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(fā)利用有限的耕地資源是當(dāng)今世界各國關(guān)注的問題之一，也是實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方面，我國國土資源特別是耕地資源形勢嚴(yán)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(qū)域由南向北逐漸擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了北方嚴(yán)寒地區(qū)冬小麥與其他作物的復(fù)種，為一年兩季種植模式開辟了新的發(fā)展空間，也將極大地提高土地資源的生產(chǎn)力。

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)位于黃河上中游，屬于我國西北干旱、寒冷地區(qū)，是受鹽漬化威脅較為嚴(yán)重的地區(qū)。該灌區(qū)是全國3個(gè)特大型灌區(qū)之一，也是最大的一首制自流灌區(qū)，現(xiàn)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(nèi)蒙古自治區(qū)重要的商品糧油基地。糧食作物的種植規(guī)模關(guān)系著國家的糧食安全。建設(shè)和諧穩(wěn)定的社會主義新農(nóng)村，一方面要確保糧食作物的種植比例，保證糧食穩(wěn)定供給；另一方面也要大力發(fā)展收益高的經(jīng)濟(jì)作物，提高農(nóng)民收入。多年來由于糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物爭地的矛盾，內(nèi)蒙古河套灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整和農(nóng)民生活水平的提高受到制約，當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的全面發(fā)展也受到影響。內(nèi)蒙古河套灌區(qū)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(qū)。由于該灌區(qū)土地資源稀缺，糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物爭地的矛盾日趨嚴(yán)重，用一年兩季種植技術(shù)來解決此矛盾是種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的新途徑，同時(shí)擴(kuò)大北方寒區(qū)冬小麥種植也為構(gòu)建我國糧食安全生產(chǎn)體系開辟了新思路。

北方嚴(yán)寒地區(qū)冬小麥與其他作物復(fù)種的一年兩季種植模式是最大限度從時(shí)間、空間上利用光、熱、水、土等資源條件，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收的一種種植方式。內(nèi)蒙古河套灌區(qū)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(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；冬小麥形成的地表土壤覆蓋，有利于保水、保土、防風(fēng)沙，改善北方冬季生態(tài)環(huán)境等。從2007年開始，內(nèi)蒙古巴彥淖爾市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院連續(xù)試種冬小麥獲得成功，平均畝產(chǎn)量達(dá)到500kg以上，比春小麥增產(chǎn)15%～20%，在河套灌區(qū)6個(gè)旗縣區(qū)和農(nóng)墾局進(jìn)行了推廣種植。

1.1.2　研究目的和意義

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是典型的季節(jié)性凍土區(qū)，在土壤溫度、凍結(jié)歷時(shí)和深度上均不同于黃淮海等冬小麥的傳統(tǒng)種植區(qū)，該地區(qū)在一年內(nèi)有半年的時(shí)間為凍結(jié)期，土壤凍結(jié)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(huán)境參數(shù)，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(jié)，水分逐漸往上遷移，積聚于土壤凍結(jié)層，水中的鹽分隨之一起上移，積聚于根系層；當(dāng)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(shí)蒸發(fā)力很強(qiáng)，表層水分很快被蒸發(fā)，水溶液中的鹽分則析出留于地表，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)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(nèi)蒙古河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，也制約著整個(gè)西北地區(qū)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境質(zhì)量改善。因此，開展寒區(qū)水熱鹽運(yùn)移對冬小麥生長影響的機(jī)理研究，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有十分重要的意義，并為防止土壤次生鹽堿化提供依據(jù)。

長期以來，提高農(nóng)田生產(chǎn)力一直是世界各國普遍關(guān)注的問題。寒冷鹽漬化地區(qū)冬小麥生產(chǎn)的關(guān)鍵是水熱鹽，研究水熱鹽之間的互相關(guān)系，對于提高水分利用率和冬小麥產(chǎn)量具有重要意義。因此，本書擬通過田間水熱鹽耦合效應(yīng)試驗(yàn)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(chǎn)量模型，尋找較優(yōu)的耦合模式，揭示耦合機(jī)制。其成果對指導(dǎo)寒冷鹽漬化地區(qū)冬小麥生產(chǎn)、不斷增進(jìn)作物農(nóng)田有限水分的生產(chǎn)潛力將起到重要作用。

土壤水熱鹽運(yùn)移規(guī)律的研究是目前土壤物理學(xué)、農(nóng)田灌溉學(xué)研究的一個(gè)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(yùn)移是該研究領(lǐng)域的難點(diǎn)。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(zhì)，直接影響其水分運(yùn)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(guān)系十分密切，內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是典型的季節(jié)性凍土區(qū)，而凍土水鹽運(yùn)動的特殊規(guī)律與分配特性是影響河套灌區(qū)土壤鹽漬化發(fā)生、發(fā)展和演變的重要因素。因此，土壤水熱鹽運(yùn)移耦合效應(yīng)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(xiàn)實(shí)意義。

目前國內(nèi)外許多學(xué)者對有關(guān)水熱鹽運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了大量卓有成效的研究，但主要集中在非嚴(yán)寒地區(qū)。在我國西北干旱寒冷地區(qū)，降雨稀少，土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤母質(zhì)含鹽，地下水位較高，存在著嚴(yán)重的次生鹽漬化的潛在威脅，特別在節(jié)水條件下研究水熱鹽耦合機(jī)制就更加困難。因此，開展寒區(qū)冬小麥土壤水熱鹽耦合機(jī)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(qū)乃至整個(gè)西北寒區(qū)亟待解決的關(guān)鍵問題。