《黄河三角洲微咸水灌溉下地下水-土壤-作物响应与调控模式及应用》

黄河三角洲地处渤海湾经济圈与黄河经济带的交汇点,在环渤海地区发展中具有重要的战略地位。2009年国务院通过了《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》这一国家战略规划,作为国家级黄蓝两大战略的主战场,黄河三角洲高效生态经济区的崛起成为山东省经济发展的重要引擎。该项目针对黄河三角洲淡水资源短缺和土壤盐渍化等问题,提出开发地下咸水/微咸水用于灌溉的思路,不但可以解决淡水资源短缺的问题,而且可以降低地下水位,阻控土壤盐渍化的发生机制。项目组采用室内实验、田间试验和模型模拟相结合的手段,系统研究了黄河三角洲盐碱地水土盐化特征、咸水资源亚淡化工艺、冬枣微咸水灌溉制度、冬小麦微咸水灌溉技术以及咸水资源安全利用评价体系,主要科技创新如下:

(1)阐明了黄河三角洲地下水盐的时空变化规律及土壤盐化特征。黄河三角洲地下水埋深平均为2.59m,年内地下水位变幅在2.0m左右,地下水矿化度在2-36g/L左右,向海越近,数值越高,且表层土壤盐分主要为氯化物和硫酸盐类(占全盐量的50%以上)。基于地下水-土壤-作物的交互作用过程,构建了黄河三角洲土壤盐渍化诊断评价体系,形成了黄河三角洲土壤盐渍化快速预警评价系统。

(2)提出了基于反渗透技术的农业灌溉苦咸水淡化处理工艺优化方案。针对农业灌溉中咸水亚淡化膜分离技术的适应性问题,从苦咸水淡化工艺、能耗、成本、维护等方面进行了比选研究,提出了低成本、高效率灌溉苦咸水反渗透淡化处理技术,并设计了一套反渗透淡化系统工艺优化方案,成功应用于当地的苦咸水灌溉。

(3)建立了沾化冬枣微咸水滴灌和微喷灌灌溉制度。基于微咸水滴灌和微喷灌下田间土壤水盐分布特征及冬枣产量品质形成机理,提出了冬枣微咸水滴灌和微喷灌的灌溉制度,在沾化冬枣示范园内进行了应用与推广,节约了大量淡水资源,提高了冬枣的产量,改善了冬枣品质,减轻土壤次生盐渍化,产生了较高的经济效益和生态效益。

(4)揭示了微咸水灌溉下冬小麦生理生态响应特征与调节机制。从作物群体、叶片、离子多尺度揭示了微咸水灌溉下冬小麦生理、生态、生化指标响应调节机制,据此提出了冬小麦淡水-微咸水-微咸水的咸淡水交替灌溉技术模式,在惠民、沾化等地进行了应用和推广,合理利用了浅层微咸水资源,维持土壤水盐平衡,保证作物的稳产。

(5)构建了黄河三角洲咸水资源安全利用效应的评价指标体系。基于研究区主要作物的微咸水灌溉模式,考虑水土生态安全和咸水资源高效利用的前提下,研究并构建黄河三角洲咸水资源安全利用效应的评价指标体系,通过工程措施和管理模式的经济投入分析与评估,为建立生态安全、经济合理、可操作性强的咸水资源高效利用模式提供依据。

该项目已发表论文39篇(SCI/EI检索11篇);获授权发明专利5项,实用新型专利3项,软件著作权3件;培养硕博士研究生6名。该项目提出的黄河三角洲地区不同作物的微咸水灌排调控技术模式,为该区域咸水资源安全利用及农业可持续发展提供技术支撑,应用成效显著。

成果说明

该项目提出的适宜农业灌溉的低成本、高效率苦咸水反渗透淡化处理技术及其工艺优化设计方案、基于亚淡化技术的冬枣微咸水滴灌和微喷灌灌溉技术与灌溉制度以及冬小麦微咸水淡水交替灌溉技术模式已经被滨州市韩墩引黄灌溉管理局、惠民县水利局等多家单位所采用,主要用于地下咸水资源开发利用、经济作物微咸水滴灌和微喷灌制度、粮食作物畦田咸淡水交替灌溉模式等方面,取得显著的社会经济效益和生态环境效益。 (1)滨州市韩墩引黄灌溉管理局针对灌区下游沾化地区淡水资源短缺,地下咸水资源丰富的现状,应用反渗透淡化膜分离处理技术以及系统工艺

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