季节性冻土区区域尺度适宜秋浇模式的模拟研究

Hetao Irrigation District in the Inner Mongolia is located in a typical seasonal frozen soil area, autumn irrigation is important for sustainable development of agriculture. Improper timing and quantity of autumn irrigation not only result in waste of water resources, but also may aggravate soil secondary salinization and harm crop production. Therefore, it is significant for reasonable utilization of water and soil resources by adjusting autumn irrigation mode on a regional scale. In this study, based on field and laboratory experiments, the effects of different soil text and salinity on soil hydrothermal characteristic parameters during freeze-thaw period were analyzed; A distributed SWAP-WOFOST model of soil water-heat-salt transport and crop growth on a regional scale was established under seasonal freeze-thaw conditions; the suitable autumn irrigation mode was determined for the three crops on a regional scale by the above established distributed model, combined with different irrigation conditions during the growing periods of spring wheat, spring maize and sunflower, in order to ensure the stable crop yield and water productivity, save the autumn irrigation amount, and do not cause the aggravation of soil salinization. This study will develop the application of the distributed SWAP-WOFOST model during freezing and thawing period in the Hetao Irrigation District and will provide methods and evidences for adjusting autumn irrigation mode on a regional scale.

内蒙古河套灌区属于典型的季节性冻土区，秋浇对其农业可持续发展起着至关重要的作用。不适宜的秋浇模式不仅会造成灌区水资源的严重浪费，而且还会加重土壤的次生盐渍化并危害作物生长。因此，探讨区域尺度适宜的秋浇模式对于灌区水土资源的合理利用具有重要的实际意义。本研究以室内外试验为基础，分析不同土壤质地和含盐量对冻融期土壤水热特性参数的影响；构建季节性冻融条件下区域尺度土壤水-热-盐耦合运移和作物生长的分布式SWAP-WOFOST模型；以保证作物稳产稳效、节省秋浇水量和不造成土壤盐渍化程度加重为目标，结合灌区春小麦、春玉米和向日葵各自生育期内采用的不同灌溉制度，在区域尺度上应用所构建的分布式模型探索三种作物种植条件下相对适宜的秋浇模式。本研究将拓展分布式SWAP-WOFOST模型在灌区土壤冻融阶段的应用，可为区域尺度不同作物相对适宜秋浇模式的选择提供方法和依据。

内蒙古河套灌区属于典型的季节性冻土区，秋浇对其农业可持续发展起着至关重要的作用。然而，在区域尺度探讨适宜的秋浇模式以保证灌区水土资源合理利用的研究较少。本研究采用田间试验、室内测定和数值模拟相结合的方法，构建了季节性冻融条件下区域尺度土壤水-热-盐耦合运移和作物生长的分布式SWAP-WOFOST模型，并通过对比SWAP和SHAW模型进一步构建了灌区分布式SHAW模型；以保证作物稳产稳效、节省秋浇水量和不造成土壤盐渍化程度加重为目标，针对灌区春小麦、春玉米和向日葵在区域尺度上应用所构建的分布式模型探索了三种作物基于不同灌溉制度的种植条件下相对适宜的秋浇模式。同时基于分布式模拟结果分析了灌区三种作物生产水足迹的时空分布特征，并利用SDSM模型对灌区未来气候条件加以预测。主要研究结果表明：所构建的分布式SWAP-WOFOST和SHAW模型均能够用于定量评价灌区土壤水热盐动态，前者对作物生长动态模拟精度较高。对区域尺度作物产量、农田蒸散量、地下埋深、土壤冻深、土壤温度和排水排盐量的模拟和估算基本符合要求。以提高春小麦水分生产力且节约引黄水量为目标，灌区相对适宜的秋浇模式建议为9月30日灌水125mm；春玉米种植条件下，灌区各旗县区相对适宜的秋浇模式建议五原县和磴口县为10月15日灌水125mm，杭锦后旗为10月15日灌水150mm，临河区为9月30日灌水125mm，乌拉特前旗为9月30日灌水175mm。向日葵种植条件下，灌区各旗县区相对适宜的秋浇模式建议临河区和五原县为10月15日灌水125mm，磴口县为9月30日灌水125mm，杭锦后旗为10月30日灌水125mm，乌拉特前旗为10月30日灌水200mm。本研究拓展了分布式SWAP-WOFOST模型在灌区土壤冻融阶段的应用，并进一步与SHAW模型进行了比较，为区域尺度不同条件下不同作物相对适宜秋浇模式的选择提供了方法和依据。