滴灌棉田非生育期春灌溫度和灌水量對土壤鹽分的影響

岳春芳，孫珍珍，李藝珍

(新疆農業大學水利與土木工程學院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】土壤鹽堿化是制約干旱區灌溉農業可持續發展的重要因素之一，在我國東北、西北、華北的干旱、半干旱地區普遍存在[1-3]。滴灌作為一種新型節水灌溉技術在這類地區得到廣泛應用；但隨著對此技術的深入研究，部分學者認為由于滴灌技術灌溉量少而蒸發量大，會造成土壤剖面鹽分累積，不利于綠洲灌溉農業的可持續發展[1,4-7]。滴灌水量在生育期對這些鹽分的淋洗作用十分有限，所以需要將非生育期灌溉與生育期灌溉聯合以抑制土壤鹽分累積。2000年前后，膜下滴灌技術在新疆已經應用廣泛，但僅限于棉花的生育期，對于非生育期的排鹽效果研究較少。在南疆地區，棉花非生育期在每年春季3月中旬采用大水漫灌，排水溝排水的方式進行灌溉。這種方式灌水量大，嚴重浪費水資源，不滿足最嚴格水資源管理制度的要求；而且每塊棉田灌溉時間不同，即灌溉時的土壤溫度和大氣氣溫不同，導致后期棉田返鹽情況也不同。因此，進行滴灌棉田非生育期的合理灌溉方案研究具有重要意義。【前人研究進展】近年來，非生育期滴灌棉田的研究多集中于研究灌水量，排水方式等對于土壤鹽分的影響，對于棉田溫度對土壤鹽分的影響研究相對較少。例如，郭路利等[8]進行了灌水定額，灌水頻率對非生育期棉田返鹽效果的試驗，指出在相同的灌水量下，不同頻率春灌灌水比一次性灌水洗鹽效果明顯，會更好地抑制返鹽現象；在不同的灌水定額下，隨著灌水量的增加洗鹽率逐漸升高，而返鹽率逐漸降低。李志剛等[9]通過研究少免冬春灌對棉田非生育期土壤水鹽分布的影響表明，冬春灌具有淋洗鹽分的效果，隨著灌水量增加，鹽分越容易被淋溶至土壤深層，上層脫鹽率和脫鹽深度都在增加；同時，灌溉前后土壤含水量、鹽分含量和鹽分含量差異增加。楊曉征等[10]通過研究新疆地區不同排水模式對非生育期膜下滴灌棉田春灌洗鹽效果，得出常規排水措施及控制排水措施有利于春灌土壤淋洗去鹽。【本研究切入點】目前研究均沒有考慮溫度對土壤返鹽的影響。研究分析滴灌棉田非生育期春灌溫度和灌水量對土壤鹽分的影響。【擬解決的關鍵問題】研究增加溫度對于土壤鹽分的影響，選取一個合適溫度，為新疆巴州制定滴灌棉田非生育期的灌溉洗鹽方案提供一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

在新疆農業大學庫爾勒灌溉試驗站節水農業試驗基地進行，試驗區位于天山南麓塔里木盆地邊緣孔雀河沖積平原帶，新疆巴音郭楞蒙古自治州庫爾勒市西尼爾鎮(41°35′N，86°10′E)。該區干旱少雨，蒸發強烈，晝夜溫差大，多年平均降水量53.3～62.7 mm，蒸發量2 273～2 788 mm，屬暖溫帶大陸性荒漠氣候。試驗區土壤基本以壤土(美國農業部土壤質地分類)為主，試驗田土壤質地：0～35 cm為砂質壤土，35～60 cm為粉壤土，60～80 cm為砂質壤土，80～100 cm為砂土。試驗灌溉水為渠系淡水，地下水埋深為12 m左右。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗田為生育期多年膜下滴灌，非生育期大水漫灌方式進行灌溉；棉花種植方式為一管四行，常規管理。試驗分為2組，每組3個處理，每個處理均有一組重復試驗，每個試驗田面積為5×8 (m2)，取土深度均為120 cm，從表面0 cm開始取，每隔10 cm為一層。第一組試驗三個處理a1、a2、a3，灌水量分別為1 350、1 800和2 250 m3/hm2。表1

表1 春灌試驗方案
Table 1 Spring irrigation experiment scheme

處理Treatment小區面積Area(m2)灌水量Irrigationwater(m3/hm2)灌水時間及溫度Irrigationtimeandtemperature(℃)第一組Grouponea15×81350a25×81800a35×822503月13日,地溫5℃,氣溫12℃第二組Grouptwob15×81350b25×81800b35×822503月20日,地溫10℃,氣溫17℃

1.2.2 土壤樣品

試驗于2015年3月開始，3月13日17：00，土層深度25 cm處地溫為5℃，氣溫為12℃，灌前取土樣，測電導轉換成含鹽量為灌前土壤鹽分值。3月15日小區灌溉，3月19日灌后取土樣，測電導轉換成含鹽量為灌后土壤鹽分值。第二組試驗三個處理b1、b2、b3，灌水量與第一組灌水量相同，分別為1 350、1 800和2 250 m3/hm2。3月20日17：00，土層深度25 cm處地溫10℃，氣溫17℃，3月20日上午灌前取土樣，下午小區灌溉，3月24日灌后取土樣。為了分析土壤返鹽速率，在b2處理試驗地，3月22日第二次取土樣，3月25日第三次取土樣。

春灌前后各取一次土樣，進行水鹽同步檢測。具體做法：灌前在每個小區較平整地面的相鄰窄行、間行、寬行各取一個孔洞，用土鉆取土，取樣深度為 120 cm，從表層開始取樣，10 cm 為一層；窄行、間行、寬行各重復取樣一次，即每個小區取6個孔洞。為了減少土壤差異性，取土后用原土封填，做好標記；灌前取樣后對孔洞分層密實回填，灌后在距灌前取樣點40 cm左右取樣，盡量減少土壤空間變異對監測結果的影響。土壤含鹽量用土壤電導率來表征，土壤鹽分測定：先用烘干法測量含水率，將土樣在實驗室用烘箱烘干，磨碎后過1 mm土篩，取土水比1∶5的土壤浸提液，采用電導率儀DDS-307測定電導率值(μs/cm)，然后通過鹽分標定曲線，轉換成含鹽量。通過比較春灌前和春灌后土壤的含鹽量，計算出脫鹽率。試驗中的地溫用地溫計，氣溫用室外溫度計量測。

1.3 數據統計

試驗測得的數據用Excel 2010進行統計和數據處理，并用Excel 2010進行作圖。

2 結果與分析

2.1 非生育期灌溉水量對土壤鹽分的影響

研究表明，不同灌水量的土壤脫鹽率大致趨勢一致，均呈“S”型，這與土壤質地有著密切關系，也與鹽隨水動的形態有著一定關系。由于棉花收割之后，便不再灌溉，加之當地蒸發強烈，導致春季土壤表面的鹽分劇增，灌溉之后，表面的鹽分隨著水分被帶入土壤深層，遇到不同土質，鹽分逗留不同。土壤土層0～70 cm，a3處理的脫鹽率大于a2及a1，說明a3處理的脫鹽效果最好，即2 250 m3/hm2灌水量脫鹽率最好。土壤土層70～120 cm，a2處理的脫鹽率大于a3及a1，說明a2處理的脫鹽效果最好，即1 800 m3/hm2灌水量脫鹽率最好。土壤土層0～70 cm，灌水量越大，脫鹽率越好。圖1

圖1 第一個小組三個處理結果
Fig.1 Three processing results of group one

研究表明，土壤脫鹽率也隨土層深度的變化呈“s”型；2 250 m3/hm2灌水量脫鹽率較好，1 350 m3/hm2灌水量的脫鹽率幾乎在0～120 cm都小于零。灌水量1 350 m3/hm2作為鹽分淋洗量顯然灌水量太小，達不到鹽分淋洗效果；灌水量越大，洗鹽效果越好，2 250 m3/hm2灌水量為三者中較優灌水量。圖2

圖2 第二個小組三個處理結果
Fig.2 Three processing results of group two

2.2 非生育期春灌時的溫度對土壤鹽分的影響

研究表明，在相同灌水量下，灌溉時的地溫與氣溫不同，脫鹽效果不同。圖1中三個處理的土壤脫鹽率大部分都是正數，說明有脫鹽效果；而圖2中三個處理的土壤脫鹽率大部分為負數，表明在第二組方案的低溫及氣溫下，不論在什么灌水量情況下脫鹽效果都不夠好。最為明顯的是1 350 m3/hm2灌水量下的脫鹽率，在圖1地溫為5℃、氣溫為12℃下，土壤土層0～120 cm范圍內，整體呈脫鹽狀態，而在圖2土層深度25 cm處地溫為10℃、氣溫為17℃下，土壤土層0～120 cm，整體呈積鹽狀態。等量的灌水量，不同溫度下，一個可以達到脫鹽狀態，而另外一個完全不能達到脫鹽效果。則說明相同灌水量，以及其他因素相似情況下，灌溉時溫度不同，脫鹽效果不同，而且相同灌水量下，溫度對土壤脫鹽效果的影響較大。圖1，圖2

2.3 灌溉后土壤返鹽速度

研究表明，b2方案處理試驗地，在土壤土層25 cm處地溫5℃，氣溫12℃，灌水量為1 800 m3/hm2的灌溉條件下，比較19和25日的脫鹽率可以發現，僅相差6 d，25日的脫鹽率幾乎全部小于零，說明土壤返鹽速率很快。導致這種現象的原因，可能是蒸發強烈，蒸發的速率遠大于淋洗的速率；灌水過程中，水分把土壤中不易溶解的鹽溶解，蒸發時，鹽分隨著水分向上運動，導致返鹽速率很快，對棉花播種不利。考慮到返鹽的因素，非生育期春灌時間不易過早。圖3

圖3 土壤返鹽速度
Fig.3 The rate of salt back to soil

3 討 論

近幾十年來，在氣候和人為作用的影響下，新疆土壤鹽漬化現象日趨嚴重[11-12]。庫爾勒地區屬于典型的暖溫帶大陸性干旱氣候，年平均降水量58.6 mm，年最大蒸發為2 788.2 mm；當地在棉花生育期多采用膜下滴灌技術進行灌溉，而在非生育期采用大水漫灌，排水溝排水的方式進行灌溉；而且，灌溉時間較為隨意，導致不同時間灌溉的土地返鹽情況不同。這種鹽分淋洗方式浪費大量水資源，沒有起到淋洗土壤鹽分最佳的效果。因此，研究所涉及到的關于非生育期春灌溫度和灌水量對土壤鹽分的影響分析能為該地區提供一個較為合理的非生育期春灌方案。由于試驗區蒸發強烈，導致土壤返鹽速率很快，所以非生育期春灌時間不宜過早。然而，非生育期灌溉時間過晚，會導致土壤脫鹽效果不好。因此，要慎重選擇春灌時間。

在試驗過程中，由于地溫計的長度有限，導致測量土溫深度不夠深，僅考慮了2種溫度，關于精準的非生育期灌溉時間和灌溉溫度的制定還有待進一步研究；另外，有研究表明地下水位的變化影響表層土壤的積鹽過程[13]，相同灌水量下，地下水位對土壤鹽分的影響也很重要。除了研究中已有的研究因素，還應研究灌區地下水埋深、地下水礦化度與表層土壤特性之間的關系等對土壤鹽分的影響。

4 結 論

非生育期春灌在不同灌水量及不同灌溉溫度情況下，對土壤鹽分的淋洗作用不同，不同灌水量和溫度對土壤鹽分有很大的影響。

膜下滴灌節水灌溉技術在新疆得到了大面積的推廣應用，但由于在其生育期灌溉水量有限，對已存在鹽堿化情況的土壤的淋洗作用不夠，可能導致土壤鹽分的再次累積，引發新的次生鹽堿化風險。基于在巴州庫爾勒棉田開展的非生育期鹽分淋洗試驗，討論了非生育期不同灌溉水量和溫度對土壤鹽分的影響，土壤土層0～70 cm，灌水量越大，脫鹽率越高，洗鹽效果越好的結論；同時，在相同灌水量下，地溫為5℃、氣溫為12℃下灌水的脫鹽效果明顯優于地溫為10℃、氣溫為17℃下灌水的脫鹽效果。溫度對土壤脫鹽效果影響極大，在不同地溫氣溫下灌溉產生的洗鹽效果差異較大。

參考文獻(References)

[1] 羅毅. 干旱區綠洲滴灌對土壤鹽堿化的長期影響[J]. 中國科學:地球科學,2014,44(8):1 679-1 688.

LUO Yi.(2014). The Long-term Effect of Drip Irrigation on Soil Salinization in Arid Oasis [J].ChineseScience:EarthScience, 44(8):1,679-1,688. (in Chinese)

[2]張蔚榛,張瑜芳. 對灌區水鹽平衡和控制土壤鹽漬化的一些認識[J]. 中國農村水利水電,2003,(8):13-18.

ZHANG Wei-zhen, ZAHNG Yu-fang. (2003). Knowledge of Water-and-Salt Balance and Control of Soil Saline-and-Water-logging in Irrigation District [J].ChinaRuralWaterandHydropower, (8):13-18. (in Chinese)

[3]田長彥,周宏飛,劉國慶. 21世紀新疆土壤鹽漬化調控與農業持續發展研究建議[J]. 干旱區地理,2000,(2):177-181.

TIAN Chang-yan, ZHOU Hong-fei, LIU Guo-qing. (2000). The Proposal on Control of Soil Salinizing and Agricultural Sustaining Development in 21th Century in Xinjiang [J].AridAreaGeography, (2):177-181. (in Chinese)

[4]胡宏昌,田富強,張治,等. 干旱區膜下滴灌農田土壤鹽分非生育期淋洗和多年動態[J]. 水利學報,2015,46(9):1 037-1 046.

HU Hong-chang, TIAN Fu-qiang, ZHANG Zhi, et al. (2015). Soil Salt Leaching in Non-growth Period and Salinity Dynamics under Mulched Drip Irrigation in Arid Area [J].JournalofHydraulicEngineering, 46(9):1,037-1,046. (in Chinese)

[5]羅亞峰,陳艷艷,張燁文, 等. 新疆壤土條件下滴灌棉田鹽分運移規律研究[J]. 中國棉花,2011,38(4):27-29.

LUO Ya-feng, CHEN Yan-yan, ZHANG Ye-wen, et al. (2011). Study on the Law of Salt Transport Action at the Condition of Loam in Cotton Field in Xinjiang [J].ChinaCotton, 38(4):27-29. (in Chinese)

[6]王雅琴,劉洪光,朱擁軍. 重鹽堿地膜下滴灌土壤鹽分運移規律研究[J]. 灌溉排水學報,2010,29(3):58-60.

WANG Ya-qin, LIU Hong-guang, ZHU Yong-jun. (2010). Salinity Migration Rule under Mulching Plastic Drip Irrigation in Heavy Salty Soil [J].JournalofIrrigationandDrainage, 29(3):58-60. (in Chinese)

[7]張偉,李魯華,殷波,等. 膜下滴灌新疆棉田土壤鹽分的運移規律[J]. 石河子大學學報(自然科學版),2008,26(6):682-685.

ZHANG Wei, LI Lu-hua, YIN Bo, et al. (2008). Studies on the Condition of Drip Irrigation in the Secondary Stalinization Cotton Field in Xinjiang [J].JournalofShiheziUniversity(NaturalScienceEd.) , 26(6):682-685. (in Chinese)

[8]郭路利,張海寧,錢一凡,等. 不同灌水定額、頻率對非生育期棉田返鹽效果試驗[J]. 中小企業管理與科技(上旬刊),2015,(12):232-233.

GUO Lu-li, ZHANG Hai-ning, QIAN Yi-fan, et al. (2015). Effect of Different Irrigation Quota and Frequency on the Effect of Salt Return to Cotton Field in Non-fertility Period [J].MinorEnterprisesManagementandTechnology, (12):232-233. (in Chinese)

[9]李志剛,葉含春,肖讓. 少免冬春灌對棉田非生育期土壤水鹽分布的影響[J]. 節水灌溉,2014,(12):10-15.

LI Zhi-gang, YE Han-chun, XIAO Rang. (2014). Influence of Less or Free of Winter and Spring Irrigation on Soil Water and Salt Distribution in Cotton Non-growth Period [J].Water-savingIrrigation, (12):10-15. (in Chinese)

[10]楊曉征,馬曉蘭. 新疆地區不同排水模式對膜下滴灌棉田春灌洗鹽效果分析[J]. 人民珠江,2014,35(4):71-72.

YANG Xiao-zheng, MA Xiao-lan.(2014). Analysis of Different Drainage Patterns in Xinjiang Area in Spring Cotton Field [J].PearlRiver, 35(4):71-72. (in Chinese)

[11]亓沛沛,冉圣宏,張凱. 不同灌溉方式和作物類型對西北干旱區耕地土壤鹽漬化的影響[J]. 農業環境科學學報,2012,31(4):780-785.

YUAN Pei-pei, RAN Sheng-hong, ZHANG Kai. (2013). Effects of Different Irrigation Modes and Crop Types on Soil Salinization in Shihezi Reclamation Area, China [J].JournalofAgro-EnvironmentalScience, 31(4):780-785. (in Chinese)

[12]韓春光,丁建麗,蒲云錦,等. 干旱區綠洲41年溫度和降水變化趨勢及分析[J]. 干旱區資源與環境,2008,(11):50-54.

HAN Chun-guang, DING Jian-li, PU Yun-jin, et al. (2008). The Change Characteristics of the Temperatures and Precipitation in Shihezi, Xinjiang in the Recent 41 Years [J].JournalofAridLandResourcesandEnvironment, (11):50-54. (in Chinese)

[13]吐爾遜·艾山. 渭-庫綠洲鹽漬化土壤與地下水特征時空變化研究[D]. 烏魯木齊：新疆大學,2012.

Tuerxun Aishan. (2012).StudyontheSpatialVariabilityofSalineSoilandGroundwaterCharacteristicsinOganKuqaOasis[D]. Master Dissertation. Xinjiang University, Urumqi. (in Chinese)