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内蒙古河套灌区耕荒地间土壤水盐运移规律研究

李亮  
【摘要】: 在内蒙古河套灌区引黄水量减少兼顾灌区农业生产和土壤盐渍化程度向良性发展的形势之下,针对盐渍化地区土壤水分运动和盐分运移的影响因素和复杂过程,以当地主要土地类型荒地为研究对象,采用田间试验与室内试验相结合方式对北方盐渍化地区荒地土壤水盐运移的复杂机理进行了研究,并且应用HYDRUS-2D模型模拟水分的动态平衡以及盐分的对流~弥散作用。揭示了盐渍化地区耕荒地间的水分运移机理,模拟了盐分迁移过程。该研究为河套灌区荒地土壤改良和节水灌溉提供了理论基础和技术支撑,是对北方盐渍化地区节水灌溉理论的丰富和完善。 河套灌区由于多年灌溉水输入盐分较大,而排出盐分较少,其土壤盐渍化程度较严重,而地下水埋深较浅,地下水和土壤水之间盐分运动活跃。研究显示,灌溉水垂直入渗和侧向渗流,将土壤中的盐分垂直向下淋洗,带入地下水中,通过地下水补给渗流将盐分代入毗邻荒地。荒地在地表蒸发蒸腾的作用下,水分向上运动,所带盐分随水分向上运移,造成盐分积聚。在没有灌溉水淋洗的荒地中,盐分主要积聚在表层0~20cm之间的土壤层中,表层盐分积聚对地表蒸发有一定抑制作用。 研究取得的主要成果如下: 1.通过观测计算盐荒地水分平衡,包括4个方面的影响因素:(1)灌溉地的灌水量与降雨量的影响;(2)地下水水分运移的影响;(3)土壤蒸发作用的影响;(4)荒地土壤中的水分空间变异的影响。作物生育期灌水过程中,土壤水分基本保持平衡,灌溉水及降雨都被土壤蒸发所消耗。荒地在无灌水情况下,积聚耕地灌溉水带入的盐分,成为灌溉水淋洗耕地盐分的临时排盐区。荒地盐分积聚在表层0~20cm土壤中,土壤表层盐分积聚对,土壤蒸发有一定的抑制作用。 2.通过观测计算荒地土壤中盐分的空间变异,确定盐分积聚与淋洗的运移平衡。荒地土壤含盐量在作物发育期增加,在秋季灌水淋洗时,盐分降低,在次年土壤融通时,与附近耕地土壤含盐量基本相近。土壤,盐分空间变异性较强,降雨、灌水、蒸发、地下水等都对其有较大的影响,(1)灌水量的多少直接影响着荒地土壤含盐量的变化,灌水量越大,水平渗透量越大,地下水位越高,荒地积盐量越大;反之亦然。(2)降雨不积水情况下,耕地土壤盐分降低,荒地盐分被淋洗。地表积水,耕地土壤盐分变化不大,如果积水长时间浸泡耕地,会导致地下水盐分上升到上层土壤中;荒地土壤含盐量降低,地下水含盐量增加。(3)在蒸发强度基本不变的情况下,当地下水含盐量基本相同时,地下水埋深越浅,地表土壤积盐量越大。 3.土壤中盐分变化活跃,与土壤中离子种类有密切关系。荒地和耕地0~100cm土层中都含有大量非水溶性Ca盐,均在60~80meq/100g。在0~100cm土层中水溶性盐的含量盐荒地明显增高。出现了降雨后土壤含盐量减少,尤其是表层土壤中的可溶性盐,被淋洗到深层土壤中。年度变化上可以看出,可溶性盐基本没有太大的变化,而非可溶性盐耕地与荒地都有增加。 4.降雨对荒地各层土壤基质势的影响随深度的增加而减小。灌水之后土壤基质势随时间的变化遵循周期性增减的规律,其变化周期为24h。土壤基质势的日变幅较小,在含水率变化不大的情况下,土壤温度是影响基质势变化的主要因素。 5.田间和实验室分别测定了土壤水分运动特征参数,并对田间实测土壤基质势进行了标定,建立了土壤基质势和饱和度之间的数学模型。 6.HYDRUS-2D模型模拟土壤含水率的模拟值与实测值比较相差不大,拟和较好。HYDRUS-2D模型用于作物生育期灌水过程中土壤水盐运移变化的模拟研究是合理可信的,模型能够较为客观地模拟再现前期灌水过程中土壤水盐运移的规律。秋浇将灌水积聚下的盐分进行冲洗,使灌区盐渍化得到了一定的缓解。对于耕地,秋浇的作用是储水保墒;对于荒地,秋浇主要是携带流失盐分,为竖年储存灌溉水所带盐分腾空出“盐库”。 通过HYDRUS-2D模型模拟灌水过程的土壤含水率及含盐量的空间变异过程,经过率定检验,HYDRUS-2D模型可以可靠的揭示耕地间隙分布的荒地在灌水时水盐运移规律。此研究为盐渍化地区耕地与荒地土壤水盐运动的研究提供了依据,可以作为盐渍化地区HYDRUS-2D模型模拟研究的基础。


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