【摘要】：研究新疆干旱區(qū)農(nóng)田土壤水分運移轉(zhuǎn)化規(guī)律對合理利用農(nóng)業(yè)水資源、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉有重要意義。本文基于田間水文監(jiān)測和氫氧穩(wěn)定同位素示蹤的方法,結(jié)合數(shù)值模擬等手段,針對新疆炮臺土壤改良試驗站2016年棉花試驗田,探究了作物在不同生育階段的土壤水分動態(tài)特征以及大氣降水、土壤水、灌溉水、作物莖稈水中氫氧穩(wěn)定同位素組成,識別了作物不同生育期的水分利用來源及比例。通過構(gòu)建的Hydrus-2D非飽和帶土壤水分運移模型,探究新疆干旱區(qū)現(xiàn)行一膜六行滴灌方式下棉田的土壤水分運移過程及SPAC系統(tǒng)水分通量,從而揭示新疆干旱區(qū)膜下滴灌棉田的土壤水分轉(zhuǎn)化規(guī)律。主要研究結(jié)果及結(jié)論如下:受覆膜的影響,土壤水分動態(tài)變化受滴灌的影響較大。沿0~220cm土壤剖面,土壤含水率由淺及深逐漸增大。60cm以內(nèi)土壤水分動態(tài)變化較大,受補給和排泄的影響,在單次灌水和大降雨后淺層土壤含水率有較明顯的波動。深層土壤含水率相對較穩(wěn)定。灌溉后引起了0~60cm深度范圍內(nèi)土壤水的顯著響應(yīng)。各生育期土壤剖面含水率值整體變化趨勢相似。研究區(qū)氫氧穩(wěn)定同位素大氣降水線方程為δD=7.223δ~(18)O-0.620(n=8,R~2=0.97),土壤水蒸發(fā)線方程為:δD=4.762δ~(18)O-31.587(n=76,R~2=0.95),同位素值發(fā)生明顯的蒸發(fā)分餾。0~30cm土壤水D、~(18)O較富集,120cm以下土層同位素相對貧化。由淺及深土壤水同位素值呈現(xiàn)出逐漸貧化的趨勢。單次灌溉后,0~60cm土壤水氫氧穩(wěn)定同位素值明顯變小。灌溉水氫氧穩(wěn)定同位素組成在研究期內(nèi)較穩(wěn)定。作物苗期莖稈水同位素值偏大,生長旺盛時期莖稈水同位素值偏小。本文創(chuàng)新之處在于應(yīng)用多水源混合模型(IsoSource模型)定量計算出作物各生育期對不同深度土壤水的利用率。模型計算得出:棉花在蕾期、花期、鈴期和吐絮期主要的水分利用來源及利用率分別為0~30cm(78.2%)、30~60cm(31.9%)、60~110cm(32%)、110~220cm(47.3%),整個生育期內(nèi)水分利用來源存在由淺變深的規(guī)律。膜下滴灌后,棉花能調(diào)整其水分利用來源,顯著增加對0~30cm淺層土壤水的利用率。綜合試驗結(jié)果表明低額高頻的灌溉制度可以提高棉花對灌溉水的利用率。在田間試驗的基礎(chǔ)上,構(gòu)建的Hydrus-2D土壤水分運移模型結(jié)果表明:在周期性滴灌作用下,距地表50~70cm位置發(fā)育一個發(fā)散型零通量曲面,其兩側(cè)土壤水流分別向上和向下流動。模型模擬滴灌中的根系吸水深度與同位素模型計算結(jié)果較一致。整個模擬期內(nèi),區(qū)域輸入總水量為211.5mm,輸出總水量為222.3mm,土壤水分基本均衡。其中灌溉是主要水分輸入來源,占模擬區(qū)域輸入水量的87.6%。71%的水量均被作物吸收利用,土壤蒸發(fā)量及滲漏量僅分別占8.2%和20.8%。灌溉水的利用效率可達85.2%。綜合模擬結(jié)果表明,現(xiàn)行一膜六行的滴灌方式能有效減少土壤蒸發(fā)量及深層滲漏量,提高了區(qū)域水資源的利用效率。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

位于石河子市農(nóng)八師 121 團。石河子市處于新疆自治區(qū)北面。1、準(zhǔn)葛爾盆地南面，古爾班通古特沙漠的南部。以瑪納斯河在東縣，與沙灣縣相接在西、南、北面。地勢平坦，整體上自東南向拔 450.8m。全區(qū)總面積 457 平方千米。水文地質(zhì)條件氣候：屬典型溫帶大陸性氣候，冬日極冷且長，夏日短且酷熱。，平均氣溫 25.1~26.1。C。區(qū)內(nèi)多年平均降水量 212mm，每年春要集中在 4~8 月。多年平均氣溫 7.2℃，多年極端最低與最高溫 38.8℃。無霜期為 168~171 天，日照時數(shù) 2712~2818h/yr。區(qū)內(nèi)為 1820.9mm，蒸發(fā)時段主要集中在每年 5~8 月，占到整年蒸玲，2017），見圖 2.1。由圖 2.2 可以看出，自 1950 年后，研究區(qū)有顯著的增加趨向。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S562;S275.6

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