滨海集约农区农田土壤盐分运动的随机模拟及其风险预警

为阐明农田尺度下土壤盐分运移过程的随机模拟，揭示土壤盐渍化风险评估和分级预警机制，本项研究针对土壤水盐运动活跃、农业快速发展条件下的江苏滨海集约农区，采用在确定性模型中引入随机参数的研究思路，利用定期田间采样与典型样点长期定位监测、点尺度模型与空间模型、过程模拟与预测评估、理论分析与试验验证相结合的研究方法，分析了滨海中重度盐渍土水旱轮作条件下土壤水盐运动特点及积聚规律，探讨了土壤盐渍化发生演变的驱动机制，研究了土壤盐分运移过程的数值模拟及其动力学模型，构建了水盐运移的简化数值模型，开展了基于空间随机参数的农田尺度土壤盐分运移规律的随机模拟与预测研究，建立了滨海农区适用的土壤盐渍化风险评价体系，研究了农田尺度土壤盐渍化风险评估与分级预警。本项研究成果对滨海农区土壤持续利用、土地生产力提升、土壤盐渍退化阻控具有重要指导意义。

项目组先后开展了野外调研、实验方案拟定、传感器埋设与调试、定期观测与数据采集、气象资料收集等工作。在此基础上，揭示了滨海农作区典型种植制度下土壤水盐运移规律及驱动机制、构建了滨海农作区土体盐分运移过程的数值模型，探索了基于随机参数的农田尺度土壤盐分运移的随机模拟、盐渍化风险评估及预警。截至目前，共在Agricultural Water Management、Journal of Soils and Sediments、土壤学报等期刊上发表论文8篇，培养博士研究生1名、硕士研究生2名。全面完成任务书规定的各项研究内容与考核指标。. 长期的土壤水盐运动规律研究发现：滨海盐渍化农区土壤盐分具有周期性动态特点，地下水盐分是主要以潜水蒸发的形式通过土壤毛细水上升补给土壤盐分，以及雨量分布是该区旱季土壤盐分的爆发式积聚的主要机制。灌溉和降雨蒸发相叠加，控制了水盐动态随时间的波动起伏变化，入渗和蒸发的相互交替作用是水盐动态变化的主要原因。降雨对土壤水分有脉冲性抬高作用，灌溉则加剧了其上下波动。地下水埋深和粘土层厚度则控制了土壤水盐动态的整体水平。. 土壤水盐运动数值模拟的结果表明：以砂粒、粘粒、容重和有机质四个指标作为输入因子的神经网络模型对饱和导水率预测的效率和实用性最佳。在滨海盐碱地水盐运动的数值模拟过程中，考虑作物根系生长和根部吸水可显著提高数值模拟和预测精度。构建了综合考虑水分运动、溶质运移、根系吸水和作物根系生长模块的水盐运移数值模型，具有较高的模拟和验证精度。采用地下水埋深作为下边界时，在整个剖面深度上的模拟值与实测值都比较吻合。水盐监测期间，项目区土壤盐分整体呈现先升高后降低的趋势，其中2012年12月盐分最高，平均值达11.11 dS/m，随后土壤盐分再降低，这种时空动态与研究区的气象、地下水条件是密切相关的。. 对土壤盐渍化的风险评估与预警结果表明：项目区盐渍化风险总体较高；土壤盐渍化风险分布表现出与盐分、地下水矿化度较为相似的空间规律。从长期模拟结果来看，自然条件下（无灌排），滨海农区土壤年平均积盐率达37%；在当前的灌排模式下，6年后土壤盐分可由29.6 dS/m降至21.4 dS/m（旱季）和20.0 dS/m（雨季）；加大排水深度可显著加速土壤脱盐，加大排渠深度（1.5~1.6 m)，尤其是在雨季有利于降低盐渍化风险。