膜下滴灌典型棉田土壤水盐迁移规律与数值模拟研究

第1章绪论

1.1研究目的和意义

水资源在国民经济和社会发展中具有举足轻重的地位，土地资源是我们赖以生存的基础。新疆地区总面积166.49×10 km2，年均水资源总量为922×109m2，多年平均降水量为154.5mm，相当于全国年均降水量的23%，属于典型的于早区绿洲型农业。由于气候和自然环境因素的影响，土壤盐渍化是威胁干旱地区农业发展的一个重要因素之一。在中国，盐溃土壤分布范围大，面积为36×106hm2，广泛分布在中国东北、西北及沿海区，其中1.7568×10°hm2是农田盐渍土壤。在我国，70%的盐渍化土壤分布在内蒙古、新疆以及陕西、甘肃、宁夏、青海六省（区）。新疆维吾尔自治区农田土壤中有30.2%的耕地为盐渍土壤，其中80%的盐渍化土壤是农田土壤次生盐渍化[2]所造成的。新疆是国内盐碱地面积最大的地区，为了能够保障新疆农业生态的可持续发展，实施和发展高效节水灌溉型农业势在必行。在这种情况下，新疆许多地区实施了多种形式的节水灌溉型农业，膜下滴灌技术正是在此情况下得到推广和应用的。膜下滴灌因其自身的技术优势能够较好地缓解新疆地区水资源的供需矛盾和促进农业生产得到迅速发展。新疆石河子市在1996年首先引进此技术应用，目前新疆维吾尔自治区应用膜下滴灌技术的农田耕作面积已超过2×106hm2，且已发展成为大田应用膜下滴灌技术面积最大的地区[3]。

膜下滴灌技术在新疆的大面积推广和应用产生了巨大的经济效益与社会效益，同时给干旱区农田土壤带来一定的负面作用。在传统大田地面灌溉条件下，灌溉用水量大，土壤盐分能够随水分运移而向土壤深层迁移；采用膜下滴灌技术后，农田土壤的水盐运移和分布产生新的变化，土壤覆膜后具有增温、保水和抑盐的作用，这对农作物的生长非常有利。但是滴灌灌溉水量小，土壤湿润区主要在作物根区范围，土壤盐分没有得到充分洗淋，在强烈蒸发作用下土壤盐分随着水分蒸发向表层迁移并逐年产生累积，容易导致土壤出现次生盐碱化。新疆地区干旱少雨、土壤中水分蒸发强烈，土壤自身淋洗和脱盐能力弱，造成膜下滴灌棉田土壤积盐，导致大面积盐碱化4]。近年来，一些学者的研究成果表明，膜下滴灌棉田的土壤盐分累积现象，随着滴灌棉田耕种年限的延长呈逐年增加的趋势。由于膜下滴灌土壤湿润体界面的特殊性，土壤在水盐运移规律及分布变化特点等方面与传统地面灌溉方式有着明显的不同。国内外许多学者利用室内试验和大田试验，研究了不同滴头流量、覆盖方式、灌溉制度、滴灌年限、土壤质地、蒸发影响等对作物生长、土壤水盐运移规律和土壤盐分累积特征的影响510]。开展膜下滴灌棉田土壤水盐运移的规律及其分布特征研究，对合理利用水资源、调控棉花灌溉水量、防止干旱区土壤次生盐渍化具有重要的实践作用和指导意义。

在我国30°N以北地区普遍存在不同程度的季节性冻土区，北疆地区季节性冻融期时间长达5个月左右。在冻融期的冻结阶段土壤水分向冻结层聚集。在消融期，由于气温升高较快、气候干燥、蒸发量大，盐随水动，水分蒸发后盐分留在土壤中，引起盐分在土壤中再分布，容易诱发土壤次生盐渍化，浅层土壤的盐分聚集威胁着棉花幼苗的生长和发育，严重时甚至导致棉花大面积减产。因此，研究土壤在冻融期的水盐分布与变化规律，合理利用冬季土壤水分、减少次生盐碱化程度、防范土壤春季返盐是一个亟待解决的难题。

综上所述，土壤中盐分的变化性强，膜下滴灌条件下土壤盐分的分布规律复杂，需要进行长期的、大量的监测试验，获得更为精确的土壤水盐数据，由于受到人力资源、环境条件和经济条件的制约，以往研究中对膜下滴灌土壤水盐运移规律全面的、长期的、综合的研究比较少，加之影响膜下滴灌土壤盐分变化因素多，盐分运移规律复杂，这需要进一步探索和实践，因此膜下滴灌棉田土壤水盐运移规律及其分布特征的研究是一个长期的科学研究课题。本书选取北疆地区石河子市一二一团膜下滴灌棉田作为试验研究基地。该试验区自1996年开始应用棉田膜下滴灌技术进行种植，是北疆地区最早在棉田实行膜下滴灌技术的地区，至今已连续应用26年；对该试验区连续6年的试验监测数据进行分析，采用室内外试验相结合及数值模拟技术等方式来研究多年膜下滴灌棉田生育期土壤水盐分布规律，在非生育期土壤水盐迁移特征，分析耕作多年棉田的土壤水盐在生育期不同时间的变化特征，探讨膜下滴灌棉田土壤水盐的运移规律，为合理利用膜下滴灌技术和防治土壤次生盐渍化提供理论依据。

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