规律,该文在2013年田间试验的基础上,利用试验观测数据,对SWAP模型进行了率定和验证,并对咸水非充分灌溉条件下土壤剖面水分和盐分通量变化过程进行了模拟和分析。研究结果表明:SWAP模型模拟值较好地反映了实测值的变化趋势,经过率定和验证后的SWAP模型能够较好地模拟土壤水盐的动态变化规律以及制种玉米的产量情况。在制种玉米苗期阶段,3种灌水处理40 cm以上土壤剖面的水分通量主要以向上为主;在灌水和降雨阶段,各处理土壤剖面的水分通量主要向下,且灌水量越大的处理,向下的水分通量越大;在土壤蒸发阶段,各处理60 cm以下土壤剖面的水分通量向下,且向下的水分通量逐渐减小。土壤盐分通量模拟结果与土壤水分通量具有类似的规律,60 cm以下土壤剖面的盐分通量主要向下,表明土壤盐分主要向深层土壤运移。研究结果可为该研究区域咸水非充分灌溉制度的制定提供理论依据。     

咸水/微咸水入渗对土壤渗透性和盐分阳离子运移的影响

在淡水资源短缺的干旱、半干旱及滨海地区,地下微咸水/咸水资源较为丰富。为保障粮食安全和农业可持续发展,需利用微咸水/咸水进行合理灌溉,以缓解淡水资源短缺状况。与此同时,微咸水/咸水灌溉入渗,会引起土壤物理、化学及生物等性质的变化。通过室内土柱出流试验,探讨了灌溉水盐分种类和浓度对土壤渗透性能及盐分阳离子运移的影响。选用灌溉水盐分种类为NaCl、MgCl₂、CaCl₂,浓度为3 g·L^-1、5 g·L^-1(代表微咸水)、10 g·L^-1(代表咸水)。结果表明:土壤对微咸水与咸水的响应机理基本一致,Na⁺在土壤中的迁移会导致土壤渗透性的降低;Ca²⁺、Mg²⁺在土壤中的迁移会提高土壤的渗透性;且三种离子对表层土壤的影响均大于下层土壤。土壤相对渗透系数K/K₀(K为各时刻计算所得的渗透系数,K₀为初始渗透系数)减小程度与Na⁺浓度成正比;Ca^2...     

河套灌区咸水灌溉试验研究

以内蒙古河套灌区红卫节水示范园的咸水灌溉试验为基础，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。在此基础上设计了示范园不同灌溉水量、不同灌溉方式、不同灌溉次数的多种灌溉方案，并应用SWAP模拟了各种方案的水盐平衡。以作物产量为指标，采用正交设计进行直观分析，提出了适合当地条件的以咸淡水轮灌作为灌溉方式，灌水3次，灌溉定额2812.5 m³/hm²的咸水灌溉指导方案。研究结果对河套地区的咸水利用具有一定的借鉴意义。     

半干旱区海水灌溉农田土壤盐分运移规律的研究

对在海侵灾害最严重的莱州湾地区,在油葵生育期内利用不同浓度的海水直接灌溉两次,研究0～40cm土层土壤盐分及Na^ 、CI^-、Ca^2 、Mg^2 、K^ 含量的分布、迁移规律,为确定合适的灌溉定额和灌溉次数提供最基础的技术参数。结果表明：①60％以上浓度海水灌溉,5～40cm土层土壤盐分呈积累趋势,次生盐渍化明显;40％海水灌溉后轻微积盐．若无充沛的雨水淋洗,则须结合一定的农业措施以防造成次生盐害;20％海水浓度在灌溉定额为800m^3／hm^2时能保持土壤盐分的盈亏平衡。②Na^ 和CI^-主要分布在5～20cm土层,而Ca^2 和Mg^2 主要在20∽40cm土层,K^ 则极易被淋洗而迁移到40cm以下土层。③0～5cm土层盐分变化剧烈,在油葵整个生育期降雨量为171．7mm的情况下,至收获期时,各处理均能降至灌海水前的水平。     

微咸水灌溉对土壤盐分和作物产量影响研究

黄淮海平原部分地区分布着相当大面积矿化度在2～5g/L之间的浅层微咸水,有很大开发利用潜力。如何对其进行安全有效地开发利用是目前急需研究的重要课题。通过微区定位试验,研究了鲁西北低平原地区小麦玉米两熟制下微咸水灌溉对土壤盐分与作物产量的影响以及麦秸覆盖对微咸水灌溉土壤盐分的调控作用。结果表明,麦季利用3～5g/L矿化度的微咸水补充灌溉,两年后没有发生积盐现象,微咸水灌溉带入土体的盐分通过咸淡水轮灌和雨季自然淋洗,1m土体总盐量达到周年平衡。麦秸覆盖能够改善盐分在土体中的垂直分布,使土壤根系分布密集层保持较低盐分水平,缓解盐分对作物的危害,并有显著的增产效果。两年试验结果表明,与淡水灌溉比较,微咸水灌溉配合麦秸覆盖对作物年产量无显著差异,而不配以覆盖则导致减产。     

苏北滩涂水稻微咸水灌溉模式及土壤盐分动态变化

为研究微咸水灌溉对水稻水分利用效率和土壤盐分动态的影响,利用田间试验资料对SWAP(Soil-Water-Atmosphere-Plant)模型进行了率定和验证。用验证认可的模型模拟并分析了水稻生育期水盐运移规律和水稻水分利用效率,并预测了长期微咸水灌溉对土壤盐分的影响。结果表明:1.5 mg/cm3矿化度微咸水足量灌溉可以获得较高的产量和水分利用效率;各微咸水处理在60~90 cm土层均出现不同程度的盐分累积现象,具体累积深度和土壤盐分浓度与灌水量和灌水矿化度有关;采用1.5 mg/cm3矿化度微咸水进行微咸水长期灌溉研究,10 a的模拟结果显示此灌溉制度不会引起0~100 cm土层土壤次生盐渍化。该研究为滨海地区微咸水合理利用提供了理论依据。     

不同灌溉量膜下微咸水滴灌土壤盐分分布与积累特征

于2010年在新疆石河子大学节水灌溉实验站进行膜下微咸水滴灌试验。灌溉水矿化度为3.32 g L-1,三个灌溉定额处理(Q36:3 150 m3 hm-2、Q48:4 200 m3 hm-2、Q60:5 250 m3 hm-2),并分析了土壤盐分分布及其积累特征。在灌溉周期内土壤盐分运移特征为:根区土壤盐分基本表现趋势为湿润体形成阶段降低,再分布阶段聚集;根底土壤盐分表现趋势为湿润体形成阶段增加,再分布阶段降低。秋后土壤盐分剖面与盐量平衡结果显示:Q36、Q48处理中灌溉输入土壤的盐分基本上存于120 cm土壤以内,Q60处理在120 cm以下土壤盐分显著增加。灌前灌后土壤水分入渗剖面显示,三个处理滴灌后36 h土壤水分湿润深度分别达到80、90、120 cm。滴头部位水分携带盐分向深层迁移,在滴灌中起着深层淋溶作用,这对于减缓上层土壤盐分积累具有积极意义。     

灌溉水盐分组成对土壤水盐迁移参数的影响

淡水资源不足和盐渍化是干旱地区农业生产的限制因子。研究水盐迁移参数是水盐调控的重要目标。为此,该研究以甘肃省秦安县兴国镇果园土样为研究对象,采用水平土柱入渗法,探讨不同盐溶液(氯化钠、氯化钠和氯化镁、氯化钠和氯化钙、氯化钠和氯化钾)在矿化度均为3 g/L的条件下对土壤水分扩散率和盐分离子水平迁移的影响。结果表明:不同盐分组成的灌溉水质和含水率对土壤水分扩散率的影响均达极显著水平(P0.01)。在灌溉水矿化度均为3 g/L的条件下,氯化钠盐溶液传输水分的潜在能力最大,加入一定的复盐对水分的传导起到阻滞作用,阻滞能力的大小是:氯化钙氯化钾氯化镁。不同盐分组成的灌溉水对土壤碳酸氢根和硫酸根的水平迁移具有显著的影响(P0.05),对盐分、钙离子和钠离子水平迁移具有极显著的影响(P0.01)。入渗距离对土壤pH的影响以及灌溉水盐分组成对土壤钠吸附比的影响均达显著水平(P0.05)。灌溉水盐分组成对模型参数初始值和终止值有显著的影响,参数初始值和终止值均呈现:氯化钠氯化钠和氯化镁氯化钠和氯化钾氯化钠和氯化钙。因此,从微咸水利用和盐渍化土壤改良的角度考虑,在微咸水灌溉中加入一定量的钙制剂可抑制水分扩散和降低土壤盐分含量;从灌溉方法来看,需从地块的两端轮换灌溉可预防地块一端脱盐而另一端积盐的现象。这一研究结果对于指导干旱、半干旱地区微咸水利用具有重要的科学意义。     

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。     

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。     

膜下滴灌棉田土壤水盐运移简化模型

滴灌农田土壤盐分积累是关系到这一方式是否可持续的重要问题,数值模拟是研究这一问题的重要手段,然而目前缺乏针对这一问题的可用模型。该文构建了一个滴灌土壤水盐运移简化模型,通过将膜下滴灌土体划分为若干单元格,通过滴灌入渗饱和湿润体形成、毛管扩散运移2个过程实现滴灌土壤水盐运移模拟,该模型包含有降水再分配、根系吸水、土壤蒸发等水文过程。于2010年在新疆石河子大学灌溉试验站微咸水滴灌试验,对构建的模型进行校正和验证,结果显示,该模型较好地模拟了膜下滴灌土壤水分与盐分运移过程以及土壤盐分积累特征,研究结果可为膜下滴灌条件下棉田土壤盐分积累及其影响因子研究提供基础。     

滨海盐渍土原土滴灌水盐调控对土壤水力性质的影响

为研究滨海盐渍土滴灌原土水盐调控不同处理对土壤导水率(K)、土壤孔隙大小分布常数(Gardnerα)、土壤孔隙对水流贡献率等水力性质的影响,在滨海盐渍土上进行滤层及基质势(-5、-10、-15、-20、-25kPa)处理的原土水盐调控试验。用圆盘入渗仪在-15、-6、-3、0cm4个连续增大的负压下进行入渗测定,并计算不同负压下导水率、土壤孔隙大小分布常数、孔隙级别对水流的贡献率。结果表明:经原土水盐调控后,各处理的饱和导水率、土壤孔隙大小分布常数较对照增大,在-6和-15cm水头下的导水率较对照减少,在-3cm水头下的导水率无明显变化规律。滤层处理下土壤的饱和导水率、-6cm水头下的导水率、土壤孔隙大小分布常数较无滤层处理有显著提高;各处理土壤大孔隙对水流的贡献率大于对照处理,中等孔隙2及小孔隙对水流的贡献率小于对照处理。滤层处理是不同级别土壤孔隙对水流贡献率大小的主要影响因素,其中滤层的土壤大孔隙、中等孔隙1对水流的贡献率显著高于无滤层。可见,经原土水盐调控后,土壤饱和导水率、-6cm水头下的导水率、土壤孔隙大小分布常数明显增加,土壤大孔隙增加,小孔隙减少,土壤结构得到改善。     

喷灌强度对滨海盐碱地土壤水盐运移特征的影响

为研究一维条件下喷灌强度对滨海盐碱地土壤湿润峰运移、水分再分布特征及盐分淋洗的影响,选用滨海盐碱地黏质重度盐碱土和砂质重度盐碱土2种土壤,设置5个喷灌强度(分别是1.72、3.13、5.27、8.75、10.11mm/h),进行室内喷灌条件下土柱模拟试验。结果表明,喷灌强度与土壤黏粒含量显著影响湿润锋运移。湿润锋推进速度随着喷灌强度增加而增大,而湿润深度随之减小,且土壤黏粒含量越高,越不利于湿润锋运移;随着土壤水分再分布过程的推进,黏质重度盐碱土在3.13mm/h喷灌强度下同一深度体积含水率较其他处理大,砂质重度盐碱土在1.72mm/h喷灌强度条件下土柱具有较高的保水性;采用喷灌淋洗,可使上层土壤脱盐,盐分均累积至下层土壤,并使其急剧增加且达到最大值。对于黏质重度盐碱土,3.13mm/h喷灌强度下,盐分淋洗效果较好,而对于砂质重度盐碱土,8.75mm/h喷灌强度淋洗效果优于其他处理。该研究可为喷灌技术合理和可持续开发利用滨海盐碱地提供参考。     

地膜覆盖对春季咸水灌溉条件下滨海盐渍土水盐动态的影响

在河北省沧州市海兴县选取耕层土壤初始含水量有较大差异的两个地块,于春季利用当地高矿化度咸水(10~15 g·L~(-1))进行灌溉和地膜覆盖,以探究地膜覆盖对春季咸水灌溉条件下滨海盐渍土水盐动态的影响。设不灌咸水不覆膜(对照,CK)、不灌咸水覆膜(PM)及3月29日和4月13日灌咸水不覆膜(SE、SL)、灌咸水后覆膜(SE+PM、SL+PM)6个处理探讨不同咸水灌溉和覆膜对土壤水盐动态的影响;另在耕层土壤含水量≥20%(海兴县小山乡)和20%(海兴县农场)两个地点分别设灌咸水后覆膜(SE+PM)和不灌咸水不覆膜(CK)处理,探讨初始土壤含水量对咸水灌溉下土壤水盐动态的影响。灌水量均为180 mm,灌溉咸水来自排水渠,矿化度分别为12.12 g·L~(-1)和11.53 g·L~(-1),咸水入渗后,播种油葵。结果表明:春季咸水灌溉后覆膜能有效降低耕层土壤盐分,并且该项措施实施的时间越早越好,脱盐深度和脱盐率均较深和较高,本研究中,脱盐效果最优的为SE+PM处理,该处理在油葵收获后0~5 cm脱盐率为58.93%,土壤含盐量由1.15%降至0.51%。此外,脱盐效果也受到土壤初始含水量的影响,耕层土壤含水量20%时,春季咸水灌溉覆膜处理对土壤盐分的淋洗效果较好,平均脱盐深度大于40 cm,保证了油葵正常生长,油葵出苗率和产量分别为73.9%和920 kg·hm~(-2),至油葵收获时,0~20 cm土层土壤含盐量由灌溉前的1.93%降低至0.32%,脱盐率达84.07%;而当耕层土壤含水量≥20%时,脱盐速度慢、深度浅,至油葵播种时,土壤盐分依然较高,导致油葵出苗率低,最终绝收。本研究通过利用春季高矿化度咸水灌溉和地膜覆盖措施,在春季干旱和土壤严重积盐条件下有效降低了耕层土壤盐分,为作物播种出苗提供适宜的土壤水分条件和低盐环境。     

移动滴灌系统土壤水分入渗试验与数值模拟

为减少大型喷灌机的喷灌水分蒸发漂移损失,将低压喷头改装成按适当间距布置的大流量压力补偿滴灌管,使大型喷灌机自走时拖拽滴灌管,实现边移动边滴灌。该移动滴灌系统融合了大型喷灌机与滴灌的技术优势,具有较高的节水潜力,研究其土壤水分入渗规律对于设计节水高效的灌溉系统具有重要意义。为确定移动滴灌管灌水后的土壤湿润体形状及土壤水分分布情况,该研究搭建了移动滴灌试验装置,设置30、40与50 mm 3种灌水深度进行移动滴灌土箱试验,同时利用HYDRUS-2D建立移动滴灌条件下的土壤水分运动数值模型。模拟与实测结果对比表明,所构建模型能较准确地反映移动滴灌的土壤水分运动规律,土壤剖面中的水分运动均遵循面源入渗模式,灌水后48 h土壤剖面含水率模拟值的标准均方根误差低于20%,各测点处含水率变化过程模拟的标准均方根误差值总体低于25%。利用所建模型分析了砂壤土、壤土与粉壤土3种不同的土壤质地,20、30与40 mm 3种不同的灌水深度以及0.050、0.075、0.100、0.125与0.150 cm3/cm3 5种不同的土壤初始含水率对移动滴灌条件下土壤水分入渗规律的影响。结果表明土壤质地对湿润峰运移距离与湿润体形状的影响较大,土壤砂性越强,湿润体横截面积越大,可以适应更大的滴灌管安装间距;对于供试砂壤土而言,增大灌水深度与土壤初始含水率,均可以提高湿润峰运移距离和灌水均匀性,但会加大深层渗漏风险。该研究结果对于大型喷灌机的移动滴灌系统设计运行具有重要参考价值。     

间歇和连续喷灌下土壤水分运动特征COMSOL数值模拟与验证

为探明间歇喷灌和连续喷灌条件下的土壤水分运动规律,建立喷灌随时间变化的非均匀灌水边界下的土壤水分二维运动模型,借助COMSOL数值模拟软件,实现模型的求解,并通过土箱试验对模型进行验证,分析不同喷灌模式下土壤水分运动特征,评估喷灌均匀性和喷灌模式对土壤含水率均匀性的影响。结果表明,土壤含水率和土壤湿润峰模拟值与实测值之间的一致性较好。喷灌模式对土壤水分运动过程和含水率均匀度影响不大。随着间歇次数和间歇时长的增加,喷灌结束时表层土壤含水率减小、水分入渗深度增加。喷灌条件下,土壤含水率均匀度高于地表测得的喷灌均匀度。当喷灌均匀度为39.77%～80.15%时,土壤含水率均匀度为88.57%～94.47%。当喷灌均匀度较低、点喷灌强度较高、总灌水量较大时,采用间歇喷灌、增加间隙次数和总间歇时长,可以一定程度降低地表径流和深层渗漏风险、改善土壤含水率均匀性。研究可为喷灌系统设计均匀度合理取值和高效运行提供理论基础。