膜下滴灌土壤水盐定向迁移分布特征及排盐效应研究

为探索干旱区膜下滴灌条件下土壤水盐定向迁移机制和地表排盐模式,以灌水定额M和田间排盐梯度TD 两因素的不同组合,形成9个试验小区与大田膜下滴灌CK1、常规沟灌CK2、畦灌CK3等3个对照区,在新疆慰犁县西尼尔镇开展大田膜下滴灌试验研究。试验结果表明,在田间水平方向上,1—9试验小区的土壤水盐在0~50cm区域尺度范围由膜中向膜边和膜外运移积累,具有明显的“水盐定向迁移”机制,适宜的灌水定额M=300~375m3/hm2,排盐梯度TD=10~30cm;而CK1不明显,CK2和CK3不具有定向迁移特征;在田间土壤垂直深度层面上,土壤盐分在40~60cm层深明显多于0~20cm层面,且下层土壤水盐具有向膜边裸露地表提升迁移机制,而CK2和CK3无此水盐运移特征。基于膜下滴灌条件下土壤水盐向田间地表膜边和膜外运移机制和积累效应,采用田间两膜之间的裸露地表排盐沟实施地表排盐,结果表明,试验区地表排盐土壤盐分下降36.7%~63.3%。     

新疆膜下滴灌棉田暗管排盐的数值模拟与分析Ⅰ:模型与参数验证

新疆地区广泛应用膜下滴灌技术进行棉花种植,易在膜下浅层根区(0~40 cm)形成淡化区域,而深部根系层(40~60 cm)却始终处于积盐状态,具有较大的积盐和返盐隐患。为了更为便捷地探索节水、高效的暗管排盐模式,在开展蓄水淋洗条件下暗管(埋深60 cm、间距500 cm)排水、排盐田间试验和分析建立相应数值模型的基础上,利用HYDRUS软件和田间试验数据对所建立的数值模型和水盐运动参数进行了校验,结果表明模拟值与实测值之间整体吻合较好,剖面土壤含水量分布的最大均方根差(RMSE)和最小决定系数(R2)分别为0.025 cm~3/cm~3和0.88,含盐量分布的最大RMSE和最小R2分别为2.74 g/kg和0.93,基本在可接受范围之内。尽管剖面土壤脱盐率可达77.5%,但绝大部分盐分都被淋洗至暗管以下土层,暗管排盐量十分有限,仅占60 cm以上土体盐分总量的11.7%,因此有必要探索膜下滴灌棉田暗管排盐的改进模式或方法,以有效提高其排盐效率。本文所建立的数值模型和相关水盐运动参数可以较好地描述暗管排水、排盐过程中的土壤水盐动态,并进一步用于当地膜下滴灌棉田不同暗管排盐模式的数值模拟与分析,从而为新疆膜下滴灌棉田高效排盐模式的探索提供科学依据。     

新疆膜下滴灌棉田暗管排盐的数值模拟与分析Ⅱ:模型应用

为了降低新疆地区盐碱棉田根区土壤盐分含量,尤其是排走长期使用膜下滴灌技术造成的下部根系层(40~60 cm)累积盐分,针对当地实际情况设计了2种改进排盐模式,分别是淋洗防渗排盐模式(情景1)和暗管局部冲洗排盐模式(情景2),利用经过校验的模型和参数对不同模式下暗管排水、排盐动态过程进行模拟。情景1在暗管下方铺设一定宽度(L_f,分别设定为20、50、100、250和500 cm)的防渗材料以增加汇流面积,提高排水、排盐量;情景2先通过暗管直接供水湿润周围土壤,达到设定时间(T_i,分别设定为0.25~10 d的9种情形)后停止供水,然后再通过暗管进行排水、排盐,以期利用较小的冲洗定额达到排盐的目的。对情景1进行模拟时,以0~40 cm和40~60 cm土壤含盐量分别低于3 g/kg和6 g/kg作为结束淋洗的标准进行对比分析,结果表明:当暗管处于非饱和区域、下方无防渗处理(传统暗管排盐模式)时,其排盐率仅为9.8%,单方水的排盐效率约1.86 kg/m~3;在暗管下方进行防渗处理有利于增加暗管排盐量,排盐率可达11.9%~32.1%,排盐效率可提高至2.27~3.15 kg/m~3;然而,随着Lf增加,施工难度和成本均会大幅上升,尤其是当Lf100 cm,单方水排盐效率的提高程度却较为有限,因此建议Lf在100 cm以内。而采用暗管供水进行局部冲洗(情景2)时,即使在暗管下方进行防渗处理,其单方水的排盐效率最高也不超过0.6 kg/m~3,整体表现并不理想,在新疆地区使用不太现实。     

长期膜下滴灌棉田土壤水盐空间分布特征研究

为分析播种前膜下滴灌棉田土壤不同深度水分和盐分的分布特征,对1998年开始利用膜下滴灌种植技术的棉田进行大规模网格取土,主要分析了棉田土壤水盐空间分布特征。研究结果表明:在生育期初播种前,棉田土壤0~5、5~20、20~40、40~60、60~80及80~100 cm对应土层中,水分变异系数小于盐分变异系数,且都属于中等变异性;土壤各层水分和盐分含量总体都呈现出表层土壤水分和盐分含量较低,深层土壤水分和盐分含量较高的分布规律;在0~100 cm土层中,随着深度增加,水分和盐分含量呈现出先增大后减小的趋势;设置排盐沟,能够使土壤盐分向排盐沟运移,有助于棉田改良。     

灌溉定额和灌溉水矿化度对土壤水盐动态影响研究

在甘肃省石羊河流域开展春玉米咸水灌溉田间试验,通过测定土壤含水量和含盐量,研究了灌溉定额和灌溉水矿化度对土壤水盐动态的影响.研究结果表明:灌溉定额与灌溉水矿化度均对土壤水分影响明显,随着灌溉定额和灌溉水矿化度的增加,土壤含水率越大;灌溉定额与灌溉水矿化度均对土壤盐分影响明显,土壤盐分累积量随着灌溉定额和灌溉水矿化度的增加而增大;收获后与播种前相比,0~100 cm土层,除淡水充分灌溉处理脱盐外,其余各灌溉处理均呈现积盐,并且随着灌溉水矿化度的增大,盐分累积量也越大,其中灌溉水矿化度为6 g/L的轻度缺水灌溉处理积盐量最大,最大值为0.838 g/kg.     

基于HYDRUS-2D模型膜下滴灌棉田不同上口宽排盐浅沟下土壤水盐运移模拟

本文以膜下滴灌棉田土壤水盐运移为研究对象,根据室内试验参数及田间测坑试验在HYDRUS-2D中建立模型,利用实测值与模型模拟值进行对比,调整模型参数,确定建立模型的准确性。根据已有的模型,对不同上口宽排盐浅沟的排盐问题进行研究,研究生育期膜下滴灌棉田不同深度盐分和水分的变化情况,分析模拟结果对比不同排盐沟的上口宽对土壤排盐效果的影响。为合理制定土壤排盐模式,减少和改良土壤次生盐渍化提供科学的理论依据。     

微咸水膜下滴灌棉田漫灌洗盐评价

合理利用微咸水灌溉对缓解淡水紧缺有重要意义。为评价漫灌对微咸水膜下滴灌棉田地表以下0~60 cm深度积盐的淋洗效应,2013年漫灌前、后采用EM38-MK2型电磁感应仪进行大地表观电导率(ECa)调查,通过取样率定得出对应盐分解译模型。将解译获得的漫灌前、后土壤含盐率作为区域化变量,经K-S检验为正态分布,并分别服从指数和球状半方差函数模型。变程相近而基台值远大于灌前,表明灌后变异程度增强。Kriging插值结果显示,实际不合理的漫灌方式,使得灌后土壤返盐,0~60 cm深度范围积盐增量达4.1×104kg/hm2。利用HYDRUS-1D建立土壤水盐运移模型模拟优化的灌水定额为360 mm,较实际灌水定额615 mm节水255 mm,脱盐率为39.3%。持续微咸水灌溉需要完善的农田排水、排盐渠系和盐分排泄区。     

长期滴灌棉田耕层土壤盐分累积特征分析

针对长期膜下滴灌棉田灌区土壤次生盐渍化问题,分析了膜下滴灌条件下土壤盐分随种植年限的变化特征。结果表明,在实施膜下滴灌的最初1~5年,土壤盐分整体呈现随种植年限的推后而降低的趋势,表层5 cm及深层100 cm始终处于积盐趋势;实施膜下滴灌技术6年以上的地块,其盐分值基本保持在0.2%左右,处于完全脱盐状态,土壤盐分恢复新的平衡。该试验结果可以为试验区膜下滴灌技术的应用提供理论参考,对水土资源的可持续利用有着重要的意义。     

膜下滴灌棉田土壤水盐分布特征分析

为了研究干旱区膜下滴灌棉田生育期内土壤水盐分布特征,文章在阿瓦提县老大河灌区进行土壤取样,将研究区划分为六个区组,并对各个区组不同纵剖面土壤水盐分布特征加以研究,结果表明,膜下滴灌土壤盐分的"Y"形分布态势,膜下土壤盐分含量明显低于膜间,膜下滴灌使浅根系土壤脱盐而难以彻底淋洗去除土壤盐分,膜间仍存在大量积盐,为此必须在下季播前继续灌溉以淋洗盐分。     

柴达木盆地内陆盐渍土的冲洗技术

在柴达木盆地内陆盐渍土改良的生产实践中，总结出了3个治理步骤：（1）兴建排水设施，降低地下水位至“临界深度”以下；（2）通过冲洗，淋除土壤中过多的盐分；（3）培肥土壤，建立稳产高产灌区．阐述了第二个治理措施─—冲洗淋盐技术，即冲洗定额和水量分配，冲洗方法、冲洗时期与盐渍土类型的关系，以及各类盐渍土的排盐系数、脱盐标准等参数．对干旱、半干旱地区的盐渍土改良有一定的参考应用价值．     

内蒙古河套灌区局部秋浇条件下农田水盐运动特征分析

针对河套灌区局部秋浇条件下田间水盐运动的特殊性,选取典型试验区对其进行研究。结果表明:与全面灌溉相比,灌溉区地下水位在局部灌溉后回落更为迅速,灌溉可以达到很好的洗盐保墒效果;而非灌溉区则部分承泄了灌溉区的排水,地下水位和地下水含盐量都显著升高,尽管在灌溉结束后其地下水位会随着排水过程而相应回落,但在其上涨过程中却促使盐分向上层土壤运动,从而增加土壤剖面的含盐量。分析还进一步表明,局部灌溉条件下,非灌溉区水盐运动所受影响在一定程度上取决于灌溉面积所占整个区域的比重。     

棉花膜下滴灌条件下灌水频率对土壤水盐分布和棉花生长的影响

本文研究了棉花膜下滴灌在不同的土壤含盐量条件下灌溉周期对土壤水盐运动和棉花生长的影响。设置有以下处理：两种含盐量土壤，含盐量分别为0.08%和0.8%；两种灌水周期，即花铃期灌水周期分别为2d和6d；观测的内容有：土壤水分、盐分、棉花生长发育和产量。试验结果表明：在总灌水量相同的情况下，高含盐量土壤花铃期高频灌溉与低频灌溉相比，可以有效降低湿润体体内土壤盐分含量，并且得到了棉花增产28%的结果，而对于低盐土，灌溉频率对棉花生长和产量没有显著的影响。     

松原灌区盐碱地改良灌溉洗盐定额试验研究

本次试验主要研究了松原灌区苏打盐碱地改良适宜的灌溉洗盐定额,以及合理的冲洗次数和方法。通过开展灌溉冲洗的洗盐效果试验研究,提出了以建立起适合水稻生长的地表"淡化表层"[1]环境作为灌溉冲洗的控制标准,并制定了相应的灌溉洗盐定额。以便为松原灌区新垦盐碱地的大面积开发提供参考依据。     

干旱区咸水滴灌对枣树生理特性的影响

通过采用不同矿化度的咸水灌溉试验,研究了干旱区咸水滴灌对枣树生理特性的影响。结果表明:淡水灌溉,光照强度为影响枣树光合速率、蒸腾速率日变化的主要因素。咸水灌溉的灌溉水矿化度和光照强度两者均对枣树光合速率、蒸腾速率的日变化产生一定影响。2 g/L咸水滴灌的枣树日光合速率、蒸腾速率表现出较为明显的单峰特性,3 g/L咸水滴灌既有单峰又有双峰特性,而4g/L咸水滴灌的单峰、双峰特性不明显。随着咸水矿化度的增高,枣树叶片叶绿素含量下降越明显,不同处理的枣树叶绿素含量受咸水矿化度的影响较为显著。枣树叶片电解质外渗率和叶片脯氨酸随着咸水矿化度的增大而均有不同程度的增加,且受矿化度影响的差异性显著。因此,在干旱区利用咸水灌溉时,为了降低盐胁迫对枣树造成生理破坏,应考虑选择较为适宜的咸淡水轮灌或轮灌方式。     

基于地统计学的田间尺度下土壤盐分离子空间变异研究

土壤中可溶性盐的分析是研究盐渍土盐分动态监测与盐渍化防治的重要基础工作。利用地统计学方法研究了田间尺度下土壤盐分离子的空间变异特征,运用Kriging插值绘制了盐分离子的空间分布图。结果表明:除Cl-和Ca2+属强变异强度外,其他离子均具有中等变异强度;受结构性因素和随机性因素的共同作用,除Ca2+与总盐外,其余各盐分离子均具有中等强度的空间相关性,自相关距差异不大;Kriging插值图表明大部分盐分离子的空间结构性都较好,中部的离子含量明显低于其他方向。研究结果为孔雀河灌区盐渍化土壤的防治、改良和利用提供了理论基础。     

干旱区膜下滴灌农田土壤盐分非生育期淋洗和多年动态

膜下滴灌土壤盐分在生育期和非生育期的累积与淋洗,共同决定了土壤的盐碱化趋势,影响着当地农业的可持续发展。为分析长期膜下滴灌土壤盐分多年动态,于2008—2013年在中国西北干旱区的清华大学-库尔勒生态水文实验基地开展了棉田实验,采集和化验了15 000余个土壤样本,结合SHAW模型模拟,探讨了非生育期冬春灌方式的盐分淋洗效果;基于长期连续观测及理论分析,评估了区域盐碱化趋势。结果表明:冬灌和春灌的盐分淋洗作用明显,冬灌盐分淋洗深度大致为60 cm,效果优于春灌。若膜下滴灌条件下综合采用非生育期冬灌或春灌洗盐,在多年尺度上土壤根区盐分不会出现明显累积,土壤盐碱化趋势可以得到控制。     

咸淡水交替淋溶下土壤盐分运移试验

为确定咸淡水交替灌溉后土壤盐分的运移规律,采用2 g/L,4 g/L两种矿化度的咸水分别与淡水连续、交替淋溶室内土柱,初步研究了咸淡水交替淋溶下土壤盐分的变化规律。研究结果表明:咸淡水交替淋溶下土壤表层盐分逐渐下移,两个试验处理的土柱都出现积盐情况,且4g/L时的积盐量大于2 g/L时的积盐量,土壤溶液中Na+,Ca2+的分布与EC值的变化规律基本一致,在此条件下盐分的增加没有引起土壤的碱化,灌水结束后,两个试验处理的土壤溶液EC值都小于4 dS/m,在作物耐盐的范围内,可推广应用到大田咸淡水交替灌溉中。     

咸水灌溉试验研究

汾河灌区地面灌溉水源严重短缺，影响着灌区农业生产发展。但灌区内存在着大量未开发的浅层咸水资源，这部分水资源属于劣质高矿化度水。为了利用这部分水源进行农田灌溉，对其进行了试验研究。     

宁夏平罗县井渠结合灌区地下水盐运移规律研究

以综合治理井渠结合灌区土壤盐碱化为目标,针对宁夏平罗县井渠结合灌区下游灌水难、排水难和盐碱化严重等问题,采用渠灌井排、井沟联合使用等措施,对作物进行适量和适时灌溉,充分利用地下水资源,并监测井渠结合灌溉条件下田间土壤含盐量、地下水矿化度和水位埋深的变化情况,分析地下水埋深和矿化度对土壤含盐量的影响。结果表明:井渠结合灌溉对降低地下水位效果显著。以黄河水为主要灌溉水源的宁夏银北自流灌区,地下水矿化度变化幅度较小;灌溉后的土壤表层含盐量骤降,0~40 cm土层的盐分变化较大;土壤盐分与地下水矿化度具有较强的线性正相关性,与地下水埋深呈负相关。研究成果对干旱半干旱区灌区水资源优化配置、盐碱地改良具有参考价值。