基于HYDRUS模型的暗管排水水盐运移模拟

为了探索暗管排水条件下膜下滴灌农田的水盐运移规律,本文设计了埋深1 m,间距4 m的暗管排水模型试验,研究分析灌水淋洗过程中土壤水分和盐分的动态变化规律,并利用HYDRUS模型对暗管排水条件下的水盐运移规律进行数值模拟分析与验证。结果表明：经过3次灌水淋洗后,表层0~20 cm土层内盐分含量下降至2 g·kg^-1,达到了非盐化土水平,20~60 cm土体内上层土壤脱盐效果高于下层,总盐分含量下降至8 g·kg^-1以下;经过实测值与模拟值的验证,土壤盐分和水分的均方根误差RMSE最大分别为0.632和1.324,决定系数R²最小分别为0.992和0.906,说明模拟结果与实测结果吻合度较好,HYDRUS模型能够较好地模拟暗管排水过程中水盐运移规律。通过模型模拟6次灌水（共90 d）后暗管排水条件下不同土层深度的水盐动态变化特征,模拟结果表明,0~40 cm土层内盐分含量下降至2 g·kg^-1,40~80 cm土层内盐分含量下降至4 g·kg^-1左右,基本达到轻度盐化水平;距离暗管不同间距处的土壤剖面盐分含量呈波动变化,距离暗管越远,土壤剖面含盐量越大,盐分含量在0~8 g·kg^-1范围内变化。     

应用膜下灌排联动技术对提高土壤淋洗效果的影响

膜下滴灌结合暗管排水技术是一种复合型节水灌排技术,为了进一步研究在新疆的影响,在新疆生产建设兵团141团安集海地区通过设置膜下滴灌结合暗管排水(T1)、膜下滴灌无暗管排水(T2)和无膜下滴灌无暗管排水(T3)3个不同处理进行棉花田间试验.结果表明:(1)相同土层下T1、T2、T3处理土壤含水率的变化幅度依次为6.32％...     

不同覆盖模式下土壤返盐及水盐运移规律

干旱地区地表蒸发引起土壤水分的散失是造成盐分表聚的重要原因之一,土壤表层进行覆盖处理可改变地表结构,从而影响土壤水分蒸发和盐分迁移过程,本研究旨在通过野外田间试验,研究不同覆盖模式下土壤返盐及水盐运移规律。结果表明:土壤表层进行不同覆盖处理均可有效抑制土壤水分蒸发,土壤保水效果为:覆砂+覆膜覆秸秆+覆砂覆砂覆秸秆+覆膜无覆盖(CK);随土层深度的增加,土壤含水率减小的趋势逐渐减缓。不同覆盖处理也可有效抑制土壤盐分表聚,缩小盐分在土壤中迁移的范围;覆盖处理的土壤盐分向上迁移主要发生在0~20 cm范围内,无覆盖处理在0~35 cm范围内,覆盖后可较好地抑制土壤返盐。综合考虑认为砂石覆盖模式是较适合该试验区的覆盖模式。     

农田土壤中水盐运移理论与模型的研究进展

农田土壤水盐模型是了解农田土壤水盐动态变化规律 ,进行农田水盐模拟和预报的最有效的方法之一。围绕国内外土壤学者在农田土壤水盐运移方面的研究成果 ,综述了农田土壤中水盐运移的基本理论及其发展过程 ,就农田土壤中常用的几种数学模型的研究现状进行了概述。对水盐运移模型的数值解法进行了探讨 ,以期消除数值波动现象 ,减小计算中的数值弥散。最后就农田土壤水盐运移模型研究方面存在的问题进行了分析 ,对其发展趋势和今后研究重点进行了展望 ,希望为进一步的研究工作提供帮助。     

干旱区膜下滴灌配合暗管与竖井排水对棉田土壤盐分的影响

为研究干旱区棉田在滴灌淋洗配合协同排水下的土壤盐平衡变化规律及微生物群落丰度特征,在新疆典型干旱盐碱区（141团）进行野外排水试验,试验设置暗管与竖井双因素协同排水,X轴方向五水平（距离竖井0、15、30、45 m和60 m,记为T1、T2、T3、T4和T5）,Y轴方向三水平（距离暗管0、5 m和7.5 m,记为P1、P2和P3）,分析土壤电导率与地下水位、土壤微生物之间的关系。结果表明,进行淋洗试验后,0~700 cm土层土壤电导率整体降低,200~400 cm土层脱盐最明显,最低达到0.9254 dS·m^-1,全生育期平均脱盐率为70%,在距离暗管5 m、距离竖井45 m处的土壤脱盐效果最佳。此外,全生育期地下水埋深呈现先减小后增大的趋势,下降最大幅度达到2 m,且地下水位对土壤盐分的影响具有滞后性,土壤中微生物Chao1指数、多样性指数和丰富度指数均随土壤电导率降低而上升。研究表明,滴灌淋洗配合暗管与竖井排水有利于降低土壤深层盐分、控制地下水位、提升土壤微生物群落多样性,有利于推进干旱区盐渍化农田改良及恢复废弃耕地。     

连续多年不同灌溉方式对保护地土壤磷剖面分布的影响

自以同一方案连续12 a进行定位灌溉试验的栽培番茄保护地,分层采集0~100 cm土层的土壤样本,研究了灌溉方式对保护地土壤全磷、速效磷(Olsen-P)含量及其剖面分布的影响。结果表明,0~60 cm土层土壤全磷、速效磷含量明显高于60~100 cm土层;土层不同灌水处理间土壤全磷、速效磷含量及其剖面分布0~60 cm土层表现出了明显差异,总体上沟灌和滴灌高于渗灌,而沟灌和滴灌之间差异不明显;速效磷占全磷比例在0~40 cm土层以滴灌处理为最高,其它两灌溉处理相对较低;与滴灌、渗灌处理不同,沟灌处理土壤的速效磷占全磷比例随土层深度增加变化不明显。相关分析结果表明,各灌溉处理土壤速效磷与全磷之间呈极显著正相关关系,而全磷、速效磷含量与有机质间呈显著的指数正相关关系。     

不同施肥模式对盐碱化稻作土壤细菌群落的影响

为了提高盐碱化土壤肥力,确定适宜的施肥模式,以宁夏银北西大滩核心试验站的盐渍化荒地为对象,采用Illumina高通量测序分析法研究了脱硫废弃物与有机肥不同施肥模式1)对照Control(不施脱硫废弃物和有机肥),2) T1处理(脱硫废弃物31 250 kg·hm~(-2)),3) T2处理(31 250 kg·hm~(-2)+有机肥10 000 kg·hm~(-2)),4) T3(31 250kg·hm~(-2)+有机肥18 000 kg·hm~(-2)),5) T4(脱硫废弃物31 250 kg·hm~(-2)+有机肥25 000 kg·hm~(-2))对盐碱化稻作土壤理化性质、细菌群落结构的影响。结果表明,与对照组相比施用脱硫废弃物31 250 kg·hm~(-2)和有机肥25 000 kg·hm~(-2)处理组(T4)显著增加了水稻土壤有机碳(6.74%)、碱解氮(37.20%)、速效磷(47.83%)、铵态氮含量(96.26%)。测序结果表明,土壤中Proteobacteria,Bacteroidetes,Gemmatimonadetes,Actinobacteria,Acidobacteria,Firmicutes,Chloroflexi,Spirochaetes,Euryarchaeota和Nitrospirae为排名前10位的优势菌群,占总分类单元的96.05%～94.32%。主成分分析发现,施用脱硫废弃物和有机肥可以显著的影响细菌群落结构,土壤细菌群落的α多样性指数随着有机肥含量的增加而增加。T4处理组土壤细菌群落结构与其它处理差异显著。在属水平,包括盐单胞菌(Halomonas)、Sulfurimonas以及Lutibacter在内的12个优势细菌属的相对丰度在T4处理组显著增加(P0.05)。RDA分析表明盐碱化土壤碱解氮和铵态氮含量分别解释了水稻土壤细菌群落结构变异的16.9%和14.0%(P0.05)。这些结果均表明短期不同施肥模式下对盐碱化稻作土壤具有一定的改良效果。     

不同灌溉方式下棉田土壤盐分变化分析——以玛纳斯河中游典型灌区为例

采用田间取样、土样实验室分析以及统计分析等方法,对新疆玛纳斯河中游灌区漫灌、滴灌2种灌溉方式下棉田土壤含盐量在棉花全生长季的变化进行定量分析。结果表明:从土层角度分析,漫灌棉田0-100cm整个剖面土层以及各土层土壤平均盐分值低于滴灌棉田;漫灌棉花生长期内土壤盐分主要集中在40-60cm土层,而滴灌棉田土壤盐分主要集中在20-40cm土层;滴灌棉花生长期内各土层土壤盐分分布较漫灌棉田土壤盐分更均匀。从时间角度分析,漫灌棉田0-100cm整个剖面土层以及各土层盐分峰值出现的时间早于滴灌棉田;漫灌棉花生长期内各土层盐分峰值出现在5月或6月份,而滴灌棉田各土层盐分峰值出现在6月或7月份,6月或7月是漫灌、滴灌棉田垂直土层盐分分布比较均匀的时间。研究结论对减缓土壤盐渍化、指导灌溉施肥管理以及改善可持续土地利用的可能措施均有积极意义。     

银川平原不同种植模式下苜蓿田地表蜘蛛群落多样性及时间动态模拟

为探究不同种植模式对苜蓿田地表蜘蛛群落多样性及个体数量的影响,采用陷阱法对银川平原苜蓿-小麦邻作、苜蓿-玉米邻作和苜蓿-果园间作3种不同种植模式下的人工苜蓿田地表蜘蛛群落进行了调查,研究其多样性、丰富度、均匀度及优势度指数的差异和变化,并利用Gaussian函数对各指数进行时间序列动态拟合,分析了3种种植模式下人工苜蓿田地表蜘蛛群落总个体数量的时间动态变化。结果显示,该地区共收集到蜘蛛标本2 761头,隶属12科19属28种,其中优势种为星豹蛛Pardosa astrigera、甘肃平腹蛛Gnaphosa kansuensis和白斑隐蛛Nurscia albofasciata。2种邻作模式下,苜蓿田地表蜘蛛群落多样性、丰富度、均匀度及优势度指数同间作模式下的各指标均有显著差异,且多样性指数最大值出现时间分别为5月7日和5月18日,均早于间作模式下的7月3日。Gaussian函数拟合结果表明,苜蓿-小麦邻作模式下苜蓿田地表蜘蛛种群高峰期持续时间最长,为121.92 d,苜蓿-玉米邻作模式下2次种群高峰间隔时间最短,为49.2 d。苜蓿-小麦邻作模式下苜蓿田地表蜘蛛群落的个体数量最大值出现在5月上旬,其它2种模式下均出现在5月中旬。     

不同矿化度水源膜下滴灌棉田土壤水盐动态和作物生长模拟

为构建适用于干旱区膜下滴灌条件的土壤水盐动态分布和棉花生长模型，基于2020—2021年的田间试验，经过对SWAP模型的土壤、土壤水力功能和作物生长等模块进行率定和验证，对灌溉水矿化度为1、2、3、4、5、6 g·L^-1时的土壤水盐分布特征、作物生长过程和干物质累积分配进行数值模拟。结果表明：（1）土壤含水率与土壤含盐量的模拟精度以20～100 cm土层较好，0～20 cm土层模拟精度较差，其中土壤含水量的模拟效果优于土壤含盐量；随着灌溉水源矿化度的增加，土壤含水率和含盐量的模拟误差逐渐变小。（2）不同矿化度水源膜下滴灌棉花叶面积指数模拟效果较好（R²=90.72%，RMSE=0.35 cm²·cm^-2，NRMSE=8.73%，IOA=0.98）。（3）不同矿化度水源膜下滴灌棉花茎干物质累积量模拟效果较好（R²=89.08%，RMSE=6.12 g，NRMSE=23.16%，IOA=0.96）。研究结果表明，SWAP模型可以较好地对不同矿化度水源膜下滴灌的土壤水盐动态分布和棉花生长过程进行模拟。     

灌溉方式对土壤水分与灌水量影响的模拟研究

为明确灌溉方式对土壤水分和灌水量的影响,采用土壤水分概率模型分析了传统灌溉和连续灌溉的土壤水分概率分布特征与土壤平均水分变化规律,研究了灌溉方式对灌水量的影响效应。结果表明：不同灌溉方式的土壤水分概率分布特征差异明显,连续灌溉的土壤水分概率密度极大值出现在s=s^*处,传统灌溉的土壤水分概率密度极大值出现在s=s_fc处;与传统灌溉方式相比,连续灌溉使土壤平均水分含量保持在相对较低的水平,当降雨发生时,其土壤能够容纳更多的入渗水量。连续灌溉明显减少了土壤水分深层渗漏和地表径流损失水量,显著提高了降雨利用率并降低了灌溉水量,从而提高了农业水资源利用率。     

Effects of combined drip irrigation and sub-surface pipe drainage on water and salt transport of saline-alkali soil in Xinjiang,China

Developing effective irrigation and drainage strategies to improve the quality of saline-alkali soil is vital for enhancing agricultural production and increasing economic returns. In this study, we explored how irrigation and drainage modes (flood irrigation, drip irrigation, and sub-surface pipe drainage under drip irrigation) improve the saline-alkali soil in Xinjiang, China. We aimed to study the transport characteristics of soil water and salt under different irrigation and drainage modes, and analyze the effects of the combination of irrigation and drainage on soil salt leaching, as well as its impacts on the growth of oil sunflower. Our results show that sub-surface pipe drainage under drip irrigation significantly reduced the soil salt content and soil water content at the 0-200 cm soil depth. Under sub-surface pipe drainage combined with drip irrigation, the mean soil salt content was reduced to below 10 g/kg after the second irrigation, and the soil salt content decreased as sub-surface pipe distance decreased. The mean soil salt content of flood irrigation exceeded 25 g/kg, and the mean soil desalination efficiency was 3.28%, which was lower than that of drip irrigation. The mean soil desalination rate under drip irrigation and sub-surface pipe drainage under drip irrigation was 19.30% and 58.12%, respectively. After sub-surface drainage regulation under drip irrigation, the germination percentage of oil sunflower seedlings was increased to more than 50%, which further confirmed that combined drip irrigation and sub-surface pipe drainage is very effective in improving the quality of saline-alkali soil and increasing the productivity of agricultural crops.     

膜下滴灌灌水频率对土壤水盐运移及棉花产量的影响

通过棉花膜下滴灌大田试验,研究了灌水频率对土壤水盐运移和分布规律的影响,并对不同灌水频率的保墒、控盐、增产效果进行了评价.试验结果表明:在灌溉水质为淡水且定额为375 mm时,低频(10 d)和适频(7 d)灌溉下膜内0～60 cm土层的含水量适宜,低频灌溉的含水量最高,而高频(3 d)灌溉下各土层在花铃期处于轻度干旱...     

Soil salt leaching under different irrigation regimes: HYDRUS-1D modelling and analysis

Field irrigation experiments were conducted in the Hetao Irrigation District of Inner Mongolia,China,to study the effects of irrigation regimes on salt leaching in the soil profile.The data were used to calibrate and validate the HYDRUS-1D model.The results demonstrated that the model can accurately simulate the water and salt dynamics in the soil profile.The HYDRUS-1D model was then used to simulate 15 distinct irrigation scenarios.The results of the simulation indicated that irrigation amount did not have a significant effect on soil water storage but that increases in irrigation amount could accelerate salt leaching.However,when the irrigation amount was larger than 20 cm,the acceleration was not obvious.Compared with irrigating only once,intermittent irrigation had a better effect on increasing soil water storage and salt leaching,but excessive irrigation times and intervals did not improve salt leaching.In addition,we found that the irrigation regime of 20 cm,irrigated twice at 1-d intervals,might significantly increase salt leaching in the plough layer and decrease the risks of deep seepage and groundwater contamination.     

节水控盐滴灌对土壤盐分、红枣光合及产量的影响

对灌溉定额为1 750、1 970、2 190、2 380m3/hm2的矮化密植红枣滴灌试验研究表明:红枣果实膨大中后期土壤积盐明显,且主要集中在0～30 cm范围内,1 750m3/hm2灌溉定额在红枣生育期使土壤积盐,2 380m3/hm2灌溉定额洗盐效果明显;红枣生育期需水有两个峰值阶段,第一峰值阶段为初果期,第...     

基于HYDRUS-2D的滨海地区膜下滴灌土壤水盐运移模拟研究

以春玉米“郑单958”为供试作物,采用膜下滴灌灌水方式,设定2种不同灌水定额,分别是单次灌水定额20 mm和10 mm,测定试验区土壤水分、盐分含量,利用HYDRUS-2D模型对土壤水盐运移进行模拟,将模拟值与实测值进行对比分析,探究滨海地区盐碱化土壤水盐运移规律。结果表明：滴灌过程中,水平方向土壤盐分由膜下向膜边运移,膜下土壤淋洗效果好于膜边;竖直方向0~20 cm土壤水分、盐分变化幅度最大,土壤含盐量降低16.1%,淋洗效果明显;下层土壤盐分淋洗效果一般,土壤含盐量降低值仅为9.6%。土壤水分重分布过程中,0~20 cm土层土壤含水率和含盐量变化幅度比20~60 cm土层大。0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm土层高灌水定额（20 mm）处理对土壤盐分的抑制作用分别比低灌水定额（10 mm）处理高26%、11%、19%,并且高灌水定额滴灌将土壤盐分淋洗到60 cm土层以下,而低灌水定额滴灌未能将土壤盐分淋洗到60cm土层以下。HYDRUS-2D模拟得到的土壤含水率与含盐量和实测值基本吻合,模型可靠。     

不同湿润比下滴灌土壤入渗特性模拟试验研究

为了研究滴头流量和设计湿润比对土壤水分运移规律及湿润体特性的影响,前期利用粘壤土进行试验研究,然后依据非饱和土壤水动力学理论和滴灌条件下土壤水分运移特征,建立了土壤水分运动模型,利用HYDRUS-3D对不同湿润比下滴灌土壤入渗模型进行求解。通过所建模型,对11个观测点的模拟结果与实测结果进行了对比,得出灌水结束时各观测点模拟与实测含水率的相对误差均小于10%,实测与模拟湿润比的相对误差为4.75%~11.78%。利用所建模型对不同情景下湿润体运移规律进行了模拟,获得了湿润体特征变化规律:滴头流量主要影响水平湿润锋的运移距离,而设计湿润比对垂直湿润锋运移距离的影响较大;滴头流量相同时,设计湿润比越大,湿润体内平均含水率越大,高含水区(含水率0.410 cm~3·cm~(-3))半径也越大;设计湿润比相同时,湿润体内含水率高于0.410 cm~3·cm~(-3)的湿润半径随流量增大而增大。     

滴灌棉田不同盐分土壤水分变化规律及其利用效率研究

通过研究滴灌条件下不同盐分含量土壤含水率、日蒸散量和棉花干物质积累量的变化规律,以及棉花的干物质水分利用效率,探讨滴灌棉花的水盐互作效应。设置室内模拟试验,采用称质量法获得棉花蒸散量和干物质积累量,分析不同土壤盐分含量〔0(CK)、0.15%、0.25%、0.35%、0.45%、0.55%、0.65%〕条件下,棉花日蒸散量、干物质积累量以及土壤水分含量变化规律,计算棉花干物质水分利用效率。结果表明:随着棉花生育期的推进,不同盐分含量土壤的水分含量变化和日平均蒸散量均呈现先增大后减小的趋势,蕾铃期土壤日平均蒸散量达到最大;棉花的干物质积累量和生育期耗水量随土壤盐分含量的增大呈减小的趋势。棉花的干物质水分利用效率在T4处理达到最大,与CK、T1、T2、T5处理差异并不显著,说明土壤中适量的含盐量在一定程度上可以有效提高水分利用效率。