随着社会经济的高速发展和人口的急剧增加,资源危机问题已经成为仅次于全球气候变暖的世界第二大环境问题,水资源紧缺是制约农业发展的主要障碍,发展节水灌溉是解决农业用水危机的有效途径。大型灌区是我国重要的粮食生产基地,通过研究,揭示大型灌区综合节水技术及其节水灌溉条件下水盐运移规律,提出相应的综合调控技术及用水管理模式,对于确保我国粮食安全和农业水土环境安全,提高农业综合生产能力,构建资源节约型和环境友好型社会,实现社会经济可持续发展具有战略意义。地下水位过高和表层土壤盐分积聚是造成灌区作物产量低下的主要原因,单纯地依靠减少灌溉用水量而不辅之以必要地控制地下水位的措施,不仅不能达到节水增产的目的,相反,在减少灌水量的同时,由于调控地下水位的不利,会引起表土盐分的增加。目前,一些灌区灌溉引用水量较大的主要原因之一是考虑到田间洗盐所需,但在达到该目的的同时,过量引水一方面明显抬高了当地的地下水位,加重了土壤次生盐碱化的程度；另一方面,大量的灌溉退水、农田排水和经排水系统下泄的渠道弃水在直接排入下游的同时,也将大量盐分带入下游水体,致使下游水体水质变差。本文从我国大型灌区节水改造的实际情况出发,依托国际科技合作项目“大型灌区节水灌溉综合技术和管理措施研究”,以河套灌区沙壕渠灌域为研究对象,探讨大型灌区节水灌溉条件下土壤水盐的运移特征和平衡情况,分析灌溉用水、排水及土壤盐分组成的变化,探讨节水灌溉条件下土壤有害盐分迁移变化特征；评价分析节水灌溉条件下土壤水盐的响应关系,提出大型灌区节水灌溉的综合调控技术和用水管理措施。本文以田间试验为基础,在对试验区内获得的水盐监测、土壤基本参数测定和田间灌溉试验成果进行分析的基础上,定量研究河套灌区不同秋浇定额下盐分迁移变化规律。在田间尺度上,利用HYDRUS模型构建土壤水流及溶质运移数值模型并进行识别,分析和评价不同灌水方式对玉米田土壤水盐分布的影响和不同灌溉用水管理措施下的农田水盐动态变化趋势,从而确定合理的水管理方案。在区域尺度上,采用Visual-MODFLOW模型定量分析地下水流运动,对在现状和改进后的用水管理方案下的地下排水进行预测和评价,为制定合理的农田水管理方案提供科学的依据。通过田间试验和模型分析,定量研究节水灌溉条件下秋浇、灌水定额、灌水方式和灌排结合等方法对土壤水盐运移、农作物产量的影响,以期得出保持灌区节水、增产、农业可持续的节水灌溉综合调控技术和用水管理措施,为灌区农业节水可持续发展和水土环境改善提供技术支撑。基于以上研究思路、目标和方法,通过研究,本文取得了以下几个方面的研究成果：(1)沙壕渠灌域在不同灌溉时期和不同土壤深度的土壤盐分表现为强变异特征：随着土壤深度的增大,土壤EC值的空间变异程度减小,从空间自相关性来看,土壤EC值均为中等强度的空间自相关性,土壤盐分空间变异性由上层到下层逐渐减小；随着土壤深度的增大,土壤盐分空间自相关尺度逐渐减小,空间相关性减弱,表层土壤的空间分布格局连续且均匀；土壤盐分随浅层地下水埋深的增大而减小,二者之间呈指数关系,控制农田土壤盐渍化的一个重要因素是控制灌区地下水埋深。(2)大定额秋浇未必能够带来好的土壤盐情,大定额下表土盐分仅随水分入渗下移至下部土层,表土含盐量减少,深层含盐量增加,进入冻结期后,随着水分的上移,盐分积聚在上部土层,返盐比较严重,局部土层含盐量甚至超过秋浇前,造成表土积盐,河套灌区解放闸灌域,秋浇定额选择1800-2250m3/hm2,既达到了保墒洗盐的效果,又达到了节水的目的。(3)不同灌水定额条件下田间水盐分布及小麦产量影响分析表明,不同灌溉处理的土壤含水量变化趋势基本一致,从不同的土壤深度来看,随着土壤深度的增大,土壤含水量有增大趋势；1m土体内,播种前的土壤盐分平均值均高于收获后的土壤盐分平均值,土壤盐分总体呈减小趋势,这主要是由于小麦的覆盖度较大,蒸发作用对土壤盐分上升的影响减小；畦灌小麦产量并没有随着灌水定额的增大而增大,从追求单位面积上的产量最大化的角度来说,应合理确定小麦全生育期的灌水定额。(4)在对试验区内的水盐监测数据、土壤基本参数和田间灌溉试验成果进行分析的基础上,基于区域土壤水盐数值模型HYDRUS对田间不同灌水模式下区域土壤水盐运移进行了分析,结果表明：灌水方式和灌水定额对土壤平均含盐量影响显著,且随着灌水定额的增大土壤盐分减小的趋势增大。相同灌水定额下,沟灌处理的土壤含盐量均较畦灌处理低,在1m土体内沟灌条件下土壤盐分平均值比畦灌条件下土壤盐分降低24%,收获后畦灌的盐分累积现象大于沟灌的盐分累积现象,这说明了沟灌对于控制土壤盐分的累积效果好于畦灌。(5)基于HYDRUS模型模拟预测区域不同灌溉方案下土壤水盐的变化,通过情景方案的模拟分析,在0-60cm根层内土壤盐分从夏灌前到秋浇后出现先增大后减小的趋势：即在生育期结束后根层土壤盐分达到最大值,秋浇后由于灌溉淋洗作用使根层土壤盐分达到最小。当生育期灌溉定额为3150m3/hm2时,秋浇灌溉定额只要大于2250m3/hm2,根层土壤盐分没有明显增加,且秋浇灌溉定额为2250m3/hm2的根层土壤盐分降低最快；当生育期灌溉定额为4050m3/hm2时,秋浇灌溉定额只要大于2250m3/hm2,根层土壤盐分没有明显增加,同时秋浇灌溉定额为2250m3/hm2的盐分降低最快；当生育期灌溉定额大于4950m3/hm2时,秋浇灌溉定额需要大于2700m3/hm2,根层土壤盐分才没有明显增加。结合有关对作物产量和灌水量关系的研究成果和沙壕渠灌域实测的主要作物种植比例,建议研究区较优的作物生育期灌溉定额为3500～4050m3/hm2,秋浇灌溉定额为1800～2250m3/hm2。(6)利用区域地下水模型Visual-MODFLOW对不同水管理方案下的地下排水量进行模拟分析表明,现状灌溉方案下的总排水量为122mm,占灌溉用水量的16.7%,建议灌溉方案下的总排水量85mm,占灌溉用水量的12.7%。与现状方案相比,建议方案下的作物生育期内地下水位下降了53cm,秋浇期间的平均地下水位下降了20cm,年均地下水位保持在230cm左右；同时建议方案下的排水量由122mm减小到85mm,减少了30.3%。显而易见,通过控制地下水位和采取节水灌溉措施,均可减少灌溉产生的深层渗漏量,从而减少了渗漏水进入排入沟中的水量。因此,较为合理的水管理方案是生育期综合罐溉定额为3500～4050m3/hm2,秋浇灌溉定额为1800～2250m3/hm2,同时将地下水埋深控制在至少大于200cm的位置,并将灌溉用水管理与农田排水措施及其它有益的手段相结合达到节水、增产、减排,改善农田水土环境。(7)综合田间试验和模型模拟分析节水灌溉条件下秋浇、灌水方式、灌水定额、灌溉制度和灌排结合等方法对土壤水盐运移、农作物产量影响的研究结果,推荐采用的节水灌溉综合管理措施为：灌溉方式上,采用沟灌灌水方式；灌水定额上,选择675m3/hm2的每次灌水定额；灌溉制度上,生育期灌水6次、综合灌溉定额为3500～4050m3/hm2,秋浇灌溉定额为1800-2250m3/hm2进行节水灌溉；在有盐碱化问题的河套灌区,有利于更好地实现节水、控盐、增产、减排和农业水土环境可持续发展的目标。