干旱区常年膜下滴灌棉田土壤水盐运移及数值模拟研究

摘要

1996年,膜下滴灌技术在新疆石河子垦区121团种植棉花成功之后,膜下滴灌技术种植面积逐年增加,得到了快速的发展。但是膜下滴灌不能有效的将地表盐分排除到农田以外,极易使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,本文选取多块常年膜下滴灌的棉田,通过分析生育期、非生育期棉田水盐运移规律和不同因素对土壤水、盐、热运动的影响,总结归纳不同滴灌年限棉田盐分的积累特征,应用 Hydrus模型软件模拟土壤水盐运移变化并进行预测,为膜下滴灌棉田的可持续发展和次生盐碱化的防治提供科学的理论和可靠的依据。
　　本文主要的研究成果如下:
　　(1)通过全年观测,低、中、高3块盐度棉田各层土壤水盐分布差异较大,盐分的积累特征如下,低盐度棉田盐分集中在120~150cm,在7~8月份达到最高,中盐度棉田盐分集中在90~120cm,在6~7月份最高,而高盐度棉田盐分集中在0~70cm,随着灌水出现脱盐。到了生育期末,3块棉田土壤盐分都明显降低,说明穿插灌水对土壤盐分的淋洗具有良好的效果。因此,应依据各自棉田盐分情况调整灌水制度。
　　(2)积雪融水明显增加了0~50cm处土壤含水率,对土壤水分调控以及保墒有着重要的作用,而对盐分影响较小,只能对土壤盐分进行有限的控制而不能从根本上抑制盐分的上移。
　　(3)在冻融条件下,气温对土壤温度影响,随着土壤深度的增加而不断减小,滞后时间不断延长,土壤消融速度快于冻结速度,上层土壤消融速度快于下层。在生育期,土壤温度与气温呈正比关系,影响作用随着土壤深度的增加而减弱,滞后时间随着深度的增加而延长。
　　(4)在冻融条件下,冻土水盐运移变化较小,基本保持相对稳定状态,对土壤盐分有着一定抑制作用。通过对冻融后的土壤水盐运移进行分析得出,地表蒸发日益强烈,集盐区的盐分随着水分上移,造成上层土壤盐分增加,引发春季返盐。
　　(5)随着土壤温度的升高,5~60cm处土壤含水率降低,90~150cm处土壤含水率增高,导致5cm和90~150cm处土壤盐分相对增高。因此,在灌溉定额不变的条件下,对不同生育阶段灌水定额和灌水周期进行调整,使作物保持良好的水盐环境,抑制土壤盐分的上移。
　　(6)膜下滴灌种植前6年表层土壤盐分呈脱盐趋势,土壤水盐的环境相对较好,土壤盐分被淋洗至80cm以下。膜下滴灌种植6年后,盐分积累增加,容易造成土壤次生盐碱化。因此,对种植年限6年的棉田应该进行漫灌,而对于滴灌种植年限更久的棉田,应该缩短至4年或5年。如果没有漫灌条件,应在每年生育期末进行一次穿插灌水,抑制盐分的增加。
　　(7)通过土壤水分、盐分的模拟值与实测值相比,虽然一些深度土壤含水率、含盐率存在一定的差异,但是随深度的运移变化规律基本保持一致。通过预测,上层土壤呈脱盐趋势,下层土壤呈积盐趋势。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究内容

第2章 研究概况

2.1 研究区概况

2.2 研究方法

2.3技术路线

第3章 土壤水分运动参数的确定

3.1 土壤颗粒分析

3.2 应用模型拟合土壤水分运动参数

3.3 本章小结

第4章 膜下滴灌棉田水盐动态变化研究

4.1 土壤盐分含量与电导率的关系

4.2 不同盐度棉田在非生育期水盐运移变化规律研究

4.3 不同盐度滴灌棉田在生育期水盐运移规律研究

4.4 积雪消融对棉田水盐运动的影响研究

4.5 棉田盐分随滴灌年限的积累特征研究

4.6 本章小结

第5章 温度对棉田水、盐、热运移规律的影响研究

5.1 冻融期气温对土壤温度的影响

5.2 非生育期土壤温度与土壤含水率、土壤含盐率的关系

5.3 生育期土壤温度与土壤含水率、土壤含盐率的关系

5.4 本章小结

第6章 膜下滴灌棉田水盐运移数值模拟

6.1 相关理论

6.2结果与分析

6.3 模型的预测

6.4 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢