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《中国农业科学院》 2015年
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咸水灌溉覆膜棉田水盐运移规律及耦合模拟

张俊鹏  
【摘要】:在河北低平原区开展耐盐碱作物棉花咸水安全灌溉理论与技术研究,对于缓解区域淡水资源紧缺、推进盐碱旱地改良与咸水开发利用、保障棉花产业可持续发展具有重要意义。本研究于2012-2014年在河北深州采用常规畦灌和地膜覆盖植棉方式,设计1、3、5、7 g/L共4个灌溉水质处理,分析并模拟了咸水灌溉覆膜棉田水盐运移过程,揭示了棉花生长响应特征,预测了连续多年咸水灌溉情景下土壤水盐变化趋势。取得的主要成果如下:(1)阐述了咸水灌溉覆膜棉田水盐在年内和年际间的变化规律。棉花生育期内,土壤水分和盐分随灌溉、降雨和棉田蒸发蒸腾而起伏变化,并有随灌溉水矿化度增加而增大的趋势。年际间,丰水年棉花根系层水分充足,盐分得到充分淋洗;干旱年根系层水分较低,盐分出现累积。经过连续3个不同水文年的咸水灌溉,棉花根系层土壤盐分未逐年增加,与2012年播种时相比,2014年试验结束时1、3、5、7 g/L灌水处理都出现脱盐。地膜覆盖促使棉田水盐呈现不均匀分布。苗期,覆膜行土壤水分大于裸露行,盐分恰好相反;蕾期以后,覆膜行土壤水分和盐分均低于裸露行。(2)明确了不同矿化度咸水灌溉对棉花成苗率、地上地下部生长发育、产量构成及纤维品质的影响效应。3 a试验结果表明,3 g/L和5g/L灌水处理棉花的成苗率、成铃数、单铃重和籽棉产量与1 g/L处理间的差异不显著,7 g/L处理显著降低;籽棉产量开始显著降低时对应的主要根系层土壤溶液电导率为7.1~8.8 d S/m。(3)提出了咸水灌溉棉田蒸发蒸腾量估算方法。咸水灌溉棉花土壤蒸发量有随灌溉水矿化度增加而增大的趋势,但处理间总耗水量差异不明显。1 g/L、3 g/L和5 g/L灌水处理间棉花水分利用效率差异不显著,7 g/L处理明显降低。引入盐分胁迫系数对基础作物系数进行修正后,采用SIMDual_Kc双作物系数模型估算了覆膜棉田蒸发蒸腾量,估算精度达到了93.6%以上。(4)对HYDRUS-2D模型参数进行了属地化修正,确定了适宜的模拟区域和边界条件,较好的实现了咸水灌溉覆膜棉田水盐运移二维模拟,剖面土壤水分和盐分浓度模拟的平均误差分别控制在了10%和20%以内。(5)预测了连续多年咸水灌溉下棉田水盐变化动态。连续灌溉20 a情景下,3 g/L微咸水没有导致根系层土壤明显积盐;5 g/L和7 g/L咸水引发了次生盐渍化,但5 g/L咸水仅导致了较低水平的轻盐渍化。综合考虑土壤盐分变化和棉花耐盐阈值,5 g/L以下微咸水可直接用于棉花播前造墒和补灌。依据模拟结果,提出了河北低平原区棉花的咸水适宜灌溉制度。
【学位授予单位】:

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