冬灌對凍融期干旱區荒漠綠洲農田土壤水熱狀況的影響

2023年12月29日發(作者：曹操詩詞)

第34卷 第11期 農 業 工 程 學 報 Vol.34 No.11

2018年 6月

Transactions of the Chine Society of Agricultural Engineering Jun. 2018 105

冬灌對凍融期干旱區荒漠綠洲農田土壤水熱狀況的影響李 晶1,2，何志斌1※，杜 軍1，陳龍飛1，藺鵬飛1,2，

朱 喜1,2，房 舒1,2，趙敏敏1,2，田全彥1,2

（1. 中國科學院西北生態環境資源研究院臨澤內陸河流域研究站，

中國科學院內陸河流域生態水文重點實驗室，蘭州 730000；2. 中國科學院大學，北京 100049）

摘 要：冬灌可顯著改善土壤水熱狀況，對緩解“春旱”和促進農作物生長發育具有積極的影響。文章通過探究凍融期干旱荒漠區不同開墾年限的農田土壤水熱變化特征，揭示冬灌對土壤水熱變化及農田水量平衡的影響，為荒漠綠洲農田水分管理提供理論借鑒。研究選取了黑河中游荒漠綠洲過渡帶新墾綠洲農田土壤和老綠洲農田土壤（灌耕風沙土和灌耕灰棕漠土），利用土壤溫濕度監測儀（ECH2O）測定的土壤含水量和土壤溫度及模擬土柱測定的滲漏損失量，分析了凍融期土壤水熱動態變化過程及冬灌對深層滲漏損失的影響。結果表明：老綠洲農田消融歷時（26 d）顯著長于新墾綠洲農田（12 d），新墾綠洲農田消融歷時短不利于春季土壤水分的保持；且翌年土壤完全融化后，新墾綠洲農田淺層（0～40 cm）貯水量低于老綠洲農田；此外，160 mm的冬灌事件導致新墾綠洲農田深層滲漏量為老綠洲農田的4.1倍。新墾綠洲農田需考慮補充灌溉以保證春播作物正常出苗，老綠洲農田“蓄水保墑”生態效應優于新墾綠洲農田。因此，在干旱區荒漠綠洲過渡帶農田水分管理中，需綜合考慮深層滲漏和“凍后聚墑”效應，針對土壤質地差異實施動態的冬灌策略以保證灌溉水資源優化利用。

關鍵詞：灌溉；土壤；水分；荒漠綠洲；滲漏損失

doi：10.11975/.1002-6819.2018.11.013

中圖分類號：S274.3 文獻標志碼：A 文章編號：1002-6819(2018)-11-0105-08

李 晶，何志斌，杜 軍，陳龍飛，藺鵬飛，朱 喜，房 舒，趙敏敏，田全彥. 冬灌對凍融期干旱區荒漠綠洲農田土壤水熱狀況的影響[J]. 農業工程學報，2018，34(11)：105－112. doi：10.11975/.1002-6819.2018.11.013

Li Jing, He Zhibin, Du Jun, Chen Longfei, Lin Pengfei, Zhu Xi, Fang Shu, Zhao Minmin, Tian Quanyan. Effects of winter

irrigation on soil hydro-thermal features in dert oasis farmland in arid area during freezing and thawing period[J]. Transactions

of the Chine Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(11): 105－112. (in Chine with

English abstract) doi：10.11975/.1002-6819.2018.11.013

0 引 言?

中國季節性凍土面積占陸地面積的53.3%，主要分布在干旱、半干旱水資源短缺的東北、華北及西北地區[1]。在全球氣候變化背景下，季節性凍土的變化不僅會通過土壤水熱平衡反饋到區域乃至全球氣候系統，同時也會影響陸地生態系統的物候、生產力、保水能力等[2]。凍融作用可有效抑制土壤熱量散失、減少蒸發量、增加土壤墑情[3]，對緩解農田土壤水資源短缺及促進作物生長具有積極的作用；反復的凍融交替可顯著改善土壤結構、增加表層土壤鹽分的積累、改變生物活性和腐殖質的濃度[4]，在一定程度上影響著作物的生長發育。同時，人為干擾因素對土壤的凍融過程及土壤水熱環境的變化具有重要

收稿日期：2018-03-08 修訂日期：2018-05-09

基金項目：國家重點研發計劃（2017YFC0504306）；國家重點基金項目（41630861）；中國科學院“西部之光”人才培養引進計劃；國家自然科學基金青年項目（41501044）。

作者簡介：李 晶，博士生，主要從事農業生態水文學研究。

Email：lijing15@。

※通信作者：何志斌，研究員，博士生導師，主要從事干旱區生態水文學研究。Email：hzbmail@。

的影響，如冬灌可緩沖土壤溫度的劇烈變化，延緩土壤凍結時間[5]。

土壤水分作為生態系統中能量和物質循環的主要載體，是決定生態系統結構與功能的關鍵因子[6]，尤其對于干旱、半干旱地區是影響其系統生產力的重要生態組成部分，而土壤的凍融循環必然會伴隨著土壤水分傳遞過程。同時，土壤水作為地表水和地下水的聯系紐帶，在地下水轉化和消耗過程中起十分重要的作用，凍融期地下水能得到一次集中補給，凍融期地下水補給量及其補給特點與非凍結期有顯著差異[7]。由此可見，季節性土壤凍融循環過程是地氣系統能水循環的重要環節，與地表活動層能量平衡密切相關。因此，研究凍融期土壤水分分布規律對準確評價凍融期土壤水資源具有重要現實意義。

黑河流域是中國的第二大內陸河流域，是典型的灌溉農業綠洲區，綠洲和荒漠兩大景觀單元鑲嵌分布且相互影響，具有景觀格局復雜、土地利用多樣化的特征。近幾十年來，隨著經濟迅速發展和人口急劇增長，干旱地區大面積的荒漠開墾為新農田，提高了干旱區的總體生產力和承載力。但由于荒漠土壤開墾及隨后的農業利用，必然會導致土壤性狀和生態過程隨開墾年限而發生