地下水浅埋区考虑作物根系吸水对土壤水盐分层响应差异的农田水分生产力模型与模拟

It is an inevitable choice to develop water-saving agriculture and improve water productivity to ensure the sustainable development of water resources. Water-saving agriculture directly changes soil water and salinity in root zone, which influences root water uptake, crop growth and water productivity. Crop model and field water cycle model is the important method to quantify the processes of water productivity. Currently, most water productivity models have not included spatial differences of root water uptake and the groundwater contribution to crop growing. The objectives of this research are to understand the different response of root water uptake to the spatial distribution of soil water salinity and to quantify the process of water productivity. With crop growth/water exchange observation experiments and models, groundwater contribution to crop water used will be investigated. Furthermore, considering the effect of spatial distribution of soil salinity in root zone on root water uptake, water productivity model coupling crop growing and soil water and salinity cycle will be developed, and response of water productivity to changed environment such as changed temperature and water-saving irrigation will be simulated. This study will provide theoretical basis and technical support for water-saving irrigation in salinization farmland.

大力发展节水农业、提升农田水分生产力是我国保障水资源可持续发展的必然选择。然而农业节水直接改变了作物根区土壤水盐状况，进而影响根系吸水、作物生长及农田水分生产力的形成。农田水盐循环模型与作物生长模型是量化农田水分生产力的主要方法。目前多数农田水分生产力模型未考虑根系吸水的空间差异性及地下水的向上补给过程。针对此不足，本研究以认识根系吸水对土壤水盐分层的差异性响应规律为主线，以量化表征地下水浅埋区农田水分生产力形成过程为目标，通过田间定量试验与室内模型模拟，明晰地下水补给对作物耗水贡献的基础上，发展地下水浅埋区考虑根系吸水空间响应差异性，耦合农田水盐循环与作物生长的农田水分生产力模型，揭示农田水分生产力对温度变化及农业节水等变化环境的响应规律。该研究将为盐渍化农田节水灌溉提供理论基础与技术支撑。

地下水浅埋区农田水转化过程复杂，地下水对农田耗水的贡献进而影响水分生产力的形成过程。本文以定量研究地下水浅埋区农田水转化规律及作物生长过程的影响为主线，通过田间试验及模型模拟，明晰滴灌条件下农田水循环过程，并基于该模型揭示了旱作区农田水资源供需平衡变化。主要研究内容和结果如下：.1. 2019年开展了玉米试验，基于田间试验监测的土壤水盐、地下水盐变化情况，研究了农田水盐循环及作物生长过程。作物生育期耗水量较大，全生育期降水量仅85.25mm，生育期没有灌水，所以大部分来源于地下水补给。生育期地下水补给量与平均地下水埋深呈显著的负相关关系，相关系数达0.79。.2. 对于滴灌田间试验，AWPM-SG耦合模型模拟精度较高。平均相对误差在3.77%~48.3%，决定系数在0.7~0.93，均方根误差在-0.78~10.77cm。模拟结果均表现为玉米抽穗期地下水补给对作物的耗水贡献最大，两年分别为24.25%和22.36%。当灌溉水平为B（总灌溉水量减少40%，161.84 mm）时，灌溉次数为6次和12次时，地下水净补给量几乎达到最大分别为107.63mm和107.64mm。综合来看，总的灌溉水量为161.84mm，灌溉次数为6次时为河套灌区最佳的灌溉制度。研究结果可为河套灌区滴灌条件下农田水分生产力提升提供理论基础。.3. 基于测坑试验，进行了不同水盐条件下的水盐迁移规律及作物生长研究。结果表明：.灌溉水浓度达到5.5g/L时，作物根层高浓度的盐分积累不利作物的生长，将会造成作物产量减少。微咸水矿化度是3.5g/L时植株达到最大株高，作物产量最大，适度的盐分胁迫有利于作物的生长。另外，40-80cm处的盐分对作物产量起主要胁迫作用。.4. 根据降水频率划分了不同水文年型，系统分析了阴山北麓武川试验站1990-2020年不同水文年型的作物耗水变化特征，揭示了其水分亏缺量，在平水年（平均降雨量251mm）和枯水年（平均降雨量174 mm），雨养马铃薯全生育期的水分亏缺量平均值分别为88 mm和165 mm。基于模型模拟，马铃薯在平水年和枯水年的实际耗水量为237.83mm和125.94mm。就水分利用效率来看，平水年比丰水年减小不显著，因此针对不同水文年的节水措施研究应重点关注枯水年。