土壤容重對鹽堿土膜孔溝灌水鹽運(yùn)移分布的影響

張策 趙玉玲 程東娟

摘要：進(jìn)行室內(nèi)鹽堿土膜孔溝灌與溝灌水分入滲試驗(yàn)，總結(jié)土壤容重對鹽堿土膜孔溝灌水鹽運(yùn)移分布的影響及灌水方法對土壤水鹽運(yùn)移分布的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相同入滲時(shí)間下，土壤容重越大，鹽堿土膜孔溝灌累積入滲量越小，且累積入滲量與入滲時(shí)間符合冪函數(shù)關(guān)系;相同入滲時(shí)間下，水平、垂直濕潤鋒運(yùn)移距離均隨土壤容重的增大而減小，與時(shí)間之間表現(xiàn)出良好的冪函數(shù)關(guān)系;隨著距灌水溝溝底膜孔中心距離的增加，土壤含水量減小，土壤含鹽量增加;灌水時(shí)間一定時(shí)，土壤容重越大，鹽分淋洗區(qū)越小;相同灌水量條件下，膜孔溝灌入滲時(shí)間比溝灌長，濕潤鋒運(yùn)移距離大，濕潤區(qū)內(nèi)相同位置處，膜孔溝灌含鹽量小于溝灌，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，膜孔溝灌的脫鹽效果比溝灌好。

關(guān)鍵詞：土壤容重;膜孔溝灌;鹽堿土;水鹽運(yùn)移

中圖分類號： S275.9 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）07-0261-04

土壤鹽堿化已經(jīng)日漸成為限制我國乃至全世界范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的問題之一[1]。我國鹽堿地區(qū)域面積約 3 700萬hm2[2]，目前有待開發(fā)使用的鹽堿地約有80%，有很大的發(fā)展?jié)撃躘3-4]。膜孔灌溉技術(shù)是一種通過地膜輸送水，利用灌水孔和作物孔實(shí)施灌溉的新型節(jié)水灌溉技術(shù)[5]，而膜孔溝灌是膜孔灌溉技術(shù)的一種灌溉方式。在干旱地區(qū)，淡水資源短缺，鹽堿地改良措施逐漸向節(jié)水新型灌溉技術(shù)發(fā)展。目前，國內(nèi)學(xué)者在鹽堿土膜下滴灌方面的研究表明，膜下滴灌對鹽堿土有一定的淋洗作用[6-9]。但是，目前對膜孔溝灌的研究較少，而土壤容重對土壤水分入滲影響很大[10]，因此本試驗(yàn)主要探究土壤容重對鹽堿土膜孔溝灌土壤水鹽運(yùn)移分布的影響，并通過對比溝灌來研究膜孔溝灌對鹽堿地改良的影響，以期為膜孔溝灌在鹽堿土改良中的推廣應(yīng)用提供一定根據(jù)。

1 材料與方法

為了探究土壤容重對鹽堿土膜孔溝灌和不同灌水方法下土壤水鹽運(yùn)移分布的影響，筆者于2017年3月1日至5月1日，在河北工程大學(xué)農(nóng)業(yè)水土精準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行同容重下溝灌與膜孔溝灌水分入滲試驗(yàn)、不同容重下鹽堿土膜孔溝灌水分入滲試驗(yàn)，膜孔溝灌、溝灌入滲試驗(yàn)裝置如圖1所示。

試驗(yàn)土箱尺寸為15 cm×20 cm×30 cm。土樣為粉質(zhì)壤土，初始含鹽量為3.75%。試驗(yàn)采用橫截面為5 cm×6 cm的馬氏瓶供水，恒定水頭高度為6 cm。將土樣風(fēng)干、粉碎、過 2 mm 篩，按照預(yù)設(shè)的土壤初始含水量（8%）進(jìn)行配土，依據(jù)設(shè)計(jì)按照土壤容重為1.30、1.35、1.40 g/cm3分別稱取5 cm試驗(yàn)土箱高度所對應(yīng)的土壤質(zhì)量，裝入土箱，壓實(shí)，使土箱內(nèi)厚度為 5 cm，壓實(shí)后的土壤表面用鏟子刮毛，以保證層間結(jié)合良好。如此往復(fù)，依次分層裝入土箱。

溝灌和膜孔溝灌橫斷面均為梯形，根據(jù)試驗(yàn)的對稱性，對1/2 壟溝進(jìn)行研究。 進(jìn)行膜孔溝灌試驗(yàn)時(shí)， 使用1/4膜孔進(jìn)行鹽堿土膜孔溝灌水分入滲試驗(yàn)，該膜孔直徑為5 cm，試驗(yàn)時(shí)將塑料薄膜鋪設(shè)在灌水溝及壟上，在膜和土壤表面間涂抹凡士林，以防滲水，1/4膜孔位置為土箱灌水溝一角，在膜上鋪粗沙，以防漂膜。灌水溝斷面為梯形，本試驗(yàn)裝置利用半個(gè)灌水溝進(jìn)行分析（圖1），上溝寬度10 cm，底溝寬度5 cm，溝深度6 cm，溝長度15 cm。試驗(yàn)過程中，依據(jù)由密到疏的原則，分別在1、3、5、7、10、15、20、30、45、60、90、120 min 時(shí)觀測并記錄馬氏瓶液面下降刻度和灌水溝內(nèi)水深，描繪濕潤鋒。當(dāng)膜孔溝灌灌水時(shí)間達(dá)到2 h時(shí)，立即關(guān)掉馬氏瓶出水口和進(jìn)氣口閥門，停止試驗(yàn)。溝灌灌水量與同一容重下的膜孔溝灌灌水量一致，計(jì)算得到容重為1.3 g/cm3條件下膜孔溝灌試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的灌水量為243.3 mL，待溝灌灌水量達(dá)到該值時(shí)（11.6 min），停止試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，在垂直灌水溝土壤剖面的水平和垂直方向進(jìn)行網(wǎng)格取土，網(wǎng)格尺寸為2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm，采用烘干法測定該土樣含水量，取部分烘干后土樣放入燒杯中，以水土比5 mL ∶ 1 g加入純水，攪拌均勻后靜置30 min，用電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線將其換算成土壤含鹽量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤容重條件下膜孔溝灌及不同灌水方法對鹽堿土累積入滲量的影響

由圖2可知，鹽堿土膜孔溝灌條件下，不同容重土壤的累積入滲量和入滲速率變化趨勢基本一致，隨灌水時(shí)間的增加，累積入滲量不斷增大，入滲速率逐步減小。相同入滲時(shí)間，土壤容重越小，鹽堿土膜孔溝灌累積入滲量越大;溝灌條件下，隨著灌水時(shí)間的增加，累積入滲量也不斷增大，與膜孔溝灌變化趨勢一致;灌水量相同的情況下，同一時(shí)間溝灌較相同容重下膜孔溝灌的大得多，其入滲時(shí)間更短。

對溝灌及不同土壤容重鹽堿土膜孔溝灌的累積入滲量與時(shí)間之間的關(guān)系用冪函數(shù)進(jìn)行擬合，結(jié)果（表1）發(fā)現(xiàn)，入滲過程中，隨入滲時(shí)間的延長，入滲速率不斷減小，原因可能是在土壤中水流向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，逐漸占據(jù)土壤孔隙，土壤中的空氣被壓縮，導(dǎo)致土壤中空氣的運(yùn)動(dòng)受到限制，從而產(chǎn)生阻礙入滲水流向下運(yùn)動(dòng)的空氣頂托力，導(dǎo)致土壤的入滲速率不斷減小。

2.2 不同土壤容重條件下膜孔溝灌及不同灌水方法對鹽堿土濕潤鋒運(yùn)移距離的影響

由圖3、圖4可以看出，溝灌和膜孔溝灌的水平、垂直濕潤鋒運(yùn)移距離均隨灌水時(shí)間的增加而增加;同一入滲時(shí)間下，膜孔溝灌土壤容重越大，濕潤鋒運(yùn)移距離越小;相同灌水量條件下，溝灌濕潤鋒垂直運(yùn)移距離比同一容重下的膜孔溝灌小。

由表2可知，溝灌及不同土壤容重鹽堿土膜孔溝灌的水平、垂直濕潤鋒運(yùn)移距離與時(shí)間之間較好地符合冪函數(shù)關(guān)系。

由圖3、圖4可知，土壤容重對鹽堿土膜孔溝灌水分運(yùn)移影響較明顯。這可能是因?yàn)橥寥廊葜卦酱螅寥澜Y(jié)構(gòu)越密實(shí)，細(xì)小孔隙越多，大孔隙越少土壤水分運(yùn)移阻力越大，飽和導(dǎo)水率越小，濕潤鋒運(yùn)移距離越小[11]。相同時(shí)間下，溝灌的水平濕潤鋒運(yùn)移距離比同一容重下的膜孔溝灌大，這可能是因?yàn)闇瞎嗨秩霛B通過整個(gè)灌水溝（整個(gè)溝底和部分溝坡）進(jìn)行，土壤與水接觸面積大，而膜孔溝灌僅通過灌水溝一角的膜孔進(jìn)行水分入滲，土壤與水接觸面積小;溝灌與膜孔溝灌垂直濕潤鋒運(yùn)移距離差距不大，圖中反映不太明顯。相同灌水量下，溝灌入滲時(shí)間短，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，溝灌水平、垂直濕潤鋒運(yùn)移距離均比相同容重下的膜孔溝灌小得多，這可能是因?yàn)槟た诇瞎嗨滞ㄟ^灌水孔入滲，而溝灌水分通過整個(gè)溝底及溝坡向土壤中入滲。

2.3 不同土壤容重條件下膜孔溝灌及不同灌水方法對鹽堿土土壤水分分布的影響

由圖5可以看出， 溝灌及不同土壤容重下鹽堿土膜孔溝灌土壤剖面水分分布規(guī)律大體一致：即以膜孔所在位置[點(diǎn)（0，-6）]為中心呈橢圓分布，距灌水溝溝底膜孔中心點(diǎn)（0，-6）的距離越大，土壤含水量越小。土壤含水量等值線在灌水溝溝底膜孔[點(diǎn)（0，-6）]處，相對稀疏，而在濕潤鋒附近分布較匯集，說明在灌水溝膜孔周圍，土壤含水量變化較小，隨著距膜孔距離的增大，土壤含水量變化增大。在相同灌水時(shí)間下，同一位置土壤容重越大，土壤含水量越小，原因是隨著土壤容重增大，土壤密實(shí)度增大，較大孔隙數(shù)量減小，小孔隙增多。相同灌水量條件下，膜孔溝灌比同一容重下溝灌的濕潤范圍大，原因可能是膜孔溝灌的水分通過灌水孔入滲，而溝灌的水分通過整個(gè)溝底及溝坡向土壤中入滲。

2.4 不同土壤容重條件下膜孔溝灌及不同灌水方法對鹽堿土土壤鹽分分布的影響

由圖6可以看出，溝灌及不同容重鹽堿土膜孔溝灌的土壤鹽分分布規(guī)律大體一致，即在膜孔位置[點(diǎn)（0，-6）]附近，土壤鹽分含量較低，小于鹽堿土初始含鹽量（3.75%），距膜孔距離越大，土壤鹽分含量越大，在濕潤鋒（圖6中土壤含鹽量為 3.75% 的曲線）附近鹽分含量達(dá)到最大?？梢悦黠@看出，膜孔，即點(diǎn)（0，-6）附近是鹽分淋洗區(qū)，而濕潤體邊緣（圖6中濕潤區(qū)中靠近土壤含鹽量為3.75%的曲線）為鹽分累積區(qū)。相同灌水時(shí)間下，淋洗區(qū)內(nèi)同一位置土壤鹽分含量隨土壤容重增大而增大，鹽分累積區(qū)內(nèi)鹽分含量隨土壤容重的增大而減小，原因是灌水時(shí)間相同，容重越大，土壤導(dǎo)水率越小，平均孔隙流速越小[12-13]，阻礙土壤鹽分隨水分運(yùn)動(dòng)而向下運(yùn)移，因此土壤淋洗范圍變小。灌水量相同條件下，與溝灌相比，同一容重膜孔溝灌脫鹽區(qū)范圍較大，且脫鹽區(qū)內(nèi)鹽分含量較小，鹽分累積區(qū)位置較深、范圍較大，隨淋洗進(jìn)入土壤深層的鹽分較多。因此可以看出，土壤容重對鹽堿土膜孔溝灌鹽分的淋洗有一定影響，膜孔溝灌對鹽分的淋洗效果比同一容重的溝灌好，可能是因?yàn)楣嗨肯嗤瑫r(shí)，膜孔溝灌水分入滲時(shí)間長，對鹽分的淋洗時(shí)間長，淋洗范圍大。

3 結(jié)論

不同土壤容重下，鹽堿土膜孔溝灌累積入滲量、濕潤鋒運(yùn)移隨時(shí)間的變化規(guī)律均相似。

相同灌水時(shí)間下，土壤容重越大，鹽堿土膜孔溝灌累積入滲量越小，水平、垂直濕潤鋒運(yùn)移距離均隨之減小，同一位置土壤含水量也隨之減小，而同一位置土壤鹽分含量隨之增大。相同灌水量下，溝灌入滲時(shí)間比同一容重下的膜孔溝灌短得多;試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，其濕潤鋒運(yùn)移距離比同一容重下的膜孔溝灌小，濕潤范圍小，脫鹽區(qū)面積小，脫鹽效果較差。

溝灌為二維水分入滲，灌水溝溝底附近含鹽量較低，對鹽分有明顯的淋洗作用。膜孔溝灌為三維水分入滲，灌水溝膜孔附近的鹽分含量較低，同時(shí)含水量較高，對鹽堿土鹽分淋洗有一定影響。相比溝灌，膜孔溝灌脫鹽區(qū)范圍較大，淋洗鹽分較多，對鹽堿土鹽分的淋洗效果更好，有利于鹽堿土地區(qū)作物的生長。本試驗(yàn)為鹽堿土地區(qū)作物膜孔溝灌實(shí)施與推進(jìn)提供了一定的依據(jù)。

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