冻融条件下膜下滴灌棉田土壤水盐运移规律及数值模拟

摘要

新疆属于季节性冻融期地区，每年从11月初到翌年4月初结束，土壤经历了冻结与融化的过程。在此过程中水分和盐分发生了迁移变化，形成了盐分的表聚现象，极易造成农田发生土壤次生盐碱化，给新疆绿洲农业的可持续发展带来重大隐患。因此，选取多块常年进行膜下滴灌的棉田，通过分析冻融期滴灌棉田水盐运移特征和有无积雪覆盖条件下膜下滴灌棉田水盐变化特征，探讨冻融期滴灌棉田水盐运移规律;结合秋浇理论和冻融期滴灌棉田水盐运移规律，使用Hydrus-3D模型模拟计算确定适宜秋浇定额，为膜下滴灌棉田的可持续发展和次生盐碱化的治理提供科学理论和可靠依据。
　　本文主要的研究成果如下:
　　(1)在冬季有无积雪覆盖对土壤水盐变化有着一定的影响。裸地（有积雪覆盖）和覆膜地（无积雪覆盖）的水分变化规律相似，盐分变化则由于覆膜作用土壤在冻结锋面聚盐效果有所减弱。在融化期，由于覆膜，没有积雪入渗补给，随着地表蒸发增强，地表含水率不断减少，盐溶于水，水分被蒸发上移，故盐分也随着上移，更加剧了土壤盐渍化程度。
　　(2)冻融条件下不同种植年限的膜下滴灌棉田的含水率和含盐率都表现出了时间变异性。整个冻融期含水率和含盐率的时间变异性属于中等偏弱，个别的土层属于强变异性。0-80cm土层的含水率的时间变异性较强，80-150cm土层含水率变化的变异性相对减弱，划分0-80cm为冻融含水率和含盐率变化关键区，80-150cm为冻融含水率和含盐率胁从区。不同种植年限的滴灌棉田地块土壤含水率和含盐率时间变异性，无明显区别。
　　(3)在冻融条件下不同种植年限膜下滴灌棉田的土壤盐分变化情况有所不同。土层平均含盐量均有所增加，且表层含盐量增加较大。随着种植年限的增加，受冻融作用的影响，0-140cm土层含盐量增加值，逐渐减少，但是含盐量的增长率却是随着种植年限的增加有所增加。
　　(4)不同种植年限膜下滴灌棉田的土壤水分变化情况同样受到冻融作用的影响，表层土水势降低，水分向表层集聚，同时在一些初始含水率较高的区域，也受到负温的影响，土水势降低，也会在此区域形成水分的集聚现象。形成了含水率“大-小-大”的在分布格局。采用同样的方法对各个种植年限滴灌棉田冻融期的水分迁移进行分析，发现不同种植年限滴灌棉田之间含水率变化特征并无明显变化规律，而与初始含水率关系密切。
　　(5)不同种植年限膜下滴灌棉田土壤剖面盐分由于冻融作用影响，土层水分被迫迁移而盐又溶于水，故盐分也随之迁移。表层盐分在冻结期均有所增加，在消融期，由于积雪的消融以及冻结层的融化，造成了盐分向下淋洗，盐分有所减少。在土层一定深度范围内均出现含盐率极大值，是由于此范围土壤水分的集聚造成的。冻融期不同种植年限的地块含盐率的变化幅度不同，表明在冻融期随着膜下滴灌棉田种植年限的增加，土壤盐分迁移的变化程度有所减弱。
　　(6)经土壤颗粒分析，得出土壤颗粒组成，代入RETC求得土壤水分运动参数。采用Hydrus-3D模型计算不同秋浇定额对土壤水盐变化的影响，结合冻融理论最终确定秋浇定额为2250m3/ha为最适宜。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．3 研究内容

1．4 技术路线

第2章 研究概况

2．1 研究区概况

2．2 研究方法

第3章 有无积雪覆盖条件下膜下滴灌棉田水盐动态变化研究

3．1 土壤盐分含量与电导率的关系

3．2 有无积雪覆盖下冻融期棉田水分运移特征

3．3 有无积雪覆盖下冻融期棉田盐分运移特征

3．4 本章小结

第4章 大田冻融期土壤水盐运移动态变化研究

4．1 冻融期棉田水分运移特征

4．2 冻融期棉田盐分运移特征

4．3 本章小结

第5章 不同秋浇定额条件下的土壤水盐运移数值模拟

5．1 Hydrus-3D模型介绍

5．2 建立不同秋浇定额条件下的Hydrus-3D模型

5．3 结果与分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简历