第1章　绪论

1.1　研究背景、目的和意义

1.1.1　研究背景

合理开发利用有限的耕地资源是当今世界各国关注的问题之一，也是实现土地资源可持续利用和农业可持续发展的一个重要方面，我国国土资源特别是耕地资源形势严峻，随着耐寒冬小麦新品种的培育成功和灌溉管理等措施的不断改善，我国冬小麦种植区域由南向北逐渐扩展，实现了北方严寒地区冬小麦与其他作物的复种，为一年两季种植模式开辟了新的发展空间，也将极大地提高土地资源的生产力。

内蒙古河套灌区位于黄河上中游，属于我国西北干旱、寒冷地区，是受盐渍化威胁较为严重的地区。该灌区是全国3个特大型灌区之一，也是最大的一首制自流灌区，现灌溉面积861万亩，年引黄水量50亿m3，约占黄河过境流量的1/6，是国家和内蒙古自治区重要的商品粮油基地。粮食作物的种植规模关系着国家的粮食安全。建设和谐稳定的社会主义新农村，一方面要确保粮食作物的种植比例，保证粮食稳定供给；另一方面也要大力发展收益高的经济作物，提高农民收入。多年来由于粮食作物与经济作物争地的矛盾，内蒙古河套灌区种植结构的优化调整和农民生活水平的提高受到制约，当地生产的全面发展也受到影响。内蒙古河套灌区的小麦种植一直是春种夏收，一季种植，属于典型的每年一熟有余、两熟不足的地区。由于该灌区土地资源稀缺，粮食作物与经济作物争地的矛盾日趋严重，用一年两季种植技术来解决此矛盾是种植结构调整的新途径，同时扩大北方寒区冬小麦种植也为构建我国粮食安全生产体系开辟了新思路。

北方严寒地区冬小麦与其他作物复种的一年两季种植模式是最大限度从时间、空间上利用光、热、水、土等资源条件，从而实现增产增收的一种种植方式。内蒙古河套灌区种植冬小麦的显著效益还包括：冬小麦灌水避开了用水高峰期，可缓解春灌用水矛盾，有利于降低旱灾风险；冬小麦形成的地表土壤覆盖，有利于保水、保土、防风沙，改善北方冬季生态环境等。从2007年开始，内蒙古巴彦淖尔市农牧业科学研究院连续试种冬小麦获得成功，平均亩产量达到500kg以上，比春小麦增产15%～20%，在河套灌区6个旗县区和农垦局进行了推广种植。

1.1.2　研究目的和意义

内蒙古河套灌区是典型的季节性冻土区，在土壤温度、冻结历时和深度上均不同于黄淮海等冬小麦的传统种植区，该地区在一年内有半年的时间为冻结期，土壤冻结始于每年的11月中下旬，冻土层厚度1.0～1.5m，冻层全部消融在5月上中旬。土壤中的水、热、盐分布状况对冬小麦的生长有着显著的影响，土壤水分、温度和含盐量的适宜范围是冬小麦生长良好的重要环境参数，土壤的冻融对冬小麦生育期土壤水分、温度和盐碱状况有明显的影响，秋季冬小麦播种出苗后，随着土壤的冻结，水分逐渐往上迁移，积聚于土壤冻结层，水中的盐分随之一起上移，积聚于根系层；当春季来临，表土冻层逐渐融化，由于受底土未融化冻层的阻碍，水分滞留于土壤上层，而此时蒸发力很强，表层水分很快被蒸发，水溶液中的盐分则析出留于地表，当达到一定程度时便形成土壤的次生盐碱化。灌溉引起的土壤次生盐渍化问题制约着内蒙古河套灌区农业的进一步发展，也制约着整个西北地区可持续发展和环境质量改善。因此，开展寒区水热盐运移对冬小麦生长影响的机理研究，对农业生产有十分重要的意义，并为防止土壤次生盐碱化提供依据。

长期以来，提高农田生产力一直是世界各国普遍关注的问题。寒冷盐渍化地区冬小麦生产的关键是水热盐，研究水热盐之间的互相关系，对于提高水分利用率和冬小麦产量具有重要意义。因此，本书拟通过田间水热盐耦合效应试验研究，分析水热盐耦合对冬小麦生理性状的影响，探讨水分高效利用的途径，建立盐分胁迫下的水热盐产量模型，寻找较优的耦合模式，揭示耦合机制。其成果对指导寒冷盐渍化地区冬小麦生产、不断增进作物农田有限水分的生产潜力将起到重要作用。

土壤水热盐运移规律的研究是目前土壤物理学、农田灌溉学研究的一个重要方面，也是防治盐碱化、改良盐渍土的核心问题，冻融期土壤水热盐运移是该研究领域的难点。土壤的冻融过程一方面改变了地表、植被与大气间的能量交换，另一方面改变了土壤自身的水力性质，直接影响其水分运移过程。土壤水分盐分在垂直剖面上的迁移与土壤冻融的关系十分密切，内蒙古河套灌区是典型的季节性冻土区，而冻土水盐运动的特殊规律与分配特性是影响河套灌区土壤盐渍化发生、发展和演变的重要因素。因此，土壤水热盐运移耦合效应对冬小麦生长的影响研究就显得尤为重要，具有重要的理论意义和现实意义。

目前国内外许多学者对有关水热盐运移规律进行了大量卓有成效的研究，但主要集中在非严寒地区。在我国西北干旱寒冷地区，降雨稀少，土壤蒸发强烈，土壤母质含盐，地下水位较高，存在着严重的次生盐渍化的潜在威胁，特别在节水条件下研究水热盐耦合机制就更加困难。因此，开展寒区冬小麦土壤水热盐耦合机理研究、制定不同灌溉管理措施条件下的水热盐耦合管理模式是河套灌区乃至整个西北寒区亟待解决的关键问题。