微咸水间歇灌溉土壤水盐调控机理与水盐耦合灌水模型研究

Water resources Scarcity is a worldwide problem and poses a serious threat to agricultural production and ecological environment. Extensive research and practice prove that the scientific and rational development and utilization of saline water has an extremely important role to alleviate the shortage of freshwater resources and expand agricultural water. Irrigation uniformity of intermittent irrigation is higher than common surface irrigation. Taking into account the particularity and complexity of saline water irrigation, development of saline water intermittent irrigation is necessary to provide a safe and efficient use of saline water for irrigation. Through analyzing saline water intermittent infiltration characteristics and distribution characteristics of soil water and salt, infiltration mechanism of saline water intermittent infiltration can be proved up, saline water intermittent infiltration model can be established. This study illustrates the ground water movement characteristics and water and salt distribution characteristics on the conditions of saline water intermittent irrigation, establishes salt-water coupled model of saline water intermittent irrigation, propose rational irrigation technical parameters of salt water intermittent irrigation, and provide for theoretical basis and technical support for the application and promotion of the saline water intermittent irrigation.

淡水资源匮乏是世界性的问题，对农业生产和生态环境均构成了严重的威胁，国内外大量研究和实践证明科学合理的开发利用微咸水资源，对于缓解淡水资源短缺有着极其重要的作用。鉴于间歇灌溉条件下，灌水均匀度较高，考虑到微咸水灌溉的特殊性与复杂性，研究微咸水间歇灌溉对土壤水盐的调控机理，发展微咸水间歇灌溉，是微咸水广泛分布地区能够安全而高效的利用微咸水进行灌溉的必要途径。本项目拟采用理论分析、试验研究与数值模拟相结合的方法，进行微咸水间歇入渗特性及土壤水盐分布特征研究，揭示微咸水间歇入渗的入渗机理，并建立微咸水间歇入渗数学模型；在田间进行微咸水间歇灌溉试验研究，探明微咸水间歇灌溉条件下地面水流运动特性及土壤水盐分布特征，建立描述微咸水间歇灌溉过程中地面水流运动与土壤水盐运移耦合的微咸水间歇灌溉灌水模型，提出微咸水间歇灌溉的合理的灌水技术参数。研究成果将为微咸水间歇灌溉的应用和推广提供理论依据和技术支持。

科学合理的开发利用微咸水资源，对于缓解淡水资源短缺有着及其重要的作用。鉴于间歇灌溉灌溉均匀度较高，研究微咸水间歇灌溉对土壤水盐的调控机理，发展微咸水间歇灌溉，是安全而高效的利用微咸水灌溉的必要途径。本项目首先进行了不同入渗水质条件下一维积水入渗试验，分析入渗水质对土壤水分入渗特性的影响，根据试验资料，建立微咸水入渗条件下的数学模型，并对模型进行验证，模型计算的相对误差最大不超过10%，表明本项目所建立的模型计算精度较高。第二，项目进行了微咸水间歇入渗与咸淡水交替入渗试验研究，分析了不同入渗水矿化度条件下间歇参数以及交替次序对土壤水分入渗特性和土壤水盐分布特征的影响，在入渗试验的基础上，进行了微咸水间歇灌溉与咸淡水交替灌溉田间小区灌溉试验，结果均表明间歇参数以及咸淡水交替次序对由灌溉水带入土壤中的水分及盐分可起到一定的调控作用，根据作物的不同生育阶段的耐盐性及根系分布特征，选择适宜的微咸水水质、间歇灌溉参数及交替次序，可以有效调控土壤水盐分布从而将微咸水灌溉对作物的负面影响降至最低；例如对于交替灌溉田间试验，先咸后淡处理比混灌处理作物出苗时间提前0.37~0.9天，出苗率提高10%左右；先淡后咸处理作物出苗率则不同程度的降低，出苗时间延长。第三，进行了微咸水间歇灌溉与咸淡水交替灌溉地面畦灌灌溉试验，结果表明，无论何种水质间歇灌溉有助于提高畦尾的入渗水量，使灌溉水量沿畦长方向分布更均匀；同种灌溉水质，周期数越小，循环率越大，灌水均匀性越好；对于0-40cm主根层无论连续灌溉还是间歇灌溉，土壤积盐量在畦长方向无显著差异，而0-100土层在畦首积盐量最大，随距畦首距离的增大，该土层土壤积盐量逐渐减小，土壤盐分累积沿畦长方向分布不均匀；周期数及循环率一定的条件下，交替灌溉可有效提高灌水均匀性，先咸后淡处理灌水均匀度大于先淡后咸处理；第四，采用零惯量模型模拟地面水流运动过程，采用沿畦长方向的二维土壤水分运动方程模拟土壤水分运动过程，采用二维对流扩散溶质运移方程来模拟盐分运移，以此构建微咸水间歇灌水模型，并对模型方程进行求解及模型耦合，最后采用实测数据对模型进行验证，验证结果表明所建立的模型可以较好的描述微咸水间歇灌溉地面水流运动过程以及土壤水盐分布状况。本项目的研究为微咸水资源在农业灌溉中的广泛应用提供了理论支持和技术指导，对微咸水灌溉技术的进一步推广具有重要意义。