微咸水水质对土壤水盐运移特征的影响

微咸水的合理开发和利用不仅有利于缓解水资源供需矛盾,而且有利于生态环境保护和农业可持续发展。通过以微咸水矿化度和钠吸附比（SAR）为两个主要指标,在实验室就8种微咸水水质对土壤入渗特征及水盐动态的影响进行了研究。研究结果表明微咸水矿化度的增加通过改善土壤的团粒结构从而增加了土壤的透水性：而相对土壤钠吸附比较高的情况下,低矿化度低钠吸附比入渗水的钠吸附比对土壤入渗特征影响不明显。土壤的含盐量主要取决于入渗水的矿化度,受钠吸附比的影响不大,矿化度小于或等于3g／L时,表层土壤中的盐分处于平衡状态。土壤溶液的钠吸附比与入渗水的矿化度和钠吸附比均呈良好的线性相关关系,入渗水矿化度越大,钠吸附比越大,土壤饱和溶液的钠吸附比越大。     

咸水灌溉下塔里木沙漠公路防护林盐分平衡及盐分运移

应用生态系统物流理论,把土壤-植物-大气作为一个完整的系统,将植物、土壤和地下水作为三个分室,建立分室流动模型,对植物和土壤间的盐分平衡进行定量研究,探索咸水灌溉条件下塔里木沙漠公路防护林盐分运动的规律。结果表明:塔里木沙漠公路防护林使用大量咸水灌溉后盐分并没有在根层土壤0~2 m土层中累积,而是储藏在2 m以下或渗漏到地下水。其中,0~2 m土体盐储量减少125.1 t,地下水位1.50 m以上至2 m土体盐储量增加79.9 t,45.2 t盐分重新回到地下水。根层土壤0~2m土层中土壤脱盐明显。灌溉后各土层的全盐量在0.5~0.9 g/kg之间,远低于土壤原始全盐量1.47 g/kg。这是咸水灌溉下植物能够正常生长的主要原因。研究对于确定塔里木沙漠公路防护林合理的灌溉制度及预测和评估该地区盐渍化的发生发展具有重要意义。同时,也为塔里木沙漠公路全线绿化和水分管理提供科学依据。     

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。     

地下变水位条件下塔里木河下游河岸胡杨林蒸腾模型

选择在塔里木河下游普遍生长的胡杨林(Populus euphratica)为供试植被(3种不同大小胡杨),以大气温度、太阳净辐射、大气相对湿度、冠层顶风速、地下水位和胡杨树茎横截面积等6个影响因子作为影响胡杨林蒸腾量的自变量,基于最小二乘法建立了多元线性回归模型与非线性模型相结合的多元非线性回归耦合模型,并应用模型对地下变水位条件下塔里木河下游河岸胡杨林的耗水过程分别进行了时尺度和日尺度上的模拟研究。结果表明:在日内变化(时尺度)方面,大气温度、相对湿度、辐射、地下水位和树茎横截面积等5个因子是影响胡杨林蒸腾量的主要因素,在不同地下水位条件(Hg=1.0 m、1.2 m、2.5 m、3.0 m)条件下,胡杨蒸腾量观测与模拟的平均确定系数分别为0.69、0.87、0.82和0.88;而在日均变化(日尺度)方面,大气温度、地下水位和树茎横截面积等3个因子是影响胡杨林蒸腾量的主要因素,胡杨林的蒸腾量观测值与模拟值表现出较好的相关性,其确定系数与决定系数分别为R=0.73、R2=0.532,平均相对误差为19.6%,其显著性水平均通过p=0.05,表现出较好的拟合性。总之,模拟结果与试验观测结果比较吻合,该回归耦合模型具有使用简便、影响因子易测定,能够更好刻画植被腾发量的复杂非线性特性,为干旱区自然植被耗水量的估算提供了计算方法和科学依据。     

塔里木河下游长期输水条件下河流剖面地下水埋深估算

准确估计输水条件下河岸地下水埋深的动态变化,可以量化生态输水量与地下水埋深的响应关系,并由此估计自然河道所需输水量及持续时间,这对于干旱区水资源管理的可持续发展具有重要的科学意义。结合塔里木河下游20 a生态输水监测数据,用发展的包含地下水和土壤水的拟二维地下水模型,对输水条件下塔里木河下游上、中、下段3个断面(英苏、阿拉干和依干不及麻)的地下水埋深变化进行20 a长期模拟。通过率定期和后11 a(2010—2020年)的地下水埋深模拟结果与站点数据比较,发现两者较一致,证明该模型在塔里木河下游河岸断面地下水长期模拟上的合理性和适用性。然后根据3个断面20 a的模拟结果分析输水条件下地下水埋深和土壤水的长期变化及其对生态输水的响应。结果表明:经过20 a的生态输水,英苏、阿拉干和依干不及麻3个断面上的地下水位和土壤湿度都有明显的上升,地下水位埋深从输水前的8 m左右抬升到输水后的4 m左右,土壤湿度从最初的0.20上升到0.35以上,特别是自2009年以来,随年输水量增加,地下水位和土壤湿度增加幅度明显。生态输水与地下水的年际变化有一定的滞后性,由于土壤湿度和地下水位表现为正相关关系,这使得土壤湿度对输水量也有滞后性的特点。相比于河水流量,地下水水平传导率的取值对断面地下水埋深变化起着更重要的作用。另外,输水量与地下水的年际变化表明塔里木河下游河岸要想获得持续的生态效益,需要对河道提供间歇性的生态输水。     

干旱区不同灌溉量下后备耕地土壤水盐动态变化规律研究

为促进后备耕地改良技术的优化和水资源的高效利用,在新疆奇台县对不同灌溉量下盐碱地土壤水盐在时间序列上的变化规律进行对比研究。试验设8个处理,对应的灌溉定额分别为:6 800 m3/hm2、5 200 m3/hm2、4 400 m3/hm2、3 600 m3/hm2、2 800 m3/hm2、2 000 m3/hm2、1 200 m3/hm2和0 m3/hm2。结果表明:灌后1~8 d,剖面土壤处于洗盐期,土壤洗盐率与灌溉量成正比;灌溉8 d后,剖面进入积盐期,浅层土壤积盐率与灌溉量呈指数关系,而深层土壤积盐率与灌溉量呈线性关系。灌后1~18 d,各处理土壤碱化现象明显,碱化程度与灌溉量呈正比。灌溉18 d后,土壤碱化现象均减弱。综合考虑高效用水、高效洗盐和低碱化的目标,研究区在灌溉高峰期(7~8月)每次灌溉的合理灌溉量应为3 600~4 400 m3/hm2。     

冻融条件下土壤中水盐运移规律模拟研究

冻融作用是土壤盐碱化独特的形成机制,冻融条件下土壤中盐分迁移是水分对流、浓度梯度、温度梯度、不同溶质、土壤结构及质地等因素作用下的综合结果,温度是导致土壤中水分与盐分迁移的驱动力。在土壤冻融过程中,水分和盐分的两次迁移过程构成了特殊的水盐运动规律。在冻融过程中,土壤剖面结构发生变异,形成冻结层、似冻结层和非冻结层。冻结带土水势降低导致水分不断向冻层迁移,冻结缘以下的盐分同步向上运移,整个冻层的土壤含盐量明显增加;在融化过程中,随着地表蒸发逐渐强烈,使冻结过程中累积于冻结层中的盐分,转而向地表强烈聚集,使表层的盐分含量急剧上升。当冻结层未融通之前,尚未融化的冻层起到隔水的作用,不但阻止顶部融水向下层渗透,而且隔断了与下层水的联系。模拟实验结果充分证明了中国北方冻融区域土壤盐碱化的发生过程,为有效防治土壤盐碱化提供了理论依据。