“上膜下秸”调控河套灌区盐渍土水盐运移过程与机理

【摘要】针对内蒙古河套灌区地下水位浅，蒸降比大，土壤盐分运移以“上行”占优势，盐分表聚严重，作物产量低等突出问题，本研究提出了以隔断盐渍土壤水盐运移通路，创建淡化肥沃耕层为理论核心的盐渍土改良新技术——地膜覆盖结合秸秆隔层（简称上膜下秸）技术。2011~2013年以玉米秸秆为隔层材料，通过室内土柱模拟试验，对比研究了秸秆隔层及不同秸秆组分、长度与埋深对土壤水分入渗、蒸发、毛管水运动及土壤水盐运移的影响；同时结合3年微区定位试验，研究了“上膜下秸”以及不同秸秆用量与埋深对周年农田土壤水盐运移的影响；并通过2年大田验证试验，研究了“上膜下秸”对向日葵生长发育及产量的影响。旨在全面、系统的揭示“上膜下秸”技术对土壤水盐运移和作物生长发育及产量的调控机理。主要研究结果如下：1.土柱模拟试验结果表明，“上膜下秸”对土壤水盐运移的调控作用主要表现为：提高隔层上部土壤含水率，促进盐分淋洗，抑制土壤蒸发，阻隔盐分上行，减轻盐分表聚等。（1）在土壤水分入渗过程中，秸秆隔层降低了单位历时的累积入渗量和湿润锋移动速度，具有阻水减渗作用，从而可提高隔层上部土壤含水率，促进盐分淋洗。同时，还引发了湿润锋的不稳定性，即优先流现象的出现。秸秆隔层对水分入渗的阻碍作用具有阶段性，会随隔层与土层导水率差异的减小而减弱，入渗过程也会由非线性过程转变为线性过程，但其对隔层上部土壤水分的储蓄作用是较长期的。秸秆隔层的阻水性能主要与其内部结构有关，主要是孔隙度引起导水能力的差异。随秸秆隔层内部孔隙度增大，其阻水作用减弱。（2）在水分蒸发过程中，秸秆隔层具有抑制隔层下部土壤水分蒸发、控制盐分上行的作用。强烈蒸发作用下，土表形成的干燥层提高了土壤温度，加速了秸秆隔层内部汽态水运动，增大了气体比例，形成阻碍水盐上移的“阻隔层”，进而增大了其对隔层下部土壤水分蒸发的抑制作用，可将盐分控制在底层土壤中，有效地抑制了土表返盐。秸秆隔层对土壤水盐向上运移的阻碍作用与其内部孔隙度与埋深关系密切，随秸秆隔层内部孔隙度增大，其抑制作用呈先弱后强的趋势；随秸秆隔层埋深增加，其抑制作用呈减弱态势。（3）在毛管水运动过程中，秸秆隔层可抑制毛管水上升高度，且可降低毛管水在隔层下部土壤中的上移速度。当秸秆用量为5cm，距离地下水25cm时，毛管水无法越过隔层而上升，仅表现为隔层下缘不同程度浸润。随秸秆隔层内部孔隙度增大，其对毛管水上升高度的抑制作用增强，但对隔层下部土壤中毛管水上升速度的抑制作用减弱。（4）在浅层地下水埋深条件下，秸秆隔层可显著抑制潜水蒸发，结合地膜覆盖时尤为明显。连续蒸发30d内，秸秆隔层处理的累积蒸发量比对照降低了96.82%，其抑制作用明显优于地膜覆盖处理；而“上膜下秸”处理对潜水蒸发强度的抑制作用最大，其累积蒸发量比地膜覆盖处理降低了94.02%，同时还大幅度减弱了隔层上部土壤水分散失和盐分表聚，起到“保墒控盐”的双重作用。当地下水埋深为1m，秸秆隔层埋深小于或等于60cm时均可抑制潜水蒸发。不同秸秆隔层埋深处理对潜水蒸发的抑制作用差异较小，但处理间的储水抑盐效果差异明显。随秸秆隔层埋深增加，其储水作用增强，而对盐分表聚的抑制作用减弱。2.微区定位试验结果表明，在农田土壤环境下，“上膜下秸”可形成“上抑下隔”的水盐调控机制，为向日葵根系生长创造了“高水低盐”的微生态环境。（1）在向日葵播种前，秸秆隔层处理0~20cm和20~40cm土层平均含水率比对照处理分别提高了4.01%和3.10%，而平均含盐量分别降低了21.23%和29.60%。在向日葵生育期内，只埋设秸秆隔层处理对根层土壤的储水抑盐效果仅能维持至播种后30d左右，而“上膜下秸”处理能延续至播种后60d左右，在丰水年甚至更长。同时，“上膜下秸”处理能使根层土壤在整个生育阶段保持较低的盐分水平，显著降低了土壤溶液盐浓度，淡化根层作用明显，为向日葵根系生长提供了良好的土壤环境，从而促进了向日葵植株生长发育。（2）在地膜覆盖条件下，随秸秆用量增加，其对根层土壤的储水抑盐效果增强，且作用年限也随之延长。随秸秆隔层埋深增加，其对根层土壤的保水效果增强，而埋深为40cm时的控抑盐效果最为显著。综合保水、抑盐效果，建议农业生产中秸秆用量为12t/hm2，埋深为40cm。3.大田试验结果表明，“上膜下秸”明显可提升向日葵出苗和保苗能力，促进向日葵生长发育和增加产量。与传统耕翻处理相比，“上膜下秸”处理使向日葵苗期干物质日积累速率提高了35.30%；生育期提前了4~12d；净光合速率提高了4.87%~11.90%；成熟期株高、茎粗、叶面积和地上部干物质量分别提高了36.62%、16.44%、49.05%和42.60%；向日葵增产24.57%，达显著水平。
【作者】赵永敢；
【导师】逄焕成；
【作者基本信息】中国农业科学院，作物生态学，2014，博士
【关键词】秸秆隔层；地膜覆盖；入渗；蒸发；水盐运移；盐渍土；向日葵；河套灌区；

【参考文献】
[1]范美娟.学校文化建构中的校长角色分析[D].黑龙江大学,教育管理,2013,硕士.
[2]丁玉平.机电产品出口对安徽省经济增长的效应研究[D].安徽大学,国际贸易学,2013,硕士.
[3]杨小双.长江中下游地区地源热泵系统能效测评与研究分析[D].华中科技大学,动力工程,2013,硕士.
[4].中国大学分学科门类竞争力排行榜(前20%)[J].评价与管理,2012,01:66-70.
[5]王南.地震作用下相邻结构碰撞的非线性动力反应分析[D].哈尔滨工业大学,结构工程,2013,硕士.
[6]汪祖民.《海洋测绘》——测绘科技百花园中的一朵奇葩[J].海洋测绘.2007(05)
[7]何志睿.E集团知识管理体系设计研究[D].广东工业大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[8]刘方圆.股权结构与银行绩效的关系研究[D].山东大学,西方经济学,2013,硕士.
[9]张来丰.高原型信息化液压油泵车智能故障诊断系统研究[D].南京大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[10]朱霞.阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的治疗现状调查[D].山东大学,耳鼻咽喉,2013,硕士.
[11]楚文斌.金属零件切削表面粗糙度的几何仿真[D].华东理工大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[12]佘洪新.基于脸型的三维人脸识别方法研究[D].华中师范大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[13]董立伟,温晓楠.独立学院数学建模培训模式的探索与改革[J].科技视界,2014,26:54+308.
[14]段鹏雪.生物可降解环境响应聚合物的制备及性能研究[D].西北师范大学,高分子化学与物理,2013,硕士.
[15]梁飞飞.回归生活世界的大学生劳动教育探析[D].吉林大学,思想政治教育,2013,硕士.
[16]何亚平,费世民,蒋俊明,陈秀明,张旭东,何飞.不同龄级划分方法对种群存活分析的影响——以水灾迹地油松和华山松种群生存分析为例[J].植物生态学报,2008,02:448-455.
[17]卢丹丹.承旧启新的音乐教学模式探究[D].河北师范大学,教育,2014,硕士.
[18]何惺华.井间地震中的管波分析[J].石油地球物理勘探,2002,02:99-104+200.
[19]袁进霞.迈向滋润生命的殿堂[D].河南大学,教育学原理,2004,硕士.
[20]刘骞.葡萄糖和胰岛素可通过调控GLUT4表达影响H9c2（2-1）细胞增殖[D].山东大学,内科学,2013,硕士.
[21]张小翠.三种腹毛目纤毛虫射出胞器的显微、亚显微结构研究[D].华东师范大学,动物学,2014,博士.
[22]刘景春.数据流管理系统关键技术研究[J].佳木斯大学学报(自然科学版),2005,04:505-510.
[23]林伟淳.国际化人才法律素养的培养研究[D].广东外语外贸大学,思想政治教育,2013,硕士.
[24]张修梅.网络结构的连通度及完全正定阵的研究[D].安徽大学,应用数学,2004,硕士.
[25]郭鹏.恒压型白光LED驱动电路研究与实现[D].浙江大学,2006.
[26]J.F.克雷尔伯特.地球物理资料处理基础[J].石油地球物理勘探,1979,05:72-96.
[27]赵建华,刘宁.结合主动学习策略的半监督分类算法[J].计算机应用研究,2015,8:.
[28]赵青秀.民众内约束力影响因素研究[D].南昌大学,应用心理学,2012,硕士.
[29]余婷.课改时代乡村中学语文教学存在的问题及出路[D].湖南师范大学,课程与教学论,2014,硕士.
[30]张微.异丙苯法生产苯酚丙酮粗苯酚塔重组分异常变化研究[D].大连理工大学,化学工程（专业学位）,2013,硕士.
[31]杨磊.血清CCL2和IL-10在痛风急性发作患者中的变化及其相关因素分析[D].浙江大学,内科学,2013,硕士.
[32]王亚琴.文化学术语翻译原则与策略探究[D].黑龙江大学,俄语翻译,2013,硕士.
[33]武振利.青海省特色优势产业开拓市场研究[D].青海大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[34]刘铁军.高精度空间二维转台轻量化结构设计与分析[D].长春工业大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[35]胡迎春.α粒子辐射诱发人支气管上皮恶性转化成瘤细胞的生物学特性研究[D].中国人民解放军军事医学科学院,卫生毒理学,2003,硕士.
[36]董伟君.高职院校心理健康教育网站的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2014,硕士.
[37]佟星晨.零基础泰国职校学生汉语课第一单元教学设计[D].河北师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[38]孔原.地铁洞桩法施工变形控制研究[D].北京建筑大学,建筑与土木工程（专业学位）,2013,硕士.
[39]费瑞翔,罗光富,高政祥,吕劲.硅烷的GW准粒子能带修正和BSE光吸收谱的计算[J].北京大学学报(自然科学版),2013,03:377-382.
[40]王任其.基于UML的企业科技信息管理系统的分析与设计[D].浙江工业大学,2013.
[41]宋晓.火炮身管中心线直线度的检测研究[D].长春工业大学,机械电子工程,2013,硕士.
[42]孙纯坡.基于遗传算法的SLP在工厂设施布局中的应用[D].山东大学,机械电子工程,2013,硕士.
[43]邱先磊.电动汽车电池更换站充换电与供配电系统设计[D].大连理工大学,电气工程（专业学位）,2012,硕士.
[44]胡连华.线性系统的模型降阶和H_∞控制器降阶[D].东北大学,运筹学与控制论,2010,硕士.
[45]谢莉,郑华,张粒子.基于数值仿真的电价灵敏度分析[J].电力系统自动化,2009,12:38-42.
[46]张世敏.预应力混凝土连续梁桥静力分析及抗震研究[D].华北水利水电学院,结构工程,2012,硕士.
[47]郑秀丽,王乐宁,陈中柱.基于数据挖掘技术的电子商务客户潜力开发方案[J].计算机工程与应用,2002,05:194-195.
[48]王清风.基于复杂适应系统理论的高校学生管理模式研究[D].太原科技大学,科学技术哲学,2014,硕士.
[49]石珊珊.IL-10诱导下子宫腺肌病患者子宫内膜细胞HLA-G的表达变化及意义[D].山东大学,妇产科学,2013,硕士.
[50]余海鹏.碳纤维表面涂层改性及其在高温除尘中的应用[D].河北科技大学,化学工程与技术,2014,硕士.