冻融条件下滴灌棉田水热盐动态特征与调控机制

Most area are seasonal frozen soil in Xinjiang, soil water-heat-salt distribution characteristics and cotton growth environment are affected by soil freezing-thawing and winter and spring irrigation. The project is carried out by combining lab and field experiments, theoretical analysis and mathematical model simulation, it will be reveal climatic conditions, soil properties and groundwater characteristics effect on soil water-heat-salt coupling transmission characteristics mechanism, build a function relationship among atmosphere temperature, soil temperature distribution in each layer and soil salt accumulation, establish soil water-heat-salt transport dynamic simulation model and put forward a approach to determine dynamic parameters under freezing and thawing condition. Conduct on effect on soil water-heat-salt transport by winter and spring irrigation and schedule, in order to provide a comfortable environment for cotton seedling and proposed a way for determine suitable winter and spring irrigation volume and schedule, as well as provide some reference and support for soil water-heat-salt management in freezing and thawing regional of Xinjiang. The research achievement will be expressed as 6-8 academic papers, in which 1-2 papers will be indexed by SCI..

新疆大部分区域为季节性冻土区，土壤的冻融过程和冬春灌直接影响土壤水热盐分布特征，以及棉花生长环境。该项目通过室内外试验、理论分析和数学模型模拟相结合方法开展研究，揭示气候条件、土壤特性、地下水特征对冻融条件下土壤水热盐耦合传输特征影响机制，构建大气温度与土壤各层温度分布、土壤盐分累积过程函数关系，建立冻融条件下土壤水热盐传输动态模拟模型，提出确定冻融条件下土壤水热盐传输动力参数确定方法。研究冬春灌灌水量和时间对土壤水热盐分布的影响，以滴灌棉花出苗最佳水盐热环境为目标，提出确定合理冬春灌灌水量和时间的方法，为新疆冻融地区土壤水热盐管理提供科学依据和方法支撑。研究成果将以论文形式发表，发表学术论文6-8篇，其中SCI收录论文1-2篇。

研究冻融条件下的水盐热运移对缓解干旱地区土壤盐渍化和保证作物产量有着重要的意义。通过研究发现：在土壤冻结过程中，土壤的累积入渗量、入渗率随冻结深度的增加而减小，稳定入渗率显著降低。在消融过程中，土壤的累积入渗量和入渗率又随消融过程的进行而增加。在表层霜状冻层条件下，冻层对累积入渗量有一定影响，但对稳定入渗率的影响并不明显。土壤入渗能力随土壤含水率的升高而减小，冻结土壤累积入渗量与土壤含水率的变化可以用幂函数表达；冻土的入渗能力随入渗水温的升高而增强，随着冻层深度的增加，水温对入渗的影响逐渐减弱；土壤入渗能力随地下水埋深的增大而增大，冻融土壤的相对稳渗率随地下水埋深的减小而减小；冻结土壤累积入渗量、相对稳渗率与地下水埋深之间的关系符合二次多项式；不同地下水位条件下，累计入渗量与冻结深度之间可以用二次多项式表述。通过田间试验发现，冻融过程中，土壤温度随时间呈现“V”型变化趋势，上层土壤受温度的影响更大。通过对比分析，提出了不同地下水埋深、灌水量、土壤质地条件下合理的灌溉水量和适宜的地下水位。通过室内外试验的数据校正和验证了模型可靠性，借助模型模拟确定了合理的冬春灌灌溉定额和灌溉时间。最终，综合考虑了气象、土壤、灌溉制度及作物特性等因素条件下，推荐出合理的冬春灌灌溉制度。本项目研究结果不仅有利于深入了解滴灌棉田冻融过程水盐热运移的本质和机理，促进水分的高效利用，而且有助于指导实际生产和灌溉，为干旱地区农业节水和生产提供科学依据。