1 绪论
1.1 研究目的及意义
我国主要以农业建设为主要核心来发展国民经济，水资源总量位于世界第六，而随着人口增多，耕地面积逐渐下降，淡水资源消耗过度，农业水土资源供需矛盾突出。据统计，2017 年全国人均耗水量为 436m3，用水总量 6043.4 亿 m3，其中农业用水 3766.4 亿 m3，占用水总量的 62.3%。耕地实际灌溉亩均用水量 377m3，农田灌溉水有效利用系数为 0.548，远低于农业发达国家[1]。此外，我国国土辽阔，南北地区地形地貌差异显著，地理气候的影响使得南北地区水资源分布差异大，南涝北旱，使得西北地域地方性缺水问题严重。新疆地区位于我国西北部，区域环境恶劣，土壤盐渍化程度严重，淡水资源匮乏，严重影响当地农业生产，制约区域经济建设和发展。因此，开展水土资源高效利用，实施节水灌溉对于新疆地区尤为重要[2-4]。
为解决盐碱土对作物带来的危害，一方面要合理规划耕地土壤，采用更加有效的耕种模式及灌水方法，在优化土地耕种面积的同时能够更加高效的种植农业作物，另一方面要合理利用有限的淡水资源，并且因地适宜，开发劣质水资源进行利用，缓解淡水供求压力。我国普遍的灌水方法有地面灌水方法[5]、喷灌灌水方法[6]、微灌灌水方法[7]及渗灌灌水方法[8]。新疆地区水资源极度缺乏，又由于日照时间长，温度过高，传统的灌水方式不能适用于新疆地区。近年来，膜下滴灌[9]的灌水方式在新疆地区得以广泛使用，灌溉水通过水泵流入滴灌带内，通过管路上的滴头，以水滴状侵润到膜下土壤内，再通过重力及毛细管作用力向作物根系及周围扩散，能够起到很好的保水保墒、控温及抑盐作用。采用膜下滴灌方式，不仅加强了土壤的淋洗盐分的效果，节水抑盐，还有效避免发生深层渗漏，对盐碱土的改良有一定的促进作用。
磁化水技术是将水进行磁化的物理处理技术，磁化后的水分子物理化学性质发生改变，这一技术应用到农业灌溉生产中较为前沿[10-12]。自 20 世纪开始，国内外学者就对磁化技术领域进行探索。研究表明在农业灌溉方面，磁化水能够促进种子萌发，幼苗生长发育，改善土壤特性，进而起到改善生态环境，提高作物产量[13-15]。将淡水资源进行磁化技术处理，能够高效利用淡水资源，是解决淡水资源短缺的一种途径。此外，微咸水作为储存在新疆最多的一种劣质水资源，分布广、易获取，在当地能有效的代替淡水资源灌溉，缓解土壤干旱，为农作物提供生长必备的水分。
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1.2 国内外研究进展
1.2.1 磁化技术原理及进展
磁化水技术最早出现于 20 世纪 50 年代，起初应运在锅炉领域，被用来消除锅炉水垢[21]。随着学者对磁化技术的深入探索，
20 世纪 70 年代，Joshi Kanmat[22]通过永久性磁场将水磁化，磁场强度改变水的酸碱值，随着磁场的增加，水碱性程度增大，表面张力和介电常数也有相应变化，磁场强度上升至 5700Gs 时趋于饱和。1985 年 Viswat [23]等通过蒸馏水和NaCl水溶液进行磁化，随着磁场的增加两种水质溶液粘度均增大，但比值不超过3*10-5。磁化水技术应用广泛，涉及领域诸多，如化学领域、矿业工程领域、建筑学领域及环境科学与工程领域。随着水资源的短缺，节水灌溉技术刻不容缓，将磁化水技术引用到农业工程领域，是磁化技术处理科学发展的动力。磁化技术的引入，既拓展了水资源处理的技术理论，又解决了水质问题带来的不良影响。通过磁化技术，不仅能够提高水质，还促进作物生长及改良盐碱土。国内外众多学者以科学理论为突破口致力于探索磁化技术原理以及磁化技术在实践上的应运。
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2 试验内容及方法
2.1 研究区概况
试验大田和小区位于国家水利部重点灌溉试验站，该站隶属于新疆省巴州库尔勒市西尼尔镇（东径 86°11′48″-86°13′17″，北纬 41°32′40″-41°34′22″）。试验站灌溉大田面积约8000 余亩，主要种植作物为棉花和红枣。试验站所处的塔里木河流域位于南北疆分界线附件，海拔 1000m 以下，具有典型风沙交错的暖温带大陆性荒漠气候。其特点为昼长夜短，光能充裕，日照时长约占全年时长的 1/3，月气温变化幅度显著，最大温差约为 40°C。全年持续干旱，夏炽冬冻，空气干燥，雨水稀少，日蒸散量大，年有霜期约为 150d，年降水量约为 43mm，主要风向北偏东。试验区土壤返盐现象频繁，植被覆盖度低，地下水埋深较浅，约为 5.1-7.8 m，如图 2-1 所示，地下水矿化度为 1.87~2.01g L-1。大田和小区土壤土质疏松，养分流失严重，土壤类型主要为砂土或壤质砂土。
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2.2 野外试验设计
试验田和小区安装不同磁化强度磁极装置，通过建立磁化水活化系统，采用不同磁场强度磁极处理设备，对微咸水及淡水进行磁化处理。磁化水活化系统主要由供水池、水泵、管道和磁化装置组成。供水池通过蓄水以供应试验田和小区进行灌溉，水泵采用额定流量为 50m3/h 的离心泵，管道选用直径 80mm 的 PVC 管。磁化装置由包头鑫达磁性材料厂生产，永磁体采用烧结汝铁硼制成，由 1000Gs、2000Gs、3000Gs、4000Gs、5000Gs 等不同磁极处理设备组成，并且进行校正，如图 2-2 所示。当微咸水及淡水通过磁化处理器时，其磁性发生改变，从而产生不同强度磁化水。
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3.1 不同磁化强度淡水对土壤水分分布的影响 ............................. 17
3.1.1 不同磁化强度淡水下生育期内土壤水分动态分布 .................. 17
3.1.2 灌水前后土壤体积含水量变化特征 .............................. 19
4 磁化微咸水对膜下滴灌土壤水盐分布及棉花生长影响研究 ...................... 37
4.1 不同磁化强度微咸水对土壤水分布的影响 ............................ 37
4.1.1 不同磁化强度微咸水下生育期内土壤水分动态分布 ............... 37
4.1.2 生育期内不同磁化强度对不同水质体积含水量的影响 ............. 39
5 磁化水灌溉对棉花产量及水分利用效率的影响 ................................ 56
5.1 磁化淡水灌溉对棉花生物量及产量的影响 ............................. 56
5.1.1 磁化淡水灌溉对棉花干物质累积量的影响 ....................... 56
5.1.2 磁化淡水灌溉对棉花产量的影响 ............................... 57
6 磁化淡水灌溉对盐化土改良效果的影响
6.1 磁化水灌溉对不同盐化土棉花出苗的影响
新疆地区土壤盐渍化严重，不同程度的盐分胁迫容易对棉花种子造成一定程度的伤害，当处于盐分胁迫最大极限阈值时，种子容易死亡，进而影响种子出苗率，造成棉花作物的减产。图 6-1 为不同磁化水灌溉下在轻度、中度、重度盐化土上的出苗情况。对比三种程度盐分土壤，可以看出轻度盐化土出苗率大于中度盐化土，出苗率较中度盐化土增加了 15%，中度盐化土出苗率大于重度盐化土，出苗率较重度盐化土增加了 15.7%。土壤盐分越高，使得土壤肥力下降，土壤环境恶化，土壤营养物质量降低，甚至更严重的盐分胁迫直接对棉花种子有毒害作用，使得出苗率下降。此外，不同磁化强度对棉花出苗率有一定影响，对于轻度盐化土，不同磁化强度处理的棉花出苗率相对于 CK 处理分别增加了3.2%，19.3%，12.9%，9.6%；对于中度盐化土，相比 CK 处理分别增加了 0%，14.3%，7.1%，3.6%，；对于重度盐化土，相比 CK 处理分别增加了 13.6%，27.3%，22.7%，13.6%。由此可以看出，磁化处理对于重度盐化土的出苗效果相比另两种低浓度盐化土效果更明显，各磁化强度处理的出苗率整体表现为 CK <1000Gs<5000Gs<4000Gs<3000Gs，其中3000Gs 磁化水灌溉对盐化土出苗效果最优。出现这一规律的原因可能是磁化水能够促进种子细胞内酶的活性影响细胞分裂分化，提高种子活力，提高作物的耐盐性，促进棉花出苗[103-105]。
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7主要结论与有待深入研究的问题
7.1 主要结论
全文针对新疆地区耕地盐碱化严重，土壤贫瘠，棉花产量和水分利用效率低等问题，对库尔勒典型盐碱棉田进行磁化水灌溉处理，通过设置磁化水膜下滴灌条件下不同磁场强度，不同水质（淡水和微咸水）的大田试验和不同磁场强度，不同程度盐化土（轻、中、重）的小区试验。研究不同磁场梯度对各个处理下棉田土壤水盐分布、棉花生长发育过程、产量及水分利用效率等方面的影响，并根据 Logistic 模型提出磁化水棉花生长经验模型，农业上磁化水技术的应用起到促进、推广作用。主要得出一下结论：
（1）磁化水滴灌可以有效提高土壤含水量，增强土壤持水性，保证棉花根系的充分吸水。淡水、微咸水各磁化水灌溉处理的土壤含水量均高于 CK 处理，且磁化淡水处理的土壤含水量均大于磁化微咸水处理。小区试验轻、中、重盐化土磁化处理的土壤体积含水量大于未磁化水处理，其中重度盐化土含水量最大，中度次之，轻度最小。0~100cm 土层内棉花全生育期内各磁化处理的耗水量均大于 CK 处理。棉花苗期耗水量较小，随着生育期的延长，棉花需水量增加，灌水量与灌水次数增加，耗水量在棉花花铃期达到最大，在吐絮期逐渐减小。不同磁化强度对土壤含水量和棉花耗水量影响差异显著，2017 年磁化微咸水和磁化淡水在 3000Gs 处理下效果最好；2018 年在 4000Gs 处理下效果最好。为了进一步明确磁场强度阈值，通过设置轻、中、重盐化土磁化处理的小区试验，结果表明3000Gs 下棉花体积含水量和耗水量最大。
（2）磁化水滴灌能够更好淋洗土壤根区层盐分，有效降低土壤含盐量。淡水、微咸水各磁化灌溉处理的土壤含盐量和土壤溶液均低于 CK 处理，且磁化淡水处理的土壤含盐量均小于磁化微咸水处理。在轻、中、重盐化土磁化淡水处理中，土壤含盐量均小于未磁化水处理。磁化淡水灌溉下土壤全生育期表现为脱盐状态，磁化微咸水下土壤全生育期表现为积盐状态。通过大田及小区两组试验进行分析可得磁化水处理下能够降低棉田土壤盐分的累积量，3000Gs 为最佳磁场强度。
参考文献（略）