长期连作棉田土壤水盐运移规律及数值模拟研究

发布时间：2017-05-03 21:02

  本文关键词：长期连作棉田土壤水盐运移规律及数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：新疆属于典型的干旱半干旱地区,土壤水盐问题严重影响该地区的农业发展。滴灌以作物高产量、节约用水、抑制盐分和减少深层渗漏等特点成为解决现今节水、抑制土壤盐分问题的最好方法。新疆引进滴灌技术已有19年,由于滴灌只限于在滴灌湿润区对土壤盐分进行调节,盐分没有脱离耕作层土壤,长期连作滴灌是否会产生新的土壤环境问题,能否在干旱区可持续应用,是当今学术界较为关注的问题。为研究长期连作滴灌棉田土壤水盐运移规律,2009年至2012年在新疆石河子121团连续4年以定点观测6块应用滴灌1~15年的棉田土壤盐分变化规律,2014年为研究土壤水盐空间变异性在121团试验区进行了滴灌棉田土壤水盐空间变异性研究;为研究冬季滴灌棉田土壤水盐运移规律,在石河子大学节水试验站进行了冬季棉田非生育期试验,探索在北疆低温降雪条件下滴灌棉田土壤水盐规律;为寻求通过利用滴灌水达到排出土壤盐分的方法,研究了膜下滴灌棉田膜间排盐技术,为了更好地了解膜下滴灌棉田膜间排盐技术水盐运移规律,通过试验和模型相结合的方式进行分析研究。主要研究结论有:(1)以新疆石河子棉花4年田间实测数据为基础,研究了不同年限膜下滴灌棉田在非生育期(3月和10月)土壤盐分变化。通过对棉田2个不同非育期以及不同年限膜下滴灌棉田盐分的变化进行了对比分析,初步得到:膜下滴灌棉田非生育期3月份和10月份,在各土层含盐率的变化规律:0~60cm土层中10月份的含盐率大于3月份含盐率,而60~100cm土层中的含盐率交错变化,变化规律不明显。连续4年棉田土壤含盐率变化趋势为:随着滴灌年限的增加,膜下滴灌棉田土壤含盐率呈增加的趋势。把1998年、2001年、2003年、2005年、2007年、2009年开始实施膜下滴灌棉田的地块,当成同一个系列,分析不同年限6块膜下滴灌棉田连续4年土壤含盐率变化,得到2009、2011和2012年份不同年限滴灌棉田土壤含盐率的变化趋势为:随着种植年限的延长,膜下滴灌棉田土壤盐分呈先减少再增加的趋势,2010年份不同年限滴灌棉田土壤含盐率的变化趋势为:随着种植年限的延长膜下滴灌棉田土壤盐分呈减少的趋势。(2)为了研究冬季温度和雪融水对土壤盐分运移的影响,通过设置覆膜和不覆膜测坑处理,对测坑土壤温度和盐分在整个冬季进行监测,测定不同处理下土壤温度和盐分的变化规律。研究发现气温变化对土壤温度有一定的影响,随着土壤深度的增加,气温对土壤的影响逐渐减小。覆膜对土壤有一定的保温作用,各土层开春积雪融化时土壤会被雪水洗淋,表层盐分会有所减少,但是积雪融化结束后开始强烈蒸发,盐分将在表层重新积累。(3)以长期连作棉田为研究对象,研究了3月、7月、10月滴灌棉田0~40cm耕作土层含水率在空间分布特征,利用SPSS19.0软件对耕作层各土层土壤含水率进行了经典统计分析,ArcGIS10.1软件进行样本数据变异函数理论建模并绘制Kriging空间插值分布图,研究表明:3月份耕作层20cm土壤电导率值最小,0cm土壤电导率值最大;7月耕作层40cm土壤电导率值最小,0cm土壤电导率值最大;10月份耕作层40cm土壤电导率值最小,0cm土壤电导率值最大;不同季节耕作层20cm深度的电导率平均值较为接近,不同季节耕作层不同深度土壤电导率没有明显的规律。各月份0cm的土壤电导率的变异系数相差不大,呈强变异性;各月份20cm的土壤电导率的变异系数表现为:3月份和7月份强变异性,10月份呈中等变异性;各月份40cm的土壤电导率的变异系数表现为:3月份、7月份和10月份呈中等变异性特征。(4)对研究区不同时期的耕作层土壤按照盐碱地分类标准进行分类,发现3月份主要以非盐化土和重度盐化土为主,中度盐化土的为15.38%,中度以上的盐化土占了较大的比重。20cm土层以非盐化土和轻盐化土为主。40cm土层以非盐化土和轻盐化土为主。7月0cm至40cm土层以非盐化土为主,各分类盐化土随着深度的增加表现出增大的趋势,10月0cm至40cm土层以非盐化土为主,随着深度的增加表现出增大的趋势,3月、7月、10月三个月的耕作层土壤含盐率,0cm至40cm土层以非盐化土为主,3月份耕作层整体盐分最小,其次是10月,最大的是7月,7月和10月份土壤盐化度从非盐化土依次递增到盐土。(5)采用膜下滴灌技术,在膜间裸露区设置适宜于滴灌水量的排盐沟,探讨布置排盐沟条件下,膜下滴灌土壤盐分运移和排盐沟表面排盐效果。膜下滴灌排盐沟效果明显,滴头附近形成盐分淡化区,排盐沟斜面盐分大量聚集。在0~40cm土壤盐分普遍呈现膜中(滴头)的盐分低于膜边缘,而排盐沟裸露区积盐现象显著的特点。以HYDRUS-3D模型模拟膜下滴灌膜间排盐技术条件下滴灌入渗湿润锋变化及土壤溶质运移模拟。发现膜下滴灌排盐沟排盐效果明显,排盐沟斜面积盐现象显著,HYDRUS-3D模型可较好的模拟膜下滴灌入渗湿润锋的变化过程。
【关键词】：长期连作 棉田 膜下滴灌 水盐运移 空间分布 排盐沟 HYDRUS-3D
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S562;S275.6
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 研究目的和意义12-15
• 1.2 国内外研究现状15-23
• 1.2.1 滴灌棉田水盐运移规律研究15-19
• 1.2.2 冻融条件下土壤水盐运移研究19-20
• 1.2.3 土壤水盐空间变异研究20-21
• 1.2.4 膜下滴灌膜间排盐技术研究21
• 1.2.5 水盐运移模型发展21-23
• 第2章 研究区概况及研究内容23-30
• 2.1 研究区概况23-27
• 2.1.1 试验点1概况23-26
• 2.1.2 试验点2概况26-27
• 2.1.3 试验点3概况27
• 2.2 研究内容27-29
• 2.3 技术路线29-30
• 第3章 连作棉田膜下滴灌盐分运移规律30-47
• 3.1 试验方法30-31
• 3.2 结果与分析31-45
• 3.2.1 3 月和10月不同年限滴灌棉田盐分变化规律31-34
• 3.2.2 膜下滴灌棉田年际含盐率的变化34-35
• 3.2.3 不同观测年份土壤盐分差异性35-43
• 3.2.4 长期连作滴灌棉田盐分变化规律43-45
• 3.3 本章小结45-47
• 第4章 北疆滴灌棉田冬季土壤盐分运移研究47-57
• 4.1 试验材料及方法48-49
• 4.1.1 材料48
• 4.1.2 试验方法48-49
• 4.2 结果与分析49-56
• 4.2.1 气温与土壤温度的变化特征分析49-50
• 4.2.2 不同地表处理条件下不同土层温度变化特征50-51
• 4.2.3 积雪覆盖条件下土壤水分变化规律51-53
• 4.2.4 冬季覆膜条件下土壤水分变化规律53
• 4.2.5 冬季未覆膜条件下土壤盐分变化特征53-55
• 4.2.6 覆膜条件下盐分变化规律55-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第5章 长期连作滴灌棉田不同季节耕作层土壤水、盐分空间分布特征研究57-83
• 5.1 试验方法58-59
• 5.2 样品处理59
• 5.3 数据处理59
• 5.4 地统计学分析59-60
• 5.5 结果与分析60-80
• 5.5.1 不同季节耕作层土壤含水量统计分析60-61
• 5.5.2 不同季节耕作层土壤含水率地统计分析61-62
• 5.5.3 研究区土壤水分的空间插值分析62-68
• 5.5.4 不同季节耕作层土壤电导率统计分析68-69
• 5.5.5 不同季节耕作层土壤电导率地统计学分析69-71
• 5.5.6 研究区土壤电导率的空间插值分析71-80
• 5.6 本章小结80-83
• 第6章 膜下滴灌棉田膜间排盐技术及数值模拟研究83-96
• 6.1 材料与方法84-86
• 6.1.1 材料84
• 6.1.2 试验装置设计84-85
• 6.1.3 试验方法85-86
• 6.2 结果与分析86-87
• 6.2.1 土壤盐分在排盐沟斜面的分布特征86-87
• 6.2.2 土壤盐分垂直剖面变化特征87
• 6.3 膜下滴灌膜间排盐技术数值模拟87-88
• 6.3.1 水分运动基本方程87-88
• 6.3.2 溶质运移方程88
• 6.4 模型的建立88-90
• 6.4.1 初始条件88-89
• 6.4.2 边界条件89
• 6.4.3 滴头流量换算89-90
• 6.5 结果与分析90-91
• 6.5.1 入渗湿润锋模拟90-91
• 6.5.2 盐分在排盐沟斜面的分布模拟与验证91
• 6.6 模型的应用91-94
• 6.6.1 入渗湿润锋模拟92-93
• 6.6.2 盐分运移模拟93-94
• 6.7 排盐沟盐分处理方法探讨94-95
• 6.8 本章小结95-96
• 第7章 结论与展望96-99
• 7.1 结论96-98
• 7.2 展望98-99
• 参考文献99-109
• 致谢109-110
• 作者简介110-111

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本文编号：343713