微咸水滴灌對土壤水鹽運移影響的研究

郭安安 王夢琴 王為木

摘要：目的：研究田間條件下微咸水滴灌對土壤水鹽運移的影響。方法：通過在河海大學節水園區內栽培番茄小區試驗，對3種滴頭流量（2、3、4L/h）及2種灌溉水礦化度（2、4g/L）對微咸水點源滴灌入滲后的土壤水鹽運移進行研究。結果：在縱向及水平向距離滴頭5～15cm土層，土壤含水率隨灌溉水礦化度及滴頭流量的增大而增大;隨著灌溉水礦化度的增大和土層深度增加，鹽分累積量也越大;滴頭流量越小，表層脫鹽效果越好。結論：微咸水滴灌最好采用較小的灌溉水礦化度和滴頭流量。

關鍵詞：滴頭流量;灌溉水礦化度;土壤水鹽運移

中圖分類號 S156.4文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）12-0118-4

Abstract：Objective：To study the effects of brackishwater drip irrigation on soil water andsalt movement in field. Method：Field experiments of tomatoes were conducted to investigate the effects of dripper flow（2，3，4 L/h） and brackish water salinity（2，4 g/L） onsoil water andsalt movement after the point source infiltration ofbrackish water in Water-saving Park of Hohai University. Result：With the increase of irrigation watersalinity anddripper flow，soil water content gradually increased in the soil layer，which is 5-15cm from the emitter in both vertical and horizontal directions.Soil salt accumulation increased with the increase of brackish water salinity and soil depth. The surface soil achieve better desalination effect with lower dripper discharge rate. Conclusion：Usingless brackish water salinity and lower dripper flow is better in brackish water drip irrigation.

Key words：Dripper flow;Brackish water salinity;Soil water and salt migrationbrackish water drip irrigation

目前，國內外在利用微咸水灌溉方面已經進行了大量的實踐，微咸水的利用可有效彌補地區降雨量少、農田灌溉水資源短缺的劣勢，甚至使一些作物更高產。研究結果表明，采用滴灌方式進行微咸水灌溉比傳統的地面灌溉可獲得更高的產量，同時大大減少了用水量[1]。由于滴灌的淋洗作用，鹽分向濕潤鋒附近積累，在滴頭下方的土壤含鹽量比較小，可為作物提供較好的生長環境[2]。但一些學者由室內試驗發現，長期的微咸水滴灌、灌溉水礦化度的升高都可能導致鹽分的表聚[3]，這些鹽分可能會隨著灌溉水或降水向下移動到作物根區，從而抑制作物對水分和養分的吸收[4]，影響作物的生長和產量;滴頭流量的大小則直接影響土壤水分分布狀況[5]。實際生產的田間，土壤孔隙還易受到外界環境條件、大孔隙發育、微生物活動等因素的干擾，水鹽動向存在優先路徑，這使得土壤水鹽運移特征更為復雜。鑒于此，筆者采用田間試驗環境，使用微咸水滴灌方式，探討該環境不同滴頭流量和不同灌水水質條件下土壤水分及鹽分的運移特征，以期為在實際生產活動中合理利用微咸水資源提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況 試驗在河海大學節水園區內進行。試驗區位于北緯31°86′，東經118°60′，屬亞熱帶濕潤氣候，冬冷夏熱，四季分明，年平均降雨量1021.3mm，年平均蒸發量900mm，平均濕度81%。年均日照時數2212.8h，日照時數百分率約50%，試驗期間最熱月平均溫度28.1℃。土壤類型為黃棕壤，質地為壤粘土，試驗地土壤理化性質如表所示。

1.2 試驗設計 田間試驗設置灌溉水礦化度、滴頭流量2個因素。灌溉水設置2種代表性微咸水礦化度水平，2、4，分別代表灌溉水礦化度為2g/L的水、灌溉水礦化度為4g/L的水。設置3種滴頭流量水平S、M、Q，分別代表滴頭流量為2L/h、3L/h和4L/h。試驗采用完全隨機區組設計，共6個處理，分別為2S、2M、2Q、4S、4M、4Q，每個處理重復3次，共18個小區，試驗在避雨棚內進行。根據番茄不同生育階段，結合當地灌溉經驗，制定灌溉定額為550mm。試驗之前，平整土地，去掉地表面鹽殼及殘留的地膜等垃圾，并在移栽番茄幼苗前進行1次灌水沖洗試驗地，灌水定額為50mm，目的是淋洗土壤鹽分和土壤貯水，使土質更松軟。所用的水源為試驗區自來水，微咸水采用質量比為1∶1的NaCl和CaSO4混合自來水配制而成，配制好后將其搖勻溶解，灌入在供試植株正上方預先布置好的輸液袋中進行滴灌，試驗所用輸液袋調節夾具有調節流速功能。供試作物為當地番茄植株，品種為“霞粉”，每個小區按3行3列進行播種，每個小區共計9株，番茄行距80cm，株距40cm。試驗于2018年4月24日栽種幼苗，7月13日開始收獲，直到9月都處于成熟期中。

1.3 測定項目與方法 微咸水滴灌試驗分別在7月16日、8月1日、8月15日進行，此期間供試番茄處于逐漸成熟階段，由于實際生產中若持續微咸水灌溉將導致土壤返鹽，因此每2次滴灌期間使用淡水灌溉50mm以模擬實際生產中的灌溉[6，7]。每次微咸水滴灌完成后立即通過土鉆在田間獲取土樣，土鉆在沿水平方向距離滴頭5、15、25cm處分別取土，每次取30cm深度的土壤，將30cm土壤平均分成3段、每段10cm，取每段中心典型部分土壤。每個取樣點取200g左右土混合均勻，多余的土按原位回填鉆孔。取大于1g的土樣在105℃烘箱內烘8h，稱重測定土壤各層含水率;利用電導儀測定土壤含鹽量（土水比為1∶5的配比），使用感度為0.001kg的電子秤稱量。利用Excel軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 土壤水分分布規律

2.1.1 土壤縱向水分分布 圖1給出了不同灌水礦化度及不同滴頭流量組合灌溉條件下距滴頭水平距離5cm處縱向的土壤含水率分布。由圖1可見，隨著土層深度的增長土壤含水率呈下降趨勢，6個處理25cm處土層含水率相較于5cm處土層含水率分別下降了1.50%、1.69%、3.28%、3.05%、4.11%、4.54%;隨著土壤深度的增大，下降的趨勢逐漸放緩，5～15cm土層內土壤含水率降幅較大，平均下降2.29%，15～25cm土層內平均下降0.74%，土壤深度越深，孔隙度減小，灌溉水入滲難度加大，水分擴散緩慢。在流量一致的條件下，5～25cm土層內流量水平為S、M、Q實驗組內礦化度為4g/L，相較于2g/L灌溉處理下，土壤含水率分別上升1.15%、1.21%、0.82%，說明隨著灌溉水礦化度的升高，土壤含水率增大。這可能是由于礦化度增大導致根系吸水受到脅迫，使較多的水分不能被作物根系吸收和利用，存留在土壤中，且灌溉水礦化度越大，鹽分脅迫也越嚴重，存留在土壤中的水分也越多。在礦化度一致的條件下，5～15cm土層內土壤含水率隨著滴頭流量的增大而增加，這是由于滴頭流量增加，同一時刻土壤濕潤鋒推進距離越遠[8];縱向15～25cm內土層土壤含水率變化規律性較低。

2.1.2 土壤水平向水分分布 圖2給出了不同灌溉水礦化度、不同滴頭流量的微咸水點源入滲試驗后，水平方向上土壤含水率的變化趨勢。在地表水平方向上，2S、2M、2Q、4S、4M、4Q這6個處理下距離滴頭水平方向5cm處土層含水率分別為21.91%、22.41%、22.70%、23.26%、23.62%、24.35%，距離滴頭水平方向25cm處土層含水率分別為19.52%、18.57%、18.42%、19.08%、21.08%、21.59%。隨著取樣點距離滴頭距離的增加，土壤含水率皆有不同程度的下降，這是滴頭水流向四周擴散的結果;由圖2可以看出，土壤含水率在距滴頭水平方向15cm土層處差距最大，進行方差分析，15cm土層處含水率方差為1.458，5cm、25cm土層處含水率方差分別為0.648、1.338，皆小于15cm土層處。距離滴頭水平方向5～15cm的土壤含水率在滴頭流量一定的條件下，隨著灌溉水礦化度的增大而增加，說明礦化度高的灌溉水更有利于水分在水平方向上的擴散，這可能是由于隨著灌溉水礦化度的升高，水中鈉離子的濃度增大，鈉離子具有分散土壤顆粒的作用，從而使水分水平擴散能力增加[9];同時，鹽分離子與土壤膠體顆粒之間的物理化學反應會促進土壤結構的變化，增加土壤孔隙的比例，提高土壤導水能力。距離滴頭水平方向5～15cm的土壤在灌溉水礦化度一定的條件下，隨著滴頭流量的增加，土壤含水率增大，滴頭流量大，更易影響濕潤鋒的推進速度。距離滴頭水平方向15～25cm的土壤含水率隨灌溉水礦化度、滴頭流量變化總體上延續5～15cm土壤含水率的趨勢，但波動較為明顯，可能是由于田間地表不平整，使得地表積水造成的土壤含水率測量誤差變大[10]，因而在田間試驗的條件下，研究灌溉水礦化度、滴頭流量對于水平方向土壤含水率與滴頭距離的關系的影響規律，有待更多細致深入的試驗研究。

2.2 土壤鹽分分布規律

2.2.1 土壤縱向的土壤鹽分分布 表2為番茄收獲期3個時段土壤電導率及其變化量。從表2可以看出，灌溉水礦化度為4g/L的水灌溉條件下，所有處理表層土壤電導率差值均為負值、土壤呈現脫鹽狀態，中層和深層土壤電導率差值為正值、呈積鹽狀態，表層土壤脫鹽效果4S>4M>4Q，中層和深層土壤積鹽程度差異較小，總體呈現滴頭流量越小，深層積鹽量越大的趨勢。滴頭流量對表層土壤電導率數值影響較大，這可能是由于當灌水量一定時，濕潤體的體積會隨滴頭流量的增大而減小，因此滴頭流量為2L/h時濕潤體體積較大[11]、鹽分傳遞范圍也更大，表層脫鹽效果較好，3L/h效果次之，4L/h最差。灌溉水礦化度為2g/L的水灌溉條件下，2S、2M和2Q為表層脫鹽，中層和深層土壤為積鹽狀態，表層土壤脫鹽效果2S>2M>2Q，與4g/L的水灌溉條件下的變化趨勢相似，滴頭流量為2L/h表層脫鹽效果最優，3L/h次之，4L/h最差。表2中各灌溉處理均有積鹽，總體呈現土層越深積鹽量越大的趨勢，隨著灌溉水礦化度的增大，鹽分累積量也越大，這與潘延鑫等人的研究結果一致[12]。因此，若長期持續采用較高灌溉水礦化度的微咸水進行灌溉，則鹽分在土壤中產生大量累積的可能性更大，從而影響農田水土環境和作物生長[13]。

2.2.2 土壤表層水平方向鹽分分布 圖4顯示了8月1日不同灌溉水礦化度、不同滴頭流量的微咸水點源入滲試驗結束后，土壤表層水平方向電導率的變化趨勢，由此次試驗也可反映出其余2次試驗后電導率的總趨勢。由圖4可知，當灌溉水礦化度為2g/L時，水平方向電導率在據滴頭5～25cm間總體呈穩定狀態，曲線總體略有下降。當灌溉水礦化度增加為4g/L時，在距離滴頭5cm以外，電導率曲線有上升趨勢，且各測點處土壤電導率均明顯增加，說明整個剖面土壤含鹽量都比2g/L的處理大。當灌溉水礦化度為2g/L或4g/L時，滴頭流量越大，土壤電導率也越大，從而土壤含鹽量也越高。這可能是由于滴頭流量大導致了地面積水，較多鹽分隨水滯留在地表土壤當中。因此在生產實際中最好避免使用大的滴頭流量，以減少地表的鹽分積累。

（1）土壤水分動態表明：縱向土壤深度為5～15cm土層及水平向距滴頭5～15cm土層內，隨灌溉水礦化度或滴頭流量的增大，明顯有利于土壤水分的擴散;而縱向土壤深度為15～25cm土層及水平向距滴頭15～25cm土層土壤含水率與灌溉水礦化度或滴頭流量的關系則趨勢不明顯。這可能是地表積水、鹽分離子對土壤結構作用微小的結果，有待更多田間試驗加以探究。此外，土壤深度為5cm、距離滴頭水平方向15cm處的土層內土壤剖面的土壤含水率受灌溉水水質及滴頭流量影響較大。

（2）土壤鹽分動態表明：縱向土壤積鹽量隨著土層變深、灌溉水礦化度增加、滴頭流量變小而變大;滴頭流量對表層土壤電導率的影響較中深層更大，滴頭流量越小，表層脫鹽效果越好。水平方向土壤電導率主要隨水質變化而不同，還有待進行多種灌溉水礦化度的試驗加以完善。

參考文獻

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（責編：王慧晴）