膜下滴灌条件下土壤盐分分布特点初探

膜下滴灌条件下,棉田土壤盐分分布、运移、土壤次生盐碱化、地下水位变化等因素将对棉花的生长发育产生相应的影响。实验根据滴灌条件下土壤水盐运移变化的特点,建立长期土壤剖面盐分变化特征预测模式,为盐碱地的综合开发利用和棉田土壤次生盐渍化防治提供新的思路和技术,增加应用膜下滴灌技术的经济、社会、生态效益。     

滴灌条件下干旱区农田水盐运移及调控研究进展与展望

以滴灌为代表的节水灌溉技术在我国干旱区大面积推广应用,提高了水肥利用效率,也改变了农田水盐运移模式。一方面,地下水位下降,土壤水与地下水之间的联系减弱,减少了潜水蒸发带来的盐分,使得土壤盐碱化减轻;另一方面,由于缺乏洗盐水量,导致积累在土壤表层的盐分不能及时淋洗入深层,表层土壤盐碱化加重。本文通过回顾滴灌技术在干旱区的应用和研究,系统分析了滴灌条件下干旱区农田土壤水盐运移特点和盐分累积规律,概括了不同作物的水盐响应特征,总结了不同滴灌条件下的土壤水盐数值模型,归纳了目前常用的土壤水盐调控方法。在此基础上提出了需要进一步研究的问题和方向,包括:进一步揭示滴灌条件下土壤水盐运移及累积特征,科学制定农田水盐调控方案;进一步揭示作物水盐耦合响应动力学机制,科学确定调控阈值;发展具有我国自主知识产权的水盐运移和作物生长耦合模拟软件;构建基于生态格局的农田排水和区域盐分处置模式。     

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。     

Surfer软件在田间膜下滴灌实验中的应用

田间棉花膜下滴灌的优点是通过滴头持续不间断的供水,使水分入渗至作物主根区,将盐分带出根系.因此,滴头下方水分湿润体大小、形状以及土壤水盐分布与作物生长有着密不可分的关系,利用surfer软件能够很好的绘制出滴灌前后土壤水分含量和盐分含量的等值线图,对进一步分析田间滴灌试验土壤水盐运移十分有利.本文利用棉田膜下滴灌试验数据,结合Surfer软件,对膜下滴灌条件下土壤水盐空间分布进行研究,为了解棉花大田滴灌提供了基础资料.     

膜下滴灌土壤水盐运移研究综述

膜下滴灌技术是覆膜种植技术与滴灌技术有机结合的一种新的灌溉技术.该技术不仅具有能够实现节水增效,而且能够降低作物根区土壤盐分.通过从膜下滴灌土壤水盐运移影响因子、时间与空间尺度的运移特征等方面综述了国内有关膜下滴灌土壤水盐运移的最新研究进展和成果,以期科学评价和推广应用该项技术.     

盐碱地膜下滴灌土壤水盐变化规律试验分析

膜下滴灌技术是一种既节约水资源又能适时调控土壤水盐运移的灌溉技术,在新疆已得到普及推广。在田间情况下,研究盐碱地膜下滴灌土壤水盐变化规律,对合理控制盐碱地土壤盐分具有重要的指导意义。试验结果表明,随着灌水时间和灌水量的增加,盐碱地上层土壤水盐整体呈现下降趋势,待灌水期结束后,盐分又逐步回升。     

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。     

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%。     

不同滴灌方式对棉田土壤盐分的影响

采用田间抽样调查分析的方法,研究了不同滴灌方式对新疆棉田土壤盐分的影响。结果表明,采用滴灌施肥8年后,0-100cm土体土壤总盐平均质量分数膜下滴灌比地下滴灌高10．98％;在20cm以上土层,土壤总盐平均质量分数地下滴灌比膜下滴灌高出23．35％;在60-100cm土层,土壤总盐平均质量分数膜下滴灌比地下滴灌高出85．99％。造成不同灌溉方式下土壤总盐质量分数差异的主要离子为Cl-和Na＋。膜下滴灌条件下,土壤Cl-和Na＋的质量分数较高。试验区采用地下滴灌时,应防止地表盐分的积累,同时,应结合喷灌或地面灌溉,解决棉花苗期的土壤水和盐的问题。     

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。     

冻融期膜下滴灌棉田土壤水盐运移规律研究

为探究冻融期膜下滴灌棉田土壤水盐运移规律,于2016年12月～2017年4月在石河子大学节水灌溉试验站进行田间试验。结果表明:在3月4日棉田土壤最大冻深为60 cm。土壤温度受气温变化的影响随深度增加而逐渐减弱,并表现出一定的滞后性,土壤温度变化的滞后性随深度增加没有一定规律性。土壤冻结期,土壤水分由非冻结层向冻结层运移,盐分随着土壤水分自土壤深层向表层聚集;土壤消融期,在强烈地表蒸发作用下土壤表层水分下降,土壤盐分不断向地表运移,使上层土壤盐分含量升高。冻融过程使土壤各土层的水分自上而下呈现出增加-减少-增加的变化规律,形成土壤水分再分布现象。而土壤盐分呈现积盐-脱盐-返盐的规律,形成土壤盐分再分布的现象。冻融期土壤水分和土壤盐分的变异性变化趋势基本保持一致,符合盐随水走的运移规律。冻融过程中90 cm处的土壤水盐和变异系数都达到最大值。该研究结果对绿洲膜下滴灌可持续发展以及土壤次生盐碱化的防治,有着重要的意义。     

长期滴灌棉田耕层土壤盐分累积特征研究

针对长期膜下滴灌棉田灌区土壤次生盐渍化问题,研究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5cm及深层100cm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。本研究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。     

基于HYDRUS-2D模拟暗管排水条件下淋洗制度对土壤水盐运移的影响

为研究暗管排水条件下淋洗制度对土壤水盐运移的影响,本文以沿海盐碱地区为研究区域,选定典型试验地进行现场试验,利用现场试验数据率定了HYDRUS-2D模型参数并验证了模拟暗管排水的准确性,运用验证后的模型模拟了不同淋洗制度情况下的土壤盐分分布。结果表明:HYDRUS-2D能够较好地模拟暗管排水条件下的土壤水盐运移;在相同水量淋洗情况下,持续淋洗的淋洗效果优于间隔淋洗,间隔淋洗间隔时间越长淋洗效果越差。研究成果可为暗管排水条件下盐碱地淋洗制度的确定提供参考。     

干旱区膜下滴灌定向排盐和盐分上移地表排模式研究

干旱农业区采用覆膜滴灌技术,在无覆膜的膜间裸露区内设置排盐浅沟,探讨不同灌水定额和不同排盐梯度条件下,覆膜滴灌土壤盐分定向运移和盐分上移地表排盐效果.研究结果表明,膜下滴灌定向排盐效果明显,滴头附近形成盐分淡化区域,排盐沟周边形成盐分集中区域.地表以下0~60cm平均土壤盐分普遍呈现膜下的盐分低于膜外,而膜外裸露区积盐作用显著的特点.灌溉用水量愈大,排盐作用愈强烈,相应的积盐数量也愈大.通过农田排盐沟灌水冲洗后的地表排水矿化度随时间呈减小趋势,排盐梯度最小的试验小区冲洗排盐量最大.总体来说,在排盐沟冲洗定额1515m3/hm2条件下,各小区总排盐量达到4521~6351kg/hm2,表明盐分上移地表排的脱盐效果显著.     

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。     

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及灌溉制度试验研究

在新疆库尔勒市西尼尔镇开展了膜下滴灌棉田土壤水盐分布特征及灌溉制度的试验研究,根据不同灌溉定额(375、525和675mm)及灌水间隔(3.5、7和10.5d)组合设置7个试验处理,通过对比分析研究了膜下滴灌条件下的土壤水、盐分布规律及其对棉花生长性状及最终产量的影响。试验结果表明:(1)主根区土壤含水率自靠近滴灌带的宽行往外至膜间逐渐降低,土壤含盐率则呈相反的规律分布,灌溉期靠近滴灌带的主根区土壤处于脱盐状态,远离滴灌带的土壤处于积盐状态;(2)相同灌水间隔下,灌溉定额越大,主根区含水率越高,主根区以下渗漏水分越多,棉花产量提高但灌溉水生产效率降低;相同灌水定额下,灌水间隔过大或过小均不利于棉花的生长;(3)在试验区的砂性土壤条件下,675mm灌溉定额和7d灌水间隔的灌溉制度可获得最大籽棉产量为6816kg/hm2,375mm灌溉定额和7d灌水间隔的灌溉制度可获得最高的灌溉水生产效率为1.33kg/m3。     

干旱区膜下滴灌土壤盐分年内分布特征

土壤次生盐渍化问题是威胁干旱区膜下滴灌条件下棉花生长的主要因素之一,为探明膜下滴灌棉田土壤盐分在生育期内随时间及剖面分布特征,专门针对土壤盐分进行了一个生育期的监测,具体实验结果为:在棉花整个生育期内,土壤盐分在水平方向呈现出滴头行间膜间的分布特征,越靠近膜间,土壤盐分累积程度越剧烈;在深度方向上,基本呈现出随深度增加,盐分值增大的趋势,100cm土层附近出现盐分稳定累积层;棉花苗期表层0-20cm土层土壤盐分呈现出表聚现象,对幼苗生长构成潜在威胁;盛花期(7月中旬左右)出现了由于地下水位抬高引起的土壤次生盐渍化问题,适当控制此时段灌水量及灌水次数对棉花生长有着重要作用。     

单双管微咸水膜下滴灌棉田根区土壤水电导率空间变异分析

土壤水电导率可直接表征土壤水易溶盐状况,为分析单、双管微咸水膜下滴灌棉田根区土壤盐分空间分布差异,采用WET探针对0～60 cm深度的剖面土壤水电导率进行网格化监测。通过统计特征值分析、半方差函数构建和Kriging空间插值等,获取土壤水电导率空间变异与分布特征。结果表明:单、双管滴灌模式下土壤水电导率均呈中等强度变异,且最优半方差函数拟合模型为高斯模型。同时,单管模式下结构性因素引起的变异强于双管模式。在试验壤土条件下,双管模式积盐程度相对较高,差异性达到了显著性水平(P 0. 05);单管模式则因相对较大的滴头流量,具有更强的横向渗流扩展洗盐能力。研究结果可为优化微咸水灌溉方式提供一定指导。     

土壤容重对膜孔灌盐土水盐 运移分布影响

通过室内土壤膜孔灌盐土水分入渗试验,分析了土壤容重对膜孔灌盐土水盐运移分布的影响。结果表明：（1）土壤容重越大,相同入渗时间的累积入渗量越小,相同灌水量下土壤湿润范围越大;（2）入渗结束时,土壤含水量以膜孔为中心呈等值线分布,土壤容重越小,相同位置的土壤含水量越大;（3）膜孔灌对盐土有明显的淋洗作用,膜孔附近土壤盐分含量远低于本底值,湿润体边缘有较高盐分累积;（4）相同灌水量下,土壤容重越小,盐分淋洗范围越大。以上研究结果可以为盐土上膜孔灌合理灌溉提供参考依据。