银川平原低洼重度盐碱地滴灌水盐调控植被构建方法研究

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位于宁夏吴忠的引黄灌区边缘存在大面积的低洼次生盐碱地,其土壤盐渍化程度高,地下水埋深浅,且为咸水微咸水,当地植被建设极其困难。本文针对此地区植被构建难度大及成本高的难题,以代表性沙质重度盐渍土为研究对象,种植欧美杨(Populus X canadensis Moench)和宁夏枸杞(L.barbrarum Linn)等主要造林树种,经过2年田间试验,系统研究了不同土壤水基质势处理(在灌水器正下方20cm和50cm深度处埋设负压计监测土壤水基质势,设置5个土壤水基质势处理,分别为-5(S1)、-10(S2)、-15(S3)、-20(S4)和-25(S5)kPa,各处理达到控制的土壤水基质势控制阈值时进行灌溉)和不同覆盖措施(黑膜覆盖、草帘覆盖、生草覆盖及不覆盖)对土壤盐分时空分布及植被生长和生理等的影响规律,初步提出了低洼盐碱地植被快速构建滴灌水盐调控方法。主要取得以下成果:  (1)阐明了垄体持续强化淋洗阶段水盐运移规律。持续强化淋洗试验表明,垄体快速脱盐可分为三个阶段,第一阶段为水盐垄体内再分布阶段,此阶段受滴头附近水分扩散影响,土壤盐分仅在垄体上部再分布,灌水量为41.4mm;第二阶段为垄体脱盐阶段,此阶段垄体盐分大量向沟运移,导致沟中盐分迅速增加,灌水量为100.9mm;第三阶段为整体脱盐阶段,此阶段垄体和沟同步脱盐,灌水量171.6mm。垄体脱盐的三个阶段水盐运移规律为沟中植被构建提供了理论依据,沟中植被种植时机必须选在第二阶段之后,以避开沟中盐分聚集阶段。  (2)研究了土壤盐分、pH和SAR(钠吸附比)的时空变化规律,建立了土壤盐分与土壤水基质势和时间两因素的关系,确定了水盐调控关键灌溉参数。在滴头附近土壤盐分和SAR均较低,而在远离滴头处较高;pH值则是在滴头影响区域较高,而在土壤深层较低。随着水盐调控时间的延长,土壤盐分和SAR稳步降低并达到稳定状态,pH值则小幅增加并达到稳定状态。到2年试验期结束,S1~S5各处理平均盐分分别为1.75、2.74、3.03、3.35和3.47dS/m,较初始盐分分别降低81.08%、73.01%、67.72%、69.45%和63.30%,土壤盐分随着土壤水基质势控制阈值的降低而显著地线性增加,脱盐率则随土壤水基质势的降低而线性降低。保持土壤水基质势在-15kPa以上可以保证根区土壤为非盐渍土,并且对整个土壤剖面盐分有持续淋洗的趋势。土壤脱盐率与水盐调控时间和累计灌溉水量均符合logistic回归模型,随着水盐调控时间和累计灌水量的增加,土壤脱盐率先快速增加,再缓慢增加,最后达到稳定。随着土壤水基质势控制阈值的降低,土壤脱盐率达到稳定时的值越低,而达到稳定值所需要的时间越短。  (3)揭示了植被形态和生理指标对土壤水基质势和根区盐分的响应规律。苗木成活率和植物生长量随着土壤水基质势控制阈值的降低而显著线性降低,保持土壤水基质势在-15kPa以上,可以保证欧美杨当年成活率在90.9%以上,2年保存率也在90%以上,其生长量也在中等水平以上。植物叶片含水率随着根区土壤盐分的增加而降低,而叶绿素含量则随根区土壤盐分的增加先降低再增加再降低。  (4)评价了物理覆盖措施对滴灌垄作条件下土壤水盐时空变化规律和枸杞生长特性的影响,提出覆盖黑膜和草帘的植被构建水盐调控覆盖措施。草帘覆盖措施能够显著起到保水和降盐的作用,黑膜和草帘覆盖相对裸土对照,土壤保水量提高分别提高29.61%和13.34%,表层盐分降低2.62%和37.30%。黑膜和草帘覆盖对枸杞地径、株高和冠幅均有促进作用,其中黑膜效果尤其好,因此在西北干旱盐碱地进行垄作滴灌水盐调控时,推荐黑膜或草帘作为水盐调控覆盖措施。  (5)提出了银川平原低洼次生盐碱地垄作植被构建滴灌水盐调控方法。根据垄体盐分运移规律及脱盐规律,提出三阶段水盐调控理论。第一阶段为短时强化淋洗阶段,通过持续灌溉淡水,淋洗土壤盐分到表层20cm以下,一般持续3~5d,为盐分垄体内再分布阶段;第二阶段为常规盐分淋洗阶段,控制滴头正下方20cm深度处土壤水基质势下限为-5~-10kPa,持续时间为45~50d,为垄体脱盐阶段,此时脱盐率快速增加;第三阶段为精准水盐调控阶段,在第二阶段结束后,控制土壤水基质势下限为-15kPa,为整体脱盐阶段,该阶段脱盐速率变缓并到达稳定控盐的状态。此外,黑膜和草帘覆盖能够起到保水降盐的作用,推荐黑膜或者草帘为水盐调控覆盖措施。
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