灌溉方式對石嘴山地區土壤鹽漬化程度的影響

倪 萍， 曹園園， 楊建鋒， 虎新軍， 石天池，單志偉， 陳曉晶

（寧夏回族自治區地球物理地球化學調查院（自治區深地探測中心），寧夏 銀川 750002）

土壤鹽漬化問題已嚴重威脅到農業的高質量發展，是近年來研究的熱點和難點[1-2]。土壤鹽漬化影響作物生長，致使作物易發病蟲害，從而降低作物種植效益。寧夏石嘴山地區位于寧夏引黃灌區下游，有兩千多年的引黃灌溉史，土壤鹽漬化問題嚴重。根據寧夏地勘基金項目“石嘴山地區富硒土地質量調查評價”調查，石嘴山地區（除平羅縣外）近50%的土地均有不同程度鹽漬化，土壤鹽漬化已嚴重制約了當地農業的可持續發展。

1 試驗

1.1 研究區概況

研究區為石嘴山地區，地處寧夏最北端，東臨鄂爾多斯臺地，西踞銀川平原北部，屬于典型的中溫帶大陸性干旱氣候區，晝夜溫差大，年降水量167.5～188.8 mm，年蒸發量1 708.7～2 512.6 mm。灌溉水主要來源為黃河水、天然降水和地下水，長期存在水資源短缺、利用率低和土壤鹽漬化的問題[3-6]。石嘴山地區（除平羅縣外）土壤鹽漬化趨勢的原因一方面是高緯度、高蒸發、低降水等自然因素；另一方面是肥料使用、蓄水防旱、引黃灌溉等過程中的不當措施[7]。隨著石嘴山地區引黃配額的減少以及灌溉技術的改良，以往的漫灌方式正在逐步向噴灌、滴灌等節水灌溉方式轉變，這在一定程度上提高了灌溉用水保證率，緩解了農業水資源短缺的問題[8]；但是灌溉方式的改變必然對土壤鹽漬化產生影響[9]?；谝陨显?，本試驗對研究區不同灌溉方式下不同深度土壤的鹽漬化特征開展調查研究，旨在為研究區提高耕地質量、完善灌溉制度提供理論依據和技術支撐。

1.2 樣品采集

在本試驗中，為降低氣候、地貌、土壤類型等自然因素對土壤鹽漬化造成的影響，采樣剖面的布設遵循以下原則：一是氣候類型、地質地貌類型須保持一致或近似；二是土壤類型相同[9]。2021 年8 月，分別在漫灌、噴灌、滴灌農田選擇土壤類型為灌淤土的區域，布設7 個土壤垂向剖面（PM1—PM7）采樣點。使用GPS 定位，在每個采樣點周圍輻射10 m處選擇2個點采集表層土，分別按任意三角形采樣，將3 處土樣均勻混合為1 個土樣。在每個土壤垂向剖面按0～20、21～40、41～60、61～80、81～100 cm 分別采樣，共取得土樣35件。在采樣過程中去除混雜的植物、石塊、蟲體和垃圾等雜物，將樣品分別裝入布袋并做好標記。研究區各土壤垂向剖面土樣采集位置及土壤性質見表1。

表1 土壤垂向剖面位置及土壤性質

1.3 測定項目

將土壤樣品送到湖北省地質實驗測試中心（國土資源部武漢礦產資源監督檢測中心）進行測定。測定項目及方法：土壤全鹽量采用重量法；SO42-采用EDTA 間接絡合滴定法；CO32-、HCO3-采用雙指示劑-中和滴定法；Cl-采用AgNO3滴定法；K+、Na+、Ca2+、Mg2+采用電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-OES）。樣品的精密度、報出率和準確度合格率均為100%，符合規范及分析質量要求。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉方式下土壤鹽分特征分析

試驗通過測量垂向剖面的土壤鹽分了解不同灌溉方式下土壤鹽分在垂直方向上的變化情況。3種灌溉方式下不同深度土壤鹽分特征值見表2。

表2 不同灌溉方式下土壤鹽分質量比統計

由表2 可知，漫灌下土壤鹽分質量比為0.701～1.508 g/kg，整體較低且相對均勻，不同深度土層的鹽分均值隨著土層深度的增加先增加后降低，在41～60 cm 土層鹽分質量比最高。這可能是因為長期使用黃河水進行漫灌，有效降低了土壤整體鹽分。噴灌下土壤鹽分質量比為1.341～3.623 g/kg，整體偏高，不同深度土層的鹽分均值和漫灌方式下的變化趨勢基本一致，但鹽分質量比最高值出現在61～80 cm土層。這可能是因為連年種植供港蔬菜使土壤未得到休閑養護，也可能是因為過量施用無機化學肥料，致使表層土壤脫鹽和下層土壤積鹽比較明顯[10]。滴灌下土壤鹽分質量比為0.787～2.246 g/kg，土壤鹽分均值隨著土層深度的增加而降低，在0～20 cm 土層鹽分質量比最高，土壤鹽分表聚現象明顯。這可能是因為滴灌灌水定額較小，土壤鹽分未得到充分淋洗[11]。

根據變異系數分類[12]，漫灌下0～60 cm 土層土壤鹽分屬于中等變異性，61～100 cm 土層土壤鹽分屬于弱變異性；噴灌下，0～20、61～100 cm 土層土壤鹽分屬于中等變異性，21～60 cm 土層土壤鹽分表現為弱變異性；滴灌下，土壤鹽分的變異均處于中等水平。這表明3 種灌溉方式下，土壤鹽分質量比的變化波動不大，處于相對穩定狀態。

2.2 灌溉方式對土壤全鹽質量比的影響

石嘴山地區（除平羅縣外）土壤鹽漬化分級及統計見表3。

表3 石嘴山地區（除平羅縣外）土壤鹽漬化分級及統計

研究區表層土壤全鹽質量比介于0.14～98.24 g/kg，平均值為3.027 g/kg。由表3 可知，無鹽漬化區域面積占比為47.67%；土壤存在不同程度鹽漬化的區域面積占比為52.33%。其中，輕度鹽漬化區域面積為262.92 km2，占比為25.39%，主要分布在紅果子鎮西南部、尾閘鎮東部和高莊鄉南部等地區；中度鹽漬化區域面積為143.03 km2，占比為13.81%，主要分布在燕子墩鄉東部、禮和鄉北部等地區；重度鹽漬化區域面積為63.60 km2，占比為6.14%，主要分布在黃河西岸灘地、星海鎮東部等地區；鹽土區域面積為72.29 km2，占比為6.98%，主要分布在簡泉農場東部、靈沙鄉北部、黃河西岸部分河灘地，其他地區有零星分布。

研究區漫灌、噴灌和滴灌方式下土壤0～20 cm土層平均全鹽質量比分別為0.900、1.518、1.606 g/kg，根據土壤鹽漬化分級標準（表3），漫灌下土壤無鹽漬化，噴灌、滴灌下土壤均為輕度鹽漬化。

2.3 灌溉方式對土壤陰離子質量比的影響

根據不同灌溉方式下土壤陰離子質量比平均值（表4），繪制漫灌、噴灌、滴灌下1 m土層土壤陰離子質量比變化趨勢（圖1）。

圖1 不同灌溉方式下土壤陰離子質量比變化趨勢

表4 不同灌溉方式下土壤陰離子質量比 g/kg

研究區不同土層土壤主要陰離子相同，均為Cl-、SO42-、HCO3-，未檢出CO32-。各灌溉方式下0～1 m土層土壤陰離子平均質量比如圖1所示：①Cl-質量比為0.036～0.809 g/kg，SO42-質量比為0.032～1.444 g/kg，HCO3-質量比為0.230～0.566 g/kg，故土壤鹽分組成中陰離子主要為SO42-，Cl-、HCO3-的質量比相對較低，這可能與SO42-較弱的淋溶性有關[13]，也可能是因為施用了大量硫酸鉀和普通過磷酸鈣等含SO42-的肥料[14]。②隨著土層深度的增加，SO42-和Cl-質量比受灌溉方式的影響變化明顯且復雜，在噴灌方式下波動最大，滴灌次之，漫灌最??；HCO3-質量比受灌溉方式的影響不明顯。

2.4 灌溉方式對土壤陽離子質量比的影響

根據研究區不同灌溉方式下土壤陽離子質量比平均值（表5），繪制漫灌、噴灌、滴灌下1 m土層內土壤陽離子質量比變化趨勢圖（圖2）。

圖2 不同灌溉方式下土壤陽離子質量比變化趨勢

表5 不同灌溉方式下土壤陽離子質量比g/kg

研究區不同土層土壤主要陽離子相同，均為K+、Ca2+、Na+、Mg2+，各灌溉方式下0～1 m 土層土壤陽離子質量比變化趨勢如圖2 所示：①K+質量比為0.004～0.207 g/kg，Ca2+質量比為0.061～0.295 g/kg，Na+質量比為0.052～0.707g/kg，Mg2+質量比為0.019～0.110 g/kg，故土壤鹽分組成中陽離子主要為Na+、Ca2+，K+、Mg2+質量比相對較低。②一價陽離子中Na+的質量比更高。漫灌下，土壤K+、Na+質量比均無明顯變化；噴灌下Na+質量比變化明顯，隨土層深度的增加Na+質量比逐漸增長，K+質量比無明顯變化；滴灌下土壤K+質量比變化明顯，隨土層深度的增加，K+質量比逐漸降低，Na+質量比無明顯變化。③二價陽離子中Ca2+不易移動且質量比更高，這與王為木等[13]的研究結論相符。漫灌下Ca2+、Mg2+質量比無明顯變化；噴灌和滴灌下Ca2+、Mg2+質量比變化明顯，隨著土壤深度的增加，噴灌下Ca2+、Mg2+質量比先增加后降低，滴灌下Ca2+、Mg2+質量比先降低后增加。

2.5 灌溉方式對土壤鹽漬化的影響

土壤鹽漬化受氣候、地形、灌溉方式、排水方式等多種因素的影響，合理的灌溉方式可以使土壤保持適宜的鹽分平衡，還能避免水分分散以及過分排水造成的水資源浪費[15]。在灌溉過程中，不同灌溉方式的單次灌水量、灌水濕潤過程和部位、灌水后土壤水分的運動速率不同，這都會影響到土壤中鹽分的累積和遷移[14]。漫灌作為最普遍的灌溉方式，在石嘴山地區長期采用，漫灌保證了農作物的收獲，但也加劇了土壤鹽漬化程度[16-18]。目前，研究區漫灌下土壤整體鹽分質量比降低且分布相對均勻，表層土壤無鹽漬化，這可能是因為排水系統得到改善，也可能是地下水得到有效利用的結果；滴灌和噴灌方式下，土壤鹽分質量比明顯高于漫灌，土壤呈現輕度鹽漬化。高相艷[19]研究表明，土壤長期處于濕潤狀態，會使團粒結構被破壞，從而易形成板結層。研究區噴灌和漫灌方式田地種植的主要農作物是供港蔬菜，在蔬菜成長過程中要多次澆水，土壤長期濕潤的狀態進一步加劇了鹽漬化程度，所以研究區噴灌方式田地土壤鹽漬化程度整體偏高，而滴灌方式田地土壤鹽分表聚現象明顯。

3 結論與討論

1）研究區漫灌和噴灌方式田地不同土層的鹽分均值變化趨勢基本一致，滴灌下土壤鹽分表聚現象明顯。3 種灌溉方式下，土壤鹽分均未表現強變異性，可見研究區鹽漬化土壤鹽分質量比波動不大，處于基本穩定狀態。

2）研究區現有耕地中不同程度鹽漬化的面積為542.47 km2，占耕地總面積的52.33%。根據土壤鹽漬化分級標準，漫灌下土壤無鹽漬化，噴灌、滴灌下土壤均為輕度鹽漬化。

3）研究區土壤SO42-、Na+、Ca2+質量比較高，SO4

2-、Na+質量比受灌溉方式的影響顯著。噴灌和滴灌對土壤陰、陽離子質量比的影響比較明顯，漫灌基本無影響。