典型绿洲灌区长期膜下滴灌棉田根区土壤盐分及离子变化特征

通过对新疆典型灌区5块（1998地块、2002地块、2004地块、2006地块和2008地块）不同膜下滴灌应用年限农田进行连续4年的定点监测,每块地每月分别在膜内毛管处、棉花窄行中点、膜外两膜中点3个位置取样测试从地表向下0-60cm深处土样的盐分及离子含量,揭示长期膜下滴灌农田根区土壤盐分演变趋势。结果表明,在现行灌溉制度条件下,根区土壤盐分平均值、最大值、盐分方差和标准差均随膜下滴灌应用年限延长呈降低趋势,根区盐分平均值与膜下滴灌应用年限符合Allometric1指数函数模型,滴灌应用1~3年,相对荒地脱盐率可达85%左右,滴灌应用3~10年盐分降低趋势明显,滴灌10~15年相对荒地脱盐率稳定在95%左右。根区土壤盐分中Na＋与Cl-2种离子含量随膜下滴灌年限延长而降低趋势明显,滴灌5年以后降低缓慢,年均含量低于0.15g/kg,脱盐率稳定在80%~90%之间,滴灌8~15年相对稳定;根区盐分离子组分中主要是Na＋与Cl-,随滴灌应用年限延长而降低,其次是Ca2＋、SO2-4、Mg2＋3种离子,其他离子含量随滴灌应用年限延长无明显变化特征。根区盐分及离子降低的主要原因在于当地的灌溉制度,坚持现行的灌水制度虽然有利于膜下滴灌长期可持续应用,但应适当减少花铃后期及吐絮期的灌水定额以节约水资源。

干旱区长期膜下滴灌农田耕层土壤盐分变化

新疆地处干旱地区,水资源短缺,膜下滴灌作为有效的节水灌溉技术在新疆农业生产中广泛使用。但新疆同时是盐碱化普遍发生的地区,采用滴灌技术后,传统灌溉的灌溉洗盐过程随之消失,且该地区灌溉水矿化度较高,对土壤盐分有一定的补充作用,因此滴灌技术虽然节水增产效果明显,但长期滴灌可能导致土壤盐分积累,降低土壤质量。通过监测一个长期膜下滴灌、面积约为224 km2的农场15a农田土壤盐分含量,对长期膜下滴灌土壤盐分含量的变化进行研究,研究结果可为膜下滴灌土壤盐分管理提供科学依据。以位于新疆北部玛纳斯河流域的新疆生产建设兵团第八师147团农田为研究对象,通过收集该团场自1996年至2010年记录的农田耕层盐分和养分指标的分析数据,利用统计学知识及地理信息系统技术,对不同滴灌年限下土壤耕层盐分变异特征及土壤耕层盐分与其他土壤指标的相关性进行研究。研究表明:(1)在滴灌的第一个3年周期内,土壤耕层盐分平均含量从3.13 g kg-1降低至3.00 g kg-1,降幅达4.2%,但经12年滴灌年限,土壤耕层盐分从3.13 g kg-1升高至4.81 g kg-1,升高了53.7%;(2)在五个监测周期(15 a)内,土壤盐分含量明显上升,研究区土壤耕层盐分含量集中分布在4~10 g kg-1,土壤耕层多为中度盐化土和重度盐化土;(3)长期膜下滴灌导致土壤耕层盐分发生重新分配,全团范围内农田盐分含量分布接近正态分布。本研究条件下,长期膜下滴灌会造成土壤耕层盐分积累,滴灌水携带的盐分对土壤盐分有一定的补充作用;采用2~3年进行一次大水洗盐以及培肥土壤、提高土壤有机质含量对防止滴灌土壤积盐具有重要作用。

长期膜下滴灌对根区土壤盐分及棉花生长影响研究

通过比较典型灌区内7个（试验设计两个研究区共14块棉田）不同膜下滴灌年限棉田盐分分布,尝试揭示长期膜下滴灌农田根区土壤中盐分演变趋势。两研究区均表现为,应用膜下滴灌技术棉田根区盐分随着该技术应用年限的延长而逐渐降低;且表现为滴灌〈6a为迅速脱盐阶段,6-8a为平稳脱盐阶段,〉8a为盐分稳定阶段。头年10月至翌年4月,膜下滴灌棉花根层盐分降低显著。滴灌棉田根层盐分的逐年降低,使得棉花根区生境得到改善,应用膜下滴灌技术5-7a内,其对棉花根层生境改良效果较明显,3-7a棉花成活率年均增幅大于26.75%、产量年均增幅超过19.57%。滴灌7-9a以上,棉花根层生境良好,成活率大于82%,产量超过5200.00kg/hm^2。

长期膜下滴灌棉田残膜对土壤水盐、养分和棉花生长的影响

为了研究不同覆膜年限棉田残膜对棉花及棉田土壤的影响,在典型绿洲区长期膜下滴灌棉田开展了不同残膜量的田间试验。选取自然条件下覆膜年限分别为7 a、9 a、11 a、13 a、15 a、17 a和21 a共6个不同残膜量棉田,标记为A、B、C、D、E和F处理,监测棉花出苗率、株高、茎粗、叶面积以及棉田土壤水盐分布和养分含量变化。结果表明:不同残膜量处理对长期覆膜棉田土壤水盐分布、养分含量和棉花生长均产生显著影响。残膜降低土壤水盐分布的均匀性,随残膜量增加土壤浅层含水率高于深层含水率,阻碍了土壤水分下渗;土壤盐分随水分迁移,高残膜处理土壤脱盐效果变差且出现盐分富集;残膜引起土壤养分退化,土壤铵态氮、硝态氮和有效磷含量降低,高残膜量F处理最多分别下降35.12%、17.30%和43.26%;棉花出苗率、株高、茎粗和叶面积等指标随残膜量增加而减小,高残膜量下最多分别降低9.00%、18.38%、21.77%和38.65%。以上分析表明,高残膜量对棉田土壤环境和棉花生长影响显著,研究结果可为绿洲区长期膜下滴灌棉田的绿色可持续发展提供理论依据和技术参考。

雷达信号对膜下滴灌棉田土壤水盐的响应研究

雷达信号是反映介质信息的重要依据,为探究雷达信号对长期膜下滴灌棉田土壤水盐的响应特征。试验采用中心频率为250 MHz的pulse EKKO PRO探地雷达,以未采用过滴灌技术的荒地为对照,探测滴灌应用年限年分别为11年和21年的两个地块,取实测剖面对比探地雷达波谱图像上的分层结果,结合电磁波时域和频域的方法,剖析电磁波信号对土壤水盐的响应特征。结果表明:①通过250 MHz中心频率探地雷达波谱图像上的反射层面与实际开挖剖面相结合,能够快速识别膜下滴灌棉田0~140 cm范围不同土层的上下边界。同时,结合取样数据时,能够有效的辨别大范围的土层结构信息。但当水盐含量较高时,探地雷达将无法有效识别土壤的反射层面,从而很难分辨土壤的层次结构。②长期膜下滴灌棉田盐渍化土壤对电磁波的影响十分显著,水分含量和盐分含量是引起电磁波衰减的主要因素。振幅能值是雷达信号对水盐响应的标志参数,水盐含量与振幅能值成反比。③中心频率为250 MHz的天线在不同滴灌年限的地块中,主频发生偏移,滴灌棉田出现在160 GHz左右,而荒地出现在190GHz左右。荒地中出现多峰现象,次主频分别处于371 MHz和688 MHz。且荒地的振幅能值小于滴灌棉田。利用探地雷达快速无损的优势,大面积获取膜下滴灌棉田土壤水盐的变化信息,有利于盐碱化土壤的及时处理。