干旱区土壤水盐分布研究范文

《灌溉排水学报》2016年第11期

摘要：

为了研究开孔河流域棉田不同定额冬灌对土壤水分及盐分的影响，缓解地区春季农业用水压力，探究棉田只冬灌的灌水模式是否能够满足棉花出苗阶段生理需水要求，通过大田试验，对比分析了各处理（1200、1800、2400、3000、3600、4200m3/hm2）灌前与灌后不同时期0~100cm土层水分、盐分的变化情况。结果表明，小定额灌水条件下耕作层水分易蒸发，保水效果不显著，返盐现象严重，脱盐作用较弱。经比较分析，冬灌定额为3600m3/hm2时，具有显著的保墒压盐的作用，可为返春后的棉花播种及出苗提供较好的水盐条件,可起到减少春灌定额或免除春灌的作用。

关键词：

冬灌定额；脱盐效果；土壤含水率

0引言

新疆地处西北干旱区，水资源严重不足，新疆农业用水量占新疆用水总量的90%以上。为解决目前突出的水资源供需矛盾，膜下滴灌等高效节水灌溉技术得到了广泛应用。但由于滴灌深层渗漏较少，长期滴灌必然引起土壤盐渍化问题。实践证明，棉田在冬季大水漫灌后，可以较好保持土壤水分，对土壤盐分有一定的淋洗作用。但是传统冬灌灌水定额普遍偏大，水资源利用效率不高，因而，探索适宜的冬灌定额显得尤为重要[1-4]。非生育期灌溉主要有冬灌和春灌，二者从压盐与保墒的作用来看，各有不同。春灌比冬灌保墒效果好，但由于春季气温升高，地表蒸发增强，春灌对于土壤盐分淋洗效果不如冬灌。此外土壤类型也是决定该地区灌水类型的重要因素。为此，从土壤水分、盐分、灌溉水量等综合调控的角度，在假设免除春灌条件下，分析不同定额冬灌对土壤水分及盐分的影响，并提出适合当地棉花种植的冬灌定额，为当地冬灌提供理一定论依据[4-10]。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验地点设在新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局水利科研所，地处86°12′E，41°36′N，海拔886m，属干旱区暖温带大陆性荒漠气候，干旱少雨，蒸发强烈，昼夜温差大。多年平均降水量58.6mm，多年平均蒸发量2788.2mm（采用直径20cm蒸发皿测量），日照时间3036.2h，年平均气温11.48℃，≥10℃积温4121.2℃，经测定，试验区土壤类型为粉土，田间持水率（质量）为25%[11]。

1.2试验方法

2014年11月25日至次年3月采用小区对比方法进行了棉田冬灌大田试验，试验小区东西走向，逐次排列6个，并根据灌水量不同在试验地划分出6个3m×3m的小区，设置6个灌水处理，灌水定额分别为：1200、1800、2400、3000、3600、4200m3/hm2。在每个小区内的宽行、窄行及膜间设置取土点，并在远端设1组重复，2组取样点相距1.5m。取土点深度为1m，取土间隔为0.1m，并取0~1cm及0~5cm土层土样，将0~1cm土层土样作为表层土样。采用烘干法测定土样含水率，使用型号为DDS307的电导率仪测定土样电导率，将取得的数据进行处理并对比分析灌水前后土壤水分及盐分变化情况。

2结果与分析

2.1不同冬灌定额对土壤水分的影响

通过对比灌前、灌后15d和灌后105d土壤水分分布（图1）可得，较小定额（1200~1800m3/hm2）的处理（图1（a）、（b））灌前0~30cm土层含水率为12.9%~14.0%；灌后15d该土层含水率为17.4%~20.1%，为灌前含水率的1.35~1.44倍；灌后105d该土层含水率为13.8%~14.9%，仅为灌前含水率的1.06~1.07倍。这是因为灌水量较小时，土壤水分受入渗与蒸发双向运移影响，随着时间的推移而逐渐减少，从而无法发挥保水的作用。随着灌水定额逐渐增加（图1(c)、(d)、(e)、(f)），土壤水分分布与较小定额时逐渐显现出不同的规律，灌前0~30cm土层含水率为10.5%~13.8%；灌后15d该土层含水率为16.6%~22.2%，为灌前含水率的1.55~1.69倍；灌后105d该土层含水率为13.1%~17.9%，虽然与灌后15d土层含水率相比有一定的减少，但仍可达到灌前土层含水率的1.23~1.41倍。这是由于较大定额（2400~4200m3/hm2）灌水后，即使土壤水分在各向运移中产生一些损失，但仍可保留一定量的水分储藏在土层中。当冬季来临，土层冻结，水分凝固长时间保留在土层中，在春季消融时土壤含水率较未冬灌时有明显提高，起到了冬灌保墒的作用。由图1可知，灌后15d各处理0~30cm土层含水率趋势均呈现“V”字形，在距地表5~10cm含水率达到峰值，而后出现骤降。通过距地表5、15、25cm埋设的地温传感器得到的数据（图2）发现，在灌水15d后0~30cm土层的温度基本保持在-4.4~-0.2℃之间，这说明土壤出现了冻融现象[12-14]。而冻融现象的产生，使大部分水分保留在耕作层，向土壤深层运移速度减慢，这为冬灌保墒提供了较好的依据。根据灌后15d，105d的土壤水分分布情况，结合各处理含水率增幅（表1）得出，灌后15d，各处理0~20cm土层含水率增幅为5.7%~11.2%，0~40cm土层含水率增幅为3.9%~7.7%，0~80cm土层含水率增幅为3.2%~5.5%。虽然不同深度各处理含水率增幅的范围并不一致，但在每个深度土层，含水率增幅基本都随着灌水定额梯度增加，其中存在一定波动，这是由灌水方式及冻融对水分在土壤中运移产生的影响而造成的，但并不影响含水率增幅随灌水定额变化的整体趋势。灌后105d，由于地温升高，地表蒸发加剧，导致土层水分减少，所以灌后105d各处理各深度土层含水率较灌后15d有所减少。而棉花苗期要求0~40cm土层含水率应占田间持水率的60%~70%为宜[18]。通过土层含水率增幅可以看出，灌水定额1200m3/hm2和1800m3/hm2在0~40cm土层含水率只能保证在田间持水率的58%~61%之间，其增幅为0.9%~1.0%。这说明在该冬灌定额下，只靠冬灌用于土地的保墒，无法满足来年播种棉花的土壤水分要求。而灌水定额3600m3/hm2和4200m3/hm2在0~40cm含水率增幅为5.0%~5.5%，且含水率为田间持水率的74%~77%。两个灌水处理对土壤水分的补给基本满足棉花生长初期的土壤水分要求，可以在此冬灌定额基础上，减少春灌水量，甚至免除春灌，以达到减少不必要水资源消耗的目的。

2.2不同冬灌定额对土壤盐分的影响

由于不同定额灌水，会直接影响不同深度土层土壤含水率，从而进一步影响土壤盐分的变化。通过不同处理土壤剖面电导率对比分析（图3）可知，在不同灌水定额条件下，随着时间推移，土壤含盐量会呈现出不同的变化特点[15-17]。从表2可看出，灌后105d，所有灌水处理在浅层土壤都出现了不同程度的返盐现象，其中灌水定额1200、1800m3/hm2处理返盐现象较严重，均高于灌前土壤含盐量，这很难为棉花的播种与出苗提供良好的生长条件。但是随着灌水定额的增加，返盐现象逐步减弱，不同土层的脱盐率稳定在20%~30%之间（图3），这是因为较大定额（2400~4200m3/hm2）灌水条件下，土壤含水率较高，土壤中含盐量相对稳定。张豫等[19]提出棉花生育期耐盐指标：棉花耐盐临界值为0.302%；耐盐极限值为1.119%；土壤含盐量为0.450%~0.581%时，棉花相对产量可以保证在85%~50%。通过换算，当冬灌定额控制在3600~4200m3/hm2之间时，土壤盐分得到充分淋洗，从而得到适合棉花播种及出苗的土壤环境，为棉花生长提供较好生长条件。根据冬灌试验对土壤水分及盐分的影响进行分析，发现灌后15d土壤浅层出现了冻融现象，较小灌水定额（1200、1800m3/hm2）的脱盐效果不明显，但随着灌水定额的增加，对盐分的淋洗作用愈加明显。由于地温升高，地表蒸发加剧，灌后105d土壤含水率较灌后15d有所降低，但是灌水定额3600、4200m3/hm2处理0~40cm土层含水率可以达到田间持水率的74%~77%。对于土壤盐分，各处理都出现一定程度返盐现象，但随着灌水定额增大，返盐情况有所减弱，灌水定额3600、4200m3/hm2处理脱盐效果较好。综合不同灌水定额灌后棉田土壤水分在垂直方向的分布，以及对盐分的淋洗效果，并结合水资源利用效率分析，认为3600m3/hm2灌水定额更为适宜，基本满足棉花生长初期的土壤水分要求，为免除春灌提供可能性。

3结论

1）在灌后不同时期，虽然冻融现象及地表蒸发加剧等因素对土壤水分运移有一定的影响，但没有改变灌水定额对土壤水分影响起主导作用的趋势。对于土壤盐分，随着灌后地表蒸发加剧，灌水定额3600、4200m3/hm2处理不同土层的脱盐率仍可稳定在20%~30%之间，脱盐效果明显。结合水资源利用效率分析，认为3600m3/hm2的冬灌定额基本满足棉花生长初期的土壤水分要求，可达到减少春灌水量或免除春灌的目的。

2）随着灌水定额的增加，土壤含水率并不是依次增加，而是有一定波动性，这是由灌水方式造成的，大水漫灌可能会造成水分不均匀入渗，这对数据的汇总及分析有一定影响。在以后的研究工作中，拟采用漫灌与滴灌2种灌水方式，冬灌与春灌多种组合的灌水方案。

3）只冬灌，少免春灌的灌溉模式并非适用所有地区，应根据当地实际水资源量和土壤类型对非生育期灌水做出相应的调整。在水资源充足且盐碱度较重的棉区，可采取冬灌又春灌的灌水模式压盐效果较好；对于水资源丰富且可调控的地区，应优先选择冬灌免春灌的灌水模式进行洗盐，因为春季地温升高，蒸发加剧，这时灌水不利于保墒压盐；在冬季水资源紧缺且春季水资源充沛的情况下，考虑采用春灌。也应根据当地土壤类型做出相应调整。对于黏性较大的土壤，由于颗粒较小，保水性较好，应该优先采用冬灌免春灌的模式进行灌溉；对于沙性较强的土壤，由于颗粒较大，保水性较差，主要采用春灌免冬灌的模式进行灌溉。以达到最大限度地节约水资源，保证出苗率的目的。

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作者:张瀚 杨鹏年 汪昌树 李勋章 单位:新疆农业大学水利与土木工程学院