《旱区土壤水盐运移规律与灌排调控研究》通过室内试验、田间试验与数值模拟相结合的方法,探究了排盐系数对地下水埋深和土壤初始含盐量的响应规律;针对地下水矿化度高的地区,提出了控制淋洗过程中瞬态地下水位上限的新理念,明确了不同排水技术参数下不同盐渍化程度土壤的淋洗调控策略;定量解析了冬灌农田排水中水分与盐分的来源结构。全书共分6章,第1章、第2章介绍了南疆地区研究的意义、现状、内容、土壤盐化化概况及试验方案;第3章介绍了地下水埋深与土壤初始含盐量对排盐系数的交互影响;第4章介绍了地下水位调控下冬灌土壤水盐运移规律及排水技术参数优化:第5章介绍了冬灌农田排水与排盐溯源分析及排盐效果评价。
《旱区土壤水盐运移规律与灌排调控研究》可供农业水土工程、水利水电工程、土壤学、生态环境、水文学及水资源等专业的科研、教学和工程技术人员参考。
冬灌淋洗脱盐是一种快速有效改良盐碱地的方法,在我国西北干旱区被广泛采用,尤其是南疆地区。然而,南疆地区冬灌淋洗脱盐仍存在一些尚需解决的科学问题。例如,排盐系数是试验资料较为缺乏地区合理确定淋洗水量的关键参数,直接影响水资源利用效率和土壤脱盐效果,以往关于排盐系数的研究文献较少,且主要集中在排水沟间距、土壤初始含盐量、脱盐深度等对排盐系数的影响方面,作为影响排盐系数的一个重要因素,地下水埋深对排盐系数的影响规律尚不清楚;又如,目前盐碱地的地下水位主要以稳定后的地下水位为控制目标,然而在淋洗过程中地下水位波动较大,高矿化度的地下水甚至上升到已淡化的耕作层中导致土壤再次盐化,如何协调淋洗技术参数、排水技术参数与地下水位上升之间的关系,优化淋洗脱盐效果,需要做进一步研究;再如,对于冬灌农田排水,目前的研究多注重于水量与水质的监测层面,冬灌农田排水中水分与盐分溯源的研究较少,这是深入认识土壤水盐运移机制和衡量土壤脱盐效果的关键,有必要进行深入解析。
本书以新疆库尔勒地区盐碱土为研究对象,采用室内试验、田间试验与数值模拟相结合的方法,探究了排盐系数对地下水埋深和土壤初始含盐量的响应规律:针对地下水矿化度高的地区,提出了控制淋洗过程中瞬态地下水位上限的新理念,即根据不同排水技术参数组合,通过控制单次最大淋洗水量和灌水次数,确保淋洗过程中地下水的瞬态最高水位不上升至作物主要根系层(0~60 cm土层)内,且作物主要根系层土壤盐分达脱盐标准;利用构建田间二维冬灌淋洗脱盐模型,对基于新理念情景下的土壤水盐运移规律进行模拟和分析,明确了不同排水技术参数下不同盐渍化程度土壤的淋洗调控策略:定量解析了冬灌农田排水中水分与盐分的来源结构。以上研究为南疆地区水资源合理利用和排水工程合理布局提供参考借鉴,本书的主要创新点如下:
(1)揭示了排盐系数对地下水埋深和土壤初始含盐量的响应规律,明晰了土壤初始含盐量、灌水量、淋洗土层深度对排盐系数的影响程度,为试验资料匮乏地区排盐系数的合理选取提供了科学依据。
(2)针对地下水矿化度高的地区,与以往主要控制稳态地下水位不同,提出了控制淋洗过程中瞬态地下水位上限的新理念,避免了淋洗过程中地下水的瞬态最高水位上升到已淡化的耕作层中导致土壤再次盐化,确定了相应的淋洗调控策略,为进一步优化盐碱土淋洗脱盐效果提供了新思路。
(3)将氢氧环境同位素和水化学分析相结合的方法引入冬灌农田排水水分和盐分溯源研究中,定量解析了农田排水中水分与盐分的来源结构,深化了对盐碱地淋洗脱盐条件下土壤水盐运移机制的认识,为冬灌农田排盐效果分析提供了新方法。
本书的完成与出版受到了江西省自然科学基金项目(编号:20202BABL204068)和国家重点研发计划项目(编号:2017YFC0403303)的资助以及南昌工程学院的支持。
由予研究时间、试验条件和个人水平的限制,尽管在研究内容与深度上进行了努力,但在理论层面与技术层面上仍存在不足,有待进一步探索与完善,恳请各位专家、学者批评指正。
前言
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究进展
1.3 以往冬灌淋洗脱盐工作存在的主要问题
1.4 研究内容和技术路线
第2章 试验材料与方法
2.1 试验区概况
2.2 室内试验
2.3 田间试验
2.4 数据分析处理
第3章 地下水埋深与土壤初始含盐量对排盐系数的交互影响
3.1 室内-维土柱水盐平衡分析
3.2 地下水作用下不同初始含盐量土壤水分运动规律
3.3 淋洗条件下不同初始含盐量土壤盐分运移规律
3.4 一维土壤盐分淋洗模型
3.5 地下水埋深和初始含盐量对排盐系数的影响
3.6 本章小结
第4章 地下水位调控下冬灌土壤水盐运移规律及排水技术参数优化
4.1 田间二维冬灌淋洗脱盐模型构建
4.2 模型参数的率定与验证
4.3 田间二维冬灌淋洗脱盐模型应用
4.4 冬灌试验结果与淋洗定额及适宜排水参数的确定
4.5 本章小结
第5章 冬灌农田排水与排盐溯源分析及排盐效果评价
5.1 样品采集
5.2 水体氢氧环境同位素特征
5.3 水化学特征
5.4 冬灌农田排水溯源分析
5.5 农田排盐溯源分析及排盐效果评价
5.6 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 主要创新点
6.3 问题与展望
参考文献