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盐碱地“沙穴-微咸水滴灌”模式对土壤水盐分异规律影响与种植参数优化

刘安琪  
【摘要】:我国盐渍土面积约3460万hm2,由于降雨少蒸发大,从热带到寒温带、滨海到内陆、湿润地区到极端干旱的荒漠地区,有近1/5约760万hm2耕地均存在不同程度盐碱化,而土壤资源安全与合理利用是提升土壤耕地质量、构建最佳陆地生态系统结构的关键要素。盐碱地治理及盐碱地节水灌溉是国家藏粮于地、藏粮于技的重要措施,也是国家粮食安全、生态安全的重要保障。因此寻求一种以节水控盐为原则,以降低土壤盐碱化水平、增强土壤肥沃度、提高农田经济效益为目标的种植技术是一项亟待攻克的世纪性难题。为此,本文通过试验与模型模拟相结合的方式研究微咸水滴灌沙穴结构土壤水盐运移机理及作物根系响应机制,提出一种新型的节约水资源、改良利用盐碱化耕地的方式与理念,为田间农耕管理提供理论依据。主要研究成果和创新点如下;(1)运用微咸水滴灌下的异质土壤构造,探究不同灌水处理下均质土壤和沙穴异质土壤湿润锋迁移进程,及再分布后各处理的土壤水盐积聚情况,并运用Origin9.0分别对各处理进行Kostiakov入渗公式拟合,结果表明:均质土壤入渗过程符合Kostiakov入渗公式,参数拟合系数大于0.99;土壤盐分主要集中在10-15 cm深度处,淋洗深度不够。沙穴异质土壤构造可显著扩大土壤湿润体积,且灌水矿化度与湿润体积呈正相关,但过大的灌水矿化度导致土体剖面积盐及土表返盐,因此推荐2 g/L灌水浓度对沙穴结构土壤进行淋洗,洗盐深度可达20 cm。研究表明:盐碱地沙穴种植结构是盐碱地适盐种植的一种较好模式。(2)通过二维均质土壤番茄种植试验,运用温度差异构建番茄根系维度差异,探究根系维度与根区土壤水盐的耦合作用机理,创新性的提出“水-盐-根系”相关关系概念模型与假设,结果表明:根系埋深越深,土壤表层的高含盐量对根区辐射作用越小;根系维度越大,根区土壤盐分浓度越小。相对较大的根系维度有利于形成吸水区和淋洗区交替作用机制,为保证根系健康生长提供可能。(3)通过三维沙穴异质土壤番茄种植试验,研究沙穴结构土壤水盐运移规律及作物响应机制,结果表明:相对于淡水处理,微咸水滴灌处理土体中形成局部低盐区,对根区土壤洗盐效果显著,作物蒸散量增大约9.54%。在整个土壤剖面,同一深度土壤水分处于动态平衡状态,可以自主调节根系对水分的需求量,因此沙穴种植是一种较好的盐碱地适盐种植模式。(4)运用压力薄膜仪研究八大离子对不同处理下的沙土和黏壤土土壤水分特征曲线的影响规律,并用RETC软件对实测值进行拟合,结果表明:提高浸泡溶液离子浓度,可显著降低土壤体积含水率,增加土壤透水性能;低浓度离子溶液对于增大微咸水处理黏壤土土壤体积含水率效果不显著。另外Mg2+可以显著提高沙土土壤的保水性,2%浓度阳离子溶液可显著增大黏壤土的透水性。(5)利用Hydrus-2D模型对水盐传感器监测下的沙穴异质二维土体结构土壤含水率、含盐量随时间推移的变化过程进行模拟,找出合适的土壤水动力特征参数,并用模拟值与实测值的标准差与相关系数验证模型的合理性,模拟结果较为可靠,为盐碱地沙穴种植提供了技术支撑。综上所述,基于不同土壤质地间颗粒级配、孔隙率、亲水性、导水性等方面的物理差异,充分运用不同质地土壤对于水盐运动过程的异质调节机理,以及作物根系结构对土壤水盐运移的响应机制,通过人工构建二维及三维非均质沙穴土体结构,从土壤与作物双因素角度共同探讨沙穴土体结构对于改善盐碱土壤水盐运移积聚特性的积极效果。结果表明运用沙穴异质土体结构改善土壤中水盐动态运移机理及作物响应机制对于田间盐碱土改良具有理论与实践意义。


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