河西走廊灌區(qū)膜下滴灌對土壤環(huán)境的影響

吳克倩，肖 讓，張永玲，俞海英

（河西學(xué)院土木工程學(xué)院/ 河西走廊水資源保護(hù)利用研究所，甘肅張掖734000）

河西走廊地區(qū)干旱少雨, 全年降水量少于200 mm，氣候變化波動較大[1]，對作物種植十分不利，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。玉米因其適應(yīng)性較強(qiáng)、產(chǎn)量較高在河西綠洲地區(qū)廣泛種植，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民主要的經(jīng)濟(jì)來源。傳統(tǒng)的大水漫灌方式造成了水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，導(dǎo)致作物產(chǎn)量與水分利用效率較低。因此，如何采用合理的灌溉方式提高水分利用效率，從而提高玉米產(chǎn)量和品質(zhì)，成為了河西綠洲地區(qū)研究的重要方向。已有研究發(fā)現(xiàn)在玉米[2]、馬鈴薯[3]、小麥[4]、棉花[5]等作物的種植中采用膜下滴灌方式可以有效提高作物產(chǎn)量，節(jié)約水資源且對品質(zhì)有利。膜下滴灌是一種有效結(jié)合覆膜的農(nóng)藝措施和滴灌技術(shù)的種植方式，通過管道輸水至作物根區(qū)，可減少輸水損失，起到有效節(jié)水、提高水分利用效率的作用。滴灌時水流緩慢、均勻滲入作物根區(qū)，不會造成土壤板結(jié)，破壞土壤結(jié)構(gòu)。此外，在一定程度上還能減少深層滲漏損失、防止地下水位上升、緩解土壤鹽漬化，水分利用系數(shù)可達(dá)90%以上，較傳統(tǒng)的灌溉方式可節(jié)水40%～60%。

1 土壤溫度

作物生長發(fā)育都必須要有適宜的土壤溫度，大多數(shù)作物都是喜溫作物，其正常生長發(fā)育受土壤溫度的影響較大，且整個生育期都要有較為適宜的溫度，當(dāng)土壤溫度低于或高于一定值時作物種子發(fā)芽緩慢或者停止發(fā)芽。研究表明膜下滴灌具有增溫作用，這是因?yàn)榈啬じ采w可阻止土壤中的熱量進(jìn)入大氣，土壤與大氣之間沒有熱量轉(zhuǎn)化循環(huán)，土壤表層熱量來源于光照輻射，太陽能穿過地膜時通過熱量傳遞作用，地溫會有一定程度的上升，同時滴管道中的水流進(jìn)入土壤后會增溫。由于地膜覆蓋，汽化熱損失較少，溫度降低速率緩慢。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)膜下滴灌可使玉米的全生育期積溫上升150～200℃[6]。綜上所述，膜下滴灌技術(shù)有助于土壤維持適宜溫度，為作物根系生長發(fā)育提供良好的土壤環(huán)境，從而可以有效提高作物產(chǎn)量。

2 土壤水分

玉米植株高大，葉子大且多，為維持整個植株的形態(tài)和正常生長，整個生育期需水較多，因此干旱會嚴(yán)重影響玉米的產(chǎn)量與品質(zhì)。膜下滴灌技術(shù)在節(jié)約水資源的同時能夠給予植株正常生長的適宜水分，通過覆膜阻隔了土壤與大氣兩個界面之間的水循環(huán)與轉(zhuǎn)化，使水分在膜下進(jìn)行“液—汽—液”的轉(zhuǎn)化，使得膜下表層土壤較為濕潤，為作物根系的生長發(fā)育提供有利的微環(huán)境。與無覆膜溝灌相比，膜下滴灌可以防止土壤表層直接受雨水沖擊而發(fā)生板結(jié)，對土壤結(jié)構(gòu)具有保護(hù)作用，少量降水被植株直接攔截，大量水分通過壟溝橫向滲入膜下土壤中，可提高土壤含水量，最終被植株吸收利用。

3 土壤養(yǎng)分

膜下滴灌技術(shù)的保水、保墑、增溫作用為土壤微生物的生長、活動提供了良好環(huán)境，能夠加速微生物的新陳代謝，加速有機(jī)物和養(yǎng)分的分解，提高土壤養(yǎng)分含量，在一定程度上還可以避免雨水對土壤表面的沖擊和浸潤，從而使土壤養(yǎng)分不受破壞[7]。對于一些植株生長旺盛、有較大根系且對養(yǎng)分需求量高的作物（如玉米、油葵等），土壤自身肥力可能不足以維持其正常生長發(fā)育，導(dǎo)致作物早衰和倒伏，從而使產(chǎn)量降低。因此，需施加一定基肥，并適時定量進(jìn)行追肥，膜下滴灌技術(shù)可以很好地解決這一問題，在滴灌中設(shè)置施肥罐，使肥料通過水流進(jìn)入作物根區(qū)，促進(jìn)植株正常生長，這一操作簡單、便捷、省力[8，9]。

4 土壤含鹽量

與傳統(tǒng)灌溉方式相比，膜下滴灌改變了農(nóng)田灌溉水的流動路徑。在水浸潤土壤的同時，土壤中的鹽分開始擴(kuò)散，水流浸潤土壤四周的鹽分含量逐漸降低，形成了有利于植株根系生長的淡鹽區(qū)，對植株生長有利。相關(guān)研究表明隨著灌水量的增多，土壤鹽分變化幅度較大，在土壤水分減少或植物蒸騰作用加強(qiáng)時，土壤鹽分含量上升，土壤表層有積鹽現(xiàn)象，中間土壤鹽分含量較少，深層土壤鹽分含量趨于穩(wěn)定狀態(tài)[10]。在不同的灌水方式下，土壤鹽分含量的總體表現(xiàn)趨勢是天然降水＞滴灌＞漫灌，因滴灌具有保水脫鹽作用，可用于鹽漬化嚴(yán)重地區(qū)降低土壤含鹽量；天然降水灌溉方式下的土壤大多未經(jīng)人工改造，植被稀疏，光照直射地表，土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈，因此土壤鹽漬化嚴(yán)重；漫灌方式下灌水較多，壓鹽效果明顯，但用水浪費(fèi)嚴(yán)重，不利于河西綠洲地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。綜上所述，與其他灌溉方式相比，膜下滴灌對植株生長發(fā)育最為有利。此外，在作物膜下滴灌技術(shù)大量應(yīng)用發(fā)展過程中，為防止土壤次生鹽漬化的發(fā)生，應(yīng)建立具有排鹽壓鹽作用的灌排系統(tǒng)。