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。     

滴头流量对干旱区膜下滴灌棉田土壤盐分变化的影响

通过膜下滴灌大田试验研究了3种不同滴头流量处理(Ⅰ=1.8 L/h、Ⅱ=2.6 L/h、Ⅲ=3.2 L/h)下滴灌对棉田土壤盐分变化的影响。结果表明:滴灌结束后,空间尺度上土壤盐分的水平和垂直运移距离均随着滴头流量的增加呈现先增加后减小的趋势,在时间尺度上,随着时间的推移,土壤盐分呈现从膜下到膜间的迁移趋势。在滴水定额为4 500 m3/hm2条件下,在0~40 cm土层内,3种滴头流量处理下滴灌之后土壤平均含盐量均呈明显的减小趋势,处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的脱盐率分别为13.5%、40.4%、14.6%,其中处理Ⅱ的脱盐效果最好,其次是处理Ⅲ;而在0~120 cm土层内,所有处理下的土壤平均含盐量的下降幅度均不明显。在0~40 cm土层内,3种滴头流量处理下棉花收获后土壤平均含盐量均呈减小的趋势,但在0~120 cm土层中,膜间土壤呈积盐状态,其中处理Ⅱ的积盐率最小,为1.9%,因此采用2.6 L/h的滴头流量为最适宜的滴水强度,这对于浅层(根层)土壤盐分的淋洗作用明显。     

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。     

沙漠腹地乔木状沙拐枣对灌水量的生理生态响应

对不同灌水量条件下塔克拉玛干沙漠腹地乔木状沙拐枣（Calligonum arborescens Litv）的水分生理、生长和土壤水分进行了动态测定与分析。结果表明:①在35、24.5 kg·株-1·次-1和14 kg·株-1·次-1的灌水量下,土壤水分活跃层分别为:0～200、0～160 cm和0～100 cm。根系区土壤水分为3%～4%条件下,沙拐枣能正常生长,低于2.5%就会受到水分胁迫。②早晨和午后,沙拐枣的水势随着灌溉后时间的增加而降低,前期降幅较大。随着灌水量的减小,其水势降低较快,在14 kg·株-1·次-1处理下,灌溉3 d后早晨水势和午后水势分别达到-1.3 MPa和-2.19 MPa。③随着灌水量的减少沙拐枣的日耗水量急剧减小,液流速率也快速降低,灌溉后第15天,在24.5 kg·株-1·次-1和14 kg·株-1·次-1的灌水量下沙拐枣液流速率都为双峰型曲线,第25天3个处理都呈双峰型曲线。④不同灌水量下,沙拐枣的基径、新枝长度以及新枝直径的年增长量都随着灌水量的减少而减小,方差分析表明灌水量对新枝长度的影响非常显著(P=0.05)。     

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。     

沙地云杉(Picea mongolica)农田防护林带不同配置模式的防风效果

沙地云杉(Picea mongolica)为常绿针叶乔木,可作为荒漠区防护林体系建设的优良植物材料,其株高和植株构型明显区别于杨树等传统的防护林树种。因此,本文通过风洞模拟实验,在8、10、15m·s-1的风速条件下,研究了沙地云杉农田防护林单林带前后的风速流场特性和防风效能。单林带采用3种配置模式,即两行等株行距(Ⅰ型)、两行"品"字型(Ⅱ型)和四行簇状"品"字型(Ⅲ型),基于垂直风速流场对3种模式进行了比较。结果表明:(1)3种配置模式沙地云杉防护林带前后垂直高度上的风速流场分布特征有很大区别,相同配置模式的流场分布特征相似,随着风速的增大,风速流场的等值线变得更加密集。(2)3种配置模式防护林带前后垂直高度的风速加速率依次为Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型。(3)林带后20 H范围内1~20cm高度上防风效能依次为Ⅲ型(47.2%)Ⅱ型(37.3%)Ⅰ型(16.2%)。研究结果可为沙地云杉防护林配置理论研究奠定基础,为沙地云杉在农田防护林建设中的实际应用提供依据。     

黑河中游绿洲及绿洲-荒漠生态脆弱带土壤含水量空间分异研究

以黑河中游平川绿洲和六坝绿洲为例,对绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带土壤含水量空间分异进行了分析研究。结果表明:在无灌溉条件下绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带的土壤含水量水平分异明显,绿洲土壤含水量高于绿洲-荒漠生态过渡带和荒漠地区土壤含水量,并出现从绿洲到绿洲-荒漠过渡带和荒漠依次递减的趋势,主要受土壤性状、土壤水分水平运动和绿洲-荒漠局地大气环流影响;绿洲活动层土壤含水量垂直分异上表现为从表层向下逐渐增加,而过渡带和荒漠区活动层土壤含水量垂直分异则是表层和底层比20~30cm处低,可能与荒漠土壤凝结水的形成与运动有关。受绿洲地下水过度开采和绿洲边缘人类活动影响,在绿洲-荒漠过渡带形成了生态裂谷,对绿洲生态系统的安全构成威胁。     

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.     

水肥耦合对玉米田间土壤水分运移的影响

以干旱区绿洲农田玉米水肥耦合试验为基础。利用含有根系吸水项的一维土壤水动力学模型,模拟了不同水肥条件下玉米蒸散、根系吸水、土体贮水量变化以及田间土壤水量平衡。结果表明：在玉米生长初期以棵间蒸发为主,其后则是以植株蒸腾为主;玉米在30-40cm土层吸水速率达到最大值;玉米灌水量为田间持水量的70％与85％对土壤0～80cm土层贮水量的贡献是相等的,并且高肥力在一定程度上可增强根系的吸水能力,高灌水可增强玉米根系对养分的吸收利用,但对于提高水肥利用率来说,理想的处理为中肥中水。     

克里雅绿洲地下水埋深与土壤含水量的相关性

借助MATLAB7.0对新疆克里雅绿洲225个土壤样品的土壤含水量和28组地下水埋深数据进行处理,用线性回归法和多重回归法对土壤含水量与地下水埋深的关系进行分析。结果表明:0～5 cm、15～20 cm、45～50 cm和0～50 cm的土壤含水量与地下水埋深的相关系数分别为-0.8017、-0.8580、-0.8551和-0.8574;土壤含水量与地下水埋深之间存在显著的负相关关系,自上而下其关系逐渐增强,其中以15～20 cm土壤含水量与地下水埋深的相关性最强;由多重回归分析确定经验方程,其判定系数达到0.6631,说明地下水埋深是影响土壤含水量的重要因素,同时土壤含水量的多少可作为评估地下水开采利用与调控的依据。     

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。     

Impact of Irrigation Methods on Soil Salt Content and Their Differences in Whole Cotton Growing Season in Arid Area of Northwest China

Research for changes of soil water and salt is an important content of land sciences and agriculture sciences in arid and semi arid regions. In this paper, sampling in actual agricultural fields, laboratory analysis of soil samples and statistical analysis methods are used to quantitatively analyze soil salinity changes under different irrigation methods throughout the cotton growing season in Shihezi reclamation area. The results show that irrigation methods play an important role in soil salt content in the surface soil (0-20 cm) and sub-deep soil (40-60 cm), followed by deep soil layer (60-100 cm) and root soil layer (20-40 cm). Furrow irrigation yields the maximum soil salt content in deep layer (60-100 cm) or sub-deep layer (40-60 cm) and the maximum salinity occurs in the first half of the cotton growing season (June or earlier). In contrast, drip irrigation yields the maximum soil salinity in the root layer (20-40 cm) or sub-deep (40-60 cm), and this usually appears in the second half growing season (July or after). The ratio of chloride ion to sulfate ion (Cl^-/SO₄^2-) and its change in the soil are on the rise under furrow irrigation, while the value first increased and then decreased with a peak point in June under drip irrigation. This suggests that furrow irrigation may shift the type of soil salinization to chloride ion type moreso than drip irrigation. Potassium and sodium ion contents of the soil show that soil sodium+potassium content will drop after the first rise under furrow irrigation and the value is manifested by fluctuations under drip irrigation. Potassium+sodium content change is relatively more stable in the whole cotton growth period under irrigation methods. The maximum of sodium and potassium content of the soil usually occur in deep soil layer (60-100 cm) or sub-deep soil layer (40-60 cm) in most sample points under furrow irrigation while it is inconsistent in different sample points under drip irrigation. A nonparametric test for paired samples is used to analyze differences of soil salt content under different irrigation methods. This analysis shows that the impact of irrigation on soil salinity is most significant in July, followed by August, June, May, and April in most sample points. The most significant impact of irrigation methods occurs in the surface soil layer (0-20 cm), followed by deep layer (60-100 cm), root layer (20-40 cm) and sub-deep (40-60 cm). These conclusions will be benefitial for mitigation of soil salinization, irrigation and fertilization and sustainable land use.     

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。     

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。     

干旱沙漠地区小麦田土壤水分变化的数值模拟

利用SWAP模拟程序模拟沙漠地区小麦土壤水势变化、水分利用的结果,无论是灌淤土,还是流动沙丘沙土,即使是在最低灌溉标准(土壤水分含量保持田间持水量的40%),小麦作物仍不受干旱威胁。由于每次灌溉水量偏大,以及土壤的高渗水特性,流动沙丘风沙土深层渗漏损失率高达60%~90%,而灌淤土也达30%~70%,这种损失随灌溉量增加而增加,这表明在这一地区将灌溉量降到目前的最低标准(6 490 m³·hm^-2)以下是值得考虑的。实验区土壤养分含量较低,且施肥改良土壤水肥保持能力的效果不能立即表现,在目前的施肥标准下,施肥量对土壤水势、以及水分利用率没有显著影响。流动沙丘沙土的灌溉量远高于灌淤土,但根系区土壤水势平均值、最低值均相对较高,特别是最低值是灌淤土的2~3倍。相比两种土壤,除在表土层、根系层土壤水势有明显差异之外,临界层以下土层并无显著差异。     

不同环境背景下的艾比湖区域土壤水盐差异性特征研究

由于不同的环境背景下环境机制不同,所以导致了水盐（主要指水分、盐分）空间变异存在很大差异,在此背景下分析艾比湖地区含水量与含盐量空间变异,有助于更加合理的了解土壤含水量与含盐量一体化规律。以艾比湖为中心把艾比湖区域分为三个靶区：绿洲、荒漠、湖区,运用统计学方法,分析三个区域的土壤水分、盐分差异性特征。结果表明：绿洲、荒漠、湖区这三个区域表层土壤盐分积聚严重,其含盐量大小依次为：荒漠→绿洲→湖区,而含水量却相反;绿洲、荒漠和湖区土壤含盐量的变异系数均在85%～150%之间,属高强度变异,含水量变异系数均介于55%～75%之间,属中强度变异。说明荒漠区域盐分含量的水平分布不均匀,空间异质性较强;而水分含量的水平相对较为均匀,空间异质性较弱。绿洲、荒漠、湖区土壤层10～20 cm与20～40 cm土壤层含盐量的存在显著性相关性（p<0.01）,即绿洲的相关系数0.913,荒漠的相关系数0.966,湖区的相关系数0.941,绿洲与湖区土壤表层与亚层含水量存在显著性相关性（p<0.01）相关系数分别为0.851 和0.908。说明绿洲与湖区土壤层0～10 cm与10～20 cm土壤含水量存在水分转移现象,荒漠区域这种现象不明显,可能与沙漠炎热地表环境和土壤性质等因素有关。研究结果揭示了艾比湖地区不同环境背景下秋季的土壤含水量与含盐量分布特征,为艾比湖地区农作物灌溉管理及土壤盐渍化治理提供了科学依据。