黑河中游边缘绿洲新垦农田灌溉需水评估及水土环境效应观测研究

农业土地利用变化、灌溉节水对绿洲需水的影响及其生态环境效应是"黑河流域计划"中游绿洲生态-水文研究的核心内容。近50年来新垦绿洲农田，是农作物生产水肥投入量最大的区域，也是氮淋溶损失对地下水氮污染的高风险区域。新垦绿洲农田灌溉水生产力及农田水文过程与土壤结构发育和肥力质量演变紧密关联。本项目选择边缘绿洲平川灌区，以近50年来的新垦农田为主要研究对象，通过不同土壤质地与结构发育的农田作物需水和节水灌溉田间试验，分析荒漠绿洲开垦为灌溉农田后土壤性状演变、氮淋溶特征及其与灌溉水生产力的关系；进而通过灌区田块尺度的土壤属性空间分布的分析测定，评估灌区尺度作物用水效率与节水潜力；通过现状农田灌溉管理下地下水位和水质的长期监测，预测边缘绿洲和荒漠绿洲过渡带地下水位波动与水质演化趋势；揭示荒漠向绿洲农田转变的需水影响、及土壤发育-农田水生产力-资源环境效应的关系

摘要：近50年来新垦边缘绿洲农田，是绿洲农作物生产水肥投入最大的区域。项目选择临泽边缘绿洲平川灌区，通过不同土壤条件的田间灌溉试验、灌区尺度代表性农田的取样分析、地下水位变化的长期观测及水质分析，评估灌区尺度的灌溉需水、揭示荒漠向绿洲农田转变的需水影响及土壤发育-灌溉水生产力-环境效应的关系。通过对临泽平川灌区118个农田土壤剖面取样分析，得出平川灌区50%以上的农田土壤质地为沙土和壤沙土、有机质含量小于1%、且土壤性状呈高度的空间异质性分布。通过3年灌溉试验，得出了不同土壤条件下的玉米、棉花灌溉水生产力，建立了土壤性状与灌溉水生产力之间的回归关系；提出了基于土壤条件的灌区灌溉需水及节水潜力评估方法。在灌区尺度上，平川灌区玉米灌溉水生产力平均为（2.36±0.77）kg•m-3，变动范围为0.75-3.92 kg•m-3，玉米灌溉水生产力小于2.0 kg•m-3的面积为970 hm2，占总面积的18.5%。灌区玉米生育期平均灌溉需水量为560 mm，总灌溉需水量为28.4×106 m3。依据土壤条件进行灌区灌溉水的合理分配可以实现10-15%的节水。观测表明，近年来地下水埋深老绿洲农田区变动在3.73-4.88 m，平均4.41 m，沙地农田区3.35-4.54 m，平均3.99 m，地下水位处于基本稳定的状态；沙地农田区地下NO3-N含量2012-2014年平均为20.8mg l-1，并在持续升高。地下水浅埋区非饱和带土壤质地是土壤NO3-N淋溶损失和地下水NO3-N污染的关键控制因子。边缘绿洲新垦沙地农田已成为地下水氮污染的脆弱带和高风险区域。对边缘绿洲区进行合理的土壤培肥管理是提高灌溉水生产力、实现区域节水的根本途径。提交了平川灌区118个农田耕层土壤有机质、全氮、土壤容重、土壤粒级组成、田间持水量、20-100cm土层粒级分布数据集、平川灌区沿黑河河岸-老绿洲农田-新垦沙地农田-绿洲外围固沙带一个断面地下水位及水质变化长期观测数据集、不同土壤条件下玉米、棉花需水及灌溉水生产力田间试验数据集，为流域计划中游集成项目提供了模型参数。..