冬小麦微咸水灌溉制度的研究

通过中科院南皮生态试验站冬小麦微咸水灌溉试验,研究不同灌溉定额对土壤水分利用效率、盐分运移规律以及作物产量的影响,并进一步探讨灌区适宜的灌溉制度。研究结果表明,从水分利用效率大小、年内盐分平衡以及作物需水规律综合考虑,小麦生育期适宜灌溉定额为120 m³/667 m²。该研究结果为灌区地下微咸水的合理开发利用提供了依据。     

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。     

微咸水非充分灌溉对冬小麦生长发育及夏玉米产量的影响

为实现微咸水替代淡水, 缓解环渤海地区淡水资源紧缺的目的, 采用桶栽和大田试验相结合的方法,研究了不同矿化度咸水非充分灌溉对冬小麦产量、产量构成、生理指标及其后茬玉米产量的影响。桶栽试验表明, 小麦产量灌2 水>灌1 水>旱作, 产量差异主要由千粒重变化引起;两种灌水处理中灌水的矿化度对产量无明显影响。大田冬小麦试验设越冬后不灌水(A0), 越冬后拔节期灌淡水(A1)、2 g·L^-1 微咸水(A2)和4 g·L^-1 微咸水(A3)4 个处理。结果表明, 微咸水灌溉降低了小麦离体叶片的失水速率, 提高了小麦的比叶重;微咸水灌溉引起了小麦千粒重降低, 但对穗粒数和穗数无显著影响;不同处理小麦产量为A2>A3>A1>A0。微咸水灌溉增加了0~40 cm 土壤含盐量; 随着灌溉水矿化度的增加, 土壤含盐量呈增加趋势, 且主要增加了0~40 cm 土层的K⁺+Na⁺含量。虽然后茬玉米季未进行微咸水灌溉, 但土壤积累的盐分对玉米形成了减产效应, A2 和A3 处理的玉米产量比A1 分别降低11.8%和18.8%, A3 比A2 处理的玉米减产8.0%;全年产量为A2>A1>A3>A0。因此, 在冬小麦-夏玉米一年两熟种植区, 利用2 g·L^-1 及以下的微咸水灌溉小麦, 对全年产量无显著影响。     

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。     

地下咸水滴灌对内蒙古河套地区蜜瓜用水效率和产量品质影响的试验研究

在内蒙古河套灌区长胜试验站进行了蜜瓜的微咸水滴灌适宜性试验研究。灌溉水源为地下微咸水，水质的电导率从生育初期的3.3 dS/m到收获期的6.3 dS/m。该试验采用4种灌溉处理：按蒸发量的30%、60%、90%灌水(一行作物分别铺1、2、3条滴灌带)及不灌水的对照处理。各处理的灌溉水质和灌溉时间、灌水次数相同。试验结果表明：用微咸水滴灌灌溉的蜜瓜与不灌溉的蜜瓜相比，产量和品质都有较大的提高。60%处理的西瓜产量最高。4种处理(对照，30%，60%和90%)的水分生产效率分别为：25，20.5，18和11.37 kg/m³。在微咸水滴灌情况下，各处理土壤剖面盐分分布基本相似，表层土壤(0～10 cm)盐分积累高于下层土壤。各处理距离滴头50 cm处各剖面的盐渍度要高于距离滴头10 cm处各剖面的盐渍度。3种处理在灌溉结束后，土壤剖面的平均盐渍度和灌溉初期相比，基本没有形成土壤盐分的累积。     

土壤混掺生物炭对微咸水蒸发特性的影响

为探究不同生物炭混掺量对微咸水蒸发特性的影响,采用离心机试验和室内土柱模拟试验,设置3个生物炭质量添加比例(B₀、B₂、B₄)和4个微咸水矿化度(W₀、W₁、W₃、W₅),分析不同处理对微咸水蒸发下的土壤水分特征曲线、孔隙分布、累积蒸发量、盐分运移、土壤温度日变幅的影响,并应用蒸发模型进行拟合分析。结果表明:生物炭和微咸水联合应用下能提高土壤持水能力,增加土壤中的较大孔隙和较小孔隙的比例;土壤累积蒸发量随着生物炭混掺量的增加先减少后增加,生物炭混掺量为2%时可以更好地抑制微咸水蒸发;Rose蒸发模型可以较好地拟合微咸水蒸发;土壤中混掺生物炭可以降低盐分表聚,使其在土壤中均匀分布;混掺生物炭可以有效降低土壤温度日变幅;相同生物炭施用量下,矿化度为3 g/L的微咸水,可以降低0—10 cm土层土壤平均温度,提高10—50 cm土层土壤平均温度。综合考虑各项指标,处理B₂W₃的生物炭和微咸水更适宜农田施用,为西北干旱地区更好地利用微咸水灌溉提供理论依据。     

轮作对设施蔬菜大棚中次生盐渍化土壤盐分离子累积的影响

2007 年8 月在江苏省宜兴市采集10 个典型大棚土壤及其邻近露地蔬菜地土壤调查其离子组成和电导率, 并选择2 个土壤具有次生盐渍化特征的大棚研究轮作(蓖麻-白菜-蓖麻、辣椒-白菜-辣椒)对土壤电导率(EC)和离子组成的影响。结果表明, 大棚蔬菜地土壤EC 显著高于露地蔬菜地土壤, 20%的大棚土壤已发生次生盐渍化(EC>500 μS·cm^-1); 大棚土壤的SO₄^2-、NO₃^-离子浓度显著高于露地蔬菜土壤, 说明SO₄^2-、NO₃^-是影响大棚次生盐渍化的主要离子。2 年3 茬大棚蔬菜地轮作试验结果表明, 蓖麻-白菜-蓖麻轮作导致土壤EC 下降5%, 辣椒-白菜-辣椒轮作使土壤EC 下降33%, 表明后者对土壤次生盐渍化改良效果优于前者。两轮作系统盐分离子累积差异主要在于SO₄^2-, 辣椒-白菜-辣椒轮作能降低土壤SO₄^2-的累积, 而蓖麻-白菜-蓖麻轮作则不然。建议根据次生盐渍化土壤主控盐分离子以及不同作物对盐分离子吸收累积偏向性选择合适的轮作系统, 实现轮作改良次生盐渍化最佳效果。     

基于SaltMod模型的河套灌区解放闸灌域土壤盐分综合调控措施

为了探究河套灌区解放闸灌域土壤盐分的综合调控措施,以河套灌区解放闸灌域为例,基于SaltMod模型研究了灌溉水矿化度、咸淡水混合比例、排水沟深度以及渠道衬砌水平对作物根层土壤盐分的影响。结果表明:根层土壤盐分随着灌溉水矿化度的增大而增加,1.0 g/L的地表微咸水较适合本研究区灌溉;淡水(黄河水)和地下微咸水(矿化度为2.2 g/L)混合灌溉比为1∶1时,既增加了地下微咸水的利用且地下水埋深下降到2 m左右的相对稳定平衡状态;当排水深度在1.5~2.0 m,渠系利用系数达到0.7时,根层盐分显著降低,适当提高排水深度和渠系水利用系数可以有效减少高矿化度灌溉水对土壤盐分累积的影响。研究结果为河套灌区解放闸灌域制定合理的土壤盐分综合调控措施提供了科学的理论依据。     

漫灌和喷灌条件下土壤养分运移特征的初步研究

用非饱和土壤溶质运移的对流扩散方程及其解析解,联系大田漫灌、喷灌的入渗实际,在室内试验的基础上,研究了漫灌、喷灌入渗条件下,土壤养分运移的特征。研究结果表明,阳离子Ｋ^＋,由于土壤颗粒的吸附作用,流动性差,入渗结束后,Ｋ^＋浓度集中分布在土表０～２０ｃｍ土层内。阴离子ＮＯ₃^-,流动性强,入渗方式对ＮＯ₃^-离子运移影响大。漫灌入渗条件下,孔隙水流速度大（是喷灌的３．５倍）,ＮＯ₃^-运移快,机械弥散作用是喷灌的１１．６倍,入渗结束后,ＮＯ₃^-浓度集中分布在土壤深层的作物主根区之外,不利于作物吸收利用,并容易造成地下水污染。而在喷灌入渗条件下,供水强度低,孔隙水流速度小,ＮＯ₃^-运移慢,弥散作用弱,入渗结束后,ＮＯ₃^-浓度的峰值迁移浅,ＮＯ₃^-浓度集中分布在土壤表层作物主根区内,有利于作物吸收利用。这正是喷灌节水、保肥的内在机理。     

不同矿化度微咸水灌溉冬小麦对下季作物产量和周年土壤盐分平衡的影响

冬小麦夏玉米一年两熟是环渤海低平原主要粮食作物种植模式,该区淡水资源匮乏,但浅层微咸水相对丰富,在降水较少的冬小麦生长季,适当利用微咸水代替淡水灌溉对维持冬小麦稳产高产有重要作用。冬小麦季实施微咸水灌溉后土壤盐分累积如何影响下季作物夏玉米生长以及对土壤周年盐分平衡影响,是微咸水能否长期安全利用的关键。为探究上述问题,于2015—2019年连续4年在环渤海低平原中国科学院南皮生态农业试验站进行冬小麦季不同矿化度微咸水灌溉定点试验,共设置含盐量为1 g·L~(-1)淡水(F)、3 g·L~(-1)微咸水(S3)、4 g·L~(-1)微咸水(S4)、5 g·L~(-1)微咸水(S5) 4个梯度,在拔节期灌水1次,灌水量均为70 mm;另以生育期不灌水作为对照(旱作, CK)。结果表明,不同矿化度微咸水灌溉处理间冬小麦产量没有显著差异,但平均比CK显著增产31.6%。同时,冬小麦生长季微咸水灌溉均增加了收获时1 m以上土层的含盐量,并随灌溉水含盐量增加而增加;对1 m以下土层含盐量影响不明显。夏玉米播种时灌溉70 mm淡水不仅解决了土壤墒情不足问题,并可使0～20 cm土层盐分控制在1 g·kg~(-1)以下,保证夏玉米出苗和群体建立,对夏玉米产量没有显著影响。经过夏季降雨的淋洗, S3、S4和S5处理0～40cm土层含盐量降低幅度超过30%,深层土壤含盐量变化不明显,1m以上土层可以实现周年盐分平衡。本研究表明冬小麦-夏玉米一年两季种植,冬小麦耐盐能力较强的特征使其生育期可以通过不大于5g·L~(-1)的微咸水灌溉维持稳产,在保证夏玉米出苗水进行灌溉的条件下,夏玉米季通过雨季降水淋盐维持0～1m主要根层土壤不发生明显积盐过程,可实现长期微咸水灌溉下土壤和作物安全。     

灌溉水盐分及灌水量对土壤水盐分布与春玉米生长的影响

在大田试验的基础上探明灌溉水盐分以及灌水量对土壤水盐分布的影响规律以及对春玉米生长的影响。以河套灌区春玉米为研究对象,设置2种灌溉水含盐量（1.1,5.0 g/L）与3种灌水量（210,255,300 mm）进行大田试验。结果表明,至成熟期,5.0 g/L微咸水灌溉处理0—100 cm土层土壤平均含水量及电导率相比1.1 g/L地下水灌溉处理显著增加;地下水灌溉处理中,随着灌水量的增加,生育期内土壤平均含水量下降趋势减小,土壤盐分淋洗作用更加明显;微咸水灌溉处理中,剖面土壤在灌水量少时出现盐分表聚现象,随着灌水量的增加,表层土壤盐分呈下降趋势,深层土壤由于盐分的积累呈增加趋势;在灌水后表层的土壤含水量变化明显且出现返盐现象,微咸水灌溉处理中土壤水分水平运移及深层土壤盐分累积更明显;在地下水和微咸水灌溉处理中,灌水量的增加能够显著提高玉米产量,但255,300 mm灌水量处理间差异不显著,微咸水灌溉条件下春玉米的产量较地下水灌溉条件下显著降低。综上所述,在地下水和微咸水灌溉条件下,255 mm灌水量既能适合春玉米生长,又能保证产量,可作为较好的灌溉定额选择,能够同时满足保障灌区作物生产和节约淡水资源的要求。     

咸水安全利用农田调控技术措施研究进展

淡水资源短缺已经成为全球性的问题,开发利用地下咸水资源,发展农业灌溉已成为各国关注的焦点问题。微咸水或咸水代替部分淡水进行农业灌溉,在一定程度上可缓解淡水资源的不足,但咸水和微咸水灌溉带来的土壤积盐和作物减产等问题始终是研究的重点和难点。本文从咸水或微咸水灌溉带来的潜在土壤盐渍化危害入手,就如何应对咸水和微咸水灌溉带来的次生盐渍化问题,通过总结前人大量的研究成果,分析了减轻土壤盐渍化对作物危害的各种途径,从微咸水灌溉和咸水灌溉两个层面就优化农田管理农艺措施、生物措施、水利工程措施等方面进行概述。重点介绍了咸水或微咸水灌溉对土壤微环境的影响,优化田间管理农业措施(如合理的灌溉制度和灌溉方式、覆盖、深耕等),土壤中施入有机物质(如植物秸秆、有机肥、绿肥、生物质炭等)和无机土壤改良剂(如石膏、沸石等)、施用根际促生菌肥、种植盐土植物和耐盐作物品种等,以及咸水结冰灌溉、暗管排盐等水利工程措施,这些都是降低咸水灌溉带来的土壤盐害行之有效的方法。以微咸水或咸水补灌为核心,结合雨水资源利用,通过种植耐盐植物品种、增施土壤微生物肥、土壤调理剂等措施提高土壤缓冲能力,配套垄作和地膜覆盖等降低土壤蒸发措施,抑制土壤盐分表层积聚,配套秸秆还田和土壤耕作技术,提高土壤蓄雨淋盐和养分快速提升,集成微咸水安全高效灌溉技术模式,制定规范化的技术应用规程,有机地结合各种改良措施,可有效控制咸水和微咸水灌区土壤次生盐渍化,达到咸水资源的高效安全可持续利用,提升水资源保障能力。     

棉花微咸水膜下滴灌灌溉制度的研究

为寻求微咸水膜下滴灌的最优灌溉制度,利用2008和2009年田间试验结果,从棉花生长和产量的角度出发,分析11种灌溉处理各生育期的变化情况。测定了叶面积、干物质质量、棉花产量、土壤盐分等指标。结果表明：灌溉水量越大,棉花营养生长部分生长越快,生长时间越长;灌水盐分越高,盐分胁迫使生殖生长部分所占比例越大,越易衰老;试验区内灌溉定额3 750 m3/hm2（微咸水80%,淡水20%）的轮灌处理,2008年棉花产量达到5 190 kg/hm2,接近仅灌淡水5 250 m3/hm2处理（5 205 kg/hm2）,该轮灌处理2008年总盐为负增长（-0.95 g/kg）,2009年试验结果有力验证了该灌溉制度的节水增产、保护土壤环境的优越性。     

西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移对产量影响的预测模型

为了定量计算微咸水膜下滴灌对土壤水盐和西葫芦产量的影响,根据微咸水膜下滴灌土壤水盐运移特点和西葫芦生长试验,建立了西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移模型和水盐生产函数,并将二者联立,建立了西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移对产量影响的预测模型。利用西葫芦微咸水膜下滴灌水盐试验数据对模型进行验证,结果表明模型计算的西葫芦微咸水膜下滴灌土壤含水率和土壤含盐量与实测土壤含水率和土壤含盐量的变化趋势一致,模型计算土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的均方根误差分别为0.049 cm~3/cm~3、0.065 g/kg和3.83 t/hm~2,土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的平均相对误差分别为5.17%、7.42%和5.84%,土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的平均绝对误差分别为0.047 cm~3/cm~3、0.062 g/kg和3.95 t/hm~2。所建的模型具有较高的模拟精度,可用于模拟西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐动态和西葫芦产量。     

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%～32.7%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%～109.0%、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的耐盐性能进而缓解盐胁迫危害,在六叶至吐丝期间灌溉微咸水仍能保持良好的叶面积指数、干物质累积和产量特性,因此促进了咸淡交替灌溉的可行性和适用性,相同交替灌溉下籽粒产量提高了10.9%～32.3%。该结果对滨海地区盐渍化水土资源的农业利用具有指导作用。     

微咸水非充分灌溉对土壤水盐分布与冬小麦产量的影响

为了实现高效用水,缓解北方地区水资源紧缺的状况,根据河北省中科院南皮生态农业试验站2003－2005年的冬小麦微咸水非充分灌溉田间试验资料,研究了微咸水非充分灌溉对土壤含盐量、冬小麦产量和产量构成因素以及水分利用效率的影响。结果表明,从拔节前到麦收后的冬小麦主根区土壤含盐量随着生育期的发展呈明显升高趋势;随着缺水阶段的后移,0～100 cm深度土壤积盐程度逐渐增大;穗粒数对缺拔节水敏感程度最高,缺抽穗水对单位面积穗数的影响最大,缺灌浆水对千粒重的负效应最大;总的来说产量随着缺水阶段的后移,水分胁迫的负效应逐渐减小,水分利用效率随着缺水阶段的后移有所提高,微咸水非充分灌溉的灌水优先顺序应为拔节水、抽穗水和灌浆水。该研究为黄淮海地区冬小麦在微咸水非充分灌溉下的适宜灌溉次数和灌溉水量的确定提供了科学依据,有利于合理开发利用当地微咸水资源。     

基于HYDRUS-1D模型的华北低平原区不同微咸水 利用模式下土壤水盐运移的模拟

华北低平原区深层地下水的不断超采不仅造成淡水资源的枯竭,还引发了地面沉降、土壤盐渍化等一系列生态环境问题。微咸水在农业上的利用已成为缓解水资源危机的研究重点。为了研究不同咸水灌溉模式的可持续性,本文以华北低平原区的河北省南皮县为例,利用Hydrus-1D模型,基于8种不同微咸水灌溉方案,模拟2008—2013年6年冬小麦-夏玉米轮作制度下,2 m土体水盐通量变化。模拟结果表明,土体剖面盐分积盐区主要集中在下层土壤(100~200 cm);上层土壤(0~100 cm)溶液盐分浓度大部分时间保持在2 g·L~(-1)左右,能保证作物正常生长;但土壤剖面盐分浓度在冬小麦灌浆末期出现峰值且随灌水盐分浓度增加而逐渐升高。土体盐分充分淋洗的关键在于降雨强度,7月份降雨强度是土体脱盐与否的主要影响因素;同时,在丰水年型夏玉米播种后结合出苗水适当灌溉洗盐对土体达到有效脱盐起到重要作用。本文通过综合分析水文年型、土壤剖面盐分的动态分布特征以及结合夏玉米出苗水的洗盐淡水用量3方面因素对土壤盐分迁移的影响,提出华北低平原区两种适宜的微咸水灌溉制度:(1)冬前浇灌小于2 g·L~(-1)的冬小麦越冬水,春后在冬小麦拔节期浇灌一次2~4 g·L~(-1)微咸水;(2)冬前不灌越冬水,春后分别在冬小麦拔节期和灌浆期浇灌2 g·L~(-1)微咸水。两种灌溉制度年均结合夏玉米出苗水的洗盐淡水用量和总耗水量分别为60~70 mm和250~260 mm。本文结果旨在为华北低平原区微咸水利用的节水潜力及其可持续性提供理论指导。     

咸淡水间歇组合灌溉对盐碱耕地土壤水盐运移特性的影响

为探明土壤水盐在咸淡水间歇组合灌溉条件下的运移情况,采用室内一维垂直积水入渗试验,以全淡水和微咸水直接灌溉作为对照,设置了四种间歇时间,分别为0、30、60、120 min,三种咸淡水组合比例,分别为2∶1、1∶1、1∶2,进行咸淡水间歇组合灌溉。结果表明:在同一入渗时间,间歇组合灌溉的累积入渗量大于淡水灌溉,与微咸水直接灌溉差异较小;累积入渗量(I)与湿润锋运移深度(Zf)的决定系数R2均大于0.99,I和Zf呈良好的线性关系;间歇组合灌溉的土壤含水率、灌水均匀度均远远大于淡水灌溉,但间歇组合灌溉的灌水均匀度随着淡水所占灌水定额比例的增加而减小;在5~45 cm作物根系密集区,土壤整体脱盐,但间歇组合灌溉土壤脱盐率显著高于微咸水直接灌溉,与淡水灌溉差异较小;不同间歇时间、组合比例对土壤脱盐率的影响均达到显著性水平。     

地下水作用下微咸水灌溉对土壤及作物的影响

随着微咸水灌溉面积逐年增加,不合理的灌溉对土壤环境造成了不同程度的污染。该文采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水灌溉夏玉米对土壤-作物系统环境因子的影响。研究结果表明：在地下水水位低于3 m地区进行微咸水灌溉,0～100 cm的土层内不会形成严重的积盐现象。当灌水水质为4 g/L时,灌水水质对土壤盐分环境的影响大于地下水埋深对其的影响。地下水埋深越深,夏玉米叶面积指数、株高及产量越小,且随灌溉水盐分水平的增加而减小,地下水埋深对夏玉米形态指标的影响大于盐分水平对其的影响。