次生盐渍化地区包气带水盐运移试验及地下水位动态调控研究

土壤次生盐渍化的调控与防治是河套灌区农业持续发展和生态环境保护必须面对的重大课题。灌区已有关于“地下水位临界埋深”研究主要依靠定性分析或利用毛细上升高度估算,存在主观性强、精度较低、难以应用的问题。本论文通过河套平原典型次生盐渍化地区不同岩性、不同地下水位埋深、是否有作物种植条件下的包气带水盐运移调控原位试验,探讨了各主要控制因素对包气带水盐运移的影响机制；建立了饱和带-非饱和带水盐运移耦合模型,开展了地下水位埋深调控定量研究,确定了不同包气带岩性区、不同时段的地下水位埋深动态调控临界值,提出了防治土壤次生盐渍化的调控对策。取得的主要认识： (1)河套灌区十壤水盐的主控因素是地下水位埋深、包气带岩性和作物生长期的灌溉。包气带岩性无法调控,因此主要考虑不同包气带差异,调控地下水位埋深和灌溉强度、频次。 (2)地下水位埋深对包气带水盐分布及运移具有控制作用。地下水位埋深小于1.0m时,包气带表层在年内大部分时段都处于强烈的蒸发积盐状态,导致严重的十壤盐渍化问题；地下水位埋深2.0m时,毛细上升高度达不到包气带浅部,土壤蒸发强度显著减小,包气带表层积盐程度显著降低；地下水位埋深3.0m时,地下水基本不参与包气带表层积盐,包气带表层盐分会随着降水淋滤和灌溉冲洗不断降低,直至接近完全脱盐状态。 (3)不同包气带岩性毛细上升高度和速度的差异导致了潜水蒸发和土壤表层盐分积累程度的差别。粘砂士和砂粘士毛细上升高为1.5-1.7m,粉砂毛细上升高度为1.0-1.2m,毛细上升速度粉砂最大,粘砂土次之、砂粘土最小。不同试验池内潜水蒸发显示：水位埋深1.0m时,粉砂试验池潜水蒸发量最大,粘砂土次之,砂粘土最小；水位埋深2.0m时,各试验池潜水蒸发量都显著降低,粘砂土试验池潜水蒸发量显著大于粉砂和砂粘土,粉砂稍大于砂粘土。在大的降水或灌溉时,各类岩性0-50cm范围内盐分淋滤的难易次序为：砂粘土、粘砂土、粉砂；降水或灌溉后,受蒸发作用影响,盐分积累增大的幅度：水位埋深较大时,粘砂土大于粉砂,粉砂大于砂粘土；水位埋深较小时,粉砂大于粘砂土,粘砂土大于砂粘土。 (4)作物覆盖能有效减小土壤棵间蒸发,从而降低表层盐分积累,而在作物根系层相同深度的盐分积累要大于裸地；作物生长期内的灌溉对包气带水盐运移有着非常重要的影响,灌溉后包气带浅部的盐分随着水分入渗而显著降低,较深士层盐分变化特征与灌溉强度有直接关系。 (5)利用饱和带-非饱和带水盐运移耦合模型,定量确定了不同包气带岩性区、不同时段的防治土壤盐渍化地下水位埋深动态调控临界值和冲洗盐分的灌溉定额。粘砂十分布区：3-6月份,灌溉冲洗定额不小于160立方米/亩,地下水位埋深大于2.4m；7月初-9月初,灌溉定额不小于80立方米/亩,地下水位埋深大于1.8m；9月中旬-11月中旬,灌溉定额不小于110立方米/亩,地下水位埋深大于1.5m；11月下旬-翌年3月上旬,控制封冻前水位埋深大于2.0-2.2m；砂粘土分布区：3-6月份,灌溉冲洗定额不小于190立方米/亩,地下水位埋深大于2.0m；7月初-9月初,灌溉定额不小于80立方米/亩,地下水位埋深大于1.7m；9月中旬-11月中旬,灌溉定额不小于110立方米/亩,地下水位埋深大于1.4m；11月下旬-翌年3月上旬,控制封冻前水位埋深大于1.7-2.0m；粉砂分布区：3-6月份,灌溉冲洗定额不小于100立方米/亩,地下水位埋深大于2.3m；7月初-9月初,灌溉定额不小于70立方米/亩,地下水位埋深大于2.0m;9月中旬-11月中旬,灌溉定额不小于60立方米/亩,地下水位埋深大于1.7m；11月下旬-翌年3月上旬,控制封冻前水位埋深大于1.5-1.7m。 本文的特色在于：通过大量实验,系统厘定了不同深度的粘砂土、砂粘十、粉砂的包气带水盐运移关键参数,提高了模型预测的精度；利用野外原位试验池控制地下水位埋深和包气带岩性,开展了不同岩性、不同水位埋深、是否有作物覆盖条件下水盐运移调控原位试验；以压力水头为变量,构建并识别了饱和带-非饱和带水盐运移耦合模型,定量确定了不同包气带岩性区、不同时段的地下水位埋深动态调控临界值。