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。     

用微型蒸渗仪测验根灌节水潜力的田间试验研究

本项研究在中国西北塔里木河下游兵团农垦区红枣生态经济林进行,用微型蒸渗仪（MLS）测定了根灌与滴灌条件下的田间土壤蒸发。通过试验研究,初步提出了可用于西北干旱区测定滴灌与根灌土壤蒸发的MLS的最佳长度,同时探索了根灌与滴灌的土壤蒸发规律,对根灌的节水空间进行了分析。根灌与地表滴灌的土壤蒸发对比试验表明,同等气象、灌溉条件下,根灌土壤蒸发损失约为地表滴灌的一半;而根灌与滴灌带的土壤蒸发对比试验则表明,同等气象、灌溉条件下,滴灌带土壤蒸发损失量比流速较大的根灌平均高12%左右。本项研究为根灌技术在干旱区的推广应用提供了依据。     

咸水灌溉下塔里木沙漠公路防护林水分平衡研究

应用水平衡原理对塔里木沙漠公路防护林土壤水分运动规律进行研究,估算了塔里木沙漠公路防护林体系的耗水特征,为今后的灌溉方案设计提供依据。研究结果表明:沙漠公路防护林水平衡区在1 a的水平衡期内,2 m土体水分储量和植物生长周期密切相关,早春至初夏及秋季2m土体储水量均增加,但盛夏土体储水量下降明显。2 m以下土层储水量在整个水平衡期均增加,土体中的水分在向土壤下层运移。水平衡各项中灌溉量836.5 mm;蒸散量372.6 mm;渗漏到2 m土层以下的水量为304.5 mm;净渗漏量7.8 mm。即:流出灌溉区的水量为684.9 mm,占总灌溉量的81.9%。因此,塔里木沙漠公路防护林节水灌溉仍具有较大节水空间,能够采用合理的灌溉制度减少水资源浪费,保障塔里木沙漠公路永续利用。     

沙坡头地区农田灌溉和施肥对氮淋溶量影响的研究

对沙坡头农田不同土壤类型养分和水分供给下0~2 m土壤层淋溶液的分析结果表明:不同类型土壤氮淋溶量差异显著(P < 0.05);同一类型土壤随水肥供给强度的增加,氮淋溶有增加的趋势,特别是灌水次数、土壤水分含量处理和总灌溉量与氮淋溶量间有强正相关关系(P < 0.05);低灌溉水平,氮淋溶量与施肥间无显著相关关系,而高灌溉水平下施肥和灌溉均是主导因子;灌淤土保持田间持水量 40%及以下土壤水分所有施肥水平,氮淋溶量间差异不显著(P > 0.05);风沙土低水低肥(保持田间持水量20%土壤水分)处理与灌淤土保持田间持水量 40%及以下土壤水分处理所有施肥水平无显著差异(P > 0.05),而风沙土高水高肥处理与灌淤土所有水肥处理间差异均显著(P < 0.05),低水低肥将是风沙土最低的氮淋溶界限,在传统农业条件下对该类土壤进行改良是必要的。     

极度干旱区不同灌水量下沙枣防护林根系分布特征

研究滴灌条件下极端干旱区防护林的根系生长, 对研究制定科学的防护林灌溉制度和维护绿洲防护林稳定性有重要意义。以塔里木河下游尾闾绿洲--喀拉米吉绿洲滴灌沙枣防护林体系为研究对象, 设置了3 个滴灌量梯度(18 L、30 L、48 L), 分析了极端干旱区沙枣防护林在不同灌水量处理下的根系分布特征。结果表明:①长期采用滴灌后, 沙枣根系大部分分布在较浅的土层(以地下0～40 cm为主), 越往下分枝能力越小, 沙枣根系生物量在0～60 cm土层中累计百分比达86%。②灌水量梯度不断增加后, 导致了根系总生物量随之增加, 但不会导致深层土壤根系持续增加, 因此, 即使用48 L的灌水量形成更深的土壤湿润层, 林木根系下扎能力与深度没有表现出随之增加的趋势。48 L滴灌量处理下, 土层根系含量20～40cm/0～20cm的比值较小(仅为0.6), 生物量主要集中在表层;30 L处理下, 土层根系含量20～40cm/0～20cm的比值较大(0.75)。③粗根(φ≥5 mm)数量随着滴灌量的增大而增多, 30 L滴灌量处理下, 5 mm>φ>2 mm的根最多;18 L滴灌量处理下, φ≥5 mm的根与φ≤2 mm的根系数量均最少。建议大规模防护林的灌溉中应采取多样化的灌溉制度, 才可达到极端干旱区防护林体系的可持续发展:棉林争水季节(5-7 月)适当亏缺灌溉, 8月以后可增加灌水量或1～2 次灌水。     

膜下滴灌条件下绿洲棉田土壤水分运动数值模拟

应用非饱和土壤水运动理论,建立膜下滴灌条件下土壤水分运动二维数值模拟模型,研究了田间层状土壤在膜下滴灌条件下土壤水分运动特征.应用不同小区不同灌水处理的实测值与模拟值进行验证,同时对模型做了精度分析,结果表明符合精度要求,这说明所建立的模型能客观地反映实际土壤条件下的水分运动情况.研究结果表明:土壤剖面30～40 cm粘土层使土壤水分运动具有很大的差异,0～30 cm变化明显,而40 cm以下土壤水分运动的变化较小.膜下滴灌应该采取灌水量小,频度大的灌溉模式.     

膜下滴灌条件下不同灌溉量对番茄根系分布和产量的影响

采用分层挖掘法,对膜下滴灌5 426 m³·hm^-2（W1)、4 419 m³·hm^-2（W2）、3 700 m3·hm^-2（W3）3个灌溉量下番茄根系分布特征和产量进行了研究。结果表明：随灌水量的减少,番茄根系表现出向深层发展的趋势,符合“水大根小”的特征,根长、根表面积、根长密度随着土壤深度的增加均呈“单峰型”曲线：即灌水量愈少,根长、根表面积、根长密度的峰值愈位于土壤的深层;番茄根冠比也随着灌水量的减少而呈增大的趋势,W2处理、W3处理分别比W1处理提高了26.53%和70.71%;适度的控制灌溉水量可以促进根系的生长发育,扩大水分吸收空间,有利于番茄增产,4 419 m³·hm^-2灌溉量是膜下滴灌最适宜灌溉水量。     

大田黄豆水分平衡研究

1987-1989年,我们与日本鸟取大学合作开展黄豆水分平衡研究。试验地点在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站。主要探讨黄豆水分平衡与生理指标以及沙地水分张力PF值的关系,以便为节水灌溉提供依据。灌水方式为滴灌。现将研究结果简述如下。     

塔里木河下游垦区枣树灌溉土壤水分变化分析

在对枣树进行根灌与漫灌后,采用TDR对土壤水分变化过程进行监测;对土壤水分增加与消退特性进行了分析,掌握了枣树生长期土壤水分分布状态及其变化特征。结果表明：根灌后10 h内,为土壤水分急聚增加期;在土壤水分消退期,日平均递减速率为0.69%;枣树生长的适宜土壤水分应保持在37%～45%（体积含水量,占土壤饱和含水量的75%左右）;灌溉的最低土壤水分标准不应低于33.6%（约占饱和含水量的68%）;灌溉周期平均应为22 d。     

灌溉方式对现代绿洲影响的数值模拟

灌溉是农业发展的根本,没有灌溉就没有荒漠区农业。利用美国NCAR中尺度模式MM5V3模拟了喷灌与不同水量地灌以及没有灌溉对绿洲土壤湿度、地下径流以及感热、潜热通量的不同影响。结果表明:①地灌后地表蒸发与植被层的蒸腾更旺盛,散失的水分更多;而喷灌可以抑制地表蒸发与植被层的蒸腾,对土壤水的保持更有利。②喷灌试验要在土壤湿度达饱和以后才会形成地下径流量,而地灌试验则是土壤湿度与地下径流量同时增长。总之,喷灌方式是一种高效节水的灌溉方式,它比其它灌溉方法更有利于绿洲农业生态系统的温度整体降低,不论土壤湿度还是大气湿度都会相应增大,抑制地表土壤水分的蒸发,有利于绿洲农业维持。     

Water-saving potential in aeolian sand soil under straight tube and surface drip irrigation in Taklimakan Desert in Northwest China

Evaporation loss from the saturated soil beneath drip irrigation emitters highly influences the irrigation efficiency of drip irrigation (DI). Subsurface drip irrigation (SDI) is one good approach to curb this inefficiency, but in a new irrigation method, straight tube irrigation (STI), the irrigation tubes do not need to be buried and thus STI is recommended to increase the irrigation efficiency under normal surface-applied DI. STI consists of only connectors and water-transference tubes that can directly transfer irrigation water from the lateral emitters in the drip line to the root zone of plants. Five-month field experiments were carried out in Aeolian sand soil in the forest-belts of the Taklimakan Desert, which have poor water storage capacity, to compare the potential water saving between STI and DI. The preliminary results showed that, compared with DI, STI (1) improved the soil water content in soil depths from 40 to 100 cm under the soil surface; (2) achieved the same irrigation effects in relatively shorter irrigation durations; (3) had very little water loss due to deep seepage; and (4) formed a layer of dry sand about 10 to 30 cm thick immediately below the soil surface, which lessened evaporation loss of soil water beneath the emitters on the soil surface. This demonstrates that STI can maximize the water-saving potential of DI through the reduction of wetted soil perimeters on the soil surface. This is valuable information for water-saving engineering applications and projects with STI in arid and semiarid regions.     

塔克拉玛干沙漠南缘头状沙拐枣幼苗生长和生物量分配对不同灌溉量的响应

水是荒漠生态系统中首要限制因子。由于水分限制程度不同,植物幼苗在生长过程中表现出不同的适应策略。在塔克拉玛干沙漠南缘的沙漠-绿洲过渡带,设计了0 mm（处理A）、100 mm（处理B）、200 mm（处理C）3种不同的灌溉量,对头状沙拐枣幼苗生长和生物量分配展开实验性研究。结果表明:①处理A比处理B和处理C地下生物量均有所增加;不同灌溉条件下,头状沙拐枣幼苗的根冠比均小于1,随灌溉量的减少头状沙拐枣幼苗的根冠比从0.19增加到0.32;即头状沙拐枣通过改变根系生物量分配适应水分条件变化。②随灌溉量的减少, 头状沙拐枣幼苗主根垂直深度和水平根幅均呈增加趋势。处理A时,头状沙拐枣幼苗根系深度达180 cm以上,处理B和C的根系深度均低于160 cm,表明头状沙拐枣幼苗通过根系的伸长生长来适应水分减少。③在生长过程中,头状沙拐枣通过老同化枝枯落适应土壤水分减少。④株高和冠幅随着灌溉量增加呈先增加后减小趋势,基径随着灌溉量的增加而增加,地上生长指标在不同处理间均无显著差异。     

华北平原农业节水与水量调控

本文从系统观点出发,提出节水农业的系统框架,并针对华北平原农业用水情况,就各种节水措施的应用与潜力进行了分析。最后,结合节水管理,讨论了水量调控的若干原理问题。     

河南省节水灌溉及其对策研究

在河南省节水农业技术研究项目的实践基础上,系统阐述了河南省节水灌溉的重要意义、现状和存在问题,并在综合分析研究全省的气候、地形地貌和土壤条件之后,结合水资源、经营规模、管理能力和经济社会发展状况,把全省划分成若干个节水灌溉的类型区,同时分别提出节水灌溉和调整农业结构的措施和对策.     

基于农业节水的干旱区绿洲可持续发展研究——以渭干河流域为例

建立节水型社会是中国的一项基本政策,也是解决渭干河流域水资源可持续利用问题的战略选择。渭干河流域是典型的灌溉农业区,农业灌溉大部分仍采用粗放型的土渠输水、大水漫灌方式,水资源流失严重,灌溉定额偏高,渠系入渗量高达14.01亿m3,农业节水潜力很大。在现有水量不可能增加的情况下,调整农业内部种植结构,发展节水农业是解决区域水资源短缺的有力措施。通过对2015年和2020年工业、城市化和生态用水进行预测,确定农田灌溉可用水量。选取渭干河流域9种种植面积最大的农作物,参考作物蒸散量及作物系数,得出各类农作物的实际需水量,并与现有灌溉量比较,发现现有灌溉量远大于作物的实际需水量,通过节水灌溉和水渠改造,可节约用水10.59亿m3。而且研究区的粮食种植面积亦远大于需求,即使未来10年不再扩大粮食种植面积,也比需求面积多出近2万hm2,如根据实际需求去调整,可节约1.05亿m3的水量,能极大缓解水资源紧缺的局面,将灌溉量控制在可用水量范围内,为加快城市化和工业化进程,保护区域生态提供充足的水资源保证。     

Assessment and utilization of soil water resources

Based on the analyses of water interactions and water balance, this paper discusses the issues on the assessment and regulation of soil water resources, which lays the scientific basis for limited irrigation and water-saving agriculture.     

Assessment and utilization of soil water resources

1 IntroductionIt is well known that the major problem of water resources at present is water shortage in the North China Plain. The development of agricultural production certainly increased the water consumption, so level of groundwater table declined year by year. Crop use water directly from soil water, while rainwater, surface water, and groundwater should be firstly transformed and changed into soil water and then be used by crops. Therefore, water interactions, water balance and soil w…