冷涼地區(qū)滴灌油葵土壤水分運(yùn)移規(guī)律及溫度效應(yīng)研究

齊瑾輝

(新疆維吾爾自治區(qū)土地開發(fā)整理建設(shè)管理局， 新疆 烏魯木齊　830002)

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冷涼地區(qū)滴灌油葵土壤水分運(yùn)移規(guī)律及溫度效應(yīng)研究

齊瑾輝

(新疆維吾爾自治區(qū)土地開發(fā)整理建設(shè)管理局， 新疆 烏魯木齊830002)

【摘要】在北疆冷涼地區(qū)開展了滴灌油葵土壤水分運(yùn)移規(guī)律及溫度效應(yīng)試驗(yàn)。結(jié)果表明：油葵主要根系分布區(qū)域深30cm左右，灌溉水分下滲到50cm以下后只有少量被油葵根系吸收利用，適時(shí)適量的灌溉對提高油葵抗性和長期生長能力有利。滴灌灌水對土壤有一定的增溫作用，在灌水結(jié)束后數(shù)小時(shí)內(nèi)使10～70cm土層土壤溫度穩(wěn)定在20～25℃之間，有利于主要根系的生長和吸收； 而灌水結(jié)束后3～5d內(nèi)，表層土壤溫度顯著降低，對油葵主要根系有一定的“沖擊作用”。合理安排滴灌灌水周期，適當(dāng)結(jié)合覆蓋技術(shù)，可以達(dá)到提高冷涼地區(qū)油葵灌水質(zhì)量的目的。

【關(guān)鍵詞】冷涼地區(qū)； 土壤； 水分運(yùn)移； 溫度

北疆地區(qū)全年日照2500～3500h，太陽輻射總量5000～6500MJ/m2，豐富的光熱資源十分有利于經(jīng)濟(jì)作物的生長。然而，北疆也是典型的干旱冷涼地區(qū)，獨(dú)特的氣候和水土條件在一定程度上限制了該區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。近年來，由于滴灌技術(shù)的快速發(fā)展，使種植者能夠借助管道系統(tǒng)使灌溉水以滴狀均勻、定時(shí)、定量地浸潤作物根系發(fā)育區(qū)，最大限度地降低了土壤水分蒸發(fā)和浪費(fèi)，顯著提高了水分利用率。同時(shí)，滴灌與覆膜技術(shù)的有效結(jié)合，在調(diào)節(jié)農(nóng)田土壤水分運(yùn)移和熱量傳遞方面發(fā)揮著極大的作用[1-2]。

油葵由于生長期短、含油率高、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，在新疆地區(qū)廣泛種植，尤其在配合滴灌灌水的條件下，還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)水和增產(chǎn)的雙重功效。目前國內(nèi)關(guān)于冷涼地區(qū)油葵滴灌灌水過程土壤水分運(yùn)移規(guī)律及溫度效應(yīng)的研究并不多[3-5]，導(dǎo)致該區(qū)油葵滴灌缺乏依據(jù)，灌水粗放，水分利用效率偏低，滴灌效果不佳。本文基于EM50R土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，研究確定冷涼地區(qū)油葵滴灌灌水歷程土壤水分運(yùn)移規(guī)律及土壤溫度效應(yīng)，以期為該區(qū)油葵生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)田概況

試驗(yàn)田土壤為砂質(zhì)壤土，0～100cm土層深度平均干容重1.38g/cm3，田間持水率36.2%(體積含水率)，地下水埋深23～28m。供試品種為油葵S606，該品種耐低溫，耐鹽堿，抗倒伏，整齊度好，抗病性強(qiáng)，單產(chǎn)高，備受廣大葵農(nóng)的喜愛。采用等行距種植模式，行距60cm，株距30～33cm，種植密度3300～3500株/畝。滴灌帶采用單翼迷宮式，管壁厚0.3mm，滴孔間距0.3m，滴頭流量2.0L/h，布置方式為一管兩行，灌溉水源為地下水。試驗(yàn)期共灌水6次，選取田間持水率的55%作為灌水下限，灌溉定額為235m3/畝。油葵的灌溉制度見表1。

1.2測定儀器及方法

試驗(yàn)采用EM50R土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行測定，選取試驗(yàn)田灌水均勻區(qū)域3處，每處開挖1m深剖面，并分別在10cm、30cm、50cm、70cm、90cm土層安放ECH20土壤濕度傳感器、土溫傳感器，然后每個(gè)測坑均分層填土壓實(shí)，恢復(fù)原狀。從第2次灌水開始進(jìn)行監(jiān)測，系統(tǒng)能夠自動(dòng)回測各測點(diǎn)的土壤含水率和土壤溫度，以3處監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)的均值作為最終數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1灌水過程各層土壤水分動(dòng)態(tài)變化

圖1繪出了滴灌灌水過程油葵局部根區(qū)各層土壤水分變化情況。從中可見，灌水開始時(shí)，由于地表的蒸發(fā)和滲漏流失，50cm和70cm處土壤水分最高，90cm處次之，10cm和30cm處土壤水分最低。灌水歷時(shí)2h后，表層土壤水分顯著升高，70cm和90cm土層土壤水分達(dá)最大，分別為29.8%、29.2%。灌水歷時(shí)3h時(shí)，10cm土層土壤水分達(dá)到最大并趨于飽和；50cm土層土壤水分浮動(dòng)不大，70cm和90cm土層土壤水分有所降低，這可能與滲漏流失有關(guān)。灌水歷時(shí)4h時(shí)，各層土壤水分均浮動(dòng)不大，此時(shí)50cm土層土壤水分達(dá)最大值29%，可能是由于該土層灌水之前土壤含水率較其他土層高，土壤水吸力較低，吸水過程遲于其他土層。在灌水歷時(shí)5～6h中，各層土壤水分變化均不顯著，50cm、70cm和90cm土層土壤水分均有所降低，各層土壤水分趨于均衡，保持在24.5%附近，說明灌水過程中各層土壤水分在基質(zhì)勢和重力勢作用下引起了水分重新分布。由圖1也可看出，灌水主要補(bǔ)充的是10～30cm土層的水分虧缺，50cm～70cm土層次之，說明油葵主要根系分布區(qū)域深30cm左右，垂直方向超過70cm以后雖然有少量的根系分布，但已不是主要根系分布區(qū)域。同時(shí)，該區(qū)地下水位較低，土壤滲漏流失較明顯，采用滴灌灌水方法，可以有效緩減滲漏流失，提高水資源的利用率。

2.2灌水后6h內(nèi)各層土壤水分動(dòng)態(tài)變化

在灌水歷時(shí)6h后，繼續(xù)監(jiān)測6h內(nèi)油葵局部根區(qū)各層土壤水分變化情況(見圖2)，結(jié)果表明：6h內(nèi)各層土壤水分與灌水結(jié)束時(shí)相比較波動(dòng)不大，且變化穩(wěn)定。與灌水之初相比，垂直方向各層土壤水分之差有明顯緩減，10～30cm土層土壤水分已基本一致，10～50cm土層土壤水分由原來相差17%減少到相差4%，50～90cm土層土壤水分由原來相差6.2%減少到1.5%，說明灌水有效補(bǔ)給了土壤水分虧缺，特別是對油葵主要根系分布區(qū)域的土壤水分虧缺。同時(shí)由圖2還可以看出，過量灌水雖然也能達(dá)到補(bǔ)給土壤水分虧缺的目的，但會(huì)造成70～90cm土層土壤水分的滲漏流失，且限制了油葵根系在垂直方向的生長而向水平方向上伸展，大大降低了油葵的抗旱和抗寒能力。因此，適時(shí)適量的灌溉，迫使50～70cm土層土壤水分適當(dāng)降低，對提高油葵抗性和長期生長能力有利。

2.3灌水開始和結(jié)束后6h內(nèi)各層土壤溫度動(dòng)態(tài)變化

灌水開始后和結(jié)束(6h)后各層土壤溫度動(dòng)態(tài)變化結(jié)果(見圖3)表明：各層土壤溫度在灌水開始后2h開始上升，50cm、70cm土層土壤溫度呈明顯的單峰曲線變化，在灌水開始后4h達(dá)到頂峰，峰值分別為28.9℃、28.7℃，之后逐步下降，這可能與灌水之初50cm 、70cm土層土壤溫度較低有關(guān)，灌水開始后2h，表層灌溉水在接受太陽輻射后溫度升高，并攜帶這些熱量運(yùn)移到50～70cm土層，致使該層土壤溫度陡升。隨著水分的向下運(yùn)移，灌溉水將剩余的熱量攜帶到90cm土層，但這部分熱量大部分被50～70cm土層土壤吸收，所剩不多，致使90cm土層土壤溫升不顯著。由圖3也可看出，灌水結(jié)束后6h內(nèi)，各層土壤溫度無顯著變化，由表及里依次降低，但均高于灌水之初，平均增溫3.4℃。50cm、70cm土層土壤溫度增溫顯著，升高4.2℃；10cm 、30cm土層次之，增溫3.1℃；90cm土層增溫最低，升高2.5℃。油葵根系活躍的最佳溫度為15～25℃，而滴灌灌水方式對下層土壤有一定的增溫作用，尤其是對油葵主要根系分布區(qū)域(10～30cm)的土壤，在灌水結(jié)束后數(shù)小時(shí)內(nèi)使10～50cm土層土壤溫度維持在20～25℃之間，這有利于促進(jìn)油葵根系最大限度地吸收水分及營養(yǎng)物質(zhì)，達(dá)到灌水的理想效果。

2.4灌水后1周內(nèi)各層土壤水分和溫度動(dòng)態(tài)變化

試驗(yàn)中連續(xù)7d在每天10:00測定各層土壤水分和溫度，結(jié)果表明：1周內(nèi)土壤水分變化顯著區(qū)域局限在10～50cm土層，70～90cm土層土壤水分變化不大，土壤水分均值分別降低了2.9%和1.2%，且表層(0～30cm)土層土壤水分的降低主要集中在灌水后3d內(nèi)(見圖4)。灌水后7d與灌水結(jié)束時(shí)(見圖1)相比，10～50cm土層土壤水分變化顯著，50～90cm土層土壤水分變化不大，土壤水分均值分別降低了7.3%、3.5%。表層土壤水分的大幅度消耗直接引起表層土壤溫度的陡降，10cm、30cm土層土壤溫度在灌水后2d分別降低3℃、2.5℃，50cm土層土壤溫度降低1.7℃，70cm、90cm土層土壤溫度降幅最小，分別降低0.7℃、0.3℃。之后每天各層土壤溫度均有所降低，但變化平緩(見圖5)。綜上分析得出：滴灌條件下表層土壤水分在灌水后3～5d內(nèi)降幅顯著，直接引起表層土壤溫度顯著降低，對該層油葵根系的生長和養(yǎng)分吸收不利，應(yīng)合理安排滴灌灌水周期，并結(jié)合覆膜、覆草等覆蓋技術(shù)[6]，以穩(wěn)定表層土壤水分和溫度的變化，從而提高滴灌的灌水質(zhì)量。

3結(jié)論

油葵主要根系分布區(qū)域深30cm左右，該區(qū)域土壤水分消耗最大，“少澆勤澆”的滴灌灌水方法能夠及時(shí)補(bǔ)充該區(qū)域虧缺的水分，保證油葵在需水高峰期正常生長。灌溉水分下滲到50cm以下后只有少量被油葵根系吸收利用，且由于北疆冷涼地區(qū)地下水位較低，過量的灌水會(huì)造成70～90cm土層土壤水分的滲漏流失，同時(shí)限制油葵根系在垂直方向的生長。因此，適時(shí)適量的灌溉，迫使50～70cm土層土壤水分適當(dāng)降低，對提高油葵抗性和長期生長能力有利。

滴灌灌水方法對下層土壤有一定的增溫作用，并在灌水結(jié)束后數(shù)小時(shí)內(nèi)使10～50cm土層土壤溫度維持在20～25℃之間，有利于主要根系的生長和養(yǎng)分吸收。由于表層土壤水分在灌水結(jié)束后3～5d內(nèi)大幅度消耗，該區(qū)土壤溫度顯著降低，這對油葵主要根系有一定的“沖擊作用”。因此，合理安排滴灌灌水周期，適當(dāng)結(jié)合覆蓋技術(shù)，穩(wěn)定表層土壤水分和溫度的變化，可以達(dá)到提高滴灌灌水質(zhì)量的效果。

總之，在北疆地區(qū)油葵生產(chǎn)中合理應(yīng)用滴灌技術(shù)，對我國西北冷涼地區(qū)油葵這一經(jīng)濟(jì)作物的發(fā)展具有重要意義。本試驗(yàn)只進(jìn)行了同一灌水定額下滴灌灌水過程和灌水后土壤水分和溫度變化規(guī)律的研究，不同灌溉制度和“裸覆”滴灌下土壤水分運(yùn)移規(guī)律和溫度效應(yīng)將是今后研究的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]林萍.膜下滴灌的節(jié)水潛力及其發(fā)展意義[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012(7):264-265.

[2]邵光成，蔡煥杰，吳磊，等.新疆大田膜下滴灌的發(fā)展前景[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2001，19(3):122-127.

[3]李生.滴灌冬小麥麥后復(fù)播油葵節(jié)水高效灌溉試驗(yàn)[J].新疆農(nóng)業(yè)科技，2012(1):53.

[4]葛宇，何新林，王振華，等.滴灌灌水量對復(fù)播油葵耗水特性和產(chǎn)量的影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2012，31(3):111-113.

[5]王振華，鄭旭榮，宋常吉.滴灌對北疆復(fù)播油葵耗水和生長的影響效應(yīng)[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2014，28(5):919-928.

[6]蘇培璽,施來成.塑料薄膜滴灌帶在沙地油葵節(jié)水中的應(yīng)用研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2000，18(4)：94-98.

Research on drip canopy soil moisture migration rule and temperature effect in cool area

QI Jinhui

(XinjiangUygurAutonomousRegionLandDevelopmentandConsolidationAdministration,Urumqi830002,China)

Abstract：Experiments on drip canopy soil moisture migration rule and temperature effect are implemented in Northern Xinjiang cool area. The results show that canopy main root distribution area is as deep as 30cm or so. After irrigation water is infiltrated for more than 50cm, only a small amount of water is absorbed by canopy root. Timely and proper irrigation is beneficial for improving canopy resistance and long-term growth ability. Drip irrigation has certain temperature increase role to soil. The soil temperature of 10—17cm soil layer can be stabilized between 20℃ and 25℃ within several hours after water irrigation ending, which is beneficial for growth and absorption of main roots. Soil temperature in surface layer is prominently decrease within 3—5d after water irrigation ending. It has certain ‘impact role’ on main root of canopy. Rationally arranging drip irrigation water cycle combined with covering technology can reach the purpose of improving canopy water irrigation quality in cool area.

Key words：cool area; soil; moisture migration; temperature

DOI:10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.02.019

中圖分類號：S275.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1005- 4774(2016)02- 0066- 04