黄河三角洲不同开垦年限盐渍土可溶物垂向运移机制研究

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高盐分含量是全球三角洲地区农业发展的主要限制因素之一,可引起土地退化、地下水污染等一系列问题。农田开垦是我国黄河三角洲地区土地修复及农田扩张的普遍做法,但由于敏感的水土环境及开垦周期中的人类干扰,在地下水、灌溉、耕作及土壤调理剂与化肥的影响下,土壤可溶物逐渐出现非正常富集,大面积开垦农田出现不同程度的土壤盐碱化、土壤退化等现象,严重影响农田生产效率。故掌握农田复垦后土壤理化性质的变化规律与机制对于该地区农田管理及粮食安全具有重要意义。本文选取黄河三角洲地区不同开垦年限(荒地、1年、5年、10年、20年)地块为研究对象,测定各种地块不同深度处土壤含盐量、离子浓度及常规理化指标,明确不同开垦年限土壤盐分的垂向演变历程,探索盐渍化进程改变的主要原因;搭建土柱模拟试验,监测对比各类土壤在自然降水补给情况下水盐运移规律的异同;借助HYDRUS-1D模型模拟研究中5类农田土壤水盐运移过程,探究该模型对研究区不同开垦年限的土壤水盐运移的适配性,得出以下结论:(1)研究区土壤整体正面临严重的盐渍化问题,各类农田含盐量随开垦时间的延长而逐渐降低。耕作、灌溉、浸泡等人为开垦有助于改善土壤盐分表聚问题,盐分峰值所处位置逐渐下移且盐渍化程度逐渐弱化,20年间土壤电导率整体下降74%,积盐位置下移至80-100 cm土层,土壤盐渍化程度整体从中度降为轻度或非盐土,但深层土壤盐渍化程度在20年后出现轻度反弹。(2)在开垦时间较长的农田中,各层土壤阴、阳离子组分、土壤颗粒级配相似度较高,农田水-盐系统平衡逐渐形成,盐基离子组成基本稳定,整个研究周期内土样主要化学组成始终为Na-Cl型。随着人为开垦的出现,砂粒大幅降低、粉粒含量大幅提高,20年间土壤质地结果从多元化转变为单一化、从砂壤土转型为粉壤土。(3)开垦20年后,农田土壤保水保肥能力强,土壤水盐迁移速率降低,保水性能较荒地提升约7倍。0-10 cm土层含盐量在大规模降水期间呈骤增后骤减的“A”字型。20 cm处盐分含量呈现在峰值附近持续波动的“n”字型。(4)建议研究区农田在开垦10-15年后进行深耕或灌水洗盐,灌水洗盐用水量应大于130 m~3/亩(200 mm水),以保证农田用养结合,避免深层土壤中次生盐渍化的出现。(5)HYDRUS-1D模型在研究区开垦10-20年后的农田中表现出较好的适配性,在荒地中模拟误差较大;在40-80 cm处表现出较好的适配性,在10-20 cm处模拟误差较大。故对于后续在黄河三角洲内开展有关原生土壤水盐运移模拟的研究,建议优先进行模拟误差计算,必要时选择其它模型。
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