灌溉方式对石嘴山地区土壤盐渍化程度的影响

2024-01-13曹园园杨建锋虎新军石天池单志伟陈晓晶

农业科学研究 2023年4期

倪萍，曹园园，杨建锋，虎新军，石天池，单志伟，陈晓晶

（宁夏回族自治区地球物理地球化学调查院（自治区深地探测中心），宁夏银川 750002）

土壤盐渍化问题已严重威胁到农业的高质量发展，是近年来研究的热点和难点[1-2]。土壤盐渍化影响作物生长，致使作物易发病虫害，从而降低作物种植效益。宁夏石嘴山地区位于宁夏引黄灌区下游，有两千多年的引黄灌溉史，土壤盐渍化问题严重。根据宁夏地勘基金项目“石嘴山地区富硒土地质量调查评价”调查，石嘴山地区（除平罗县外）近50%的土地均有不同程度盐渍化，土壤盐渍化已严重制约了当地农业的可持续发展。

1 试验

1.1 研究区概况

研究区为石嘴山地区，地处宁夏最北端，东临鄂尔多斯台地，西踞银川平原北部，属于典型的中温带大陆性干旱气候区，昼夜温差大，年降水量167.5～188.8 mm，年蒸发量1 708.7～2 512.6 mm。灌溉水主要来源为黄河水、天然降水和地下水，长期存在水资源短缺、利用率低和土壤盐渍化的问题[3-6]。石嘴山地区（除平罗县外）土壤盐渍化趋势的原因一方面是高纬度、高蒸发、低降水等自然因素；另一方面是肥料使用、蓄水防旱、引黄灌溉等过程中的不当措施[7]。随着石嘴山地区引黄配额的减少以及灌溉技术的改良，以往的漫灌方式正在逐步向喷灌、滴灌等节水灌溉方式转变，这在一定程度上提高了灌溉用水保证率，缓解了农业水资源短缺的问题[8]；但是灌溉方式的改变必然对土壤盐渍化产生影响[9]。基于以上原因，本试验对研究区不同灌溉方式下不同深度土壤的盐渍化特征开展调查研究，旨在为研究区提高耕地质量、完善灌溉制度提供理论依据和技术支撑。

1.2 样品采集

在本试验中，为降低气候、地貌、土壤类型等自然因素对土壤盐渍化造成的影响，采样剖面的布设遵循以下原则：一是气候类型、地质地貌类型须保持一致或近似；二是土壤类型相同[9]。2021 年8 月，分别在漫灌、喷灌、滴灌农田选择土壤类型为灌淤土的区域，布设7 个土壤垂向剖面（PM1—PM7）采样点。使用GPS 定位，在每个采样点周围辐射10 m处选择2个点采集表层土，分别按任意三角形采样，将3 处土样均匀混合为1 个土样。在每个土壤垂向剖面按0～20、21～40、41～60、61～80、81～100 cm 分别采样，共取得土样35件。在采样过程中去除混杂的植物、石块、虫体和垃圾等杂物，将样品分别装入布袋并做好标记。研究区各土壤垂向剖面土样采集位置及土壤性质见表1。

表1 土壤垂向剖面位置及土壤性质

1.3 测定项目

将土壤样品送到湖北省地质实验测试中心（国土资源部武汉矿产资源监督检测中心）进行测定。测定项目及方法：土壤全盐量采用重量法；SO42-采用EDTA 间接络合滴定法；CO32-、HCO3-采用双指示剂-中和滴定法；Cl-采用AgNO3滴定法；K+、Na+、Ca2+、Mg2+采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-OES）。样品的精密度、报出率和准确度合格率均为100%，符合规范及分析质量要求。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式下土壤盐分特征分析

试验通过测量垂向剖面的土壤盐分了解不同灌溉方式下土壤盐分在垂直方向上的变化情况。3种灌溉方式下不同深度土壤盐分特征值见表2。

表2 不同灌溉方式下土壤盐分质量比统计

由表2 可知，漫灌下土壤盐分质量比为0.701～1.508 g/kg，整体较低且相对均匀，不同深度土层的盐分均值随着土层深度的增加先增加后降低，在41～60 cm 土层盐分质量比最高。这可能是因为长期使用黄河水进行漫灌，有效降低了土壤整体盐分。喷灌下土壤盐分质量比为1.341～3.623 g/kg，整体偏高，不同深度土层的盐分均值和漫灌方式下的变化趋势基本一致，但盐分质量比最高值出现在61～80 cm土层。这可能是因为连年种植供港蔬菜使土壤未得到休闲养护，也可能是因为过量施用无机化学肥料，致使表层土壤脱盐和下层土壤积盐比较明显[10]。滴灌下土壤盐分质量比为0.787～2.246 g/kg，土壤盐分均值随着土层深度的增加而降低，在0～20 cm 土层盐分质量比最高，土壤盐分表聚现象明显。这可能是因为滴灌灌水定额较小，土壤盐分未得到充分淋洗[11]。

根据变异系数分类[12]，漫灌下0～60 cm 土层土壤盐分属于中等变异性，61～100 cm 土层土壤盐分属于弱变异性；喷灌下，0～20、61～100 cm 土层土壤盐分属于中等变异性，21～60 cm 土层土壤盐分表现为弱变异性；滴灌下，土壤盐分的变异均处于中等水平。这表明3 种灌溉方式下，土壤盐分质量比的变化波动不大，处于相对稳定状态。

2.2 灌溉方式对土壤全盐质量比的影响

石嘴山地区（除平罗县外）土壤盐渍化分级及统计见表3。

表3 石嘴山地区（除平罗县外）土壤盐渍化分级及统计

研究区表层土壤全盐质量比介于0.14～98.24 g/kg，平均值为3.027 g/kg。由表3 可知，无盐渍化区域面积占比为47.67%；土壤存在不同程度盐渍化的区域面积占比为52.33%。其中，轻度盐渍化区域面积为262.92 km2，占比为25.39%，主要分布在红果子镇西南部、尾闸镇东部和高庄乡南部等地区；中度盐渍化区域面积为143.03 km2，占比为13.81%，主要分布在燕子墩乡东部、礼和乡北部等地区；重度盐渍化区域面积为63.60 km2，占比为6.14%，主要分布在黄河西岸滩地、星海镇东部等地区；盐土区域面积为72.29 km2，占比为6.98%，主要分布在简泉农场东部、灵沙乡北部、黄河西岸部分河滩地，其他地区有零星分布。

研究区漫灌、喷灌和滴灌方式下土壤0～20 cm土层平均全盐质量比分别为0.900、1.518、1.606 g/kg，根据土壤盐渍化分级标准（表3），漫灌下土壤无盐渍化，喷灌、滴灌下土壤均为轻度盐渍化。

2.3 灌溉方式对土壤阴离子质量比的影响

根据不同灌溉方式下土壤阴离子质量比平均值（表4），绘制漫灌、喷灌、滴灌下1 m土层土壤阴离子质量比变化趋势（图1）。

图1 不同灌溉方式下土壤阴离子质量比变化趋势

表4 不同灌溉方式下土壤阴离子质量比 g/kg

研究区不同土层土壤主要阴离子相同，均为Cl-、SO42-、HCO3-，未检出CO32-。各灌溉方式下0～1 m土层土壤阴离子平均质量比如图1所示：①Cl-质量比为0.036～0.809 g/kg，SO42-质量比为0.032～1.444 g/kg，HCO3-质量比为0.230～0.566 g/kg，故土壤盐分组成中阴离子主要为SO42-，Cl-、HCO3-的质量比相对较低，这可能与SO42-较弱的淋溶性有关[13]，也可能是因为施用了大量硫酸钾和普通过磷酸钙等含SO42-的肥料[14]。②随着土层深度的增加，SO42-和Cl-质量比受灌溉方式的影响变化明显且复杂，在喷灌方式下波动最大，滴灌次之，漫灌最小；HCO3-质量比受灌溉方式的影响不明显。

2.4 灌溉方式对土壤阳离子质量比的影响

根据研究区不同灌溉方式下土壤阳离子质量比平均值（表5），绘制漫灌、喷灌、滴灌下1 m土层内土壤阳离子质量比变化趋势图（图2）。

图2 不同灌溉方式下土壤阳离子质量比变化趋势

表5 不同灌溉方式下土壤阳离子质量比g/kg

研究区不同土层土壤主要阳离子相同，均为K+、Ca2+、Na+、Mg2+，各灌溉方式下0～1 m 土层土壤阳离子质量比变化趋势如图2 所示：①K+质量比为0.004～0.207 g/kg，Ca2+质量比为0.061～0.295 g/kg，Na+质量比为0.052～0.707g/kg，Mg2+质量比为0.019～0.110 g/kg，故土壤盐分组成中阳离子主要为Na+、Ca2+，K+、Mg2+质量比相对较低。②一价阳离子中Na+的质量比更高。漫灌下，土壤K+、Na+质量比均无明显变化；喷灌下Na+质量比变化明显，随土层深度的增加Na+质量比逐渐增长，K+质量比无明显变化；滴灌下土壤K+质量比变化明显，随土层深度的增加，K+质量比逐渐降低，Na+质量比无明显变化。③二价阳离子中Ca2+不易移动且质量比更高，这与王为木等[13]的研究结论相符。漫灌下Ca2+、Mg2+质量比无明显变化；喷灌和滴灌下Ca2+、Mg2+质量比变化明显，随着土壤深度的增加，喷灌下Ca2+、Mg2+质量比先增加后降低，滴灌下Ca2+、Mg2+质量比先降低后增加。

2.5 灌溉方式对土壤盐渍化的影响

土壤盐渍化受气候、地形、灌溉方式、排水方式等多种因素的影响，合理的灌溉方式可以使土壤保持适宜的盐分平衡，还能避免水分分散以及过分排水造成的水资源浪费[15]。在灌溉过程中，不同灌溉方式的单次灌水量、灌水湿润过程和部位、灌水后土壤水分的运动速率不同，这都会影响到土壤中盐分的累积和迁移[14]。漫灌作为最普遍的灌溉方式，在石嘴山地区长期采用，漫灌保证了农作物的收获，但也加剧了土壤盐渍化程度[16-18]。目前，研究区漫灌下土壤整体盐分质量比降低且分布相对均匀，表层土壤无盐渍化，这可能是因为排水系统得到改善，也可能是地下水得到有效利用的结果；滴灌和喷灌方式下，土壤盐分质量比明显高于漫灌，土壤呈现轻度盐渍化。高相艳[19]研究表明，土壤长期处于湿润状态，会使团粒结构被破坏，从而易形成板结层。研究区喷灌和漫灌方式田地种植的主要农作物是供港蔬菜，在蔬菜成长过程中要多次浇水，土壤长期湿润的状态进一步加剧了盐渍化程度，所以研究区喷灌方式田地土壤盐渍化程度整体偏高，而滴灌方式田地土壤盐分表聚现象明显。