溝灌不同灌溉定額對(duì)鹽漬土水鹽分布及油葵和產(chǎn)量的影響

斯慶高娃

(內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利與土木建筑工程系，呼和浩特 010070)

0 引 言

我國(guó)人口眾多，人均耕地面積在世界范圍內(nèi)處于較低水平[1]。隨著我國(guó)人口不斷增長(zhǎng)，人口與有效耕地面積之間的矛盾日益突出，改良鹽漬土引發(fā)了廣大學(xué)者的關(guān)注[2,3]。我國(guó)17個(gè)省區(qū)分布有鹽漬土，總面積超過(guò)3.6×107hm2；受鹽漬化影響的耕地面積達(dá)9.2×106hm2，占全國(guó)耕地面積6%[4]。鹽漬土改良利用是藏糧于地、藏糧于技的重要環(huán)節(jié)。因此，鹽漬土改良利用對(duì)糧食安全、耕地保障、生態(tài)安全具有重要意義。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，甘肅靖遠(yuǎn)縣受鹽漬化影響的土地面積達(dá)4.2×103hm2，占全縣有效耕地面積的11%[5]。鹽漬土土壤鹽分高、土壤結(jié)構(gòu)差，作物難以正常生長(zhǎng)，導(dǎo)致分布于該地區(qū)的鹽漬土處于棄耕或撂荒，影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境。但該地區(qū)土層深厚，適宜機(jī)耕，毗鄰黃河，水資源豐富，具有一定的開(kāi)發(fā)潛力。土壤鹽分以水分為載體和介質(zhì)進(jìn)行遷移，土壤鹽分的降低離不開(kāi)灌水淋洗[6]。大水漫灌能快速降低土壤含鹽量，但容易產(chǎn)生深層滲漏，容易發(fā)生返鹽現(xiàn)象[7]。河套灌區(qū)因水資源豐富，長(zhǎng)期漫灌導(dǎo)致產(chǎn)生了大面積鹽漬土，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了巨大威脅[8]。鹽漬土地區(qū)起壟可提高土壤透氣性，增大地表受光面積，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。有研究表明[9]：起壟滴灌，在壟頂種植作物，有助于降低壟頂作物根系土壤的含鹽量，為作物提供適宜的水鹽環(huán)境。也有研究表明[10]：在鹽漬土地區(qū)進(jìn)行起壟溝灌，夏季溫度高會(huì)出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象，壟頂土壤鹽分高于壟溝，危害壟上植物的正常生長(zhǎng)。為明確起壟溝灌不同灌溉定額對(duì)甘肅靖遠(yuǎn)鹽漬土壟頂與壟溝內(nèi)土壤水鹽分布的影響，本研究在甘肅靖遠(yuǎn)縣王家山鎮(zhèn)開(kāi)展田間對(duì)比試驗(yàn)，研究溝灌條件下不同灌溉定額對(duì)鹽漬土壟頂與壟溝土壤水鹽分布的影響，以期為該地區(qū)鹽漬土改良利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在甘肅省白銀市靖遠(yuǎn)縣王家山鎮(zhèn)(36°95' N，104°78' E)進(jìn)行。該地區(qū)地處西北內(nèi)陸，屬溫帶大陸性氣候，晝夜溫差大，降雨稀少且年內(nèi)分配不均。試驗(yàn)期間降雨量為207.5 mm，主要集中在6～8月；蒸發(fā)量為1 006.1 mm，蒸發(fā)量高于降雨量(表1)。

表1 試驗(yàn)期間降雨及蒸發(fā)量

Tab.1 Rainfall and evaporation during the test

月份降雨量/mm蒸發(fā)量/mm氣溫/℃411.2127.612.8522.8203.517.9641.7196.821.6760.5245.724.8871.3232.521.4合計(jì)207.51 006.1

試驗(yàn)區(qū)0～100 cm土層含水率、含鹽量和鹽分離子含量如表2所示。由表2可知，表層土壤含鹽量最高，隨土層深度增加土壤含鹽量逐漸降低；表層土壤含水率最低，隨土層深度增加土壤含水率逐漸增加；土壤中鹽分離子以Cl-為主。

表2 供試土壤理化性質(zhì)

Tab.2 Physical and chemical properties of tested soils

土層深度/cm鹽分離子/(cmol·kg-1)Na+Ca2+K+Mg2+CO2-3HCO-3Cl-SO2-4含鹽量/(g·kg-1)含水率/%0～208.620.280.120.380.250.4712.350.687.4712.920～406.750.350.150.430.140.3212.080.475.7513.540～605.380.330.170.540.080.2511.920.334.5414.160～804.850.270.190.370.030.1610.310.253.8514.880～1004.270.210.140.4300.079.360.143.2715.7

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及過(guò)程

在統(tǒng)一起壟、溝灌的基礎(chǔ)上，設(shè)置3個(gè)梯度的灌溉定額：6 600 m3/hm2(T1)、7 200 m3/hm2(T2)、7 800 m3/hm2(T3)，每個(gè)處理重復(fù)3次。試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)5 m，寬6 m，面積均為30 m2，各試驗(yàn)小區(qū)間打40 cm埂。

試驗(yàn)于2018年4-8月進(jìn)行，供試作物為油葵。試驗(yàn)前，先用機(jī)械起壟，壟高50 cm、壟寬70 cm、壟溝寬70 cm。2018年4月22日進(jìn)行灌水，3個(gè)處理灌水定額均為1 350 m3/hm2[10]，泡田24 h后排出地表余水。2018年4月24日按照株行距為20 cm×30 cm的規(guī)格播種油葵；壟頂和壟溝均種植油葵，3個(gè)處理油葵的種植規(guī)格均一致。5月3日出苗，8月12日收獲，全生育期共計(jì)111 d。各處理油葵生育期內(nèi)灌溉制度如表3所示。

表3 不同處理油葵生育期內(nèi)灌水量m3/hm2

Tab.3Theirrigationquotaofdifferenttreatmentduringoilsunflowergrowthperiod

生育階段時(shí)間苗期灌水定額0509現(xiàn)蕾期灌水定額05240603開(kāi)花期灌水定額06200703灌漿期灌水定額0717總計(jì)T11 1001 1001 1001 1001 1001 1006 600處理T21 2001 2001 2001 2001 2001 2007 200T31 3001 3001 3001 3001 3001 3007 800

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目與方法

作物水分生產(chǎn)率采用下式計(jì)算[11]：

WP=Y/TWU

(1)

TWU=R+I+ΔW

(2)

式中：WP為作物水分生產(chǎn)率，kg/(hm2·mm)；Y為作物產(chǎn)量，kg/hm2；TWU為作物生育期內(nèi)耗水量，mm；R為作物生育期內(nèi)降水量，mm；I為作物生育期內(nèi)灌水量，mm；ΔW為作物生育期內(nèi)土壤貯水變化量，mm。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水率

以每個(gè)月采集的土樣平均含水率分析各處理對(duì)土壤含水率的影響(圖1)。由圖1可知，各處理隨土層深度增加土壤含水率呈先增加后減小的趨勢(shì)，0～20 cm土層土壤含水率最低，40～60 cm土層處土壤含水率最高；0～40 cm土層土壤含水率隨灌水定額增加而增加，80～100 cm土層土壤含水率變化較小。各處理土壤含水率月際間變化規(guī)律相似，0～20 cm土層土壤含水率最低，這是由于試驗(yàn)區(qū)地處干旱區(qū)，夏季溫度高蒸發(fā)強(qiáng)烈導(dǎo)致表層土壤含水率低于其他土層；其中，各處理7月份表層土壤含水率均低于6月和8月。0～60 cm土層壟溝土壤含水率平均比壟頂高19.6%，是由于灌溉水在壟溝內(nèi)流動(dòng)導(dǎo)致壟溝內(nèi)土壤的含水率高于壟頂。

圖1 各處理對(duì)土壤含水率的影響Tab.1 Effects of all treatments on soil moisture

2.2 土壤含鹽量

以每個(gè)月采集的土樣平均含鹽量分析各處理對(duì)土壤含鹽量的影響(圖2)。由圖2可知，各處理隨土層深度增加土壤含鹽量逐漸增加，0～20 cm土層土壤含鹽量最低，在80～100 cm土層處土壤含鹽量最高；隨灌水量增加0～20 cm土層的土壤含鹽量呈降低趨勢(shì)。受灌水和降雨的影響0～20 cm土層土壤含鹽量最低，上層土壤鹽分向深層遷移并累積，80～100 cm土層處的土壤含鹽量高于其他土層。相同灌溉定額條件下，0～20 cm土層壟溝土壤含鹽量比壟頂平均低21.8%；這是由于夏季溫度高蒸發(fā)強(qiáng)烈，導(dǎo)致鹽分隨水分遷移上升，累積于地表，壟溝內(nèi)土壤含水率高于壟頂，壟頂土壤返鹽較嚴(yán)重。

2.3 土壤鹽分離子

2.4 油葵生長(zhǎng)及產(chǎn)量

3個(gè)處理改善了土壤水鹽狀況，利于油葵生長(zhǎng)(表5)。T1處理油葵的出苗率、株高和產(chǎn)量為3個(gè)處理中最低；T1處理的油葵出苗率和產(chǎn)量與T2、T3處理差異顯著(P<0.05)，T2、T3處理的油葵出苗率和產(chǎn)量差異不顯著(P>0.05)。T1、T2、T3結(jié)果表明，油葵出苗率、株高和產(chǎn)量均隨灌溉定額增加而增加；雖然T3處理的油葵產(chǎn)量最高，但水分生產(chǎn)率低于T2處理；T2處理的油葵水分生產(chǎn)率為3個(gè)處理中最高(16.22 kg/m3)。低灌溉定額壓鹽效果差，在蒸發(fā)強(qiáng)烈的影響下鹽分易累積于壟頂，導(dǎo)致T1處理油葵出苗率、產(chǎn)量均低于其他處理。

圖2 各處理對(duì)土壤含鹽量的影響Tab.2 Effects of all treatments on soil salinity content

表4 各處理對(duì)土壤鹽分離子的影響

Tab.4 Effect of different treatments on the content of salt ions (cmol/kg)

處理取樣位置Na+Ca2+Mg2+K+CO2-3HCO-3Cl-SO2-4T1LD4.32±0.12a0.27±0.02ab0.33±0.02a0.12±0.03a0.15±0.02a0.22±0.03a2.84±0.24a0.32±0.13aLG4.05±0.17b0.31±0.05a0.34±0.04a0.08±0.02a0.10±0.03a0.17±0.02a2.15±0.32b0.28±0.10aT2LD4.14±0.15a0.23±0.03b0.35±0.03a0.11±0.01a0.13±0.01a0.20±0.04a2.43±0.17a0.29±0.14aLG3.84±0.08b0.37±0.04a0.32±0.02a0.09±0.04a0.08±0.01a0.14±0.04a2.02±0.22b0.22±0.11aT3LD3.97±0.09a0.20±0.02b0.31±0.04a0.13±0.03a0.10±0.02a0.17±0.03a2.24±0.13a0.25±0.12aLG3.62±0.11b0.39±0.03a0.38±0.05a0.12±0.02a0.06±0.01a0.10±0.02a1.85±0.08b0.17±0.08a

注：LD、LG分別表示壟頂、壟溝。

表5 各處理對(duì)油葵生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

Tab.5 Effect of all treatments on growth and yield of oil sunflower

處理出苗率/%株高/cm盤(pán)徑/cm產(chǎn)量/(kg·hm-2)耗水量/mm水分生產(chǎn)率/(kg·m-3)T182.3±2.42b78.6±1.52a10.3±0.84a2 274.5±14.85b142.815.93T288.6±2.83a81.3±1.64a11.2±0.75a2 482.2±15.74a153.016.22T391.5±3.75a84.8±1.87a11.9±0.37a2 514.6±19.32a165.815.16

注： 油葵各項(xiàng)指標(biāo)為壟頂與壟溝的平均值。

3 討 論

對(duì)試驗(yàn)區(qū)地表進(jìn)行起壟處理，改變地表形態(tài)，在風(fēng)化作用下能提高壟上土壤通透性；此外，壟溝相間有利于增加地表面積，改善土壤水、氣、熱狀況。溝灌與漫灌相比節(jié)約水量，但壟頂容易返鹽，影響壟頂作物生長(zhǎng)[12]，本試驗(yàn)也證實(shí)了壟頂返鹽比壟溝更嚴(yán)重。由于本試驗(yàn)采用溝灌，灌溉水流在壟溝內(nèi)流動(dòng)，導(dǎo)致壟頂土壤含水率低于壟溝內(nèi)土壤；在水流作用下壟溝內(nèi)土壤鹽分向深層遷移，壓鹽效果優(yōu)于壟頂，在夏季溫度高蒸發(fā)的影響下，壟頂水分蒸發(fā)強(qiáng)烈水分流失更快，導(dǎo)致鹽分易累積于壟頂。有研究表明[9]：起高壟能增加淺水面到壟頂?shù)木嚯x，防止返鹽；但該措施需配合滴灌，滴灌高頻點(diǎn)源出水的特點(diǎn)，有利于為壟頂作物提高適宜的水鹽環(huán)境，土壤鹽分累積于壟溝內(nèi)；與本試驗(yàn)得出的結(jié)果不同是由于灌水方式不同所致。有研究表明[10]：在鹽漬土地區(qū)采用起壟溝植的方式，壟溝內(nèi)種植植物，壟頂不種植作物；由于壟溝內(nèi)能有效集聚天然降雨，使水分在壟溝內(nèi)產(chǎn)生疊加，提高壟溝內(nèi)(種植區(qū))土壤含水率，起到壓鹽的作用；適宜于種植密度低的枸杞等灌木經(jīng)濟(jì)植物，對(duì)于種植密度較高的油葵、玉米等農(nóng)作物不適用，是由于土地資源得不到充分利用。

在本試驗(yàn)條件下，油葵產(chǎn)量隨灌溉定額增加而增加，但水分生產(chǎn)率卻不隨灌溉定額增加而提高，在本試驗(yàn)中，灌溉定額為7 200 m3/hm2的T2處理水分生產(chǎn)率最高(16.22 kg/m3)。試驗(yàn)區(qū)地處甘肅靖遠(yuǎn)，屬西北干旱區(qū)，水資源有限，灌水量多與高效用水的原則相悖；同時(shí)，灌溉過(guò)量易導(dǎo)致深層滲漏，增加發(fā)生次生鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)[13]。

4 結(jié) 語(yǔ)

統(tǒng)一起壟溝灌有利于提高壟溝內(nèi)土壤含水率，降低壟溝內(nèi)土壤含鹽量；灌水過(guò)程中水流在壟溝內(nèi)流動(dòng)，有利于提高壟溝內(nèi)土壤含水率，將土壤鹽分控制在較低水平，0～60 cm土層壟溝內(nèi)土壤含水率比壟頂平均高于19.6%、土壤含鹽量比壟頂平均低21.8%。土壤鹽分隨灌溉定額增加而降低；雖然T3處理下油葵的產(chǎn)量最高(2.51 t/hm2)，但T2處理下油葵的水分生產(chǎn)率最高(16.22 kg/m3)。試驗(yàn)區(qū)地處甘肅靖遠(yuǎn)，屬西北干旱區(qū)，水資源有限，灌水量多與高效用水的原則相悖；同時(shí)，灌溉過(guò)量易導(dǎo)致深層滲漏，增加發(fā)生次生鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)。因此，溝灌灌溉定額為7 200 m3/hm2適宜于改良該地區(qū)鹽漬土。