滴灌葵花不同灌溉制度下土壤水盐运移规律

徐大为，魏占民，杨 黎，苏世雄

(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．盐碱地改良研究院，内蒙古 五原 015199)

内蒙古河套灌区水源丰富,光热资源充足,是内蒙古乃至全国的重要粮食生产基地[1]。随着时代的发展，河套灌区灌溉面积越来越大而引黄灌溉水越来越少，有更多的农业用地土壤出现了盐碱化问题[2]，土壤盐碱化问题导致了作物无法正常生长而被迫荒弃，这严重影响了灌区的农业经济发展[3]。如何有效利用盐碱地，减少土壤盐碱化，同时减少灌溉水量是干旱半干旱地区农业用地资源合理利用的重要研究内容[4]。

已有研究表明，传统漫灌单次灌溉水量较大，作物吸收水分占灌溉水比例低，大量灌溉水通过深层渗漏成为地下水，地下水位随之升高，受蒸发作用影响盐分随水分向上运动，容易造成土壤返盐和次生盐碱化[5]，而滴灌灌溉具有长时间、小流量和高频率的特点，可有效地提高灌溉水利用效率及作物产量，且适宜的灌溉制度是在干旱区缓解土壤盐碱化的有效方法[6-8]。而也有其他学者研究表明，滴灌条件下单次灌水量少，土壤盐分得不到充分的淋洗而造成土壤次生盐渍化，表层盐分累积大于深层，以滴头为中心随着横向距离的增加，土壤盐分随着水分的运动向外扩张，土壤盐分累积也越来越大[9]。地膜覆盖采用滴灌灌溉方式之后，节水灌溉的同时可减少地面蒸发，控制土壤表层盐分累计，提高水分利用效率[10]，现膜下滴灌技术在河套灌区得到广泛运用。当前不同灌溉制度覆膜滴灌下土壤水盐运移规律且以葵花为作物的研究较少。本文主要针对河套灌区典型盐碱化农业用地，通过田间试验研究不同灌溉制度对膜下滴灌葵花土壤水、盐运移的影响，明确不同灌溉制度下单次灌水前后以及葵花各个生育期膜内、膜外土壤中的水盐运移规律。

1 材料与方法

1.1 实验区概况

试验地位于内蒙古自治区巴彦淖尔市五原县蒙草抗旱公司(108°12′E，41°03′N)。试验地属于半干旱地区，靠近黄河，气候属于中温带大陆性气候，日照时数较长，昼夜温差大，多风少雨。多年平均日照时数3203 h，平均气温6.1 ℃，日最高气温出现在14∶00左右，无霜期平均126 d/a，年均降雨量150 mm，降雨主要集中在夏秋两个季节，雨热同季，利于农作物生长。供试验土壤主要理化性质见表1。

表1 供试验土壤主要的理化性质

1.2 实验设计及测定方法

为了研究滴灌葵花生育期内土壤中水盐运移规律，试验区采用土钻法取样，选取土样位置分为距离滴灌带水平位置0、20、50 cm处，取样深度为0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm。土壤含水率由烘干法测得，全盐含量值是由1∶5的土壤/蒸馏水配比溶液测其电导率换算而来，换算所采样的经验公式为[11]：

St=3.765 7EC1∶5-0.240 5

(1)

式中：St为全盐含量，g/kg；EC1∶5表示为水土比为1∶5的土壤溶液电导率值，dS/m。

土壤盐分含量计算公式[12]为：

Sa=100Stρsl

(2)

式中：Sa为土壤盐分含量，kg/hm2；ρs为容重，g/cm2；l为土层深度，cm。

灌溉制度采用先在6月7日播种后全部滴出苗水15 mm，之后根据土壤张力计控制灌溉，张力计埋设在膜内滴头下20 cm处，设置3种灌水下限处理，分别为每当张力计显示基质势值是-20、-30、-40 kPa时开始灌水，设计灌水定额为22.5 mm，记作D1、D2、D3,每个处理设置3组重复，每个处理试验用地长15 m，宽7.6 m，面积114 m2，灌溉水采用当地地下水,地下水全盐含量为916 mg/L,作物葵花各个生育期的灌水量见表2。因葵花进入灌浆期以后灌水容易躺倒，按当地种植习惯葵花进入灌浆期之后便不再灌水。膜下滴灌葵花品种为内单7009，采用一膜一滴灌带两行种植方式，膜宽和膜间距离分别为60 cm 和40 cm，在地膜中间布置滴灌带，滴灌带间距120 cm，滴头间距30 cm,葵花种植模式见图1。

表2 研究区葵花的滴灌灌溉制度

图1 葵花种植模式示意图(单位：cm)

2 结果与分析

2.1 生育期内滴灌制度对土壤含水率分布的影响

试验得出数据通过Surfer12.0软件制图分析了葵花生育期苗期、现蕾期、开花期灌前灌后土壤剖面水分分布情况，因成熟期灌水葵花易倒伏，故成熟期不灌水，不做分析。从各土层土壤含水率分布情况可以看出(见图2)，整个生育期内各处理0～30 cm土层含水率变化最大，因灌水下限为-40 kPa灌水周期较长，0～30 cm土层土壤含水率变化最大，-30 kPa次之，-20 kPa最小且一直处于土壤含水率较高水平，说明0～30 cm土层水分分布受灌溉水、地下水补给、外界因素和葵花根系吸水的影响较大。不同灌水处理下都呈现膜内含水率最高，膜边次之，膜外位置含水率最低，随着距离滴灌带水平方向距离的增大，含水率越低。随着灌水下限的增大，水分变化范围增大，垂直方向大于水平方向，且灌水下限为-20 kPa时出现深层渗漏现象。从节水角度考虑，灌水下限为-20 kPa深层渗漏水量较多，灌溉水利用效率降低，达不到节水调控的目的。-40 kPa因灌水次数最少，灌水后水分变化半径最小，不能满足葵花主要根系区的正常吸水。

从生育期来看，随着温度的升高，蒸发作用更加强烈，各处理灌水前膜外土壤含水率值呈现苗期>现蕾期>开花期的规律，且D1>D2>D3。从表2可知，现蕾期各处理灌水频率最高，D1、D2、D3分别灌水次数为6、4、3次，现蕾期灌后土壤含水率变化范围较苗期和开花期更大，水平方向各处理都到了50 cm处，垂直方向分别为100、70、60 cm。

2.2 生育期内滴灌制度对土壤盐分分布的影响

膜下滴灌葵花在D1、D2、D3处理下灌溉前后土壤剖面全盐含量变化情况见图3。盐分的运移主要受水分运移的影响，盐分随水运动，灌后主要洗盐区域为水平方向25 cm，垂直方向0～40 cm处。各处理生育期平均盐分含量值均呈现膜内最低，膜边次之，膜外最大，且盐分在膜外表层集聚。在葵花的生育期内，灌前膜内土壤盐分含量都呈现D3>D2>D1的规律，灌后膜内0～40 cm土壤盐分含量减少量都呈现D3>D2>D1的规律，说明D1处理可以控制0～40 cm土层盐分含量处于较低水平。苗期土壤盐分随着灌水下限的增大，膜内土壤盐分减少量增大，土壤盐分的淋洗可以到达深层，在现蕾期随着灌水频率的增加，膜外表层土壤盐分也会得到淋洗，以-30 kPa淋洗最佳，开花期膜外位置以灌水下限为-20 kPa累计量最大，-40 kPa次之，-30 kPa最小，说明随着蒸发作用的加强灌水下限的增大不会一味地降低生育期膜外表层盐分，且随着灌水下限的增大有更多的盐分随水分运移到膜外。在生育期内，灌水下限为-20、-30 kPa处理下都可以淋洗到葵花主要根系区土壤盐分。

图2 生育期不同灌溉制度灌前灌后土壤含水率对比图(单位：%)

图3 生育期不同灌溉制度灌前灌后土壤盐分对比图(单位：g/kg)

2.3 生育期不同滴灌制度下土壤盐分平衡

葵花不同灌溉制度覆膜滴灌下0～100、0～60、0～40、40～80 cm各土层总盐分、膜内、膜外生育期盐分改变量, 如图4所示。由图4可知, 0～100 cm土层总盐分除了D1处理均是增加的，D1处理总盐量减少1 281 kg/hm2，D2、D3处理总盐量分别增加1 339、3 675 kg/hm2，D1、D2、D3处理灌溉水引入土壤盐分总量分别为2 610.6、1 992.3、1 374.0 kg/hm2，各处理增加总盐量分别占到了灌溉水引入土壤盐分总量的-149.1 %、67.2 %、267.5%，说明D1和D2处理下可有效淋洗0～100 cm土层盐分，D1处理淋洗效果最佳。而D3土层盐分增加量高于灌溉水引入土壤盐分分析原因可能是灌溉频率低，未能及时淋洗土壤中盐分就受到蒸发作用盐分随水分向上运动。D1、D2、D3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-27.4%、72.6%、87.9%，说明D1处理可有效地降低土壤中盐分含量，随着灌水频率的减少，距滴头50 cm处盐分累计越来越大，是因为滴灌局部灌水，灌水频率越低土壤的湿润区范围越小，在地表强烈蒸发作用下，距滴头50 cm处土壤盐分得不到灌溉水的淋洗且有部分盐分随着灌溉水迁移到膜外的结果。0～40 cm土层盐分含量各处理都有明显的增加，D1、D2、D3各处理分别增加了1 221.7、2 263.7、4 315.9 kg/hm2，分别占0～100 cm土层盐分总增加量的195.37%、169.05%、117.44%，说明滴灌条件下0～40 cm土层处于积盐状态，且随着灌水频率的增加积盐率增大，但是盐分增加量减少。0～40 cm土层各处理膜内和膜外的土壤盐分都较播前有所增加，且膜外增加量更大，D1、D2、D3处理分别占了0～40 cm总土壤盐分增加量的71.74%、78.86%、75.86%。0～60 cm土层盐分含量D1、D2、D3各处理分别增加了-557.6、1 385.9、4 809.3 kg/hm2，分别占0～100 cm土层盐分总增加量的-43.53%、103.50%、130.87%，D1处理积盐率最低，膜外土壤盐分增加量占0～60 cm土层盐分总增加量的-14.69%、99.60%、82.25%，说明滴灌土壤盐分主要在膜外集聚。40～80 cm土层盐分含量各处理都有明显地减少，D1、D2、D3各处理分别减少了2 450.0、1 297.0、586.4 kg/hm2，分别占0～100 cm土层盐分总减少量的195.37%、169.05%、117.44%。40～80 cm土层各处理膜内和膜外的土壤盐分都较播前有所减小，且膜外减少量更大，D1、D2、D3处理分别占了40～80 cm土层盐分总减少量的51.83%、63.84%、27.74%。说明膜下滴灌葵花在D1、D2、D3处理下40～80 cm土层压盐效果最明显，压盐效果优于 0～40 cm深度，而膜外盐分减少量大于膜外是因为膜外蒸发大，土壤盐分随水分向上运动，在表层集聚。

图4 生育期不同滴灌制度下土壤盐分平衡

3 讨 论

本试验采用膜下滴灌葵花不同灌溉制度，土壤盐分运移主要受灌溉水分走向的影响，土壤盐分的累计区域与灌水密度息息相关，随滴灌次数的增加，盐分逐渐向深层和湿润区边缘运动。不同灌溉制度下都呈现出土壤含盐量在0～40 cm土层由小到大依次是距滴头水平距离0 cm处、20 cm处、50 cm处，尤其是距滴头50 cm各处理灌水后表层土壤盐分长期维持在较高水平，分析其原因是无地膜覆盖，裸地中央位置灌溉水分很少能到达，土壤蒸发强烈共同影响造成的，这与齐智娟等的结论相一致[13]。结果表明，D1处理可有效淋洗0～100 cm土层盐分，但0～40 cm土层在葵花生育期过后土壤盐分有所增加；D2、D3处理随着灌水频率的减少0～100 cm土层积盐更加明显，且盐分在表层集聚；D1、D2、D3处理均在40～80 cm深度在葵花生育期过后土壤盐分有明显的降低，压盐效果优于0～40 cm深度，分析原因覆膜滴灌单次灌水量少，单次灌水22.5 mm，主要湿润区为0～60 cm土层，试验区采用地下水灌溉，地下水全盐含量为916 mg/L，灌溉水和地下水中的盐分受到蒸发作用，带动盐分向上运移。本文的结论是通过一年的试验得出的，灌水频率处理较少和灌水定额单一，土壤盐分的运移是一个复杂的过程，受多方面因素的影响，还需要作进一步的观察研究。

4 结 语

(1)膜下滴灌过程中，土壤中盐分均由膜内向膜外迁移并在表层土壤集聚。从盐分积累角度分析控制灌水下限-20 kPa(D1处理)可有效淋洗0～100 cm土层，但在0～40 cm土层存在积盐现象，且膜外比膜内更为严重。

(2)滴灌灌溉期间对于膜内表层土壤盐分淋洗效果最明显，根层次之，深层淋洗效果最差。

(3)膜下滴灌葵花在40～80 cm土层生育期盐分有所减少，是滴灌葵花的主要压盐区。随着灌水频率的增加，压盐效果更加明显。

(4)从节水角度分析，灌水下限为-20 kPa存在深层渗漏现象，灌溉水利用效率降低，达不到节水调控的目的。灌水下限为-40 kPa灌水后水分变化半径最小，不能满足葵花主要根系区的正常吸水。在生育期内灌水下限为-30 kPa灌后可以有效淋洗葵花主要根系区土壤盐分，且符合节水要求，但是生育期后0～40 cm土层存在积盐现象，建议在非生育期洗盐灌溉 (秋浇) ， 是干旱半干旱地区控制膜下滴灌土壤盐分的有效途径。