冬灌对冻融期干旱区荒漠绿洲农田土壤水热状况的影响

2023年12月29日发(作者：曹操诗词)

第34卷 第11期 农 业 工 程 学 报 Vol.34 No.11

2018年 6月

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

冬灌对冻融期干旱区荒漠绿洲农田土壤水热状况的影响李 晶1,2，何志斌1※，杜 军1，陈龙飞1，蔺鹏飞1,2，

朱 喜1,2，房 舒1,2，赵敏敏1,2，田全彦1,2

（1. 中国科学院西北生态环境资源研究院临泽内陆河流域研究站，

中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室，兰州 730000；2. 中国科学院大学，北京 100049）

摘 要：冬灌可显著改善土壤水热状况，对缓解“春旱”和促进农作物生长发育具有积极的影响。文章通过探究冻融期干旱荒漠区不同开垦年限的农田土壤水热变化特征，揭示冬灌对土壤水热变化及农田水量平衡的影响，为荒漠绿洲农田水分管理提供理论借鉴。研究选取了黑河中游荒漠绿洲过渡带新垦绿洲农田土壤和老绿洲农田土壤（灌耕风沙土和灌耕灰棕漠土），利用土壤温湿度监测仪（ECH2O）测定的土壤含水量和土壤温度及模拟土柱测定的渗漏损失量，分析了冻融期土壤水热动态变化过程及冬灌对深层渗漏损失的影响。结果表明：老绿洲农田消融历时（26 d）显著长于新垦绿洲农田（12 d），新垦绿洲农田消融历时短不利于春季土壤水分的保持；且翌年土壤完全融化后，新垦绿洲农田浅层（0～40 cm）贮水量低于老绿洲农田；此外，160 mm的冬灌事件导致新垦绿洲农田深层渗漏量为老绿洲农田的4.1倍。新垦绿洲农田需考虑补充灌溉以保证春播作物正常出苗，老绿洲农田“蓄水保墒”生态效应优于新垦绿洲农田。因此，在干旱区荒漠绿洲过渡带农田水分管理中，需综合考虑深层渗漏和“冻后聚墒”效应，针对土壤质地差异实施动态的冬灌策略以保证灌溉水资源优化利用。

关键词：灌溉；土壤；水分；荒漠绿洲；渗漏损失

doi：10.11975/.1002-6819.2018.11.013

中图分类号：S274.3 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2018)-11-0105-08

李 晶，何志斌，杜 军，陈龙飞，蔺鹏飞，朱 喜，房 舒，赵敏敏，田全彦. 冬灌对冻融期干旱区荒漠绿洲农田土壤水热状况的影响[J]. 农业工程学报，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

中国季节性冻土面积占陆地面积的53.3%，主要分布在干旱、半干旱水资源短缺的东北、华北及西北地区[1]。在全球气候变化背景下，季节性冻土的变化不仅会通过土壤水热平衡反馈到区域乃至全球气候系统，同时也会影响陆地生态系统的物候、生产力、保水能力等[2]。冻融作用可有效抑制土壤热量散失、减少蒸发量、增加土壤墒情[3]，对缓解农田土壤水资源短缺及促进作物生长具有积极的作用；反复的冻融交替可显著改善土壤结构、增加表层土壤盐分的积累、改变生物活性和腐殖质的浓度[4]，在一定程度上影响着作物的生长发育。同时，人为干扰因素对土壤的冻融过程及土壤水热环境的变化具有重要

收稿日期：2018-03-08 修订日期：2018-05-09

基金项目：国家重点研发计划（2017YFC0504306）；国家重点基金项目（41630861）；中国科学院“西部之光”人才培养引进计划；国家自然科学基金青年项目（41501044）。

作者简介：李 晶，博士生，主要从事农业生态水文学研究。

Email：lijing15@。

※通信作者：何志斌，研究员，博士生导师，主要从事干旱区生态水文学研究。Email：hzbmail@。

的影响，如冬灌可缓冲土壤温度的剧烈变化，延缓土壤冻结时间[5]。

土壤水分作为生态系统中能量和物质循环的主要载体，是决定生态系统结构与功能的关键因子[6]，尤其对于干旱、半干旱地区是影响其系统生产力的重要生态组成部分，而土壤的冻融循环必然会伴随着土壤水分传递过程。同时，土壤水作为地表水和地下水的联系纽带，在地下水转化和消耗过程中起十分重要的作用，冻融期地下水能得到一次集中补给，冻融期地下水补给量及其补给特点与非冻结期有显著差异[7]。由此可见，季节性土壤冻融循环过程是地气系统能水循环的重要环节，与地表活动层能量平衡密切相关。因此，研究冻融期土壤水分分布规律对准确评价冻融期土壤水资源具有重要现实意义。

黑河流域是中国的第二大内陆河流域，是典型的灌溉农业绿洲区，绿洲和荒漠两大景观单元镶嵌分布且相互影响，具有景观格局复杂、土地利用多样化的特征。近几十年来，随着经济迅速发展和人口急剧增长，干旱地区大面积的荒漠开垦为新农田，提高了干旱区的总体生产力和承载力。但由于荒漠土壤开垦及随后的农业利用，必然会导致土壤性状和生态过程随开垦年限而发生