不同種植方式對草木樨滴灌土壤水鹽運移的研究

郭建忠，劉淑慧，李 森，盧垟杰

(太原理工大學水利科學與工程學院，太原 030024)

黃花草木樨為豆科草木樨屬植物，適應性強，具有耐旱、耐貧瘠和耐鹽堿等特性，具有很高的生物產量，能最大限度地改良土壤[1]。草木樨屬于深根性植物、根系發達，是保持水土的先鋒植物[2]，發展草木樨對促進農牧業發展和改良土壤具有重要作用。山西省大同盆地分布著大部的鹽堿化土壤，并且大部分土壤受次生化鹽漬化的威脅，土壤的鹽漬化已成為威脅當地經濟和農牧業發展的重要因素之一[3]。

目前，在設施農業和干旱區大田灌溉中，滴灌已是發展成熟的微灌技術[4]。國內外對于滴灌技術的研究也比較多，但大部分都集中在實驗室內點源入滲機理的模擬研究[5-7]和滴灌條件下對作物生長要素的影響[8,9]。由于大田試驗受氣候、土壤結構、作物、地下水等多重因素的共同影響，小尺度微地形的大田試驗鹽堿地滴灌水鹽運移方面的復雜性導致研究并不是特別多。李明思等人通過13 a的膜下滴灌數據研究表明由于滴灌產生的濕潤鋒不會造成整個土層的鹽分含量增高[10]；王振華、楊培嶺等人研究表明1～4 a根區總鹽變化幅度及降低幅度較大[11]；魯為華等人通過研究滴灌和漫灌得到滴灌淋洗鹽分形成窄深型的濕潤區[12]。

本論文通過田間試驗，在大同盆地的鹽堿荒地上，以草木樨為試驗材料，根據王雪、樊貴盛等人得出鹽堿化土壤入滲量小的特點[13-15]，通過田間試驗觀測，采用少量多次的滴灌灌溉方式，設置每3 d蒸發量之和的50%水平灌溉[16]，采取平作和壟作的耕作方式，研究滴灌前后水鹽運移情況，旨在為鹽堿地牧草滴灌改善鹽堿土壤提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2015年6-9月在山西省朔州市山陰縣后張堡村的鹽堿荒地上進行，該區降水主要集中在7-9月份，地表蒸發強烈，空氣干燥，年平均降雨量為398.9 mm，蒸發量為1 870 mm，年平均氣溫為7 ℃，1月最低氣溫-27.6 ℃，7月最高氣溫33.2 ℃。試驗地本底土壤性質、初始含水率、pH、電導率見表1。

表1 試驗地土壤理化性質

注：根據美國農部土壤質地三角分類。

1.2 試驗材料

供試牧草類型為草木樨。滴灌材料由河北省生產，滴灌系統主管采用Ф32的PVC管道，滴灌帶滴頭設計流量0.6 L/h，滴頭間距20 cm。

1.3 試驗設計與田間管理

試驗分為壟作和平作(見圖1、圖2)，其中壟作的壟高10 cm，壟肩寬20 cm，壟坡度為1∶1；平作滴灌帶距離為60 cm。每個小區面積1.8 m×2 m，設3個重復。每個小區布置3條滴灌帶，壟作滴灌帶布置在壟肩中央，壟肩中央間距為60 cm，平作每條滴灌帶間距為60 cm。2014年6月中旬進行苜蓿夏季播種，種子在播前擦破其較硬的外殼，每公頃播種34.2 kg苜蓿種子。灌水時在支管上加裝水表控制灌水量，7月25號待出苗完成后，進行水量滴灌控制，通過實地進行觀察和試驗，確定其灌水周期為3 d，為每3 d蒸發量總和的50%，降雨量大于蒸發量時不進行滴灌。

圖1 草木樨平作方式布置

圖2 草木樨壟作方式布置(單位：cm)

1.4 灌溉管理

苗期處理前統一灌水管理，灌水定額為每天2 mm。開始處理后，處理為每3 d灌一次水，每次灌水開始時間相同。通過查閱相關鹽堿土壤入滲和實地滴灌入滲情況，整個生育期按照每3 d蒸發量的50%灌溉[16]，累積灌溉156.15 mm，累積蒸發量為453.3 mm，累積降雨量為148.8 mm。

利用E20型蒸發皿測定水面蒸發量，草木樨生長期內蒸發和降雨量見圖3，灌水量見圖4。

圖3 草木樨生長期內蒸發和降雨量

圖4 草木樨生長期內灌水量

1.5 測定項目及方法

(1)土壤樣點選取。土樣采集在每個處理第2條壟上取土樣，取樣時間為6月14日、9月20日，取樣點為距離滴頭水平距離0、10、20、30 cm，垂直深度0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80、80～100 cm，自封袋裝土，土樣烘干，碾細過1mm篩備用。

(2)土壤性質測定。土壤水分采用烘干法，105～110 ℃烘8 h；pH值采用pHS-3C型pH 計測定，土水比為1∶1，震蕩均勻后在5 000 r/min轉速下離心6 min后測定；電導率(EC)采用DDS-307A型電導率儀測定，土水比為1∶1，震蕩均勻后在5 000 r/min轉速下離心6 min后測定[17]。

(3)數據分析。采用Surfer 11進行畫圖。

2 結果與分析

2.1 不同耕作方式對電導率的影響

土壤初始導率分布見圖5。不同耕作方式在同樣的灌溉水量下，影響著鹽分的分布[18]。從圖6壟作電導率變化和平作電導率變化可以看出，滴頭下方0～60 cm平均電導率為0.513 mS/cm，灌溉結束后，壟作0～60 cm平均電導率為0.321 mS/cm，比灌前下降了37.4%，平作0～60 cm平均電導率為0.401 mS/cm，比灌前下降了21.8%。在滴頭下方的電導率值都有不同程度的下降，且鹽分向滴灌邊緣遷移即電導率值增大。在灌溉結束后，壟作的耕作方式在滴頭下方0～40 cm的電導率下降比較明顯，灌溉結束后0～40 cm平均電導率0.258 mS/cm比初始0～40 cm平均電導率0.542 mS/cm下降52.4%；而平作的在滴頭下方0～20 cm的電導率下降的比較明顯，灌溉結束后0～20 cm平均電導率0.334 mS/cm比初始0～20 cm平均電導率0.483 mS/cm下降30.8%。故壟作的淋洗深度比平作深，壟作的淋洗效果好。

圖5 土壤初始電導率分布

圖6 灌溉結束后，壟作和平作電導率分布

2.2 不同耕作方式對pH值的影響

土壤初始pH值分布見圖7。由圖8壟作和平作pH值灌溉結束后變化可知，總體情況根區土壤的pH值都有不同程度的降低。其中壟作在距離地表40 cm的范圍內pH值變化情況最為明顯，而平作pH值變化范圍則在表層20 cm范圍內有所降低。壟作種植方式灌溉水量的一部分由于水力梯度從壟肩流出，鹽分隨著水分被帶走，所以淋洗的效果比較明顯。

圖7 土壤初始pH值分布

圖8 灌溉結束后壟作和平作pH值分布

2.3 不同耕作方式對含水率的影響

由圖9和圖10可知，土壤含水率都是表層較低而后升高，土壤含水率在20～30 cm處達到最高值[19]，在30～60 cm含水率有所降低，到土壤底層有升高的趨勢。最表層含水率都比20 cm土層的含水率低，這是由于表層土壤更容易與外界接觸，騰發量較深層的土壤大。通過比較發現，壟作表層的土壤含水率較平作表層的含水率低，這可能是由于高于地表的壟臺中的滴灌水分由于水力梯度從壟肩流出，造成水分流失。

圖9 土壤初始含水率分布

圖10 灌溉結束后壟作和平作含水率分布

3 結 論

本試驗通過對比平作和壟作的種植方式在試驗滴灌前后電導率、pH值和含水率的變化，來對比水鹽變化情況。

(1)在滴灌條件下，滴頭下方電導率和pH值都有所下降，且向邊緣增大，壟作的淋洗深度在0～40 cm，平作的則在0～20 cm，壟作的淋洗效果比平作好。出現這種情況的原因是起壟后原來地表相對平坦的自然地形發生了改變，形成地勢相對較低的壟溝和較高的壟臺[20]，在滴灌灌溉和降水共同作用下，壟臺土壤中的鹽分隨水分運動作用向地勢相對較低的壟溝和土壤深處匯集，壟作灌溉水量的一部分由于水力梯度從壟肩流出，鹽分隨水分流走，淋洗的效果比平作較明顯。

(2)由于部分水分從壟肩流出，所以壟作表層的土壤含水率較平作的低，同樣由于水分的流失，帶走了鹽分，所以壟作鹽分和pH值淋洗的效果較平作好。因此，水分的流失和鹽分的淋洗在此處形成一對矛盾，所以在鹽堿化程度比較嚴重的地區，鹽分對作物生長的影響成主導因素，建議采用滴灌加起壟的種植方式，可以對作物根區的鹽分進行有效的淋洗。

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