西北干旱区棉花-水盐相互作用与综合调控研究

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水资源短缺和土壤盐碱化是我国西北干旱区可持续农业发展的两大主要制约因素。覆膜滴灌技术在新疆广泛应用。本文在新疆玛纳斯河绿洲开展不同灌溉水、灌水含盐量组合对棉花-土壤水盐相互作用影响的观测实验。改进Cotton2K模型增强其模拟土壤盐分动态的能力。采用实验和模型相结合的方法,研究干旱区绿洲作物-土壤水-盐相互作用机制,论证节水、控盐、稳产三重目标的水盐综合调控模式,取得以下结论:  (1)增强了Cotton2K模型对土壤盐分运移和盐分对作物生长胁迫的模拟能力,使其能够模拟作物-土壤水-盐系统复杂的动态过程和相互作用关系,奠定了本文的方法基础,同时拓展了该模型在盐碱化地区农田水盐动态变化研究和农业水管理中应用的适应性。  (2)分析棉花关键生长期土壤水、盐对叶面积指数、花铃、地上部干物质积累和产量的胁迫机理,发现土壤水分胁迫时效性强,对棉花前期生长过程和后期脱落过程均有显著影响;由于土壤盐分积累的滞后性,盐分胁迫也存在滞后性,盐分胁迫主要影响棉花后期叶片和花铃蕾脱落。  (3)亏水灌溉盈亏分析结果显示,优质灌溉水(矿化度0.87gL-1)灌溉量为充分灌溉的80%时,作物产量损失小于5%,为充分灌溉的75%时,损失在10%以内,当灌溉量降低至60%时,损失超过20%。建议60%为灌溉量下限,75%为可接受临界值,80%以上为安全值。  (4)滴灌技术为局部灌溉,土壤盐分由灌溉水含盐量和灌水量决定。灌溉水含盐量影响含量,灌溉水矿化度越高,土壤剖面盐分浓度越高。灌水量影响其动态分布,土壤盐分在剖面上的分布随灌水量增加而向下扩展。非充分灌溉条件下,亏缺灌溉土壤盐分主要分布在地表下40cm的土层;当灌水量超出作物需水量的20%的时候,盐分分布进一步扩展到地表下80cm;超出40%时,地表下80cm以内土层盐分呈淋洗状态,土壤盐分垂直分布较为均匀,地表下80-200cm土层含盐量增加。  (5)淋洗量是咸水资源有效利用的关键。当灌溉水矿化度低于2gL-1时对棉花生长的盐分胁迫作用微弱,可进行亏水灌溉;当灌溉水矿化度为4gL-1时,通过加大灌水量,如超出棉花需水量的20%,土壤剖面盐分呈现淋洗状态,盐分对棉花产量影响不大;但是继续增加灌水量至棉花需水量1.6倍,由于墒情变差,棉花产量反而下降。在滴灌条件下,建议将棉花需水量的40%作为淋洗灌溉量的上限值。  (6)Cotton2K模型对不同灌水量和灌溉水含盐量情景组合模拟结果表明:咸水和优质水进行综合调控优化灌溉是干旱区实现节水灌溉和咸水资源有效利用的重要举措。灌溉水矿化度不大于2gL-1时,可进行亏缺灌溉,最优灌溉量为75-80%的棉花需水量;灌溉水矿化度在2-4gL-1范围时,需要增加灌溉量淋洗盐分,最优灌溉量为100-140%棉花需水量;当灌溉水矿化度为4-6gL-1范围时,可通过采用淡水、咸水轮灌的方式,既能进行节水灌溉,又能有效利用咸水资源,并保证棉花产量;而当灌溉水矿化度大于6gL-1时,由于灌溉水含盐量太高,即使加大淋洗用水量,土壤剖面仍然出现明显积盐,棉花产量下降严重,不适合进行灌溉。
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