滴灌条件下土壤水盐运移特征及影响因素研究综述

邹小阳 刘涛 杨以翠 肖克飚 胡封兵 黄启亮 袁永慧 林珠

摘要 综述了滴灌技术的灌水量、滴灌周期、滴头流量和灌溉水矿化度等因素对土壤水盐运移动态影响的研究现状，分析了不同因素影响土壤盐分运移的机理及目前该领域存在的问题。同时，总结了地下水埋深和化学改良方法对土壤水盐运移的动态影响和存在的问题。通过分析研究现状，提出了今后该领域的研究重点。

关键词 滴灌；土壤水盐运移；影响因素；研究现状

中图分类号 S275.6；S152 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）22-0192-04

Abstract This paper summarized the research status of the dynamic effects of irrigation volume，irrigation cycle，dripper discharge and salinity of irrigation water on water and salt transport in soil.The mechanism of salt transport in soil and the existing problems in this field were analyzed.At the same time，the dynamic effects of groundwater depth and chemical improvement on water and salt transport in soil were summarized and existing problems were analyzed.By analyzing the research status，the future research emphasis in this field was put forward.

Key words drip irrigation；water and salt transport in soil；influence factor；research status

我國水资源总量为2.81万亿t，居全世界第6位，而人均占有量却位于世界第108位，是世界上21个缺水和最缺水国家之一，人均淡水占有量仅为世界人均占有量的1/4[1]。

我国因地处欧亚大陆东侧，跨高、中、低3个维度区，受季风与自然地理特征的影响，南北、东西气候差异很大，所以水资源在时空分布十分不平衡[2]。我国南方地区水系发达、水量充沛，其水资源占我国水资源总量的80%以上。而我国北方地区干旱少雨，水资源严重短缺，其水资源仅占全国水资源总量的14%左右。受季风气候的影响，我国降水量和径流量年内分配也极其不均匀，年际变化大，连续出现枯水年和丰水年。在南方地区，降雨量较多，雨季降雨集中，气温高，蒸发量大，水文循环强烈；在北方地区，一年大部分时间都被冰雪覆盖，气温低，水文循环弱；在西北干旱地区，降水稀少，蒸发量大[3]。我国降雨量和径流量在时空上的分布不均，很容易导致洪灾或旱灾发生。因此，在我国推行滴灌技术，可以有效缓解水资源匮乏的压力，提高水的利用效率，降低洪灾或旱灾发生的频率。

在田间进行滴灌，一般是按需供水，使灌溉水均匀缓慢地滴入作物根区土壤。滴灌使田间土壤的水、肥、气、热常处于一个适宜作物生长的环境，且不会破坏土壤结构，滴灌过程中的蒸发损失小，不会产生地表径流，滴入的水常渗入到表层土壤。滴灌是最有效的灌溉方法之一，其田间水分利用效率高达90%，与喷灌（60%～80%）、表面灌溉（50%～60%）相比，其节水效果更为显著[4]。滴灌所需的水量很少，灌水持续时间较长，灌水周期短，可以做到小水勤灌，且滴灌所需的工作压力低，可以较精确地控制灌溉量，有效减少作物的株间蒸发损失，减少灌溉水的浪费。总之，在田间采用滴灌技术具有节水、节肥、省工、合理控制土壤温度和湿度、维持土壤良好的结构和改善作物品质、增产增效的优点。

土壤中水分和盐分紧密联系，土壤中的盐分一般以3种形式存在于土壤中：一是以溶解态形式存在于土壤溶液中；二是以吸附态形式吸附在土壤胶体颗粒上；三是以固态形式存在于土壤中。而土壤水分是盐分迁移的重要载体，盐分一般随着土壤水分的运动而迁移[5]。滴灌技术中的各要素会改变土壤中的水分状态，进而影响土壤盐分运移。

综上可知，滴灌技术优点众多，在我国推行田间滴灌技术可有效解决水资源短缺和土壤盐渍化问题，但滴灌技术的上述优点是建立在合理科学滴灌的前提下。在实际应用中，人们未综合考虑影响滴灌效益的各因素，时常出现滴灌区域的土壤盐分含量过高，营养元素富集或匮乏等不良现象，影响作物的正常生长发育，给人们带来严重的经济损失。基于国内外学者对滴灌技术影响土壤水盐运移的各因素的研究成果，本文总结了灌水量、灌水周期、滴头流量、灌水矿化度、地下水埋深及化学改良等因素对土壤水盐运移的影响机理，为获得最佳的滴灌效果提供理论依据。

1 土壤水盐运移的影响因素

1.1 灌水量

根据“盐随水动”的原则，土壤水分是控制盐分运动的主要因素，灌水量的多少会影响土壤剖面中盐分的分布[6]。灌水量较低难以将土壤表层聚集的盐分向下淋洗[7]；灌水量过高会使土壤的积盐深度加深[8]，导致盐分进入地下水体，在蒸发强烈时还会促进盐分向上迁移[4]。因此，不同的灌溉量对土壤中水盐的运移影响很大。

吕殿青等[9]通过室内盐碱土入渗模拟试验，研究得出在滴头流量相同的条件下，随着灌水量的增加，滴头附近的土壤含水量增大，湿润体水平距离和垂直距离也增加，湿润体范围增大，达标脱盐系数也增加，有利于形成作物正常生长的淡化区。

巨 龙等[6]分析灌水量对土壤含水量和水分利用效率的影响，研究结果表明，土壤含水量的高低由灌水量决定，随着灌水量的增加，边际土壤含水率先增大后减少，水分利用效率递减，土壤表层的含盐量先减小后增加。

张 磊等[10]分析了不同滴灌量下稻田土壤水盐分布特征，发现膜下和背行不同位置的土壤含水量和含盐量的变化趋势不同。具体研究结果如下：相同灌水周期条件下，各处理土壤含水率均逐渐升高，以膜下0～20 cm最为显著，背行0～60 cm变化不明显；不同处理下，膜下0～40 cm均表现为脱盐，膜下40～60 cm则表现为积盐，背行土层表现出较大程度的积盐，最高达到508.94%。

田间滴灌试验和室内土柱模拟试验是2个不同的研究尺度，试验中受到的外界影响因素各异。吴 漩等[11]进行了室内土柱模拟试验，模拟不同滴灌量条件下土壤水盐的变化趋势。结果表明，不同灌水量下，土壤水分变化主要集中在0～30 cm土层，30 cm以下土层变化幅度在相同时段内随灌水量增大而减小，当灌水量过高时，会促使土壤中水分发生深层渗漏，不利于土壤剖面水分的蓄积；土壤在0～30 cm土层形成脱盐区，30 cm以下土层形成积盐区。

野外试验和室内试验的研究结果基本一致，都符合“盐随水动”的原则，土壤水分含量增加的区域往往含盐量有降低的趋势。滴灌试验中，灌水量的不同首先使表土的含水量增加，如果灌水量超过表土的持水量，水分在重力等因素的作用下逐渐下渗，并将溶解的土壤盐分一并携带至土壤底层，形成盐分淋溶；前人的研究一般只针对灌水量这一变量，而忽略了土壤质地、土壤结构、作物根系吸水能力等因素的影响。在以后的研究中，应当严格控制只有灌水量一个变量，剔除其他固定的影响因素。

1.2 滴灌周期

滴灌周期或滴灌频率对土壤的累积水量有直接影响。在同一滴灌周期内，灌溉水持续不断地进入土壤，增强了土壤中水分下渗的驱动力，有益于土壤盐分的淋洗。但这些只在蒸发不强烈时才能实现，一旦出现蒸发强烈时期，下渗到土壤深层的水分将与盐分一起上升到表层土壤，加剧盐分的表聚现象，导致土壤盐渍化加重。并非灌溉周期越长或灌溉频率越高，对作物越有益，需要综合考虑作物的需水量，避免产生涝害。

高 龙等[12]设置了7个不同的灌溉定额和灌水间隔试验处理组，通过对比分析得出：作物主根区土壤含水率自靠近滴灌带的宽行往外至膜间逐渐降低，土壤含盐率呈相反的规律分布，灌溉期靠近灌溉带的主根区土壤处于脱盐状态，远离灌溉带的土壤处于积盐状态；相同灌水间隔下，灌溉定额越大，主根区含水率越高，主根区以下渗漏水分越多，灌溉水生产效率降低。

郑耀凯等[13]则通过大田试验研究了不同灌溉定额和灌水周期对水盐运移动态的影响，分别设置了3个灌水定额和3个灌水周期。结果表明，土壤含水量随着灌水周期缩短而增大，灌水周期为5 d的处理组的土壤含水量保持在最佳状态；较小的灌水周期使作物内行和外行土壤含盐量持续降低，降幅相对较大。

灌溉频率与灌溉周期互为倒数关系，膜下滴灌在一定灌水量条件下，土壤水盐运移在水平方向与垂直方向上的变化与灌水频率有关[14]。吴争光等[15]研究了在相同滴灌定额条件下，不同的滴灌频率或灌水周期的棉花膜下滴灌土壤水盐运移规律。研究发现，在相同的灌水定额条件下，高频率灌溉的土壤含水率高于低频率灌溉，高频率灌溉的洗盐效果也优于低频率，有效地抑制了土壤的返盐。张 琼等[16]则进一步分析了在2种不同的土壤含盐量条件下，灌水频率对土壤水盐运移的影响。研究表明，在棉花花铃期进行滴灌，当总灌水量相同时，对高含盐量土壤进行高频率滴灌可以有效降低土壤湿润体内的土壤含盐量，膜中、棉花内行和外行的土壤含水量均高于低频灌溉，有效缓解了棉花外行的受旱程度，并且使棉花达到增产效果；但对于低盐土，灌溉频率对棉花的品质和产量没有显著的影响。

不同的滴灌周期或滴灌频率使进入土壤中的水量各异，因而土壤中出现不同的水盐运移现象。灌溉周期应当与滴灌流量一并考虑，不应该单独分析滴灌周期对土壤水盐运移的影响。因为在滴灌周期较长或滴灌频率较高而滴头流量很低的情况下，受蒸发的影响，反而会加剧土壤盐分的上移运动。只有综合考虑滴灌地区的土壤条件、蒸发状况和种植作物等，设定合理的滴灌周期和滴灌流量才能获得良好的经济效益和环境效益。

1.3 滴头流量

滴头流量会影响湿润锋的运移速度、水平运动和垂直运动，通过分析湿润锋的运动状态可以推测滴灌水分在土壤中的运动速度和运动范围等特征，从而对土壤水分的运动进行较为精确的定量分析，使预测适宜滴头流量成为现实。

孙 林等[17]对膜下覆盖的田地进行微咸水滴灌试验，设计了3个不同灌水量处理。研究结果表明，在灌溉周期内，根区土壤盐分基本表现趋势为湿润体形成阶段降低，再分布阶段富集；根底土壤盐分表现趋势为湿润体形成阶段增加，再分布阶段降低。3个處理滴灌后36 h土壤水分湿润深度分别达到80、90、120 cm，滴头部位水分携带盐分向深层迁移，在滴灌中起着深层淋洗作用，可以有效地减缓上层土壤盐分积累。

刘春卿等[18]通过室内土箱模拟试验，研究不同滴头流量处理的土壤水盐运移及再分布规律。研究结果表明，两滴头交汇界面处的湿润锋因滴头流量不同而呈椭圆形或圆形；大滴头流量有利于水分的水平运动，水平扩散速率明显大于垂直入渗速率；随着滴头流量的减少，水平和垂直方向的入渗距离逐渐接近；总灌水量会影响土壤湿润体体积；滴灌结束后，土壤中的水盐经过再分布，进一步向深层运移，促进了上层土壤的淡化，小滴头流量的淋盐效果明显优于大滴头流量。

王振华等[19]进行室内试验，研究在非充分供水条件下流量对土壤水盐运移的影响。研究结果表明，滴灌流量越大，盐分随水向周围湿润锋运移积聚得越多，湿润锋处的含盐量与滴头处的含盐量的比值越大，即在滴头附近的脱盐效果越好。无论在水平方向还是垂直方向，流量越小，湿润锋运移的速度越慢，流量越大运移越快，并且湿润锋沿水平和垂直方向运移的距离也越大。在水平方向，同一流量下，无论流量大小，在滴头两侧的含水量分布基本相当；流量越大，在距离滴头一定距离内的含水率越高；在垂直方向，流量越大，在滴头下方的含水率越高，在滴头上方的含水率相应越小。流量越大，盐分向周围湿润锋运移积聚得越多。

上述研究都验证了滴头流量的增加有利于水平压盐，而不利于垂直向下压盐。在应用滴灌技术时，应将土壤类型、作物根系吸水性和深度、滴灌带埋深等因素纳入考虑范围，得出相应的适宜滴头流量。如果滴头流量过大会破坏土壤原有的稳定结构，使土壤渗透率和持水性发生改变，最终影响土壤中水分和盐分的运动。

1.4 灌水矿化度

目前，合理开发利用微咸水和咸水滴灌已经成为各国关注的热点问题。在我国西北干旱区，淡水资源稀少，当地富含不同矿化度的咸水。如果将咸水灌溉和滴灌技术相结合，既可以有效解决淡水资源短缺问题，又可以将节省出的淡水资源用于生活和其他方面，提高水分有效利用率。

灌水矿化度是评价农田灌溉用水水质的重要指标[20]。灌水矿化度即灌水的含盐量，是表征灌溉水中所含的各种阳离子量和阴离子量总和的指标。根据矿化度不同，灌溉水分为淡水、微咸水、咸水及卤水。随着灌水矿化度的增加，土壤中累积的盐分也逐渐增加，使灌溉水的洗盐作用削弱。

吴忠东等[21]使用不同矿化度的水进行均匀土柱一维垂直入渗试验。结果表明，随着入渗水矿化度的增加，土壤整体的盐分含量都增加，含盐水入渗会改变土壤结构，并增强土壤导水和持水能力。入渗水的矿化度低于3 g/L时依然对土壤上层的盐分有一定的淋洗作用，但当矿化度进一步升高，入渗水对土壤中所含的盐分丧失淋洗作用。在进行微咸水滴灌时，应当将咸水的矿化度控制在合理的范围内，可以有效避免土壤板结、肥力下降、土壤结构和功能失调及土壤环境恶化的环境生态问题。

郭太龙等[22]使用不同矿化度的灌溉水进行室内土柱入渗试验。结果表明，随着灌溉水矿化度增加，土壤积盐量增高，当灌溉水矿化度在1～5 g/L时，土壤积盐量随灌溉水矿化度的增加而增大的幅度最大；对土壤含水率的影响则表现为先急剧减小稳定在一定值上，再减小。并且建立了灌水矿化度与湿润土层总含盐量的拟合方程：

y=-0.002 6x3+0.022 7x2-0.020 9x+0.113 9（r=0.998 2）

式中，y为湿润土层总盐量，x为滴灌水矿化度，r为相关系数。

矿化度不同的滴灌水对土壤表层的积盐量、湿润锋运移速度、湿润体体积等造成影响。随着灌水矿化度的增加，土壤表层盐分聚集，并且表层土壤的盐分聚集量与灌水矿化度成正相关。在使用高矿化度的水进行灌溉时，虽然可以充分利用当地的咸水资源，达到节约淡水資源的目的，但应该考虑到灌水矿化度对土壤质量的长期影响。

1.5 地下水埋深

地下水埋深对土壤的原始含水量和盐分的分布情况有影响，地下水位的不同使土壤的基质势、地表下渗水的聚集位置发生变化，从而影响土壤中水分和盐分的运移。适宜的地下水位能够改善作物的土壤环境，形成适宜作物生长的脱盐区，提高根系活力，增加作物产量[23]。

管孝艳等[24]在盐渍土区运用经典统计学和地质统计学法，结合GIS技术，分析了地下水埋深对土壤水盐分布的影响。研究表明，土壤盐分与地下水位存在紧密的联系，地下水埋深状况对土壤含盐量存在制约作用，土壤盐分随浅层地下水埋深的增加而减小，两者之间满足指数关系。

杨建强等[25]应用人工神经网络模型和趋势面分析法对潜水埋深和土壤水盐动态进行了分析。结果表明，潜水埋深与土壤中的积盐量成负相关。王密侠[26]的早期研究也发现，在气候条件相同、土壤质地、土壤剖面及土壤导水性、水质和地面覆盖度相似的情况下，土壤中的水盐运移状态取决于地下水的埋深。

巴比江等[27]在玉米地中选择6种不同的地下水位进行试验。结果表明，地下水埋深对土壤水分垂直变化规律的影响主要表现在0～100 cm土层含水量上，地下水位越深，同层土壤的含水量差异越大。地下水埋深对土壤剖面100 cm以下的含水量影响极小。

乔冬梅等[28]使用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水灌溉对土壤水盐运动的影响。研究表明，随着地下水埋深的增加，土壤中的盐分含量减少。

李 玮等[29]认为，当地下水埋深小于极限埋深、大于土壤根区深度时，地下水和土壤水交换频繁，地下水中的盐分在土壤表层积聚，容易造成土壤盐渍化；当地下水埋深小于土壤根区埋深，甚至潜水面高出地表时，土壤水和地下水之间相互作用，土壤饱和状态和非饱和状态频繁交替。

大量的研究都是综合了2个以上的因素进行研究，将地下水埋深作为其中的一个影响因子。随着地下水埋深的增加，土壤中含盐量呈降低的趋势。但并不是地下水埋深越大，对土壤和作物越有利，存在极限埋深的阈值。地下水埋深应该大于极限埋深阈值，以避免土壤盐渍化。

1.6 化学改良方法

化学改良是一种有效改善土壤理化性质的土壤盐碱地改良方法。化学改良措施是在土壤中施加外源改良剂，改良剂中的阳离子被土壤胶体吸附，置换出胶体表面吸附的阳离子，尤其是对土壤危害较大的钠离子，置换出的钠离子随水淋出作物根系吸水层[30]。目前，国内外化学改良大都通过增加钙离子（添加石膏、氯化钙、石灰等）降低钠离子含量，从而达到改善土壤结构性能、增加土壤渗透性和通气性，并与生产实践相结合取得了增加作物出苗率和产量的效果[31-32]。

王春霞等[33]通过滴灌施加硝酸钾，对土壤水盐分布特征进行分析，在0～30 cm耕作层内采用3种施钾质量浓度及5种施钾方式（连续、滴水—滴施硝酸钾溶液、滴施硝酸钾溶液—滴水、滴施硝酸钾溶液—滴水—滴施硝酸钾溶液、滴水—滴施硝酸钾溶液—滴水）研究土壤盐分及离子的分布特征。结果表明，随着施加的钾肥进入土壤，改变了土壤耕作层内离子的组成，Ca2+、Mg2+浓度相对增加，Na+浓度降低，阴离子SO42-浓度增加，Cl-浓度降低；施钾浓度较高时，耕作层内的总盐、钠吸附比（SAR）、Cl-/SO42-减小，滴水—滴施硝酸钾溶液施钾方式下的SAR、Cl-/SO42-最小，表明滴施硝酸钾对耕作层的土壤有明显的改良作用。

孙海燕等[34]通过施加硝酸钙，研究4种不同的施钙方式对土壤水盐运移动态的影响。结果表明，不同的施钙方式对土壤中的水分和盐分运移都有不同程度的影响，随着湿润锋水平、垂直距离的增加，不同施钙方式的土壤含盐量、钠离子含量和钠吸附比均在不断增加，Ca—W—Ca（Ca表示施加硝酸钙，W表示滴水）施钙方式的达标脱盐区评价系数和脱钠区深度系数最大，钠吸附比最小，脱盐效果优于其他方式，表明该施钙方式更有利于土壤中盐分的淋洗。

除了研究不同的施加方式外，王全九等[35]使用4种不同的石膏配比和无石膏的水进行滴灌试验。结果表明，不同的石膏配比对土壤中的水分和盐分运移皆有影响。随着湿润锋水平、垂直运移距离的增加，不同石膏配比的土壤含盐量增加，容易产生土壤盐渍化；在相同入渗距离内，钠离子含量随着石膏配比的增加而减小，脱钠区深度系数则增大，脱钠效果显著。在滴灌水中施加石膏，并控制合理的石膏配比有利于淋洗土壤中的盐分。

在滴灌过程中合理使用化学改良方法有助于土壤中盐分的淋溶，增加土壤中有效水分的含量。无论是在灌溉水中加入石膏、氯化钙，还是改变石膏配比，都能达到淋洗土壤中盐分、增加脱盐区水分的目的。在应用化学改良方法时，应根据作物的种类和土壤中阳离子状况确定加入的化学改良剂，达到因地制宜的目的。

2 结论

在滴灌条件下，影响土壤水盐运移动态的因素较多，众多国内外学者研究的影响因素主要集中在灌水矿化度、灌溉频率或灌水周期、灌水量、滴头流量、地下水埋深及在灌溉中使用的化学改良方法等方面，研究成果初步阐明了各因素对土壤水盐运移影响的机理，但还有一些问题需要进一步研究。

（1）试验中单因素变化问题。试验中未严格使用控制变量法，试验中的变量可能不止1个，使一些类似的研究无法进行比较分析。

（2）对植被等其他影响因素缺乏进一步的深入研究。国内外学者关于作物类型和土壤质地等因素对土壤水盐运移的影响研究较少。作物的耐盐、耐旱程度及根系分布都会对土壤的水盐动态产生影响。土壤的结构、颗粒组成、持水能力和导水能力会影响土壤中水分的运动，而土壤中的盐分会随着水分的运动而变化。今后在对土壤水盐运移影响因素的研究中，应该考虑到这些被忽略的因素。

（3）在前人的研究中，相当一部分只进行了室内试验，而没有将室内试验的研究结果在室外进行验证，致使部分结论可能与田间试验得到的结果不符。

（4）众多研究者只对土壤水平和垂直方向上的水盐动态进行了分析，未将土壤中水盐在水平和垂直方向上的运移现象与此时植物的生理状态结合在一起，进行更加全面的分析。

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