内陆盐碱土水盐动态监测调控及决策系统研究

研究内陆盐碱土水盐运移规律,开发水盐调控决策系统,为内陆盐碱土壤水盐合理调控提供理论依据和实用软件。通过对浅层地下水埋深、地下水和土壤水分盐分含量、离子组成等进行多年多点监测和分析,系统研究了盐碱地水盐运移规律,构建了内陆盐碱土水盐调控技术体系,形成了相应的决策系统。结果表明：内陆盐碱土水盐运动主要表现为：积盐、脱盐和相对稳定3种形式的运移和转换,水盐调控的关键是控制和降低积盐高峰期的土壤含盐量。在新疆内陆盐碱区应用后表明,本研究的水盐调控方案有效实现了时空避盐,降低了改良成本,减少了对环境的干扰。本研究采用信息技术开展了内陆盐碱地水盐规律的探索和应用,促进了水盐调控水平的提升。     

北疆棉田不同冬灌方式下的土壤水、盐分布的特点及适宜灌水定额

新疆地处西北干旱区,水资源严重不足,为探寻解决干旱区棉田冬季灌水问题,明晰北疆滴灌棉田不同灌水方式下冬灌灌水定额及其对水分、盐分和温度的影响,通过田间试验,从土壤的水分、盐分、灌水定额等综合调控以及非冬灌棉田作为对照(CK),设置滴灌和漫灌2种灌水方式,5个梯度的灌水定额(1 200,1 800,2 400,3 000,3 600m~3/hm~2)进行冬灌试验;通过对滴灌、漫灌和非冬灌的对比以及不同灌溉定额对水分、盐分的变化情况的分析,结果表明,冬灌对土壤水盐分布和含量的大小均有一定的影响,滴灌和漫灌均随灌水定额的增加,土壤水分和盐分影响深度随之加深,灌水定额为1 200~2 400 m~3/hm~2土壤水盐影响深度在150 cm左右,灌水定额为3 000~3 600 m~3/hm~2土壤水盐影响深度达到300 cm,滴灌和漫灌均有效淋洗并降低上层土壤盐分含量;相对漫灌方式而言,滴灌冬灌方式土壤水分入渗均匀和洗盐效果明显。综合考虑,在冬灌条件下,不同灌水方式的优劣秩序是:滴灌漫灌非冬灌;大定额灌溉比小定额灌溉(1 200~2 400 m~3/hm~2)保水储水更好,且洗盐压盐的效果更明显;综合水盐运移的复杂性以及洗盐效果,初步确定滴灌方式下灌溉定额为3 000 m~3/hm~2为宜。     

15N同位素示踪技术研究辣椒器官氮素 分配特性和基质氮素运移规律

为探究日光温室蔬菜基质栽培氮肥在栽培基质中运移和累积规律及其在辣椒植株各器官中吸收和分配特性。以辣椒(品种:陇椒10号)为试验材料,利用K~(15)NO_3同位素示踪法,将K~(15)NO_3分别标记于栽培基质剖面向下5～10 cm和15～20 cm深处,并设2个灌水下限60%(W60)和80%(W80),研究了日光温室基质栽培辣椒的生物量、辣椒各器官对氮素吸收与分配及栽培基质中氮素的运移规律。结果表明,60%灌水下限条件下较80%灌水下限显著增加了辣椒植株总生物量和氮的吸收量。在空间分布上,~(15)N标记施肥深度越深,则辣椒植株对~(15)N利用率下降;同时,~(15)N在基质层(0～20 cm)中的累积量也明显下降,损失量显著增加。其中60%灌水下限条件下基质中~(15)N的损失量少于80%灌水条件,且~(15)N在5～10 cm处的损失量较少,此时,减小了基质层15～20 cm处~(15)N的向下迁移量,并增加了60%灌水下限条件下辣椒植株各器官对全氮的吸收利用率。因此,W60F5处理可以提高辣椒植株的总生物量和氮肥的吸收量,减弱基质深层氮素向下运移量,有利于辣椒植株更好地吸收与利用,且辣椒植株各器官生物积累量与氮肥吸收量依次为叶果茎。     

不同残膜量对棉田土壤水盐运移的影响

【目的】为探讨滴灌条件下地膜残留量对棉田土壤水盐时空分布的影响。【方法】本试验在绿洲棉田设0 kg·hm~(-2)、225 kg·hm~(-2)、450 kg·hm~(-2)三种残膜量处理,于棉花播种前、收获后及盛铃期灌水后第1天、第3天、第5天,采用土钻法分层取0～40 cm的土壤,进行土壤盐分测定并比较分析不同处理间差异。【结果】结果表明,残膜降低了膜下滴灌棉田土壤水分的均匀性,同时也导致棉田土壤盐分灌水后在各土层分布不均,灌水后第1天、第3天、第5天, 0 kg·hm~(-2)残膜量处理随着时间推移土壤盐分在各个土层减少,而225 kg·hm~(-2)、450 kg·hm~(-2)处理随着时间的变化各土层在灌水后第1天到灌水后第3天土壤盐分减少,但第5天的土壤盐分大于第3天,两个处理之间无显著差异。从灌水后第1天、第3天、第5天土壤盐分分布可看出,0 kg·hm~(-2)残膜量处理均匀性最好,其次是450 kg·hm~(-2)处理,最后为225 kg·hm~(-2)处理。在棉花种植播种前、收获后,不同残膜量对土壤盐分平衡的影响为:250 kg·hm~(-2)450 kg·hm~(-2)0 kg·hm~(-2);在运移速度上,随着深度和残膜量的增加,耕作层的土壤更容易出现土壤盐分的富集现象。【结论】由此可以说明,残膜的存在会阻碍土壤盐分的向下运移,同时随着残膜量的增加,阻碍土壤盐分的运移程度不同,导致土壤盐分在地表富集。     

滴灌带间距和灌水定额对春小麦产量和水分利用效率的影响

为了探究春小麦合适的滴灌灌水定额和滴灌带间距组合,2015年3—7月进行了春小麦大田试验,研究3种滴灌带间距(D1：60 cm、D2：90 cm、D3：120 cm)和3种灌水定额(I1：35 mm、I2：45 mm、 I3：55 mm)对西北旱区春小麦产量和水分利用效率的影响。试验结果表明：产量最高的处理为D1I2达到8964 kg/hm²。当滴灌带间距为60 cm和90 cm时,灌水定额从35 mm增加至45 mm时产量显著增加,灌水定额达到55 mm时产量分别下降9.5%和2.2%。灌水定额为35 mm和45 mm时,滴灌带间距60 cm的处理产量显著高于滴灌带间距120 cm的处理;灌水定额增加到55 mm时,3个滴灌带间距处理产量无显著差异。水分利用效率在1.57~2.11 kg/m³间变化,最高的为D2I2处理。综合考虑产量、灌水量、水分利用效率和滴灌带投入,D2I2处理是该地区最优的滴灌带间距和灌水定额组合。     

紫花苜蓿田间滴灌毛管布置优化

为了进行苜蓿浅埋滴灌技术的推广与示范,确定出适宜的苜蓿优质高产的浅埋滴灌布置方式,通过建立数学模型,利用Hydrus-2D软件模拟田间毛管不同埋深和不同间距下的水分入渗特征,采用大田试验进行验证,与模拟结果进行对比分析。结果表明:HYDRUS-2D模拟结果可靠,可用于模拟苜蓿地下滴灌土壤水分运移规律,鉴于埋深5 cm和埋深20 cm时,间距为60 cm时能获得较优产量,且产量相差不大,且由于埋深为5 cm时更容易进行浅埋作业,建议在该地区采用地下滴灌埋深为5 cm,毛管间距为60 cm的布置方式。     

紫花苜蓿田间滴灌毛管布置优化研究

【研究目的】为了进行苜蓿浅埋滴灌技术的推广与示范,确定出适宜的苜蓿优质高产的浅埋滴灌布置方式,通过建立数学模型,利用Hydrus-2D软件模拟田间毛管不同埋深和不同间距下的水分入渗特征,采用大田试验进行验证,与模拟结果进行对比分析。结果表明：HYDRUS-2D模拟结果可靠,可用于模拟苜蓿地下滴灌土壤水分运移规律,鉴于埋深5 cm和埋深20 cm时,间距为60 cm时能获得较优产量,且产量相差不大,且由于埋深为5 cm时更容易进行浅埋作业,建议在该地区采用地下滴灌埋深为5 cm,毛管间距为60 cm的布置方式。     

玉米冠层对喷灌水量的再分配

通过喷灌玉米田间试验,研究了喷灌水经玉米冠层再分配后的分布状况。结果表明：在玉米全生育期,茎秆下流水量占灌水量的均值为44%左右,棵间穿透水量占灌水量的均值为48%左右,冠层截留量在0.8-2.9mm之间变化。一次灌水中,喷灌水在地表的分布很不均匀,43.2%的灌水量经茎秆下流到根区,在距离茎秆7cm,15cm,25cm和32.5cm处,地表接收的水量占总灌水量的比例分别为18.9%、43.5%、66.9%和84.5%。灌水量、种植密度、株高和叶面积指数等都影响着喷灌水在地表的分布。     

供水与地膜覆盖对干旱灌区玉米产量的影响

研究限量供水与地膜覆盖对玉米产量的耦合效应,对于充实干旱内陆灌区水资源高效利用理论具有重要意义。在甘肃河西石羊河流域通过田间试验研究了不同覆膜方式(全膜覆盖、半膜覆盖和未覆膜)和不同灌水水平(7200、6450和5700 m3 hm–2)对玉米产量的影响。结果表明,地膜覆盖方式与灌水量对玉米籽粒产量、收获指数、双穗率、穗粒数、粒重及水分利用效率有显著影响,且二者互作效应显著。全膜覆盖高、中灌水量条件下,玉米籽粒产量分别达到13 275.5 kg hm–2和12 880.5 kg hm–2,显著高于同等灌水量的半膜覆盖和未覆膜处理,增幅达7.0%~31.0%。全膜覆盖条件下,玉米水分利用效率达到16.9 kg mm–1 hm–2,较半膜覆盖和未覆膜处理分别高12.7%和6.3%,差异显著。全膜覆盖结合高灌水量玉米的双穗率、穗粒数和粒重在各处理中均表现最高,分别达到23.9%、658.6粒穗–1和36.4 g 100粒–1。全膜和半膜覆盖条件下,高灌水量处理玉米全生育期平均叶面积指数(LAI)分别达到2.8和2.7,显著高于对应低灌水处理,中等灌水量处理与低灌水量处理的平均LAI差异不显著;全膜高灌水处理0~30 cm土壤含水量和0~25 cm土层0℃积温分别达到23.9%和3717.9℃,显著高于其他各处理。通径分析结果进一步说明,地膜覆盖主要是通过提高双穗率、增加叶面积指数提高了玉米粒重和穗粒数,从而提高玉米籽粒产量,进而双穗率、平均叶面积指数的提高均可归因于耕层土壤水热状况的改善。     

滴灌年限对棉田苗期水盐分布及棉花生长的影响

为探究滴灌年限对膜下滴灌棉田苗期水盐分布及棉花生长的影响,选取新疆生产建设兵团农八师121团连续应用膜下滴灌0~16年棉田——8个相近地块,对各地块在苗期的水盐运动规律进行试验分析。结果表明：滴灌应用7年以上地块,垂直方向上,苗期含盐量由表层至深层呈上升趋势。滴灌应用7年以内及荒地,含盐量由表层至深层逐渐下降;第一次灌水后土壤中水盐水平方向向远离滴灌带方向运移,在蒸发作用下,盐分逐渐在膜间裸地0~10 cm聚集。垂直方向,盐分随水向下运移至90 cm以下,0~20 cm土层深度储盐量变化率为负值;滴灌7年内棉花出苗率和株高随滴灌应用年限的增加而增加,滴灌7年以上棉花出苗率基本稳定在83%以上,滴灌7年以上棉田苗期株高基本稳定。     

渗灌管不同埋深对蔬菜保护地土壤盐分的影响

以番茄为供试作物，通过观测渗灌灌水前和灌水后土壤全盐含量的变化，研究了保护地渗灌及其渗灌管埋深对土壤全盐运移及积累过程的影响。试验结果表明，在渗灌管埋深为20~40cm范围内，保护地渗灌灌水后土壤全盐均表现出明显的表聚特性；土层深度、渗灌管埋深、土壤水分含量是影响土壤全盐含量的主要因素。在不同渗灌管埋深处理中以30cm埋深且渗灌管下有防渗槽的处理全盐在表层积累最少，且盐化速度较缓。     

定额喷灌对滨海盐碱地的改良效果研究

为明确喷灌洗盐对滨海盐碱地土壤盐分的淋洗效果。本文通过田间试验,研究了喷灌洗盐对滨海盐碱地0 ~ 10cm、10 ~ 20cm、20 ~ 40cm、40 ~ 60cm、60 ~ 80cm和80 ~ 100cm土层盐度的淋洗效果。试验结果表明：洗盐水量与脱盐效果成正比,即用水量越多洗盐效果越明显。经过喷灌洗盐后,不同土层盐分含量均有所降低,且脱盐效果随土层深度的增加而呈下降趋势。实验地1(SY1)和实验地2(SY2)在0 ~ 10cm、10 ~ 20cm、20 ~ 40cm、40 ~ 60cm、60 ~ 80cm和80 ~ 100cm土层脱盐率分别为55.34% 和56.72%、53.80% 和48.53%、20.89% 和25.05%、2.04%和5.24%、3.59%和5.63%、6.59% 和6.10%。结合数据分析,喷灌洗盐对SY1和SY2在0 ~ 10cm、10 ~ 20cm土层盐分淋洗效果最佳,其脱盐率在48.53% ~ 56.72%之间。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一定参考。     

咸水冰融化与土壤入渗过程不同盐分离子迁移规律研究

通过模拟试验及大田试验研究了咸水冰融化过程及土壤入渗过程不同盐分离子迁移分布规律,以期揭示咸水冰融水水质变化机理及咸水结冰灌溉对土壤盐分分布的影响。试验结果表明,咸水冰融化过程各离子含量均急速下降,但不同离子融出速度不同,各离子融出比例高低次序为Cl->Mg2+>K+>Na+>SO42->Ca2+>HCO3-;离子融出速度的不同,导致融水离子组成发生变化,最终使融水钠吸附比下降,pH值上升。咸水结冰灌溉使0～80 cm土体中除HCO3-增加6.85%以外,其余各离子均表现为下降,各离子淋出比例由高到低为Mg2+>Cl->Ca2+>Na+>K+>SO42->HCO3-;Cl-、Na+淋出比例不是最高,但在总淋出盐分中所占的比例分别达到了62.01%和21.96%。咸水结冰灌溉改变了土壤的离子组成,使土壤表层产生碱化趋势,因此,咸水结冰灌溉应当配合一定措施防止土壤碱化。     

不同潜水埋深污水灌溉硝态氮运移试验研究

随着污水灌溉的迅速发展,污水灌溉对土壤环境及地下水的影响日益受到人们的关注。通过污水灌溉田间试验,探讨了不同潜水埋深条件下,污水灌溉对土壤及地下水中硝态氮的影响。结果表明:与灌水前相比,灌水后土壤硝态氮含量的峰值都出现下移现象,灌水对土壤中的硝态氮有强烈的淋洗作用;地下水埋深相同时,高灌水量处理土壤增加的硝态氮含量比低灌水量处理的大;灌水量相同时,土壤硝态氮增加量随着地下水埋深增加而增大。     

稻田土壤微生物数量和酶活性对水碳调控的响应

为探究水碳调控稻田土壤微生物数量和酶活性变化,基于田间与室内试验,研究不同水碳处理稻田土壤微生物数量、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性随土层深度的变化规律。结果表明,土壤过氧化氢酶活性随土层深度的增加呈现先增后减的趋势,土壤微生物数量和蔗糖酶活性随土层的加深而逐渐减小。与常规肥管理相比,有机肥施用和秸秆还田对稻田土壤过氧化氢酶活性无显著影响,而对土壤微生物数量和蔗糖酶活性影响较大。与淹水灌溉相比,控制灌溉提高了土壤过氧化氢酶活性,不同施肥管理条件下,控制灌溉对稻田土壤微生物数量和蔗糖酶活性的影响不一致。控制灌溉和有机肥施用、秸秆还田联合调控总体提高了稻田土壤微生物数量、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性,且控制灌溉与有机肥施用结合效果更加明显。控制灌溉和有机肥施用、秸秆还田联合调控稻田0~40 cm土层土壤菌落数均值分别增加了1.73×10⁵~3.83×10⁵和2.33×10⁴~2.43×10⁵,土壤过氧化氢酶活性分别增加了1.82%~4.14%和2.95%~5.66%,土壤蔗糖酶活性分别增加了30.47%~64.25%和-25.04%~20.98%。     

畦灌变量表施尿素条件下水肥运动模拟

[目的]针对畦灌传统表施方式下施肥分布不均的现象,开展了不同变量表施条件下水肥运动模拟以制定合理灌水施肥方案,提高灌水施肥质量。[方法]以畦灌的地表水流运动方程、溶质运移的对流—弥散方程为基础,建立畦灌表施尿素条件下地表水流中溶质浓度变化模型,根据该模型拟合变量参数计算尿素随水入渗量,对3种不同表施条件下(直线递减型、抛物线递减型、均匀分布型)水肥运动进行模拟,并分析其规律。[结果]结果表明,尿素浓度与入渗时间的幂函数模型相关参数受地表撒施分布规律影响,初始浓度变化越大,参数变化幅度越大；不同表施尿素条件下施肥均匀性：直线递减型>均匀分布型>抛物线递减型。[结论]表施方式对畦灌水肥运动有显著影响,可通过制定适宜的变量撒施方式提高灌水施肥质量。     

拔节期补灌对两种土壤质地上冬小麦旗叶衰老特性和籽粒产量的影响

为明确不同质地土壤条件下,拔节期补灌对冬小麦旗叶衰老特性、光合速率、籽粒产量和水分利用效率的影响,2013-2014和2014-2015冬小麦生长季,在粉壤土和沙壤土地块进行补灌试验,以全生育期不灌水处理(D0)为对照,设4个灌水处理,分别是拔节期目标湿润层为0~10 (D1)、0~20 (D2)、0~30 (D3)和0~40 cm (D4),目标相对含水量均为100%,4个灌水处理开花期补灌水量均以0~20 cm土层相对含水量达100%为目标。结果显示,随目标湿润层深度增加,两种质地土壤地块小麦拔节期补灌水量均明显增加,开花期补灌水量变化较小。随拔节期灌水量的增大,开花后小麦旗叶可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、旗叶光合速率均呈升高趋势,丙二醛含量呈下降趋势;粉壤土条件下D3与D4无显著差异,沙壤土条件下D2、D3和D4处理间无显著差异。随着拔节期目标湿润层深度的增加,两种土壤质地的麦田耗水量和籽粒产量均呈增加趋势,D4与D3处理间籽粒产量无显著差异;而水分利用效率则呈先升后降趋势,D4显著低于D3或D2处理。在本试验条件下,根据某一深度土层土壤饱和水亏缺量进行补灌,无论是粉壤土还是沙壤土,拔节期均以补灌至0~30 cm土层相对含水量达100%为最佳,有利于延缓旗叶衰老,提高光合速率,并可获得较高的籽粒产量和水分利用效率。     

蒸发条件下不同地下水位夹砂层土壤水盐运移特性研究

针对滨海盐碱地地下水位浅,春秋易强烈返盐,园林绿化需微区换土和铺设隔盐层的特点。通过室内土柱试验,研究了夹砂层的级配和地下水埋深等因素对土壤水盐迁移特性的影响。结果表明,地下水位相同时,夹砂层对水分和盐分的抑制率为石硝>细砂>液态渣,即水盐的迁移率随砂层级配的变差而增大;砂层级配一致时,地下水埋深为110cm的各夹砂层的水分和盐分抑制率均大于地下水位为80cm的。砂层对水分的抑制率随蒸发历时的延长而减小,但各砂层对盐分的抑制率随蒸发历时的延长而增加;蒸发30d后,同一历时砂层对水分的抑制率小于对盐分的抑制率。该研究为滨海盐碱地的改良以及灌溉和排水等措施的制定提供了参考。