微咸水灌溉易盐区水盐运移机理及模型研究

黄淮海平原作为我国农业主产区之一，面临着水资源严重短缺和土壤盐渍化问题，开发各种水资源特别是微咸水用于灌溉越来越受到重视，如何合理利用好这部分水资源是学者们的重要研究课题。为此，本项目将研究易盐区微咸水灌溉下水盐运移机理和构建基于作物生长过程的水盐运移模型。通过田间试验开展基于作物冠层顶部蒸发皿水面蒸发量为灌水量依据的微咸水灌溉制度研究，探讨各种微咸水灌溉制度对土壤水盐运移动态和作物生长的影响，并据此建立相应作物的盐分胁迫函数；应用所建立的模型分析不同降雨年型和长期微咸水灌溉条件下对土壤中水盐运移和水盐平衡的影响。该研究为易盐区微咸水资源的合理利用和土壤盐渍化的预测、评价和治理提供科学依据，同时该研究对于推动作物生长条件下土壤水盐运移建模工作的发展具有重要的科学价值。

淡水资源短缺严重威胁着华北平原地区农业的可持续发展，微咸水用于灌溉一方面可缓解淡水资源危机，同时又易引起土壤次生盐渍化。因此，本项目围绕微咸水灌溉对冬小麦生长和土壤盐分分布的影响，以期寻求一种简单易操作的冬小麦微咸水灌溉制度。田间试验时间为2011-2013年，以布置在冬小麦冠层顶部的直径为20-cm的标准蒸发皿水面蒸发量（E）和灌水矿化度为试验因子，通过设置4种灌水量水平(0.8 E、1.0 E、1.2 E和1.4 E)和3种灌水矿化度(2、3和4 g/ l)，研究灌溉制度对土壤盐分动态和冬小麦产量、耗水量及水分利用效率的影响。研究结果表明：所有试验处理冬小麦收获后土壤剖面盐分含量大于初始土壤盐分含量，尤其是0-40 cm土壤，但是由于秋季丰沛的降雨淋盐作用，在夏玉米收获后，土壤盐分可基本回到初始值。灌水矿化度对冬小麦产量的影响在2011/2012年生长季表现为显著性影响，在2012/2013年生长季影响不显著；当灌水矿化度分别为2、3和4g/l时，最佳灌水量分别为0.98 E、0.98 E和0.92E，此时可获得最大产量和水分生产力的96%以上。. 为了研究长期微咸水灌溉对土壤盐分和作物生长的影响，将HYDRUS-1D模型和EPIC作物生长模型进行了耦合，用于模拟不同微咸水灌溉方案对土壤水分、盐分和作物产量的影响。首先应用2011-2013年田间试验数据对模型进行了率定和验证，率定和验证结果表明，模拟值与实测值吻合良好，符合模型率定和验证要求；然后应用率定和验证后的耦合模型进行长期微咸水灌溉模拟，结果表明，采用2g/l微咸水连续灌溉十年，冬小麦相对产量可达到81%以上，采用3g/l微咸水连续灌溉十年，冬小麦相对产量可达到77%以上，采用4g/l微咸水连续灌溉十年，冬小麦相对产量可达到73%以上。土壤盐分年内变化规律一致，均是10月至次年5月盐分逐渐升高。十年微咸水灌溉土壤盐分变化趋势表明，低灌水量和高矿化度处理表现出一定盐分累积趋势，因此在未来应用微咸水进行灌溉时，要特别注意高矿化度和低灌水量处理；各试验处理十年微咸水灌溉试验结束时，土壤盐分均属于非盐化土。