北疆膜下滴灌棉田土壤水—盐—热时空分布特征研究

发布时间：2020-08-08 08:00

【摘要】：水资源短缺及土壤次生盐渍化问题已成为制约新疆农业发展的主要因素。膜下滴灌作为一种新型改良利用盐碱地的方法,已在全疆范围内得到了大面积推广与应用。然而,水资源短缺及土壤次生盐渍化问题已严重威胁到干旱区农业水土资源的可持续利用。因此,本文结合新疆自治区“十二五”重大专项课题,采用野外监测取样与室内化验分析相结合的方式,针对土壤水分、盐分及温度进行了长期连续监测试验,初步研究成果如下:(1)在棉花生育期内,膜下滴灌棉田土壤水分在剖面上呈现明显的带状分布特征,且0~150cm土壤剖面存在稳定的含水率高值区,其位置保持在棉花根系所在的30~70cm土层范围内,说明试验区现行膜下滴灌灌溉制度能够保证棉花根系大部分时间处于良好的水环境,保证棉花在生育期的正常需水。(2)经典统计学分析发现,在棉花生育期始末,随土层深度的增加,棉田土壤水分呈现先增大后减小的趋势,而土壤盐分含量呈现出随深度的增加而增大的趋势;各土层水分呈现中等偏弱变异特征,而盐分呈现中等偏强变异特征。相比之下,生育期末土壤盐分变异性比生育期初大。在60cm土层,其含盐量值均小于6 g·kg-1,属于轻度盐渍化土壤;而在60cm土层中,其土壤盐分值均6 g·kg-1,属于中度盐渍化土壤。(3)地统计学分析发现,试验区棉田土壤含水率空间分布结构可以用球状模型、指数模型较好拟合;而土壤盐分空间分布结构可用指数模型及高斯模型较好拟合。在60cm土层中,土壤水分呈现出中等强度的空间相关性;而60cm土层,呈现出强烈空间相关性。在棉花生育期初,土壤盐分的空间相关程度呈现出随深度的增大而逐渐减小的趋势;而在生育期末,土壤盐分的空间相关性呈现出与生育期初相反的趋势。(4)由自相关距的变化趋势可知,60cm各土层含水率自相关距离保持在[197.5,325.4]m范围内,呈现出随深度的增加而增大的趋势;而60cm土层该值呈现出相反趋势。在棉花生育期初,土壤盐分变程值呈现出随深度增加而增大趋势,而生育期末,该值呈现出中间土层较大,表层和深层小的趋势。(5)由棉田土壤水分随机模拟及不确定性分析可知,试验区表层0~20cm土层有92.3%的区域(其面积约为22.2公顷)土壤含水率值小于18%的概率高达90%以上,由此可以推断,试验区在播种前表层0~20cm土层土壤含水率值无法保证当年棉花种子的萌发。在20~40cm土层,只有17.7%(面积约4.25公顷)的土壤其含水率低于阀值的概率高于50%,且这些区域主要分布于试验区周边地带,即试验区的东南-西北方向。由此可知,这一土层的大部分土壤,其含水率值低于18%的风险小于50%。(6)经pearson相关分析发现,在深度方向上,棉田各土层土壤含水率及含盐量在95%、99%的置信度下,其双尾检验结果均呈现极显著水平,其中各相邻土层间的水分及盐分相关性最强。随着土层间距的增大,各土层水分及盐分的相关性逐渐减弱。各相邻土层间水分及盐分值可以用线性函数较好拟合,其拟合度基本都大于50%。生育期末各土层土壤盐分的相关性比生育期初强。(7)由年内棉田土壤盐分变化分析可知,随着生育期的推后,各土层土壤盐分整体呈减小趋势;处于5月中旬(苗期)、7月中旬(花铃期)及9月中旬(收获期)时段的棉田,其土壤盐分波动较大,有不同程度的积盐趋势。由土壤盐分年际变化情况分析可知,实施膜下滴灌1~6年的地块,土壤盐分含量呈现出随种植年限的增加而减小的趋势,这一趋势在第三年以后较为明显,脱盐效果以20cm以下土层更为显著;实施膜下滴灌6~7年,土壤盐分基本处于新的平衡状态,各地块出现稳定积盐层,其深度大约在80~100cm土层附近。盐分变化稳定后,在0~60cm土层中,大部分盐分值基本保持在2.5g·kg-1左右,属于非盐化土。(8)由棉田土壤盐分不确定分析可知,随土层深度的增加,土壤为非盐渍化的可能性大于90%的面积分别约占总面积的53%、30%、19%、18%、14%,呈逐渐递减趋势,且基本分布于试验区东北方向;轻度盐渍化土壤面积约占21%、35%、43%、45.8%、41%,基本呈逐渐增加趋势,其分布基本覆盖整个试验区;而中度及以上盐渍化土的分布面积约占9%、15%、12%、7%、0,基本都位于试验区西南角。由此可以初步判断,试验区随深度增大,土壤次生盐渍化程度有加剧的趋势,但主要以轻度盐渍化为主。棉田耕作年限与试验区次生盐渍化的发生具有一定相关性。(9)冻融期外界气温对膜下滴灌棉田土壤温度的影响随着深度的增加而减弱,相邻土层的土壤温度保持高度相关性,且随着深度的增加,各土层间的相关性逐渐减弱。当地冻融期从2012年11月9日开始至2013年3月8日结束,长达120天,最大冻结深度约为80cm。土壤冻融大致可以分为冻结带发育阶段,稳定冻结阶段及消融期三个阶段,且此三个阶段土壤温度与深度可以采用二次曲线较好拟合,且其精度较高。冻融期土壤剖面盐分呈现出随深度增加先增大后减小的趋势。在0~60cm土层,土壤含盐量基本保持在0~3g·kg-1范围内,属于非盐化土壤;而在80cm以下土层,存在稳定积盐层,表现出中度及重度盐化土壤的特征。
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S562;S275.6

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