地下水深埋区咸水灌溉对土壤盐渍化影响的初步研究——以民勤绿洲为例

 针对民勤绿洲近几十年来大量开采地下水造成地下水位急剧下降,同时大规模开采地下劣质咸水用于农业灌溉的现状,采用咸水沟灌大田试验,就绿洲地下水深埋区（＞5 m）咸水灌溉对土壤盐渍化的影响进行了研究。结果表明,在地下水深埋区,灌溉水带入的盐分是土壤表层盐分积累的主要来源;播种前大定额淡水灌溉,土壤明显脱盐,但随着生长季内咸水灌溉及灌溉定额的减少,土壤开始返盐,到生长季末,根区土壤显著积盐,2 g·L-1和5 g·L-1咸水灌溉下土壤的积盐率分别为22.67%和35.30%;高垄覆膜种植方式下,膜上沟灌对沟下土壤盐分淋洗明显,但是在行间非覆膜区盐分强烈聚集;咸水灌溉导致根区土壤pH值升高,碱化度增大,绿洲土壤存在着明显的碱化趋势。     

灌水量对土壤水肥分布与春小麦水分利用效率的影响

通过对春小麦不同灌水量土壤剖面水分和可溶性养分分布、农田实际蒸散量、作物水分利用效率及生物指标等的测定与计算,对沙坡头层次性土壤种植春小麦最适宜灌水量进行了研究。结果表明:(1)在春小麦拔节期及扬花期,以500 m³·hm^-2、750 m³·hm^-2及1 000 m³·hm^-2水量灌溉,土壤剖面30~100 cm深度土壤含水量随灌水量的增加而明显增加。(2)拔节期3个灌溉水平土壤剖面可溶性养分含量分布的峰值均出现在 0~20 cm土层,但其浓度的下移随灌水量的增加而降低;扬花期土壤剖面可溶性养分含量的峰值随灌水量的增加而下移。在灌水量为500 m³·hm^-2时可溶性养分浓度最高。(3)作物耗水量和农田实际蒸散量均随灌水量的增加而增加,春小麦的水分利用效率则随灌水量的增加而降低,与灌水量为500 m³·hm^-2相比,灌水量为750 m³·hm^-2及1 000 m³·hm^-2时籽粒水分利用率分别降低83.33%和147.50%。可见,在该土壤上种植春小麦的最适宜灌水量为500 m³·hm^-2,灌水量可保持在土壤田间持水量40%左右。     

坏囿矿化度地下水灌溉对民勤土壤环境的影响

通过野外试验和室内分析相结合的方法,研究了民勤绿洲农田不同矿化度(0.8g·L-1、2.0g·L-1和5.0g· L-1)地下水灌溉对土壤环境的影响.结果表明:随着灌溉水矿化度的增加,生长季水分消耗量逐渐降低,土壤总孔隙度和土壤有机质含量逐渐下降,而土壤有效水含量和土壤电导率则逐渐增加.当灌溉水矿化度为0.8g·L-1时,收获后土壤中上层(0～60 cm)电导率比播种前明显降低,而底层(60～90 cm)电导率略有增加,即淡水灌溉的淋溶作用明显;当灌溉水矿化度为2.0g,L-1时,生长季中的灌水依然对土壤盐分有淋溶作用,但明显弱于淡水的淋溶效果,收获后土壤盐分有明显的表聚现象;当灌溉水矿化度为5.0g·L-1时,收获后在0～60 cm深度电导率明显增加,在60～90 cm深度没有明显变化.     

半干旱地区播前灌溉和地膜覆盖对春小麦产量形成的影响

两年大田试验研究了播前灌溉和地膜覆盖对春小麦产量形成及水分利用的影响。试验设4个处理, 对照(CK)、播种前灌水30mm(W), 覆膜60d(M)和播种前灌水30mm加覆膜60d(WM)。结果表明, 播前灌溉后土壤水分状况得到明显改善, 但由于土壤温度显著下降, 播前灌水会影响春小麦苗期的干物质积累。地膜覆盖在作物生育前期可以改善土壤水温条件, 促进干物质积累, 在后期则会导致土壤水分状况恶化, 导致收获指数的下降, 影响产量的形成和水分利用。在春小麦生产中将播前灌溉与地膜覆盖相结合: 一方面可以在作物出苗时及苗期改善土壤水温条件, 促进作物生长发育; 另一方面在产量形成的关键时期可以通过更好的水分条件去除覆膜的负效, 获得产量和水分利用效率的显著提高。     

干旱沙漠地区小麦田土壤水分变化的数值模拟

利用SWAP模拟程序模拟沙漠地区小麦土壤水势变化、水分利用的结果,无论是灌淤土,还是流动沙丘沙土,即使是在最低灌溉标准(土壤水分含量保持田间持水量的40%),小麦作物仍不受干旱威胁。由于每次灌溉水量偏大,以及土壤的高渗水特性,流动沙丘风沙土深层渗漏损失率高达60%~90%,而灌淤土也达30%~70%,这种损失随灌溉量增加而增加,这表明在这一地区将灌溉量降到目前的最低标准(6 490 m³·hm^-2)以下是值得考虑的。实验区土壤养分含量较低,且施肥改良土壤水肥保持能力的效果不能立即表现,在目前的施肥标准下,施肥量对土壤水势、以及水分利用率没有显著影响。流动沙丘沙土的灌溉量远高于灌淤土,但根系区土壤水势平均值、最低值均相对较高,特别是最低值是灌淤土的2~3倍。相比两种土壤,除在表土层、根系层土壤水势有明显差异之外,临界层以下土层并无显著差异。     

咸水灌溉对沙漠中罗布麻适应性的调控

 通过模拟测定不同矿化度咸水灌溉下红花罗布麻（Apocynum venetum）幼苗叶绿素荧光参数、叶水势和株高生长速率,研究了不同矿化度咸水灌溉对其适应性的调控。研究结果表明,随着灌水矿化度的增加,叶片样本的叶绿素含量呈先下降再升高的波动状态,叶水势基本保持稳定;光能的吸收、分配和耗散在10 g·L-1达到平衡,株高生长速率在10 g·L-1出现最大值9.8 mm·d-1;随着胁迫时间的延长,表征健康程度的最大量子产率Fv/Fm下降,对溶液中金属离子的吸收增加;第21天,表征抗逆性大小的非光化学淬灭系数NPQ出现极大值,吸收能量比例参数Y(Ⅱ)先下降再恢复,3种能量吸收、分配、耗散参数比例在10 g·L-1稳定于Y(Ⅱ):Y(NO):Y(NPQ)=65%∶20%∶15%。根据研究结果,建议在塔克拉玛干沙漠南缘红花罗布麻的育苗过程中,应该分阶段抚育,幼苗期宜采用5~10 g·L-1矿化度的咸水灌溉,保持较高叶水势,可以防止叶绿素分解;采用10 g·L-1的咸水灌溉可使其幼苗保持稳定的、较高的光化学能量转化比例,能够较好地调控其对塔克拉玛干沙漠南缘绿洲荒漠过渡带生境的适应性,有助于过渡带的恢复和建设。     

灌溉与施氮对留茬免耕春小麦产量、水分利用效率及氮肥表观利用效率的影响

在甘肃省石羊河流域绿洲灌区,研究了不同灌溉量(常规灌溉327 mm、节水20%灌溉261 mm和节水40%灌溉196 mm)和施氮量(0、140、221 kg·hm-2和300 kg·hm-2)对留茬免耕春小麦籽粒产量、秸秆产量、收获指数、水分利用效率和氮素表观利用效率的影响。结果表明,在各施氮处理中,春小麦籽粒产量、秸秆产量、收获指数随灌溉量增加而增加,水分利用效率和氮素利用效率随灌溉量增加先增加后降低。节水20%灌溉的水分利用效率和氮素表观利用效率最高。就各灌溉水平平均值而言,当施氮达到221 kg·hm-2,春小麦籽粒产量(6 365 kg\5hm-2)、收获指数 (0.49)、水分利用效率 (14.51 kg·mm-1·hm-2) 和氮素表观利用效率(21.8%)达到最大值。在与该试验条件相似地区,综合考虑籽粒产量、水分利用效率和氮素表观利用效率,节水20%灌溉和221 kg·hm-2施氮量为最优组合。     

稻田水量转换观测及模拟实验研究

对双季稻田水量转换 10年 (1991～ 2 0 0 0年 )定位观测 ,以及模拟不同水源条件的稻田水管理模式 ,解析田间水量转换的 5年 (1998～ 2 0 0 2年 )实验结果表明 ,稻田不同水管理田间水量转换有明显差异 ,常规管理田间耗水量的分配为 :腾发量占总耗水量 1/ 2 ,翻耕整地占 1/ 6 ,植物构成占 1/ 2 1,田间渗漏占 1/ 14 ,其他环境耗水 (维持 )占 1/ 5。长年水层灌溉田间腾发量和维持性环境耗水量偏大 ;耕灌雨养管理翻耕整地和田间渗漏耗水比例过高。水分生产力 (以年度单位面积上每耗水 1mm的产量计为kg/ (mm·hm2 ·a) ) ,稻谷产量 ,长年水层灌溉与常规管水一致 ,为 6 .6 5kg/ (mm·hm2 ·a) ,耕灌雨养处理较低 ,为 6 .13kg/ (mm·hm2 ·a)。群体光合累积效应处理间差异表现与产量差异表现相同 ,早稻差异很小 ,晚稻差异显著。叶片水分生产效率 ,早稻以水层灌溉最大 ,晚稻是常规管理最大 ,耕灌雨养处理早晚稻都较小。不同生育期这种大小关系也有变化     

膜下滴灌对梨树生长发育、果实品质及营养元素含量的影响

为筛选出甘肃中西部沙漠边缘区梨树高效优质栽培适宜的灌溉模式,研究梨树抗旱生理机制,选用9年生"黄冠"梨树,以常规漫灌为对照（CK）,设计5种膜下滴灌处理（依灌溉时期和单次灌溉量,分为T1~T5）,测定并分析了叶片和一年生枝条生长情况、果实产量和品质以及不同器官中营养元素的含量,综合评价不同处理的效果。结果表明：与CK相比,灌溉处理下叶片面积和叶绿素a、b含量无明显变化,但叶片的物质积累、失水速率、水分饱和亏缺均存在显著差异。灌水量与枝梢长度、粗度显著负相关,T5处理更有利于枝梢的生长。不同处理对营养元素含量的影响明显,T3最有利于促进叶片营养元素的积累,T2处理下果实中营养元素积累显著提升,并且灌水量与叶片中P含量显著负相关。T3、T4和T5处理单株产量与CK无明显差异,但果实品质性状差异较大,T5处理可溶性固形物含量显著高于CK,且品质性状综合评判值最大,而T3处理果实品质表现较差。因此,根据树体枝叶生长、果实产量和品质综合表现,处理T5（冬灌1次、每年滴灌9次,生长季节灌水量5 670 m³·hm^-2,年灌水总量7 340 m³·hm^-2）为沙漠边缘区梨园适宜的节水灌溉模式。     

塔里木沙漠公路防护林滴灌水分利用效率分析

塔里木沙漠公路防护林生态工程全长436 km,是沙漠公路沿线一条重要的绿色长廊,沙漠公路防护林带以滴灌为主,灌溉水源就地开采沙漠公路沿线的地下咸水(3.26～26.65 g·L-1),建有110眼灌溉机井,设计滴头流量为3.6 L·h-1,每次灌水时间6 h。针对沙漠公路防护林滴灌的灌水效率,开展了滴灌与根灌的对比灌溉试验,试验结果表明,滴灌水量转化成有效土壤水分的利用率不到50%,滴灌存在地表土壤水分蒸发损失、灌溉水有效利用率低等问题,为沙漠公路防护林提高灌水效率、提高灌溉水的有效利用率,提供科学依据。     

秸秆覆盖下的夏玉米蒸散、水分利用效率和作物系数的变化

农业用水占华北水资源的70%以上,提高农业用水的效率对华北水资源安全具有重要意义。在节水农业研究中,利用农艺节水提高农田水分利用效率是节水农业的重要组成部分,其中减少农田无效棵间蒸发耗水和优化供水制度是主要的农艺节水措施。夏玉米是华北太行山山前平原的主要作物之一,一般在冬小麦收获前的5～7天套种在其中,以延长夏玉米的生育期。随着联合收割机的广泛应用,冬小麦收获后的秸秆直接覆盖夏玉米,对夏玉米的农田蒸散特别是苗期的蒸散产生影响;夏玉米生长在6～9月的雨季,一般年份降水能够满足夏玉米的需水要求,但夏季降水的分布变异较大,再加上近6年来的夏季干旱,使灌水对夏玉米的高产至关重要。为了提高夏玉米的农田水分利用效率,本研究的目的是建立秸秆覆盖下的夏玉米优化供水制度和研究秸秆覆盖对减少棵间无效耗水的影响及秸秆覆盖下的夏玉米作物系数的变化,为制定秸秆覆盖下的夏玉米优化供水制度提供依据。2年的实验结果显示,秸秆覆盖下的夏玉米产量在8000kg/ha,总蒸散量在390mm,水分利用效率在2.2kg/m3。干旱年份,夏玉米在灌四水的条件下产量最高,再增加灌水量,产量减少。水分利用效率随着灌水量的增加有所递减。     

人工牧草需水量的模拟计算及其有效性检验

 较高精度的模拟计算作物需水量对制定节水高效灌溉制度、灌溉排水规划和水资源合理配置至关重要。目前模拟计算作物需水量的主要方法有FAO-56双作物系数法、双涌源能量守恒模型、根系层水量平衡模型和SWAP模型。任何方法计算的作物需水量用于生产实践时,都应进行模拟结果的有效性检验。基于灌溉试验数据,应用联合国粮农组织推荐的FAO-56双作物系数法模拟计算了人工牧草——披碱草、冰草的需水量。并采用拟合相关图法、回归分析法和残差估计误差指示法对需水量模拟值进行了有效性检验。拟合相关图法给出统计相关趋势,属定性检验; 回归分析法和残差估计误差指示法给出了模拟值与实测值间的拟合优度和残差估计误差的范围,属定量检验。这种定性定量相结合的方法客观的检验了需水量模拟值与实测值的一致性,经有效性检验后的需水量模拟值可用于生产实践。     

根系分隔对小麦玉米套作田土壤水分状况的影响

2009年3-10月通过田间试验研究了小麦玉米套作田塑料薄膜隔根（PW/C）、尼龙网隔根（NW/C）、不隔根（W/C）及单作玉米（C）和单作小麦（W）的土壤水分状况。结果表明：以单作小麦、单作玉米加权平均为对照,W/C、NW/C和PW/C处理分别显著提高经济产量33.60 %、26.93%和24.69%,增大耗水量-0.2%、1.02%和6.69%,显著提高水分利用效率34.93%、26.67%和17.80%。W/C处理较NW/C和PW/C处理分别提高经济产量5.25%和7.14%,降低耗水量1.21%和6.64%,提高水分利用效率6.52%和14.54%。小麦玉米共生期,土壤水分在套作群体组分间能够优化分配,根系分隔显著降低了作物群体产量及对土壤水分的利用效率。     

荒漠绿洲区间作和密植对作物产量和水分利用效率的影响

针对间作种植模式下密植潜力薄弱、水资源不足、生产实践中难以同步提高产量和水分利用效率(WUE)的问题,在河西荒漠绿洲区通过大田试验研究了4个(5.25、6.00、6.75、7.50万株·hm^-2)玉米密度水平下玉米间作豌豆群体的产量和水分利用效率,以期为构建禾豆间作在密植条件下的高效节水技术提供理论依据。结果表明:玉米间作豌豆的土地当量比(LER)平均达到1.16,且LER随玉米密度的增大而增大。单位面积间作玉米的产量平均达到了相应单作的74.87%;随玉米密度的增大,作物产量的最大值均出现在高密度(6.75、7.50万株·hm^-2)处理中。间作0~120 cm土层平均土壤含水量平均低于单作玉米1.60%,但平均高于单作豌豆6.70%;两年内单作玉米和间作0~120 cm土层平均土壤含水量均在高密度(7.50万株·hm^-2)处理时最大。由于土壤贮水量、降雨量、灌水等诸多因素的影响,间作较单作增加了耗水量(ET),上述间作的ET比单作高19.23%~23.66%。与单作WUE加权平均相比较,间作的WUE分别高于单作11.08%、13.32%、18.86%和28.06%;不同玉米密度处理中,密度3(6.75万株·hm^-2)的WUE表现出了优势。因此,在河西荒漠绿洲区,同步提高作物产量和水分利用效率的有效措施之一是间作和密植条件。     

咸水灌溉对黄河蜜瓜产量和品质的影响

分析了不同矿化度(0.8 g·L^-1、2 g·L^-1和5 g·L^-1)灌溉水灌溉对黄河蜜瓜产量、作物抗性和果实品质的影响.结果表明:随着灌溉水矿化度的增加,作物耗水量逐渐降低,间苗后第49天之前耗水量明显降低,但随着高矿化度水持续使用,耗水量在定植后第49天有所增加;作物叶面积指数和叶面积持续时间不断降低;果实上市产量不断降低,但果实个数没有明显变化;收获指数不断增加;果实的可溶物总量明显增加;单个果实的种子数量明显增加;果实形状指数明显增加,灌溉水矿化度越高瓜形越接近球形.土壤电导率超过2.7 dS·m^-1时每增加单位土壤电导率作物总产量降低12.7%.     

民勤绿洲水资源利用中的问题与节水途径

石羊河进入民勤盆地的水资源逐年递减,导致绿洲内部地下水的过度超采,从而引起生态环境恶化及农田弃耕、沙化。缺水己严重地威胁着绿洲农业的发展。但是不合理的水资源管理制度、落后的灌溉方法和产业结构等使水资源的利用很不合理,灌溉水的利用率低下。改革目前的水资源管理办法,完善和配套渠系工程和田间工程,选用节水的优良作物品种,调整农业产业结构,推广应用先进的灌溉技术,逐步发展现代节水农业,建立节水型社会是民勤实施可持续发展战略的必由之路。     

干旱区绿洲不同种植模式作物的耗水特征

研究了限量交替灌溉条件下小麦间作玉米的产量效应和水分利用效率(WUE),并采用微型蒸渗仪测定了小麦间作玉米的棵间蒸发量,分析了影响间作棵间蒸发量的主要因素。结果表明,在低、中、高3个灌水水平下,小麦间作玉米的土地当量比分别达到了1.25、1.22、1.28,WUE较单作小麦和单作玉米的加权平均分别提高了5.8%、7.2%、16.9%。间作的日棵间蒸发量较单作加权平均分别高10.75%、8.53%、4.41%,棵间蒸发量占蒸散量比重间作较单作高6.0%～11.7%,降低表土层的土壤含水量是降低间作棵间蒸发的可行措施之一。间作通过叶日积的增大提高了作物产量和WUE,但其全生育期较低的叶面积指数不利于无效蒸发的抑制。     

砾石直径和补灌量对砂田西瓜根系分布的影响

采用剖面取样分析方法对砂田西瓜4种补灌量（0 mm,23 mm,4 mm 5和68 mm）和三种粒径（2~5 mm,5~20 mm和20~60 mm）砾石覆盖及不覆盖对照的根系分布进行了研究。结果表明,砂田西瓜有一个发达的根系,根系最长可扩展到1.5 m的深度,但83%以上的根系集中在1 m以上的土层,西瓜田覆盖砾石比对照的根系长度密度增加75%以上。砾石直径20~60 mm的覆盖处理,RLD显著高于2~5 mm直径的处理,降雨量较高的2002年,顶部50 cm土层有更多的根系,降雨量少的年份,下部土层的根系明显增多,但整个土层的总根系长度低于降雨较多的年份。2001年补灌45 mm和68 mm处理的根系长度密度明显高于不补灌的处理,但2002年随补灌量的增加,下部土层根系长度密度减少。降雨少的2001年,补灌增加了西瓜根系的长度密度、蒸散量、产量和水分生产率,而降雨多的2002年,补灌后根系长度密度减少,水分生产率降低。不同直径的砾石覆盖,产量没有显著差别,但由于大粒径砾石覆盖增加了土壤蒸发,虽然根系长度密度增加,但水分生产率降低。结果说明,砾石直径、降雨和补灌量对砂田西瓜的根系分布有明显的影响,用5~20 mm粒径砾石覆盖,并保持适度的水胁迫不仅有利于根系的扩展,而且能提高西瓜的水分利用率。