不同灌水方式對鹽化土壤水鹽分布的影響

劉嘉夫 齊昕

摘 要：為研究不同灌水方式對寧夏鹽化土壤水分、鹽分分布及油葵生長的影響，開展了田間定位試驗，設(shè)置漫灌、溝灌、滴灌和滲灌4種灌水方式，通過監(jiān)測土壤水分、鹽分含量及油葵生長和產(chǎn)量指標(biāo)，分析土壤水鹽分布狀況。結(jié)果表明：0～20 cm土層，滲灌方式土壤含水率最高，含鹽量最低;溝灌方式土壤含水率最低，含鹽量最高，水分生產(chǎn)率最低;滴灌和滲灌處理能促進(jìn)油葵出苗和生長，滴灌處理油葵的水分生產(chǎn)率最高，為17.51 kg/m3。滴灌是適宜于該地區(qū)鹽化土壤種植油葵的灌水方式。

關(guān)鍵詞：灌水方式;鹽化土壤;含水率;鹽分;水分生產(chǎn)率

中圖分類號：S156.4 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.07.033

Abstract：In order to study the effects of different irrigation methods on soil moisture， salinity distribution and the growth of oil sunflower in saline soil in Ningxia， a field positioning experiment was conducted in this study. The four irrigation methods of flood irrigation， furrow irrigation， drip irrigation and seepage irrigation were set up to monitor the soil moisture， salt content， the growth of oil sunflower and yield indicators to analyze soil water and salt distribution. The results show that under the seepage irrigation mode the soil moisture is the highest and the salinity is the lowest in the 0-20 cm soil layer. The soil moisture content is the lowest， the salt content is the highest and the productivity is the lowest under the furrow irrigation method. Drip irrigation and seepage irrigation can promote the emergence and growth of oil sunflower. The water productivity of drip irrigation is 17.51 kg/m3. Therefore， drip irrigation is suitable for planting oil sunflower in the region of salinized soil.

Key words： irrigation way; salinesoil; soil moisture; salinity; water productivity

鹽漬化土壤廣泛分布于全球各地，據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計，世界鹽漬化土壤面積近9億hm2，且呈每年遞增趨勢[1]。我國鹽漬土主要分布于西北、華北、東北及沿海地區(qū)，面積超過2 000萬hm2。我國人口眾多，人均耕地面積徘徊在較低水平，而鹽漬土作為重要的可復(fù)墾土地資源，其治理和利用受到科研工作者的廣泛關(guān)注[2-3]。

寧夏銀北地區(qū)是我國重要的糧食基地之一，近年來灌水方式不當(dāng)、管理方式粗放導(dǎo)致耕地出現(xiàn)了大面積鹽漬化[4]，極大影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)安全;但該地區(qū)毗鄰黃河，水資源豐富，開發(fā)潛力巨大[5]。土壤鹽分遵循“鹽隨水來，鹽隨水走”的原則，以水分為載體和介質(zhì)在土壤中發(fā)生時空變化[6]。在治理鹽化土壤過程中，灌水措施必不可少，淋洗能降低土壤鹽分，為作物生長提供良好的水鹽環(huán)境[7-8]。目前，大田漫灌是當(dāng)?shù)貞?yīng)用比較廣泛的灌水方式，但漫灌方式下的水分利用效率較低，不足50%;同時，大水漫灌容易造成深層滲漏，抬高地下水位，導(dǎo)致返鹽現(xiàn)象頻發(fā)[9]。梁菊榮[10]研究表明：溝灌與漫灌方式相比，不僅節(jié)水，而且土壤鹽分明顯降低，溝灌方式下棉花產(chǎn)量最高。滴灌不僅節(jié)水而且具有點源擴(kuò)散、高頻出水的特性，能將植物根系附近的土壤含鹽量控制在較低水平，利于植物生長發(fā)育，尤其在旱作物上應(yīng)用較為廣泛[11]。油葵屬菊科，具有一定的耐旱、耐鹽堿特性，是我國四大油料作物之一，在干旱地區(qū)廣泛種植[12]。

以往改良鹽漬土的研究主要側(cè)重于土壤鹽分變化及作物產(chǎn)量方面，有關(guān)不同灌水方式對寧夏鹽化土壤水鹽分布、油葵生長及水分生產(chǎn)率影響的研究成果鮮有報道。本文通過在寧夏平羅縣開展田間對比試驗，研究漫灌、溝灌、滴灌和滲灌4種干旱區(qū)常用灌溉方式對鹽化土壤水分和鹽分時空分布、油葵生長及水分利用率的影響，旨在篩選出適宜的灌水方式，為寧夏銀北地區(qū)鹽化土壤改良提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于寧夏平羅縣大興墩（北緯38°82′，東經(jīng)106°51′），屬于溫帶大陸性氣候區(qū)。試驗期間（2017年4—9月）試驗區(qū)降水和蒸發(fā)量見表1。試驗期間降水量為215.6 mm，降雨主要集中在夏季，水面蒸發(fā)量為1 097.7 mm，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量。5月開始蒸發(fā)量逐漸增大，7月達(dá)到最大，8月開始逐漸降低。

試驗區(qū)土壤黏粒（<0.002 mm）占5.62%，粉砂粒（0.002～0.02 mm）占62.45%，砂粒（0.02～2.0 mm）占31.93%，土壤質(zhì)地為粉砂質(zhì)壤土[13]。0～40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量為4.15 g/kg，堿解氮含量為93.65 mg/kg，速效磷含量為25.45 mg/kg，速效鉀含量為197.62 mg/kg，土壤密度為1.28 g/cm3，其他理化性質(zhì)見表2。由表2可看出，土壤鹽分含量隨土層深度增加呈降低趨勢，0～20 cm土層鹽分含量最高;pH值均低于8.3;0～20 cm土層土壤含水率最低，隨土層深度增加，土壤含水率呈先增大后減小的趨勢。

1.2 試驗設(shè)計及過程

供試油葵品種為T562。在統(tǒng)一施用有機(jī)肥30 t/hm2的基礎(chǔ)上[4]，設(shè)置漫灌（T1）、溝灌（T2）、滴灌（T3）、滲灌（T4）共4種處理，每種處理重復(fù)3次。每種試驗小區(qū)面積為20 m2（4 m×5 m），小區(qū)之間打埂（埂高50 cm）。

試驗前，將羊糞按60 m3/hm2的標(biāo)準(zhǔn)均勻撒于地表，然后旋耕，保證農(nóng)家肥與土壤充分混勻。2017年4月20日進(jìn)行灌水，漫灌方式灌水定額為1 800 m3/hm2，溝灌方式灌水定額為1 200 m3/hm2，滴灌方式灌水定額為140 m3/hm2，滲灌方式下灌水定額為140 m3/hm2。2017年4月22日播種油葵，采用穴播，每穴播種2粒，株行距為30 cm×40 cm。5月1日出苗，8月4日收獲，全生育期共計104 d。漫灌、滴灌和滲灌處理在地表種植，溝灌處理在壟頂種植，4種處理種植規(guī)格一致。滴灌和滲灌小區(qū)，每行油葵地表鋪設(shè)一條滴灌、滲灌管。油葵生育期具體灌水制度見表3。

1.3 觀測項目與方法

為準(zhǔn)確分析不同處理對土壤中水鹽分布的影響，按照“隨機(jī)、多點混合”原則，每次灌完水7 d采集土樣，漫灌、滴灌和滲灌以地表為基準(zhǔn)，溝灌以壟頂為基準(zhǔn)，取樣點均為距離油葵植株10 cm的位置，分別取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層土樣，每個處理采集3個土樣。剔除土樣中的雜物，置于陰涼處晾干、碾磨，過孔徑為1 mm的篩。按照1∶5的土水比混合，震蕩后取上清液，采用雷磁PHS-3C型pH計測定土壤pH值;采用雷磁DDS-307A型電導(dǎo)率儀測定EC值，并根據(jù)經(jīng)驗公式換算為全鹽量[14]。土壤密度采用環(huán)刀法測量[15]。

油葵水分生產(chǎn)率計算公式[16]：

WP=Y/TWU（1）

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為作物生育期總耗水量，mm。

TWU計算公式為

TWU=P+I+ΔW（2）

式中：ΔW為作物生育期間根系層土壤貯水變化量，mm;P為作物生育期內(nèi)的降水量，mm;I為作物生育期內(nèi)總灌水量，mm。

試驗區(qū)地下水位較低，故不考慮地下水對作物耗水量的影響。吳永成等[17]通過試驗表明干旱地區(qū)0～80 cm土層旱作植物根系占總量的85%以上，而100 cm以下占總量不足1%，因此本研究選取0～100 cm土層內(nèi)的土壤貯水量變化以計算油葵耗水量。

2017年5月8日統(tǒng)計油葵出苗率，利用實際出苗數(shù)與種子數(shù)之比來計算油葵出苗率。待油葵成熟后，通過收獲的花盤測其產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理對土壤剖面含水率的影響

以每個處理每個月的平均值分析不同處理對0～100 cm土層土壤含水率的影響（見圖1）。由圖1可知，T1、T2處理的土壤含水率隨土層深度增加呈先增大后減小的趨勢，以40～60 cm土層為分界，表層土壤含水率最低。T3、T4處理的土壤含水率隨土層深度增加呈先減小、后增大、再減小的趨勢，表層土壤含水率最高。0～20 cm土層，T4處理的土壤含水率最高，T2處理的土壤含水率最低。4個處理月際變化規(guī)律相似，0～40 cm土層變化較為明顯，7月受溫度高、蒸發(fā)強(qiáng)烈的影響，表層土壤含水率低于其他月份;60～100 cm土層各處理月際變化趨勢類似。滴灌和滲灌有助于增加表層土壤含水率，但對深層土壤含水率的影響較小;滲灌和滴灌處理的土壤含水率變化規(guī)律相似;溝灌處理表層土壤含水率最低。

2.2 各處理對土壤剖面貯水量的影響

改良前0～100 cm土壤剖面貯水量為375.4 mm，以每種處理每個月的平均值分析不同處理對0～100 cm土層土壤貯水量的影響（見圖2）。由圖2可知，4種處理每個月土壤貯水量變化規(guī)律相似;5月最高，T1、T2、T3、T4處理0～100 cm土層貯水量分別為378.8±3.91、370.6±6.1、325.6±7.1、337.9±9.3 mm;7月最低，T1、T2、T3、T4處理0～100 cm土層貯水量分別為341.4±11.8、328.4±12.4、300.2±3.8、317.5±10.5 mm。T1處理的土壤貯水量最高，與T2、T4處理差異不顯著（P>0.05），與T3處理差異顯著（P<0.05），T3處理的土壤貯水量最低。

2.3 各處理對土壤剖面含鹽量的影響

以每種處理每個月的平均值分析不同處理對0～100 cm土層土壤含鹽量的影響（見圖3）。由圖3可知，T2處理的土壤含鹽量隨土層深度增加呈先減小后增大的趨勢，T1與T2趨勢基本一致;T3、T4處理的土壤含鹽量隨土層深度增加呈遞增趨勢，表層土壤含鹽量最低，上層土壤淋洗下來的鹽分累積于80 cm以下土層。0～20 cm土層T4處理的含鹽量最低，與T3處理的含鹽量差異不大;T2處理的含鹽量最高。4種處理月際變化規(guī)律類似，受蒸發(fā)、灌水因素的影響，0～20 cm土層含鹽量變化較為明顯，7月受溫度高、蒸發(fā)強(qiáng)烈的影響，土壤鹽分以水分為載體遷移至土壤表層，T1、T2處理返鹽較明顯，T3、T4返鹽程度低。滴灌有助于表層土壤脫鹽，上層土壤鹽分累積于80 cm以下土層;滲灌和滴灌處理的土壤含鹽量變化規(guī)律相似;漫灌脫鹽效果低于滴灌和滲灌處理，但土壤深層鹽分累積程度漫灌低于滴灌和滲灌;溝灌處理20～40 cm土層鹽分含量最低，0～20 cm土層鹽分含量高于其他處理。

2.4 各處理對油葵生長及產(chǎn)量的影響

各處理對油葵生長、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率的影響見表4。由表4可知，T3處理的油葵出苗率最高，T1處理的油葵盤徑和產(chǎn)量均為最高，T2處理的油葵出苗率、盤徑和產(chǎn)量均為最低;T3處理的水分生產(chǎn)率最高，T2處理的水分生產(chǎn)率最低。T2處理的出苗率與T1、T3、T4處理差異顯著（P<0.05），T1、T3、T4處理間差異不顯著（P>0.05）;T1、T3處理的油葵產(chǎn)量均顯著高于T2處理（P<0.05），T1與T4處理差異不顯著（P>0.05）。滴灌和滲灌處理能促進(jìn)油葵出苗和生長，雖然產(chǎn)量不是最高，但水分生產(chǎn)率卻高于漫灌和溝灌處理，漫灌處理油葵的產(chǎn)量高，但水分生產(chǎn)率低于滴灌和滲灌處理。