灌排協(xié)同下冬灌期土壤水鹽調(diào)控效應(yīng)分析

摘"要：【目的】""探究灌排協(xié)同下冬灌對(duì)鹽堿土壤的水鹽調(diào)控效應(yīng)。

【方法】""基于野外測(cè)箱試驗(yàn)，設(shè)置2種地下水埋深：G1（2 m）、G2（3 m）和2種灌水方式：W1（冬灌）、W2（非冬灌），研究不同灌水方式下土壤凍融特征，非生育期土壤返鹽特征，灌排協(xié)同下冬灌的鹽分淋洗效率、排水排鹽效率，棉花出苗及苗期生長(zhǎng)狀況。

【結(jié)果】""冬灌延遲了土壤日凍融循環(huán)和日消融循環(huán)，且冬灌后凍融、消融持續(xù)時(shí)間比非冬灌短。土壤完全凍結(jié)期隨著土層深度增加在凍結(jié)時(shí)間上滯后，凍結(jié)持續(xù)時(shí)間變短；冬灌可有效淋洗土壤0～60 cm土層的鹽分，且2 m埋深排水排鹽量大于3 m；翌年播種前冬灌和非冬灌土壤鹽分在0～20 cm土層聚集的差異顯著，非冬灌土壤鹽分高于冬灌。相同灌水方式下，2 m埋深的表層返鹽量大于3 m；相同地下水埋深，冬灌返鹽程度低于非冬灌；翌年滴水出苗后棉花出苗及苗期生長(zhǎng)差異顯著，冬灌后翌年滴水出苗的出苗率和苗蕾期長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于非冬灌后滴水出苗處理。

【結(jié)論】""冬灌可降低氣-土界面土壤溫度勢(shì)差，減少0～20 cm土壤凍融交替持續(xù)時(shí)間，抑制土壤返鹽，翌年滴水出苗更有利于棉花促生保苗。灌排協(xié)同下，地下排水埋深越大，排水?dāng)y鹽效率越低；灌區(qū)在入冬期可利用潛水蒸發(fā)與返鹽同步變?nèi)醯淖匀惶卣鳎ㄟ^(guò)冬灌將鹽分淋洗至地下水中；春季升溫期則適時(shí)抽取地下水，通過(guò)降低地下水位來(lái)抑制土壤表層快速返鹽，達(dá)到灌排協(xié)同控制鹽分的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：""灌排協(xié)同；地下水埋深；冬灌；水鹽調(diào)控；棉花

中圖分類號(hào)："S156""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼："A""""文章編號(hào)："1001-4330（2024）11-2722-11

0"引 言

【研究意義】新疆鹽漬化土壤分布廣泛，約占全國(guó)鹽漬化面積36.80%［1］，新疆北疆由于冬季降雪的淋洗作用，已普遍適應(yīng)了“干播濕出”的出苗方式；而南疆干旱少雨，冬季降雪量少，目前仍普遍采用冬灌進(jìn)行鹽分淋洗。在實(shí)際生產(chǎn)中冬灌用水量較大，且尚存在農(nóng)田“重灌輕排”現(xiàn)象［2］，與此同時(shí)，當(dāng)?shù)叵滤V化度較高時(shí)，地下水在土壤毛管作用下鹽分上移，容易導(dǎo)致土壤鹽漬化［3-5］，因此灌排協(xié)同是治理土壤次生鹽漬化的關(guān)鍵。【前人研究進(jìn)展】冬灌是應(yīng)對(duì)土壤鹽漬化的有效措施，具有蓄水保墑、降低土壤鹽分、平抑地溫、疏松土壤等優(yōu)勢(shì)，可為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的水土環(huán)境［6-10］。隨著節(jié)水灌溉面積增加，田間明溝被平整，造成田間排水不暢。暗管排水是實(shí)現(xiàn)灌排協(xié)同的重要途徑，比傳統(tǒng)的明溝節(jié)水節(jié)地［11］，目前，對(duì)暗管下水鹽運(yùn)移、濾料結(jié)構(gòu)、排水參數(shù)模擬和優(yōu)化的研究較多，也有相關(guān)結(jié)論［12-18］。【本研究切入點(diǎn)】新疆南疆鹽漬化土壤面積較大，棉花種植面積亦較大，以往大多數(shù)研究主要集中在冬灌定額和方式對(duì)土壤水鹽及次年作物長(zhǎng)勢(shì)上。通過(guò)測(cè)箱進(jìn)行不同埋深下控制性水鹽運(yùn)移試驗(yàn)，將冬灌和控制排水相結(jié)合，探究新疆南疆灌區(qū)灌排相互作用下的水鹽調(diào)控研究卻鮮有報(bào)道。需探究灌排協(xié)同下冬灌對(duì)鹽堿土壤的水鹽調(diào)控效應(yīng)。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】在新疆巴音郭楞蒙古自治州（簡(jiǎn)稱巴州）灌溉試驗(yàn)站設(shè)置的測(cè)箱原位試驗(yàn)，研究灌排協(xié)同下冬灌期地下水埋深與灌水方式對(duì)土壤水鹽動(dòng)態(tài)的運(yùn)移機(jī)理，分析不同地下水埋深和灌水方式對(duì)土壤水鹽分布特征及棉花苗期長(zhǎng)勢(shì)的影響，為灌區(qū)非生育期水鹽調(diào)控模式的改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1"材料與方法

1.1"材 料

試驗(yàn)于2022年10月～2023年6月在新疆水利水電科學(xué)研究院庫(kù)爾勒灌排試驗(yàn)基地進(jìn)行（41°33′N，83°12′E）。該區(qū)域干旱少雨且蒸發(fā)強(qiáng)烈，多年平均降雨量為53.30～62.70 mm，年平均蒸發(fā)量在2 273～2 788 mm［19］。試驗(yàn)土壤為砂壤土，土壤干容重為1.54 g/cm3，各測(cè)箱初始平均含鹽量為（7.80±0.40） g/kg。測(cè)箱平面為長(zhǎng)寬1.50 m×1.00 m的矩形。圖1

供試棉花品種為新陸中67號(hào)，種植方式為1膜2管4行，棉花采用夾帶播種，株行距與大田相當(dāng)，行距10 cm+66 cm+10 cm，株距8 cm，滴灌帶為內(nèi)鑲貼片式，滴頭流量2.2 L/h，滴頭間距30 cm。

1.2"方 法

1.2.1"試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為2種地下水埋深G1（2 m）、G2（3 m）和2種灌水方式W1（冬灌）、W2（非冬灌），地下水位使用馬氏瓶控制，以補(bǔ)給潛水蒸發(fā)和排出下滲水量。共設(shè)4個(gè)處理（G1W1、G1W2、G2W1、G2W2），土壤填裝前均已過(guò)2 mm篩，土壤為分層填裝，容重控制為1.54 g/cm3，使土壤結(jié)構(gòu)保持一致，每個(gè)試驗(yàn)處理重復(fù)1組。冬灌于2022年11月2日進(jìn)行，灌水量參照大田2 100 m3/hm2的定額控制進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)間為2022年10月1日～2023年6月20日，其中10月1日～翌年4月5日為剖面水鹽運(yùn)移階段，4月6日～6月20日為作物苗期生長(zhǎng)階段。冬灌和生育期灌溉均為河水，電導(dǎo)率在800～1 000 μs/cm。表1

通過(guò)測(cè)箱種植棉花可評(píng)估不同處理對(duì)作物的生長(zhǎng)效應(yīng)。各處理均采用滴水出苗的方式，滴水出苗水量為67.50 mm，出苗后非冬灌處理補(bǔ)水45 mm、冬灌處理補(bǔ)水15 mm，并配合施加生物菌肥（15 kg/hm2）和礦源黃腐酸鉀（7.50 kg/hm2）以避免棉花苗期鹽害。圖2

1.2.2"測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1"土壤水鹽

冬灌期分別在冬灌前（11月1日）、冬灌后（11月7日）、翌年4月4日春播前使用土鉆采集0～5、5～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80和80～100 cm土壤樣品。每個(gè)小區(qū)各重復(fù)4次，利用烘干法測(cè)定土壤質(zhì)量含水率，并使用DDSJ-308A（上海儀電）電導(dǎo)率儀測(cè)定土壤浸取液（土水比1∶"5）電導(dǎo)率值。

1.2.2.2"土壤溫度、地下水位、排水電導(dǎo)率

土壤溫度采用國(guó)產(chǎn)智墑ET100監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔為1 h，監(jiān)測(cè)深度為0～100 cm，垂向監(jiān)測(cè)間距為10 cm；地下水位用玻璃管由箱壁橡皮塞連通測(cè)箱內(nèi)部以觀測(cè)地下水位；排水量由容器收集后稱重獲得，并同步測(cè)量其電導(dǎo)率。

1.2.2.3"棉花出苗率及苗蕾期生長(zhǎng)指標(biāo)

棉花出苗后每3 d統(tǒng)計(jì)1次出苗率，將第3次統(tǒng)計(jì)值作為出苗率指標(biāo)。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取能代表棉花生長(zhǎng)水平的5株棉花測(cè)量相關(guān)指標(biāo)，莖粗采用“十字交叉法”在距地上2 cm處用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量（精度為0.01 mm）。

1.2.2.4"計(jì) 算

土壤電導(dǎo)率轉(zhuǎn)化為土壤全鹽量計(jì)算公式為［20］：

C=3.945 8EC1∶"5."（1）

式中，C為土壤全鹽量（ g/kg）；EC1∶"5 為土水比1∶"5土壤浸提液電導(dǎo)率（ms/cm）。

排水電導(dǎo)率（EC）和全鹽量（Cw）計(jì)算公式為［21］：

Cw=0.816 4EC1.254 9."（2）

式中，Cw 為水樣全鹽量（g/L）；EC為水樣電導(dǎo)率（ms/cm）。

土壤脫鹽率為土壤剖面在灌溉后某一時(shí)刻與灌溉前相比土壤含鹽量的減少率，計(jì)算式為：

ω="S0－St"S0"×100%."（3）

式中，ω 是土壤脫鹽率（%）；S0 為灌溉前土壤含鹽量（ g/kg），St 為灌溉后土壤含鹽量（ g/kg）。

土壤積鹽率為土壤剖面某一時(shí)刻與其前一時(shí)刻相比土壤含鹽量的增加率，計(jì)算公式為：

t="Wi-Wi-1"Wi"×100%."（4）

式中，t是土壤積鹽率（%）；Wi是第i時(shí)刻土壤含鹽量（ g/kg）；Wi-1是第i-1時(shí)刻土壤含鹽量（ g/kg）。

根據(jù)測(cè)得的各土層含鹽量，第j次取樣時(shí)第i層土壤儲(chǔ)鹽量計(jì)算公式［22］為：

Sji=100hiγiCji."（5）

式中，Sji 是第j次取樣時(shí)第i層土壤的儲(chǔ)鹽量（g）；hi 是第i層土壤的厚度（cm）；γi 為第i層土壤干容重（g/cm3）；Cji 為第j次取樣時(shí)第i層土壤的含鹽量（ g/kg，i=1，2，…；j=1，2，…）。

前后2次取樣時(shí)段內(nèi)土壤儲(chǔ)鹽量的變化量為：

Δji=Sj+1i－Sji"（6）

式中，Δji 為第j時(shí)段（第j次取樣和第j+1次取樣之間）內(nèi)第i層土壤儲(chǔ)鹽量變化量。

一維水鹽運(yùn)動(dòng)條件下的各土層鹽分滿足均衡關(guān)系，土層內(nèi)儲(chǔ)鹽量的變化量與其流入流和出量之差相等，故有［22］下式成立：

Sj+1i－Sji=Qji+1－Qji."（7）

式中，Qji 為第j時(shí)刻第i層土壤下邊界鹽分通量（g）；表層土壤上邊界通量為Q0，即為灌溉水引入鹽量。

2"結(jié)果與分析

2.1"冬灌與非冬灌土壤凍融變化特征

研究表明，由于冬灌水溫低于土壤溫度，冬灌后土壤溫度降幅大于非冬灌土壤。0～100 cm土層冬灌前一周到冬灌后一周的溫度降幅（2.14～2.70℃）大于同一時(shí)期非冬灌土壤（1.77～2.11℃）。冬灌可提高土壤熱容量，隨著氣溫降低，氣溫對(duì)冬灌后土壤溫度的影響程度低于非冬灌土壤。在灌后第1周到第2周、第2周到第3周0～100 cm土溫降幅（1.53～4.33℃和1.81～2.22℃）小于非冬灌土溫降幅（1.63～4.63℃和2.01～2.33℃），使得冬灌土壤的凍融循環(huán)時(shí)間滯后且持續(xù)時(shí)間比非冬灌土壤短。圖3

土壤凍融過(guò)程隨著土層深度的增加表現(xiàn)出一定的滯后效應(yīng)，滯后時(shí)間隨土層深度增加而增加。根據(jù)土壤日最高溫度Tmax與日最低溫度Tmin，將土壤在冬春季凍融過(guò)程分為不同階段。冬季日凍融循環(huán)階段（Tmaxgt;0℃gt;Tmin），此時(shí)氣溫逐漸降低，直到完全凍結(jié)階段（0℃gt;Tmaxgt;Tmin），春季氣溫回暖，土壤經(jīng)歷春季日消融循環(huán)階段（Tmaxgt;0℃gt;Tmin）。凍融循環(huán)區(qū)域主要在0～20 cm土層，隨著土層深度增加，日間溫差逐漸變小。土壤冬季日凍融循環(huán)和春季日消融循環(huán)發(fā)生在土壤0～20 cm土層區(qū)，且在時(shí)間上冬灌滯后于非冬灌；其中，冬季0～10 cm土層凍融交替作用持續(xù)時(shí)間比非冬灌短8 d；春季0～20 cm土層經(jīng)歷了日消融循環(huán)，10 cm土層凍融交替作用持續(xù)時(shí)間比非冬灌短13 d，20 cm土層處短5 d。圖4

冬灌和非冬灌土壤在不同土層凍結(jié)和消融過(guò)程存在不同的差異，在土壤完全凍結(jié)時(shí)間上，不同土層深度冬灌滯后非冬灌0～5 d，土壤自上向下凍結(jié)。土壤消融過(guò)程中冬灌土壤上層（0 cm）和下層（100 cm）處先消融，中間（30～40 cm）最后消融；非冬灌土壤自然而下消融。表2

2.2"不同地下水埋深下冬灌與非冬灌土壤水鹽遷移特征"

研究表明，2 m埋深較3 m先排水，排水量分別占灌溉水量的57%和33%。在淋洗過(guò)程中，灌水溶濾鹽分向下運(yùn)移，排水的電導(dǎo)率隨時(shí)間不斷變大，排水累積量呈指數(shù)函數(shù)分布。2 m埋深開(kāi)始排水的時(shí)間早于3 m埋深，同時(shí)2 m埋深排水的電導(dǎo)率升高較快，土壤鹽分得到了淋洗，鑒于兩個(gè)處理間土壤鹽分含量相當(dāng)，3 m埋深下土壤鹽分淋洗程度低于2 m，淋洗的鹽分主要儲(chǔ)存在土壤下部中。圖5"

冬灌能有效淋洗土壤中的鹽分，冬灌后，鹽分在土壤中重新分布，0～60 cm土層鹽分減少，60～100 cm土層鹽分增加。2和3 m埋深在0～60 cm土層平均脫鹽率為35.36%和43.42%，60～100 cm土層平均積鹽率為7.71%和8.01%。

土壤在經(jīng)歷冬-春季的凍融、消融循環(huán)過(guò)程中，鹽分在溫度勢(shì)的作用下以上升為主。到翌年耕作前，大氣蒸發(fā)勢(shì)的作用逐漸增強(qiáng)，此時(shí)鹽分易在表層集聚。非冬灌土壤0～20 cm鹽分達(dá)到了19.23和15.8 g/kg，屬中度鹽土；冬灌2和3 m埋深0～20 cm鹽分達(dá)到7.28和5.68 g/kg，則屬輕度鹽土，鹽分在表層的聚集差異顯著。圖6"

2.3"地下水埋深與灌水方式共同作用下鹽分變化"

研究表明，各階段鹽分遷移方向與土壤水的運(yùn)動(dòng)方向一致，灌水時(shí)鹽分整體向下移動(dòng)，在非灌水期，鹽分隨潛水蒸發(fā)向上運(yùn)動(dòng)。

冬灌前后2和3 m埋深排鹽量分別為773.33 g和178.00 g，2 m埋深排鹽量是3 m埋深的4.35倍；從冬灌前到播種前，2和3 m埋深100 cm處鹽分凈通量為-95.08和-245.38 g/m2。根據(jù)0～100 cm的鹽分通量平衡，從冬灌前到翌年4月初，冬灌2 m埋深土體鹽分增加54.32 g，3 m埋深土體鹽分減少96.28 g，潛水蒸發(fā)對(duì)土壤返鹽作用明顯；非冬灌處理，0～100 cm土體處于積鹽狀態(tài)，2和3 m埋深土體鹽分分別增加662.39和572.53 g。表3，表4

將1 m土層按0～20 cm、20～60 cm、60～100 cm分為三個(gè)區(qū)域，0～20 cm是鹽分易聚集區(qū)和種子萌發(fā)區(qū)，20～60 cm是耕作及根系生長(zhǎng)區(qū)。60～100 cm是水鹽運(yùn)移的過(guò)渡區(qū)，此處鹽分的穩(wěn)定有利于耕作區(qū)土壤安全。冬灌前到播種前，在0～20 cm，冬灌返鹽量小于非冬灌處理；在20～60 cm，不同埋深的冬灌均脫鹽，非冬灌則積鹽；在60～100 cm，各處理均有不同程度的積鹽，非冬灌積鹽量大于冬灌。圖7

2.4"不同埋深下冬灌與非冬灌對(duì)棉花苗期生長(zhǎng)的影響"

研究表明，冬灌與非冬灌相比，平均出苗率、株高、莖粗、葉片數(shù)分別增加了33.03%、55.16%、25.56%和24.60%。非冬灌下2 m埋深苗期根層含水率顯著大于3m，對(duì)苗期根層電導(dǎo)率、出苗率和生長(zhǎng)指標(biāo)則無(wú)顯著差異；冬灌對(duì)不同埋深各指標(biāo)均無(wú)顯著差異。

地下水位對(duì)根層含水率和苗期株高有極顯著影響（Plt;0.01），2 m埋深苗期根層含水率大于3 m埋深。灌水方式與地下水位交互作用對(duì)棉花出苗率有極顯著影響（Plt;0.01），冬灌2 m埋深出苗率最好，非冬灌2 m埋深出苗率最差。表5

3"討 論"""3.1

土壤返鹽與地下水埋深、土壤本底鹽分及凍融特征相關(guān)，且土壤鹽分的表聚直接影響翌年作物的播種。冬灌后大氣-表土界面的溫差明顯小于非冬灌土壤，從而使后者土壤剖面溫度勢(shì)差大于前者，導(dǎo)致非冬灌土壤的水鹽向上遷移的能力更強(qiáng)。在日內(nèi)的凍融交替作用下，下部水鹽向凍結(jié)層遷移的驅(qū)動(dòng)力愈強(qiáng)，從而加速表層土壤的積鹽程度，與前人研究結(jié)果一致［23，24］。

3.2

冬灌過(guò)程中包氣帶越厚，水鹽濕潤(rùn)鋒下移至地下水的距離增加，鹽分在剖面內(nèi)的駐留時(shí)間增加。試驗(yàn)中冬灌量2 100 m3/hm2對(duì)2和3 m埋深在60 cm以上土層鹽分的淋洗效果相近。但兩者間的排水排鹽差異顯著，3 m埋深排水的響應(yīng)時(shí)間與水量均低于前者。2和3 m埋深的土壤巖性、含鹽量等基本相同，但3 m埋深下淋洗液電導(dǎo)率低于2 m的原因應(yīng)與土壤剖面含水率和包氣帶厚度相關(guān)。鹽分淋洗可分為2個(gè)過(guò)程，首先土壤水大孔隙排水速率快，帶出的鹽分少，排鹽效率低。隨后，從小孔隙內(nèi)驅(qū)替出的水量逐漸增多，這部分水的含鹽量高，排鹽效率也較高。在鹽分遷移的微觀尺度上分析：埋深越淺，土壤含水率越高，土粒薄膜水厚度大，淋洗時(shí)鹽分的水動(dòng)力彌散作用強(qiáng)，鹽分易被淋洗出來(lái)；反之，埋深增大，剖面土壤含水率變小，薄膜水厚度減小，土粒對(duì)水鹽的吸附力強(qiáng)，淋洗時(shí)的水動(dòng)力彌散作用弱，鹽分排出土體需要較長(zhǎng)的時(shí)間。

4"結(jié) 論

4.1

冬灌土壤相比非冬灌土壤在冬季日凍融循環(huán)、完全凍結(jié)和春季日消融循環(huán)階段存在滯后效應(yīng)：在冬季日凍融階段，10 cm土層處滯后8 d，完全凍結(jié)期0～100 cm土體滯后0～5 d，在春季日消融階段10、20 cm處滯后12～13 d；冬灌后的土壤水可降低氣-土界面溫度差，減少0～20 cm土壤凍融交替持續(xù)時(shí)間，可抑制土壤向上的返鹽；非冬灌下的氣-土界面溫差較大，土壤返鹽程度高于前者。

4.2

非生育期冬灌灌水入滲期間，土壤鹽分向土壤下層遷移，入滲結(jié)束后潛水蒸發(fā)作用土壤鹽分向上遷移；非冬灌土壤鹽分則在非生育期呈持續(xù)向上遷移的特征。翌年春播時(shí)，各處理的主要積鹽區(qū)都在0～20 cm土層。冬灌返鹽量明顯低于非冬灌，有利于棉花的促生保苗，平均出苗率比非冬灌高33.03%，苗期株高、莖粗和葉片數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo)均優(yōu)于非冬灌。

4.3

2 100 m3/hm2的冬灌定額可有效淋洗土壤0～60 cm鹽分，2和3 m埋深0～60 cm土層的脫鹽率可達(dá)35.36%和43.42%，冬灌排水量分別占灌水量的57%和33%，2 m埋深排鹽量是3 m埋深的4.35倍。隨著排水深度增加，水鹽運(yùn)移至地下水的時(shí)間增加，鹽分不易排出土體。

4.4

針對(duì)非冬灌期氣候與水鹽運(yùn)移的特征，通過(guò)洗鹽、排鹽、控鹽的方式達(dá)到優(yōu)化調(diào)控返鹽的目標(biāo)。即在入冬期利用潛水蒸發(fā)與返鹽同步變?nèi)醯淖匀惶卣鳎ㄟ^(guò)冬灌將鹽分淋洗至地下水中；春季升溫期則適時(shí)抽取地下水，通過(guò)降低地下水位來(lái)抑制多風(fēng)干燥氣候下土壤表層的快速返鹽，達(dá)到灌排協(xié)同控制鹽分的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)"（References）

［1］"王海江.瑪納斯河流域土壤鹽漬化過(guò)程和格局特征及鹽漬土改良模式探討［D］.北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2014.

WANG Haijiang.Processes， Patterns and Reclamation of Soil Salinization at Manas River Basin， Xinjiang， China［D］.Beijing： China Agricultural University， 2014.

［2］ 王少麗， 王修貴， 丁昆侖， 等.中國(guó)的農(nóng)田排水技術(shù)進(jìn)展與研究展望［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)， 2008， 27（1）： 108-111.

WANG Shaoli， WANG Xiugui， DING Kunlun， et al.Advancement and prospect of farmland drainage in China［J］.Journal of Irrigation and Drainage， 2008， 27（1）： 108-111.

［3］ 崔亞莉， 張德強(qiáng)， 邵景力， 等.地下水淺埋區(qū)土壤水TDS變化規(guī)律分析［J］.水土保持學(xué)報(bào)， 2004， 18（1）： 185-188.

CUI Yali， ZHANG Deqiang， SHAO Jingli， et al.Study on variation and influence factor of soil-water TDS in shallow groundwater areas［J］.Journal of Soil Water Conservation， 2004， 18（1）： 185-188.

［4］ Mahmood K， Morris J， Collopy J， et al.Groundwater uptake and sustainability of farm plantations on saline sites in Punjab Province， Pakistan［J］.Agricultural Water Management， 2001， 48（1）： 1-20.

［5］ Ceuppens J， Wopereis M C S.Impact of non-drained irrigated rice cropping on soil salinization in the Senegal River Delta［J］.Geoderma， 1999， 92（1/2）： 125-140.

［6］ 趙波， 王振華， 李文昊.滴灌方式及定額對(duì)北疆冬灌棉田土壤水鹽分布及次年棉花生長(zhǎng)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2016， 32（6）： 139-148.

ZHAO Bo， WANG Zhenhua， LI Wenhao.Effects of winter drip irrigation mode and quota on water and salt distribution in cotton field soil and cotton growth next year in northern Xinjiang［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2016， 32（6）： 139-148.

［7］ Liu Z P， Jiao X Y， Lu S H， et al.Effects of winter irrigation on soil salinity and jujube growth in arid regions［J］.PLoS One， 2019， 14（6）： e0218622.

［8］ Liu M X， Yang J S， Li X M， et al.Distribution and dynamics of soil water and salt under different drip irrigation regimes in Northwest China［J］.Irrigation Science， 2013， 31（4）： 675-688.

［9］ Chen W P， Hou Z N， Wu L S， et al.Evaluating salinity distribution in soil irrigated with saline water in arid regions of Northwest China［J］.Agricultural Water Management， 2010， 97（12）： 2001-2008.

［10］ 杜建民， 王占軍， 俞鴻千， 等.苜蓿草田地下滴灌適宜冬灌量［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2020， 38（1）： 166-172.

DU Jianmin， WANG Zhanjun， YU Hongqian， et al.Optimum winter irrigation amount of subsurface drip irrigation in alfalfa grassland［J］.Agricultural Research in the Arid Areas， 2020， 38（1）： 166-172.

［11］ Baheci， Nacar A S.Subsurface drainage and salt leaching in irrigated land in south-east Turkey［J］.Irrigation and Drainage， 2009， 58（3）： 346-356.

［12］ 張展羽， 張?jiān)抡洌?張潔， 等.基于DRAINMOD-S模型的濱海鹽堿地農(nóng)田暗管排水模擬［J］.水科學(xué)進(jìn)展， 2012， 23（6）： 782-788.

ZHANG Zhanyu， ZHANG Yuezhen， ZHANG Jie， et al.Simulating subsurface pipe drainage in saline-alkali farmland along coastlines using the DRAINMOD-S model［J］.Advances in Water Science， 2012， 23（6）： 782-788.

［13］張麗， 焦平金， 董勤各， 等.暗管間距和埋深對(duì)田間水鹽運(yùn)移變化的影響［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2023，42（0-9）：92-101.

Zhang Li， Jiao Pingjin， Dong Qinge， et al.Effects of tube spacing and buried depth on field water and salt migration ［J］.Journal of Irrigation and Drainage： 2023，42（0-9）：92-101.

［14］ 王振華， 衡通， 李文昊， 等.滴灌條件下排水暗管間距對(duì)土壤鹽分淋洗的影響［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2017， 48（8）： 253-261.

WANG Zhenhua， HENG Tong， LI Wenhao， et al.Effects of drainage pipe spacing on soil salinity leaching under drip irrigation condition［J］.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2017， 48（8）： 253-261.

［15］ 秦文豹， 李明思， 李玉芳， 等.滴灌條件下暗管濾層結(jié)構(gòu)對(duì)排水、排鹽效果的影響［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)， 2017， 36（7）： 80-85.

QIN Wenbao， LI Mingsi， LI Yufang， et al.Proposed gravel filters for pipe-drain to improve the efficacy of the drainage system under drip irrigation［J］.Journal of Irrigation and Drainage， 2017， 36（7）： 80-85.

［16］ 錢穎志， 朱焱， 伍靖?jìng)ィ?等.考慮排鹽和控鹽的干旱區(qū)暗管布局參數(shù)研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2019， 35（13）： 74-83.

QIAN Yingzhi， ZHU Yan， WU Jingwei， et al.Subsurface drains layout in arid areas with purposes of salt control and discharge［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2019， 35（13）： 74-83.

［17］李杰， 王紅雨， 馬俊毅， 等.基于滲流槽試驗(yàn)的吸附性外包濾料改善暗管排水脫鹽效果［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2023，39（16）：121-130.

Li Jie， Wang Hongyu， Ma Junyi， et al.Improvement of desalting effect of closed pipe drainage by adsorbent filter material based on seepage tank test ［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2023，39（16）：121-130.

［18］ 李彥鑫， 徐麗， 齊菲， 等.濱海鹽堿農(nóng)田暗管排鹽滲流場(chǎng)模擬［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2023， 31（7）： 1110-1120.

LI Yanxin， XU Li， QI Fei， et al.Seepage field simulation of subsurface pipe salt drainage processes in coastal saline-alkali farmland［J］.Chinese Journal of Eco-Agriculture， 2023， 31（7）： 1110-1120.

［19］ 陳文嶺.微咸水膜下滴灌棉花根系—水—鹽—微量元素相互作用研究［D］.武漢： 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)， 2018.

CHEN Wenling.Study on the Interactions of Cotton Root-soil Moisture-salinity-trace Element under Mulched Drip Irrigation with Brackish Water［D］.Wuhan： China University of Geosciences， 2018.

［20］ 王康.磁化水灌溉模式對(duì)土壤水鹽分布與棉花生長(zhǎng)影響［D］.西安： 西安理工大學(xué)， 2021.

WANG Kang.Effect of Magnetized Water Irrigation Mode on Soil Water and Salt Distribution and Cotton Growth［D］.Xi’an： Xi’an University of Technology， 2021.

［21］ 曹偉， 張勝江， 張明.基于灰色關(guān)聯(lián)分析的地下水化學(xué)成分特征［J］.節(jié)水灌溉， 2009，（8）： 7-9.

CAO Wei， ZHANG Shengjiang， ZHANG Ming.Analysis of groundwater chemical composition characteristic based on gray relation analysis［J］.Water Saving Irrigation， 2009，（8）： 7-9.

［22］ 彭振陽(yáng)， 黃介生， 伍靖?jìng)ィ?等.秋澆條件下季節(jié)性凍融土壤鹽分運(yùn)動(dòng)規(guī)律［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2012， 28（6）： 77-81.

PENG Zhenyang， HUANG Jiesheng， WU Jingwei， et al.Salt movement of seasonal freezing-thawing soil under autumn irrigation condition［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2012， 28（6）： 77-81.

［23］ 劉緒軍， 景國(guó)臣， 楊亞娟， 等.凍融交替作用對(duì)表層黑土結(jié)構(gòu)的影響［J］.中國(guó)水土保持科學(xué)， 2015， 13（1）： 42-46.

LIU Xujun， JING Guochen， YANG Yajuan， et al.Effects of alternate freezing and thawing on the structure of black topsoil［J］.Science of Soil and Water Conservation， 2015， 13（1）： 42-46.

［24］ 馬效松， 付強(qiáng)， 徐淑琴， 等.不同凍融時(shí)期土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)特征分析及數(shù)值模擬［J］.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)， 2020， 28（4）： 774-787.

MA Xiaosong， FU Qiang， XU Shuqin， et al.Analysis and simulation of soil moisture movement parameters during different freezing-thawing periods［J］.Journal of Basic Science and Engineering， 2020， 28（4）： 774-787.

Study on soil water and salt regulation under irrigation ""and drainage coordination in winter irrigation period

LI Zhipeng1， "YANG Pengnian1， "ZHANG Shengjiang2， "SHENGTongmin2， """YE Bingrui1， "YUAN Kai1， "WANG Yongpeng1

（1.College of Hydraulic and Civil Engineering， Xinjiang Agricultural University/Xinjiang Key Laboratory of Hydraulic Engineering Security and Water Disasters Prevention， Urumqi 830052， China; 2. Xinjiang Research Institute of Water Resources and Hydropower，Urumqi 830049， China）

Abstract：【Objective】 ""To explore the effect of winter irrigation on water and salt regulation of saline-alkali soil under irrigation and drainage coordination.

【Methods】 ""Based on field soil box test， two kinds of groundwater depths （G1 （2 m） and G2 （3 m）） and two irrigation methods： （W1 （winter irrigation） and W2 （non-winter irrigation）） were set， and the freeze-thaw characteristics of soil under different irrigation methods， the characteristics of soil salt return during non-growth period， the efficiency of salt leaching and drainage under winter irrigation combined with irrigation and drainage， and the emergence and seedling growth of cotton were studied.

【Results】 """Winter irrigation delayed the daily freeze-thaw cycle and daily ablation cycle of soil， and the duration of freeze-thaw and ablation after winter irrigation was shorter than that of non-winter irrigation.With the increase of soil depth， the freezing time lagged behind and the freezing duration became shorter.Winter irrigation could effectively wash the salt of 0-60 cm soil layer， and the salt drainage of 2 m groundwater depth was greater than 3 m.Before sowing in the next year， there was a significant difference in soil salt accumulation between winter irrigation and non-winter irrigation in 0-20 cm soil layer， and the salt of non-winter irrigation was higher than that of winter irrigation.Under the same irrigation method， the surface salt return amount of 2 m groundwater depth was greater than 3 m; at the same underground water depth， the salinity return degree of winter irrigation waS lower than that of non-winter irrigation.There were significant differences in cotton emergence and seedling growth after drip irrigation in the next year， and the emergence rate and seedling growth in the next year after drip irrigation were better than those after drip irrigation.

【Conclusion】 ""Winter irrigation can reduce the soil temperature potential difference at the air-soil interface， reduce the duration of freeze-thaw alternations of 0-20 cm soil， inhibit soil salt return， and promote the growth and survival of cotton seedlings in the next year.Under the coordination of irrigation and drainage， the higher the groundwater depth of underground drainage， the lower the salt carrying efficiency.In the irrigation area， the salinity can be washed into the rising groundwater by winter irrigation， which is characterized by weak diving evaporation and weak salt return.In the spring warming period， groundwater is extracted timely， and the rapid salt return of soil surface is suppressed by reducing the groundwater level， so as to achieve the dual function of inhibiting salt return by drainage irrigation.

Key words：""irrigation and drainage coordination; groundwater depth; irrigation in winter; water and salt regulation; cotton

Fund projects：""National Key R amp; D Project （2021YFD1900805-1）; “Tianshan Talents” Leading Project （2022TSYCLJ0069）

Correspondence author："""YANG Pengnian （1966-）， male， from Urumqi， Xinjiang， professor， doctor， master and doctoral's supervisor， research direction： groundwater resources utilization in arid areas，（E-mail）ypn10@163.com

收稿日期（Received）：

2024-03-11

基金項(xiàng)目：

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFD1900805-1）；“天山英才”領(lǐng)軍人才項(xiàng)目（2022TSYCLJ0069）

作者簡(jiǎn)介：

李志鵬（1999-），男，河南汝州人，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉，（E-mail）1173763471@qq.com

通訊作者：

楊鵬年（1966-），男，新疆烏魯木齊人，教授，博士，碩士生/博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楦珊祬^(qū)地下水資源利用，（E-mail）ypn10@163.com