摘要
目的：随着新疆灌区农业机械化和膜下滴灌技术的大规模应用，覆膜后土壤剖面由地膜—耕作层—犁底层形成了典型的“夹心”结构。在夹心结构中，水分受热上移，盐分随之迁移到土壤表层；水分下移，盐分向下运动，这样就形成了一个相对封闭的水热盐循环系统。因此本文研究夹心结构对耕作层土壤水热盐运移的影响，从热量变化角度出发深入探究夹心结构下土壤水分、盐分的变化与热量的关系。 方法：本文以夹心结构为研究对象，通过2019和2020两年的土柱试验研究了3个灌水量（2L、4L、6L）和5个覆膜程度（100%、85%、50%、30%、0%）条件下夹心结构土壤水热盐分运移规律，监测夹心结构剖面土壤含水率、含盐量、土壤温度及热通量变化，采用温度积分法计算得出夹心结构土壤剖面热通量。土槽试验设计3个覆膜宽度（1.2m、1m、0.8m），蒸发试验设置辐射照度为100mW/cm2（R2）。采用HYDRUS-2D数值模型模拟2个灌水量56L（W1）、78L（W2）和3个辐射照度下50mW/cm2（R1）、150mW/cm2（R3）、150mW/cm2（R3）下夹心结构垂直和水平方向土壤水热盐运移规律，从热量转化的角度分析热传递对夹心结构土壤水分运移规律及盐分迁移尺度的作用。 结果：（1）入渗过程中，夹心结构影响耕作层土壤水盐分布。犁底层使夹心结构耕作层土壤较均质土壤含水率提高了22.52%~34.33%，耕作层蓄水能力增强。犁底层的存在使水分入渗速率减缓，入渗时间延长，增加了水分在耕作层的停留时间。当湿润锋穿过犁底层时，犁底层滞盐效果强于阻水效果，犁底层是土壤积盐区和脱盐区的分界线。 （2）蒸发过程中，各处理土壤温度日变化呈先上升后下降的单峰曲线，表现为覆膜程度越大夹心结构土壤温度升高越快。不同覆膜处理夹心结构土壤水盐运移并不完全同步，与覆膜程度有关，夹心结构100%和85%覆膜处理抑盐效果和抑蒸效果最优。采用温度积分法计算的土壤热通量与热通量板实测值之间有较高的相关性。夹心结构各处理浅层土壤平均热通量低于均质裸土处理，深层土壤平均热通量高于均质裸土处理。夹心结构各处理5cm处最大土壤热通量位于18:00~20:00，对照处理5cm处最大土壤热通量位于16:00。夹心结构处理中覆膜程度影响土壤热通量散失的速率，全覆膜时土壤热量散失较慢，导致夜间时深层土壤热通量明显高于其他处理。 （3）将土槽试验数据与HYDRUS模型相结合模拟夹心结构土壤水热盐运移，各处理土壤体积含水率和土壤电导率模拟值与实测值拟合度较高，模拟结果可靠。当湿润锋到达犁底层上界面后，耕作层水分侧向入渗速率加强，盐峰运移距离减慢，土壤水分由垂直入渗为主转为侧向入渗为主，夹心结构湿润锋运移距离表现为耕作层垂直方向gt;耕作层水平方向gt;犁底层垂直方向。 （4）地膜覆盖和犁底层形成的夹心结构使土壤蒸发的临界深度加深，影响着土壤温度的变化，并随着覆膜宽度的减小影响作用变小。在150mW/cm2辐射照度下犁底层处盐分有明显下降趋势，随着覆膜宽度的减小，土壤电导率值下降幅度增加。 结论：在灌水入渗和蒸发过程中地膜—耕作层—犁底层形成的夹心结构影响着土壤水热盐分布，当灌水定额较大时，犁底层可减小土壤水分的深层渗漏，盐分被淋洗到犁底层下界面附近。覆膜宽度的增加和犁底层的滞盐作用减少了土壤盐分表聚，夹心结构在一定程度上弥补了犁底层的负面影响。
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