土壤水盐运移模型研究进展

土壤盐渍化是影响全球农业生产的重要因素之一, 研究土壤中水盐运移过程并对其进行精确模拟对于监测、评价、治理干旱、半干旱区土壤盐渍化具有重要意义. 介绍了国内外目前应用较为广泛的几种水盐运移模型, 包括对流弥散模型(CDE模型)、流管模型(STM模型)和美国国家盐渍土改良中心开发的HYDRUS模型等3种物理模型以及相关的模型参数研究;两种系统模型: 传递函数模型(TFM模型)和BP人工神经网络模型. 对相关模型的原理、异同点、优缺点、适用性及应用状况进行了对比分析, 并指出目前模型在发展和应用上存在的问题, 同时对未来模型发展趋势作了预测.     

棉花膜下滴灌水盐胁迫研究

为探寻干旱半干旱区棉花微咸水膜下滴灌灌溉制度,在南疆地区开展了田间试验,对比分析了水分胁迫及盐分胁迫处理棉花的产量及长势,探讨了膜下滴灌条件下棉花对水盐胁迫的响应。试验采用WDY-500A微电子叶面积测量仪测定叶面积,并进行人工测产,采用原子吸收仪和滴定法测定土壤盐分。结果表明,轮灌处理A(苗期灌淡水)产量最高,为5 427kg/ha,其次是处理C(花铃前期灌淡水),为4 819.5kg/ha;棉花生育期对水分亏缺的敏感性为:花铃前期>蕾期>花铃后期;对盐分胁迫的敏感性为:苗期>蕾期>花铃前期>花铃后期;灌水总量越大,棉花株高越高,叶面积指数也越大;某时段出现水分亏缺,该时段株高和叶面积指数增长幅度减小;越早给棉花灌溉淡水,棉花株高越高,叶面积指数越大;膜下滴灌条件下,淡水灌溉可以有效淋洗棉花根区土壤多余盐分,保证土壤环境安全,但是微咸水灌溉对棉花根区盐分淋洗效果不佳,且对土壤环境有一定的危险性,需在适当时期(如非生长期)采用较大灌水定额洗盐。     

膜下滴灌微区环境对土壤水盐运移的影响

基于膜下滴灌特有的"膜中"、"膜间"、"膜边"、"膜外"微区环境,利用2011—2013年田间对比试验方法获取的5 960个数据,运用柯布-道格拉斯模型,构建膜下滴灌环境土壤层次、灌水定额、土壤水分、气温、蒸发综合因素与土壤水盐关系及影响效应分析模型.结果表明,在气候干旱、蒸发强烈灌区,地膜覆盖与滴灌结合的地表介面灌溉形式下,土壤水盐具有水平方向由"膜中"向"膜边"地表裸露区定向迁移,垂直方向土壤水盐则由下向上层运移且趋于"膜外"边界积累的趋势,尤其是气温与蒸发因素交互作用,推进膜下滴灌土壤水盐在地膜覆盖与土壤裸露区域空间运移,研究结果进一步揭示了膜下滴灌"土壤水盐定向迁移"形成机理,为膜下滴灌土壤水盐地表排放模式应用提供了依据.     

不同微尺度膜下滴灌棉田土壤水盐空间变异特性

为揭示微尺度膜下滴灌农田土壤水盐的空间变异特性,通过大田试验,采用经典统计和地质统计方法,研究了3种微尺度（0.25 m、1 m和4 m）和不同土层深度棉田土壤水盐的空间变异性,并确定其合理取样数。结果发现,3种微尺度下,土壤含水量的变异强度为中等偏弱,其变异性随尺度增大而增强,随深度增加呈先增强后减弱趋势。土壤含盐量的变异强度为中等偏强,其变异性随尺度增大而增强,随深度增大呈先减弱后增强趋势;3种尺度和不同深度条件下,土壤含水量和含盐量的半方差函数大部分可采用高斯模型模拟,且精度较高;样品的合理取样数为367个。研究结果可为制定膜下滴灌土壤水盐的监测方案和调控措施提供理论指导。     

吉林西部盐碱水田区冻融期土壤水盐运移特征及酶活性变化

为研究冻融作用下水田0~50cm土层水、盐、pH、脲酶活性变化规律及其相关关系,采集吉林西部盐碱土区大安市水田土壤,选取冻结12h、融化12h为一个循环,开展室内模拟试验,模拟昼夜反复冻融条件下土壤水盐运移和酶活性的动态变化,分别用质量法、残渣烘干法、电位法、靛酚蓝比色法测定各层土壤含水率、含盐量、pH和脲酶活性,分析其在不同冻融条件下的变化规律和相关性。研究表明,土壤深度是影响含水率、含盐量、pH、脲酶活性的主要因素之一:20~50cm土层的水分和盐分不断向上层运移,使表层含盐量和pH升高,且水、盐之间具有显著的相关性,说明水分运移在一定程度上决定了盐分的运移;除10~20cm土层脲酶活性略有升高外,其他各层脲酶活性出现不同程度的降低。冻融过程中含水率、含盐量、pH均与脲酶活性呈现显著的相关性,脲酶活性是冻融次数、温度、含盐量、pH、有机质等多种因素共同作用的结果。因此,冻融作用在引起或加重水田表层土壤盐碱化方面起到至关重要的作用,冻融作用降低了土壤脲酶的活性,进而会影响土壤的肥力。     

土层结构对非饱和毛细水盐运移的影响

层状土层之间孔隙结构和水力学性质的不连续性对土体水盐运移有显著影响。基于现场调查,设计了两种不同粒径土层二元结构组合（黄土-砂质粉土和黄土-粉质黏土）的室内土柱试验,通过模型试验讨论了不同地下水补给条件下土层结构对毛细水分布和盐分累积的影响。试验结果表明：在毛细水补给条件下,黄土-砂质粉土构成的上细下粗型土层结构有利于毛细水盐运移,经过60 d蒸发后,其表层${\rm{SO}}_{\rm{4}}^{{\rm{2 - }}}$含量是上粗下细型土柱的两倍。在无毛细水补给条件下,砂质粉土层中水盐向上迁移总量和迁移速率大于粉质黏土层,最终上细下粗型土柱中上覆土层各层位离子含量均大于上粗下细型土柱。研究结果为层状土区盐渍土病害的防治提供了试验参考。     

崖面降雨与热辐射对莫高108窟墙体内水盐运移的影响

通过引入高放废物地质处置中水—热—力—化耦合模拟的概念,实现了对莫高108窟及其非规则墙面边界的三维剖分和降雨入渗与辐射通量密度变化条件下的水、热、汽和盐的耦合模拟。结果表明来自深部地下水的毛细上升作用以及洞窟东侧崖面上的降雨入渗作用是洞窟墙体内水分的主要来源,而洞窟东侧崖面上长期的太阳辐射作用则是洞窟墙体内重要的能量来源。两种作用方向一致,共同叠加,促使着水分、热量、盐分以及水汽总体上由东向西运移,并在洞窟南北墙体的底层由墙体内部向墙体表面迁移,长期作用形成盐害。这一模拟结果与108窟盐害主要出现在底层以及窟内温度、湿度和压力的观测结果相吻合。     

膜下滴灌棉花根系发育特征及其与土壤水盐分布的关系

为探讨膜下滴灌条件下水分和盐分对棉花根系空间发育的影响,在花铃期选择相同灌溉制度、咸淡水灌溉的两个膜下滴灌处理田块采集距滴灌带不同距离、不同深度上的根系样品144 件。用1 mm 土筛和手拣将棉花根系从土壤中筛分出来,去除死根,冲洗干净后用扫描仪扫描成tif 格式图像,再用DT-SCAN 软件计算根长密度。对比分析发现膜下滴灌及盐胁迫条件下,咸水灌溉的根系分布范围较大,其总根长密度比淡水大31.69 mm/cm3,根系生长深度也远大于淡水灌溉。咸水灌溉根系分布主要受盐分胁迫,淡水灌溉根系分布主要受水分胁迫。水平方向上距滴头40 cm以远,水分胁迫对根系发育起主导作用。土壤体积含水率在20% 以上、电导率在2 000 μs/cm 以下时可以满足根系的正常生长发育。     

理想条件下氡及其子体运移规律研究

从实验入手,应用高灵敏度,高精度,静态,易于重复观测的ＣＤ－１α杯测氡方法,在室内较理想条件下,研究了氡及其子体自身固有的运移规律,主要发现是：氡及其子体比重很大;但在理想空气中,它向上运移能力与向下运移能力相似,甚或超过,而远远大于横向运移能力。其规律是：氡及其子体向上运移的贡献大于４５％,向下运移不及４５％,扩散作用小于１０％。     

基于染色示踪的膜下滴灌棉田水盐运移规律

采用亮蓝FCF染色示踪剂, 研究膜下滴灌条件的水盐运移规律; 分别在灌溉前、灌溉中和灌溉后等不同时间段共开挖13个时刻的剖面, 观察膜下滴灌湿润面的运移情况; 以10 cm间隔的网格, 用MP406土壤水分探测器原位测定3 120个点的土壤体积含水率, 同时取1 430份土样, 利用1∶5土水比浸提法测定土壤盐分; 并利用WATCHDOG气象站监测研究区气象要素.结果表明: 染色示踪能直观表征土壤水盐运动轨迹; 膜下滴灌条件下, 垂直滴灌带方向土壤水流呈点源入渗特征、沿滴灌带方向近似呈线源入渗特征; 现行灌溉模式下, 壤质砂土湿润锋横向运移速率约为8 cm/h; 滴灌对滴头附近土体有一定洗盐效果, 未覆膜区域地表土体出现盐分积累; 灌水时间越长, 湿润锋越深, 横向扩展速率接近无作物小区(8 cm/h); 从土壤水合理利用角度考虑, 满足研究区一膜一带四行的种植模式和土质的单次合理灌水量应为29.4~69.8 mm.      

灌水定额对玉米膜孔灌土壤水氮运移特性影响试验研究

通过玉米膜孔灌测坑试验,分析了灌水定额条件下的膜孔灌农田土壤垂直剖面水氮分布规律。经研究表明：灌水定额越大,土壤含水量越大,分布范围越广,土壤80~100 cm层的含水量越高;灌水定额越大,土壤表层（0~20.0 cm）含水量变化越大,硝态氮含量越小,变化越大,对深层80~100 cm硝态氮含量影响越大;随灌水定额的增加,硝态氮累积峰越靠下,低、中、高灌水定额的硝态氮累积峰分别出现在30 cm4、0 cm5、0 cm左右,高灌水定额时,增加了硝态氮的淋失,不利于作物对水氮的吸收。     

膜孔灌溉单孔入渗特性研究

根据室内单点膜孔人渗试验资料,研究了充分供水条件下单点膜孔入渗规律及膜孔入渗与垂直一维入渗之间的关系,提出了膜孔入渗的数学模型,建立了膜孔入渗参数与垂直一维入渗参数的关系,实现了根据一维垂直入渗资料确定膜孔入渗模型。该研究成果为膜孔灌溉理论与技术的进一步研究奠定了基础。     

膜孔灌溉点源入渗模型的建立与验证

膜孔灌溉的田面人渗属于充分供水条件下的点源三维人渗问题。根据对点源人渗所做的系统室内试验研究,建立了包含有膜孔直径、土壤质地及土壤初始含水量等多因子的点源人渗模型,经检验模型具有一定的拟合精度,从而为膜孔灌溉理论与灌水技术要素的深入研究奠定了基础。     

硬壳覆盖条件下土壤冻融期水盐运动规律研究

采用大田试验,研究了水泥硬壳覆盖后冻融期土壤温度、水分、盐分的变化规律,采用室内土柱试验,研究了冻融交替时期土壤中的水盐运动规律,试验表明,土壤水泥硬壳覆盖后土壤的冻结时间减少,冻结深度变浅;明显抑制土壤水分的无效蒸发;明显抑制土壤在融冻时期的土壤返盐,同时由于“冻层滞水”在春季的融化,有淋洗表层土壤盐分的作用,使土壤表层脱盐,土柱脱融试验进一步说明,土壤经冻融过程后,土壤中的水盐发生了重新分布。     

水分胁迫条件下稻田优化灌溉制度的研究

本文通过对非充分灌溉条件下水稻优化灌溉制度如何制定进行了研究。其特点是将作物产量模型与耗水规律模型相结合,以相对产量最高为目标函数,建立了优化决策系统,并利用多目标规划进行求解。该研究成果可使有限的水量在作物生育期内发挥最大的效率,对优化配置水资源,实现农业高效用水具有重要作用。实例研究结果说明,所建模型及求解方法是合理与可行的,不但提高了水分利用效率,还为查哈阳灌区水资源的优化利用提供了科学依据。     

种植条件下降雨灌溉入渗试验研究

基于清水河平原头营和黑城试验场降雨(灌溉)入渗过程土壤水分运移观测试验数据的分析研究,笔者应用能量观点描述了包气带水分运移的分带性、降雨(灌溉)入渗补给地下水的水分条件和地下水入渗补给过程的基本特征.应用蒸散量模型、土壤水分通量模型,计算了作物生长期的蒸发蒸腾量、土壤贮水量的变化量、400 cm深度处的土壤水分渗漏量及渗漏系数.从多年的角度分析了深层土壤水分渗漏量、渗漏系数与地下水入渗补给量和补给系数的关系.它对分析降雨(灌溉)入渗对地下水的补给过程和定量分析地下水入渗补给量、入渗补给系数具有重要价值.     

干旱区膜下滴灌棉田表层土壤盐分日内动态特征

利用便携式土壤盐分计测量膜下滴灌棉田不同位置和不同深度的土壤电导率,来研究膜下滴灌条件下表层土壤电导率的日内变化特征.结果显示:干旱区一膜两管膜下滴灌条件下,窄行处土壤电导率值最低,膜间最大,宽行居中,表层土壤电导率值存在显著的日内变化特征,早晚土壤电导率值低,中午电导率值高,上午的上升速率大于下午的下降速率;窄行处相对变化幅度大,膜间绝对变化幅度大,土壤电导率值日内变化幅度随深度呈减小趋势;膜下滴灌情况下,表层土壤电导率值的变化受土壤温度和气温的影响显著,但二者相关性复杂,不同深度、不同时间段的相关性不同,膜间大多呈显著正相关,窄行大多呈非显著正相关,宽行处上午呈非显著正相关,但下午呈显著负相关.     

微咸水膜下滴灌灌溉制度试验研究

为了探讨科学合理的微咸水膜下滴灌灌溉制度,在新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理处国家重点灌溉试验站进行了不同灌溉定额、灌水频次的微咸水膜下滴灌大田试验。研究结果表明:①灌溉定额4500m3/hm2、灌水频次10次,灌溉定额3000m3/hm2、灌水频次7次,均有利于保持土壤水分。②当灌溉定额≤4500m3/hm2时,灌溉定额越大,土壤积盐越严重;在灌溉定额一定时,灌溉次数越多,土壤积盐越严重。③当灌溉定额≤4500m3/hm2时,灌溉定额越大,棉花产量越高,微咸水灌溉影响棉花产量的灌溉定额上限在4500m3/hm2左右;灌溉定额多时,灌水次数多棉花产量高,灌溉定额少时,灌水次数少棉花产量高。④灌溉水分生产率随着灌溉定额的增大而减小,在灌溉定额大时,采用少量多次灌溉,在灌溉定额小时,采用多量少次灌溉,均可提高灌溉水分生产率。⑤以节水、控盐和高产为优选标准,当地较为理想的微咸水膜下滴灌模式为灌溉定额3750m3/hm2、灌水次数20次、灌水间隔为7d。     

论银北灌区的盐害指标与排引比

本文提出用有害盐量及其排引比取代以往惯用的盐量及其排引比 ,作为评价灌区积、脱盐和盐渍土改良的指标。从而计算并证实了有害盐量排引比约为盐量排引比的1.7倍。指出 35a来灌区土壤经历着脱盐淡化的进程 ,有害盐量排引差为正值 ,累计排出灌区的有害盐量为1376×104t;而无害盐量排引差为负值 ,累计堆积于灌区的无害盐量为640 .8× 104t,这对调整灌区水量排引比和减少引黄水量具有重要实用价值。而提高沟排水中地下水排泄量的比例是加快灌区脱盐和盐渍土改良的重要途径。