灌溉水矿化度对玛纳斯流域棉花生长影响的试验研究

合理利用咸水资源对缓解干旱区绿洲农业用水矛盾有重要意义。本文于2010年和2011年在石河子大学节水灌溉试验站研究了矿化度为0.87、2、3、4、6、8g/L的咸水对土壤水盐动态和棉花生长及产量的影响。结果表明,咸水灌溉导致土壤剖面持续积盐,棉花叶面积指数减小,干物质积累减少、产量下降;灌溉水矿化度每提高1g/L,产量降低约391kg/hm2;土壤根系层(0～60cm)可溶性盐浓度每升高1g/L,产量降低约861kg/hm2。在灌溉水矿化度2g/L情况下,100cm土层盐分最大累积率2010年为113%,2011年为26%,呈下降趋势,棉花生长、干物质积累及产量受影响较小,可作为该区咸水利用调控参考阈值,指导农业生产。     

冬季咸水结冰灌溉对滨海盐碱地的改良效果研究

冬季利用地下苦咸水(9.59g/L)对滨海盐碱地进行咸水结冰灌溉,灌溉水量为180mm,咸水融化入渗完成后覆以地膜以防止返盐(T),以不灌溉同期覆膜的地块作为对照1(CK1),以不做任何处理的地块作为对照2(CK2)。种植作物为棉花。结果表明,冬季咸水灌溉结冰、春季咸水冰融化入渗后土壤各层次脱盐效果明显。春季咸水冰融水入渗后,T处理0～20cm土壤表层含盐量由灌水前的0.69%降低到0.39%,脱盐效率为43.5%,显著高于CK1和CK2;而CK1和CK2由于受冬季土壤冻融积盐和春季强烈蒸发影响,0～20cm土壤表层出现强烈的积盐,土壤平均含盐量分别从0.63%和0.58%增加到1.44%和1.27%;在棉花播种期,T处理的土壤表层含盐量为0.31%,而CK1和CK2土壤表层含盐量分别为0.65%和0.98%。由于T处理的土壤含盐量低,适于棉花的播种出苗,播种后出苗率达76.8%,最终籽棉产量达3700.17kg/hm2;而CK1和CK2由于土壤含盐量高,几乎没有棉花出苗,最终棉花绝收。     

试验站和农户管理水平下冬小麦水分利用效率比较

华北平原水资源缺乏与粮食需求增多之间的矛盾日益尖锐,提高作物水分利用效率是缓解这一矛盾的重要途径之一。基于试验站试验数据和农户调查数据,对比分析了试验站和农户管理水平下华北平原冬小麦水分利用效率的差异;结合农户田块试验数据,验证了试验站管理水平下关键期淡水灌溉模式在农户田块推广的可行性。结果表明:试验站管理水平下冬小麦水分利用效率为14.30kg(/hm2·mm);农户管理水平下,88.96%农户田块面积的冬小麦水分利用效率低于试验站管理水平,主要原因是研究人员与农户种植目的不同、知识水平差距较大以及家庭联产承包责任制对农户种植积极性的制约等;农户之间作物水分利用效率差异明显,可能是农户田块土壤肥力、田块大小以及灌溉水质有一定差异等导致;试验站管理水平下关键期淡水灌溉模式适合在农户的田块进行推广,不仅能保证作物高产,而且可以提高作物水分利用效率。     

不同盐分含量的海冰水灌溉对棉花产量和品质的影响

采用不同盐分含量的海冰水进行棉花灌溉试验,结果表明:①经过1年3次灌溉和降雨淋洗作用,海冰水盐分含量为1g/L、3g/L和5g/L的灌溉处理,土壤均表现为明显的脱盐效果,在0～20cm表层土壤脱盐率随海冰水盐分含量升高而降低,脱盐率最高为1g/L处理,达到57.22%,分别高于3g/L和5g/L处理3.28%和18.34%;而盐分含量为7g/L和9g/L的灌溉处理0～80cm土壤各层次表现为积盐,以60～80cm积盐最为严重。②各处理以1g/L和3g/L海冰水灌溉棉花果枝数、单颗棉桃重和产量最高,随灌溉水盐分含量增加产量呈递减的趋势,9g/L海冰水灌溉3次的处理与无灌溉相比出现显著减产,减产率为28.48%;7g/L和9g/L的2个处理,棉花整齐度指数和断裂比强度都有降低趋势,但各处理间棉纤维品质差异不显著。综合考虑海冰水长期灌溉效应及海冰脱盐技术,建议采用3g/L海冰水进行棉田灌溉,并要注意配合必要的灌溉和排水措施。     

盐碱地改良技术综述与一种新的研究模式展望

我国是一个农业人口大国,耕地和粮食的质量安全及稳定生产,在国民经济发展中具有非常重要的地位。体现农业综合生产能力的重要标志是耕地资源质量问题,其中对盐碱化土壤等中、低产改造利用是一项重要的基础工程,为此我国在农田盐碱地改良利用治理和研究诸多方面付出了不懈的努力,并取得了显著的成效。本文根源于我国盐碱地改良整治技术的发展,对传统的水利改良技术、后起的土壤生物化学改良技术、现代节水灌溉农田水盐调控技术研究内容和效果等进行了综述分析。随着我国多形式节水灌溉技术研究应用和推广,以适应新的灌溉条件下土壤水盐管理利用的新技术理论和方法也在不断呈现,如"土壤水盐定向迁移"和农田土壤"盐分上移地表排"即为近年来我国水利科技人员,创新提出并研究的土壤水盐改良利用新技术理论和解决模式,本文对这一新的技术理论和灌排模式研究内容进行了介绍,并提出展望。     

海冰水灌溉配合农艺措施对棉田土壤水盐动态的影响

采用海冰水(含盐量3‰)灌溉,结合4种施肥措施(无机肥、有机肥与无机肥配施、土壤调理剂与无机肥配施和不施肥处理),研究海冰水灌溉配合农艺措施对土壤水分和盐分动态的影响。2007年-2008年结果表明:苗期和花期灌水后海冰水处理的土壤含水率均显著高于井水处理,尤其灌溉后播种前期0～40cm土层含水量差异显著;井水灌溉施加液膜处理的土壤含水率较未处理的显著提高。海冰水灌溉土壤1m土体脱盐率达40%。连续两年试验,两种灌溉水处理并配合不同农艺措施条件下均可有效淋洗土壤中盐分。2007年海冰水灌溉下,土壤调理剂与无机肥配施处理和有机肥与无机肥配施处理的小区0～40cm土壤脱盐率显著高于无机肥单施的处理(约53%～55%)。本试验研究得出,使用3‰的海冰水加液膜处理后灌溉棉田,并配合土壤调理剂与无机肥配施或有机肥与无机肥配施,能够加快灌溉后水分入渗和土壤盐分的淋洗。     

植物蒸腾与土壤盐分的研究

蒸腾是植物吸收和输导水分的主要动力,水分作为盐分的溶剂,植物的水分运动和盐分运动与分布状况有着密切的关系,植物蒸腾直接影响土壤的盐分状况。文章就近年来国内外有关植物蒸腾对土壤盐分动态影响的研究现状进行介绍,指出了树木蒸腾对土壤盐分影响的有关问题尚需深入研究。     

江苏沿海不同时期滩涂围垦区土壤剖面盐分特征分析——以江苏省如东县为例

通过引入聚集系数、变异系数和分形维数等参数揭示了不同围垦年限下的沿海滩涂土壤剖面盐分和粒径的分布特征,并且运用灰色关联度方法计算了土壤盐分与土壤粒径的相关联程度,结果发现:①随着围垦年限和人类活动强度的增加,沿海滩涂土壤中总体盐分含量逐渐下降,且表现出有农作物生长的田间的脱盐效果明显快于、好于无农作物生长的田边土壤.同时沿海滩涂土壤经历了“均匀型-表聚型-震荡型-底聚型-震荡型-均匀型”的变化趋势;②围垦20～60a的无盐土盐分处于临界轻度盐化土的状态,土壤次生盐碱化风险较高;③沿海滩涂土壤各层盐分表现出“临层相关-隔层相关-上层相关”的变化过程,各层与平均含盐量的相关性体现了土壤剖面合盐量向均匀型转变的特征;④土壤粒径逐渐变小,土壤肥力逐渐增加,并且有作物生长的田中央增加速度大于田边.土壤盐分与土壤粒径的关联度总体不强,粒径对土壤盐分的影响弱于人类活动.     

农业灌溉中再生水的应用

通过总结再生水灌溉中重金属累积对土壤和作物的影响、再生水灌溉水质标准和再生水灌溉对作物品质的影响,提出再生水合理利用中应采取有效的应对措施,以期推动再生水在农业灌溉中的合理应用和推广。     

干旱区滴灌水盐调控改良重度盐碱地棉田的包气带水分运移分析

包气带水分运移规律的研究能够为干旱区滴灌水盐调控改良盐碱地的技术提供理论基础。本文以克拉玛依农业开发区经改良的重度盐碱地棉田为例,观测棉花生长季内的土水势、土壤含水量和不同水体的同位素组成的时空分布特征,分析包气带水分运移。结果表明：①在滴灌水盐调控下,经改良的重度盐碱地棉田0~60 cm土层的含水量随时间的变化最大,受灌溉水（降水）入渗、蒸散发的影响最为明显;60~220 cm土壤含水量、土水势和土壤水同位素组成随时间的变幅相对较小,受灌溉水（降水）入渗、蒸散发的影响相对较小;220~260 cm土壤含水量、土水势和土壤水同位素组成随时间的变幅最小,受地下水的影响较明显;②120 cm和150 cm土壤水,100 cm和180 cm土壤水,260 cm土壤水中降水和灌溉水的贡献比例分别约为22%和78%,40%和60%,46%和54%左右,分别反映本次试验入渗水、前期土壤水、地下水的同位素组成特征;③灌溉水对地下水的影响较小,试验期间地下水位的抬升主要来自于侧向径流补给。     

土地综合生产力评价与土地质量变化及农户行为研究

该研究是根据曲周的农业生产情况,以地理信息系统为平台,初步选取与农业生产关系密切的地貌和土壤物理性质,地下水因子影响盐碱程度,土壤有机质、和养分含量及其他生产条件等四类14个指标,进行分析。并通过相关性分析和逐步回归,针对小麦、玉米、棉花、蔬菜,筛选和确定影响其生产、产量的评价指标体系,并对筛选的指标进行量化分级和指标权重的量化,对影响与制约土地生产力的自然因素和社会经济因素进行综合评价。通过土地评价及其分析得出：(1)同一因素对不同作物有不同的影响;(2)同一地块对不同作物生产力综合评价等级不尽相同;(3)不同等级土地的土壤有机质的变化量、土壤养分含量的变化情况有一定差异,其主要影响因素是农户的生产投入差异,这种差异主要来自于农户种植结构的不同和不同区域、乡村农户间投入的不同;(4)地下水的过度开发,农户氮肥的过量投入以及钾肥投入的不足是该地区土地和水资源退化的主要因素。     

HYDRUS-2D模型对海冰水灌溉情景下水盐迁移的模拟

环渤海滨海地区土地盐碱、淡水资源紧缺,严重制约区域经济持续快速发展。非常规海冰水资源利用的深入研究为盐碱地改造、粮食稳产丰产提供了新途径。本文利用HYDRUS数值模拟的方法对3g/L海冰水灌溉进行模型模拟与验证,验证结果表明模型具有较好的可靠性;选择春季作物需水关键期141d为情景灌溉日,灌溉量采用0m3/hm2、300m3/hm2、600m3/hm2、1200m3/hm2、1800m3/hm2,分析表明:海冰水灌溉量为1200m3/hm2时耕层土壤水分含量达到饱和,耕层盐分含量不再会随灌溉量的增加而增加,海冰水灌溉量≥1800m3/hm2时,部分盐分可淋洗到1m层以下。本文旨在利用数值分析方法揭示研究区春季海冰水农业利用在灌溉量上的关键性技术,以期为科学合理的利用海冰水资源提供参考。     

基于不同时间尺度玉米蒸散蒸腾量及其影响因素

运用涡度相关仪、包裹式茎流计对半干旱区玉米蒸散和蒸腾进行连续观测,并对田间土壤水势及其周围气象因子进行同步监测,分析了玉米蒸散和蒸腾在不同时间尺度上的变化过程及其影响因素,结果表明:①涡度相关仪测定的日蒸散量和茎流计测定的日腾量变化规律一致,相关性较好,但日内蒸散速率和蒸腾速率的变化受环境因子的影响而呈现不同的变化特征;②不同深度土壤水分状况对玉米蒸散和蒸腾存在不同影响。对玉米蒸散起较大作用的是地表以下10~15cm深处的土壤水势,而对玉米蒸腾起较大作用的是15~20cm深处的土壤水势;③在不同时间尺度上,太阳辐射始终是影响玉米蒸散和蒸腾的最主要气象因子;但在日内变化上,玉米蒸散速率和蒸腾速率与太阳辐射和饱和水汽压差均存在较好的相关关系。     

河南省夏玉米产量空间分布特征及其影响因素

科学评价各种影响因素在作物产量空间分异中的作用,对因地制宜进行粮食生产功能区划定、种植结构选择、中低产田改造、高标准粮田建设等农业生产实践具有重要意义。本文以河南省为研究区,收集整理2008—2010年各县田间肥料试验数据、耕地地力评价资料和夏玉米生长季气象数据,利用Boruta算法和随机森林模型定量评价施肥、土壤、气候、品种和灌排等5个组别共计17个因素对夏玉米产量空间分异的影响。结果显示：河南省夏玉米高产区主要分布在豫北黄淮海平原区,中产区主要分布在豫东平原区和南阳盆地,低产区分布在豫西、豫南和南阳盆地外围的丘陵山地。产量年际波动较小的区域主要集中分布于中产区。17个因素对夏玉米产量空间分异均有重要影响。施肥,尤其是配方施肥,虽然可以有效提高作物产量,但是并不能改变作物产量的空间分布格局。上述结果表明,作物产量空间分布格局主要受气候、土壤和立地条件等区域性因素的综合制约,有效保护高产稳产的优质耕地资源、通过消除土壤障碍因素和改善耕地立地条件提高耕地基础地力是保障可持续粮食安全的重要途径。     

华北平原作物水分生产力区域分异规律模拟

提高作物水分生产力(Water Poduetivity)是节水农业研究的最终目标,定量分析作物WP对干旱和半干旱地区水资源管理和决策制定具有重要意义.华北平原是我国重要的粮食生产基地,但水资源问题已成为制约该区可持续发展的瓶颈,明确该区作物WP时空变化特征及其与气候的关系,对指导该区农业生产和水资源高效利用具有重要作用.本文首先利用华北平原3个代表性试验站各连续3～4年的小麦-玉米轮作田间试验资料,校准验证澳大利亚开发的APSIM模型,然后利用校准后的APSIM模型和研究区域32个气象站1961年～2005年逐日气象数据,结合GIS技术,对华北平原不同供水情景下冬小麦、夏玉米WP空间分布特征进行了模拟研究.模拟结果表明:①当不考虑作物品种变化时,华北平原小麦、玉米WPET(产量与蒸散量比值)分布响应于该区平均气候状况,具有明显的空间分布特征;②充分供水情景下全区小麦WPET为(1.38～1.69)kg/m3,平均值为1.53kg/m3,玉米WPET为(1.69～2.05)kg/m3,平均值为1.83kg/m3;非充分供水情景(仅满足作物水分需求一半)下两作物WPET分布与充分供水情景下相似;雨养情景下小麦WPET为(0.29～1.57)kg/m3,平均值为0.77kg/m3,玉米WPET为(0.86～2.13)kg/m3,平均值为1.47kg/m3;③饱和水汽压差(VPD)是影响作物水分生产力的主要气象因子,研究区域小麦生长季VPD北高南低的趋势使得小麦WPET呈北低南高分布特征;而玉米生长季VPD西高东低,玉米WPET呈西低东高的趋势.改善灌溉管理可提高作物WP,减少由土壤蒸发损失的非生产性耗水对提高作物WP也具有重要意义.     

气候变化下辽西北春玉米生育期需水量研究

作物需水量是制定灌溉用水计划和水资源规划的重要依据,了解其历史变化和未来发展趋势对预测农作物用水走势并据此制定合理决策至关重要。本文基于辽西北地区9个气象站1964—2013年的气象及土壤资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith模型与充分灌溉条件下的土壤水分密度函数法获得春玉米不同生育期需水量,并预测了未来气候变化对辽西北春玉米净灌溉需水量的影响。结果表明：1964—2013年近50年辽西北春玉米需水量基本呈现不显著下降趋势,空间分布规律为自东南向西北方向逐渐递增;净灌溉需水量多年平均值为402.44mm,灌溉需求指数多年平均值为0.67;从未来气候变化情境下的净灌溉需水量来看,国内或区域内资源（A₂）情景与区域可持续发展（B₂）情景在未来30a距平增长率依次降低。本文研究可为辽西北春玉米种植的农业用水以及合理灌溉提供依据,对缓解本地区日益突出的水资源供需矛盾具有十分重要的战略意义。     

干旱区滴灌棉田灌水量与灌溉周期关系

由于其节水增产的优势,近年来,膜下滴灌在我国西北干旱区绿洲农田得到了迅速推广。由于轮灌仍是目前农田用水分配的主要方式,并且还需要考虑滴灌产生的土壤盐分积累问题,因此,对滴灌灌水量(Q)、灌水周期(T)以及相应的深层下渗(L)关系研究,不仅是农田用水分配的要求,也是盐分控制的需要。本文利用田间试验数据校验HYDRUS-2D模型,进行数值模拟试验,并结合马尔可夫链模型分析,分析不确定蒸散下的Q-T-L关系,结果显示:①总体上,随着灌水量的增加,可支持的灌溉周期增加,同时深层下渗增加,Q-T-L关系曲线表现为非线性关系;②其中存在3个关键Q-T阈值点:深层下渗出现点(Q为35mm,T为5d)、灌溉周期增加减缓点(Q为65mm,T为10d)、最大灌溉周期点(T为11d,Q为120mm)。因此,①在以水分利用为优先的模式下,最大灌水量不应超出35mm,最大灌溉周期为5d;②在灌溉间隔时间优先的模式下,有最大灌水周期11d,所需灌水量为120mm,适宜的灌水周期为10d,所需灌水量为65mm;③在有盐分淋洗需求模式下,适宜的灌水周期为10d,所需灌水量为65mm,产生下渗量约占灌水量17%,可用于根区盐分淋洗;④潜水位对灌溉产生作用的阈值深度是-300cm,高于时潜水可以补给根区土壤水分,从而增加灌溉周期。利用本文数值模拟与方法,可以为不同气候与土壤情形区域农田滴灌灌溉设计提供指导。     

基于“五水转化装置”的夏玉米耗水规律研究

农田作物耗水规律研究对提高农业用水效率、保障作物高产有重要意义。本文运用新型五水转化动力过程实验装置人工精确控制夏玉米生长环境条件,监测蒸散发实时变化,分析均质粉砂壤与层状壤质土土壤条件下夏玉米耗水规律。结果表明：均质粉砂壤与层状壤质土壤夏玉米蒸散发日变化呈单峰曲线,在14:00-14:30达到峰值;日蒸散发呈先增大后减小趋势,在12月21日达全生育期最大值,分别为3.70mm/d、3.90mm/d;5日蒸散发变化呈线性增长-小幅度降低-回升-逐渐降低趋势,最大值分别为17.00mm、18.08mm;全生育期总蒸散发分别为373.94mm、395.65mm;均质粉砂壤与层状壤质情形下夏玉米全生育期实时蒸散发与温度的相关性呈从极显著到显著水平的变化趋势,相关系数在三叶期-拔节期达最大,为0.79。层状壤质土的土壤结构和初始含水量利于玉米根系吸收深层土壤水分和养分。