西藏高寒区低温融雪水灌溉对土壤与牧草的影响及其作用机制

Snowmelt water is an important water source for alpine region in Tibet. However, due to the low pressure, low oxygen, strong solar radiation, frequent heat transfer and thin soil layer, the snowmelt water with low temperature will cause chilling injury for the pasture. According to the practical problems such as pushing back the turning stage of pasture, low germination rate and reduction of production and death caused by irrigating using snowmelt water, the field observation and analysis in laboratory are adopted to study the coupling interface among snowmelt water, soil and pasture, including investigating the interaction mechanism and linkage process among the snowmelt water, soil water and heat, root uptake and pasture growth, revealing the effect mechanism of snowmelt irrigation and chilling stress on pasture and innovating the theory of regulating irrigation using snowmelt water.With the advantage of interdisciplinary combining the soil science and crop ecology, the statistical analysis and simulation model are adopted to establish the coupled model of soil water and heat and root uptake model considering water and heat stress, propose the key thresholds for reasonable irrigation of snowmelt water, rich the irrigation theory and practice under low temperature in alpine region. The research is significant to promote the application and science innovation.

融雪水是西藏高寒区的重要灌溉水源，然而西藏高寒区低压低氧、强辐射、近地层冷热交换频繁，加之土层稀薄,低温融雪水利用不当易对牧草造成寒害。本研究针对融雪水灌溉导致部分地区牧草返青推迟、出苗率低甚至减产死亡的实际问题，采用野外定量观测与室内化验分析相结合的方法，围绕融雪水-土壤-牧草耦合界面开展研究，探求融雪水灌溉条件下耦合界面各要素（低温水、土壤物理与水热特性、根系吸水特征、牧草生长与生理指标）之间的互作机制与联动过程，揭示融雪水灌溉条件下牧草受到寒害胁迫的作用机理，创新高寒区融雪水调控灌溉理论。同时结合土壤学、作物生理学等学科交叉优势，采用统计分析与模型模拟的手段，构建西藏高寒区土壤水热耦合模型以及考虑水热因子的牧草根系吸水模型，提出合理利用融雪水灌溉的关键阈值，丰富高寒区低温灌溉理论与实践，研究内容具有较好的应用价值与科学创新性。

西藏高海拔地区低压低氧、强辐射、土层稀薄（30cm左右）、雨季降水集中，加之灌溉水源特殊（低温融雪水），导致部分地区面临作物出苗率低、返青推迟甚至减产死亡的实际问题；同时西藏地区作物种植多采用漫灌的生产方式，水热伴生过程复杂且土壤水渗漏现象严重，本研究针对生产中面临的这些实际问题，通过田间定量实验室与室内模型分析开展研究，具体结论如下：.1、本研究选取农作物青稞以及典型牧草作物苜蓿、小黑麦为供试对象，通过根层渗漏精准计算构建了适合于西藏典型作物耗水量计算的数值与概念模型，明确了西藏高海拔、薄土层条件下代表性作物充分灌溉条件下根区土壤下边界通量变化，为西藏丰富、细化作物用水定额提供支撑。.2、针对西藏高寒区在春季利用低温融雪水漫灌这一独特生产方式，通过低温水灌溉对照试验定量分析了灌水温度降低对作物产量的的影响变化，发现低温水灌溉形成的寒害主要集中在青稞的苗期至拔节期，导致作物出苗推迟并减产，还延长青稞的生育期（15d）。成果为西藏高寒区融雪水资源合理利用、灌溉制度制定提供依据。.3、本研究通过耦合土壤水转化、土壤温度变化及作物生长过程，建立了考虑地下水与温度变化的农田水分生产力模型，此模型充分考虑了西藏高寒区特殊环境对作物生长的影响，此模型的建立为西藏高寒区典型作物灌溉制度制定、用水效率评价提供坚实的理论技术支持。未来结合ArcGIS技术，可以充分依靠本模型对区域尺度水分生产力及用水效率进行评价，为服务区域上水资源利用评价提供技术支撑。.4、本研究基于稳定氢氧同位素示踪法，对比分析了关键生育期灌水前后作物根区水分来源变化，通过关键生育期水分贡献率的研究得到了低温水灌溉春青稞用水策略。以期进一步揭示低温水灌溉春青稞根层水分运移及分布规律，为探求融雪水灌溉对作物产生寒害的机制提供理论支撑。