西北干旱（精选8篇）
西北干旱 篇1
摘要：本文着重介绍了引水枢纽各主要建筑物设计原理以及主要的设计内容, 希望能为读者提供启示和帮助。
关键词：西北干旱区,新疆,泥沙,引水枢纽
0 引言
新疆地处亚欧大陆腹地, 我国西北干旱地区;属于温带大陆性气候, 气候干燥, 日照时间充足, 温差较大, 南疆的气温高于北疆;降水量少, 年平均降水量为150毫米左右, 各地降水量相差很大, 北疆的降水量高于南疆[1]。特殊的地理位置和极端的气候水文条件决定其绝大部分地区的农业生产必须依靠灌溉。
新疆三大山脉 (阿尔泰山、天山、昆仑山) 的积雪、冰川孕育汇集为500多条河流, 分布于天山南北的盆地, 其中较大的有塔里木河 (中国最大的内陆河) 、伊犁河、额尔齐斯河 (流入北冰洋) 、玛纳斯河等, 多为山溪性多沙内陆河, 其河源天然植被覆盖较差, 河床纵坡陡, 每逢暴雨或融冰化雪形成径流时, 挟带大量泥沙, 顺流而下, 尤其是推移质泥沙, 给灌溉引水造成了极大的困难。引水枢纽是将河流或水库中的水引入渠道, 以满足农田灌溉、水力发电、工业及生活用水等的需要;并且要求防止粗颗粒泥沙进入渠道, 以免引起渠道的淤积和对水轮机或水泵叶片的磨损, 保证渠道及水电站正常运行, 还可拦截春秋枯水期渗入河床的河水, 增加引水量, 夏季汛期可以防止河道推移质泥沙入渠, 使有效引水率得到保证, 为灌区建立旱涝保收的稳产高产田, 所以设计引水枢纽工程是十分有意义的。
在进行引水枢纽工程设计时, 为了解决引水与排沙的矛盾, 常需要结合地形图进行方案比较。拦河闸式引水枢纽适用于上游河道为砂卵石河床情况, 但拦河闸跨度较大使用钢材较多, 造价较高;人工弯道式引水枢纽适应性强, 防沙效果好, 适用于山丘地区推移质泥沙较多、粒径较大的河流上, 尤其适用于西北干旱地区, 而且引水比较高, 一般可达70%~80%以上[2]。因此新疆多采用人工弯道式引水枢纽, 使水流在弯道内产生横向环流, 上层清水主流靠近凹岸, 在弯道凹岸处建立一座进水闸, 底层水挟带的泥沙和推移质泥沙向凸岸移动, 在进水闸旁建立一座冲沙闸[3]。实践也证明:这种正面引水, 侧面排沙的人工弯道式引水枢纽的设计适合新疆河流的特点。
1 引水枢纽各主要建筑物设计原理
引水枢纽工程主要建筑物包括:上游导流堤、泄洪闸、人工弯道、进水闸、冲沙闸、曲线形悬臂式挡沙坎、消力池、引水渠道[4]。
在人工弯道进口处, 修建导流堤, 并向上延伸与河道两岸平缓的连接, 以便束水导流, 使水流平顺的进入引水弯道。设置泄洪闸用以泄洪排沙, 减少泥沙进入人工弯道, 保证引水弯道有良好的进水条件;在洪水季节, 泄水排沙, 平时可关闭壅水, 保证下游工农业用水, 在寒冷季节还可将冰凌、漂浮物排向下游。在人工弯道设计时, 要充分利用天然稳定的河湾, 加以整治, 即可作为引水弯道;弯道设计流量要综合考虑进水闸的流量和含沙量较大季节河湾流量, 使弯道内产生较强的横向环流作用, 有利于排沙。进水闸与冲沙闸设置在引水弯道末端, 按正面引水侧面排沙的原则布置, 进水闸与冲沙闸两轴线的夹角以33度为宜, 使冲沙闸各闸孔均匀排沙。进水闸底板高程要高出原河床, 这样可以减少泥沙入渠, 并可增大闸前泥沙淤积库容, 有利于定期冲沙。进水闸前设置曲线形悬臂式挡沙坎, 可增强横向环流的作用, 还可将泥沙导向冲沙闸, 挡沙坎悬臂板末端加宽并延伸到冲沙闸边孔, 有利于引水防沙, 引水面做成流线型, 以免扰动水流。冲沙闸底板高程也要高于原河床, 可增大闸下冲沙水头, 有利于排沙。进水闸下游消能建筑物, 多采用底流型降低护坦式的消能方式, 消力池紧接闸室布置, 在池中利用水跃进行消能, 使水流在消力池中发生淹没水跃, 池中布置排水孔, 下设砂石反滤层, 保证下游引水渠道的安全运行。下游引水渠道根据水力最佳断面及经济实用断面综合确定, 常采用梯形断面渠道、混凝土板衬砌。
2 引水枢纽主要设计内容
枢纽工程总体布置:根据基本资料确定工程的等级、级别、洪水标准, 可参考《水闸设计规范》[5]、《水闸》[6]、《取水工程》[7]等文献, 并结合地形及方案比较, 确定采用什么类型引水枢纽, 这里以人工弯道式引水枢纽为例, 根据经验公式确定弯道的底宽、半径、中心线长度等参数, 根据工程各主要建筑物的作用和设计原理, 合理布置建筑物的位置。
枢纽工程水力设计:首先, 根据水力最佳断面和经济实用断面确定下游引水渠道的断面尺寸, 利用《水力学》[8]中的迭代计算公式确定渠道正常水深;其次, 根据《水闸设计规范》确定进水闸、冲沙闸、泄洪闸的闸孔总净宽及单孔净宽, 利用试算法确定进水闸、冲沙闸、泄洪闸的设计洪水位及校核洪水位;最后, 根据《水力学》进行各闸的消能防冲计算。
枢纽工程防渗计算:根据工程的要求, 需对进水闸、冲沙闸、泄洪闸设计洪水位和校核洪水位都进行防渗计算, 计算过程相似;根据《水工建筑物》[9]拟定各闸室的地下轮廓, 采用改进阻力系数法进行渗流计算。首先进行阻力系数的计算, 确定渗透压力, 绘制渗压水头分布图, 最后计算闸底板水平段渗透坡降和渗流出口处坡降以及允许坡降并进行比较, 均要满足闸基的抗渗稳定要求。
闸室稳定分析:首先, 确定各闸室荷载, 包括:闸底板、闸墩自重、工作桥自重、闸门自重、检修桥自重、启闭力、水自重、水平水压力、扬压力;根据荷载和偏心受压公式分别验算各闸室完建期、设计洪水位期、校核洪水位期的闸室基底应力, 结果均要满足规范要求;根据《水闸》公式, 验算各闸室的抗滑稳定性, 结果均要满足闸室的抗滑稳定要求。
闸室结构设计:首先要验算各闸的边墙基底应力及抗滑稳定性, 均需满足规范要求, 其次, 根据偏心受压公式, 进行闸墩结构设计, 对闸墩进行配筋计算;最后, 采用弹性地基梁法对各闸底板进行结构计算, 确定底板最大弯矩值, 利用最大弯矩对底板进行配筋, 配筋后对闸底板进行裂缝校核, 结果要符合规范要求。
闸室工作桥结构计算:首先根据各闸纵梁的跨度, 拟定梁、悬臂板的断面尺寸, 确定作用在梁上的荷载, 计算弯矩, 根据最大弯矩对悬臂板、纵梁进行配筋计算, 其中, 纵梁还需要进行抗剪腹筋的计算, 最后, 根据《水工钢筋混凝土结构学》[10]钢筋骨架的构造要求, 配置腰筋和拉筋, 确定工作桥的配筋图。
参考文献
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[10]姜宏道.水工钢筋混凝土结构学[M].北京:中国水利水电出版社, 2009.
西北干旱 篇2
辽西北半干旱地区南果梨园间作绿肥试验研究
通过在辽西北地区进行南果梨园问作绿肥的试验,研究结果表明,在有机质含量较低的.沙质土壤南果梨园间作绿肥,能明显提高土壤营养,从而进一步促进南果梨树的生长发育.
作 者：张绪权 任宝君 作者单位：张绪权(辽宁省建平县富山街道办事处林果站,122400)任宝君(辽宁省建平县林业局,122400)
刊 名：现代农村科技 英文刊名：XIANDAI NONGCUN KEJI 年，卷(期)：2009 “”(4) 分类号：S6 关键词：沙壤土 南果梨园 间作 绿肥西北干旱区节水灌溉方式研究 篇3
西北地区由于距离海洋较远,又深居内陆腹地,再加上海洋暖湿气流无法穿越其高山峻岭,导致其气候非常干旱,多年平均降水量仅为235mm,内陆河区降水量一般都低于200mm,与之相对,蒸发量却高1000~2800mm,降水少而蒸发强烈,使得西北地区水分稀缺程度和珍贵程度远高于国内其他地区。西北地区水资源总量大约为2304亿m3,仅占全国水资源总量的8%左右,西北各区的水资源量见表1,降雨季节性明显,主要发生在7~9月份[1,2,3]。西北干旱区水资源不仅不能满足农业灌溉和工业生产的需要,甚至许多地方人畜用水也发生困难。而地表径流主要集中发生在汛期,汛期地表径流一般占全年径流总量的60%以上[4,5]。由于这一降水特征的影响,使本就稀缺的水资源利用受到极大的限制。近些年来,虽然西北部分地区年降雨总量呈现增加趋势,但是时空分布却更加不均,依然很难被有效利用。同时由于全球气温升高,冰川和高山积雪消退,湖泊湿地继续萎缩,西北各地可用水资源基本呈现进一步减少的趋势。有资料显示,目前西北水资源总量仅占全国的5.84%,人均水资源占有量只占全国人均水平的80.5%[6,7]。缺水干旱不仅影响人类生存发展,也使西北地区自然环境受到极端考验,西北地区已经成为中国土地沙漠化、土壤次生盐渍化、水土流失等的重灾区[8]。毋容置疑水资源对经济社会发展的重要性,而目前西北地区面临水资源总量分布与经济社会发展总体布局不相匹配的状况,已经严重影响到了当地经济社会的可持续发展。
1我国西北干旱区农业灌溉现状及其重要性
由于西部大开发战略的持续深化实施,必然会提高城市生活和工业用水比例,而恢复和建设自然环境,也必须一定的水资源保障,在这种情况下,未来农业用水必然会受到挤占。
解决西北地区农业缺水的重要有效途径是发展节水型农业,而且是发展节水高效农业[9,10]。相关试验资料表明[11]:渠道防渗技术可使渠系水利用率提高30%左右,西北地区渠系有效利用系数一般均在0.4以下,如能将渠系有效利用系数提高到0.6,用水量降到6000m3/hm2以下,仅甘肃省就可节水约15亿m3。西北地区目前的农业用水现状呈现两个特征,一方面水资源在总量上短缺,另一方面用水浪费严重。除陕西外,农田灌溉用水定额均高于全国平均水平。
国内外灌溉实践表明,农田有效灌溉是一种最易提高干旱地区农业产量的方法。灌溉农业与旱作农业相比,谷物产量可提高6倍左右,中国农业以占世界7%的耕地,养活了占世界22%的人口,灌溉在农业生产生活中起到了极其重要的作用。约占全国总耕地面积40%的灌溉土地生产出占全国总产量75%的粮食、90%的蔬菜和棉花、80%的油料[12]。
2我国西北干旱区节水灌溉措施
我国西北干旱地区旱作农业降水资源的利用率较低,其中由于径流损失占总天然降雨的20%,无耕作期因蒸发损失的水分为总降水量的24%,植被真正利用的只占降水量总量的30%,剩余26%由于田间蒸发而散失,换句话说,我国西北旱作农业区雨水资源的平均利用率仅能达到30%,大部分雨水资源以径流和无效蒸发的形式损失[13]。这让西北干旱区本来就不多的水资源可利用量更加稀缺。高效利用西北干旱区现有水资源,重点提高雨水资源利用效率,已经成为下个阶段应该努力并实现的目标[14],据相关研究表明,在全国范围内,降雨的利用效率提高15%的话,增加的水资源可利用量就能达到450亿m3。所以高效利用现有水资源,采用及推广节水灌溉方式,对缓解和改善西北干旱区水资源短缺意义重大。
2.1雨水汇集利用技术
雨水汇集技术是在干旱、半干旱的山丘地区,将较大强度降雨所产生的地面径流汇集起来,并在作物需要时加以利用的技术[15]。上世纪八十年代末我国开展了关于雨水汇集利用技术的研究,并取得了一定的成绩,但在雨水引导汇集贮存和高效利用上依然还存在很多亟待解决的问题,尚未形成科学合理的灌溉技术及作物栽培技术。沟垄田间集雨技术是干旱半干旱区一项重要的田间雨水就地叠加利用技术,通过改善作物根区的水分满足度,提高农田生产力水平、作物产量和水分利用效率。
2.2节水灌溉工程技术
节水灌溉工程技术是指减少灌溉渠系输水过程中的水量蒸发与渗漏损失,提高农田灌溉水的利用率的技术[16]。渠道防渗技术是指为减少渠道的透水性或建立不易透水的防护层而采取的各项技术措施,因此我国一直致力于研究各类成本低且性能良好的防渗材料及其使用方式。有资料显示,农灌占我国用水总量的80%,而渠道是农灌是主要的输水手段,其重要性不言而喻,但是传统的土渠防渗效果较差,输水渗漏损失约占引水总量的50%以上,全国仅此渠道渗漏年损失水量约1.17×1011m3,为此,必须改革和创新传统的渠道防渗技术,低压管道输水灌溉技术就是在这种情况下应运而生的,该技术是一种利用低压管道代替传统渠道输水的灌水方法[17]。该技术具有诸多优势,比如设备简单、操作性强、省时、省力、省工。一次性投资少等,实践证明,该技术具有良好的经济效益和广阔的市场应用前景。
2.3喷灌技术
喷灌技术是利用专门的设备将压力水喷洒到空中形成细小水滴,并高效均匀地降落到田间的灌水方法[18]。喷灌具有明显的优缺点,其优势是节省人力、占地面积少、灌水均匀等,其劣势是设备投资高、容易受风影响等。而且喷灌系统具有很多形式,比如绞盘式喷灌平移式喷灌、时针式喷灌滚移式喷灌、半移动式管道喷灌、固定管道式喷灌等,每种喷灌系统都各有利弊,应根据不同条件合理确定喷灌系统。喷灌技术适用于经济作物灌区、干旱缺水地区、山丘地区等。
2.4膜上灌溉
80年代后期,我国新疆地区在地膜栽培基础上发展起来一种新型节水地面灌溉技术,即膜上灌溉。经过长时间的实践发现,该技术不仅具有地膜种植的所有优点,同时还具有节水、增产和防止土肥流失等作用。有资料显示,新疆膜上灌溉面积已近67万hm2,并且该技术逐渐在河南、甘肃等地得到了广泛应用,取得了良好的节水效果。当前社会膜上灌溉技术中最有发展潜力的节水新技术是膜孔灌,它是一种类似滴灌的灌水方法,用水合理,被称为一种可控的灌水技术[19]。
2.5波涌灌溉
波涌灌溉是以待灌地块的长度为依据,把连续供水时间划分为几个供水周期,采用交替间歇的灌水形式将水引入田间,使水流快速推进到畦尾[20]。受分时供水过程的影响表层土壤结构发生明显改变,田面形成的致密层往往会导致土壤入渗性能下降,先期湿润段内受水界面糙率的减小有助于水流向下游推进。在这种“间歇灌水效应”作用下,沿水流前进方向上土壤受水时间差异的减少和灌水引起的深层渗漏损失的降低可有效地提高田间灌溉效率及灌水均匀度,显著地改善地面灌溉系统性能和灌水质量。需要注意的是虽然我国在波涌灌溉研究方面已经取得了一些成绩,但是还远远不够,仅仅处于起步阶段,要想在我国广泛的大面积应用该技术还需要很长时间。
2.6滴灌技术
滴灌作为一种先进的节水灌溉技术,能够不分时间和地点的在植物需水的时候把水分、养分均匀持续的运送到作物根部附近,使水资源实现了价值最大化,不仅如此,该技术还改变了麦田根区供水方式,大大提高了水资源的利用率,具有良好的经济效益[21]。
2.7渗灌技术
渗灌是一种新型的有效地下灌溉技术,它是指在满足植物生理生长需求的基础上,直接对植物根系进行灌溉[22]。当前我国主要存在两者渗灌方式,分别是低压渗灌和重力渗灌。过去渗灌技术由于存在管道堵塞和渗水不均匀等问题一直未得到广泛的应用,基于此相关单位研制了新型的亚表层渗灌节水防堵系统,该系统具有良好的节水效果,同时不存在管道堵塞和渗水不均匀等问题,市场前景良好。
2.8作物调亏灌溉技术
在20世纪70年代中后期,国际上开始出现一种新的节水灌溉技术,即调亏灌溉,它是在作物生长发育的某些阶段施加一定的干旱胁迫,有目的地使作物处于一定程度缺水的条件下,调节作物的光合产物向不同组织器官的分配,调控地上和地下生长动态,促进生殖生长,控制营养生长,舍弃有机合成物总量,提高经济产量,最终达到节水、高效、高产的目的,从而实现节约灌溉用水量[23]。
3案例
主要以滴灌和喷灌条件下,作物耗水量和产量来说明节水灌溉措施的优越性。滴灌技术在大田经济作物、大田粮食作物等种植中得到迅速推广与应用,推广应用滴灌技术可以实现节水和农民增收(见表2),对每公斤小麦产出的各项消耗分析得出:滴灌小麦与常规灌相比:可节约用水60%以上;增加农民收益400元/亩以上,平均每亩小麦增收90%以上,减轻政府补贴28%;降低人工费用70%以上,减少机耕费用40%以上;节约用肥40%以上;节约种子40%以上;发展滴灌小麦已成为粮食增产的有效途径[24]。
在典型调查和收集北方地区大量喷微灌试验资料基础上,采用同等产量节水和同等水量增产计算方法得出各种作物,包括蔬菜、水果等经济作物在喷微灌条件下节水增产值(见表3)[25]。
4结论
西北干旱 篇4
1 西北干旱区水资源开发利用现状
我国西北地区普遍存在严重的缺水问题。西北内陆河流区占国土面积的34.7%,年降水量小于200mm,诸河水资源仅占全国的5%;区域内河道天然径流年内分配极不均匀,春天占年径流量的15%,夏天60%、秋天15%、冬天10%,呈现出春旱、夏洪、秋缺、冬枯的现象。这种降水及气温分布错位、地表—地下水转换频繁、天然—人工水资源的二元结构更加剧了西北干旱区水—生态—经济系统之间的矛盾[2]。
西北干旱区灌溉用水有效利用系数普遍偏低。在2009年所测算的全国31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团共32个省级区域中,西北干旱区所属省区的灌溉用水有效利用系数没有一个均值超过0.55的,大部分(内蒙、陕西、甘肃、青海、新疆)都在0.45—0.55,而宁夏为0.35—0.45。从全国不同分区灌溉用水有效利用系数看,各区域灌溉用水有效利用系数由高到低排序为华北、东北、东南、西北、中部、西南,西北居第四位[3]。
西北干旱区农牧业生产中高耗水、低产出现象突出。该区占全国18%的耕地、19%的水资源,除生产了全国31%的棉花外,其他农产品的份额都较低,仅生产了全国8.8%的粮食和6.7%的肉类等。伴随着社会经济的不断发展,有限的水资源和持续增加的需水量之间的供求矛盾越来越成为西北地区的发展瓶颈。近年来,随着该区不断开发利用内陆河流域水资源,造成了内陆河流域下游生态的持续恶化。据统计,21世纪初全国水资源的开发利用率为20%,石洋河流域水资源开发利用率达154%、黑河流域达112%、河西走廊达92%、塔里木河达79%、准噶尔盆地达80%,而西北内陆河流域水资源开发利用率的平均值已达到了52.5%,超出国际标准12.5%[4]。
2 西北干旱区节水农业发展中存在的主要问题
2.1 水资源开发利用不合理,环境问题突出
长期以来,西北干旱区几个大的内陆河流域存在先天的“有灌无排、只灌不排”现象,加之灌溉管理方式落后,用水调控设施不配套和相应的节水措施与技术服务滞后,上游地区不加节制的大水漫灌,灌溉设施长年老化损坏,渠系渗漏严重,下游地区大量超采地下水,造成水资源的极大浪费,致使地下水位不断降低和粮食作物种植比较效益下降,引起日益严重的土壤盐渍化,同时伴生土壤沙化和荒漠化而导致的沙尘暴等生态问题也日益突出。目前,西北黄土高原地区水土流失面积占土地总面积的43%,西北内陆灌区的盐渍化土壤占全国的1/3以上[5]。
2.2 投资机制不健全,节水资金投入不足
资金是节水农业迅速健康发展的根本保证。目前国家投入的资金相对不足,地方经济发展水平低,配套资金有限,农民自筹能力较低,这样全社会节水资金投入的整体不足,不能满足该区节水灌溉的发展需要。具体表现在:一是该区农民纯收入较低的现实限制了节水农业的发展;二是投资理念误区导致重视工程节水措施,轻视非工程节水措施;三是筹资渠道较少,投资主体单一,投资机制不健全;四是政府扶持力度不够,先进节水技术的采用率较低。
2.3 水价缺乏统一管理,执行渠道不畅
一是农业水价偏低。水价偏低是该区节水农业中目前存在的主要问题,导致在一些水源条件较好的灌区采用节水灌溉设备和技术的积极性不高,大水漫灌,缺乏灌水定额或灌水定额较高,超量灌水等现象时有发生。二是水资源费征收标准不一,水价不透明。三是水价执行渠道不畅,水费到位差。西北干旱区目前水价的执行渠道主要为:水利工程管理单位供水到村,而到户的水费征收工作由村级组织承担,然后将水费上交水利工程管理单位,由此导致在水费征收环节上出现漏洞,造成水费到位差[6]。
2.4 管理体制不够健全,节水管理水平不高
一是管理机构职责不清,人员结构不合理。西北干旱区存在机构臃肿,人员过多但专业技术人员却明显不足的问题,直接影响了灌区管理水平和服务质量。政府部门与灌区管理单位及用水者的职责模糊不清,用水者只管用不管修,政府水行政主管部门对灌区用水定额与节水指标缺乏科学考核,致使国家投资建设的工程不能发挥应有的效益。灌区管理单位对灌区工程建设和水量调度缺乏自主权,不适当的行政干预多。二是流域水资源缺乏统一管理。当前在西北干旱区水资源管理上存在地方上各自为政和多部门争权的现象,河流上下游协调不够[7]。三是推广体制不完善,管理水平不高。
2.5 农业生产结构不够合理,投入产出效率不高
西北干旱区用水结构中农业用水比例大,农业的种植业特别是粮食作物等高耗水作物种植比重大,这种用水结构造成区域单方水GDP 产出偏低,区域水资源利用经济效益低下。在全区农牧业结构中,种植业占70%左右,畜牧业比重仅为28.5%左右,这种产业结构与本地水资源贫乏而草地资源丰富的资源结构不相适应[8]。在种植业内部,高耗水的粮食作物比例偏大,经济作物和饲草料面积偏小。在粮食作物结构中,夏粮面积偏大,秋粮面积偏小,与天然降水的时间分布不协调。基于此,在高耗水的大宗农产品价格仍然很低的情况下,如果继续维持这样的种植结构,把有限的水资源投入到低效益的大宗农作物种植方面,将给节水带来巨大的困难。
3 西北干旱区节水型农业的保障体系
3.1 加强宣传培训,提高节水农业意识
节水涉及到千家万户,牵动各行各业,必须提高全民对节约用水、珍惜水资源的意识。通过大众传媒宣教、世界水日、中国水周、科普周、学校教育、社区宣传栏、公益广告、展览会、报告会、散发技术资料等多种载体、平台和形式,大力开展节水的宣传,使公众更多地认识水是一种稀缺资源,具有商品属性,让人们认识到用水要付费,并增强对水价调整的心理承受能力。通过经济手段引导公众自觉自愿进行节水,为节水农业的发展奠定必要基础。广泛开展节水技术培训、示范及节水灌溉信息服务,有计划地开展对基层技术干部和农民群众的节水科技知识培训工作,提高管水、用水人员的素质,从而推动全社会节水工作的开展。
3.2 制定科学规划,促进农业持续发展
制定西北干旱区节水农业发展规划,通过水资源、土地资源、作物结构、产量水平、作物需水量、农业灌溉现状的分析预测来评价水土资源平衡条件,并结合农业、工业及生活用水现状与预测论证,提出农业节水应达到的程度和规模。具体包括以下内容的规划:灌溉主、干渠(管道)系的配置规划;大中型灌区的改造规划;田间工程建设、土地整理,减少配水和灌水过程中损失的配套规划;农业灌区斗渠以下田间渠系的量测水设施建设规划;集雨节灌工程和以抗旱农艺技术配置为重点的旱作农业发展规划;土壤墒情监测体系建设规划;农业结构调整规划;水利建管体制与机制改革规划;制定利用工程节水措施与非工程措施相结合、水利措施与农业措施相结合、现代技术与传统经验相结合,建立高效节水农业体系的规划等[9,10]。
3.3 构建完整体系,支持节水农业发展
结合西北干旱区节水农业现状及其节水农业模式,应构建包括四大方面的节水农业体系:①节水管理体系。一是要完善流域与区域相结合的水资源管理体制;二是加强流域水资源统一规划、统一配置、统一调度,合理划分流域管理与行政区域管理和监督的职责范围和事权;三是加强行政区域内水资源综合管理;四是加快水管部门体制改革,建立起精干高效的管理队伍和现代化的灌溉管理体制 。②节水筹资体系。针对目前节水资金筹资渠道少,资金投入不足的局面,加快建立以政府为主导的多元筹资机制。一是各级政府继续加大对节水灌溉和灌区节水改造的投入;二是对积极采用先进节水技术的农户提供期限较长的低息贷款,运用信贷手段加强政府对节水农业的扶持力度;三是通过“民营水利”发展节水农业,拓宽融资渠道,完善政府、企业、社会多元化节水投融资机制,通过承包、租赁、股份制等办法,把社会闲置资金聚集起来搞节水;四是积极改善节水农业的投资环境,吸引民间和海外资本,投资节水农业;五是促进节水农业的产业化发展,使节水农业发展由以政府为主体转变以政府为主导,形成全社会积极参与节水农业发展的良好氛围[11]。③节水工程体系。节水工程体系的构建旨在为农业用水中的输水、配水过程提供良好的工程措施,为减少输配水过程的水量损失,实现水资源的高效转化提供支撑条件。一是输水工程。这一环节的节水措施主要是渠道防渗和低压管道输水。二是田间工程。田间灌水技术包括地面灌水技术、喷灌技术、微灌技术等。三是井渠结合工程。④节水技术支持体系。一是农业节水技术体系。该体系主要包括耕作保墒节水技术、地面覆盖保墒节水技术、化学抗旱保水技术、节水栽培技术、调整农业产业结构等。二是水资源信息管理系统。该系统主要包括地表水与地下水自动监测系统;土壤墒情与旱情监测预测系统;排污口监测和管理系统;用水指标交易信息管理系统。三是节水农业科研体系和技术服务推广体系,加快科技转化。
3.4 健全法律制度,保障节水农业发展
主要是:①法律政策制度。一是建立健全水管理法规,推进体制和机制改革。各地应根据《水法》因地制宜地制定相应的政策、法规及有关规范,重点是限制水资源浪费、地下水超采、防治水污染及节水用水奖惩制度。二是建立节水农业法规,提高全民节水意识。三是加强执法监督,鼓励节水型农业发展。②农业水权制度。一是积极开展初始水权的界定。在水权理论的指导下兼顾原有水资源分配协议,在水资源合理配置的前提条件下,统筹考虑生产、生活和生态用水的比例,重新划分流域水资源的使用权。同时,以供定需划分确定流域内各部门和国民经济各业用水权。二是建立以水权为中心的水资源市场。三是建立水权市场的监管机制。③农业水价制度。一是构建合理的农业水价体系。依据不同的标准及方法定价,实行差别水价;大力推行用水总量控制和定额管理相结合的制度,实行超定额累进加价制度,研究和推广两部制水价和浮动水价[12],将用户作为主体参与水价的改革。二是制定科学的农业水价管理制度。④公众参与制度。一是培育和发展用水户协会,使其参与用水权,水量的分配、管理和监督以及水价的制定和实施,由此充分调动广大用水户参与水资源管理的积极性;二是建立多部门协作制度、咨询制度、水价听证制度,用水、节水和水交易信息公布制度、群众有奖举报制度以及其他充分体现公众知情权、参与决策权、监督权的制度;三是建立健全公众参与的法律法规,完善决策程序;四是建立农民参与的节水农业管理体制。
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西北干旱 篇5
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验区位于科尔沁沙地南部, 北纬42°42′, 东经122°32′, 海拔213.1m。土质瘠薄, 有机质含量0.5%。风多、风大, 全年平均风速3.33m/s, 而起风沙的风速5m/s全年达40多次。年降水量450mm, 时空分布不均匀。蒸发量大, 是降水量的4倍。无霜期145~150d, ≥10℃活动积温3 468℃, 年平均气温6.82℃, 最冷月 (1月) 平均温度-12.69℃, 是典型的风沙易旱冷凉地区。
1.2 试验方法
1.2.1 麻黄育苗时间选择试验。
于4月20日、4月30日、5月10日、5月20日进行播种, 小区面积10m2, 种子千粒重为12g, 芽率65%、纯度100%、净度95%, 播种量为25g/m2 (理论栽植密度1 286株/m2) , 均匀撒播, 然后覆盖细沙, 厚度1.5cm, 上面覆盖草帘 (防止风吹而且保湿) , 浇透水, 待麻黄有15%种子拱土时, 揭去草帘并保证土壤湿润。
1.2.2 麻黄育苗方法试验。
试验设3个处理, 处理1:覆土后扣拱膜, 其方法为每隔75cm搭1拱架, 拱高45cm, 盖塑料薄膜, 用土将两侧和两头压好, 再用绳每隔1.5m固定;处理2:覆土盖草帘, 其方法是编织7m长的草帘铺好, 用U形钢筋固定两端, 中间用塑料袋装土 (1kg左右) 压好;处理3:以只覆土作对照 (CK) 。小区面积10.5m2 (1.5m×7.0m) 。5月1日进行播种, 种子千粒重12g, 芽率65%、纯度100%、净度95%, 播种量为25g/m2 (理论1 286株/m2) , 均匀撒播, 覆土浇水。
1.3 调查统计
育苗时间选择试验调查日平均温度、拱土日期、密度 (播种1月后) ;育苗方法试验调查播种至出苗期间的风速、出苗日期及1月后植株密度。
2 结果与分析
2.1 不同播种时间对麻黄出苗率的影响
麻黄育苗时间选择试验结果见表1。
由表1可以看出, 4月20日播种气温低, 麻黄需14d才能发芽, 田间观测时发现部分种子腐烂;而随着时间的推移, 气温升高, 麻黄种子发芽时间缩短, 单位面积内麻黄株数增加, 说明气温低会导致麻黄芽率降低。虽然麻黄育苗播种时间提前, 即4月20日播种, 可以提前6d出苗, 增加了麻黄苗的生长时间, 但成苗率显著低于4月30日播种处理, 以后播种成苗率与4月30日播种差异不显著, 所以最佳播种时间为4月30日, 即播种到出苗期平均气温达到13℃就可以播种。
2.2 不同育苗方法对麻黄成苗率的影响
麻黄育苗方法试验结果见表2。
由表2可以看出, 扣膜和盖草帘均可以显著提高单位面积内麻黄种苗数, 只覆土不覆盖其他物品的处理在遭受大风时土壤被吹干, 种子被吹走或集中在一堆从而形成无苗的秃斑, 造成单位面积内植株密度较低。扣膜可以提高温度保证土壤湿度, 种子发芽迅速, 发芽率也高, 但当进行抗性锻炼时薄膜易被大风吹走。而覆盖草帘太阳不能直射土壤, 地温低, 种子发芽慢, 有个别种子腐烂, 但麻黄种子拱土出苗后揭去草帘可以不经过苗期锻炼, 通过及时补水, 保证土壤湿润, 也可以保证较高的密度。
3 结论
试验结果表明, 在辽西北风沙半干旱地区麻黄春季育苗, 采取草帘覆盖, 4月30日以后, 即播种到出苗期平均气温达到13℃播种, 可以确保麻黄育苗成功。
摘要：在辽西北风沙半干旱地区进行麻黄春季育苗试验, 结果表明:当地温稳定达到13℃, 即4月30日是最佳播期;采用地膜、拱棚覆盖, 育苗成活率较只覆土显著提高。
关键词：麻黄,育苗技术,辽西北,风沙半干旱地区
参考文献
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西北干旱 篇6
辽西北风沙半干旱区隶属于内蒙古科尔沁沙地南缘, 地理位置上具有明显的农牧区过渡性和边际效应性, 生态环境脆弱, 破坏后很难恢复, 其负面影响可扩展到两侧的农区和牧区, 导致荒漠化蔓延、水资源枯竭和环境质量下降。因此, 加强辽西北风沙半干旱区生态治理, 尤其是优化农、林、牧结构配置, 通过系统耦合释放生产潜力, 显得尤为重要。本文通过对该地区农牧业历史变迁过程的分析, 确定出生态环境退化内在规律和主要原因并提出相应对策, 结合前人研究成果, 针对不同立地条件探讨性选出几种治理发展模式, 旨在为辽西北风沙半干旱区生态农业之路提供参考依据。
1 辽西北农牧业历史变迁过程及主要生态环境问题
1.1 农牧业历史变迁
历史上该地区是科尔沁蒙古族集中分布的草原地区。清朝顺治年间, 政府实行封禁政策, 整个地区处于以牧为主的经济状态。雍正时期和乾隆初期, 山东、河南、河北等省连年发生灾荒, 大量流民涌入, 局部地区出现零星农耕, 但仅为游牧经济的一种补充。到了乾隆后期, 农耕达到科尔沁左翼三个旗南部, 在科左后旗昌图额勒克 (今辽宁昌图) 一带开垦耕种;科左中旗东南部法库边门一带形成74个流民农业屯。嘉庆初期沿伊通河、饮马河、雾开河两岸形成一片农垦区, 农业初具规模。第一次鸦片战争和“辛丑条约”签订后, 国内社会矛盾激烈, 国内社会矛盾更加激烈, 迫于国际威胁和国内压力, 清政府推出“新政”, 放垦蒙地, 其后到清朝灭亡, 哲里木盟科左前旗、郭尔罗斯前旗完全变成农区, 其余地区则变成半农半牧区。可见, 清代是该地区农耕文化出现并不断拓展的起始点。
建国以后, 以粮为纲, 垦荒严重, 辽西北地区农业开垦仍在迅速扩大。直到2000年以后国家开始实施退耕还林还草工程, 该地区农耕用地扩展趋势得到减缓, 然而迫于人口压力, 到2005年止5年间仍有2.86%的草地和2.09%的沼泽地转化为耕地, 林地面积也有0.85%减少, 农耕用地比重仍在加大。迄今为止, 农事耕作已占主导地位。
1.2 面临生态环境问题及其原因
生态环境问题是指人类为其自身生存和发展, 在利用和改造自然的过程中, 对自然环境破坏和污染所产生的危害人类生存的各种负反馈效应。百余年农垦开发和生产利用, 辽西北风沙半干旱区地表缺少覆盖、土壤沙漠化, 一改以往森林草地茂美景象, 成为潜育风沙源区, 已严重恶化周边城市群居民生活质量。因此, 土壤沙漠化是辽西北风沙半干旱区生态环境首要问题。
历史上大面积沙漠化都是在大规模农垦后期出现的, 即农、牧业生产方式转换期。究其原因主要是该地区特定的自然生态环境及其复杂的作用关系是导致农、牧业变化与地区沙漠化之间低水平互动的根本原因。辽西北风沙半干旱区是雨养农业的生态下限和天然牧业发展的生态上限, 存在一个农、牧业生态适宜性过度的临界值。可以农业种植, 但不能大力发展种植业, 适宜发展畜牧业, 却仍需旱作农业的存在。可见, 农事耕作占主导地位是辽西北风沙半干旱区荒漠化严重的主要原因。
2 辽西北风沙半干旱区生态治理基本要求及其对策
2.1 基本要求
生态治理是遏制辽西北风沙半干旱区土壤荒漠化的需要, 是实现农林牧业可持续发展的前提和基础, 需要在实现生态经济效益双赢的前提下, 改善生态环境、提供生态屏障、维护生态平衡。辽西北风沙半干旱区旱作农业生产地理自然条件相对较好, 肩负着国家粮食安全, 确保社会平稳的重任。因此, 生态治理辽西北风沙半干旱区、遏制土壤荒漠化, 不能一昧的追求生态效益, 只治不用, 而是变更生产方式, 严格控制土地利用的不合理转移, 结合农、林、牧产业自身特点, 因地适时生产开发, 最终实现该地区生态经济均衡发展。
2.2 方针对策
农林牧业合理布局, 协调发展。在该地区加强土地利用与区域生态治理综合规划, 因地制宜, 促进农林牧业综合发展。在生态建设上发展生态防护林、工业原料林、薪炭林以及特色经济林, 改善生态环境, 提高经济收入;在农业生产上发展节水农业, 提高灌溉水利用率, 降低粮食生产成本;在畜牧业上扩大人工草地建植面积、推行舍饲畜牧业和草地轮牧制度, 发展农区畜牧业, 通过推广“三化两贮” (氨化、糖化、盐化、青贮, 维贮) 秸秆饲喂技术, 提高作物秸秆过腹转化率, 节约饲料用粮及培肥地力的同时, 降低农业成本。
3 辽西北风沙半干旱区生态环境治理模式选择与技术要点
3.1 封沙育林 (草)
对具有天然落种或萌蘖能力的疏林沙地、稀疏灌丛、荒漠沙地等, 通过封禁和人工辅助手段, 达到恢复植被目的。该项技术适合于交通不便, 人工造林难的固定或半固定沙地。其主要技术措施为在封禁区难以成林的空地, 选择适宜树种进行补植补播;天然落种繁育区, 破土覆盖, 自然更新;萌芽灌丛区及时清除多年老化退化枝条, 平茬复壮;浅沙荒地区人工辅助物种传播, 最终实现植被修复和自我更新。
3.2 退化草地改良利用
主要针对起伏不大、坡度平缓的退化草地。要求在不破坏或少破坏原来植被的基础上, 通过人工补播或混播一些适应性强的优质牧草, 利用植被能自然修复的特点, 提高地上生物产量。要求补播选在雨季来临之际, 夏季播种虽然水热条件较好, 但生长期太短, 入土根系较浅, 不能完全越冬。风沙区草地补播后, 要实施围封禁牧, 直到地上植被足以能完成自然繁衍更替后才可适度利用, 这样有利于长效持久。
3.3 农业防护体系建设与高效生产
农业防护体系目前是辽西北风沙半干旱区农业生产的重要组成成分, 各体系间联接成带状或网状, 维稳着生产环境的生态平衡。关键技术是在沙区前沿建立固沙防风固沙宽幅林 (灌) 带, 植物种类以乡土树种 (灌木) 为主, 防护区核心内部营造护田林网, 保护农田、牧场和设施产业实现高效经营。建设农业防护体系应与灌溉抗旱系统结合实施, 以期达到安全稳定生产。
3.4 引草入田与种草养畜
利用小范围农田集约高效种植优质牧草, 以减轻大范围生态脆弱区草地牧场放牧压力, 进而实现退化植被良性恢复。引草入田为养而种, 首要问题是确定牧草与家畜的种类和种群结构, 再确定牧草品种结构、播种时节、收获利用制度等, 所种牧草饲料均要与已确立的畜种形成有机对接, 并依据日粮配方和牧草产量建立与饲养畜种相适应的种养模式。
4 结语
关于辽西北风沙半干旱区生态治理模式及其技术要求是以实地调查研究为主, 结合历史数据材料和前人研究成果总结提出的, 尚未形成系统的理论体系, 今后还需要开展很多单项和综合技术的试验研究, 并在实践中不断完善创新。每个生态治理模式和技术措施都具有它的先进性和局限性, 为适应辽西北风沙半干旱区气候变暖和地下水位下降新变化, 应适时调整生态治理指导思想, 及时掌握生态治理与农牧业生产间主次矛盾更替与转换规律, 逐步走上生态效益优先、经济效益突出、社会效益明显的农林牧业可持续发展的道路。
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西北干旱 篇7
关键词：西北干旱,概况,问题,对策
一西北干旱区域水资源概况
固原市地处黄土高原, 干旱少雨, 水资源短缺已经成为制约当地经济社会可持续发展的"瓶颈"。如何节约水资源、保护水资源、合理开发和可持续利用水资源是我们当前经济社会发展需要解决的一个重大问题之一。在结合当地水文特征和已有资源下, 实现境内水资源优化配置、走经济发展与环境保护可持续发展道路。
我国陆地水资源的总的分布趋势是东南多, 西北少, 由东南向西北逐渐递减。南方多数地区年降水量大于800mm, 而北方及西北地区中大多数地方降水量少于400mm, 新疆的塔里木盆地、吐鲁番盆地和青海的柴达木盆地中部, 年降水量不足25mm。固原市气温偏高, 降水偏少, 日照不足。全年降水时空性分布不均匀, 春、夏两季降水偏少, 出现间歇性轻度干旱, 秋季降水偏多, 冬季普降瑞雪, 农田有积雪覆盖, 有利于农田增墒保墒以及冬小麦安全越冬。
固原市在过去一年里水利工作以破解水资源短缺为主线, 以病险水库除险加固改造、农村饮水安全和水土保持生态建设为重点, 按照“北扬黄河水、南引泾河水、就地利用库井水、综合治理流失水”的思路, 突出抓好民生水利工程建设, 通过实施“八大重点工程”优化配置水资源, 为城市化、工业化和城乡统筹一体化建设提供水资源保障。
二西北干旱区域水资源管理存在的问题
第一, 水资源短缺与用水浪费并存。
固原市境内天然地表水资源量5.67亿立方米, 但合理利用的只有1.4亿多立方米, 80%的水资源得不到有效利用。主要是由于工程措施不足, 蓄水能力不强, 现有水库的库容量小, 调蓄能力差等原因。农业方面用水方式粗放, 水资源利用效率效益不高, 一些地方还存在大水漫灌现象, 水资源不足与灌溉用水浪费并存。节约是现代农业的基本要求, 以减少农业用水过程中的损失和污染, 杜绝浪费, 提高水的利用效率, 缓解水资源供需矛盾, 仍然是当前农村最迫切需要解决的问题。要提高水资源的利用率和农业的经济价值, 必须有足够的水资源做强有力的后盾。
第二, 防洪能力有待提高。
固原市位于宁南山区, 地形地貌复杂, 每年汛期局地强对流天气发生频繁, 危害严重, 冰雹、暴雨及次生灾害成为影响我市主要的气象灾害之一。虽然我国已初步建立了大江大河综合防洪减灾体系, 主要江河具备了防御上世纪50年代以来最大洪水的能力。但是, 人水争地矛盾突出, 洪水高风险区域与人口高密度区域、经济财富集中区域相互重合, 洪涝灾害仍然对人民生活和财产有巨大威胁性。
三西北干旱区域水资源管理对策
第一, 节流、治污、开源共同推进。
“节流”是由我市水资源贫乏的基本水情决定的, 必须放在优先位置。“治污”具有保护水资源、改善水环境, 增加供水量的多重效益, 是解决城市缺水问题的根本出路。“多渠道开源”的内涵除了合理适度开发地表、地下水资源外, 还包括雨水利用、污水资源再生利用等, 而污水资源的再生利用应当成为“开源”的主要途径。也就是说, 城市水资源利用要治污为本, 这是保护供水水质、改善水环境的必然要求, 也是实现城市水资源与水环境协调发展的根本出路。
第二, 加快除险加固步伐。
新中国成立以后, 党和人民政府十分重视防洪工作, 为抗御洪水侵袭, 相继修建了许多防洪工程。目前, 大部分防洪工程存在标准低、质量差、年久失修等问题, 一旦发生洪水, 或者发生超标准洪水, 就形成了灾害。随着社会主义市场经济体制的建立和完善, 使我市长期在计划经济体制动作的水利管理模式, 正面临前所未有的严峻挑战, 体制不顺、机制不活、经费短缺、机构臃肿、管理粗放等, 在很大程度上影响着水利工程安全运行和效益的充分发挥, 也影响到水利管理队伍的稳定, 深化我市水利管理体制改革已是势在必行。
四小结
在地球上, 只要哪里有水, 哪里就会有生命。所有一切生命活动都是源于水。就连人体内也含一定的水分, 如果连水也没有, 人顶多能活一周左右。一滴水, 看起来是微不足道。但是如果不停地滴起来, 数量就想可观了。西北干旱地区由于自然地形和气候条件的原因, 水资源非常贫乏。同时不合理的开发利用, 更加剧了该地区水资源的短缺和结构性短缺的双重约束。在全球变暖的形势下, 西北干旱地区以山区降水和冰雪补给为基础的水资源系统更加脆弱。提高西北干旱区域水资源管理能力势在必行。
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西北干旱 篇8
新疆的内陆性荒漠气候为棉花的优质高产提供了得天独厚的自然环境,特别是滴灌(地表滴灌和地下滴灌)条件下覆膜栽培技术在棉花生产中的大面积推广应用,进一步促进了新疆棉区优质棉生产。目前已发展成我国最大的优质棉生产基地。滴灌条件下棉田耗水量主要包括植株蒸腾和棵间土壤蒸发,覆膜棉田的棵间土壤蒸发主要包括膜间土壤蒸散和膜孔水分蒸散,由于膜孔面积相对较小加之播种和定苗后的覆土,使膜孔水分蒸散十分有限。国内外研究[1,2,3,4,5,6]表明,利用安装在土壤表层的微型蒸渗仪(Micro-Lysimeter)可以在不破坏土壤结构条件下,较好地监测作物冠层下方土壤水分散失,并以此作为土壤蒸发量。本试验采用微型蒸渗仪监测滴灌条件下棉田膜间土壤蒸发过程,对比了不同滴灌模式对膜间土壤蒸发的影响,分析了膜间土壤蒸发强度与各气象因子以及叶面积指数和土壤含水率的关系,旨在为滴灌条件下覆膜棉田水分调控提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2010年5-10月在石河子大学灌溉试验站(85°59′47″E,44°19′28″N,海拔412 m)进行,试验站位于石河子市西郊石河子大学农试场二连,平均地面坡度0.6%,年平均日照时间达2 865 h,大于10 ℃积温为3 463.5 ℃,无霜期170 d,多年平均降雨量207 mm,平均蒸发量1 660 mm,地下水埋深大于10 m。试验田土壤质地为中壤土,地表以下0～100 cm土层的平均土壤体积质量和田间持水率(质量含水率)分别为1.58 g/cm3和18.73%。.
1.2 棉花种植模式
供试棉花为惠远710,膜下滴灌棉花种植模式为1膜2带4行[图1(a)],地下滴灌棉田种植模式为1膜4行[图1(b)、(c)],图1(b)表示棉花种植行与地下滴灌毛管发生错位,膜间裸地位于毛管正上方;图1(c)表示棉花种植行和毛管位置相对吻合),株距均为11 cm。5月8日播种(干播湿出),5月20日出全苗,5月26日定苗,9月19日开始采摘。全生育期共施尿素575 kg/hm2,高效肥160 kg/hm2,采用随水滴肥方式分6次施入,每次尿素和高效肥的用量分别为96 kg/hm2和27 kg/hm2,喷施缩节安化控4次。
(单位:mm)
(mm)
膜下滴灌(DI)试验采用地表滴灌系统灌溉,毛管为迷宫式薄壁滴灌带,滴头流量2.8 L/h,滴头间距30 cm。地下滴灌(SDI)试验采用地下滴灌系统供水,滴灌带采用澳大利亚内镶贴条式滴灌带,滴头间距30 cm、管径16 mm、滴头流态指数0.51、滴头流量系数0.20,单滴头流量1.15 L/h。试验区面积均为0.108 hm2,各由一条支管控制,系统运行时,用输水管上的调压阀调控压力,利用水表控制各处理的灌水量,每个处理的2.5个小区(小区长和宽分别为18.5 m和1.7 m)为一个单元,在单元入口安装有闸阀和水表,系统首部安装有调压阀和压力表。全生育期膜下滴灌和地下滴灌处理分别灌水12和10次,灌溉定额分别为255.0 mm和247.5 mm;苗期和吐絮期按生产实践灌水,蕾期和花铃期的灌水控制下限均为80%田间持水率(以棉田窄行0～70 cm土壤含水率为依据),灌水定额分别为15 mm和22.5 mm。
1.3 观测项目与观测方法
(1)土壤含水率的测定。
在棉花生育期内每隔5～7 d用CPN-503中子土壤水分仪(美国)结合烘干法观测棉花宽行、窄行和膜外裸地土壤含水率,每隔2～5 d用烘干法加测膜间表层0～20 cm土壤含水率,灌水前后加测。
(2)膜间土壤蒸发的测定。
膜间土壤蒸发利用微型蒸渗仪(Micro-lysimeter)测定,微型蒸渗仪布设如图1所示,微型蒸渗仪内桶为0.7 mm铁皮卷制的无底圆桶(内径10 cm、高10 cm),外桶为0.7 mm铁皮卷制的有底圆桶(内径11 cm、高10 cm)。每次取样时将底部销平,用塑料薄膜封堵,将该微型蒸渗仪放入预埋在田间的外桶中,顶部与地面平齐。每1～2 d采用精度为0.1 g的电子天平称重,测定时间为上午9:00,利用2次质量之差结合土样表面积,计算膜间土壤蒸发速率(mm/d)。微型蒸渗仪里的土样每4～6 d更换一次。
2 结果与分析
2.1 膜间土面蒸发与气象因子的关系
土壤水分蒸散不仅受土壤质地、土壤颗粒组成及地表特征、土壤表层毛细管的持水和输水能力以及土壤湿度、地下水埋深等内在因素的影响,还受太阳辐射、大气温度、空气湿度、风速等外部环境因素的影响[7]。当土面能够获得水分汽化的汽化热、土面水汽压力高于大气中的水汽压力、土面能持续得到水分补给时,土面蒸发就可以持续进行[8]。这说明,太阳辐射(土壤水分汽化热的主要来源)、气温、空气湿度(影响土壤表层水分与土壤表面大汽质量交换的主要因素)等气象因子是影响膜间土壤水分蒸发的主要因素。
为消除棉花叶面积和土壤水分的影响,选取叶面积指数小于0.5,膜间土壤含水率高于60%田间持水率时实测的膜间土壤蒸发强度(膜中和膜边两个位置观测结果的平均值)数据,绘制了膜间土壤蒸发强度与同期各气象因子(气温、相对湿度为气象站实测资料,辐射和饱和水汽差的计算参考文献[9])的相关关系图(图2)。从图2可以看出,当土壤水分和叶面积指数变幅较小时,滴灌棉田膜间土壤蒸发强度与各气象因子呈指数相关关系(R2值均超过了0.6),且随着日平均气温、饱和水汽压差以及辐射的升高呈增加趋势,随相对湿度的增加呈递减趋势。膜间土壤蒸发强度与参考作物需水量呈较强的线性相关关系(图3)。从图3可以看到,膜间土壤蒸发强度随ET0的升高而升高。
2.2 膜间土壤蒸发与表层土壤含水率的关系
利用苗期(棉花叶面积指数小于0.5)试验区的参考作物需水量、滴灌棉田膜间土壤蒸发强度以及表层0～20 cm土壤质量含水率数据分析了膜间相对土壤蒸发强度(膜间土壤蒸发强度与ET0的比值)与表层土壤含水率(质量含水率)的关系(图4)。图4表明,膜间相对土壤蒸发强度与表层土壤含水率呈指数相关关系,而且膜间相对土壤蒸发强度随着表层土壤含水率的提高呈增加趋势。
2.3 膜间土壤蒸发与棉花叶面积指数的关系
图5给出了滴灌棉田膜间相对土壤水分蒸发强度与棉花叶面积指数的关系。从图5可以看出膜间相对土壤水分蒸发强度与叶面积指数的关系十分复杂,很难建立明确的相关模型。这主要是由于滴灌棉田小定额局部灌溉,进入蕾期后膜间土壤水分特别是表层土壤水分难以得到灌溉水的补充,又加之生育期内降水量较低,所以一直处于较低状态。
2.4 膜间不同位置处土壤蒸发规律
图6[膜边和膜间分别为图1膜边和2条膜正中间处微型蒸渗仪的观测值,膜间1和膜间2分别为图1(b)和图1(c)膜间处微型蒸渗仪的观测值]给出了膜下滴灌和地下滴灌条件下膜间不同位置处土壤阶段累积蒸发量。从图6可以看到,不同位置处的膜间表土累积蒸发量(除膜下滴灌条件膜边位置处)均为苗期最高、花铃期次之、吐絮期最小。这是由膜间土壤水分、气象条件和棉花生长状况以及各生育阶段历时等多因素共同作用的结果,苗期由于前期降雪和降雨导致苗期膜间土壤水分含量较高,加之苗期棉花植株较小,膜间绿叶覆盖面积稀少,所以蒸发量较大;蕾期和花铃期虽然潜在蒸发量较大,但由于棉花植株快速生长,叶面积相应较大,一定程度上抑制了膜间土壤水分的蒸发,更重要的是前期土壤贮水不断消耗,又难以得到灌溉水补充,导致膜间表层土壤含水率大幅度降低;吐絮期已进入秋季,大气蒸发力明显减弱,所以蒸发量明显降低。花铃期膜边和膜间处的累积土面蒸发量均较高,这主要是花铃期历时最长所致,数据分析表明,膜下滴灌条件下膜边和膜间处苗期、蕾期、花铃期和吐絮期的平均土面蒸发强度分别为1.12、0.84、0.70、0.41 mm/d和1.12、0.89、0.46、0.30 mm/d;地下滴灌条件下膜边、膜间1和膜间2处苗期、蕾期、花铃期和吐絮期的平均土面蒸发强度分别为1.04、0.92、0.49、0.50 mm/d,1.12、1.08、0.56、0.56 mm/d和0.93、1.00、0.52、0.47 mm/d。
从图6还可以看出,膜下滴灌条件下,苗期膜边和膜间裸地的累积蒸发量相差不大,这是因为苗期影响土壤蒸发的主要因子是表层土壤含水率,而膜边和膜间土壤含水率基本相当;蕾期由于棉花植株对膜边和膜间覆盖的不同,从而影响了表层土壤蒸发量,最后出现了膜边蒸发量略大于膜间;花铃期为满足棉花生殖和营养生长的需要,多次灌水导致膜边土壤含水率明显高于膜间,虽然膜边的绿叶覆盖程度较高,但由于表层土壤水分差异最终导致膜边土壤蒸发量大于膜间;吐絮期的差异也主要是由于土壤水分影响所导致。地下滴灌条件下,就表层土壤水分而言,由于灌水的作用,膜间1处﹥膜间2处,在植株覆盖以及气象条件相同情况下,膜间1处的土壤累积蒸发量高于膜间2处。
3 结 论
(1)土壤水分充足条件下,当棉花叶面积较小时,覆膜棉田膜间土壤蒸发主要受气象条件限制,而且膜间土面蒸发与气温、饱和水汽差、太阳辐射、相对湿度以及参考作物需水量均呈较好的相关关系。
(2)在叶面积指数大致相同时,覆膜棉田膜间土壤蒸发强度与表层土壤含水率呈指数相关关系。
(3)滴灌条件下,膜间土壤的累积蒸发量均是苗期最大,其次是花铃期,吐絮期最小;地下滴灌处理膜边处苗期、蕾期、和吐絮期的土面累积蒸发量与膜下滴灌处理相当,但花铃期的土面累积蒸发量明显低于膜下滴灌处理;地下滴灌膜间(膜间1和膜间2观测的平均值)处各生育阶段的土面累积蒸发量与膜下滴灌大致相同;地下滴灌条件下,由于灌水的作用,膜间1处的表层土壤含水率高于膜间2处,在植株覆盖以及气象条件相同情况下,膜间1处的土壤累积蒸发量高于膜间2处。说明地下滴灌条件下错位种植会增加灌溉水的无效消耗,不利于灌溉水资源利用效率的提高。
参考文献
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