塔里木沙漠公路防护林带根灌节水试验研究

根灌技术直接把水分灌溉到一定深度的植物根系土壤层,是一项新的节水灌溉技术;在塔里木沙漠公路防护林带灌溉中,首次开展了根灌对土壤水分作用与影响的节水试验研究,并与传统的沙漠公路防护林带滴灌技术进行对比。研究结果表明,根灌技术比滴灌技术更加节水,其主要优点表现在增加土壤含水量、增加土壤层的湿润深度、提高灌水效率、节省灌水时间等。而且,根灌技术能有效地抑制滴灌造成的地表土壤水分的蒸发损失、地表土壤的盐分积累。根灌技术比滴灌要节水30%以上,是一项更高效的节水灌溉技术。     

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。     

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。     

西北干旱区绿洲不同灌溉制度的数值模拟

运用耦合了包含土壤－植被－水文－积雪参数化的陆面过程的非静力平衡中尺度模式MM5,将水平分辨率提高到1km,在“我国西北干旱区绿洲不同水量灌溉对环境影响的数值模拟”一文的基础上,通过数值模拟的方式,运用保持土壤体积含水量稳定的方法确定灌溉制度的方法研究了我国西北干旱区绿洲7月下旬在不同灌溉制度滴灌下土壤、径流与近地层大气的不同变化状况。结果表明：1. 当按50m³/hm²/天的水量进行隔天灌溉,或隔4天灌溉一次,土壤体积含水量不能保持稳定,需要补充灌溉才能保证其稳定,所以这样的灌溉制度不适合于7月下旬的河西绿洲。2. 均匀施灌10天,每天施灌50m³/hm²;施灌5天,隔一天施灌100m³/hm²,以及隔4天施灌一次,每次灌水250m³/hm²这三种灌溉制度中,前者形成的径流最小,土壤湿度变化幅度也最稳定,所以是最优的灌溉制度。但是现实生活中由于设备、人力等一系列客观条件限制,每天平均施灌的灌溉制度难以实现,可以采取相近的灌溉制度,如隔天施灌,尽量缩短两次灌溉间隔时间,每次所需的灌溉量很小,使得滴灌水量最大程度地转化为土壤水,减少地表径流的产生。所以说,为了不造成水资源的浪费,应该在选取合适灌溉水量的基础上,依合理的施灌制度进行灌溉,这样的水其利用率会比较高,达到节水灌溉的功效,从而为干旱区节约有限的水资源。     

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。     

水分胁迫对绿洲影响的数值模拟

运用耦合了包含土壤-植被-水文参数化陆面过程的非静力平衡中尺度大气模式MM5,将水平分辨率提高到1km,通过数值模拟的方式,分别从地气间水热交换、对绿洲小气候影响、土壤湿度变化以及径流量的角度,研究了2002年7月下旬我国西北干旱区绿洲环境在不同水量滴灌条件下的变化,从理论上找到了较适宜绿洲小气候维持的滴灌水量。结果表明：1、绿洲下垫面为农田时,从土壤保湿和绿洲小气候维持角度考虑,500m^3／hm^2／10天的滴灌水量对7月下旬黑河流域中游绿洲是一个比较合适的灌溉量。2、500m^3/hm^2／10天的灌溉水量仅为同期大水漫灌定额下限的一半,上限的1／3,间接证明了滴灌是一种高效节水的灌溉方式,可以为干旱区节约大量水资源。     

西北干旱区滴灌数值模拟

土壤湿度的保持对作物生长非常重要。本文运用非静力平衡中尺度大气模式MM5,通过数值模拟的方式,分别从地气间水热交换和土壤湿度变化的角度,研究了2002年7月下旬我国西北干旱区绿洲环境在不同水量滴灌条件下的变化,从理论上找到了较适宜绿洲小气候维持的滴灌水量。结果表明:绿洲下垫面为农田时,从土壤保湿和绿洲小气候维持角度考虑,500m3·hm-2·(10d)-1的滴灌水量对7月下旬黑河流域中游绿洲是一个比较合适的灌溉量,水量过大不但造成水资源的浪费,而且对作物生长不利。500m3·hm-2·(10d)-1的灌溉水量仅为同期大水漫灌定额下限的一半和上限的1/3,间接证明了滴灌是一种高效节水的灌溉方式,可以为干旱区节约大量水资源。     

西北内陆张掖盆地地下水温度变化特征及主要影响因素识别

西北内陆干旱区地下水温度变化与其补给水源区气象和水文条件密切相关.以西北内陆张掖盆地为研究区,应用灰色关联分析方法,在张掖盆地潜水和承压水温度动态变化特征研究基础上,通过诊断其与上游山区降水、气温(对冰川雪融水影响)、日照和出山地表径流量,以及当地气温、降水、日照和地下水埋深之间关联状况研究,识别张掖盆地不同埋藏条件下...     

新疆三工河流域土壤水δD和δ^(18)O特征及其补给来源北大核心CSCD

采用环境同位素示踪技术研究旱区不同土地利用类型下的土壤水来源与运移机理,通过以新疆三工河流域为研究区,对三工河流域四个土壤剖面分层采集了不同土地利用类型的土壤水,测定了其稳定同位素(δD、δ^(18)O)的含量,分析了非饱和带土壤水稳定同位素沿土壤剖面的垂向变化规律。结果表明:区内非饱和带中的土壤水在入渗的同时经历了明显的混合作用,荒地土壤水比耕地受蒸发作用影响更强烈,荒地蒸发影响深度为1.2~1.6 m,耕地蒸发影响深度为0.8~1.2m;荒地与耕地土壤水中氢氧同位素在垂向上呈现旋回变化,每个旋回经历了一次新水入渗补给的过程,即新水入渗与土壤老水混合-土壤水氢氧同位素逐渐变小直到贫化极值-地表入渗补给结束,土壤水向下运移并逐渐与土壤老水混合同时受蒸发作用-同位素逐渐富集直到土壤老水本底值;耕地土壤剖面补给水δD值为-112.93‰^-102.58‰,荒地土壤剖面补给水δD值为-111.07‰^-94.44‰,比地下水、地表水同位素值更贫化,可见土壤水中的补给水主要来源于大气降水;灌溉水入渗地表后,在强烈的蒸发作用下,很难向非饱和带深部运移对地下水补给,节水灌溉方式改变了绿洲内土壤水入渗补给机制。研究结论为进一步厘定绿洲内垂向补给量,准确评价三工河流域水资源量提供重要依据。     

新疆三工河流域土壤水δD和δ~(18)O特征及其补给来源

采用环境同位素示踪技术研究旱区不同土地利用类型下的土壤水来源与运移机理,通过以新疆三工河流域为研究区,对三工河流域四个土壤剖面分层采集了不同土地利用类型的土壤水,测定了其稳定同位素(δD、δ~(18)O)的含量,分析了非饱和带土壤水稳定同位素沿土壤剖面的垂向变化规律。结果表明:区内非饱和带中的土壤水在入渗的同时经历了明显的混合作用,荒地土壤水比耕地受蒸发作用影响更强烈,荒地蒸发影响深度为1.2~1.6 m,耕地蒸发影响深度为0.8~1.2m;荒地与耕地土壤水中氢氧同位素在垂向上呈现旋回变化,每个旋回经历了一次新水入渗补给的过程,即新水入渗与土壤老水混合-土壤水氢氧同位素逐渐变小直到贫化极值-地表入渗补给结束,土壤水向下运移并逐渐与土壤老水混合同时受蒸发作用-同位素逐渐富集直到土壤老水本底值;耕地土壤剖面补给水δD值为-112.93‰~-102.58‰,荒地土壤剖面补给水δD值为-111.07‰~-94.44‰,比地下水、地表水同位素值更贫化,可见土壤水中的补给水主要来源于大气降水;灌溉水入渗地表后,在强烈的蒸发作用下,很难向非饱和带深部运移对地下水补给,节水灌溉方式改变了绿洲内土壤水入渗补给机制。研究结论为进一步厘定绿洲内垂向补给量,准确评价三工河流域水资源量提供重要依据。     

绿洲防护林不同滴灌水量下土壤水盐运移初探

为了探明滴灌滴头流量一致条件下,不同灌水量处理对绿洲防护林地土壤水盐随时间分布的影响,采用30L·株-1·次-1(处理I)、40 L·株-1·次-1(处理Ⅱ)、50 L·株-1·次-1(处理Ⅲ)不同处理对比试验,在塔里木河下游喀拉米吉镇绿洲人工栽培的防护林地进行了野外滴灌监测.结果表明:①处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的剖面平均含水量分别达6.68％、8.99％、9.92％,土壤湿润锋运移的水平距离分别为58、62、74 cm,垂直深度分别为40、50、67 cm,表明灌水量决定土壤含水量的高低,灌水量增加有利于水分在水平和垂直方向的渗透.②处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的盐分锋值水平方向位置为40、52、63 cm,垂直方向为41、45、55 cm,脱盐率分别为62.2％、67.0％、76.5％,灌水量的增加有利于土壤的脱盐.③随着时间的推移,处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ土壤0～60 cm主要根系分布层分别在第5天、第11天、第15天土壤贮水亏缺度达到23.91％～59.25％,33.38％～51.75％,39.69％～56.53％,表层积盐同时达到最大.本研究认为防护林地滴灌水量40～50 L·株-1·次-1、滴灌周期以11～15 d比较适宜,可为极端干旱区防护林的合理灌溉和防治土壤次生盐渍化提供科学依据,具有一定的现实意义.     

塔里木河下游地区滴灌沙枣防护林地土壤盐分分布特征

为了研究不同滴灌措施对极端干旱区防护林土壤盐分的淋洗作用,以沙枣（Elaeagnus angustifolia）防护林作为研究对象,对塔里木河下游喀拉米吉绿洲沙枣防护林开展了灌溉与不灌溉、不同滴头距离、不同滴灌年限处理的试验。结果表明：①不灌溉林地土壤盐分含量与流动沙丘相似,流动沙丘土壤盐分分布的空间异质性大于不灌溉林地。滴灌林地土壤含盐量低于不灌溉林地。②1.5 m滴头距离处理与其他处理相比压盐碱效果显著（P<0.01）。1.5 m与3 m滴头距离处理在50 cm土体中含盐量差异达极显著水平（P<0.01）,前者比流动沙丘低30.5%～32.7%、后者比流动沙丘高17.1%～13.3%。与3 m滴头距离处理相比,1.5 m滴头距离处理产生水盐运移的“互作”影响,盐峰下移。③滴灌后的第1、2、3年,林地的土壤盐分分别下降至30 cm、50 cm和70 cm以下,基本对沙枣根系生长没有影响。随着滴灌次数增加,根系生物量逐渐增大,根系附近土壤盐分逐渐减少。滴灌能使防护林的根系分布上移,大部分在10～65 cm土层内,土层越深,林木的根系越少。④灌水季节末期,不同林龄的防护林在120 cm土体的含盐量表现为：1 a林＞2 a林＞6 a林,说明滴灌对林龄大的防护林淋洗效果更为明显;非灌溉季节里,防护林的林龄越大,其土壤盐分表聚现象越明显。     

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.     

不同含盐基质对膜下滴灌玉米根系生长及根区水盐含量的影响

针对干旱灌区水资源紧张、土壤次生盐渍化现象严重的现实,在相同灌溉定额下设计不同的盐分梯度,进行干旱灌区膜下滴灌对玉米根系生长及根区盐分运移的影响试验研究,其结果表明：当膜下滴灌灌水量为0.2776 m3\5m-2时,对土壤电导率在1.575 ds\5m-1以内的盐碱地均可进行玉米生产;膜下滴灌可有效抑制土壤盐分上移,在0—40 cm土层内盐分下移明显,QY1、QY2、QY3三个处理平均比对照含盐量减少7.0%、9.5%和23 %,在40—60 cm内盐分积累最高;膜下滴灌可使0—40 cm土层内形成淡化脱盐区,这有利于玉米根系的发育,54%~91%的玉米根系分布在此范围内;膜下滴灌比大水漫灌节水67%,且技术体系成熟,材料国产化,成本降低,完全可以在干旱灌区大面积推广应用。     

塔里木河下游典型绿洲滴灌防护林地土壤水盐时空动态

通过野外定位观测,对塔里木河下游典型绿洲防护林地灌溉周期内、不同滴灌年限以及不同质地类型土壤水盐动态进行监测分析。研究结果表明:①绿洲幼龄防护林地土壤水盐变化属于灌溉周期型;灌后土壤湿润体呈“半椭球型”分布,积盐区位于湿润峰附近;当前防护林（沙壤土）滴灌周期为10 d较为合适。②实施滴灌1 a、2 a和5 a林地（沙壤土）土壤水分亏缺量逐年增大;0～20 cm土层随滴灌年限的增大先脱盐后积盐,20～120 cm土层均表现为脱盐。③滴灌5 a后,粉黏土林地表层板结层的形成显著抑制40～60 cm土壤水分蒸发,盐分呈“表聚型”分布;细沙土林地土壤持水性差,各土层盐分呈“均匀型”分布;沙壤土林地持水性较细沙土林地略高,盐分呈“波动型”分布。     

滴灌棉花ABA不同氮肥处理下与土层20 cm田间持水率之间的响应特征

利用滴灌盆栽试验,研究蕾期和花铃期不同施N水平的条件下,滴灌棉花ABA浓度与土层20 cm田间持水率之间的响应特征,结果表明:在蕾期不同处理纯N分别为N2、N4、N6 g/盆的条件下,滴灌棉花ABA含量与土层20 cm田间持水率之间的相关性系数(r)的分别为-0.946、-0.917、-0.966, T检验显著水平P为0.015、0.029、0.007;模型拟合决定系数(R²)分别为0.977、0.852、0.934;花铃期,滴灌棉花ABA含量与土层20 cm田间持水率之间的相关性系数(r)的分别为-0.788、-0.959、-0.861;模型拟合决定系数(R²)分别为0.737、0.937、0.872;因而,蕾期盆栽滴灌棉花在纯N分别为N2、N4、N6 g/盆的条件下,滴灌棉花ABA含量与土层20 cm田间持水率之间的相关性为负相关, N6 g/盆的相关性达到显著水平, N6 g/盆处理拟合决定系数(R²)达到极显著水平,其模型为对数。花铃期滴灌棉花ABA含量与土层20 cm田间持水率之间的相关性为负相关, N4 g/盆的相关性达到极显著水平,模型拟合决定系数(R²) N4 g/盆达到极显著水平其模型为指数函数。本文研究的回归模型很好地描述了滴灌棉花腾发量及需水特性,为内陆干旱区绿洲农业滴灌棉花耗水量的估算提供了新计算方法和科学依据。     

民勤绿洲边缘荒漠植被滴灌恢复试验研究

应用滴灌技术对民勤绿洲边缘退化植被梭梭、白刺进行灌溉恢复试验研究。结果表明:(1)滴灌条件下,退化植被梭梭、白刺生长良好,可使梭梭新稍增长1.3~1.5倍,新梢数目增多1.1~1.2倍,新梢生物量增加1.5~1.8倍;使白刺冠幅增大1.9~2.8倍,叶片数增多1.6~2.2倍,叶生物量增大2.8~6.5倍。(2)滴灌植物梭梭、白刺光合生理作用强。相对免灌对照,梭梭在100 m³.hm^-2和150 m³.hm^-2的灌溉定额下光合速率(CO2)提高1.30 μmol.m^-2.s^-1和3.42 μmol.m^-2.s^-1,白刺在200 m³.hm^-2和300 m³.hm^-2的灌溉定额下光合速率提高0.76 μmol.m^-2.s^-1和1.35 μmol.m^-2.s^-1,滴灌植被光合速率随灌溉量的增加而增大。(3)灌溉林地土壤水分状况得到较大的改善,在0~250 cm土壤层次内,梭梭林地水分为3\^07%~3\^34％,相对对照林地提高了1.0~1.3百分点;白刺林地水分为2.76%~4.43％,相对对照提高了0.7~2.3百分点。     

干旱气候条件下灌溉方式与灌水定额对辣椒生长的影响

以色素辣椒“美国红”为试验材料,研究了干旱气候条件下两种灌溉方式（畦灌和膜下滴灌）和6种灌水定额（30.0、37.5、45.0、52.5、60.0、67.5 mm）对辣椒生长的影响。结果表明：采用畦灌方式时,45.0 mm灌水定额下的辣椒株高、茎粗、地上部干重、产量等指标综合表现较好,最终产量达到12 655.890 kg·hm-2,比52.5、60.0、67.5 mm灌水定额下的产量分别高11.7%、14.2%、27.1%;采用膜下滴灌方式时,45.0 mm灌水定额下的辣椒长势最好,最终产量高达14 843.295 kg·hm-2,比52.5、60.0、67.5 mm灌水定额下的产量分别高10.0%、12.3%、15.4%。相同灌水定额（45.0 mm）下两种灌溉方式比较结果显示,膜下滴灌方式下的辣椒株高、茎粗和产量分别比畦灌方式下高出11.39%、3.79%和17.28%。这说明在干旱气候条件下,色素辣椒全生育期采用“膜下滴灌,45.0 mm灌水定额,灌水五次”的灌溉组合方式较为适宜。