全地膜覆盖棉田咸水滴灌对土壤水盐分布的影响

孙泽强　董亮　王学君等

摘要：通过田间定位小区试验，以淡水滴灌为对照，设置不同矿化度咸水滴灌处理，研究全地膜覆盖条件下，咸水滴灌棉田土壤水分和盐分的动态变化和分布特征。结果表明，咸水滴灌减少了棉花对土壤水分的吸收，HCO3--Na+型咸水矿化度对棉花根系吸水的影响要大于Cl--Na+型咸水。土壤水分受到前期灌溉水量和灌溉水盐分的影响，这种影响在整个生育期都存在。各种灌溉处理都使得0～100 cm土体剖面的土壤EC值增加，土壤盐分随着灌溉水矿化度的增加而增加。从土壤盐分的积累来看，利用滴灌补灌一次6 g/L以下的咸水，通过种植前黄河水压盐和夏季降水淋洗，不会造成棉花根系分布层土壤盐分的明显积累。

关键词：棉花；咸水滴灌；全地膜覆盖；水盐动态

中图分类号：S275.6 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2015）01-0055-04

Abstract A field experiment with locating plots was carried out to research the changing dynamics and distribution characteristics of soil water and salt in cotton fields via drip irrigation with saline water under full film mulching. Different salinities of irrigation water were set with fresh water as control. The results showed that drip irrigation with salt water reduced the soil water content absorbed by cotton. The effect of HCO3--Na+ type water on water uptake of cotton root was greater than that of Cl--Na+ type water. Soil water was affected by pre-irrigation water and its salinity， and the effects existed in the whole growth period. The EC values in 0～100 cm soil layers were increased by all the irrigation treatments. The soil salinity increased with the salinity of irrigation water. Drip irrigation one time with water whose salinity was less than 6 g/L would not cause obvious accumulation of soil salinity in cotton root distribution layer through irrigation with the Yellow River water before planting and leached by rainfall in summer.

Key words Cotton； Drip irrigation with saline water； Full film mulching； Dynamics of water and salt

随着社会经济的发展和人口的不断增加，淡水资源紧缺的形势越来越严峻。我国水资源总量约为2.8×1012 m3，人均占有量不足世界平均水平的1/4，到2030年前后将达到世界一般公认的1 700 m3警戒线[1]。微咸水和咸水资源的利用成为解决水资源问题的重要途径，而滴灌被认为是最适合利用微咸水和咸水的灌溉方式[2，3]。

研究作物的微咸水和咸水滴灌灌溉制度，满足作物正常生长的良好土壤水盐动态环境将是首要的任务。在微咸水灌溉条件下，农田土壤水盐动态呈现随灌溉和降雨影响的短期波动和受季节更替影响的长期波动[4]。华北平原冬小麦季利用3～5 g/L 的微咸水补充灌溉，两年后没有发生积盐现象，微咸水灌溉带入土体的盐分通过咸、淡水轮灌和雨季自然淋洗，1 m 土体总盐量达到周年平衡[5]。膜下滴灌水质和水量都对土壤盐分的分布产生重要影响，在没有其他辅助控制盐分累积的措施下，3 g/L 是适宜灌溉的微咸水水质的上限[6]。用电导率为3.3～6.3 dS/m 的微咸水滴灌，距离滴头50 cm 处各剖面的盐渍度要高于距离滴头10 cm 处，土壤剖面的平均盐渍度和灌溉初期相比，基本没有形成土壤盐分的累积[7]。在华北平原利用1.1～4.9 dS/m 的微咸水滴灌，3年内在作物根系分布区内（0～90 cm）不产生盐分的累积[8]。按照作物需水量的1、1.2倍和1.4倍水量灌溉时，土壤盐度随着灌溉水量的增加而减小，随着生育期的推进而增加；最大含水量和最小土壤盐度出现在滴头10 cm范围内，只有在1.4倍作物需水量条件下最大含水量和最小土壤盐度出现在滴头20 cm范围内，土壤含水量对土壤盐度的影响也只局限在滴头0～20 cm的范围内[9]。

全地膜覆盖被应用于滨海盐渍土的改良，取得了良好的效果[10]，不同类型的盐分在土壤中的运移分布不同，同时也对作物产生的影响不同[11]。而对于全地膜覆盖条件下不同类型盐分滴灌土壤水盐的分布鲜见报道。华北平原春季干旱是影响棉花等作物种植和生长发育的重要因素，利用咸水进行补充灌溉成为解决该问题的一条重要途径。研究全地膜覆盖条件下不同类型咸水滴灌对棉田土壤水盐分布的影响，可为咸水滴灌的应用和棉花生产提供技术支撑和科学依据。endprint

1 材料与方法

1.1 试验区自然条件

试验地位于山东省惠民县李栋村，该区属于温带半湿润大陆型季风气候，年平均气温12.2℃，无霜期184 d，年平均降水量589 mm。土壤基本理化性状见表1。

2010年试验区降水较多，比常年降水量增加40%。试验期间降水量为779.4 mm，占全年降水量的94.9%，主要集中在7月中旬和8月，形成了涝害，试验期间的降水分布见图1。

1.2 试验设计

试验设7个处理，随机区组排列，重复3次，小区面积为6.2 m×4.5 m=27.9 m2。试验处理分别为：T0（淡水滴灌）；T41（滴灌4.0 g/L HCO3--Na+型咸水）；T42（滴灌4.0 g/L Cl--Na+型咸水）；T61（滴灌6.0 g/L HCO-3-Na+型咸水）；T62（滴灌6.0 g/L Cl--Na+型咸水）；T81（滴灌8.0 g/L HCO-3-Na+型咸水）；T82（滴灌8.0 g/L Cl--Na+型咸水）。试验用淡水为当地地下水，矿化度为1.34 g/L。用淡水加入不同盐分来配制试验用咸水。

供试作物为棉花，品种为“鲁棉研36号”，行距90 cm，株距25 cm。每行棉花铺一行滴灌带，滴灌带距离棉行25 cm。2010年4月28日播种，然后采用壁厚0.008 mm的农膜（俗称“双零八”）覆盖。试验处理全部地膜覆盖，薄膜上扎孔，利于膜上水分下渗。播种后，全部处理统一用黄河水灌溉，以利于棉花出苗。棉花出苗后，根据土壤墒情状况，夏季雨季到来前所有处理进行一次滴灌补灌，灌水量17 mm。每公顷施肥量为N 165.0 kg，P2O5 90.0 kg和K2O 75.0 kg，1/2氮肥和全部磷钾肥作为基肥，1/2氮肥随灌溉水追施。各处理之间打田埂，田埂高20 cm、宽30 cm，田埂踏实，并埋入25 cm深的塑料布隔离，防止窜水窜肥。进入蕾期后，对棉花进行整枝，喷施缩节胺控制棉花生长；花铃期整枝打顶，喷缩节胺控制棉花营养生长，喷洒农药防治病虫害；收获期分批分区收获棉花。2010年11月11日，拔棉柴，试验结束。

1.3 测定项目和方法

在棉花出苗后补充灌水前和试验结束后，各处理棉花行间用土钻法取土样；滴灌灌水7 d后，各处理在距离滴灌带滴头0、15、30 cm和45 cm处取土，取样深度均为0～100 cm，每20 cm为1个取样土层，取两钻混合样；采用烘干法测定土壤质量含水量。土样风干后，用土水比1∶5浸提土样，采用DDS-11A数显电导率仪电导法测定土壤EC值。有关数据分析和图表绘制运用Surfer数据分析软件和Microsoft Excel进行。

2 结果与分析

2.1 不同处理土壤水分的动态变化

从图2可以看出，灌水前土壤水分在剖面的分布比较均匀，都在15%～20%之间，表层土壤水分状况好于下层土壤。

从图3可以看出，所有滴灌处理的土壤水分的变化趋势均为：在垂直方向上随着土壤深度的增加土壤含水量呈增加趋势，在水平方向上随着距离滴头水平距离的增加土壤含水量减小。

随着灌溉水矿化度的增加，土壤含水量在水平和垂直方向上都呈增加趋势，尤其是60cm以

上土层更为明显。这说明：随着灌溉水矿化度的增加，棉花从土壤中吸收水分减少，从而使土壤含水量增加。这与其他研究得出的咸水灌溉减少作物耗水量的结论一致[8，12]。由于棉花地用地膜全覆盖，基本没有土面蒸发，土壤水分的减少主要是由于土壤水分下渗和棉花根系吸水。对于HCO-3-Na+型咸水滴灌，土壤含水量分布明显受到灌溉水矿化度的影响。在灌溉水矿化度低时（≤4 g/L），棉花吸收土壤水分较多，土壤含水量分布受滴灌和棉花吸水的共同影响；当灌溉水矿化度较高时（>4 g/L）时，土壤含水量分布主要受滴灌水分分布的影响。土壤含水量形成以棉花根系为中心的低值区，随着灌溉水矿化度的增加，低值区范围逐渐减小。而Cl--Na+型咸水滴灌时，咸水灌溉明显改变了土壤含水量的分布，即对棉花吸水产生了影响，但各矿化度之间没有明显差异，说明土壤含水量虽然受到灌溉水盐分的影响，但基本不受灌溉水矿化度高低的影响。

可以初步得出，咸水滴灌减少了棉花对土壤水分的吸收，HCO-3-Na+型咸水矿化度对棉花根系吸收的影响要大于Cl--Na+型咸水。

从图4可以看出，试验结束后，土壤含水量随着土壤深度的增加而呈增加趋势。各咸水滴灌处理的土壤含水量都大于T0处理，而且土壤含水量随着灌溉水矿化度的增加有增加的趋势。可见，土壤水分动态受到前期灌溉水量和灌溉水盐分的影响，这种影响在整个生育期都存在。

2.2 不同处理土壤EC值的动态变化

从图5可以看出，灌水前土壤EC值相对较低，都在0.17～0.31 dS/m之间，尤其是0～60 cm土层，明显低于前期土壤EC值，0～100 cm土壤EC值平均下降22%，主要是黄河水灌溉造墒压盐的作用。

从图6可以看出，所有滴灌处理的土壤EC值在垂直方向上具有相似的变化趋势：在30 cm土层以上土壤EC值变化较大，随着土壤深度的增加土壤EC值基本上呈降低趋势，30 cm以下土层土壤EC值呈增加趋势。随着滴头水平距离的增加土壤EC值减小。

随着灌溉水矿化度的增加，土壤EC值在水平和垂直方向上都呈增加趋势。这说明，土壤盐分主要是由灌溉水带入的，在水平方向上土壤盐分与土壤水分具有相似的分布。而在30 cm土层范围内，也就是棉花根系的主要分布层内，盐分有一定的表聚现象，这与土壤含水量的分布相反。在30 cm土层内棉花根系吸收对土壤盐分的分布产生重要影响。当灌溉水为Cl--Na+型8 g/L咸水滴灌时，在棉花根系远离滴头一侧的方向上产生盐分的累积。

可以初步得出，薄膜全覆盖咸水滴灌增加了土壤盐分，随着灌溉水矿化度的增加，土壤盐分增加，而且具有表聚现象，主要表现在30 cm土层内。endprint

从图7可以看出，试验结束后，各处理土壤EC值具有相似的分布规律，随着土壤深度的增加而呈增加趋势。与灌水前的土壤剖面相比，矿化度较低时（≤4 g/L），土壤剖面的EC值下降。而高矿化度灌溉水处理（矿化度>4 g/L）时，土壤EC值随着矿化度的增加而增加；相同矿化度处理，Cl--Na+型咸水滴灌处理土壤EC值高于HCO-3-Na+型咸水滴灌处理。可以初步得出，在夏季降水充足的条件下，如果灌溉水的矿化度较低（≤4 g/L），降水会淋洗掉土壤0～100 cm土体内的盐分，不会造成盐分在0～100 cm土体的积累；而当灌溉水矿化度较高时（>4 g/L）即使降水较大，也不能完全淋洗进入0～100 cm土体的盐分，从而造成盐分在土壤中不同程度的积累。与土壤本底相比较，除T8-2处理 80～100 cm土层外，其它处理的土壤EC值都没有明显的增加。从土壤盐分的积累来看，灌溉水矿化度小于4 g/L对于降水较多的年份是安全的，这与一些学者的研究结果相同[13]。而矿化度达8 g/L的Cl--Na+型咸水在土壤80～100 cm处有一定程度的积累，对土壤的安全性仍需要进一步的研究。可以得出，在咸水灌溉处理前，通过大水压盐处理后，夏季降水充分的条件下，补灌一次6 g/L以下的咸水不会造成棉花根系分布层土壤盐分的明显积累。

3 讨论与结论

华北平原棉花种植一般在4月中下旬，正值春季干旱。黄河水并不能满足灌溉需要，利用部分微咸水和咸水进行补充灌溉，成为一种解决途径。这就是春季开发利用地下水包括微咸水和半咸水抗旱灌溉，夏季利用伏雨洗盐排咸，把降雨转化为地下水资源[14]。通过地膜覆盖抑制土面蒸发，充分利用降水淋洗土壤盐分也成为改良滨海盐渍土的一种有效途径[10]。通过比较塑料薄膜、沙子和麦草三种材料抑制盐分的效果，发现以塑料薄膜效果最佳，并且塑料薄膜宜采用全地面覆盖[15]。鲁北地区在春季黄河断流、干旱缺水时，利用3.8 g/L浅层地下微咸水膜下滴灌春棉2次，灌水定额35 mm，试验期间0～60 cm土体盐分含量维持在0.2%以下，不会对棉花的生长产生危害[16]。

通过研究全地膜覆盖条件下咸水滴灌棉花田土壤水盐动态的变化。初步得出以下结论：（1）咸水滴灌减少了棉花对土壤水分的吸收，HCO-3-Na+型咸水矿化度对棉花根系吸收影响要大于Cl--Na+型咸水。土壤水分动态受到前期灌溉水量和灌溉水盐分的影响，这种影响在整个生育期都存在。（2）各种灌溉处理都使得0～100 cm土体剖面的土壤EC值增加。薄膜全覆盖咸水滴灌条件下土壤盐分随着灌溉水矿化度的增加而增加，而且具有表聚现象，主要表现在30 cm土层内。（3）从土壤盐分的积累来看，灌溉水矿化度小于6 g/L对于降水较多的年份是安全的。在本试验条件下，矿化度为8 g/L的Cl--Na+型咸水对土壤的安全性仍需要进一步的研究。

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