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民勤绿洲是一个典型的荒漠绿洲,历史上水草丰茂,但是近几十年特别是进入20世纪70年代以来,地表水资源的严重匮乏,迫使当地农民大量开采地下水甚至地下咸水用于农业灌溉。在蒸发强烈的干旱区,利用地下咸水进行大规模农业灌溉,不仅会导致地下水位下降,地下水质恶化,而且造成土地盐渍化,降低了作物的产量与质量。因此,灌溉水源问题目前己成为制约当地社会经济可持续发展的重要瓶颈,严重危害绿洲的生态安全。本研究旨在通过咸水灌溉对土壤盐渍化影响的田间试验及灌溉适宜性的室内模拟,为民勤绿洲地下咸水资源的安全利用和农业的可持续发展提供科学的指导意义。
本研究利用田间试验和室内分析相结合的方法,研究了咸水灌溉对绿洲土壤盐渍化的影响,并在此基础上,结合当地不同传统作物的耐盐特点,模拟并初步确定了民勤绿洲主要粮食经济作物的适宜灌溉水水质。通过上述研究,我们得出以下主要结论:
1、民勤绿洲内地下水的钠吸附比(SAR)随着矿化度的升高而增大。用高SAR值咸水进行农业灌溉,土壤有碱化的危险。
2、在地下水深埋区利用咸水进行农业灌溉,灌溉水带来的盐分是土壤表层盐分积累的一个重要来源。利用淡水进行大定额的储水灌溉对土壤盐分淋溶明显,但是随着咸水灌溉的开始,根区土壤含盐量在经过一个淡水淋洗过程后迅速增加。说明在干旱区连续进行咸水灌溉,盐分的累积效应非常明显,如果不采取必要的淋洗措施,土壤中的盐分最终会累积到危害作物生长的程度。要保持农业用地的可持续发展,咸水灌溉农田必须配置排水洗盐措施。
3、在黄河蜜高垄覆膜种植条件下,膜上沟灌对沟下土壤盐分淋洗明显。但由于田间为部分覆膜,垄上行间非覆膜区土壤蒸发强烈,盐分强烈聚集。我们认为在干旱半干旱地区种植作物,可以将田间部分覆膜变为全部覆膜,以减少裸地土壤蒸发,增加作物有效蒸腾,避免因土壤盐分在非覆膜区积聚而造成的土壤高含盐量对作物的危害。
4、在咸水灌溉作用下,试验土壤pH值增加不显著,但是在作物根区均大于8.5,整个土壤剖面呈现碱性;土壤碱化度(ESP)均有不同程度升高,特别是在矿化度为5g·L-1咸水灌溉下增加显著,根区土壤的平均碱化度为5.7,土壤已经出现轻度碱化。
5、通过田间土壤水盐平衡方程,模拟计算出了在不同矿化度水灌溉下土壤耕作层的平均含盐量,确定了民勤绿洲内4种主要粮经作物适宜的灌溉水水质。其中,对于小麦和棉花等中度耐盐作物,2g·L-1咸水完全适宜于灌溉,5g·L-1咸水灌溉后作物会略有减产,但是为了缓解生态危机、满足当地居民口粮,也可以用于农业灌溉。在绿洲内地下水矿化度大于5g·L-1的区域,则已经不适宜种植小麦和棉花。对于玉米和甜瓜等对盐分较为敏感的作物,在2g·L-1咸水灌溉作用下,土壤含盐量已经超过了临界含盐量,会造成作物减产。但是已有研究结果发现,微咸水灌溉对甜瓜品质的提高有利,通过加强田间管理,可以尝试用矿化度小于2g·L-1的咸水对甜瓜进行灌溉。