不同種植方式對(duì)草木樨滴灌土壤水鹽運(yùn)移的研究

郭建忠，劉淑慧，李 森，盧垟杰

(太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024)

黃花草木樨為豆科草木樨屬植物，適應(yīng)性強(qiáng)，具有耐旱、耐貧瘠和耐鹽堿等特性，具有很高的生物產(chǎn)量，能最大限度地改良土壤[1]。草木樨屬于深根性植物、根系發(fā)達(dá)，是保持水土的先鋒植物[2]，發(fā)展草木樨對(duì)促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展和改良土壤具有重要作用。山西省大同盆地分布著大部的鹽堿化土壤，并且大部分土壤受次生化鹽漬化的威脅，土壤的鹽漬化已成為威脅當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和農(nóng)牧業(yè)發(fā)展的重要因素之一[3]。

目前，在設(shè)施農(nóng)業(yè)和干旱區(qū)大田灌溉中，滴灌已是發(fā)展成熟的微灌技術(shù)[4]。國(guó)內(nèi)外對(duì)于滴灌技術(shù)的研究也比較多，但大部分都集中在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)點(diǎn)源入滲機(jī)理的模擬研究[5-7]和滴灌條件下對(duì)作物生長(zhǎng)要素的影響[8,9]。由于大田試驗(yàn)受氣候、土壤結(jié)構(gòu)、作物、地下水等多重因素的共同影響，小尺度微地形的大田試驗(yàn)鹽堿地滴灌水鹽運(yùn)移方面的復(fù)雜性導(dǎo)致研究并不是特別多。李明思等人通過13 a的膜下滴灌數(shù)據(jù)研究表明由于滴灌產(chǎn)生的濕潤(rùn)鋒不會(huì)造成整個(gè)土層的鹽分含量增高[10]；王振華、楊培嶺等人研究表明1～4 a根區(qū)總鹽變化幅度及降低幅度較大[11]；魯為華等人通過研究滴灌和漫灌得到滴灌淋洗鹽分形成窄深型的濕潤(rùn)區(qū)[12]。

本論文通過田間試驗(yàn)，在大同盆地的鹽堿荒地上，以草木樨為試驗(yàn)材料，根據(jù)王雪、樊貴盛等人得出鹽堿化土壤入滲量小的特點(diǎn)[13-15]，通過田間試驗(yàn)觀測(cè)，采用少量多次的滴灌灌溉方式，設(shè)置每3 d蒸發(fā)量之和的50%水平灌溉[16]，采取平作和壟作的耕作方式，研究滴灌前后水鹽運(yùn)移情況，旨在為鹽堿地牧草滴灌改善鹽堿土壤提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年6-9月在山西省朔州市山陰縣后張堡村的鹽堿荒地上進(jìn)行，該區(qū)降水主要集中在7-9月份，地表蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣干燥，年平均降雨量為398.9 mm，蒸發(fā)量為1 870 mm，年平均氣溫為7 ℃，1月最低氣溫-27.6 ℃，7月最高氣溫33.2 ℃。試驗(yàn)地本底土壤性質(zhì)、初始含水率、pH、電導(dǎo)率見表1。

表1 試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)

注：根據(jù)美國(guó)農(nóng)部土壤質(zhì)地三角分類。

1.2 試驗(yàn)材料

供試牧草類型為草木樨。滴灌材料由河北省生產(chǎn)，滴灌系統(tǒng)主管采用Ф32的PVC管道，滴灌帶滴頭設(shè)計(jì)流量0.6 L/h，滴頭間距20 cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)分為壟作和平作(見圖1、圖2)，其中壟作的壟高10 cm，壟肩寬20 cm，壟坡度為1∶1；平作滴灌帶距離為60 cm。每個(gè)小區(qū)面積1.8 m×2 m，設(shè)3個(gè)重復(fù)。每個(gè)小區(qū)布置3條滴灌帶，壟作滴灌帶布置在壟肩中央，壟肩中央間距為60 cm，平作每條滴灌帶間距為60 cm。2014年6月中旬進(jìn)行苜蓿夏季播種，種子在播前擦破其較硬的外殼，每公頃播種34.2 kg苜蓿種子。灌水時(shí)在支管上加裝水表控制灌水量，7月25號(hào)待出苗完成后，進(jìn)行水量滴灌控制，通過實(shí)地進(jìn)行觀察和試驗(yàn)，確定其灌水周期為3 d，為每3 d蒸發(fā)量總和的50%，降雨量大于蒸發(fā)量時(shí)不進(jìn)行滴灌。

圖1 草木樨平作方式布置

圖2 草木樨壟作方式布置(單位：cm)

1.4 灌溉管理

苗期處理前統(tǒng)一灌水管理，灌水定額為每天2 mm。開始處理后，處理為每3 d灌一次水，每次灌水開始時(shí)間相同。通過查閱相關(guān)鹽堿土壤入滲和實(shí)地滴灌入滲情況，整個(gè)生育期按照每3 d蒸發(fā)量的50%灌溉[16]，累積灌溉156.15 mm，累積蒸發(fā)量為453.3 mm，累積降雨量為148.8 mm。

利用E20型蒸發(fā)皿測(cè)定水面蒸發(fā)量，草木樨生長(zhǎng)期內(nèi)蒸發(fā)和降雨量見圖3，灌水量見圖4。

圖3 草木樨生長(zhǎng)期內(nèi)蒸發(fā)和降雨量

圖4 草木樨生長(zhǎng)期內(nèi)灌水量

1.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法

(1)土壤樣點(diǎn)選取。土樣采集在每個(gè)處理第2條壟上取土樣，取樣時(shí)間為6月14日、9月20日，取樣點(diǎn)為距離滴頭水平距離0、10、20、30 cm，垂直深度0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80、80～100 cm，自封袋裝土，土樣烘干，碾細(xì)過1mm篩備用。

(2)土壤性質(zhì)測(cè)定。土壤水分采用烘干法，105～110 ℃烘8 h；pH值采用pHS-3C型pH 計(jì)測(cè)定，土水比為1∶1，震蕩均勻后在5 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心6 min后測(cè)定；電導(dǎo)率(EC)采用DDS-307A型電導(dǎo)率儀測(cè)定，土水比為1∶1，震蕩均勻后在5 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心6 min后測(cè)定[17]。

(3)數(shù)據(jù)分析。采用Surfer 11進(jìn)行畫圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式對(duì)電導(dǎo)率的影響

土壤初始導(dǎo)率分布見圖5。不同耕作方式在同樣的灌溉水量下，影響著鹽分的分布[18]。從圖6壟作電導(dǎo)率變化和平作電導(dǎo)率變化可以看出，滴頭下方0～60 cm平均電導(dǎo)率為0.513 mS/cm，灌溉結(jié)束后，壟作0～60 cm平均電導(dǎo)率為0.321 mS/cm，比灌前下降了37.4%，平作0～60 cm平均電導(dǎo)率為0.401 mS/cm，比灌前下降了21.8%。在滴頭下方的電導(dǎo)率值都有不同程度的下降，且鹽分向滴灌邊緣遷移即電導(dǎo)率值增大。在灌溉結(jié)束后，壟作的耕作方式在滴頭下方0～40 cm的電導(dǎo)率下降比較明顯，灌溉結(jié)束后0～40 cm平均電導(dǎo)率0.258 mS/cm比初始0～40 cm平均電導(dǎo)率0.542 mS/cm下降52.4%；而平作的在滴頭下方0～20 cm的電導(dǎo)率下降的比較明顯，灌溉結(jié)束后0～20 cm平均電導(dǎo)率0.334 mS/cm比初始0～20 cm平均電導(dǎo)率0.483 mS/cm下降30.8%。故壟作的淋洗深度比平作深，壟作的淋洗效果好。

圖5 土壤初始電導(dǎo)率分布

圖6 灌溉結(jié)束后，壟作和平作電導(dǎo)率分布

2.2 不同耕作方式對(duì)pH值的影響

土壤初始pH值分布見圖7。由圖8壟作和平作pH值灌溉結(jié)束后變化可知，總體情況根區(qū)土壤的pH值都有不同程度的降低。其中壟作在距離地表40 cm的范圍內(nèi)pH值變化情況最為明顯，而平作pH值變化范圍則在表層20 cm范圍內(nèi)有所降低。壟作種植方式灌溉水量的一部分由于水力梯度從壟肩流出，鹽分隨著水分被帶走，所以淋洗的效果比較明顯。

圖7 土壤初始pH值分布

圖8 灌溉結(jié)束后壟作和平作pH值分布

2.3 不同耕作方式對(duì)含水率的影響

由圖9和圖10可知，土壤含水率都是表層較低而后升高，土壤含水率在20～30 cm處達(dá)到最高值[19]，在30～60 cm含水率有所降低，到土壤底層有升高的趨勢(shì)。最表層含水率都比20 cm土層的含水率低，這是由于表層土壤更容易與外界接觸，騰發(fā)量較深層的土壤大。通過比較發(fā)現(xiàn)，壟作表層的土壤含水率較平作表層的含水率低，這可能是由于高于地表的壟臺(tái)中的滴灌水分由于水力梯度從壟肩流出，造成水分流失。

圖9 土壤初始含水率分布

圖10 灌溉結(jié)束后壟作和平作含水率分布

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)通過對(duì)比平作和壟作的種植方式在試驗(yàn)滴灌前后電導(dǎo)率、pH值和含水率的變化，來對(duì)比水鹽變化情況。

(1)在滴灌條件下，滴頭下方電導(dǎo)率和pH值都有所下降，且向邊緣增大，壟作的淋洗深度在0～40 cm，平作的則在0～20 cm，壟作的淋洗效果比平作好。出現(xiàn)這種情況的原因是起壟后原來地表相對(duì)平坦的自然地形發(fā)生了改變，形成地勢(shì)相對(duì)較低的壟溝和較高的壟臺(tái)[20]，在滴灌灌溉和降水共同作用下，壟臺(tái)土壤中的鹽分隨水分運(yùn)動(dòng)作用向地勢(shì)相對(duì)較低的壟溝和土壤深處匯集，壟作灌溉水量的一部分由于水力梯度從壟肩流出，鹽分隨水分流走，淋洗的效果比平作較明顯。

(2)由于部分水分從壟肩流出，所以壟作表層的土壤含水率較平作的低，同樣由于水分的流失，帶走了鹽分，所以壟作鹽分和pH值淋洗的效果較平作好。因此，水分的流失和鹽分的淋洗在此處形成一對(duì)矛盾，所以在鹽堿化程度比較嚴(yán)重的地區(qū)，鹽分對(duì)作物生長(zhǎng)的影響成主導(dǎo)因素，建議采用滴灌加起壟的種植方式，可以對(duì)作物根區(qū)的鹽分進(jìn)行有效的淋洗。

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