干旱区盐碱土壤不同周年灌溉策略对向日葵生长及水盐氮淋失的影响机制研究

为解决干旱灌区土壤盐渍化加剧和灌溉水利用效率低下的问题，研究人员开展了不同周年灌溉策略对盐碱土壤水盐氮运移及向日葵生长影响的系统研究。通过双环入渗仪精准控制灌溉量，发现播前灌溉(PI)和秋灌(AI)能显著提高0-60 cm土层脱盐率(20%-47%)，而生育期灌溉(SI)主要维持水分平衡。采用EWM-TOPSIS-AISM模型综合评价得出最优灌溉方案为PI-170 mm+SI-100 mm+AI-164 mm，该方案使向日葵产量达4.02 t ha-1，灌溉水生产率达14.7 kg m-3。研究为干旱区盐碱地农业水资源高效利用提供了科学依据。

　　

在全球气候变化和水资源短缺的背景下，干旱灌区的土壤盐渍化问题日益严峻，已成为制约农业可持续发展的主要瓶颈。中国河套灌区作为西北干旱区最大的灌区，40%的农田面临盐碱化威胁，而向日葵作为当地主要经济作物，其生长受到土壤水盐失衡的严重影响。传统灌溉管理往往忽视周年水盐动态规律，既造成水资源浪费，又导致氮素淋失和次生盐渍化风险，亟需建立科学的灌溉调控体系。

中国农业大学水利与土木工程学院的研究团队在《Agricultural Water Management》发表重要研究成果，通过两年田间试验系统揭示了不同灌溉策略对盐碱土壤水盐氮运移规律的影响机制。研究采用双环入渗仪精准控制三个灌溉阶段（播前灌溉PI、生育期灌溉SI、秋灌AI）的水量梯度（分别为110-230 mm、60-140 mm、120-240 mm），结合土壤水盐监测和EWM-TOPSIS-AISM多目标评价模型，建立了适用于沙壤土畦灌向日葵田的优化灌溉制度。

关键技术方法包括：1）定制双环入渗仪（外环直径120 cm，内环80 cm，埋深35 cm）实现垂直入渗精准控制；2）分层采集0-150 cm土壤样品测定电导率(EC_1:5)和硝态氮含量；3）基于van Genuchten模型计算土壤水通量；4）创新性提出土壤盐分淋洗系数(K_d)评价指标；5）整合熵权法(EWM)、理想解排序法(TOPSIS)和对抗解释结构模型(AISM)进行多准则决策。

研究结果揭示：

1. 土壤水分动态特征
   播前灌溉使0-150 cm土层储水量增加80-91 mm（增幅15%-17%），而生育期灌溉主要补偿作物耗水（增量24.71-63.50 mm）。2013年因地下水位下降（最大埋深2.58 m），地下水蒸发量较2022年（208±27 mm）显著降低至130±17 mm。

2. 盐分运移规律
   播前灌溉使0-60 cm土层含盐量降低0.95-1.51 g kg^-1，脱盐率达20%-47%；秋灌脱盐效果次之（15%-38%）；生育期灌溉脱盐率最低（3%-12%）。建立灌溉量与K_d的二次关系发现，164 mm为最优淋洗水量。

3. 氮素利用与作物响应
   过量灌溉（PI5+SI5）导致0-150 cm土层有效氮含量降至108.55 kg ha^-1，较适量灌溉（PI3+SI3）减少45%。优化方案（PI3+SI3）使向日葵产量达4.24 t ha^-1，氮肥偏生产力(η_PFP)提升至35.33 kg kg^-1。

4. 综合评价体系
   EWM-TOPSIS-AISM模型权重分析显示产量（38.45%-39.46%）和灌溉水生产率（16.73%-38.42%）是关键指标，拓扑层级分析确认PI3+SI3方案为帕累托最优解。

该研究创新性地将水盐运移机理与多目标决策相结合，提出"强淋洗-适补偿"的灌溉模式：播前和秋灌阶段采用164-170 mm的淋洗水量控制根区盐分，生育期维持100 mm的补偿灌溉。这一策略实现了盐分调控（0-60 cm脱盐率>35%）、氮素高效利用（η_PFP>30 kg kg^-1）和产量提升（>4 t ha^-1）的协同优化，为干旱区盐碱地农业可持续发展提供了可量化的技术标准。研究成果对应对气候变化下的水资源短缺挑战具有重要实践价值，建议在类似生态区推广"分区-分期-分类"的精准灌溉制度。