新疆农田排水技术治理盐碱地的发展概况

农田排水技术是解决土壤盐渍化的重要方式之一。近年来依赖合理的农业节水技术和管理理念对耕地进行改造,地下水位逐年降低,绿洲农业的快速发展使人们产生重灌轻排的思想。然而本质上盐分并未脱离土壤,耕地存在次生盐渍化风险,农田排水技术任重道远。实践证明,长期应用农田排水技术在盐碱地改良、提高作物产量、促进农业经济发展等方面起着积极作用。对解放以来新疆农田排水技术治理盐碱化的发展及概况进行梳理和总结,指出农田排水技术在实际发展中存在的实际问题,并提出新形势下通过排水技术治理盐碱化的措施与建议,为今后新疆滴灌盐渍区土壤治理提供参考。     

不同盐胁迫对滴灌棉花生理生长及产量的影响

为探明不同程度轻度盐胁迫对滴灌棉花光合生理、生长指标及产量的影响,采取桶栽的方式人为设置不同土壤含盐量,研究了6种不同盐胁迫(CK:1.5g/kg,T1:3.0g/kg,T2:4.0g/kg,T3:5.3g/kg,T4:6.2g/kg,T5:7.3g/kg)处理下棉花的生理生长及产量的变化规律,为新疆轻度盐碱地棉花栽培管理提供理论基础。结果表明,随着盐胁迫程度的增加及胁迫时间的延长,棉花光合生理指标均呈下降趋势(P0.01)。T1、T2处理对棉花净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(Gs)、细胞间CO_2浓度(Ci)及叶片水分利用效率(WUE)的影响不显著(P0.05),而T3、T4及T5处理对光合生理指标具有显著抑制性(P0.05);生育前期盐分胁迫下P_n与T_r、G_s、C_i均呈下降趋势,而L_s值随着盐胁迫的增加呈升高趋势。吐絮期的P_n、G_s、_Ls均小于蕾期,而C_i却大于蕾期;株高、叶面积在生育前期受到盐胁迫的影响显著,到生育后期T2、T3处理株高、叶面积增长迅速,最大值均为T3处理;T1、T2较CK处理对棉花产量及单株铃数、单铃质量影响不大,T3处理产量迅速降低,通过分段耐盐函数得到棉花在0—40cm土层全生育期的耐盐临界值为5.441 9g/kg(St)、耐盐极限值为44.201 6g/kg(S0);产量与P_n、WUE、株高(H)、叶面积(S)拟合程度较好,相关系数分别为0.69,0.73,0.50和0.72。综合分析,与中、重度盐分胁迫相比,轻度盐胁迫下导致棉花光合速率下降的原因生育前期为气孔限制因素,生育后期为非气孔限制因素,光合参数与盐胁迫程度关系密切,而棉花产量又表现出与光合作用指标具有较好的相关关系。     

盐碱地滴灌春小麦光合特性与耐盐指标研究

通过盆栽试验,在非盐化土、轻度盐化土、中度盐化土、强度盐化土、盐土等5种不同的土壤盐分含量(分别为CK:2.0 g/kg、T1:5.0 g/kg、T2:9.0 g/kg、T3:16.5 g/kg、T4:24.5 g/kg)处理条件下,使用美国产CI-340型手持式光合仪于春小麦拔节期(5月20日)、抽穗期(5月28日)和乳熟期(6月11日)测定了光合有效辐射、气温、大气CO2浓度等环境因子指标,以及净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度等光合生理特性指标的变化,根据记录数据计算叶片光合作用的气孔限制值和非气孔限制值,同时观测了春小麦产量和土壤盐分数据,通过线性回归分析计算耐盐指标。结果表明,不同盐分处理下春小麦叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度日变化规律相近,光合作用"午休"现象明显。气孔与非气孔因素同时存在限制春小麦叶片光合作用,净光合速率的下降在低盐分土壤处理下主要由气孔因素引起,而在高盐分土壤处理下主要由非气孔因素引起。春小麦在0~40 cm土层耐盐临界值为6.46 g/kg,耐盐极限值为30.72 g/kg;减产10%的耐盐阈值为9.63 g/kg。初步认为滴灌春小麦适宜种植于非盐化土以及轻度盐化土。     

蒸发条件下地下水对土壤水盐分布的影响

土壤水分是盐分运移的载体,蒸发条件下地下水会对土壤盐碱化产生一定影响。本文在白炽灯（275 W）模拟稳定蒸发和土柱模拟50 cm地下水位的条件下,设置4组重复,试验中水温盐传感器每隔1 h采集一组数据,测定土柱中5～50 cm的土壤水、盐含量,观察表层析出盐分。结果表明：蒸发条件下盐分聚集过程中,距地表30 cm处土壤水、盐含量在蒸发进行3 d左右出现峰值;距地表30 cm处含水率的定值略低于距地表50 cm处含水率定值,而含盐量定值与距地表50 cm处含水率定值相近。距地表10 cm处土层水盐含量在蒸发进行第7天左右时间出现峰值,然后水分逐渐降低并趋近一个定值;说明距地表30 cm以下土体作为一个通道起到盐分的传递作用,土柱蒸发结束后,形成“浅集表聚”的分布特征。K⁺、Na⁺和Mg²⁺的含量从纵剖面分析都呈现自下而上50～25 cm逐渐减小、25～0 cm逐渐升高的趋势,并且三种离子都在25 cm埋深即土柱的1/2处产生一个最小值;除去表层由于反盐堆积的离子外,CO₃^2-、SO₄^2-在蒸发过程中无太大波动。蒸发结束后,4种阴离子除HCO₃^-含量大于初始值外,其它3种离子均小于初始值。     

PBAT生物降解膜覆盖对绿洲滴灌棉花土壤水热及产量的影响

为应对农田残膜污染,探明基于聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)材料的完全生物降解地膜代替普通塑料地膜与滴灌结合在棉花滴灌上应用效果,于2015-2016年在新疆石河子大学节水灌溉试验站,分别设置4种不同厚度和降解诱导期生物降解地膜和普通塑料地膜共5种不同处理,研究不同覆盖对滴灌棉花土壤温度、水分及产量的影响,并对可降解膜降解性能和经济效益对比分析.2a试验结果表明,覆膜60～80 d开始出现降解,至覆盖180 d后出现均匀细纹并未完全降解,0.012mm可降解地膜覆膜180 d仅仅出现裂纹,降解速度较慢.0.010mm和0.012mm厚完全生物可降解地膜处理棉花苗期土壤0～25 cm平均温度较对照分别低0.94℃和1.34℃(P＜0.05),但随着作物生长两者差异逐渐减小.4种类型可降解膜覆盖在棉花生长前期均能提高土壤土壤水分,但随地膜降解和棉花生长后期则显著降低,与普通塑料地膜相比土壤水分显著降低1％～3％.总体而言,覆盖完全生物可降解地膜处理2a平均产量较CK减少2％～3％,水分利用效率减少4％左右(P＜0.05),净收入少1 858.5元/hm2 (10.2％),4种类型可降解地膜产投比相比,厚度较薄0.010mm处理应用经济效果较好.可见,目前全生物降解地膜若要代替普通地膜,解决残膜污染,仍需进行较大的改善.     

模糊数学综合评判分析北疆加工番茄水氮耦合效应

为探求北疆地区种植加工番茄节水、节肥、高产、高效的科学灌溉施肥制度,本研究于2017-2018年在石河子大学节水灌溉试验站开展水氮耦合试验。试验设置4个灌溉水平,3个施氮梯度进行完全组合设计,分析不同水氮处理下加工番茄的生长生理指标、品质因素和经济效益。结果表明,适宜的水氮耦合对加工番茄的株高、茎粗影响极显著(P<0.01)。灌溉量对加工番茄花期的光合指标影响显著,水氮耦合对番茄花期净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)影响显著(P<0.05)。较低、较高的灌溉施氮量不利于加工番茄的增产以及果实品质和灌溉水利用效率的提高。基于模糊数学综合评价法认为,当考虑节水、节肥、经济及环境等综合效益时,应设置灌溉量为4 500 m³·hm^-2,施氮量为225 kg·hm^-2。综上所述,适宜的灌溉量和施氮量可以提高作物经济效益和农户的种植积极性。本研究结果对改善北疆农田肥料污染,提高水肥利用效率具有深远意义。     

水分传感器位置和灌水阈值对棉花生理及产量的影响

为了探索适宜的水分传感器位置、灌水阈值等因素对膜下滴灌棉花叶绿素荧光参数及产量的影响,通过大田试验,设置3种灌水阈值和3种决策传感器,设置二因素三水平完全处理的试验.结果表明:水分传感器位置因素、水分传感器位置与灌水阈值两因素交互作用对棉花叶片叶绿素荧光参数(F_v/F_m,F_v/F_o,q~P,NPQ,Y(Ⅱ),ETR)达到显著性水平(P0.05),灌水阈值因素对棉花以上指标未达到显著性水平(P0.05).棉花叶片叶绿素荧光参数、籽棉产量最大值均为水分传感器位置在地表下40 cm、中等灌水阈值的处理T5,NPQ最大值为处理CK.根据试验结果,初步认定处理T5可为新疆自动化控制灌溉提供理论依据.     

春灌对绿洲区棉田水盐分布及产量的影响

为了解不同春灌定额对北疆绿洲区棉田土壤水盐分布及棉花产量的影响,确定合理的春灌定额,通过大田小区试验,比较了不同春灌处理(T1:800 m3/hm2,T2:1 300 m3/hm2,T3:1 800 m3/hm2,T4:2 300 m3/hm2)及灌后不同时间对0~200 cm土壤水盐分布及棉花产量的影响。结果表明,小定额春灌水量对棉田土壤保墒能力及盐分淋洗效果均不显著,当达到T3处理时,可使0~200 cm土层平均含水率保持在19.89%左右,亦使土壤表层盐分淋洗至80 cm以下,0~40 cm土层盐分含量降至2.07~2.27 g/kg;春灌改善了棉田水盐环境,与T1处理相比,T2、T3及T4处理下的产量分别增加了9.6%、25.4%及27.0%。从水资源高效利用及经济效益考虑春灌定额1 800 m3/hm2可使棉田土壤达到适宜的水盐环境,也可得到6 264.583 kg/hm2的较高产量。     

新疆现行灌溉制度下膜下滴灌棉田土壤盐分分布变化

分析了膜下滴灌应用典型灌区新疆石河子121团连续4年的定点监测膜下滴灌棉田盐分。结果表明,盐分在膜下滴灌灌水作用下不断向远离滴灌带的区域迁移,水平方向逐渐向膜间裸地聚集,垂直方向逐渐向下层运移。剖面盐分随滴灌应用年限的增加逐渐由上大下小变化为上下均一的垂线状,这个过程尤其在滴灌应用2~4年表现得比较明显。滴灌应用4年深层(140 cm土层)开始脱盐,滴灌应用5年基本达到作物适宜耐盐含量。盐分降低主要原因在于当地的灌溉制度。灌水特别是较大定额的灌水,改变了盐分自然分布特点。在周期性灌水作用下,各年生育期内盐分含量相对较低,土壤盐分总量呈降低趋势。盐分降低主要时期在出苗水灌后及花铃后期。随滴灌应用年限的增加,300 cm深度范围内土壤盐分也逐渐降低,滴灌应用约10年左右呈铅垂线改良型分布特点。现行膜下滴灌灌水制度在滴灌应用5年以上应适当减少花铃期的灌水定额,灌溉定额可降至618 mm左右,但苗期灌水仍需保持较大的灌水定额。     

基于HYDRUS-1D模型的灌排联合下的水盐运移模拟

为探索灌排联合下土壤水盐运移规律,通过室内土柱试验,采用灌水量、排水模式二因素三水平完全处理,灌水设置3个水平:灌水定额分别为15、25、35 L(分别标记为W15、W25、W35),排水模式设置3种:排水管d=7 cm、排水管d=5 cm、无排水管(分别标记为P7、P5、P0),研究分析土壤水盐动态变化规律,并利用HYDRUS-1D模型对灌排联合下水盐运移规律进行数值模拟分析与验证.结果表明:灌水量相同时,土壤含水率和含盐量变化效果总体表现为:排水管d=7 cm>排水管d=5 cm>无排水管,且有排水管处理显著优于无排水管的处理(P<0.05);经过3次灌水淋洗后,各处理0～20 cm土层内土壤盐分淋洗效果最显著,灌水定额35L及排水管d=7 cm处理下脱盐率达到最大值83.69％;经过实测值与模拟值的验证,随着灌水量、灌水次数、土壤深度和排水措施变化,土壤水分和盐分的均方根误差RMSE最大分别为1.321和0.912,决定系数R2最小分别为0.813和0.842,土壤水盐含量的模拟值和实测值有较好的拟合性,该模型具有一定可靠性,这将为干旱区灌排联合模式下的水盐运移理论研究提供帮助.