寧夏賀蘭山東麓滴灌葡萄地土壤次生鹽漬化的成因與研究定位

吳彬　趙文娟

摘要寧夏賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)地多年使用滴灌進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，導(dǎo)致該區(qū)域的土壤次生鹽漬化。分析灌溉對(duì)土壤的危害，指出非生育期防治次生鹽漬化的方向，可為該區(qū)域土壤次生鹽漬化的防治提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞次生鹽漬化；葡萄地；滴灌；寧夏賀蘭山東麓

中圖分類號(hào)S275.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）36-0105-03

AbstractDrip irrigation was used in grape production in eastern foot of Helan Mountain in Ningxia for many years.The secondary soil salinization became to appear in recent year. Hazards of irrigation to soil was analyzed.Research directions of controlling secondary soil salinization were put forward under nonfertile period.The research can provide theoretical basis for controlling secondary soil salinization in agricultural production.

Key wordsSecondary salinization；Vineyard；Drip irrigation；Eastern foot of Helan Mountain in Ningxia

寧夏賀蘭山東麓由于其獨(dú)特的地理、氣候和土壤資源優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)定為全國(guó)三大葡萄原產(chǎn)地保護(hù)區(qū)之一，現(xiàn)已發(fā)展釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)面積為2.1萬(wàn)hm2。其中近一半的葡萄種植區(qū)是建立在荒漠風(fēng)沙土地段，土壤中伴有石礫層，產(chǎn)區(qū)完全依賴黃河水灌溉進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。由于黃委會(huì)分配給寧夏的用水指標(biāo)逐年下降和葡萄種植面積的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的大水漫灌方式已逐步被滴灌所取代[1]。該方式最大限度地保證所有灌溉水都施加在植物根部，不但可提高作物產(chǎn)量 [2]，而且可有效地減少地表蒸發(fā)及用水量。

1滴灌技術(shù)對(duì)土壤的危害

中國(guó)北方灌溉的一個(gè)目的是淋洗農(nóng)田土壤鹽分。盡管滴灌技術(shù)可以局部淡化作物主根區(qū)的土壤鹽分，但滴灌灌水量相對(duì)較小，無(wú)法產(chǎn)生深層滲漏，難以將土壤中的鹽分淋洗到地下水。與此同時(shí)，由于滴灌存在濕潤(rùn)半徑，該方式將不能充分淋洗作物間隔內(nèi)土壤的鹽分。張江輝等[3]研究認(rèn)為在滴灌條件下葡萄生育期灌水結(jié)束后土壤鹽分隨著距滴頭距離的增加而增加。亓沛沛等[4]論證得出，滴灌地塊其鹽分在水平方向上分布的離散程度比較高，且鹽分在水平方向的分布與距離滴管的遠(yuǎn)近有關(guān)系。李冬冬[5]研究指出，在作物蒸騰和土壤蒸發(fā)作用下鹽分不斷在地表聚集，造成土壤表層不均勻鹽分累積問(wèn)題。蘇學(xué)德等[6]認(rèn)為，由于水的淋洗作用，水分平行方向上的土壤全鹽量逐漸增加。鹽分隨滴水時(shí)間的增加，向外圍擴(kuò)散而逐步積累在土壤之中，在滴頭處平行方向土層鹽分逐步積累，在0～40 cm土層鹽分積累最多。

此外，滴灌地隨著滴灌年數(shù)增加其土壤含鹽量呈現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì)。牟洪臣等[7]認(rèn)為隨著耕種時(shí)間的延長(zhǎng)土壤含鹽量呈先減少后增多的趨勢(shì)，土壤含鹽量從未種植到種植9年一直處于減少趨勢(shì)，但從第10年開(kāi)始呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)。李朝陽(yáng)等[8]研究表明，滴灌4年后，新疆棉花種植地區(qū)的土壤含鹽量在表層土壤及深層土壤開(kāi)始積累。羅毅[9]發(fā)現(xiàn)，與滴灌1年的剖面土壤含鹽量相比，滴灌10年的剖面土壤含鹽量增加了1.88倍。

2非生育期淋洗土壤鹽分的重要性

寧夏賀蘭山東麓葡萄種植已近10年，沿線的地下水平均埋深為1.8 m，滴灌平均濕潤(rùn)層深度為0.8 m。寧夏釀酒葡萄一般從 4 月初開(kāi)始放條，全生育期經(jīng)歷140～160 d，非生育期6～7個(gè)月。土壤鹽分無(wú)法被淋洗到地下水中，地表蒸發(fā)量大導(dǎo)致本地區(qū)的土壤表層鹽分逐漸積聚。若不及時(shí)采取有效的防鹽、控鹽措施，不僅會(huì)影響滴灌技術(shù)大面積的推廣應(yīng)用，而且會(huì)引起節(jié)水灌溉型土壤的次生鹽漬化問(wèn)題。Burt等[10]開(kāi)展了果園鹽分淋洗試驗(yàn)，認(rèn)為采用多行低流速滴灌帶供水對(duì)鹽分累積區(qū)域進(jìn)行淋洗，可以有效降低鹽分淋洗需要的水量。Chen等[11]基于ENVIRO-GRO模型，通過(guò)在作物非生育期進(jìn)行淋洗對(duì)比大水漫灌和生育期滴灌條件鹽分淋洗效果，認(rèn)為在非生育期大水漫灌對(duì)土壤鹽分的淋洗效果更佳。李明思等[12]通過(guò)試驗(yàn)觀測(cè)認(rèn)為，長(zhǎng)期膜下滴灌農(nóng)田在沒(méi)有冬春灌的條件下，只要灌溉制度和灌溉水質(zhì)合適，不存在鹽堿化風(fēng)險(xiǎn)。張瑞喜等[13]研究認(rèn)為，磁化水滴灌可顯著促進(jìn)水分入滲和鹽分下移，但磁化水與普通水相比溶解出更多的可溶性鹽，并加速土壤鹽分向下運(yùn)動(dòng)，在土壤下層積鹽，且增加了灌溉洗鹽的成本。陳小芹等[14]對(duì)北疆棉田采用滴灌和漫灌進(jìn)行冬灌淋洗對(duì)比，認(rèn)為大定額滴灌與大定額漫灌均能夠起到非常關(guān)鍵的壓鹽作用。馬合木江·艾合買(mǎi)提等[15]研究不同年限新疆膜下滴灌棉田非生育期土壤鹽分的變化，結(jié)果表明隨著滴灌年限的增加土壤含鹽量呈增加趨勢(shì)。上述結(jié)論中部分存在相互矛盾，說(shuō)明鹽分受淋洗后動(dòng)態(tài)遷移的復(fù)雜性，需要開(kāi)展更多系統(tǒng)的觀測(cè)和研究。

3寧夏賀蘭山東麓葡萄地非生育期防治次生鹽漬化研究

3.1凍融期土壤水鹽動(dòng)態(tài)特征研究

在寧夏自治區(qū)，對(duì)農(nóng)田進(jìn)行非生育期淋洗要面臨土壤凍融問(wèn)題。該地區(qū)屬于季節(jié)性凍土分布帶，多年極端最大凍土深度為1.0～1.6 m，且該值呈逐年下降的趨勢(shì)。事實(shí)上寧夏地區(qū)土壤凍融是導(dǎo)致土壤次生鹽漬化的另一個(gè)重要原因。凍融條件下土壤中鹽分遷移是水分對(duì)流、濃度梯度、溫度梯度、不同溶質(zhì)、土壤結(jié)構(gòu)等因素綜合作用下的結(jié)果，溫度是導(dǎo)致土壤中水分與鹽分遷移的驅(qū)動(dòng)力[16-17]。早在1981年國(guó)際凍土學(xué)會(huì)主席佩威（Pewe）教授指出：查明凍融過(guò)程中水鹽運(yùn)移規(guī)律是防治土壤鹽堿化的新途徑，究其原因是在凍融期土壤溫度梯度的影響下，土壤水熱運(yùn)移會(huì)促使鹽分向表層擴(kuò)散，使表層土壤出現(xiàn)次生鹽漬化[18]。20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)凍融期水熱鹽運(yùn)移過(guò)程進(jìn)行了大量的野外試驗(yàn)研究，為防治土壤次生鹽漬化提供一定的理論依據(jù)。靳志鋒等[19]針對(duì)新疆北部常年膜下滴灌棉田研究認(rèn)為，消融期溫度會(huì)影響土壤鹽分向上擴(kuò)散，威脅膜下滴灌棉田可持續(xù)種植。馬合木江·艾合買(mǎi)提等[20]針對(duì)凍融條件下新疆北疆常年滴灌棉田土壤水鹽進(jìn)行試驗(yàn)監(jiān)測(cè)分析認(rèn)為，凍融期土壤鹽分的變化較水分變化更有規(guī)律可循，凍土融通時(shí)在鉛垂土壤剖面0～10 cm存在穩(wěn)定的鹽分聚集區(qū)[20-21]。李文昊等[22]在北疆積雪覆蓋條件下采用時(shí)空變異法對(duì)長(zhǎng)期滴灌棉田土壤鹽分在春季的變化進(jìn)行分析，認(rèn)為凍融循環(huán)對(duì)土壤中鹽分具有天然的淋洗作用。同年倪東寧等[23]以灌水定額1 500 m3/hm2對(duì)河套玉米灌區(qū)進(jìn)行秋灌淋洗，結(jié)果表明該灌水量只是將鹽分淋洗到作物根系層以下，進(jìn)入凍結(jié)期以后，根系層以下的土壤鹽分又隨水分運(yùn)移到作物根系層使得土壤含鹽量顯著增加，不能滿足玉米在裸地的種植條件。姚寶林等[24]通過(guò)對(duì)比分析指出，200 mm 冬灌定額對(duì)試驗(yàn)區(qū)域的膜下滴灌棉花地0～100 cm 土壤具有淋洗鹽分的作用，采用留稈和玉米秸稈覆蓋可減少水分蒸發(fā)，使水分與鹽分向上遷移能力降低，減弱春季土壤返鹽。

3.2凍融期土壤水熱鹽運(yùn)移模擬模型研究

除了凍融條件下土壤水熱鹽運(yùn)移的定性試驗(yàn)研究外，科研工作者同時(shí)會(huì)采用土壤水動(dòng)力學(xué)模型用于定量分析農(nóng)業(yè)土壤水熱鹽的運(yùn)移規(guī)律。他們通過(guò)建立凍融期土壤水熱耦合模型，利用有限元、有限差分等數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行求解，從數(shù)值模擬的角度分析和掌握土壤水熱鹽的運(yùn)移機(jī)理。1974年Harlan[25]根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果建立了第1個(gè)凍土水熱耦合遷移模型，在忽略凍結(jié)土壤中冰與水之間的相互作用下，認(rèn)為土壤中的凍結(jié)水含量?jī)H與負(fù)溫相關(guān)，并且與負(fù)溫呈動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。許多學(xué)者建立了各自的凍土水熱耦合數(shù)值模型，一類是研究?jī)鼋Y(jié)對(duì)土體內(nèi)部水熱分布規(guī)律影響的模型。任理[26]對(duì)麥秸條帶覆蓋下的土壤水熱進(jìn)行研究，采用交替方向有限差分法建立了模擬苗期條帶覆蓋下土壤水熱遷移的數(shù)值模型。雷志棟等[27]根據(jù)凍土水熱遷移基本方程，推導(dǎo)出凍土水熱耦合方程，模擬了凍結(jié)條件下土的水熱耦合遷移過(guò)程及對(duì)潛水蒸發(fā)的影響。1989年美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方流域研究中心建立了水熱耦合模型（SHAW）（simultaneous heat And water），該模型已經(jīng)被證明能精確模擬土壤、氣候和表面條件很大范圍內(nèi)的凍結(jié)深度，能夠模擬復(fù)雜冬季凍結(jié)現(xiàn)象對(duì)水分、溶質(zhì)遷移的影響[28]。近年來(lái)，我國(guó)已將SHAW模型從室內(nèi)試驗(yàn)區(qū)發(fā)展到解決農(nóng)業(yè)灌溉的實(shí)際問(wèn)題當(dāng)中。李瑞平等[29]運(yùn)用水熱耦合模型（SHAW）對(duì)內(nèi)蒙古河套灌區(qū)3種鹽漬化土壤凍融期水熱鹽的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了模擬研究，中度輕度鹽漬化土壤累積蒸發(fā)量在冬灌后至凍結(jié)初期隨時(shí)間增加而增加，在凍結(jié)初期至融解后，隨時(shí)間的變化很小，且秋澆后至凍結(jié)初期的累積蒸發(fā)量占整個(gè)越冬期的2/3。胡宏昌等[30]采用一維SHAW耦合模型，模擬了非生育期滴灌棉田在強(qiáng)烈的凍結(jié)作用下水鹽運(yùn)移過(guò)程。認(rèn)為在沒(méi)有非生育期淋洗灌水的情況下，膜下滴灌鹽分全年累積速率為14%左右，存在次生鹽堿化風(fēng)險(xiǎn)。在研究土壤凍融過(guò)程中，只有綜合考慮水、熱藕合的作用，才能準(zhǔn)確反映其運(yùn)動(dòng)的客觀物理機(jī)制，從而掌握季節(jié)凍融水鹽運(yùn)移的規(guī)律，正確理解水鹽運(yùn)移的季相變化[31]。

3.3非生育期淋洗制度的研究

研究滴灌地土壤凍融期水鹽運(yùn)移的目的是建立適宜于本地區(qū)在非生育期進(jìn)行土壤鹽分淋洗的灌溉制度。多年來(lái)，針對(duì)生育期土壤鹽分的淋洗的研究結(jié)果要多于非生育期，例如何雨江等[32]，李昭楠等[33]，王文佳等[34]，研究農(nóng)田作物以水分利用效率和產(chǎn)量為出發(fā)點(diǎn)，采用田間試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究生育期內(nèi)灌溉制度對(duì)土壤鹽分淋洗的作用。但陳小芹[35]在對(duì)鹽分淋洗作用的綜合分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，非生育期的大定額滴灌比大定額漫灌更有利于來(lái)年為作物創(chuàng)造良好的生長(zhǎng)環(huán)境。陳艷梅等[36]采用 Salt Mod 模型探討不同灌溉制度對(duì)作物根層土壤鹽分的影響。作物根層土壤鹽分隨冬灌定額的增大而減小，不同冬灌定額對(duì)應(yīng)的根層土壤鹽分最初的增加量均較大，但增加的趨勢(shì)隨時(shí)間逐漸降低。彭振陽(yáng)等[37]采用HYDRUS-1D兩區(qū)模型模擬出不同頻次灌溉條件下的土壤水鹽運(yùn)移過(guò)程，對(duì)于間歇灌溉是否能提高鹽分淋洗效率不能一概而論。

4結(jié)語(yǔ)

從2007年開(kāi)始，10年的發(fā)展使寧夏賀蘭山東麓地區(qū)葡萄酒產(chǎn)值達(dá)到45億元，寧夏自治區(qū)政府高度重視葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，先后成立了全國(guó)第1個(gè)省級(jí)葡萄花卉產(chǎn)業(yè)發(fā)展局，制定了《寧夏回族自治區(qū)賀蘭山東麓葡萄酒產(chǎn)區(qū)保護(hù)條例》，出臺(tái)了《中國(guó)（寧夏）賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)業(yè)及文化長(zhǎng)廊發(fā)展總體規(guī)劃》。在“十三五”期間，到2020年銀川葡萄種植基地總面積要達(dá)到2萬(wàn)hm2。若要采用非生育期淋洗這一方法阻止滴灌葡萄地積鹽惡化，關(guān)鍵是掌握寧夏賀蘭山東麓滴灌葡萄地非生育期內(nèi)凍土水熱耦合運(yùn)移機(jī)理，以此探討土壤次生鹽漬化的演變進(jìn)程及其特征，方可制訂相應(yīng)的淋洗方式，為本地區(qū)土壤次生鹽漬化的防治措施及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指導(dǎo)提供理論依據(jù)。

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