平作紫花苜蓿滴灌前后盐碱地土壤水盐运移研究

卢垟杰，刘 庆，聂坤堃，刘淑慧

(1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司,西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司,西安 710075;3.西安理工大学水利水电学院,西安 710048;4.太原理工大学水利科学与工程学院,太原 030024)

0 引 言

我国自1974年自墨西哥引入滴灌技术以来，经过技术人员和科研工作者的不懈努力，滴灌技术较引进初期有了极大的发展和提升[3]，尤其在盐碱地区的滴灌改良方面有了长足的进步。国内外大量科研工作者对滴灌水盐运移规律做了充分的研究探讨。Goldberg[4,5]经过研究发现，滴灌时滴头下方土壤的浸润体大小主要受初始含水率、土体性质、滴头流量和灌水定额等方面的影响。逄春浩等[6]提出一次滴灌过程中，灌水量的一部分用于供给作物，满足作物的水量需求，剩余水量用来淋洗土壤中多余的盐分，这部分水恰好是使土壤维持盐分平衡的重要原因。吕殿青等[7]在研究膜下滴灌的土壤水盐运移规律时，创造性地将滴头附近的土壤浸润体细分为达标脱盐区、未达标脱盐区和积盐区。滴灌条件下土壤盐分聚集在湿润锋附近，然而随着水分不断地蒸发损耗，盐分不断随之上移，水去盐留，形成积盐区，造成土壤的次生盐渍化。张建军等[8]计算了滴灌频率不同时的蒸发损失后得到，每天一次滴灌的蒸发损失较灌水频率每周一次高40%，说明当滴头间距一定、土壤饱和导水率[9]较小时，较低频率的滴灌更有利于改善土壤环境，提高作物产量。

本试验采用滴灌的灌水方式结合平作[10]的种植方式，来研究滴灌前后盐碱地土壤水盐随时间的运移规律，探讨大同盆地滴灌改良盐碱地的可能性，研究结果对大同盆地盐碱地资源的开发利用有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试验用的种子：紫花苜蓿(Alfalfa)极光一号。供试种子由蒂景园林绿化工程有限公司提供。

1.2 方 法

1.2.1 试验区概况

试验于2016年5月至2016年9月在山西省朔州市怀仁县山西省农业科学院农业环境与资源研究所盐碱地改良试验示范基地进行。怀仁县地处大同市与朔州市中间，北距大同市37 km，南离朔州市96 km，位于大同盆地中部，东经113°10′，北纬39°52′，属于山西省苏打盐渍土[11]分布较多的县区。

怀仁县境地处北温带内，属于大陆性季风气候，四季气候分明，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。怀仁年平均气温为7.3 ℃，全年平均无霜期150 d左右，年均日照时数为2 800 h，多年平均降雨量在315～459 mm之间，降水多集中于夏季七、八月份。

1.2.2 试验布置

本试验采用平作方式种植紫花苜蓿，如图1，行间距为80 cm，紫花苜蓿根部附近布置滴灌带，其中滴头间距20 cm，滴头流量为2 L/h[12]。灌溉定额选择210 mm[13]，每周进行一次滴灌，每次灌水12 mm。试验设置3个重复，每个小区长3 m，宽2 m。

图1 紫花苜蓿平作示意图

试验土样采集于2016年8月5日滴灌前后，其中8月4日为灌前土样、8月6日为滴灌后24 h土样、8月8日为滴灌后72 h土样。

1.2.3 试验地土壤

土壤样品主要采自山西省怀仁县有代表性的盐碱地土壤，田间持水量为30%(体积含水率)取土时去除上表枯株落叶，为尽可能减少土壤本底值对试验的干扰，取土深度为0～100 cm，将样品中的石块、作物根系及易见的杂物剔除后[14]，在短时间内拿回实验室， 阴凉处风干后，过1 mm筛、装盆。试验地土壤的物理及化学性质见表1。

表1 试验区土壤初始物理及化学性质

注：①土壤pH值和电导率值测定采用土和水的质量比为1∶5，取清液测定[15]；②土壤质地根据美国农业部土壤质地三角分类[16]。

1.2.4 数据测定及处理方式

土壤含水率：采用烘干法，101型电热鼓风干燥箱108 ℃烘干8 h。

土壤电导率：选择DDS-307A型电导率仪测定，土水比采用1∶5。

土壤pH：选择PHS-3C型pH计测定，土水比采用1∶5。

试验数据采用Excel、Sufer11等软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 滴灌前后对土壤含水率的影响

一次滴灌前后的土壤含水率剖面分布图见图2。

滴灌前土壤含水率的最小值为4.4%，出现在滴头正下方的土壤表层；含水率峰值为11.5%，出现在距滴头水平和竖直方向最远的土层深处，基本呈现出由滴头下方向土层深处和远处逐渐增大的趋势。原因是表层土壤受光照和温度影响较大，水分蒸发速度快，而滴头下的土壤水分被紫花苜蓿根部的生长吸收一部分，故在同一深度，滴头下的土壤含水率较水平方向较远的位置低。灌后24 h的土壤含水率峰值为12.0%，出现在滴头正下方的土壤表层，较灌前高7.6%，呈现出由滴头下方向土层深处和远处减小后增大的趋势。灌后72 h的土壤含水率分布趋势与灌后24 h相似，但整体含水率低于灌后24 h的土壤含水率。灌后72 h滴头正下方的表层土壤含水率为8.3%，较灌前高3.9%，较灌后24 h低3.7%。滴灌补充了土壤水分，土壤水分随湿润峰向土壤远处和深处运移，但滴灌一次灌水量不大，仅补充根系附近土壤水分，土壤浸润体较小，湿润峰运移距离不大。灌后72 h的含水率土壤剖面图中，由于水分的蒸发，已经难以辨认滴灌水分湿润峰位置及土壤浸润体大小。

2.2 滴灌前后对土壤电导率的影响

三个时期的土壤均在滴头下方出现脱盐区[7]，其土壤电导率剖面分布如图3。

图2 滴灌前后土壤含水率分布图

图3 滴灌前后土壤电导率分布图

三个时期的土壤电导率基本均呈现出水平方向上滴头处较小，随水平距离增加土壤电导率增大的趋势，土壤电导率峰值均出现在水平方向距滴头最远处，形成积盐区。滴灌前的滴头处的土壤表层的电导率为0.79 mS/cm，属于轻度盐化土壤[1]；灌后24 h为0.22 mS/cm，较灌前下降了72.2%，属于极轻度盐化土壤；灌后72 h为0.20 mS/cm，较灌前下降了74.7%，较灌后24 h下降了9.1%，属于极轻度盐化土壤，可以看出滴灌对土壤盐分的淋洗效果明显，尤其是滴头下方，电导率下降较多，对盐分淋洗效果最好。

灌前0～20 cm土层的土壤平均电导率为1.15 mS/cm，20～40 cm土层的土壤平均电导率为1.00 mS/cm，较上层低13.0%，原因为上层土壤水分蒸发使下层土壤水分补充上层，“盐随水来”[17]，而水分蒸发后土壤盐分留在表层土壤中导致“水去盐留”；灌后24 h在0～20 cm土层的土壤平均电导率为1.00 mS/cm，较灌前低13.0%，原因是滴灌水分渗入土壤后，土壤盐分融入水中，在重力和毛管作用下，湿润峰向土壤其他方向运移，“盐随水去”；灌后72 h的土壤盐分逐渐向土壤电导率较低方向运移，在0～20 cm土层的土壤平均电导率为1.20 mS/cm，较灌后24 h高20.0%，在20～40 cm土层的土壤平均电导率为0.75 mS/cm，较灌后24 h高36.4%，可能是由于滴灌水量较小，土壤水分蒸发快，其他位置的土壤水分随毛管作用对表层土壤进行补充，带来了被淋洗的土壤盐分，导致土壤电导率升高。

2.3 滴灌前后对土壤pH的影响

如图4为滴灌前后土壤pH剖面分布图。

图4 滴灌前后土壤pH分布图

灌前的土壤pH整体偏高，土壤pH值均在8.30以上，灌后土壤pH呈现出滴头下小片区域pH值最小，向其他方向逐渐增大的趋势。滴灌前的滴头处的土壤表层的pH值为8.44，灌后24 h为7.75，较灌前下降了8.2%；灌后72 h为8.02，较灌前下降了5.0%，较灌后24 h升高了3.5%。滴灌后，滴头下方表层土壤的盐分被淋洗较多，小范围内的土壤pH值出现最低值。

灌前0～20 cm土层的土壤平均pH值为8.42，属于轻度碱化土壤；灌后24 h在0～20 cm土层的土壤平均pH值为7.8，较灌前下降了7.4%，属于极轻度碱化土壤；灌后72 h在0～20 cm土层的土壤平均pH值为8.15，较灌前下降了3.2%，较灌后24 h升高了4.1%，属于轻度碱化土壤。滴灌前后的土壤pH变化趋势与土壤电导率变化趋势相似，都是灌后24 h内电导率和pH下降明显，而灌后72 h的土壤电导率和pH较灌后24 h有所升高，但仍较灌前低。原因是“盐随水去，盐随水来，水去盐留”。

3 总结与讨论

地表滴灌具有微流量、长时间和高频率的优点，不仅可以降低作物根部的土壤溶液渗透压，增强植物根系吸水，还可淋洗土壤盐分[18]，而这恰好是滴灌可以使土壤维持盐分平衡的重要原因。研究表明：

(1)滴灌可以有效补充土壤水分，滴灌结束后，滴头下出现含水率峰值，并在作物根部区域形成浸润体，浸润体为高约20 cm，底部半径约为20 cm的倒圆锥体，为作物供给水分。滴灌72 h后，土壤水分部分被作物根系吸收利用，部分蒸发散失，土壤浸润体体积大大减小，已看不出明显的边界和轮廓。

(2)由于长期滴灌，土壤电导率整体向远离滴头的方向运移，峰值出现在水平方向距滴头30 cm的15 cm土层。滴灌后24 h，滴头下的土壤电导率较灌前降低了72.2%，由轻度盐化土壤降为极轻度盐化土壤，淋洗效果明显。滴灌后72 h，虽然滴头下表层土壤的电导率依旧较低，但土壤盐分开始向滴头处和地表运移，出现“土壤返盐”现象。

(3)滴灌前的土壤pH整体均在8.40以上，属于轻度碱化土壤。滴灌后24 h，滴头下区域土壤盐分的淋洗效果明显，土壤pH降低8.2%，从轻度碱化土壤降为极轻度碱化土壤。滴灌后72 h，土壤pH分布趋势与滴灌后24 h相似，滴头下表层土壤的pH较灌前下降了5.0%，较灌后24 h升高了3.5%，重新变为轻度碱化土壤，返盐现象严重。

研究结果表明，滴灌对作物根系区域的水分补充作用和盐分淋洗作用十分明显，但由于剧烈的水分蒸发导致“水去盐留”，易形成“土壤返盐”现象，使土壤发生次生盐渍化。滴灌需根据气候条件设计，选择合理的滴灌频率和灌水定额，充分发挥滴灌对土壤盐分的淋洗效果，改良利用盐碱地。