膜下滴灌土壤水盐与玉米产量对节水控盐灌溉模式响应的模拟

土壤盐渍化是干旱灌区农业可持续发展亟待解决的关键问题,膜下滴灌加适宜的节水控盐灌溉制度可有效控制根区土壤盐分,并提升作物产量。该研究以河套灌区玉米膜下滴灌田间试验为基础,应用农业水文模型（Agro-Hydrological & Chemical and Crop systems simulator, AHC）模拟分析了膜下滴灌农田土壤盐分胁迫和玉米产量对不同灌溉制度的响应,以期获得不同程度盐渍化土壤膜下滴灌玉米适宜的节水控盐灌溉制度。结果表明,土壤盐渍化、灌水下限及淋盐灌溉显著影响玉米灌溉制度和玉米耗水、产量与水分利用效率。轻度和中度盐渍化土壤玉米膜下滴灌适宜的节水-控盐-增产灌水下限分别为–25和–15 kPa,次灌水量为对应灌水下限无淋盐处理的灌水量与淋盐水量之和。轻度盐渍化土壤灌水下限为–25 kPa时,与不淋盐处理相比,淋盐处理盐分胁迫系数平均值可提高12.4%,产量可提高16.9%;中度盐渍化土壤灌水下限为–15 kPa时,与不淋盐处理相比,淋盐处理盐分胁迫系数平均值可提高31.1%,产量可提高25.2%。研究结果为河套灌区及类似干旱灌区玉米农田土壤水盐调控与灌溉管理提供科学依据。     

微润管埋深与间距对日光温室番茄土壤水盐运移的影响

为探求微润灌溉对于日光温室次生盐渍化土壤的影响,设置3种毛管埋深（10、20和30 cm）和3种毛管间距不同的布置（1管2行、2管2行、3管2行,2行指番茄行）,以膜下滴灌（CK）为对照,分析日光温室土壤水盐分布的变化。结果表明,日光温室耕层土壤（0～20 cm）平均含盐量达2.745 g/kg,接近阻碍作物生长的临界点（2.75 g/kg）,发生了轻度次生盐渍化。与CK比较,微润灌溉具有较高的脱盐效果,0～60 cm土层平均相对脱盐率较CK提高了32.49%,0～30 cm主根区较CK提高了76.30%（P<0.05）。可用幂函数较好地描述微润灌溉日光温室番茄主根区土壤盐分随定植后天数的动态变化过程。微润管埋深是影响土壤水盐分布的重要因素,在微润管埋深处土壤形成一个高水低盐区,毛管浅埋有利于主根区土壤（0～30 cm）盐分的淋洗,深埋有利于次根区土壤（>30~60 cm）盐分的淋洗,埋深30 cm,1管2行组合番茄生育末期土壤含盐量有升高趋势,可能会加剧土壤次生盐渍化。结合日光温室盐分累积及番茄根系分布特征,埋深10 cm,3管2行为轻度次生盐渍化土壤适宜的应用模式（该组合综合脱盐效果最好,0～60 cm土层平均相对脱盐率为22.27%,主根区相对脱盐率为29.86%,比CK提高1倍以上）。该研究为微润灌溉在日光温室的应用提供参考。     

基于数值模拟的土壤水渗漏对降雨条件的响应

为了揭示土壤水渗漏对不同降雨条件的响应规律,采用数值模拟方法模拟了不同降雨情景下土壤水渗漏量的变化,并与实际降雨条件下现场观测结果进行比较.结果表明,土壤水的渗漏率与降雨强度关系密切;在保持总降雨量不变的前提下,低频率但高强度的降雨条件下土壤水渗漏总量明显高于高频率但低强度的降雨条件下的土壤水渗漏总量.土壤水瞬时下渗率与前期降雨事件有关,短时间内多次出现的降雨事件显著增大土壤水的下渗率.本研究可为减少土壤营养物质流失以及制定合理的农田水肥管理措施提供理论依据和科学指导.     

种植方式对宁夏银北灌区盐碱地土壤水热盐及玉米生长的影响

为寻求宁夏银北灌区盐碱地春玉米适宜的栽培方式,以传统平播(TF)为对照,用田间小区试验的方法研究了秸秆覆盖+平播(FS)、半膜平播(FP)、起垄沟播(RF)、垄膜沟播(PRF)等不同种植方式(处理)对平罗县盐碱地土壤水热盐及玉米生长的影响。结果表明:与对照(TF)相比,在玉米拔节初期,PRF处理10～25 cm土层日平均温度提高1.53℃,5 cm深处中午时段的土温降低,5～25 cm土层早晨和傍晚两时段温度上升,土壤温度日变化变得平缓;PRF处理土壤含水率提高,耕层土壤盐分含量下降效果明显,0～20 cm土层和20～40 cm土层土壤含水率分别提高了2.63%和3.68%,全盐含量分别降低了29.22%和50.55%;PRF处理出苗后第80 d玉米株高增加了99.67 cm,茎粗增加了0.72 cm;玉米籽粒产量较对照提高了56.18%,为各处理中最高。总之,垄膜沟播玉米种植方式能够改善宁夏银北灌区盐碱地土壤水、热、盐环境,提高玉米产量,是当地盐碱地玉米生产的适宜种植方式。     

不同地下水埋深与灌水量对玉米生长效应及产量的影响

为探究不同地下水埋深与灌水量对玉米生长效应调控及产量的影响,在河套灌区开展了2年的田间试验。试验通过设置地下埋深1.4 m(S1)、1.8 m(S2)、2.2 m(S3)和灌水量90 mm(W1)、110 mm(W2)、135 mm(W3)2个因素,共9种处理,对玉米生长指标、产量及水分利用效率等进行分析。结果表明,玉米株高和茎粗在生育期前期增速最快,拔节期株高较苗期平均提高近3倍,茎粗增加31.5%～46.8%;叶面积指数在整个生育期呈快速增长到相对平缓、再到衰减的趋势,各处理间差异显著（P<0.05）;S2W2处理整体效果较好,水分利用效率提高8.9%～34.4%,增产7.8%～26.4%;通径分析表明,百粒质量是玉米产量的主要决策因子,茎粗是限制因子,地下水埋深与灌水量通过增加叶面积指数、促进光合作用从而提高百粒质量促使玉米增产,并基于地下水埋深与灌水量对水分利用效率和玉米产量影响的分析,建议河套灌区玉米生育期平均地下水埋深控制在1.75～1.85 m之间,灌水量为107.3～116.5 mm。研究成果可为河套灌区及类似地区不同地下水埋深条件下节水灌溉和提高作物产量提供科学...     

河套灌区土壤水盐和作物生长的HYDRUS-EPIC模型分布式模拟

土壤水盐是影响干旱灌区作物产量的主要因素。分布式模型可综合考虑土壤、水文和气象因子在灌区的时空变异特征,为评估区域尺度土壤水盐与作物生长状况提供有效工具。该文以河套灌区解放闸灌域为研究区,根据气象-土壤-作物-灌溉等因子的空间分布特征进行均质单元划分,建立基于一维农业水文模型HYDRUS-EPIC的灌区尺度分布式模型。利用2012年和2013年定点观测数据(土壤水分、盐分、叶面积指数和作物产量)进行模型率定与验证;进一步应用模型以求探明现状灌溉条件下研究区土壤水盐与作物生长状况及存在的问题。结果表明:生育期内灌区根区土壤(0~100 cm)有效饱和度为0.44~0.90,基本满足作物耗水需求;根区土壤溶液平均盐分浓度为3.1~13.5 g/L,相应地作物的相对产量为0.35~1.33,土壤盐分过高成为限制研究区作物产量的主因。为调控根区土壤水盐状况,对地下水深埋区(东北部)需进行灌水量的适宜补充,宜将浅埋区(西北、西南等)地下水平均埋深控制在1.3 m以下。     

宁夏引黄灌区菜田利用地下水喷灌对土壤水盐动态的影响

以引黄灌水地面灌溉为对照,研究了2016～2018年宁夏引黄灌区利用地下水喷灌进行蔬菜生产对当地地下水水位及其水质、土壤剖面盐分含量的影响。结果表明,汲取地下水喷灌进行蔬菜生产,可使当地地下水位显著降低、降低幅度达0.13～0.75 m,地下水矿化度、pH值明显下降,降低范围分别为0.05～1.14 g L-1和0.01～0.44。汲取地下水喷灌区同一月份同一深度土层土壤盐分含量逐年降低,年际间差异显著(P 0.05);与引黄河水地面灌溉相比,汲取地下水喷灌区试验第一年特别是0～20 cm土层土壤盐分含量降低幅度相对较小,而至第三年20～80 cm土层土壤盐分含量低于引黄河水地面灌溉区相同深度土层土壤,蔬菜产量为30000.0 kg hm~(-2),效益为4500.0元hm~(-2),较引黄河水地面灌溉区高16927.5 kg hm~(-2)和3277.5元hm~(-2)。这一研究结果可为合理利用当地水资源,缓解宁夏引黄灌区用水紧张局面、控制地下水位和改良治理灌区盐碱地提供理论依据。     

微咸水灌溉对土壤水盐动态与春小麦产量的影响

为了探究合理的微咸水灌溉利用模式,分别于2007年和2008年在宁夏银北惠农引黄灌区开展微咸水灌溉试验,研究了该地区微咸水灌溉对土壤水盐动态、春小麦产量的影响。研究结果表明：表层（0～30 cm）土壤含水率和含盐量变化较大,而30 cm以下土层的含水率和含盐量变化相对较小。渠灌条件下,春小麦全生育期内土壤根区（0～90 cm）处于明显的脱盐状态,而井渠混灌处理即使在相对干旱的年份也可保持根区土壤的盐分平衡,但井灌处理根区则出现明显积盐现象。春小麦耗水量和水分利用效率均随着灌水矿化度的增加而降低。与渠灌相比,井渠混灌模式的春小麦减产较小,而井灌处理的减产为20%～30%。在银北惠农地区,采用井渠1︰1的混灌模式是春小麦的适宜微咸水灌溉利用 模式。     

不同地下水埋深条件下再生水灌溉对冬小麦生长的影响

为给地下水浅埋区再生水作物安全灌溉提供科学指导,该文利用地中渗透仪控制地下水位,研究不同地下水埋深条件下再生水灌溉对冬小麦生长的影响。结果表明：灌水量相同时,地下水埋深对作物生长影响顺序为:埋深2 m>埋深3 m>埋深4 m;灌水量不同时,地下水埋深为2 m的处理,低水处理较高水处理更能促进冬小麦干物质量和产量的增长;地下水埋深为3 m和4 m时,高水处理较低水处理更能促进冬小麦干物质量和产量的增长。再生水灌溉对冬小麦生长有一定的促进作用。     

微咸水非充分灌溉对土壤水盐分布与冬小麦产量的影响

为了实现高效用水,缓解北方地区水资源紧缺的状况,根据河北省中科院南皮生态农业试验站2003－2005年的冬小麦微咸水非充分灌溉田间试验资料,研究了微咸水非充分灌溉对土壤含盐量、冬小麦产量和产量构成因素以及水分利用效率的影响。结果表明,从拔节前到麦收后的冬小麦主根区土壤含盐量随着生育期的发展呈明显升高趋势;随着缺水阶段的后移,0～100 cm深度土壤积盐程度逐渐增大;穗粒数对缺拔节水敏感程度最高,缺抽穗水对单位面积穗数的影响最大,缺灌浆水对千粒重的负效应最大;总的来说产量随着缺水阶段的后移,水分胁迫的负效应逐渐减小,水分利用效率随着缺水阶段的后移有所提高,微咸水非充分灌溉的灌水优先顺序应为拔节水、抽穗水和灌浆水。该研究为黄淮海地区冬小麦在微咸水非充分灌溉下的适宜灌溉次数和灌溉水量的确定提供了科学依据,有利于合理开发利用当地微咸水资源。     

基于HYDRUS-1D模型的荒漠绿洲水盐运移模拟与评估

针对河套灌区引水量逐年减少、荒漠绿洲农业生态环境恶化等问题,该研究以沙丘-荒地-海子系统为研究对象,通过2a定点观测,利用HYDRUS-1D模型对沙丘、沙丘-荒地交界和荒地进行了不同时期水盐动态模拟,揭示了荒漠绿洲水盐运移特征,评价了荒漠绿洲农业生态状况.结果表明:1)沙丘、沙丘-荒地交界和荒地土壤水分和盐分率定与验证...     

冻融期气温与土壤水盐运移特征研究

在中国西北干旱、寒冷地区,冻融作用是土壤盐碱化独特的形成机制。该文以内蒙古河套灌区为例,基于田间实测资料,对土壤冻融期间多年水分、盐分和温度的变化规律进行分析。研究结果表明：不同土层各个年度的土壤温度变化规律基本一致,土壤温度的变化滞后于气温的变化,而且滞后时间随着土层深度的增大而增大;气温的降低引起了土壤温度的降低,从而引起水分和盐分的迁移;盐分的时间变异系数(0.30～0.85)大于水分的变异系数(0.02～0.40),说明盐分的运移机制比水分运移机制复杂。该研究结果为河套灌区冻融土壤水热盐耦合模拟的研究和秋浇制度的制定提供了基础理论依据。     

不同微咸水组合灌溉对土壤水盐分布和冬小麦产量影响的田间试验研究

为了研究不同组合灌溉顺序对土壤水盐分布状况和冬小麦产量的影响,2003年-2005年在河北省中科院南皮生态试验站进行了冬小麦田间微咸水灌溉试验。通过对冬小麦主根区和100 cm深度土壤的水、盐分布状况和冬小麦产量进行分析,结果表明3 g/L的微咸水可以作为冬小麦的灌溉用水,但连续使用会导致土壤发生积盐;拔节期应尽量避免使用微咸水,且不宜连续使用微咸水进行灌溉,组合灌溉最好采用咸淡交替的方式;综合土壤的积盐状况和冬小麦产量分析,淡（拔节水）淡（抽穗水）咸（灌浆水）的组合灌溉顺序为最优方案,该研究为合理开发利用灌区地下微咸水提供了依据。     

地下水作用下微咸水灌溉对土壤及作物的影响

随着微咸水灌溉面积逐年增加,不合理的灌溉对土壤环境造成了不同程度的污染。该文采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水灌溉夏玉米对土壤-作物系统环境因子的影响。研究结果表明：在地下水水位低于3 m地区进行微咸水灌溉,0～100 cm的土层内不会形成严重的积盐现象。当灌水水质为4 g/L时,灌水水质对土壤盐分环境的影响大于地下水埋深对其的影响。地下水埋深越深,夏玉米叶面积指数、株高及产量越小,且随灌溉水盐分水平的增加而减小,地下水埋深对夏玉米形态指标的影响大于盐分水平对其的影响。     

多因素影响下土壤上升毛管水运动特性HYDRUS模拟及验证

基于饱和—非饱和土壤水分运动理论,通过HYDRUS-1D软件对多因素作用下的土壤上升毛管水运动进行模拟,研究土壤容重、黏粒含量、初始含水率、地下水埋深和时间5个因素对上升毛管水运动特性的影响。分别建立上升毛管水补给量和毛管水上升高度与各影响因素之间经验模型,其均方根误差均为0.003 cm,相关系数均大于0.99,决定系数均大于0.98(P0.01),计算值与实测值相对误差均小于11.25%。各影响因素对上升毛管水补给量的影响程度由大到小依次为时间、土壤容重、初始含水率、黏粒含量、地下水埋深,对毛管水上升高度的影响程度由大到小依次为时间、初始含水率、黏粒含量、土壤容重、地下水埋深。采用截距为0的线性函数对毛管水上升高度与上升毛管水补给量之间的关系曲线进行拟合,其决定系数均在0.96以上,表明其两者之间呈显著线性关系。该研究成果可为制定灌溉和排水以及盐碱地改良等措施提供理论依据。     

咸水沟灌对土壤水盐变化与棉花生长及产量的影响

为持续高效利用咸水资源,在棉花长期定位咸水沟灌试验（始于2006年）的基础上,研究了不同矿化度（1、2、4、6、8、10 g/L）咸水连续灌溉第10年土壤水盐分布与棉花生长响应以及历年土壤盐分和籽棉产量的变化特征。结果表明：1）年际间,各处理0～100 cm土层土壤盐分受灌溉和降水影响而波动,但未随灌溉年限的增加而逐渐累积,灌溉水矿化度≤4 g/L处理可基本维持土壤盐分周年补排平衡。单个棉花生长季（2015年）,各处理沟底部位的土壤含水率大于垄上,灌溉水矿化度≥6 g/L时主根层土壤含水率高于1 g/L处理;土壤盐分随灌溉水矿化度增加而增大,随棉花生育期的推进先增大后降低,灌水沟剖面土壤盐分呈向垄上和深层运移的趋势;与播种时比,棉花收获后各处理主根层土壤盐分均未出现累积。2）低矿化度咸水沟灌对棉花成苗率、株高和叶面积指数影响不明显,超过一定限值后3项指标显著下降,与1 g/L处理相比,当灌溉水矿化度达到6 g/L时棉花成苗率和叶面积指数显著降低,当灌溉水矿化度达到8 g/L时株高显著降低;咸水沟灌对棉花纤维品质影响较小,5项品质指标在处理间差异均不显著。3）适量浓度的咸水灌溉对籽棉产量影响较小,与1 g/L灌水处理相比,2和4 g/L处理对历年籽棉产量（2006－2015年）无显著影响,大于6 g/L时历年籽棉产量显著降低。在该研究灌溉制度下,推荐试验区咸水沟灌棉花的灌溉水矿化度阈值为4 g/L。