第1章　緒論

1.1　研究背景、目的和意義

1.1.1　研究背景

合理開發利用有限的耕地資源是當今世界各國關注的問題之一，也是實現土地資源可持續利用和農業可持續發展的一個重要方面，我國國土資源特別是耕地資源形勢嚴峻，隨著耐寒冬小麥新品種的培育成功和灌溉管理等措施的不斷改善，我國冬小麥種植區域由南向北逐漸擴展，實現了北方嚴寒地區冬小麥與其他作物的復種，為一年兩季種植模式開辟了新的發展空間，也將極大地提高土地資源的生產力。

內蒙古河套灌區位于黃河上中游，屬于我國西北干旱、寒冷地區，是受鹽漬化威脅較為嚴重的地區。該灌區是全國3個特大型灌區之一，也是最大的一首制自流灌區，現灌溉面積861萬畝，年引黃水量50億m3，約占黃河過境流量的1/6，是國家和內蒙古自治區重要的商品糧油基地。糧食作物的種植規模關系著國家的糧食安全。建設和諧穩定的社會主義新農村，一方面要確保糧食作物的種植比例，保證糧食穩定供給；另一方面也要大力發展收益高的經濟作物，提高農民收入。多年來由于糧食作物與經濟作物爭地的矛盾，內蒙古河套灌區種植結構的優化調整和農民生活水平的提高受到制約，當地生產的全面發展也受到影響。內蒙古河套灌區的小麥種植一直是春種夏收，一季種植，屬于典型的每年一熟有余、兩熟不足的地區。由于該灌區土地資源稀缺，糧食作物與經濟作物爭地的矛盾日趨嚴重，用一年兩季種植技術來解決此矛盾是種植結構調整的新途徑，同時擴大北方寒區冬小麥種植也為構建我國糧食安全生產體系開辟了新思路。

北方嚴寒地區冬小麥與其他作物復種的一年兩季種植模式是最大限度從時間、空間上利用光、熱、水、土等資源條件，從而實現增產增收的一種種植方式。內蒙古河套灌區種植冬小麥的顯著效益還包括：冬小麥灌水避開了用水高峰期，可緩解春灌用水矛盾，有利于降低旱災風險；冬小麥形成的地表土壤覆蓋，有利于保水、保土、防風沙，改善北方冬季生態環境等。從2007年開始，內蒙古巴彥淖爾市農牧業科學研究院連續試種冬小麥獲得成功，平均畝產量達到500kg以上，比春小麥增產15%～20%，在河套灌區6個旗縣區和農墾局進行了推廣種植。

1.1.2　研究目的和意義

內蒙古河套灌區是典型的季節性凍土區，在土壤溫度、凍結歷時和深度上均不同于黃淮海等冬小麥的傳統種植區，該地區在一年內有半年的時間為凍結期，土壤凍結始于每年的11月中下旬，凍土層厚度1.0～1.5m，凍層全部消融在5月上中旬。土壤中的水、熱、鹽分布狀況對冬小麥的生長有著顯著的影響，土壤水分、溫度和含鹽量的適宜范圍是冬小麥生長良好的重要環境參數，土壤的凍融對冬小麥生育期土壤水分、溫度和鹽堿狀況有明顯的影響，秋季冬小麥播種出苗后，隨著土壤的凍結，水分逐漸往上遷移，積聚于土壤凍結層，水中的鹽分隨之一起上移，積聚于根系層；當春季來臨，表土凍層逐漸融化，由于受底土未融化凍層的阻礙，水分滯留于土壤上層，而此時蒸發力很強，表層水分很快被蒸發，水溶液中的鹽分則析出留于地表，當達到一定程度時便形成土壤的次生鹽堿化。灌溉引起的土壤次生鹽漬化問題制約著內蒙古河套灌區農業的進一步發展，也制約著整個西北地區可持續發展和環境質量改善。因此，開展寒區水熱鹽運移對冬小麥生長影響的機理研究，對農業生產有十分重要的意義，并為防止土壤次生鹽堿化提供依據。

長期以來，提高農田生產力一直是世界各國普遍關注的問題。寒冷鹽漬化地區冬小麥生產的關鍵是水熱鹽，研究水熱鹽之間的互相關系，對于提高水分利用率和冬小麥產量具有重要意義。因此，本書擬通過田間水熱鹽耦合效應試驗研究，分析水熱鹽耦合對冬小麥生理性狀的影響，探討水分高效利用的途徑，建立鹽分脅迫下的水熱鹽產量模型，尋找較優的耦合模式，揭示耦合機制。其成果對指導寒冷鹽漬化地區冬小麥生產、不斷增進作物農田有限水分的生產潛力將起到重要作用。

土壤水熱鹽運移規律的研究是目前土壤物理學、農田灌溉學研究的一個重要方面，也是防治鹽堿化、改良鹽漬土的核心問題，凍融期土壤水熱鹽運移是該研究領域的難點。土壤的凍融過程一方面改變了地表、植被與大氣間的能量交換，另一方面改變了土壤自身的水力性質，直接影響其水分運移過程。土壤水分鹽分在垂直剖面上的遷移與土壤凍融的關系十分密切，內蒙古河套灌區是典型的季節性凍土區，而凍土水鹽運動的特殊規律與分配特性是影響河套灌區土壤鹽漬化發生、發展和演變的重要因素。因此，土壤水熱鹽運移耦合效應對冬小麥生長的影響研究就顯得尤為重要，具有重要的理論意義和現實意義。

目前國內外許多學者對有關水熱鹽運移規律進行了大量卓有成效的研究，但主要集中在非嚴寒地區。在我國西北干旱寒冷地區，降雨稀少，土壤蒸發強烈，土壤母質含鹽，地下水位較高，存在著嚴重的次生鹽漬化的潛在威脅，特別在節水條件下研究水熱鹽耦合機制就更加困難。因此，開展寒區冬小麥土壤水熱鹽耦合機理研究、制定不同灌溉管理措施條件下的水熱鹽耦合管理模式是河套灌區乃至整個西北寒區亟待解決的關鍵問題。