长期膜下滴灌棉田土壤水盐分布变化及其对棉花生长影响

2016-03-23于晓瑞虎胆吐马尔白杨鹏年朱海清

节水灌溉 2016年2期

于晓瑞，虎胆·吐马尔白，杨鹏年，朱海清，李萌

(新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁术齐 830052)

膜下滴灌是利用覆膜的抗蒸发技术和滴灌的节水技术结合水资源短缺、气候干燥、蒸发强烈的特点，而研制出的新型、可靠的灌溉技术[1]。据不完全统计，新疆盐渍土面积105万hm2，占耕地面积的33.4%，且土壤盐渍化有继续恶化的趋势，盐渍化成为危害农业生态环境的一个突出问题[2]。伴随膜下滴灌技术应用范围和时间的增加，众多学者[3-7]对盐碱地应用膜下滴灌技术后土壤水盐运移规律及作物生长情况做了大量研究。周宏飞[8]等对不同改良措施条件下土壤水盐动态、水盐平衡进行了研究，王全九[9]等确定了盐碱地膜下滴灌的技术参数。宁松瑞[10]等认为短期内膜下滴灌可以将浅层土壤盐分淋洗至深层，但是，从长远来看，却无法将盐分从根区土壤层中排出，土壤盐碱化程度并不能降低。本文主要根据南疆长期滴灌棉田连续3年的实测数据分析不同年份不同深度土层土壤水盐分布变化以及其对棉花生长的影响，为更好地利用膜下滴灌技术提供合理的依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验区位于库尔勒市包头湖农场，地处孔雀河三角洲冲积扇下部，海拔在885 m，地下水位较高，东邻永丰渠、西邻孔雀河、北倚天山支脉霍拉山南麓、南靠孔雀河湿地保护区。气候属于暖温地带，无霜期达180～220 d，日照时间长，太阳辐射能量多热量大，早晚温差大，适宜棉花的生长。试验区种植金花9号棉花，土壤在0～100 cm内为粉土(土壤颗粒分析见表1)，土壤密度为1.40 g/cm3，土壤田间持水量为24%。采取等行距条播，种植模式为一膜一管四行(种植模式见图1)，覆膜宽度为1.2 m，滴头设计流量为2.6 L/h，滴头间距为30 cm。灌溉定额均为4 500 m3/hm2,以100 kg/hm2尿素和120 kg/hm2滴灌肥的标准施肥,同时进行灌水与施肥。

表1 土壤颗粒分析及其化学类型

图1 棉花种植模式(单位：cm)

1.2 试验方法

试验区直接选择在大田中进行田间取样，使用土钻法分别在滴头(宽行)、膜间(膜间裸地)、行间(窄行)三处垂直取0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60 cm深度土壤，分别在棉花播种期、苗期、盛龄期、收获期进行土壤样品采集。用烘干称重法测定其质量含水率。(将野外所取土壤及时带回实验室并称取其湿重，然后将样品放置在烘箱中，在105 ℃的温度下烘烤10 h后称取土壤干重。)土壤质量含水率的计算公式如下：

(1)

式中：Wm为土壤质量含水率，%；W0为土壤鲜重，kg；Wt为土壤干重，kg。

烘干研磨取10 g土与50 g蒸馏水按土水比1∶5制成土壤浸提液，搅拌均匀后静置沉淀一段时间用DDS-307型电导率仪测取浸提液的电导率，根据测定得出的电导率与含盐量换算公式求得每层土壤的含盐量。

电导率与含盐量关系的确定：试验选取37个样品，分别测出电导率和含盐量(见图2)。用SPSS软件分析两者发现具有显著的线性关系，拟合得出方程相关参数从而得出含盐量与电导率之间关系：

Y=0.005X-0.026 (R2=0.998，n=37)

(2)

式中：Y为土壤含盐量，%；X为电导率，μS/cm。

图2 电导率与含盐量关系

2 结果分析

2.1 不同滴灌年份生育期土壤水盐分布

由于棉花根系层深度较浅且膜下滴灌土壤湿润深度不深，在研究生育期棉花根系层土壤平均含水率与含盐量时采取0～60 cm深度土层作为研究对象。图3为不同滴灌年份各生育时期0～60 cm土层平均含水率与含盐量。由图3可以看出，播种期到苗期各年份土壤平均含水率均降低，主要是由于播种期前土壤经过春灌使土壤含水率升高，播种之后到苗期土壤不在灌水分蒸发强烈使土壤含水率降低；苗期到盛龄期各年份土壤平均含水率增加，是由于该时期棉田灌水次数较多，但是由于该时期土壤蒸发与植物蒸腾作用都较为强烈使得含水率增加的趋势较为平缓；在棉花盛龄期后，随着灌溉次数的减少，土壤平均含水率降低。

土壤盐分在年内棉花生长期整体呈降低趋势。在播种期到苗期土壤含盐量随含水率的降低而增加，且随着灌溉年限的增加，土壤含盐量在该时期有增加的趋势；苗期到盛龄期土壤含盐量降低有利于棉花生长；盛龄期到收获期土壤含盐量增加。对于整个生育期，可以看出随着灌溉年份的增加，土壤作物根系层的平均含盐量有增加的趋势。

图3 生育期不同年份土壤水盐分布

图4 收获期各土层不同年份土壤水盐分布

2.2 不同滴灌年份生育期各时期各土层盐分分布

由图4可以看出，滴灌棉田在棉花生育初期(播种期)土壤水分分布呈现表层含水率较低，向深处土壤水分先升高再降低的分布特点，其中在40 cm深处附近含水率最高，是由于播种期气温逐渐升高，表层土壤水分蒸发加剧，而40 cm土层由于前期春灌补给水分以及受到蒸发程度较小而含水量较高。在棉花生长期内(苗期、盛龄期)土壤水分整体含量较高，垂直方向总体呈中间(20～50 cm)高两头低的分布特点，是此时气温普遍较高，棉花枝繁叶茂正处于耗水旺盛的时期，由于作物根系主要分布在20～60 cm范围，此时蒸腾拉力较大，使得根系层对于土壤水分运动的影响比较显著，根系层含水率普遍偏高，而表层土壤水分在地表蒸发、根系耗水及向下迁移的多种因素下消耗显著，含量较低。膜下滴灌棉花生育期末(收获期)土壤水分分布在0～60 cm深度范围内从上向下总体呈现低高低的分布特征，是由于进入棉花生育末期，棉叶大量脱落，灌水停止,此期气温日夜温差较大，白天气温仍然较高，阳光可透射到地表，因此，表层土壤水分蒸发散失严重，使得表层水分含量较低，在20～50 cm 土层由于生育期内灌水较多，且处于棉花根系主要分布层，土壤水分仍有较高的存量。

各滴灌年份棉田土壤含盐量在40～50 cm聚积。不同年份各土层含盐量变化总趋势为下一年比上一年略微增加，上层土壤含盐量变化较大，下层土壤含盐量趋于稳定。不同年份各生育时期几乎各土层土壤含盐量均随着滴灌年限的增加而增大，在盛龄期和收获期较为明显。土壤盐分基本呈现表层盐分含量高，向土壤深处盐分逐渐降低的分布特点。同一年份在垂直方向土壤含盐量先增加后降低，主要是由于滴灌是滴头下土壤水分逐渐达到饱和状态后向西周扩散，形成一个湿润锋，土壤盐分随水分移动而被淋洗到湿润体的外面，从而达到“洗盐”的目的使作物根系层形成个盐分淡化区，为作物的根系生长创造一个优良的水盐环境。