平作紫花苜蓿滴灌前后鹽堿地土壤水鹽運移研究

盧垟杰，劉 慶，聶坤堃，劉淑慧

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司,西安 710075；2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司,西安 710075;3.西安理工大學水利水電學院,西安 710048;4.太原理工大學水利科學與工程學院,太原 030024)

0 引 言

我國自1974年自墨西哥引入滴灌技術以來，經過技術人員和科研工作者的不懈努力，滴灌技術較引進初期有了極大的發展和提升[3]，尤其在鹽堿地區的滴灌改良方面有了長足的進步。國內外大量科研工作者對滴灌水鹽運移規律做了充分的研究探討。Goldberg[4,5]經過研究發現，滴灌時滴頭下方土壤的浸潤體大小主要受初始含水率、土體性質、滴頭流量和灌水定額等方面的影響。逄春浩等[6]提出一次滴灌過程中，灌水量的一部分用于供給作物，滿足作物的水量需求，剩余水量用來淋洗土壤中多余的鹽分，這部分水恰好是使土壤維持鹽分平衡的重要原因。呂殿青等[7]在研究膜下滴灌的土壤水鹽運移規律時，創造性地將滴頭附近的土壤浸潤體細分為達標脫鹽區、未達標脫鹽區和積鹽區。滴灌條件下土壤鹽分聚集在濕潤鋒附近，然而隨著水分不斷地蒸發損耗，鹽分不斷隨之上移，水去鹽留，形成積鹽區，造成土壤的次生鹽漬化。張建軍等[8]計算了滴灌頻率不同時的蒸發損失后得到，每天一次滴灌的蒸發損失較灌水頻率每周一次高40%，說明當滴頭間距一定、土壤飽和導水率[9]較小時，較低頻率的滴灌更有利于改善土壤環境，提高作物產量。

本試驗采用滴灌的灌水方式結合平作[10]的種植方式，來研究滴灌前后鹽堿地土壤水鹽隨時間的運移規律，探討大同盆地滴灌改良鹽堿地的可能性，研究結果對大同盆地鹽堿地資源的開發利用有一定的指導意義。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試驗用的種子：紫花苜蓿(Alfalfa)極光一號。供試種子由蒂景園林綠化工程有限公司提供。

1.2 方 法

1.2.1 試驗區概況

試驗于2016年5月至2016年9月在山西省朔州市懷仁縣山西省農業科學院農業環境與資源研究所鹽堿地改良試驗示范基地進行。懷仁縣地處大同市與朔州市中間，北距大同市37 km，南離朔州市96 km，位于大同盆地中部，東經113°10′，北緯39°52′，屬于山西省蘇打鹽漬土[11]分布較多的縣區。

懷仁縣境地處北溫帶內，屬于大陸性季風氣候，四季氣候分明，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。懷仁年平均氣溫為7.3 ℃，全年平均無霜期150 d左右，年均日照時數為2 800 h，多年平均降雨量在315～459 mm之間，降水多集中于夏季七、八月份。

1.2.2 試驗布置

本試驗采用平作方式種植紫花苜蓿，如圖1，行間距為80 cm，紫花苜蓿根部附近布置滴灌帶，其中滴頭間距20 cm，滴頭流量為2 L/h[12]。灌溉定額選擇210 mm[13]，每周進行一次滴灌，每次灌水12 mm。試驗設置3個重復，每個小區長3 m，寬2 m。

圖1 紫花苜蓿平作示意圖

試驗土樣采集于2016年8月5日滴灌前后，其中8月4日為灌前土樣、8月6日為滴灌后24 h土樣、8月8日為滴灌后72 h土樣。

1.2.3 試驗地土壤

土壤樣品主要采自山西省懷仁縣有代表性的鹽堿地土壤，田間持水量為30%(體積含水率)取土時去除上表枯株落葉，為盡可能減少土壤本底值對試驗的干擾，取土深度為0～100 cm，將樣品中的石塊、作物根系及易見的雜物剔除后[14]，在短時間內拿回實驗室， 陰涼處風干后，過1 mm篩、裝盆。試驗地土壤的物理及化學性質見表1。

表1 試驗區土壤初始物理及化學性質

注：①土壤pH值和電導率值測定采用土和水的質量比為1∶5，取清液測定[15]；②土壤質地根據美國農業部土壤質地三角分類[16]。

1.2.4 數據測定及處理方式

土壤含水率：采用烘干法，101型電熱鼓風干燥箱108 ℃烘干8 h。

土壤電導率：選擇DDS-307A型電導率儀測定，土水比采用1∶5。

土壤pH：選擇PHS-3C型pH計測定，土水比采用1∶5。

試驗數據采用Excel、Sufer11等軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 滴灌前后對土壤含水率的影響

一次滴灌前后的土壤含水率剖面分布圖見圖2。

滴灌前土壤含水率的最小值為4.4%，出現在滴頭正下方的土壤表層；含水率峰值為11.5%，出現在距滴頭水平和豎直方向最遠的土層深處，基本呈現出由滴頭下方向土層深處和遠處逐漸增大的趨勢。原因是表層土壤受光照和溫度影響較大，水分蒸發速度快，而滴頭下的土壤水分被紫花苜蓿根部的生長吸收一部分，故在同一深度，滴頭下的土壤含水率較水平方向較遠的位置低。灌后24 h的土壤含水率峰值為12.0%，出現在滴頭正下方的土壤表層，較灌前高7.6%，呈現出由滴頭下方向土層深處和遠處減小后增大的趨勢。灌后72 h的土壤含水率分布趨勢與灌后24 h相似，但整體含水率低于灌后24 h的土壤含水率。灌后72 h滴頭正下方的表層土壤含水率為8.3%，較灌前高3.9%，較灌后24 h低3.7%。滴灌補充了土壤水分，土壤水分隨濕潤峰向土壤遠處和深處運移，但滴灌一次灌水量不大，僅補充根系附近土壤水分，土壤浸潤體較小，濕潤峰運移距離不大。灌后72 h的含水率土壤剖面圖中，由于水分的蒸發，已經難以辨認滴灌水分濕潤峰位置及土壤浸潤體大小。

2.2 滴灌前后對土壤電導率的影響

三個時期的土壤均在滴頭下方出現脫鹽區[7]，其土壤電導率剖面分布如圖3。

圖2 滴灌前后土壤含水率分布圖

圖3 滴灌前后土壤電導率分布圖

三個時期的土壤電導率基本均呈現出水平方向上滴頭處較小，隨水平距離增加土壤電導率增大的趨勢，土壤電導率峰值均出現在水平方向距滴頭最遠處，形成積鹽區。滴灌前的滴頭處的土壤表層的電導率為0.79 mS/cm，屬于輕度鹽化土壤[1]；灌后24 h為0.22 mS/cm，較灌前下降了72.2%，屬于極輕度鹽化土壤；灌后72 h為0.20 mS/cm，較灌前下降了74.7%，較灌后24 h下降了9.1%，屬于極輕度鹽化土壤，可以看出滴灌對土壤鹽分的淋洗效果明顯，尤其是滴頭下方，電導率下降較多，對鹽分淋洗效果最好。

灌前0～20 cm土層的土壤平均電導率為1.15 mS/cm，20～40 cm土層的土壤平均電導率為1.00 mS/cm，較上層低13.0%，原因為上層土壤水分蒸發使下層土壤水分補充上層，“鹽隨水來”[17]，而水分蒸發后土壤鹽分留在表層土壤中導致“水去鹽留”；灌后24 h在0～20 cm土層的土壤平均電導率為1.00 mS/cm，較灌前低13.0%，原因是滴灌水分滲入土壤后，土壤鹽分融入水中，在重力和毛管作用下，濕潤峰向土壤其他方向運移，“鹽隨水去”；灌后72 h的土壤鹽分逐漸向土壤電導率較低方向運移，在0～20 cm土層的土壤平均電導率為1.20 mS/cm，較灌后24 h高20.0%，在20～40 cm土層的土壤平均電導率為0.75 mS/cm，較灌后24 h高36.4%，可能是由于滴灌水量較小，土壤水分蒸發快，其他位置的土壤水分隨毛管作用對表層土壤進行補充，帶來了被淋洗的土壤鹽分，導致土壤電導率升高。

2.3 滴灌前后對土壤pH的影響

如圖4為滴灌前后土壤pH剖面分布圖。

圖4 滴灌前后土壤pH分布圖

灌前的土壤pH整體偏高，土壤pH值均在8.30以上，灌后土壤pH呈現出滴頭下小片區域pH值最小，向其他方向逐漸增大的趨勢。滴灌前的滴頭處的土壤表層的pH值為8.44，灌后24 h為7.75，較灌前下降了8.2%；灌后72 h為8.02，較灌前下降了5.0%，較灌后24 h升高了3.5%。滴灌后，滴頭下方表層土壤的鹽分被淋洗較多，小范圍內的土壤pH值出現最低值。

灌前0～20 cm土層的土壤平均pH值為8.42，屬于輕度堿化土壤；灌后24 h在0～20 cm土層的土壤平均pH值為7.8，較灌前下降了7.4%，屬于極輕度堿化土壤；灌后72 h在0～20 cm土層的土壤平均pH值為8.15，較灌前下降了3.2%，較灌后24 h升高了4.1%，屬于輕度堿化土壤。滴灌前后的土壤pH變化趨勢與土壤電導率變化趨勢相似，都是灌后24 h內電導率和pH下降明顯，而灌后72 h的土壤電導率和pH較灌后24 h有所升高，但仍較灌前低。原因是“鹽隨水去，鹽隨水來，水去鹽留”。

3 總結與討論

地表滴灌具有微流量、長時間和高頻率的優點，不僅可以降低作物根部的土壤溶液滲透壓，增強植物根系吸水，還可淋洗土壤鹽分[18]，而這恰好是滴灌可以使土壤維持鹽分平衡的重要原因。研究表明：

(1)滴灌可以有效補充土壤水分，滴灌結束后，滴頭下出現含水率峰值，并在作物根部區域形成浸潤體，浸潤體為高約20 cm，底部半徑約為20 cm的倒圓錐體，為作物供給水分。滴灌72 h后，土壤水分部分被作物根系吸收利用，部分蒸發散失，土壤浸潤體體積大大減小，已看不出明顯的邊界和輪廓。

(2)由于長期滴灌，土壤電導率整體向遠離滴頭的方向運移，峰值出現在水平方向距滴頭30 cm的15 cm土層。滴灌后24 h，滴頭下的土壤電導率較灌前降低了72.2%，由輕度鹽化土壤降為極輕度鹽化土壤，淋洗效果明顯。滴灌后72 h，雖然滴頭下表層土壤的電導率依舊較低，但土壤鹽分開始向滴頭處和地表運移，出現“土壤返鹽”現象。

(3)滴灌前的土壤pH整體均在8.40以上，屬于輕度堿化土壤。滴灌后24 h，滴頭下區域土壤鹽分的淋洗效果明顯，土壤pH降低8.2%，從輕度堿化土壤降為極輕度堿化土壤。滴灌后72 h，土壤pH分布趨勢與滴灌后24 h相似，滴頭下表層土壤的pH較灌前下降了5.0%，較灌后24 h升高了3.5%，重新變為輕度堿化土壤，返鹽現象嚴重。

研究結果表明，滴灌對作物根系區域的水分補充作用和鹽分淋洗作用十分明顯，但由于劇烈的水分蒸發導致“水去鹽留”，易形成“土壤返鹽”現象，使土壤發生次生鹽漬化。滴灌需根據氣候條件設計，選擇合理的滴灌頻率和灌水定額，充分發揮滴灌對土壤鹽分的淋洗效果，改良利用鹽堿地。