微咸水膜下滴灌有利于作物增产,但利用不当则会造成土壤盐渍化和产量降低。为探讨干旱区膜下滴灌条件下微咸水的合理利用方式,本文以包气带土壤水流、溶质运移理论为基础,综合采用野外大田监测试验、盆栽控制性试验、室内分析测试和数值模拟等方法,研究典型植棉生态系统内溶质(指微量养分铜、铁、锰,宏量养分钙、钾,盐害离子钠等阳离子)时空变化规律及其对作物生长、耐盐性提高的积极作用,揭示典型植棉生态系统内溶质动态、均衡模式,建立根系吸收溶质作用下土壤水流、溶质运移二维数值模型,提出综合考虑土壤水-盐(钠)-养分的协同调控模式。结果表明：(1)受灌溉输入、植物截留、溶质迁移等因素影响,不同溶质在土壤剖面的分布变化规律差异显著：2012～2013年,土壤剖面有效态钙、钾未表现出明显的表聚性,铜、铁、锰最高值由20-30cm上移至O-10cm,具强烈的表聚性,而全咸水处理下钠由不表聚变为显著表聚。(2)在土壤盐害钠离子增加,微量元素减少的情况下,采用蕾期至花铃前期淡水灌溉、其余生育期微咸水灌溉的方式,钠离子未发生表聚,2013年棉花总根长密度高于全咸水处理约24%,地上部干物质、单位面积铃数和籽棉产量较全咸水处理高出13%-24%。(3)均衡期(蕾期至吐絮期整个灌水过程)内,系统上边界处由施肥带入的溶质量几乎为0,下边界处溶质随水运移的净输出量不到溶质储量变化的1%；灌溉水输入溶质是造成土壤中Ca2+、Na+储量变化的主要原因；棉花吸收作用是引起有效态Ca2+、K+储量降低的主要原因；溶质沉淀是造成土壤中Cu、Mn、Fe、Ca2+储量减少的主要原因。棉株还田后,土壤中有效态Cu、Fe、Mn在年际间呈负增长,Ca2+、K+、Na+呈正增长。(4)经盆栽试验验证及参数优化后的分室模型,能够准确刻画溶质在系统内的流动过程,溶质流动速率可作为棉田溶质运移模拟研究的参数。(5)加入根系吸收溶质项的非饱和带二维土壤水流、溶质运移模型,能够有效反映均衡期内土壤水流、溶质运移的结果。(6)利用校验认可的水流、溶质运移模型,综合考虑非生育期内棉株还田、春灌、增施底肥等影响因素,预测长期微咸水膜下滴灌条件下,棉田溶质时空分布与变化：连续耕作10年内,土壤溶液中Cu和Fe浓度逐年降低,Mn和Ca2+浓度基本不变,Na+和K+浓度逐年增加。建议采用咸淡水轮灌、降低棉花还田率、增施底肥等方式的田间土壤水、盐和养分协同调控模式为：蕾期至花铃前期采用淡水灌溉(淡水灌溉量占总灌量的20%)、其余生育期用微咸水灌溉；年均增施Cu、Fe、Mn、K底肥(按养分元素计)30、52、90和862kg/hm2;每年生育期结束后,移除棉花秸秆。以上成果可用于指导干旱地区合理利用微咸水,实现棉花优质稳产。