不同灌溉制度下河套灌区玉米膜下滴灌水热盐运移规律

孙贯芳，屈忠义，杜 斌，任中生，刘安琪



不同灌溉制度下河套灌区玉米膜下滴灌水热盐运移规律

孙贯芳1,2，屈忠义1※，杜 斌3，任中生1，刘安琪1

（1. 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，呼和浩特010018；2. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072；3. 宁夏水利科学研究院，银川750000）

为探明干旱地区膜下滴灌玉米土壤水热盐效应及秋浇洗盐灌溉的效果，该文根据2014—2015年进行的田间试验，分析膜下滴灌不同灌溉制度下生育期土壤水分盐分剖面分布特性、土壤温度变化及对玉米产量品质的影响和非生育期洗盐灌溉（秋浇）效果。结果表明，不同滴灌制度下土壤剖面水分、盐分剖面分布极不均匀，盐分均由膜内向膜外地表裸露区定向迁移，趋于膜外地表积累。膜下滴灌土壤温度受气温、玉米叶面积指数、灌水及土壤含水率共同作用。灌水后各处理土壤温度均剧烈下降，2～3 d后恢复，玉米营养生长阶段控制灌水下限为-30 kPa最有利于土壤温度积累。玉米生育期各处理膜内0～40 cm不积盐，控制灌水下限为-10 kPa可有效淋滤0～100 cm土壤盐分，而其他处理对0～100 cm土层盐分的影响差异性短期内不明显，需对不同处理长期膜下滴灌的盐分进一步观测。非生育期洗盐灌溉效果显著，秋浇灌黄河水180 mm后，次年春播前0～100 cm土壤盐分平均下降10.86%～26.14%，剖面分布较均匀。河套灌区膜下滴灌土壤盐分调控建议为生育期滴灌灌溉制度和非生育期洗盐灌溉双重调控。玉米生育期灌水下限建议控制为-30 kPa，非生育期洗盐灌溉由于河套灌区冻融影响及特殊的水文地质条件，膜下滴灌盐分累积到何种程度洗盐灌溉及具体合理的洗盐灌溉制度还需进一步深入研究。

土壤水分；温度；含盐量；河套灌区; 膜下滴灌; 水热盐; 洗盐; 秋浇

0 引 言

内蒙古河套灌区地处干旱地区，目前农业灌溉引水量约43亿m3～48亿m3，农田灌溉平均净引水量45亿m3[1]，灌区内灌水方式基本为地面灌溉，田间灌溉水利用效率低，灌溉水大量回补地下水[2]，造成土壤次生盐渍化。滴灌在提高灌溉水利用效率的同时，可实现高产高效，且适宜的滴灌制度已被证明是在干旱区缓解土壤盐渍化的有效办法[3-5]。受不同地区气候、土壤特性、作物品种、农艺措施及作物栽培模式的影响[6-8]，膜下滴灌技术具有很强的地域性，在河套灌区膜下滴灌关注最多的是经济效益较高的加工番茄[9-10]。玉米作为灌区内最主要的粮食作物，近2 a刚引起人们的关注，且成果集中在膜下滴灌玉米耗水规律及水分生产率[11-12]、作物系数[13]、根系分布[14]等方面。河套灌区干旱少雨，土壤蒸发强烈，易造成土壤盐分表聚和次生盐渍化[15]，在发展滴灌的过程中，土壤盐分的问题必须足够关注。

已有研究表明，土壤盐分运动受制于土壤水分和温度[16]，干旱区膜下滴灌的微区环境是水盐定向迁移的内在机制，气温与蒸发的交互作用则进一步增强了盐分的定向迁移[17]。因此，周和平等[18]提出地表排盐模式，经研究发现采用田间两膜之间的裸露地表排盐沟会使盐分下降36.7%～63.3%，效果良好，但其必须要求盐分向农田下游末端排泄有出路，在河套灌区真正实施有一定困难。Liu等[19]研究发现，用电导率达到7.42 dS/m的微咸水进行膜下滴灌，用150 mm秋浇定额淋洗后，土壤盐分淋洗到60 cm以下土层，作物根区土壤电导率在下一年仅为0.2 dS/m，说明秋浇能很好地控制滴灌土壤盐分。同时，Phocaides[20]也认为在年降水量小于250 mm的区域采用微灌不推荐在每次灌水时加大灌水量进行洗盐，而是建议在生育期结束后对盐分集中淋洗。非生育期洗盐灌溉可能是控制膜下滴灌土壤盐分的较佳途径。课题组李金刚等[21]在河套灌区下游的长胜试验站开展了微咸水膜下滴灌盐碱地玉米的大田试验，详细分析了生育期膜下滴灌膜内膜外水盐运移过程，发现0～100 cm土层生育期盐分不断累积，春汇225 mm黄河水后各土层盐分降低21.46%以上，对盐碱地微咸水膜下滴灌的实践具有一定的指导意义，但未深入探讨膜下滴灌膜内膜外土壤盐分分布不均的机制及盐分在各土层的平衡规律。另外，河套灌区属于典型的寒旱灌区，昼夜温差大，土壤积温对作物生长至关重要，膜下滴灌不同灌水下限对土壤温度的影响尚不清楚。因此，河套灌区膜下滴灌作物生育期灌水下限的选择需综合考虑土壤水热盐状况及作物产量品质等因素，所积累的土壤盐分在非生育期通过地面灌溉集中淋洗可能是未来灌区控制膜下滴灌土壤盐分的关键措施。本文通过田间试验，研究河套灌区膜下滴灌生育期不同灌水下限（分别为-10、-20、-30、-40 kPa）下的土壤水热盐效应及对玉米产量品质的影响，探索不同灌水下限及非生育期秋浇洗盐对土壤盐分平衡的影响，以期确定河套灌区玉米膜下滴灌合理的生育期灌溉制度和适宜的盐分调控模式，为膜下滴灌土壤水热盐的调控提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2014年5月—2015年5月在内蒙古河套灌区临河区双河镇进步村九庄农业合作社试验基地（107°18′E，40°41¢N）进行，试验区布置如图1所示。

该地深处内陆，属于中温带半干旱大陆性气候，多年平均降水量140 mm，平均气温6.8 ℃，昼夜温差大，日照时间长，多年日照时间平均值为3 229.9 h，是中国日照时数较长的地区之一。光、热、水同期，无霜期为130 d左右，适宜于农作物生长。该地一般每年11月中旬土壤开始封冻，次年5月上旬融通。试验区以粉砂壤土为主，0～100 cm土壤容重为1.38 g/cm3（表1），平均田间持水率为28.5%，土壤全氮量、全磷量、全钾量（质量比）分别为0.093%、0.07%、1.60%、有机质质量比为1.2%，pH值为7.6。玉米生育期地下水埋深范围为1.89～3.08 m，平均埋深2.84 m，非生育期受秋浇及冻融的影响，地下水埋深变化较为剧烈，平均为2.36 m（见图2）。膜下滴灌所用的地下水含盐量为1.07 g/L，pH值为8.0，Ca2+、Mg2+、Na++K+、Cl-、SO42-、CO32-、HCO4-质量浓度分别为70.1、72.9、150、159.5、216.1、0、396.6 mg/L。玉米生育期（2014年5月1日—9月30日）降水量为104.6 mm，非生育期（2014年10月1日—2015年4月30日）降水量为62.8 mm（见图3）。试验期间参考作物蒸散量（reference crop evapotranspiration，ET0）根据气象数据用FAO-56 Penman- Monteith公式[22]计算，玉米生育期ET0为765.84 mm，非生育期为383.26 mm。

表1 试验区土壤物理及水力参数

图3 试验期间降水量及参考作物蒸散量ET0

1.2 试验设计

膜下滴灌玉米品种为内单314，采用1膜1管（滴灌带）2行种植方式（见图4），滴灌带铺设间距120 cm，地膜宽70 cm，玉米宽窄行种植，宽行70 cm，窄行50 cm，株距22 cm，密度75 000株/hm2。采用耐特菲姆内镶贴片式滴灌带，管内径16 mm，流量1.60 L/h，滴头间距30 cm。膜下滴灌玉米5月1日播种后统一灌出苗水30 mm，之后采用北京奥特思达科技有限公司生产的张力计控制灌溉，参考Kang等[23]研究成果，张力计埋设在膜内滴头下20 cm处（图4），分别设置基质势为-10、-20、-30、-40 kPa 4个灌水下限处理，简记为D1、D2、D3、D4，每个处理为一个灌水单元（长25 m，宽7.2 m，面积180 m3），当张力计读数达到相应值时开始灌水，灌溉水采用当地地下水，灌溉水的水温一般在8～12 ℃，设计灌水定额为30 mm，D1处理5、6、7、8、9月灌水次数分别为2、4、8、3、0次，D2处理6月、7月较D1各少灌1次水，D3处理7月、8月较D2少灌2次、1次水，D4处理5—7月较D3各少灌1次水，4个处理总灌水次数分别为17、15、12和9次，实际灌溉定额分别为518.0、444.7、368.3、268.3 mm。各处理的施肥制度为播种时统一施入底肥磷酸二铵600 kg/hm2，后期随滴灌追尿素600 kg/hm2，钾肥（硝酸钾）90 kg/ hm2。其他的田间管理措施（除草，打药等）各试验处理均相同，同当地习惯。

图4 张力计、温度传感器埋设位置及土壤水盐取样位置示意图

参考李瑞平等[24]研究成果，2014年秋浇期不同滴灌制度试验小区于10月12日均灌水180 mm。具体过程为：各处理间用围堰隔开，每个小区灌黄河水32.4 m3。于2015年5月6日播前取土测试土壤盐分。

1.3 观测项目与方法

1.3.1 土壤水分

7月下旬玉米抽雄期灌水频繁，有利于分析土壤剖面水分状况。各处理于灌水前分别在垂直滴灌带距滴头水平距离0、17.5、35、60 cm位置取土，垂直取样深度为0～60 cm每10 cm一层，>60～100 cm每20 cm一层，取样点设置如图4所示。各3次重复，用烘箱105℃烘干测定含水率。

1.3.2 土壤及大气温度

土壤温度采用邯郸市益盟电子有限公司生产的地埋式8通路温度记录仪（YM-04）实时观测，温度计埋设位置分别为膜内滴头正下方5、15、25、40 cm，膜外（即指两地膜之间裸地正中间位置）5、15、25、40 cm处（见图4）。土壤温度记录仪精度±0.02 ℃，温度分辨率0.05 ℃。6月1日20:00点开始自动记录，每1 h记录1次温度，9月24日结束。土壤温度不设重复。大气温度采用试验区内HOBO小型气象站（美国Onset公司产品）温度，每6 min记录1次数据。

1.3.3 土壤盐分

分别在播前、生育期末收获后、次年播前取土测试土壤盐分。播前盐分取土方法为：土层深度0～60 cm每10 cm一层，>60～100 cm每20 cm一层，后2次取土方法同上述水分测试取土方法。风干土经碾磨、过2 mm筛后，用电导率仪（上海雷磁电导率仪DDSJ-308A）测试水土比为5∶1的土壤浸提液的电导率，后经该试验区土壤含盐率（%）与电导率（electrical conductivity，EC，dS/m）经验公式=0.349EC计算土壤全盐含量[25]。土壤盐分取3次重复。

1.3.4 玉米产量与品质

玉米成熟后，于2014年9月24日分别沿试验小区上段、中段、下段随机选择3个位置作为取样点，在中间3膜（试验小区共6膜）上连续每行取5株玉米共30株作为1个重复，取回其玉米棒。先用游标卡尺分别测量30个玉米棒的秃尖长度，之后人工脱粒风干称量产量，并换算成单位面积的产量。从每个重复中随机取100粒玉米籽粒称量质量即为百粒质量。玉米产量、秃尖长度及百粒质量均是3个重复。玉米品质是3个重复经充分混合为一个样后委托内蒙古博测质检科技有限责任公司检测粗脂肪、粗蛋白、粗淀粉，依据的标准分别是GB/T 6433-2006[26]、GB/T 6432-1994[27]、NY/T 11-1985[28]。

1.4 数据分析方法

1.4.1 土壤温度的滑动平均

土壤温度的滑动平均有利于消除土壤温度的不稳定波动，把握温度变化的趋势，是从一个有项的时间序列中来计算多个连续项序列的平均值。土壤温度15 d滑动平均是在长序列的逐日土壤温度资料中从第1天到第15天，第2天到第16天，第3天到第17天……，每相应15 d的资料计算其平均值，具体如公式（1）所示：

式中T为第1 d～第15 d共15 d的土壤温度滑动平均值，℃，文中的取值为0，1，2……，100；T为计算的15 d里每天的土壤温度，℃。

1.4.2 土壤盐分平衡分析

对1 m土层土壤盐分进行平衡分析是评价盐分累积状况的重要方法。土壤含盐总量根据不同取样点控制质量加权计算[29]，计算公式如（2）：

式中为盐分总量，kg/ hm2；S为取样点含盐量，g/kg；L为取样孔控制土层宽度，m；h为取样点控制土层厚度，m；γ为相应土层土壤容重，g/cm3；为计算深度内取样层数，0～100、0～60、0～40 cm取样层数分别为8、6、4；为整个剖面、膜内、膜外土壤取样孔数，分别为4、2、2。

根据质量守恒定律，播前收后土层盐分总量变化的方程为公式（3）：

式中D为播前收后土层盐分的改变量，kg/hm2，D>0说明土层盐分增加；△≤0说明生育期土层盐分不增加。2为收获后土层盐分总量，kg/hm2；1为播种前土层盐分总量，kg/hm2。

秋浇前后土壤盐分的变化直接用土壤电导率的均值来评价。

1.5 统计方法

利用Excel数据分析功能进行成对检验，采用SPSS13.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 滴灌制度对土壤水分盐分分布的影响

抽雄期玉米需水量大[13]，根系活动范围最大[14]，吸水旺盛，频繁的灌水会使滴灌湿润体的影响半径达到生育期最大值，对此时期灌前土壤剖面水分状况的分析有利于进一步明确土壤水分的散失过程及下一时刻灌水后土壤水分的运动趋势。图5为玉米抽雄期各处理达到灌水下限时的土壤含水率剖面分布图，图中“白色短划线”是土壤水分等值线从低处向高处凸出部分的连线，即集水线，众多的集水线构成了如河网状的水分路线，笔者定义为土壤水分集水线。在微观尺度下土壤水分集水线是所有水分的低值点，理论上也是土水势最低的点，周围的土壤水最容易向此运动，所以其可以表示土壤水分运动的趋势。由图5可知，D1、D2、D3、D4土壤剖面质量含水率均值分别为25.16%、22.72%、22.36%、21.44%，越靠近地表远离滴头，水分含量越低。D1、D2、D3、D4土壤水分垂直方向急剧变化的土层深度范围（白色框线内部分）分别是25～40、33～48、37～52、30～ 52 cm，D1、D2、D3深度随基质势减小而增加，范围大小基本一致，而D4范围增大。靠近地表土层即白色框以上部分不同处理膜内（距滴头距离0～30 cm）土壤水分以水平变化为主，膜边缘及膜外（黑框内部分）土壤水分由下层向上层、由膜内向膜外依次递减。由土壤水分集水线可知，D1、D2以剖面水分最大值为界上层土壤水分有由深层向地表，由膜内向膜外运动的趋势，下层土壤水分将向下运动。D3、D4整个剖面土壤水分由下层向上层依次递减，灌水前土壤水分在蒸发蒸腾作用下经由地表散失。

玉米生育期末即秋浇前对应的土壤盐分剖面分布状况是整个生育期内土壤盐分随水分迁移运动积累的结果如图6。D1土壤盐分在距滴头0～20 cm正下方范围内盐分基本低于0.3 dS/m，在距滴头水平距离20～60 cm范围内，盐分自深层至表层依次增加，在地表0～20 cm从膜内至膜外盐分逐渐积累。D2土壤盐分剖面分布与D1类似，但膜内滴头下方盐分低值区和膜外盐分高值区范围相对较小。D3在距滴头0～40 cm正下方0～40 cm范围内形成一个盐分低于0.3 dS/m的环状范围，在深度40～80 cm及0～20 cm膜外位置处盐分积累。D4在距滴头水平距离0～30 cm地表下50～80 cm及距滴头20～60 cm地表下0～30 cm位置处盐分明显高于其他位置。将图5黑框平移至图6，此范围内土壤盐分变化与土壤水分变化规律近乎相反，即膜下滴灌土壤盐分在地表浅层膜边缘及膜外范围内由下层向上层、由膜内向膜外依次递增，这可能是滴灌膜内及深层土壤水分经膜边缘及膜外散失，盐分迁移运动趋于地表积累的结果。

2.2 滴灌制度对土壤温度的影响

不同灌溉制度下土壤温度剖面变化总体规律基本是一致的，以灌水下限为-30 kPa即D3处理的土壤温度剖面分布为例（图7），膜内土壤温度受灌溉的影响较大，灌水后越接近地表土壤温度下降幅度越大，地表5 cm土壤温度需2～3 d后恢复至灌前水平，而膜外基本不受灌溉的影响。受温度较低的灌溉水的影响，膜内土壤温度总体较膜外低0.08～0.45 ℃，随着时间的推移，膜内外温度差异越来越小。从时间上来看，各个剖面土壤温度变化规律是相似的，呈持续下降的趋势，这主要是气温作用的结果[30]。

注：D1～D4表示膜下滴灌灌水下限分别为10、-20、-30、-40 kPa，下同。白色短划线为土壤集水线，黑色框是土壤水分由下层向上层、由膜内向膜外依次递减的区域；白色框是土壤水分垂直方向急剧变化的区域；图e为各处理水平方向距滴头不同距离位置处土壤水分含量的均值。

注：黑色框是土壤盐分由下层向上层、由膜内向膜外依次递减的区域。图e为各处理水平方向距滴头不同距离位置处土壤电导率的均值，S0是土壤初始电导率。

图7 膜下滴灌土壤温度剖面分布特征（D3）

不同滴灌制度下土壤温度的差异以膜内5 cm土壤温度为例进行分析。如图8a所示，6月上旬至中旬玉米苗期地表裸露，膜内土壤温度在气温作用下持续升至最高。6月中旬以后，土壤温度整体持续下降一方面是灌溉水水温低（8～12 ℃）导致土壤温度降低，另一方面是玉米叶面积指数（leaf area index，LAI）增大，逐渐覆盖地面，地表阳光辐射作用减弱[30]。土壤温度15日滑动平均结果表明：7月下旬前，D3处理表层5 cm土壤温度最高，D4次之，D2土壤平均温度在D3和D1之间波动，D1土壤温度最低（见图8b）。这主要是由于6月上旬—7月下旬间D1、D2较D3灌水次数分别多了4次、2次，频繁的灌溉导致土壤温度降低，虽D3、D4灌水次数相同，但D3土壤平均含水率高于D4，土壤比热容大有利于热量的吸收和保持。因为7月上旬—8月上旬气温达到同期最高值，土壤较高的含水率有利于土壤白天吸热、晚上保持土壤温度，所以7月下旬—8月上旬土壤平均温度D2最高，同时D4>D3>D1主要是受灌水影响的结果。8月中旬至9月下旬气温持续降低，土壤热量散失，各处理土壤温度趋于一致。因此，滴灌不同灌溉制度下土壤温度的变化是气温、玉米LAI、灌水及土壤含水率共同作用的结果。刘洋等[31]研究发现玉米田有效积温与玉米LAI关系密切，呈开口向下的2次抛物线关系，在玉米营养生长阶段，有效积温对促进玉米生长作用显著。河套灌区属于典型的寒旱灌区，玉米生育期前期面临土壤积温不足的问题，所以，单就土壤温度而言，河套灌区膜下滴灌玉米营养生长阶段（即7月下旬前）应控制灌水下限为-30 kPa。

2.3 滴灌制度-秋浇对土壤盐分平衡的影响

膜下滴灌不同灌溉制度下0～100、0～60、0～40 cm土层总盐分、膜内、膜外生育期盐分改变量，如图9所示。由图9可知，土层总盐分及膜外盐分生育期内0～100、0～60、0～40 cm均是增加的。D1、D2、D3、D4处理总盐量分别增加2 011.57、3 751.42、5 377.69、4 427.89 kg/hm2，盐分增加总量分别占到了灌溉水引入土壤盐分总量（D1、D2、D3、D4引入的盐量分别为5 542.6、4 758.3、3 940.8、2 870.8 kg/hm2）的36.29%、78.84%、136.46%、154.24%，说明控制膜下滴灌灌水下限为-10和-20 kPa，可有效淋滤0～100 cm土层的盐分，而D3、D4土层盐分增加量高于灌溉水引入土壤盐分的原因可能是河套灌区5月末6月初在强烈的蒸发作用下深层盐分向上运动[32-33]，而灌溉水量较少未能有效淋滤的结果。D1、D2、D3、D4各处理0～100 cm膜外土壤盐分增加量占盐分总增加量的百分比分别为97.25%、78.30%、70.69%、57.34%，说明在滴灌局部湿润和强烈的蒸发作用下，膜外土壤成为盐分的“承泄区”，土壤基质势越高（D1最高），灌水越频繁，灌溉水向膜外湿润范围越大，越多的盐分迁移到膜外。D1、D2、D3、D4处理0～60 cm土层盐分分别增加1 718.18、2 461.88、2 339.47、2 909.59 kg/hm2，分别占0～100 cm土层盐分总增加量的85.42%、65.63%、43.50%、65.71%，0～60 cm积盐率最低的为D3。0～60 cm土层膜内和膜外土壤盐分都较播前增加，但膜外增加更加明显，其盐量增加量占总增加量的106.38%、78.50%、71.85%、81.19%。0～40 cm各处理土壤总盐分分别增加821.76、1 095.48、489.85、1 898.88 kg/hm2，分别占0～100 cm土层盐分总增加量的47.83%、44.50%、20.94%、65.27%，D3处理0～40 cm积盐率最低，膜外增加量占0～40 cm总增加量的145.84%、93.46%、144.12%、102.53%。各处理0～40 cm膜内土壤没有明显积盐。不同灌溉制度下各土层盐分平衡及膜内膜外盐分分配结果表明，膜下滴灌土壤盐分水平方向由膜内向膜外地表裸露区迁移，趋于膜外积累。

不同滴灌灌水下限及秋浇对整个土壤剖面及膜内、膜外0～100 cm土层盐分的影响见表2。秋浇前D1处理0～100 cm土壤盐分不论整个剖面还是膜外均显著小于其余3个处理（<0.05），说明控制灌水下限为-10 kPa可有效淋滤0～100 cm 土层盐分。秋浇前0～100 cm膜内土壤盐分D1、D2明显低于D3、D4（<0.05），且D1、D2处理差异不显著（>0.05），说明生育期内控制灌水下限为-10、-20 kPa可有效地淋滤0～100 cm膜内土壤盐分。但总体而言，生育期内D1处理对盐分淋洗效果最明显，而D2、D3、D4处理对0～100 cm土层盐分的影响差异性短期内不明显。秋浇后各处理间土壤电导率差异不显著（>0.05），且土壤电导率变异系数较秋浇前均明显降低，表明秋浇后盐分分布更加均匀，这与土壤含盐量越高淋滤效果越好有关[34]，各土层盐分均降至非盐渍化水平[35]。秋浇前后D1、D2、D3、D4处理0～100 cm的土壤电导率均值经成对检验，值均小于0.05，均值差异性显著，秋浇后较秋浇前分别降低22.77%、10.86%、26.14%、12.59%。可见，D3处理下滴灌-秋浇洗盐效果最佳。然而，河套灌区地下水埋深浅，冻融影响使盐分的问题更加复杂，如何合理有效地淋洗盐分使次年不影响苗期作物且使长年滴灌条件下土壤不至发生盐渍化是河套灌区发展膜下滴灌面临的关键问题。因此，河套灌区膜下滴灌盐分累积到何种程度秋浇及具体合理的秋浇制度有重要的研究价值，还需进一步深入研究。

表2 滴灌灌水下限及秋浇对0～100 cm土层土壤盐分的影响

2.4 滴灌制度对玉米产量品质的影响

不同滴灌制度对玉米百粒质量、秃尖、产量、品质的影响如表3所示。D2处理秃尖最小，D2和D3处理百粒质量最大，产量最高（分别为16 511.0和14 964.4 kg/hm2），与D1、D4产量差异性显著，分别高16.03%、19.61%（<0.05）。由于品质检测使用各处理重复的混合样，故未做显著性分析。总体来看，D1、D2、D3、D4处理粗脂肪、粗淀粉、粗蛋白的总量分别占总产量的81.79%、75.82%、80.51%、88.69%，为11 638.7、12 518.3、12 047.4、12 243.3 kg/hm2，差别不大。

表3 不同滴灌制度下玉米产量品质

3 讨 论

秋浇洗盐是为了满足次年作物生长的要求，因此，次年播种前后的土壤盐分状况是评价秋浇灌水制度优劣的主要依据[24]。本研究以次年春播前土壤盐分含量与秋浇前盐分含量的差值来近似评估秋浇洗盐的效果。秋浇盐分的淋洗效果一是受秋浇定额的影响，秋浇定额越大，洗盐效果越好[24]；二是受秋浇前地下水位埋深的影响，埋深愈大，秋浇愈能将盐分淋洗至土壤深层，淋洗效果也愈好[36]。另外，冻融作用对秋浇土壤盐分淋洗过程也有复杂的影响。在冻结期，由于冻结是一个自上而下逐渐进行的过程，其间非饱和土壤的内排水过程，会使得盐分随水分向下迁移，这在一定程度上抑制了冻结期地下水及其下层土壤中盐分的上移。彭振阳等[37]的研究表明，在土壤冻结期间，在冻结和排水的共同作用下冻结层储盐总量变化不大，冻结层返盐率与地下水的排水排盐条件是密切相关的，排水排盐条件越好，田间储盐量减少越多，会使得冻结层返盐率越低，甚至会出现脱盐现象。在消融期，一般认为在冻结层以下部分土壤水转化为地下水，土壤处于排水过程，盐分也会随之淋洗，冻结层以上由于蒸发作用，表层会积盐。因此，秋浇前至次年春播前土壤盐分的变化是秋浇和冻融共同作用的结果。秋浇前至次年春播前，土壤水盐的变化及运动规律受到多方面因素的影响，是一个复杂的过程，还需进一步深入研究。

4 结 论

通过对河套灌区膜下滴灌不同灌溉制度生育期土壤水热盐效应及非生育期洗盐灌溉研究，有如下结论：

1）膜下滴灌盐分随水分定向迁移运动，不同滴灌制度下土壤盐分剖面分布极不均匀，各处理盐分均由膜内向膜外地表裸露区定向迁移，趋于膜外地表积累。控制灌水下限为-10 kPa（D1处理）可有效淋滤0～100 cm土壤盐分，而其他处理对0～100 cm土层盐分的影响差异性短期内不明显，需要对不同处理长期膜下滴灌的盐分进一步观测研究。

2）膜下滴灌土壤温度受气温、玉米叶面积指数、灌水及土壤含水率共同作用，膜内表层土壤温度在玉米需水旺季剧烈波动，灌水后会剧烈下降，2～3 d后恢复。就土壤积温而言，建议河套灌区膜下滴灌玉米抽雄期以前（即7月下旬前）控制灌水下限为-30 kPa。

3）非生育期洗盐灌溉（秋浇）效果显著，秋浇灌黄河水180 mm后，次年春播前0～100 cm土壤盐分下降10.86%～26.14%，剖面分布较均匀，是干旱半干旱地区控制膜下滴灌土壤盐分的有效途径。

4）D2和D3处理百粒质量最大，产量最高（分别为16 511.0和14 964.4 kg/hm2），与D1、D4产量差异性显著（<0.05）。各处理粗脂肪、粗淀粉、粗蛋白含量差别不大。

5）河套灌区膜下滴灌土壤盐分调控建议为生育期滴灌灌溉制度和非生育期洗盐灌溉双重调控，在一年一秋浇的条件下，玉米生育期膜下滴灌灌水下限宜以作物高产为目标，玉米灌水下限可为-30 kPa。在多年秋浇的条件下，膜下滴灌盐分累积到何种程度洗盐灌溉及具体合理的膜下滴灌-秋浇洗盐灌溉制度还需进一步深入研究。

致谢：感谢武汉大学杨金忠教授、查元源副研究员及内蒙古农业大学李仙岳教授对论文初稿所提的宝贵修改意见。

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Water-heat-salt effects of mulched drip irrigation maize with different irrigation scheduling in Hetao Irrigation District

Sun Guanfang1,2, Qu Zhongyi1※, Du Bin3, Ren Zhongsheng1, Liu Anqi1

(1.010018,; 2.430072,; 3.750000,)

Along with the development of Northwest Water-saving and Benefit-increasing strategy in China, mulched drip irrigation is booming in Hetao Irrigation District because of its advantage in water saving and high production. However, soil salinization has been a potential risk factor in arid area, thus enough attention should be drawn in the management of soil salt. This research studied the influence of different mulched drip irrigation schedules (lower irrigation limits were-10,-20,-30 and-40 kPa, respectively) on water and salt profile distribution characteristics, soil temperature, maize production and quality. Moreover, the salt-leaching irrigation in non-crop growth period (i.e., autumn irrigation, which is a traditional irrigation custom in Hetao Irrigation District after crop was harvested in autumn to leach salt and store the water in soil for the next year) had also been investigated. The experiment was carried out in the year of 2014-2015. The irrigation quota for each treatment was 518.0, 444.7, 368.3 and 268.3 mm, respectively. The leaching irrigation amount was 180 mm. The soil samples were collected for moisture, salinity measurements. Soil temperature was also sequentially measured during the experiment. After harvest, the maize yield and quality were determined. The results showed that the distributions of soil water and salt profiles were uneven under different mulched drip irrigation schedules. Soil salt migrated from the central mulching soil to the bare field, tending to accumulate in surface soil layer outside the film during the mulched drip irrigation. Soil temperature was influenced by air temperature, leaf area index, irrigation practice and soil moisture comprehensively. Soil temperature dropped sharply after irrigation practice, and recovered 2-3 days later. The optimum accumulated soil temperature for the nutritive growth period of maize was-30 kPa. Salt accumulation at the depth of 0-40 cm inside the film in maize growth period was little for almost all the treatments. The treatment of-10 kPa could leach 0-100 cm soil salinity effectively, while influence of the other treatments on the 0-100 cm soil salt was not obvious in the short term, and long-term observation to study impact of different drip irrigation lower limit on soil salt is needed. The effect of salt-leaching irrigation with 180 mm Yellow River water in non-crop growth period was remarkable, and the soil salinity decreased by 10.86%-26.14% on average, resulting in a relatively uniform salt profile at 0-100 cm. A combination of irrigation schedule for water-saving and leaching irrigation in the non-crop growth period for salt-controlling was helpful to control the salt accumulation. The maize yield was highest in the treatment of-20 and-30 kPa. The yield was 16 511 and 14 964.4 kg/hm2, respectively. The quality of maize was similar for all the treatments. Considering soil moisture, temperature, salinity and maize yield, we suggested that the limit of soil suction to trigger irrigation was-30 kPa. However, due to the impacts of the frost-freeze phenomenon and particular hydrogeological condition in Hetao Irrigation District, the detailed leaching irrigation schedule to control soil salt induced by mulched drip irrigation need further investigation in the future.

soil moisture; temperature; salinity; Hetao Irrigation District; mulched drip irrigation; water-heat-salt; salt leaching; autumn irrigation

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.019

S278

A

1002-6819(2017)-12-0144-9

2016-10-25

2017-04-10

国家自然科学基金（51469020）；内蒙古自治区水利科技重大专项（[2014] 117）。

孙贯芳，男，河南三门峡人，博士生，主要研究方向为节水灌溉原理与新技术。呼和浩特 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，010018。Email：gfsun1990@126.com

屈忠义，男，内蒙古巴彦淖尔市人，教授，博士生导师，主要从事节水灌溉原理与技术方面的研究。呼和浩特 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，010018。Email：quzhongyi@imau.edu.cn

孙贯芳，屈忠义，杜 斌，任中生，刘安琪. 不同灌溉制度下河套灌区玉米膜下滴灌水热盐运移规律[J]. 农业工程学报，2017，33(12)：144－152. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.019 http://www.tcsae.org

Sun Guanfang, Qu Zhongyi, Du Bin, Ren Zhongsheng, Liu Anqi. Water-heat-salt effects of mulched drip irrigation maize with different irrigation scheduling in Hetao Irrigation District[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(12): 144－152. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.12.019 http://www.tcsae.org