本文是一篇农学论文，农学（农业科学）是研究与农作物生产相关领域的科学，包括作物生长发育规律及其与外界环境条件的关系、病虫害防治、土壤与营养、种植制度、遗传育种等领域。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇农学论文，供大家参考。
1 绪论
1.1 研究背景及意义
水是农业生产和粮食安全的关键因素。为了适应人口增加和粮食需求不断扩展的需要，我国农业灌溉有效面积的不断增大（从 2004 年到 2016 年，由 54478 千 ha 增加到67140.62 千 ha），灌溉农业占用了大量的淡水资源，导致淡水资源供需矛盾问题日益突出，对未来的粮食安全产生了严重的威胁[1]。农业作为我国用水大户，据统计，2016 年全国农业用水量为 3768 亿 m3，占全国用水总量的 62.4%。虽然近年来实施农业节水措施在一定程度上减小了农业用水所占比例，但农业用水始终占据较大比例，特别是在降雨稀少、以灌溉为主的干旱地区尤为显著，如新疆地区的农业用水总量占当地用水总量（2016 年用水总量为 565.38 亿 m3）的 90%以上。因此，如何在有限水资源条件下改善干旱地区农业灌溉中淡水资源供需矛盾是目前亟待解决的问题。近年来，世界各国为缓解农业淡水资源利用的紧张局面，已把劣质水的开发和利用作为弥补农业淡水资源短缺的对策之一[2]。对于干旱的新疆地区，淡水资源缺乏，而微咸水和咸水资源相对丰富，开发利用微咸水和咸水资源进行农业灌溉在一定程度上可缓解当地淡水资源供需矛盾，并提高微咸水资源的利用率。为减小土面蒸发的水分损失，提高干旱地区中灌溉用水效率和缓解土壤盐渍危害，膜下滴灌以增温、保墒、节水、抑盐、省肥等优势在新疆等盐渍化地区得到了推广。一方面滴灌能在根区形成淡化的脱盐区，另一方面覆膜能抑制膜内土壤蒸发，减小盐分向地表的累积，有效缓解土壤次生盐渍化。在干旱的新疆地区，若将微咸水和膜下滴灌技术相结合在提高微咸水利用和缓解土壤盐渍化方面具有极大潜力。采用微咸水膜下滴灌模式，一方面微咸水能够为作物生长提供所需要的水分，但会将盐分带入土壤。另一方面，膜下滴灌仅是调节土壤盐分在作物根层的分布状况，实质上盐分仍被保留在土体中。此外，因覆膜影响，膜下土壤和膜间土壤存在一定的水势和温度差，易使膜下土壤水分发生横向迁移，造成部分盐分进入膜间，存在膜间积盐现象。该现象在微咸水灌溉下可能会更为明显。若长期采用微咸水膜下滴灌可能会增加土壤盐渍化风险[3-5]，进而威胁作物生长发育。部分学者通过数值模拟、田间试验和调查指出采用微咸水膜下滴灌并不会造成根区积盐[6-11]，故长期微咸水膜下滴灌对根层土壤盐分产生的效应存在一定争议性。
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1.2 国内外研究进展
针对干旱地区降雨稀少和灌溉农业中淡水资源紧缺等问题，将微咸水与膜下滴灌技术相结合，并发展微咸水膜下滴灌土壤水盐调控措施对改善干旱地区淡水资源供需矛盾问题，提高微咸水资源利用，实现农业经济的可持续发展具有重要意义。然而，长期采用微咸水灌溉会存在土壤盐渍化风险，并增加作物的盐分胁迫。如何根据干旱地区实际情况，发展安全高效的土壤水盐调控技术，将微咸水利用与膜下滴灌技术有效结合，在提供作物生长所需水分的同时，减小根层土壤盐分对作物生长的不利影响，是发展干旱区农业节水灌溉与微咸水可持续利用的重要研究内容。在进行微咸水膜下滴灌田间调控时，由于膜下滴灌的特殊性必然会增加土壤水盐运移过程的复杂性，从而影响作物生长状况，故研究微咸水膜下滴灌模式下土壤水盐运移及作物生长规律十分必要。围绕土壤水盐运移及作物生长规律，国内外学者采取试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，开展了大量研究工作，得到了许多重要的研究成果，其进展可归纳为以下几个方面。
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2 试验设计与方法
2.1 研究区概况
2012 2016 年棉田膜下滴灌试验在巴音郭楞蒙古族自治州巴州重点灌溉试验站（86°10′E，41°35′N，海拔约为 901m）进行。该站处于塔里木盆地边缘孔雀河冲击平原带，属温带大陆性荒漠气候。该地区降雨稀少，蒸发强烈，多年平均降雨量约为 58mm，其中降雨多集中在 7 8 月，年最大蒸发量为 2788.2mm（直径 20cm 蒸发皿），多年棉花生育期内（4 月 10 月）参考蒸散量（ETo）和降雨量分别为 950mm 和 47mm，最高气温和最低气温分别为 29.1°C 和 15.8°C。根据美国农业部土壤质地分类，试验区土质主要以粉砂壤土（41.4%砂粒，54.4%粉粒和 4.2%黏粒）和砂质壤土（50.2%砂粒，46.0%粉粒和 3.8%黏粒），1m 土层内平均容重为 1.56g/cm3，试验区土壤饱和体积含水量（θs）、田间持水量（FC）、凋萎系数（PWP）和饱和导水率（Ks）和土壤水力参数分别见表 2 1 和表 2 2。在 2012 2016 年期间 1m 内土壤含盐量在 3.24 13.5g/kg 之间，属于轻度和中度盐渍化土壤。2012 2013 年地下平均埋深为 2.5m，由于过度开发利用地下水，2014 2016 年地下水平均埋深为 6.0m。试验区内灌溉水主要为淡水和微咸水，其中淡水来自孔雀河，矿化度为 0.65 1.10g/L，电导率为 0.8 1.22dS/m；微咸水来自地下水，矿化度为 1.83 2.70g/L，电导率为 2.03 3.1dS/m。
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2.2 棉花种植和滴灌系统布设
试验区供试棉花品种为“新陆中”系列，每年 4 月中下旬或 5 月初播种，9 月中上旬收获。根据当地棉花种植和灌溉模式，试验区采用“一膜两管四行”方式对棉花进行种植和灌溉（图 2 1），其中覆膜宽度为 110cm，膜间宽度为 30cm，棉花宽行间距为 40cm，窄行间距为 20cm，株距为 10cm，种植密度为 2.2×105株/ha。滴灌带间距为 60cm，两条滴灌管位于棉花窄行中间，分管两行棉花，滴灌带管采用迷宫式单翼滴头，内径为 16mm，滴头间距为 30cm，设计滴头流量为 2L/h。因棉花苗期不设置灌水，为保证棉花苗期正常生长并减小盐分胁迫，每年 4 月上旬或中旬均会对棉田进行春灌，灌溉水量约 300mm，其水源来自孔雀河水（淡水）。根据当地施肥制度，施肥方式分为播种前施加底肥和生育期追肥，在播种前施加底肥，采用 225kg/ha尿素（含 46.4%N），375kg/ha 磷酸氢二铵（含 46%P2O5和 18%N），300kg/ha 硫酸钾（45%K2O）。在棉花蕾期和花铃前期追肥，采用尿素（含 46.4%N）、磷酸氢二铵（含 46%P2O5和18%N）或磷酸一铵（含61.7%P2O5和12.2%N）和硫酸钾（45%K2O），按照 300-105-45kg/ha（N-P2O5-K2O）进行施肥。苗期末到铃期，每隔 5 7 天用喷雾器对棉田喷洒农药，以预防棉花病虫害。每年 7 月底对棉花进行打顶，以控制棉株主茎生长、保证棉花产量形成。
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3 多年微咸水膜下滴灌土壤水盐时空分布及棉花生长特征研究..... 30
3.1 土壤水分时空分布特征.......... 30
3.1.1 土壤水分空间分布特征........... 30
3.1.2 土壤水分时间分布及棉花耗水特征............... 35
3.2 多年微咸水膜下滴灌土壤盐分时空分布特征.......... 39
3.3 微咸水膜下滴灌棉花生长特征及相关数学模型...... 49
3.4 小结...... 67
4 膜间调控措施对土壤水盐热分布及棉花产量的影响......... 70
4.1 膜间土壤温度变化特征.......... 70
4.2 膜间土壤蒸发变化特征.......... 71
4.3 土壤储水量变化.......... 72
4.4 土壤盐分累积特征...... 74
4.5 棉花产量变化特征...... 75
4.6 讨论...... 77
4.7 小结...... 79
5 微咸水灌溉调控对土壤水盐变化及棉花生长的影响......... 81
5.1 微咸水灌溉调控下生育期内土壤水分和盐分变化特征...... 81
5.2 微咸水灌溉调控措施对生育期内根区水量与盐量平衡的影响...... 85
5.3 微咸水灌溉调控措施对棉花生长及产量的影响...... 89
5.4 小结...... 97
6 微咸水膜下滴灌棉花生长模型的建立与模拟分析
针对新疆干旱少雨、淡水紧缺等问题，由于新疆地下微咸水分布广泛，采用微咸水灌溉与当地广泛应用的覆膜滴灌技术相结合能够有效缓解淡水供应压力，提高微咸水的利用，因此制定合理的微咸水膜下滴灌灌溉制度十分必要。目前，微咸水膜下滴灌棉花灌溉制度尚未给定一个明确的灌溉标准，加之田间灌溉制度受气象、土质、播期含水量含盐量等多因素影响，使之确定更为复杂。另一方面，若采用田间小区试验确定灌溉制度需花费巨大的人力物力，且周期性较长，加之试验取样存在空间变异性，需采用多组重复才能得到一个较为合理的试验结果。近几十年来，作物生长模型发展迅速，利用相关的作物生长模拟模型，如 CROPWAT[213]、DSSAT[214]、WOFOST[215]或 CropSyst[216]，能有效地模拟不同条件下作物生长和产量变化，并简化试验处理设置，为优化灌溉制度提供指导。目前大多数作物数值模型均是基于碳驱动或光驱动的模型，模拟作物生长需要较多的输入参数，且校准和模拟过程较为复杂。近年来，由联合国粮食与农业组织开发的AquaCrop 模型在干旱地区和半干旱地区得到了广泛地应用。该模型以水分驱动，考虑了水分、盐分及养分胁迫对作物生长、产量及生产力的影响，通过对不同气候（参考蒸发蒸腾量及大气 CO2浓度）下的作物水分生产力标准化以应用于不同空间及时间尺度的作物生长变化。Farahani 等[217]（2009）利用 3 年田间亏缺滴灌试验数据提出了 AquaCrop 模型的棉花生长参数，并验证了该模型应用于叙利亚北部地中海气候下棉花生长的可行性，结果表明模型能够准确地模拟作物实际 ET 变化。García-Vila 等[159](2009)指出 AquaCrop 模型能够准确估算棉花产量对用水量（applied irrigation water）响应关系，同时通过一个经济优化函数得到该地区的最优灌溉水量。Wang 等[160]（2013）通过 5 年冬小麦亏缺灌溉试验指出 AquaCrop 模型模拟冬小麦的生物量及产量精度较高，并利用该模型估算得到了不同水文年下高水分利用效率的最小灌溉定额。Kumar 等[218](2014)对在印度北部利用咸水灌溉 4 个小麦品种，并对 AquaCrop 模型的可行性进行了评价，结果表明模型具有较高的准确性。Voloudakis 等[219](2015)通过 3 年试验资料表明 AquaCrop 能够准确模拟希腊 7个地区棉花产量并得到棉花产量与气候变化的响应关系。综上可知，AquaCrop 模型能较为准确模拟不同条件下的作物生长特征及产量，并对气候变化下的作物产量进行预测，从而指导田间灌溉管理。#p#分页标题#e#
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结论
针对新疆干旱少雨、淡水资源短缺及土壤盐渍化严重的现状，将微咸水灌溉和节水高效的膜下滴灌技术相结合，能够在一定程度上缓解该地区淡水资源缺乏及土壤盐渍化等问题，并能够提高当地微咸水的利用。然而，在淡水资源缺乏且盐碱地分布较广的干旱地区条件下，长期利用微咸水进行膜下滴灌对土壤盐分累积效应存在一定争议，因此制定干旱地区的适宜微咸水膜下滴灌的灌溉制度对提高微咸水利用、改善盐碱地土壤盐分累积情况具有重要意义。另外，考虑盐碱地膜下滴灌存在膜间处积盐的现象，采用适当的膜间调控措施应能在一定程度上缓解该现象的产生。基于此，本文开展了多年盐碱地膜下滴灌田间调查与膜间调控措施及微咸水灌溉调控田间试验，根据土壤水量平衡、盐分质量平衡与作物生长相关数学模型，并结合数值模拟方法，研究了多年微咸水膜下滴灌水盐时空分布及棉花生长基本规律，膜间调控措施和微咸水灌溉调控措施对土壤水盐变化特征、棉花产量及生产力的影响，并构建了适宜微咸水膜下滴灌的棉花生长模型，提出了研究区或类似干旱地区棉花生育期适宜的灌溉定额及水分生产函数。主要结论如下：通过 2012 2016 年膜下滴灌土壤水盐及棉花生长监测试验，确定了多年微咸水膜下滴灌下土壤水盐时空分布、棉花耗水及生长基本规律，并对其盐分累积效应进行了评价，并构建了膜下滴灌棉花产量对盐分的响应模型。
（1）不同水平位置的主根层和根层土壤含水量不同，其中膜间最大，较宽行和窄行分别高出 1.4 16.6%和 2.1 38.5%。5 年生育期内棉花耗水量平均值在 483.8 555.9mm 之间，年际间存在显著差异，生育阶段耗水比例大小依次为铃期>花期>蕾期>苗期>吐絮期，5 年内平均值分别为 40.4%、23.2%、19.5%、8.8%和 7.6%。
（2）生育期内，土壤盐分在 30 40cm 出现峰值，该值在 13.34 21.83dS/m 之间；主根层和根层盐分在膜间处最大，宽行其次，窄行最小，膜间处根层平均土壤盐分相对宽行和窄行分别高出 0.6 2.1%和 3.2 21.0%，但各位置无显著差异。在收获期，除 2012 年外，2013 2016 年主根层和根层土壤盐分呈积盐现象，主根层积盐量占总积盐量的 57.2%以上。土壤盐分累积主要表现在膜间，其积盐量为 779.7 2656.7g/m2，显著高于宽行（492.4 2233.0g/m2）和窄行（-391.1 897.2g/m2）。2012 2016 年间主根层和根层盐分主要随灌水年份增加分别以每年 1.385 和 0.707dS/m（268.5 和 274.1g/m2）的速率呈线性增长的趋势，存在盐渍化风险，但 5 年间主根层和根层土壤盐分均无显著差异，说明在该地区利用微咸水进行膜下滴灌具有一定可行性。
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参考文献（略）
