干旱区膜下滴灌农田不同类型土壤盐分变化分析
2017-03-22王雅琴刘洪光徐万里李勇军
王雅琴，刘洪光，徐万里，孟 建，李勇军
(1.第八师炮台土壤改良试验站，新疆 石河子 832066；2.石河子大学水利建筑工程学院，新疆 石河子 832003；3.新疆农科院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091)
新疆地处西部干旱内陆区，降水稀少，蒸发强烈，高强度蒸降比导致表层土壤积盐，致使土壤次生盐渍化[1,2]。新疆现有耕地面积512.33 万hm2，盐碱地面积约占1/3[2-4]，土壤盐渍化和水资源匮乏成为农业生产的重要影响因素。为缓解土壤盐渍化，提高水资源利用效益，膜下滴灌成为新疆农业高效节水的主要发展模式。膜下滴灌集成了先进的灌水和栽培技术，既可以发挥覆膜栽培提高地温，降低作物蒸发作用，又减少水分深层渗漏，达到综合节水增产效果[5]。但膜下滴灌改变了土壤水盐运移模式，影响土壤盐分的分布[1]。相关试验研究表明，膜下滴灌条件下，盐分不断向远离滴灌带的区域运移，水平方向逐渐向膜间裸地聚集，垂直方向逐渐向下层运移；膜下滴灌土壤水盐在根区减少而膜间增加，40～70 cm处普遍存在积聚现象[2,6-10]；长期膜下滴灌情况下，前期盐分下降速度快，后期变化缓慢，并趋于稳定[11]。因此研究膜下滴灌条件下土壤盐分分布特征对于实施节水灌溉和防治土壤盐渍化具有重要意义。
本文以石河子垦区滴灌农田为主要研究对象，选取不同的土壤类型进行定点长期观测，分析典型盐渍化区域长期滴灌条件下土壤剖面盐分分布变化，探索干旱区膜下滴灌农田土壤盐分运移规律，为盐碱地的综合开发利用和农田土壤次生盐渍化的防治提供新的思路和技术。
1 试验区基本情况和试验方法
新疆第八师石河子垦区共有5个灌区，分别为下野地灌区、安集海灌区、金沟河灌区、石河子灌区和莫索湾灌区，监测点分别在5个灌区各选1个具有代表性的团场：下野地灌区135团、121团，安集海灌区142团，金沟河灌区144团，石河子灌区145团和莫索湾灌区149团，在每个团场选黏土、壤土、沙土性农田各一块(具体位置见图1)，于2008-2014年分别采取土壤样测试土壤盐分和养分含量，取样时间为开春播种前(4月10-20日)和秋收后(9月10-20日)，建立条田土壤盐分和养分信息档案，分析长期滴灌条件下石河子垦区不同土质农田土壤盐分分布特点。同时在试验地旁打一个地下水位观测井，每年4-9月，每月监测一次地下水位变化。石河子灌区的灌溉水来源为井水和渠水混灌，灌溉水的矿化度均小于1 g/L，属于淡水。
取样田块主要以膜下滴灌方式种植棉花，除121团6连、135团24连壤土2008年种植小麦、142团14连壤土地2011年种植蕃茄，2012-2014年142团14连壤土地和沙土地种植葡萄外，其余地块均种植棉花。取样点为每个地块1个定点样点，采样范围在1 m2内，春播前定点采集各点土样，采样层为0～30、30～60、60～100 cm；秋后采集膜内滴灌带下和膜外裸露中点2个点同层混合样，采样层次同上。样品风干后采用滴定法测定1∶5土水浸提液测定土壤含盐量，重铬酸钾容量法-外加热法测定土壤有机质，碱解扩散法测定土壤水解性氮(碱解氮)，碳酸氢钠法测定土壤中的速效磷，醋酸铵-火焰光度计法测定土壤中的速效钾。
图1 试验区及监测采样地点分布
2 结果与分析
2.1 盐分统计特征
按照土壤类型对土壤含盐量进行统计分析(见表1)。由表1可以看出，黏性土区的土壤含盐量相对较高，平均含盐量为0.273%，稍大于壤土和沙土区。黏土区各地块多年含盐量值均低于0.5%，由新疆盐碱土分类标准属于非盐碱土。但受所处灌区的灌溉、种植等条件影响，空间上存在较大差异，位于金安灌区和石河子灌区的144-11 c、145-9 c的土壤盐分含量较高，平均值分别达到了0.431%和0.442%，其中145-9 c在2009年达到0.985%，属于重度盐化土。壤土区的平均含盐量为0.25%，最小值位于石河子灌区的145-9 L，盐分含量为0.33%。各地块多年平均值均低于0.5%，属于非盐碱土。壤土地块中，位于金沟河灌区的144-1 L和安集海灌区的142-14 L的土壤盐分含量较高，平均值达到了0.451%和0.304%，其中144-1 L在2009年达到0.996%，142-14 L在2008年达到1.236%，均属于重度盐化土；其余壤土地块除135-24 L、144-1 L的土壤盐分在2009年和2010年表现为轻度盐碱土外，均表现为非盐化土。总体上壤土地块区土壤盐分的空间差异性比黏性土区大。沙性土地块内的土壤平均含盐量为0.251%，与壤土区相差不大，但最小值比壤土大23.6%。沙土区各地块与壤土区地块类似，其多年平均值均低于0.5%，属于非盐化土。位于石河子灌区的145-9 s土壤盐分含量最高，平均值达到0.524%，其中145-9 s在2009年、2011年、2014年分别达到0.962%、0.793%、0.869%，均表现为重度盐化土。从整体来看，盐分最小值在不同质地土壤中表现为黏土>沙土>壤土；最大值为壤土>黏土>沙土。
样本变差系数Cv反映样本值的离散程度，通常认为Cv≤10%为弱变异，10%
表1 土壤盐分统计特征值(2008-2014年) %
注：121-11 c表示121团11连黏土，121-17 L表示121团17连壤土，121-6 s表示121团6连沙土。
2.2 土壤盐分垂直分布变化
不同土质由于其地理位置和地势高低的不同，经过多年滴灌后，田间剖面土壤盐分变化情况也不同。对2008-2014年各试验点剖面不同层位土壤盐分含量对比分析见图2～图4。各试验点地下水位变化见图5。
由图2～图4可以看出，位于古尔班通古特沙漠边缘的121团、135团和149团，分布在玛纳斯河下游，离沙漠近，土壤不同土质含盐量均较低。离天山北坡较近，且离沙漠较远的144团、145团，水源比较丰富，灌溉用水量较大，各土质含盐量均相对较高，而142团地块种植年限较久(1998年开始使用滴灌种植)，加之灌溉的水量较大，所以取样点地块盐分含量不高。
经多年膜下滴灌种植，所有田块中0～100 cm土层的盐分总体上呈下降趋势，其中各土质中0～30 cm的盐分除个别年份(2009年由于干旱，整个石河子垦区灌水较少，少于往年，使大部分田块土壤出现返盐现象)外总体上呈下降趋势。黏土和壤土在30～60、60～100 cm的盐分在2009年有所增加，至2014年呈下降趋势。沙土在各土层的盐分均呈下降趋势，145团由于地下水埋深较深(见图5)，土壤盐分受灌溉和气候影响较大，所以土壤盐分分布规律性不明显。不同土质的盐分在30～60、从不同年度土壤盐分剖面分布图中(图2～图4)可以看出，144团和145团中不论黏土、壤土或沙土，土壤含盐量在部分年份均较大。这2个团均位于玛河上游，144团属于金沟河灌区，地下水位较浅，盐分难以洗走，盐分积累在土壤中，当农田中灌水量(2009年)较少时土壤中盐分上升，出现返盐现象。此外，145团田块中，0～30 cm深度内盐分呈下降趋势，而下部盐分呈现先增后减趋势，是因为30 cm以下有一黏土层，盐分阻隔在黏土层内，随地下水的迅速下降，下层盐分也会向下移动。
图2 黏土不同年度土壤盐分垂直分布
图3 壤土不同年度土壤盐分垂直分布
图4 沙土不同年度土壤盐分垂直分布
图5 不同年度各采样点地下水埋深变化
60～100 cm都有所积聚，0～30 cm土层盐分下降较大，下降幅度为沙土>壤土>黏土。
2.3 不同质地土壤年度间土壤盐分变化
对不同年度不同土质0～100 cm内土壤盐分值平均进行统计分析(见表2、图6～图8)。在滴灌条件下，不同质地田块内0～100 cm土壤盐分均呈下降趋势，期间部分地块出现上升、下降的波动。黏土地块(见图6)在2008-2009年，部分地块如144-11、145-9和149-8盐分含量增大，其余降低，但降幅不大，2009-2012年，总体下降趋势明显，至2013年又出现小幅的增长趋势，随后恢复下降趋势。壤土地块(见图7)土壤含盐量的总体下降趋势较黏土明显，除2008-2009年142团14连壤土地块降幅明显外，部分地块上升，且幅度较大，其余年份上升幅度均较小。沙土地块(见图8)盐分总体变化趋势不明显，但至2014年盐分含量除121团6连、145团6连外，均低于2008年。且145团9连的盐分含量变化呈现出一定的周期性，表现为2008-2009、2010-2011年上升，2009-2010、2011-2012年下降的趋势。
表2 土壤盐分分析结果(2008-2014) %
图6 不同年度黏土0～100 cm土壤盐分变化
图7 不同年度壤土0～100 cm土壤盐分变化
图8 不同年度沙土0～100 cm土壤盐分变化
综上所述，不同质地的土壤含盐量变化不同，盐分累积也不同，主要与不同层次土壤质地有关。经分析，在对作物进行膜下滴灌时，旱年由于灌水量较小蒸发量较大，土壤中盐份会有不同程度上升。但经过多年滴灌，3种土质0～100 cm土层内含盐量大体上呈下降趋势，具体见表2、图6～图8。滴灌条件下耕作层土壤盐分大幅度下降，0～100 cm土层土壤盐分无增加现象。依据新疆盐碱土分类标准对各样地进行统计分析，2008年试验点出非盐化土耕地占55.5%，轻盐化土占38.9%，中盐化土占5.6%；经多年滴灌种植至2014年，非盐化土已占77.7%，轻盐化土占16.7%，中盐化土占5.6%，滴灌条件下由于耕作层土壤盐分大幅度下降，0～100 cm土层土壤盐分无增加现象(见图9)。
3 结 语
(1)对不同质地土壤盐分分析结果表明，经多年膜下滴灌种植，0～100 cm土层总体上呈下降趋势，0～30 cm均有所下降，靠近沙漠边缘的121团、135团、149团整个剖面盐分含量都较低，不同年度0～100 cm各层变化不大；靠近天山北坡、远离沙漠的142团、144团和145团地块30 cm以下土壤盐分少数年份增加，大部分年份减少，0～30 cm土层盐分下降幅度沙土>壤土>黏土。
(2)试验区土壤盐分在其剖面上存在较为强烈的变异特征，且其盐分均值除少部分高于0.3%外，其余均低于0.3%，大部分属于非盐化土或轻盐化土。
(3)据2008年对6个团场18块地土壤盐分的测定(0～100 cm)，非盐化土耕地占55.6%，轻盐化土占
图9 2008年及2014年盐渍化土分类
38.9%，中盐化土占5.6%。经多年滴灌种植到2014年非盐化土已占77.8%，轻盐化土占16.7%，中盐化土占5.6%；滴灌条件下由于耕作层土壤盐分大幅度下降，0～100 cm土层土壤盐分无增加现象。
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