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干旱缺水与土壤次生盐渍化是制约旱区农业可持续发展的两大主要因素,定量研究旱区水盐过程及作物水盐响应对提升农业水分生产力具有重要意义。本文以内蒙古河套灌区解放闸灌域为研究区,分析研究了灌区节水对农业水生产力的影响;在充分考虑土壤水盐过程及作物对水盐响应过程的基础上,发展了农田与灌区尺度农业水生产力模型;模拟分析了不同灌溉水量、地下水盐情景下农田耗水及水生产力响应规律,获得了农业节水对灌区尺度水生产力的影响规律及灌区水盐过程参量及农业水生产力过程的时空分布规律。主要研究内容和结论如下:(1)基于集总式地下水-土壤水平衡模型,量化模拟了灌区节水对区域水平衡和农业水分生产力的影响。结果表明,随着节水改造措施的实施,引黄灌溉水量减少,研究区农业水分生产力逐渐提高且与总供水量呈负相关关系。区域水分生产力由1990-2000年的0.86kg/m3提升到2000-2009年的0.96kg/m3。这表明节水改造可以减少灌区整个水循环中由表面蒸发引起的无效损耗水量,适当的降低地下水位从而提高区域水分生产力。进一步研究表明,潜水蒸发对区域耗水及农业水生产力提升起到重要作用。(2)在充分考虑土壤水盐-地下水盐动态转化过程、作物对根区水盐响应的生育阶段差异的基础上,建立了水盐过程与作物对水盐响应过程耦合的农田灌溉水生产力模型。采用2013年和2014年的葵花非充分灌溉试验数据,对模型进行了率定验证。结果表明,该模型突出了作物根区的动态变化,可以较好的表征地下水浅埋条件下根区水盐过程及对农田耗水与作物产量的影响。(3)基于所建立的农田灌溉水生产力模型,对不同灌水量、地下水埋深、地下水矿化度组合情景下农田耗水及生产力进行了模拟,量化分析了浅埋地下水对作物耗水的贡献的正效应及由于土壤盐分累积而形成的负效应。结果表明,潜水蒸发可以有效补给供作物蒸腾吸收利用,弥补灌水量减少对作物耗水产生的负效应并最终提高灌溉水生产力;另一方面,伴随地下水蒸发进入作物根层土壤中的可溶性盐含量会加速根层土壤中盐分累积,造成IWP的减少,特别是地下水矿化度较高条件下对IWP的负效应更加明显。此外,灌水量一定程度减小并不会对给作物造成同等程度的减产,由于地下水对作物耗水的补给贡献,作物灌溉水生产力会有所提高。(4)耦合灌排过程、地下水运动过程、农田灌溉水生产力过程的基础上,发展了考虑供耗排全过程耦合的灌区农业水生产力分布式模型。基于灌区多年灌排资料及水盐定位监测资料对模型率定与验证。结果表明,所建立的模型可以有效表征灌区水盐过程及农业水生产力形成过程。在此基础上,模拟分析了研究区水盐过程参量及农业水生产力时空变化特征。研究区地下水埋深基本在0m到6.32m之间波动,大部分地区的地下水埋深小于3m,根层土壤盐分含量较高,随着地下水埋深增大,潜水蒸发量明显减少,所携带的盐分含量也大幅度降低,土壤盐分含量呈现下降趋势。潜水蒸发量与地下水埋深呈现出明显的负相关性。研究区作物产量分布与区域耗水空间分布相一致,玉米的灌溉水生产力最高,葵花次之,小麦最低。