大型灌区节水改造后地下水动态的

以黄河河套灌区的节水灌溉工程改造为目标，通过一个试验区（沙壕渠灌域）的实际分析，在地下水动力学数值模拟基础上，用Galerkin法对节水工程实施后的地下水动态进行预测，通过更大范围（解放闸灌域）用人工神经网络BP模型的快速算法进行了检验比较认为：成果基本可靠，有一定代表性，可供河套灌区水环境评估与宏观水管理预测和决策参考。     

基于多源数据融合的盐分遥感反演与季节差异性研究

为提高多光谱盐分遥感反演的精度,利用实测高光谱与多光谱进行数据融合,并分析了不同季节盐分遥感的差异性。以河套灌区永济灌域为研究区域,以实测光谱仪测定的土壤高光谱数据和Landsat-8 OLI多光谱数据为基础,通过光谱变换和多元逐步回归方法筛选特征波段和特征光谱指数,构建了春、秋两季土壤盐分多光谱、高光谱反演模型,并利用特征光谱指数的线性回归构建了高-多光谱数据融合反演模型。结果表明:高光谱的反射率总体比多光谱高36. 83%,春季反射率比秋季平均高23. 78%。利用模型中最优变量-特征光谱指数对多光谱模型与高光谱模型进行融合,高-多光谱融合反演模型训练集和验证集R2平均值分别为0. 651和0. 635,RMSE平均值分别为2. 44 g/kg和2. 49 g/kg,精度明显高于对应的多光谱反演模型,其中训练集、验证集的R2平均值分别提高了36. 19%和35. 64%,RMSE平均值分别降低了34. 28%和41. 72%。春季多光谱、高光谱和融合反演模型的精度均高于秋季,其中训练集R2平均值比秋季模型分别提高了6. 03%、6. 05%和4. 40%,验证集R2平均值分别提高了19. 07%、12. 21%和1. 75%。构建的高-多光谱融合模型反演灌域春秋两季平均盐分含量分别为6. 05、5. 97 g/kg,平均相对误差分别为9. 65%和10. 68%,总体上该区域春季土壤主要为重盐化土,秋季土壤主要为中盐化土。     

沙地柏根系径级对根土复合体抗剪强度的影响

采用应变控制式直剪仪,通过对含不同沙地柏根系径级的扰动土进行室内直剪试验,分析研究根土复合体的抗剪性能。结果表明沙地柏根系的加入,增强了土体的抗剪强度,且根土复合体的抗剪强度符合库伦定律;当所含根系径级小于某个极限值时,根土复合体的抗剪强度随着径级的增大而增大,当超过这一极限值,则随着所含根系径级的增大,其抗剪强度逐渐减小,随着根系径级的逐步增大,由于根自身抵抗土体剪切变形能力增强,使得根土复合体的抗剪强度值开始回升;一定竖向荷载下,根土截面比△过小,对复合体抗剪性能影响微弱;根土截面比过大,根系与土壤胶结力降低,对抗剪强度产生负影响,因此,存在一个最佳根土截面比,在此比值附近,根土复合体的抗剪强度达到最大。本研究可为沙地柏在作为水土保持树种栽植方面提供理论依据。     

不同覆盖方式对中度盐渍土壤的改良增产效应研究

地膜与秸秆覆盖是干旱半干旱地区防治土壤次生盐渍化,提高土壤水分利用效率的重要措施。为探索不同地面覆盖方式在盐渍土壤的应用效应及机理,在内蒙古河套灌区中度含盐土壤进行田间试验,试验共设7个处理:玉米粉碎秸秆覆盖量9 000 kg·hm-2(F0.9)、玉米粉碎秸秆覆盖量6 000 kg·hm-2(F0.6)、玉米整秆覆盖(YZ)、葵花整秆覆盖(KZ)、新地膜覆盖(DM)、地膜二次使用免耕(MG)、未覆盖(CK),研究不同地面覆盖方式对中度盐渍化向日葵农田的土壤水盐运动、向日葵产量和种植经济效益等影响,分析不同覆盖措施的改良增产效应。结果表明:在0~5 cm土层,处理F0.9、YZ、DM的含盐量收获后较播前降低,土壤表层脱盐,而MG、F0.6、KZ、CK土壤表层积盐。0~20 cm土层,土壤含盐量收获后与播前相比,处理F0.9、DM土壤耕层脱盐,而F0.6、YZ、MG、KZ、CK在土壤耕层积盐。各覆盖处理主要影响0~20 cm的土壤含盐量,随着土壤深度的增加,覆盖层因素对土壤含盐量的影响趋于一致。耕层土壤含盐量相比较,F0.9的含盐量最低,抑盐效果最好,DM与F0.6抑盐效果相近,不同秸秆覆盖处理间,F0.9、F0.6强于YZ、KZ,地膜覆盖之间,DM强于MG。在0~5 cm土层及0~20 cm土层,DM的生育期平均土壤含水率高于秸秆覆盖处理,粉碎秸秆覆盖(F0.9、F0.6)的生育期平均土壤含水率高于整秆秸秆覆盖(YZ、KZ)。处理DM、F0.9较CK显著提高了向日葵生育期内0~100 cm土壤储水量均值,F0.9、DM处理显著降低了0~100 cm土壤储水量变异系数,在生育期内保持了较稳定的土壤墒情。各覆盖处理均较CK显著增产,各处理产量效应是:DMF0.9YZF0.6MGKZCK。覆盖措施通过改善农田小环境提高了作物水分利用效率,DM、F0.9、YZ处理的作物水分利用效率显著高于其他处理。处理DM、MG、YZ、F0.9、F0.6的产投比显著高于CK,增收效果明显,DM和MG的纯收入及产投比显著高于秸秆覆盖处理。对于中度盐渍化耕地,新地膜覆盖DM是最有效的覆盖方式,秸秆覆盖处理中,F0.9为最优覆盖方式,与其他覆盖处理相比较,KZ处理的保墒、抑盐、增产等效果较差,因此向日葵秸秆不适合用作地面覆盖材料。结果可为覆盖技术在内蒙古河套灌区农业生产中的应用提供理论与技术支持。     

回填土下再生水灌溉对玉米生长及土壤理化性质的影响

为了对劣质土及再生水灌溉下农田水分高效利用进行研究,通过野外试验的方法,以内蒙古干旱区城郊建筑回填土农田再生水灌溉玉米为研究对象,系统研究了再生水灌溉劣质土对玉米生长及土壤理化性质的影响。试验期间共灌溉4次水,共设不同再生水(Z)—清水(Q)5个处理,分别是T1(4Q)、T2(2Q2Z)、T3(1Q3Z)、T4(1Q2Z1Q)、T5(1Q1Z1Q1Z)5种模式。结果表明:建筑回填土下再生水灌溉玉米能显著增加玉米干物质、株高、叶面积及产量,且增产最大为15.91%;短期再生水灌溉不会对玉米重金属含量产生影响;再生水灌溉后土壤容重呈增加趋势,长期再生水灌溉会对深层土壤盐分累积产生潜在风险。     

基于SIRMOD模型的畦灌入渗参数估算及灌溉模拟

土壤入渗参数是地面灌溉中制定灌溉制度、评价灌水质量的重要指标。针对现有估算方法存在计算工作量较大、精度不高的现状,根据田间实测资料,利用SIRMOD模型,对小麦畦灌条件下田间土壤入渗参数进行了估算。与用Maheshwari法计算结果较为接近,差异均在2.0%以内。根据估算的土壤入渗参数,应用SIRMOD模型进行了多组合灌溉模拟,在保证灌水质量较高的条件下,得出了在不同亏缺水量时的适宜灌水量和灌水流量,通过田间实例验证表明模拟效果较好。     

盐渍化土壤剖面盐分与养分分布特征及盐分迁移估算

针对盐渍化灌区土壤盐渍化问题,以内蒙古河套灌区下游乌拉特灌域为研究区,通过野外实测与室内试验分析结合,采用冗余分析法探讨了盐渍化改良耕地与荒地春季（4月）和秋季（10月）根层土壤（0～20 cm、20～40 cm）盐分离子与全盐、pH值、养分之间的相关关系,明确了其变化特征与数量关系,并估算了试验区改良耕地和荒地间1 m土体的盐分迁移量。结果表明,改良耕地与荒地土壤阴离子均以Cl^-为主,分别占阴离子总量的45.27%、58.78%,阳离子以Na⁺为主,分别占阳离子总量的60.67%、53.94%。荒地平均全盐含量超过7.0 g/kg,土壤盐渍化程度较重。冗余分析表明,改良耕地土壤全盐含量起主导作用的是SO■、Cl^-、Ca²⁺,荒地土壤全盐含量起主导作用的是Cl^-、Mg²⁺、Na⁺。土壤pH值变化与HCO^-₃有着密切的关系。改良耕地有效磷与Na⁺呈显著负相关（P<0...     

基于指示Kriging的土壤盐渍化风险与地下水环境分析

土壤盐渍化是制约干旱区农业发展的主要障碍,而浅埋地下水区域的地下水环境是影响土壤盐渍化的直接因素。为调控合理的地下水埋深和矿化度,以防控区域盐渍化,以河套灌区永济灌域为研究区,运用指示Kriging法比较了春灌前和生育期不同阈值条件下土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度的概率分布,从概率空间分布的角度研究了不同时期防治土壤盐渍化的地下水临界埋深和矿化度。结果表明：地下水埋深属于中等变异性,土壤表层含盐量和地下水矿化度属于强变异性。春灌前较生育期土壤表层盐渍化高风险区扩大、浅埋地下水高概率区缩小、地下水矿化高风险区缩小。春灌前永济灌域土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.6、2.2 m,地下水矿化度临界值分别为2.0、2.5 g/L;生育期土壤表层发生轻度、中度盐渍化时的地下水埋深临界值分别为2.2、1.8 m,地下水矿化度临界值分别为2.5、3.0 g/L,春灌前更易发生土壤盐渍化。春灌前较生育期土壤盐分受外界因素（气象因素和人为因素）影响小,且土壤表层含盐量、地下水埋深和矿化度变异性也相对较小,地下水环境对土壤盐渍化的影响更强烈。研究区北部、东南部和中部小部分区域为地下水埋深小于临界值且大于矿化度临界值的高概率区,是土壤返盐的高风险区,建议进一步完善该地区的排水系统。     

河套灌区控制排水对油葵生长与养分利用的影响

为系统地从土壤水分、盐分、养分和油葵生长的变化来揭示不同排水方式的调控效应,设置4个处理,生育期暗管控制排水深度分别为40cm（K1）、70cm（K2）、100cm（K3）,春灌排水深度均为100cm,选择明沟排水（深度150cm）作为对照处理（CK）,开展了田间试验。结果表明：K1处理自油葵开花期到收获1m土层平均储水量比K2、K3处理提高了0.01%~4.53%,为作物生长后期提供了有效的水分。K1处理稳定了土壤水消耗的速率,削弱了水平方向土壤水分的消耗差异。春灌后K1、K2、K3处理平均脱盐率分别为49.02%、50.43%、49.70%,处理间无显著差异,而明沟排水仅为35.52%。暗管排水处理暗管中间点与暗管上土壤盐分淋洗率相差7.1~8.2个百分点,处理间无显著差异。CK处理盐分淋洗差异性相对较小,距明沟0.4m处与明沟中间点相差2.8个百分点。至生育后期（开花期）不同处理存在土壤返盐情况,K1、K2、K3、CK较春灌前平均返盐率分别为28.63%、24.20%、20.83%、22.07%。K1、K2处理返盐程度相对较高,但其含盐量不影响油葵后期正常生长。K1处理在现蕾期铵态氮含量显著高于其他处理(P<0.05),较K2、K3、CK处理高30.43%、45.90%、14.83%;开花期铵态氮含量由大到小依次为K1、CK、K2、K3,差异性小于成熟期;成熟期K1、K2处理铵态氮含量与CK处理无显著差异。硝态氮含量在现蕾期、开花期和成熟期含量K1处理最高,K1处理较K2、K3、CK处理分别高13.62%~30.80%、14.33%~53.09%、7.17%~28.10%(P<0.05)。K1处理可减小地下水位波动,使氮素以稳定形态存在,减少硝态氮流失。暗管排水可以提高油葵出苗率2.5~2.7个百分点。K1处理增加有效株占比2.3～5.0个百分点;油葵出苗50d后能显著增加株高5.10%~14.87%、茎粗6.29%~22.46%;提高水分利用效率1.16%~10.8%;提高氮磷钾肥料偏生产力7.69%~11.16%;增产4.52%~11.14%;并且有效地提高了叶片光合能力。从对土壤控盐、保肥、稳产与水肥利用效率多角度综合分析,春灌排水深度100cm,生育期控制排水深度40cm（K1）的控制排水方式是适宜的选择。     

不同水分胁迫下的小麦/玉米间作群体响应机理研究

为探明不同水分胁迫下小麦/玉米间作群体响应机理,试验设置了1个充分灌水、3个不同水分胁迫程度间作处理及2个充分灌水单作对照处理。结果表明:共生期内,各间作处理间普遍存在小麦条带水分捕获当量比高于玉米条带的现象,随水分胁迫的加剧,此趋势愈加明显;随着生育期的推进,此趋势渐弱甚至出现反转,而带间的水分相对竞争能力则呈现逐渐下降的规律。在根系分布特征方面,充分灌溉下间作群体平均根系分布深度为17. 15～17. 24 cm,其根质量密度的90. 42%～90. 77%分布于耕层内,其中小麦为87. 49%～88. 70%,玉米为92. 63%～92. 81%,而水分胁迫会显著影响间作群体根系的空间分布。在间作优势方面,要保持间作优势,每次灌水最少需满足80%左右的田间持水率,随水分胁迫程度的增加,间作群体土地当量比呈现先微升、后下降的规律,且间作玉米的偏土地当量比下降速率快于间作小麦。在种间相对竞争能力方面,表现出随水分胁迫的加剧,小麦相对于玉米先微升、后快速下降,并逐渐近于消失的趋势。间作群体的特殊性造成了两作物条带存在时间与空间上的土壤水分差异,进而导致灌溉水入渗速度及入渗总量的不同,而水分胁迫增大了这种趋势,这在一定程度上满足了灌溉水的最佳去处,从而提高了间作群体的水分利用效率,进而揭示了间作群体的节水增产机理。