在干旱区半干旱区，水资源的匮乏严重影响了农业的发展，节水是农业可持续发展的必由之路。新疆地处欧亚大陆中心，降雨稀少蒸发强烈，土壤盐渍化影响了近三分之一的耕地，是土壤的主要障碍因子。自上世纪90年代以来，新疆地区开始引进并推广膜下滴灌技术，获得了巨大的社会经济效益。然而，在以节水为主题思想的大环境下，人们忽视了土壤的水盐平衡，灌区土壤盐分呈逐年上升趋势，另外部分农业用水中携带的盐分更增大了土壤次生盐渍化风险。而沙漠气候条件下，土壤盐渍化往往是土地荒漠化的前奏。因此，合理利用滴灌技术十分重要，而掌握滴灌条件下水盐分布和长期土壤水盐运移规律是其关键切入点。文中通过室内模拟和大田试验，研究了滴灌条件下土壤水盐运移机制、影响因素以及作物响应，建立了精度较高的，同时考虑作物吸水、覆盖、蒸发、降雨、土壤吸附的二维土壤水盐运移模型，解决了覆盖条件下上边界条件确定的难点问题，丰富了土壤水盐运移理论，为深入理解干旱区节水条件下土壤水盐运移机制提供了理论支持。最后，在基于模型的基础上，针对性地对灌区滴灌模式进行了优化，对实现合理利用干旱区水土资源，防止土壤盐渍退化和绿洲生态环境恶化等具有重要的理论和现实意义。本文主要研究内容和结果如下：　　 1.膜下滴灌条件下土壤水盐运移机制　　 相同灌水量条件下，入渗时湿润体的形状与滴头流量密切相关。大滴头流量(0.8 Lh-1)形成积水面积大，水分水平运移速率快，湿润体形状类呈椭圆形；小滴头流量(0.3L h-1)形成积水面小，湿润体呈圆形。水平和垂直湿润锋的运移均可以用指数函数来描述。水质和滴头流量对土壤脱盐有显著影响，脱盐效果随灌水矿化度的上升而下降。室内试验中脱盐区域形状较为规则，小流量脱盐区呈椭圆形，大流量滴灌由于地表积水，表层0～15 cm土层均有脱盐现象。在田间条件下，由于受到耕作的影响，土壤分层明显，灌溉时滴管下方形成深度约为50 cm的倒扇形脱盐区域，增加滴水量可增大脱盐范围水平距离，但对脱盐深度无明显影响。　　 2.田间条件下膜下滴灌土壤水盐变化影响因素及作物响应　　 田间条件下土壤水分变化的一般规律是：苗期宽行和窄行基本不变，裸行在15天之内降至较低值；宽行0～40 cm土壤水分自蕾期开始下降，而滴管下方0～40 cm土壤含水率在滴灌结束前均保持较高，滴灌结束后迅速下降；60～100 cm苗期和蕾期基本不变，于花铃期开始下降；所有土层土壤水分一般于花铃中期达到最低值，吐絮期内有一定的回升。与土壤水分相似，苗期土壤盐分变化较小，滴灌后宽行和裸行土壤盐分上升，而在滴管下方土壤中，淡水灌溉时盐分逐渐下降，微咸水和咸水灌溉时则明显上升。吐絮期土壤盐分基本不变，并无明显返盐现象。冬灌和冻融对盐分变化的影响十分显著，在150 mm冬灌和196 mm融雪淋洗下，土壤盐分主要被淋洗到60 cm以下土层，上层土壤脱盐率达80％以上。　　 滴灌水量、水质、滴灌频率和滴管布置对土壤水盐有显著的影响。微咸水(2.66 g L-1)和咸水(4.30 g L-1)灌溉条件下土壤含水率明显高于淡水滴灌。淡水(0.31 g L-1)、微咸水处理膜下0～20 cm土层脱盐并累积于20～60 cm土层；咸水灌溉0～60 cm土层均有盐分积累。高频滴灌有利于滴管下方表层土壤保持较高的水分，但深层土壤水分较低，低频灌溉条件下则有利于水分的垂向和水平运移；相同灌水量时膜下0～20 cm土层脱盐效果顺序为FL(低频)>FH(高频)>FM(中频)，在40～60 cm土层出现明显的盐分累积。对于裸行0～40 cm土层，FM和FH含盐量有所增加，而FL则降低。在Md(一膜两管)布置条件下，滴管布置于窄行，离植株较近，供水有效性高，但Ms(一膜一管)布置仍可以满足棉花耗水需求，且由于Ms布置时相对次灌水量较大，有利于降低作物根区土壤含盐量。另外，土壤含水率随灌水量的升高而升高，增加灌水量有利于土壤脱盐。　　 土壤盐分对根系生长和分布有一定的影响。试验结果表明矿质水(微咸水和咸水)滴灌主要影响δR(质量根系密度)>0.5 kg m-3区域的分布范围，对δR>0.2 kg m-3区域范围分布则无明显影响，85%以上棉花根系分布于0～40 cm内。相对而言，矿质水滴灌时Md中根系受到明显的抑制，而Ms处理中根系总量变化不大；滴管布置相同时，微咸水和咸水处理根系分布基本一致。　　 作物耗水强度随灌水矿化度上升而下降，随滴灌频率和灌水量上升而上升。作物总耗水只与灌水量及水质有关，与滴管布置和滴灌频率无关。总体上，棉花产量有随滴灌水质、灌水量和滴灌频率的降低而降低的趋势。两种滴管布置条件下，淡水滴灌时Md和Ms之间棉花产量无显著差异，矿质水滴灌时，Ms处理显著高于Md处理。　　 3.膜下滴灌水盐运移数值模拟　　 在试验观测的基础上，同时考虑作物吸水、覆盖、蒸发、降雨和土壤吸附的影响，开展了滴灌条件下土壤水盐运移模拟研究。根据实际栽培实践，模拟区包括1/2宽行、窄行和1/2裸行，宽为0.9 m，深度为1.0 m，根据田间实际情况分为耕层和底层，其上边界条件分别设为滴灌入渗边界，膜下边界和大气边界，下边界为自由排水边界。文中引入了覆盖系数Cp来描述覆膜对土壤蒸发的抑制作用，并根据FAO56估计了膜下滴灌条件下作物系数。　　 模型参数校正主要通过两个步骤来完成。对于土壤水力参数，首先根据MdFM(一膜两管+375 mm淡水+中频)处理中裸行土壤水分数据，利用Inversion程序进行优化，之后利用MdFM中宽行、窄行和裸行水分数据对覆盖系数Cp进行校正，得出Cp为0.07，说明文中设计条件下薄膜覆盖可防止93%潜在蒸发。在既定Cp基础上，利用MdFM中宽行、窄行和裸行水分数据对土壤水力参数进行再次优化。模型校正后，分别模拟了淡水滴灌条件下MdFH(一膜两管+375 mm淡水+高频)、MdFM、MdFL(一膜两管+375mm淡水+低频)、MdFE(一膜两管+450 mm淡水+中频)四个处理生育期内土壤水分变化，结果显示模拟值与实测值间均方根误差为0.029～0.050 cm3 cm-3、线性回归决定系数R2在0.569～0.826之间，说明模拟结果具有较高的精度。　　 在耕作的影响下，地表土体中有大孔隙发育，优势流存在在很大程度上影响土壤盐分的分布。由于优势流通过土壤孔隙时间短，难以达到吸附平衡，入渗时可动水体实际占用的土壤吸附位较少。基于此，文中从可动水体吸附的角度来描述优势流，认为表层土壤中可动水吸附位存在差异。经校正得出，窄行0～30 cm土壤吸附位比f为0.4，其余位置均为0.9，吸附常数均为0.425 m3 kg-1。校正后，利用模型模拟MdFM(淡水)、MdBM(微咸水)和MdSM(咸水)处理中水盐变化，结果表明模型对不同水质滴灌条件下土壤水盐变化有较高的模拟精度，平均误差均在30%以下。最后，在既定水盐参数条件下，建立了冬灌和冻融过程的水盐运移模型，通过校正获得了冬季不同时段内上边界通量，评估结果表明模拟精度在10%左右。　　 4.基于土壤水盐运移模拟的滴灌模式优化　　 经回归分析，发现实际作物产量和模型计算实际吸水量之间存在良好的抛物线关系，决定系数R2为0.69，论文用拟合公式来估计长期滴灌条件下棉花产量。根据模拟结果，在150 mm淡水冬灌条件下，微咸水长期滴灌可获得较高产量，稳定产量为6.33 Mghm-2，而咸水滴灌时棉花产量在前五年内显著降低，稳定产量仅为4.35 Mg hm-2，说明在长期来看375 mm咸水+150 mm淡水冬灌并非合理的滴灌模式。　　 根据淡水资源分布情况，本文模拟了长期矿质水(微咸水和咸水)滴灌和矿质水淡水轮灌条件下土壤水盐变化。结果显示，所有情景处理土壤水盐变化基本于第五年达到稳定，不同滴灌模式对0～40 cm土层土壤盐分有较大的影响，其盐分随滴灌频率、总灌水量和轮灌淡水量上升而下降，而40～60 cm和60～100 cm土层稳定盐分含量均为6.0kg m-3左右。　　 产量结果表明，在微咸水和咸水滴灌条件下，不进行冬灌时利用高频和高水滴灌可在一定程度上提高作物产量，但仍明显低于淡水滴灌。在无淡水时，利用矿质水冬灌可在一定程度上降低土壤盐分并提高作物产量，但矿质水冬灌量应控制在80 mm左右，过量冬灌不能明显提升淋盐效果，因此应采用高水高频+80 mm冬灌的滴灌模式。在淡水较丰富区域，淡水冬灌量越大，土壤盐分含量越低，但冬灌量超过80 mm时，淋盐效果不显著提高。在相同淡水冬灌量条件下，提高生育期内淡水轮灌量可明显提高产量。在相同的总淡水灌水量条件下，微咸水灌溉时不合理的淡水轮灌量和冬灌量配置并不一定提高产量；咸水灌溉时，产量在很大程度上取决于总淡水灌水量，轮灌处理产量均高于非轮灌处理。在150 mm总淡水灌水量条件下，不论微咸水和咸水处理，长期来看应采用80 mm淡水冬灌+70 mm淡水轮灌的滴灌模式。