Effects of combined drip irrigation and sub-surface pipe drainage on water and salt transport of saline-alkali soil in Xinjiang, China

Developing effective irrigation and drainage strategies to improve the quality of saline-alkali soil is vital for enhancing agricultural production and increasing economic returns. In this study, we explored how irrigation and drainage modes (flood irrigation, drip irrigation, and sub-surface pipe drainage under drip irrigation) improve the saline-alkali soil in Xinjiang, China. We aimed to study the transport characteristics of soil water and salt under different irrigation and drainage modes, and analyze the effects of the combination of irrigation and drainage on soil salt leaching, as well as its impacts on the growth of oil sunflower. Our results show that sub-surface pipe drainage under drip irrigation significantly reduced the soil salt content and soil water content at the 0–200 cm soil depth. Under sub-surface pipe drainage combined with drip irrigation, the mean soil salt content was reduced to below 10 g/kg after the second irrigation, and the soil salt content decreased as sub-surface pipe distance decreased. The mean soil salt content of flood irrigation exceeded 25 g/kg, and the mean soil desalination efficiency was 3.28%, which was lower than that of drip irrigation. The mean soil desalination rate under drip irrigation and sub-surface pipe drainage under drip irrigation was 19.30% and 58.12%, respectively. After sub-surface drainage regulation under drip irrigation, the germination percentage of oil sunflower seedlings was increased to more than 50%, which further confirmed that combined drip irrigation and sub-surface pipe drainage is very effective in improving the quality of saline-alkali soil and increasing the productivity of agricultural crops.

WATER AND SALT MOVEMENTS IN SIMULTANEOUS FLOOD-IRRIGATION AND WELL-DRAINAGE OPERATIONS

This paper describes a new technology for solonchak soil reclamation in which surface flood irrigation of fresh water and pumped wells drainage of salty groundwater are combined. The comprehensive investigation of water and salt movement has been conducted through field test, laboratory simulation and numerical calculation. The dependence of desalination on irrigation water quantity, drainage quantity, leaching time and other parameters is obtained based on the field tests. The entire desalination process under the flood-irrigation and well-drainage operations was experimentally simulated in a vertical soil column. The water and salt movement has been numerically analysed for both the field and laboratory conditions. The present work indicates that this new technology can greatly improve the effects of desalination.

Transport Characteristics of Soil Salinity in Saline- alkali Land under Water Storage and Drainage Conditions

To test the variation and transport of soil salinity in saline- alkali land under water storage and drainage treatments,an experimental model was established in Fuping,Shaanxi Province,2009. The variation of soil salinity during 0- 160 cm soil depth under the two treatments was determined and analyzed. Results showed that the average soil water content under water storage treatment was 4. 47% higher than that under drainage treatment,which means that the water storage treatment could help to improve soil moisture to satisfy the crop's growth needs. The profile distribution of soil soluble solids( TDS),anion( Cl-,HCO3-,SO2-4) and cation( Ca2 +,Na+,K+) content and the variation of soil p H were also measured and analyzed. PCA( Principal Component Analysis) was used to explore the relationship between the soil salinity and its ions,which showed that the water storage treatment could significantly decrease the surface salinity of soil and accelerate the desalination of topsoils,and finally,the soil quality was improved significantly,demonstrating that the water storage treatment has a remarkable effect on soil salinity management.

河套灌区农田地下水化学特征与不同地类水盐迁移

为确定深度节水背景下河套灌区农田地下水的化学特征与不同类型农田间的水盐迁移转化关系,选取河套灌区典型灌溉农田作为试验区,利用经典统计学、主成分分析与溶质动力学原理,分析典型灌溉农田浅层地下水离子与浅层地下水埋深变化特征,确定影响地下水水质的主要地下水特征因子;讨论作物种植前后土壤离子变化情况;运用定位通量法确定了地下水对不同类型农田间盐分的贡献,并建立水盐均衡模型。结果表明:(1)浅层地下水阳离子以Na^(+)+K^(+)为主,占阳离子总量的53.22%,阴离子以SO_(4)^(2-)为主,占阴离子总量的41.04%,地下水主要化学类型为HCO_(3)·SO_(4)^(-)Na型,通过主成分分析得出影响地下水水质的主要特征因子为TDS、Na^(+)+K^(+)、HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)。(2)作物种植前后盐分积聚以NaCl和Na_(2)SO_(4)为主。(3)不同类型田块的蒸散量不同,荒地、葵花地、玉米地的ET分别为422.6 mm、475.6 mm、625.8 mm。(4)玉米、葵花、荒地土壤均处于积盐状态,通过水平渗透进入荒地的盐分为1924 kg·hm^(-2),占荒地积盐量的22.00%。(5)荒地与耕地存在盐分过渡带,荒地附近推荐种植葵花等耐盐性较好经济作物。研究可以为当地水资源高效利用、土壤盐渍化调控和农业可持续发展提供指导意义。

内蒙古河套灌区农田排水污染特征及防控措施

内蒙古河套灌区农田排水引起的面源污染是乌梁素海的首要污染源,具有独特的污染特征及产排路径。通过文献查阅和现场调查,总结了河套灌区灌排系统和制度现状,分析了农田排水污染特征,明确了农田排水污染物的产排路径,并基于农田排水污染的影响因素提出了具体的防控措施。结果显示:1)河套灌区排水系统在农田排水污染物输送方面发挥着至关重要的作用,但近年来排水功能逐渐减弱;2)河套灌区非生长期灌溉用水量占全年用水量的55%~60%,其中每年秋浇洗盐用水量占全年灌溉用水量的1/3,灌溉水资源利用率较低;3)农田排水中化学需氧量、氨氮、总氮等污染物来自河套灌区内部,秋浇期面源污染风险最高;4)河套灌区农业生产活动主要以氮素污染为主,氮素通过土壤下渗并随浅层地下水迁移排放;5)河套灌区灌溉制度、农田内排水过程、排水沟外排水过程是农田排水污染的主要影响因素。针对河套灌区农田排水污染特征、产排路径以及主要影响因素,建议因地制宜采取措施构建综合治理模式,如源头水分调控、排水沟优化以及生态系统过程拦截,以改善乌梁素海流域的水环境。

Comparative investigation on soil salinity leaching under subsurface drainage and ditch drainage in Xinjiang arid region

This study was carried out to explore the effects of leaching salinity under subsurface drainage and mulched drip irrigation on saline and alkaline land from the year 2012 to 2014 in Xinjiang Region of China.Three sampled points were both set up in the subsurface drainage and ditch drainage areas.Soil samples were obtained at varied depths.Through observing the underground water table under each sampled point and measuring the electrical conductivity(EC)of the soil extracts,the following results were obtained:(1)after draining,the underground water table ranged from 1.6 m to 2.2 m in the ditch drainage area,and ranged from 1.5 m to 2.2 m in the subsurface drainage area.Thus,both irrigations could control underground water table below 1.5 m which is deeper than the main water-absorbing layers of crop root systems;(2)for subsurface drainage,the closer to the pipe,the better to leach salinity;decreased from the initial 13.54-22.95 g/kg to 8.20-11.47 g/kg;(3)compared with the amounts in 2012,soil total salt at each sampling point at depths of 0-200 cm in subsurface drainage area decreased by 42.99%,36.84%and 24.41%respectively in 2014;and in ditch drainage area decreased by 46.85%,38.12%and 30.80%respectively in 2014.The results showed both ditch and subsurface drainage could leach salinity effectively.

农田基础设施建设项目设计优化分析

在推进乡村的产出增长及其经济活力中,农用地的基本建设与维护扮演着关键角色,可以有效地、全方位地促进农作物产能的提升,并累积宝贵的实践知识。根据实际工程情况,首先介绍了该项目的概况,并探讨了其设计优化方法,从而立足自身特色和优势,采取更加直接、明确、有力的政策措施,确保农田基础水利建设在社会主义新农村建设中发挥更大作用,使农民得到真正的实惠。

基于指示克里格插值方法的土壤轻度盐渍化风险分析

针对河套灌区土壤盐分变异性较高的问题,基于指示克里格插值方法,分析土壤盐渍化的时空风险变化。结果表明:研究区各时期0~100cm土层土壤均属于轻度盐渍化且呈中等变异性;指示变异函数符合高斯模型且为中等空间自相关性,说明土壤盐分的空间变异是由结构性因素和随机性因素共同引起的。研究区北部轻度盐渍化风险大且分布集中,建议采用水利工程措施为主、农业生物措施为辅的综合治理措施。南部土地利用强度较高,人为农业活动较为频繁,应加强田间管理来防治土壤盐渍化。

农田水利工程治理天津市土壤盐渍化的效果

为研究农田水利工程治理盐渍化的效果,以天津市为例,结合ArcGIS9.3与试验分析方法,分析说明农田水利建设对土壤盐渍化改良的作用。结果表明,1982-2008年,盐渍土面积由49.40×104hm2,降低到32.42×104hm2,18.76%的盐渍土完全脱盐化,其他土壤盐化程度也大大降低;2006-2010年,来自于盐渍土的新增耕地面积减少了2.54×104hm2,但有1.11×104hm2的沟渠转换成耕地;0~60 cm内的滨海盐渍土剖面中,排水体系完善的耕地,69.81%以上在轻度盐化以下,而排水体系较差的荒地,40%以上为盐土,仅14.85%在轻度盐化以下。1982-2005年,易形成盐渍化的土壤面积由65.55×104hm2,减少到49.60×104hm2,减少区域与盐渍化降低区的分布区域一致。因此,农田水利建设是通过改良盐渍土的形成环境,从而达到治理盐渍化的效果。对于沟渠分布过密的脱盐化地区,可将部分废弃沟渠纳入宜耕后备资源中,通过土地整治促进农田集中连片,进而推进高标准农田建设。

新疆浅层暗管排水降低土壤盐分提高棉花产量

土壤盐渍化问题严重制约着干旱区农业可持续发展，为达到土壤脱盐的效果，增加作物产量，该文针对膜下滴灌棉田，采用完全随机试验方案，在装有暗管的中度和轻度盐渍化土壤上种植棉花，分析暗管降盐技术对轻度和中度盐渍化农田土壤盐分变化规律及棉花产量的影响。结果表明：轻度和中度盐渍化农田土壤盐分剖面特征均由表聚型向脱盐型变化，中度盐渍化土壤0～20 cm土层盐分下降最快，其他土层盐分含量均呈现显著下降趋势；轻度和中度土壤最高脱盐率分别为50.96%和90.89%，中度盐渍化土壤盐分可降低至轻度水平；暗管排水的电导率变化范围为7.53～11.16 dS/m，pH值变化范围7.08～8.20；轻度和中度盐渍化棉田增产幅度分别为25.3%和55%。研究表明与滴灌配套的浅层暗管排水降盐技术可有效治理盐碱土壤，提高作物产量，该研究可为盐渍化土地的可持续利用提供依据。

暗管排水对大棚土壤次生盐渍化改良及番茄产量的影响

为探讨防治设施土壤次生盐渍化的措施,于发生次生盐渍化的大棚土壤内埋设埋深40cm,间距6m及埋深70cm,间距8m的塑料暗管,研究土壤电导率(EC)、饱和导水率、体积质量等基本理化性质的变化,分析暗管排水对次生盐渍化土壤改良及番茄产量的影响。结果表明:埋设暗管可以明显降低次生盐渍化土壤的EC值,尤其是暗管上方的EC值显著低于对照;同时,土壤饱和导水率增加,体积质量降低而总孔隙度升高;番茄平均单果质量增加,产量显著提高,各项指标均表现为埋深70cm,间距8m暗管的处理优于埋深40cm,间距6m的处理。埋深70cm,间距8m暗管的处理在大棚土壤次生盐渍化改良中的效果优于埋深40cm,间距6m的处理。

大宝山矿水外排的环境影响:Ⅱ.农业生态系统

大宝山外排酸性矿水对周边农村地区农业生态系统具严重的负面影响,表现在:农田所用的灌溉水酸度很强,灌溉水中多种重金属含量高于国家农田灌溉水质标准,其中Cd超标约16倍;土壤严重酸化,pH值可低至3.9,总实际酸度平均达47mmol/kg,比水溶性酸度高147倍,表明由矿水带进土壤的无机酸通过土壤的缓冲作用暂时转化为非水溶态并在土壤中累积;土壤重金属含量超标,以Zn、Cu和Cd为甚;粮食和果蔬等作物重金属污染严重,其中尤以Cd最为突出,最高可超标近150倍。

干旱区平原绿洲散耗型水文模型——Ⅰ模型结构

针对干旱地区平原绿洲水土资源利用的特点,建立了以农区土壤水为中心的干旱区平原绿洲散耗型水文模型。散耗型模型考虑了水在不同介质和不同形态之间的交换或转化,并重点考虑人类活动如引水灌溉、地下水的开采等对水平衡的影响。模型把研究区划分为河段、泉井、水库湖泊、农区和非农区五类水均衡模块,水均衡模块之间通过地表渠系、地下水侧渗进行水量交换。应用模型可以对研究区农区、非农区各自的蒸发量、农区向非农区地下水迁移量等干旱区主要水分散耗项进行分析。

滴灌条件下排水暗管间距对土壤盐分淋洗的影响

在滴灌淋洗条件下设计暗管排水试验,研究暗管不同埋设间距(15、20、25 m)对土壤剖面盐分分布及脱盐淋洗效果的影响。结果表明:滴灌淋洗期间,0~70 cm土层含盐量显著降低,与CK相比,试验地不同地段土壤平均含盐量减少10 g/kg以上。从暗管上方至相邻暗管中点位置处不同剖面土壤平均脱盐率逐渐减小,15、20、25 m间距小区在0~100 cm埋深土壤中点位置处最大脱盐率分别为84.01%、77.75%、73.98%,土壤整体脱盐率介于51.82%~60.43%之间。吸水管埋管间距越小,小区暗管排水阶段排水流量越大,排水矿化度、电导率也越大,但成本会略高。15 m间距相比20、25 m间距小区每公顷多投入的成本和平均脱盐率差值分别为8 430、12 570元和4.78%、8.61%;15 m间距暗管处理在水平距离暗管0、5、7.5 m处土壤脱盐率最大值分别为86.47%、85.15%、84.01%,且排水期间排水流量、矿化度、电导率最大,分别为2 m^3/h、189.15 g/L和35.9 mS/cm;土壤盐分淋洗效果优于20、25 m间距小区,淋洗相同盐分含量土壤所需灌水量也低于20、25 m间距;2次灌水后0~70 cm土层盐分整体已降至10 g/kg以下,作物生长条件大为改善,适宜作为指导新疆盐渍土改良滴管条件下暗管间距布设参数的依据。

旱涝交替下控制灌溉对稻田节水及氮磷减排的影响

该文研究控制灌排技术对稻田水氮磷动态变化及节水减排效应的影响。于2015年5—10月在河海大学江宁校区节水园,在有底侧坑内进行水稻栽培试验,于水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期和乳熟期4个生育阶段进行控水试验,以常规控制灌溉为对照,测定稻田淹排水铵态氮(NH_4^+-N)、硝态氮(NO_3^--N)和总磷浓度变化。结果表明:旱转涝处理淹水初期稻田水中铵态氮(NH_4^+-N)、硝态氮(NO_3^--N)和总磷浓度显著高于涝转旱处理,这个时期地表和地下排水应该引起注意。控制灌排条件下灌水量减少7.4%~18.5%,排水量减少23.0%~43.5%,NH_4^+-N负荷减少18.5%~54.5%,NO_3^--N负荷减少16.8%~57.7%,总磷负荷减少34.2%~58.3%;其中拔节孕穗期和抽穗开花期在保证节水减排的同时,也能实现较高的产量;因此,控制灌排技术具有较好的节水减排效果,对南方稻作区灌排实践具有指导意义。

黄河下游灌区农田排水再利用效应模拟评价

在田间试验观测基础上,采用SWAP模型分析黄河下游簸箕李引黄灌区农田排水再利用下的土壤盐分季节性变化以及地下水位对土壤盐分剖面分布的影响,模拟农田排水补灌对作物产量的效应。研究结果表明,咸排水补灌引起的土壤盐分积聚主要在冬小麦生长期,夏玉米生长期内并不明显,有效地控制地下水位有助于减少土壤盐分累积量,维系作物根区的盐分平衡。利用含盐量为4mg/cm3以下的农田排水在冬小麦生长后期水分亏缺阶段进行补灌,可在基本不影响随后夏玉米产量的基础上,不同程度地改善冬小麦产量。对缺水严重的黄河下游引黄灌区,农田排水再利用是缓解水资源供需矛盾、改善作物产量的一种有效水管理措施。

干旱区平原绿洲散耗型水文模型——Ⅱ模型应用

以地处我国西北内陆的阿克苏河平原绿洲为研究对象,在所建立的干旱区平原绿洲散耗型水文模型的基础上,开展了对模型的实证研究,并对相关结果进行了分析。在阿克苏河流域平原区1980-1995年逐月水量平衡研究中,模拟结果比较符合研究区水盐监测的结果,模型效率系数超过90%,多年平均相对误差仅为3 6%,证明模型在干旱区具备很好的模拟精度,在我国西北内陆干旱区绿洲有进一步应用的前景。

稻田高产节水灌溉方式的研究

1984～1988年在中国水稻研究所试验场将排水与其它农业措施相结合,采用节水灌溉措施和高产灌溉制度,综合考虑对田面水、土壤水、地下水和雨水的统一管理利用和合理调节控制,通过大田、水区、测坑试验和生产实践,提出了适合当地条件的节水高产灌排方式、地下水埋深和排水量.这种水综合运用,既可节约灌溉用水量,减少灌水次数,还可降低排涝水量,减轻排涝能耗费用.

水管理策略对土壤水盐动态和区域地下排水影响的模拟评价

以宁夏惠农灌区平罗试验区为对象,基于田间观测与灌溉试验结果,在田间尺度采用SWAP模型开展不同地下水调控深度与灌溉制度相结合的水管理方案下土壤水盐动态的模拟,在区域尺度采用MODFLOW模型进行不同水管理方案对区域地下排水量影响的模拟评价,据此分析土壤水盐动态过程和农田排水系统的作用,对拟定的各种水管理方案进行评价。结果表明,现状灌溉用水量虽有助于减少表土盐分积聚,但地下排水量占灌溉用水量的39.4%;现状灌溉用水量减少50%时,浅埋地下水位会加重表土积盐;现状灌溉用水量减少25%时,作物根区没有产生明显的积盐,地下排水量减少31.4%。因此,较为合理的水管理方案是将现状灌水量减少25%的同时将地下水埋深控制在70cm以下,才能达到节水、增产、改善农田水土环境的目标。

灌区土壤盐渍化发展模拟预测与对策研究

以秦王川灌区观测和调查资料为依据，采用目前广为实用的MODFLOW地下水模拟软件，对灌区地下水动态进行了预测和分析，并对地下水质的发展趋势作出评价。灌溉实施以来，秦王川灌区地下水位避年上升。未来10年内盐沼区面积扩大约为28km^2，并且将继续增加，地下水埋深0～2m的面积达31.4km^2。占灌区面积的比例约为6％。未来20年地下水坦深0—2m的面积达47k,^2，占灌区面积的比例为10％左右。根据地下水位的变化特征，对控制土壤盐渍化发展的因素和对策进行了分析，提出以明沟排水为主，加大灌区下游地下水排泄能力；以渠灌为主，适度发展井灌，大力推行田间节水灌溉技术等对策。