乌兰布和沙区灌溉农田深层渗漏特征及对灌水量的响应

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 5次 | 上传用户:justle
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我国水资源分布不均衡,西北地区水土资源矛盾尤为突出。随着人口增加、经济增长、人民生活水平的不断提高以及城市化进程的加速,西北干旱区农业水资源和农业用水管理面临着巨大的挑战。研究区位于乌兰布和沙漠东缘的磴口县,该区域地处河套灌区上游,生态环境脆弱,不合理的水资源利用将造成土地荒漠化、地下水漏斗、次生盐渍化等一系列的环境问题。如何提高农业用水利用率和减少农业用水损失是促进该地区可持续发展的关键。灌溉农田的深层渗漏损失是影响农业用水效率的主要原因之一。因此,系统分析不同土壤类型农田土壤水分及深层渗漏规律对丰富干旱区农田生态-水文过程研究,指导农业生产,以及区域水资源合理利用具有非常重要的现实意义。本文以乌兰布和沙漠东缘磴口县普通玉米农田为研究对象,分别将50cm以下土层客土换成乌兰布和沙区自然存在的三种土壤类型(砂土、壤土、黏土),表层耕作土回填。利用EC-5型土壤水分传感器、105型土壤温度传感器、YWB-01型土壤深层水量渗漏记录仪实现实时、连续、动态监测监测砂土农田、壤土农田、粘土农田2017年1月1日12月31日0150cm土层土壤体积含水量、05cm土层土壤温度以及150cm层深层渗漏量。综合分析不同土壤类型农田深层渗漏规律;通过实际监测值,准确计算农田水量平衡中各分量值;从最大限度提高水分利用率的角度探讨了不同土壤类型农田的优化灌溉水量估算。本研究得出如下结果与结论:(1)本研究针对研究区当地农田灌溉传统灌溉方式对土壤水分的影响进行研究。在传统灌溉方式下,2017年4月9月玉米生长季5次灌溉共734.39mm,对不同类型农田0150cm层土壤含水量均产生了极显著影响(P<0.01),不同土壤类型农田各层受灌溉影响产生的变异程度不同:砂土农田土壤体积含水量变异程度50cm土层(59.67%)>5cm土层(37.63%)>100cm土层(33.56%)>150cm土层(12.86%);壤土农田土壤体积含水量变异程度50cm土层(34.79%)>5cm土层(26.91%)>100cm土层(14.45%)>150cm土层(12.64%);粘土农田土壤体积含水量变异程度5cm土层(25.33%)>50cm土层(24.82%)>100cm土层(11.21%)>150cm土层(9.67%)。不同土壤类型农田0150cm层平均体积含水量变异程度大小为砂土(30.84%)>壤土(19.87%)>粘土(16.65%)。(2)试验期间不同土壤类型农田均产生深层渗漏,且不同土壤类型深层渗漏特征具有明显的差异。砂土农田全年共产生深层渗漏水452mm,主要集中于4月8月,4月8月共观测到渗漏天数26天449.6mm渗漏量,占全年总量的99.47%。各生育期渗漏量为:播种节期共有深层渗漏水135.8mm,拔节穗期共有深层渗漏水208.2mm,抽穗浆期共有深层渗漏水38.6mm,灌浆获期共有深层渗漏水67.0mm。壤土农田深层渗漏特征总体表现为日渗漏量少,渗漏速度慢,总渗漏时间长。全年共产生深层渗漏水177.4mm,渗漏集中出现于4月9月,这6个月观测到渗漏天数166天共169mm渗漏量,占全年总量的95.26%,因为壤土农田深层渗漏的叠加效应与延时效应,因此无法准确估算各生育期深层渗漏量;粘土农田全年共产生深层渗漏水5.4mm,且渗漏分布均匀,渗漏量稳定为0.2mm每天,并未因灌溉或降水补给影响渗漏渗漏速率,这与砂土农田和壤土农田具有很大的差异。(3)本研究通过实际监测,可估算农田水量平衡中各分量值。砂土农田利用各生育期内灌溉量(I)、各生育期期内深层渗漏量(DSR)、各生育期内降水量(P),各生育期平均蓄水量差值(ΔW)可估算出各生育期蒸散量(ET)。砂土农田各生育期中蒸散量大小顺序为:灌浆获期(126.32mm)、播种节期(118.21mm)、拔节穗期(85.25mm)、抽穗浆期(53.37mm)。但因各生育期持续天数不同,因此需将各生育期总蒸散量除以天数得到每天平均蒸散量,生长季砂土农田日平均蒸散量为2.16mm·d-1,各生育期日蒸散量大小顺序为:抽穗浆期(2.54mm·d-1)、拔节穗期(2.51mm·d-1)、灌浆获期(2.34mm·d-1)、播种节期(1.64mm·d-1)。壤土农田日渗漏量小且渗漏持续时间长,造成其深层渗漏量具有延时和叠加效应,无法准确计算各生育期深层渗漏量,因此壤土农田利用全生育期总灌溉量(I),全生育期渗漏量总和(DSR),全生育期蓄水量差值(ΔW)可估算出壤土农田全生育期蒸散量(ET)。壤土全生育期总蒸散量为294.18mm,平均日蒸散量为1.61mm·d-1。粘土农田深层渗漏的一些机理尚不明确,无法通过该研究估算粘土农田水量平衡。(4)优化灌水量需要在保证作物产量的前提下,最大限度提高灌溉水的利用率,即优化灌水量为避免深层渗漏损失与农田土壤当年净蓄水量。在保证作物产量的前提下优化灌水量可等于蒸散量。
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