黄河下游引黄灌区土壤水盐运移特征及其影响机理研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 何康康 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 李发东 |
| 关键词 | 土壤水盐运移 微咸水灌溉 地下水 气候变化 引黄灌区 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 土壤水盐动态变化关乎作物生长和农田生产力，把握土壤水盐运移规律及其影响机理是解析农田生态系统过程的热点和难点问题。已有学者针对土壤水盐运移过程进行了试验研究，特别是围绕不同灌溉活动下土壤水盐动态变化方面的研究较为广泛。然而综合考虑气候变化、地下水、微咸水灌溉等自然和人为因子对土壤水盐运移的影响研究较少，农田-地下水关键过程（水盐交互）以及长期微咸水灌溉下土壤盐分演变规律仍有待探究。黄河下游引黄灌区不仅是我国重要粮食产区，也是淡水资源短缺、盐渍土分布区之一，探究该地区土壤水盐运移规律及其影响机理显得尤为迫切。本研究以引黄灌区典型农田生态系统禹城站为例，运用试验分析和模型模拟相结合的方法开展研究。通过2004-2020年大田长期定位观测试验，定期监测作物产量和土壤水盐变化，并分析其影响因素。通过2020-2023年地下水-农田生态系统关键过程综合试验装置(GAS)土壤水盐监测试验，校准和验证HYDRUS-1D模型参数，并基于不同气候变化、地下水埋深和微咸水灌溉等自然和人为因子考虑，模拟分析2023-2053年冬小麦-夏玉米轮作条件下土壤水盐运移规律，揭示农田-地下水交互过程，量化地下水、微咸水、降水对土壤水盐的影响，为加大微咸水利用和盐渍土治理以及保障粮食安全提供科学支撑。主要结论如下： （1）长期大田试验表明冬小麦、夏玉米年均产量分别为6549kg/hm2、8890kg/hm2，且作物产量和根干重随地下水埋深减小而减少，当地下水埋深在2m附近时，玉米减产较为明显。主要因为地下水埋深影响了土壤水盐动态变化，根层水盐含量与地下水埋深负相关关系显著，由于埋深越浅、土壤水盐含量越高，导致根系受水盐胁迫不同，进而影响了作物产量。经GAS土壤水盐监测试验对HYDRUS-1D模型参数校准和验证结果显示，模型模拟精度较好，土壤含水量模拟的平均绝对误差在0.0107-0.0451cm3/cm3，决定系数为0.8左右，土壤盐分浓度模拟的归一化均方根误差控制在20%以内，模型能够可靠地反映研究区土壤水盐动态变化过程。 （2）气候变化条件下土壤水盐呈现随作物生长季和水文年型波动变化规律。根层土壤含水量在玉米季较高、小麦季较小，土壤盐分浓度在玉米出苗-拔节期（每年6-7月）下降明显、小麦拔节-灌浆期（每年3-5月）上升明显，于小麦收获期达到峰值。土壤水盐受气候变化的响应体现在降雨强度和作物蒸散的影响，耕作层对降雨的敏感性更强。SSP585气候变化情景根层土壤盐分浓度普遍低于SSP245，且土壤较高盐分浓度区（超过4dS/m）无明显分布。主要因为SSP585气候情景年均降雨量比SSP245高50mm、土壤水分亏缺量比SSP245少34mm，降雨对盐分的淋洗更加明显，根层脱盐效果显著。两种气候变化情景均呈现枯水年盐分易在耕作层积聚，平水年和丰水年的降雨量能确保根层脱盐，盐分淋洗深度在1m以下土层，而极端强降雨条件下（年降雨量达900mm以上）土壤盐分淋洗深度达2m以下土层。 （3）农田与地下水水盐交互过程受地下水埋深影响。当地下水埋深在2-4m时，0-100cm土壤水盐含量和作物实际蒸散随埋深增大而减小，与大田试验结果一致。2m地下水埋深对小麦耗水补给、土体积盐的贡献分别为30%、26%，3m埋深下均贡献18%左右，而4m埋深仅为3%，主要因为当地下水埋深接近或超过砂壤土地区4m潜水蒸发极限埋深时，补给作用越不明显。然而，埋深越浅地区应兼顾水分补给与盐分增加风险，当地下水埋深减小至2m时，农田与地下水盐分交互作用大于水分补给作用，0-100cm土壤盐分浓度较高且上升幅度更大，根层受盐分胁迫更强，进而影响作物生长。另外，SSP585与SSP245气候情景相比，土壤水渗漏强度大、回补地下水特征明显，玉米季年均回补地下水较SSP245多30-50mm，地下水量基本实现收支平衡。 （4）经长期微咸水灌溉后土壤盐分浓度总体呈增长趋势。根层土壤盐分浓度基本在作物耐盐阈值以下，积盐层集中在1-2m土层。不同微咸水浓度灌溉土壤盐分迁移规律无显著差异，降雨是影响微咸水灌溉土壤盐分迁移的关键因素。SSP585气候情景土壤水盐渗漏量相对SSP245均增长了25%左右，且0-100cm土层积盐比重较SSP245平均下降了26.3%，土壤“水走盐走”特征明显。然而，在4m地下水埋深条件下灌溉2-3g/L微咸水时发现，土壤渗出液盐分浓度高于灌溉水盐分浓度40%以上，而2-3m埋深情况下无明显差异，说明了当地下水埋深越大时，微咸水灌溉的盐分下渗到地下水越多，易引发地下水矿化度升高风险。因此，为适应未来气候变化影响下，加大微咸水资源利用和盐渍土治理，研究建议每年可用一次盐分浓度不超过3g/L的微咸水应用于农田灌溉，并将3m作为该区域适宜的地下水埋深调控方案，确保土壤水盐状况良好和作物正常生长。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 132 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209264]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 何康康. 黄河下游引黄灌区土壤水盐运移特征及其影响机理研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。