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盐渍土和土壤次生盐渍化问题的出现,是世界各大洲人类面临着的一个世界性生态环境问题。我国的盐渍土面积分布甚广,尤其是西北干旱半干旱地区,蒸发量大于降雨量,水资源匮乏,生态环境极端脆弱,以及不合理的农业灌溉使得土壤大面积发生盐渍化或次生盐渍化,使相当大面积的土壤成为不毛之地或严重影响农作物生长,对农业生产构成严重的威胁。次生盐渍化现象常发生在农业灌溉地区,是西北干旱半干旱地区应特别注意的问题。因此通过对开放体系中灌溉农田进行定点定位试验研究,探索土壤水盐动态变化及农田蒸散发规律,对于解决上述环境问题变得至关重要,同时为合理灌溉和防治土壤次生盐渍化、促进灌区的可持续开发提供科学依据。
如何在不同时期,对耕作区的土壤含水量和可溶解的土壤盐分浓度进行同时连续测量,是了解土壤盐分的分布及动态变化规律的关键。以往多采用野外现场采样和实验室分析等方法了解土壤的水盐变化,难以实现长时段的连续监测。TDR连续测量土壤含水量的同时,还可以得到土壤体积电导率,将二者结合起来,就可以推算与土壤可溶解盐分浓度密切相关的土壤溶液电导率(ECw)及土壤饱和溶液电导率(ECsat)。本论文以甘肃靖远平堡乡的灌溉农田为研究区,并使用TDR技术(同时结合常规的测量土壤浸提液电导率的方法)实现了对土壤含水量和土壤可溶解盐分浓度长期连续的动态监测,为土壤水盐动态研究提供了一种新的方法。平堡乡位于黄河上游冲积河谷,土壤质地较细,且长期使用黄河水进行大水漫灌,造成地下水位逐渐抬升,再加上缺乏完备的自然和人工排水设备,造成灌溉水中的盐分在土壤及地下水中累积,在强烈的蒸发作用下,盐分随着水分的运移向地表积聚,使得农田土壤次生盐渍化现象严重。本论文的主要研究成果如下:
(1)研究区地下水位年内总体埋深较浅,年内变幅约为116cm,地下水位埋深最大为140cm,最小为24cm。在作物的生长季节,地下水埋深要少于1米。随着地下水位的升高或降低土壤盐分也在同步的增加或减小。
(2)土壤水盐变化空间差异性明显,尤其是在作物的生长季节。从垂向分布来看,土壤水分表现为下层高于上层,土壤盐分则相反,表现为上层高于下层,且表层积盐明显。从季节上看,夏季土壤表层积盐剧烈,而秋季在降水及灌溉的淋溶作用下,土壤处于脱盐状态。
(3)土壤中以Na+和Cl-居多,土壤矿化度TDS=7082.3 mg/L,土壤碱化度ESP=7.3,EC=14.4,pH=7.6,土壤仍然属于盐类化土壤,碱化现象并不明显。
(4)针对研究区次生盐渍化问题,提出如下防治措施:使用PHS-Well方法,通过将高盐度地下水排出来改善地下水质量并控制地下水位到适宜位置,从而阻止潜水参与蒸发;修建合理的排水渠道、采用合理排水模式进行排水处理,同时要注意排水出路问题;采用节水灌溉模式,严格控制灌水定额,废除一贯的使用黄河水进行大水漫灌的方式;同时需要结合其它防治措施,如生物措施,共同预防及降低土壤盐渍化现象。
(5)冬季试验区的日蒸散小于1mm,为年内最低,4月末到7月末,日蒸散随时间的变化整体呈现增加趋势,且最大日蒸散量达到8mm,之后,随着时间的推移,日蒸散整体呈现下降趋势。7、8月的月蒸散总量达到最大,约为160mm;1月最小,仅有10mm左右。蒸散发的研究为节水灌溉农业模式提供了基础。