干旱區沙土條件下不同滴灌歷時對濕潤體形狀、含水量的影響

摘 要 通過在新疆哈密市亞克斯銅鎳礦區周邊防護林帶進行單點源滴灌試驗，研究在原位沙土條件下地表滴灌不同灌水歷時對土壤中濕潤鋒形狀和濕潤體含水量變化率的影響，結果發現：相同滴頭流量下不同滴灌歷時濕潤鋒均呈平臥1/4橢球體分布，并且濕潤鋒邊緣呈不規則狀態分布，隨著地表滴灌歷時的增加，濕潤體含水量變化率也隨之增大，距離供水點越遠濕潤體含水量越小。

關鍵詞 干旱區沙土；滴灌；濕潤鋒；含水量

中圖分類號：S275.6 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.05.052

水資源短缺是限制新疆地區可持續發展的主要因素，新疆除礫石戈壁外大部分耕作用地均為沙土[1]。滴灌作為高效節水灌溉技術，它不僅能夠大幅度提高現有水資源的水分利用效率，還能有效減少作物根系層營養物質淋失[2]。滴灌系統能夠適時適量地進行灌溉，是進行正確滴灌系統設計和高水平田間作物水分管理的前提和基礎[3]，本文通過大田原位沙土單點源滴灌入滲試驗，對比研究不同滴灌歷時下濕潤體形狀和含水量的變化特征，為進一步研究滴灌在新疆沙土地區中應用和運行管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗地位于新疆哈密市境內，距離高昌區140 km的亞克斯黃山銅鎳礦區周邊防護林帶內，東經96°23’，北緯42°35’，海拔1 798 m。該地區屬溫帶大陸性干旱氣候，干燥少雨，晴天多，年平均氣溫9.8 ℃，年降水量33.8 mm，年蒸發量3 300 mm，年均日照3 358 h，無霜期182 d，春季多風，冷暖多變，夏季酷熱，蒸發強，秋季晴朗、降溫迅速，冬季寒冷，極端最高氣溫43 ℃，極端最低氣溫-32 ℃。

1.2 樣地選擇與布置

在試驗區內選擇檉柳林附近一塊比較平整且土壤未經過擾動的田塊作為試驗樣地，結合檉柳林種植株行距為1 m×4 m，試驗用地面積為10 m×10 m，去除表面覆蓋土以及雜物，將表層土壤翻修平整。為避免防護林帶日常灌溉對樣地造成影響，試驗樣地布設在距離梭梭林帶邊緣10 m處。

1.3 試驗設備與方法

1.3.1 試驗設備

滴灌試驗中主要的試驗設備有供水系統和水分測量儀器構成。滴灌試驗過程中土壤中的水分含水量的測定采用Decagon公司生產的ECH20傳感器和北京雨根公司生產的48通道數據采集器進行長期自動測定。

1.3.2 試驗方法

滴灌試驗于2014年7月進行，試驗采用自制壓力設備，設計滴頭流量為8 L/h，灌溉歷時分別為4、6 h。每灌水梯度試驗重復3次。以樣地中心為O點，挖深1.8 m、長2 m、寬0.5 m的剖面，在水平徑向上以中心為O點為起點，在距離中心點20、40、60、80、100、120、140、160、180 cm處分別布設水分探頭，探頭距離地表20cm。在垂直徑向上同樣以O點為起點，在距離地表20、40、60、80、100、120、140、160 cm處分別布設水分探頭。為了保證數據準確性在與水平方向成30°、60°夾角再均勻布置兩排探頭，共計布置水分探頭31個。滴灌試驗過程中數據每隔30 min采集1次，每一梯度試驗結束后，待土壤中含水量恢復到或接近初始含水量時，在進行下一灌水歷時試驗。

1.4 數據分析

采用SURFER8.0軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 滴灌歷時對濕潤鋒形狀和運移過程的影響

圖1為停止灌水時不同灌水歷時下濕潤鋒的形狀，由圖1可知，滴頭流量相同的條件下，隨著灌水歷時的增加濕潤鋒的形狀出現了不同的變化，兩種灌水歷時下濕潤鋒均呈平臥半橢球體分布，灌水歷時增大后濕潤鋒的分布范圍逐漸增大，滴灌過程中濕潤鋒邊緣呈不規則狀態分布，主要是由于受到土壤質地和初始含水率的影響所導致。當滴灌歷時，增大后濕潤體水平方向距離增加幅度不顯著，垂直方向入滲距離出現了明顯的增加幅度，可見滴灌條件下灌水歷時的增加有利于濕潤鋒垂直方向運移。

2.2 滴灌歷時對濕潤體容積含水量的影響

依滴灌過程中各個ECH2O水分探頭實測土壤含水量數據為依據，利用繪圖軟件SURFER8.0對不同的滴灌歷時下實測數據進行分析，分別繪制出滴灌歷時為4、6 h容積含水量變化率等值線圖，圖2為停止灌水時不同滴灌歷時下土壤含水量變化等值線，由圖2可知，距離供水點（O點）越遠濕潤體含水量越小，以供水點為中心向土壤中依次遞減，當滴灌歷時增大時，進入到土壤中的水量也隨之增大，導致濕潤體的濕潤區間不斷增大，相比之下濕潤體的內部含水量也隨之增大。出現以上現象的主要原因是由于滴灌過程中，進入到土壤中的水分受到土壤透水性的限制，灌溉量逐漸增大使土壤中的水分不能及時擴散，水分在滴頭正下方土壤中出現了暫時的停留聚集。以水平向距離供水點20 cm、垂直向距離供水點-40 cm處為例，可知當灌水歷時為4 h時該處土壤含水量變化率為5%，隨著灌水歷時增加至6 h時該處含水量變化率增加至7%，可見在同一滴頭流量下隨著灌水歷時的增加，土壤中同一位置處土壤含水量變化率也隨之增大。

3 結論

在干旱地區沙土條件下，通過對未經過擾動的原狀土進行的滴灌歷時對濕潤鋒形狀、含水量的影響試驗發現：滴灌過程中濕潤鋒均呈平臥半橢球體分布，并且濕潤鋒邊緣呈不規則狀態分布，灌水歷時增大后濕潤鋒的分布范圍逐漸增大；相同滴頭流量下當滴灌歷時增大后，濕潤體的體積以及土壤中含水量均隨之增大，并且距離供水點越遠濕潤體含水量越小，以供水點為中心向土壤中依次遞減。

參考文獻

[1]張志剛，李宏，李疆，等.地表滴灌條件下滴頭流量對土壤水分入滲過程的影響[J].干旱地區農業研究，2014，32（4）：53-58.

[2]張志剛.滴灌條件下土壤水分運移規律研究[D].烏魯木齊：新疆師范大學，2013.

[3]劉雪芹，范興科.滴灌條件下土壤水分再分布過程研究[J].干旱地區農業研究，2006，24（4）：42-45.

（責任編輯：劉昀）