庫爾勒香梨種植區(qū)地下井式灌溉條件下土壤水分運移規(guī)律研究

桑巴葉 陳啟民 阿通古麗?買買提 王秀梅

摘要：在尉梨縣香梨園試驗區(qū)進行地下井式灌溉試驗，研究地下井式灌溉對庫爾勒香梨田間土壤水分運移及分布規(guī)律特征。結(jié)果表明：在沙土或沙壤土條件下，灌溉濕潤的有效水平范圍在120cm左右，在布設(shè)地下井式灌溉的毛管時，宜布設(shè)在距香梨主干120-150cm距離;利用地下井式灌溉，宜采用脈沖式灌溉（少量多次），并采取有效措施，減小豎井的滲水速率，抬升豎井管中水分入滲高度。

關(guān)鍵詞：庫爾勒香梨，井式灌溉，土壤水分

Abstract： Well type irrigation experiment is conducted in fragrant pear garden experimental area of Yuli county. The effects of underground well type irrigation on soil water movement and distribution in Korla fragrant pear field are studied.The results shows that： under the condition of sandy soil or sandy loam， the effective level of irrigation wetting is about 120cm， and the capillary of underground well type irrigation should be place 120-150cm away from the trunk of fragrant pear. In order to use underground well irrigation， pulse irrigation should be adopt， and effective measures should be taken to reduce the water infiltration rate of the shaft and raise the water infiltration height of the shaft pipe.

Key words：Korla fragrant pear， Well type irrigation， Soil moisture

新疆南疆地區(qū)擁有全國最大的內(nèi)陸盆地（塔里木盆地）和最大的沙漠（塔克拉瑪干沙漠），氣候類型屬大陸性暖溫帶、極端干旱沙漠性氣候，多年平均降水量為17.4-42.8mm，蒸發(fā)量1125-1600mm，屬內(nèi)陸極端干旱荒漠區(qū)，水資源極度匱乏[1]。新疆林果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到水資源短缺以及水資源利用效率低下等因素的制約，該矛盾在南疆地區(qū)尤為突出，加之南疆林果栽培面積較大，因此，在新疆應(yīng)用先進的高效節(jié)水灌溉技術(shù)顯得十分重要，同時又是新疆林果業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的重要保證。節(jié)水灌溉技術(shù)是一項現(xiàn)代化的節(jié)水增效實用技術(shù)，能夠提高灌溉水的利用效率，發(fā)展和實施新型的地表滴灌、噴灌、地下滴灌、地下滲灌、涌泉灌等科學(xué)節(jié)水灌溉模式勢在必行[2-4]。針對新疆沙質(zhì)地較多、水資源短缺以及林果業(yè)種植產(chǎn)業(yè)不斷壯大發(fā)展等因素，結(jié)合實際情況新提出了適合新疆林果灌溉的一種新方法—“林木井式灌溉方法”[5]研制出“林木節(jié)水灌溉用豎井管”[6]。目前國內(nèi)對滴灌條件下土壤水分運移規(guī)律研究較多[7-12]，針對井式灌溉研究僅圍繞井式灌溉條件下棗樹林分土壤水分運移、土壤蒸發(fā)特征及棗樹光合特性和莖流變化規(guī)律研究等[13-17]。本試驗以庫爾勒香梨作為試驗對象，揭示井式灌溉條件下香梨田間土壤水分運移及分布規(guī)律特征，為后期的沙壤土條件下庫爾勒香梨井式灌溉提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

尉犁縣位于新疆中部，地處塔里木盆地東北緣，屬典型的暖溫帶大陸性干旱氣候，光照充足，熱量豐富，四季分明。氣溫年較差與日較差均較大，年平均氣溫10.5℃，≥10℃積溫4121.3℃;降水量少、蒸發(fā)量大，年平均降水量為50.7mm，蒸發(fā)量為2730.3mm;干燥度為18.4～21.5。主風向為東北向，其次是南西向，年平均風速2.3m/s，最大風速24m/s，春夏季節(jié)八級以上大風平均為15d，風沙日23.1d，浮塵天氣平均達24.2d。

試驗區(qū)位于巴州尉犁縣匯豐園藝場，地理坐標為86°14′32″E、41°19′12″N。

1.2 研究方法

1.2.1試驗設(shè)備

井式灌溉試驗設(shè)備由井灌用豎井管和供水系統(tǒng)組成。豎井管內(nèi)徑10 cm、高50 cm、管壁出水孔直徑3mm、出水孔間距3mm，距離豎井管頂端5cm處為密封。管體的下端固定有密封板，管體上部有管蓋，并帶有進水口和通氣孔。

土壤含水量采用S-SMC-M005土壤濕度傳感器和5通道的自動數(shù)據(jù)采集器進行動態(tài)測量。

1.2.2試驗方法

試驗采用井水進行地下井式灌溉，在香梨園內(nèi)沿種植行方向在香梨兩側(cè)1.5m距離各布設(shè)1根毛管，毛管長50m，滴頭間距1.4m，豎井管埋設(shè)在滴頭下方，用挖坑機分別挖與井管規(guī)格相同的坑，將井管鑲?cè)?，地表與井管相接處用手壓實。

本次試驗于2019年9月4日8：00開始，灌溉48h，連續(xù)監(jiān)測72h內(nèi)土壤水分變化。試驗設(shè)4個水平距離（40cm、80cm、120cm、150cm），每個水平距離設(shè)4個土層深度（20cm、40cm、60cm、80cm），共布置16個水分探頭（土壤濕度傳感器）。安裝探頭時，開挖1m深土壤剖面，將水分探頭按設(shè)計深度分別插入沒有經(jīng)過擾動的土壤剖面中。水分探頭布置好后將土壤碾碎，分層回填，澆水壓實。共設(shè)4臺多通道數(shù)據(jù)采集器，每30min讀取1次數(shù)據(jù)。

開挖土壤剖面時記錄各層土壤結(jié)構(gòu)情況，用100cm3環(huán)刀采集土樣樣品，采用烘干法測定容重和田間持水量。

1.2.3數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS16.0數(shù)理統(tǒng)計軟件和Excel2016進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1地下井式灌溉滴頭均勻度調(diào)查

試驗地滴灌由于首部壓力不足，僅0.06MPa，因此造成試驗地滴頭流量下降，以及流量不均勻。隨機選擇4條支管，每條支管選擇3條毛管，分別測量毛管前段（靠近支管的部分）、毛管中段和毛管尾段3個部分的隨機滴頭流量。由表1可見，測量的36個滴頭中，平均流量7.87 L·h-1，最大流量9.96 L·h-1，最小流量6.12 L·h-1，極差3.84 L·h-1，說明滴頭流量在壓力不足的情況下，流量不均。相比較而言，毛管中段變異系數(shù)最小，說明毛管中段流量較為均勻，因此，本試驗在毛管中段進行，滴頭流量8.10 L/h。

2.2土壤性質(zhì)分析

由表2可見，試驗點土壤剖面結(jié)構(gòu)單一，0-100cm均為沙壤土，結(jié)構(gòu)均較松散，0-100cm土壤容重為1.4218-1.4977 g·cm-3之間，田間持水量為26.58%～33.96%。說明試驗點土壤結(jié)構(gòu)較松散，灌溉時水分下滲較快。

2.3 灌溉前土壤含水量現(xiàn)狀分析

對試驗前土壤含水量進行統(tǒng)計分析，由圖1可見，在灌溉前，試驗點土壤含水量隨著土層的加深，總體呈上升趨勢，20cm土層和40cm土層含水量相近，但至60cm土層，土壤含水量大幅增加，說明采用地下井式灌溉進行灌溉時，土壤中的水分主要蘊藏在60cm以下土層;土壤含水量隨著距滴頭的水平距離增加呈下降趨勢，靠近滴頭的40cm水平距離，含水量最高，說明點水源灌溉下，水分主要聚焦在滴頭附近，至150cm水平距離大幅下降，說明在砂土或砂壤土條件下，采用地下井式灌溉，一個滴頭的灌溉范圍在120cm左右。

2.4灌溉周期內(nèi)土壤含水量變化規(guī)律

由圖2可見，水平距離40cm的各層深度土壤，灌溉前土壤含水量60cm﹥80cm﹥20cm﹥40cm，開始灌溉后，各層土壤含水量均有增加，但各層開始變化的時間有所延后，各層土壤含水量明顯發(fā)生變化的時間順序為60cm（4h）﹥80cm（5h）﹥40cm（8h）﹥20cm（14h），60cm和80cm土層至灌溉27h達到較高水平后維持相對穩(wěn)定，灌溉結(jié)束后，含水量開始快速下降;由各土層含水量明顯變化的時間可見，60cm土層首先得到水分補充，之后向40cm和80cm土層滲透，但向80cm入滲因受重力勢和土壤虹吸的共同作用下，入滲的更快（比60cm延后1h），而40cm土層僅靠土壤的虹吸作用吸取水分，需克服重力作用，水分入滲至40cm土層較慢（比60cm延后4h），20cm土層在灌溉14h后才開始明顯變化，但其土壤含水量始終高于40cm，可能和20cm土層含有大量的腐殖質(zhì)，更易吸附水分有關(guān)。

另外3個水平距離的各層深度土壤，灌溉前土壤含水量均呈80cm﹥60cm﹥40cm﹥20cm。開始灌溉后，80cm水平距離的60cm和80cm土層在灌溉10-13h后開始升高，80cm土層較60cm土層存在3個h的延后，40cm土層在灌溉46個h開始緩慢升高，而20cm土層在研究期內(nèi)基本無變化;120cm水平距離的80cm土層土壤含水量首先升高（25h），之后60cm土層緩慢上升（40h），20cm和40cm土層基本不隨灌溉發(fā)生變化;150cm水平距離的各層土壤含水量均不隨灌溉發(fā)生變化。

終上所述，在4個水平距離中，僅40cm水平距離的20cm土層隨著灌溉土壤含水量小幅提升，其他3個水平距離均無變化，說明采用地下井式灌溉進行灌溉，水分均在較深的土層之間傳導(dǎo)滲透，表層土壤水分儲藏較少，可以減少無效的土面蒸發(fā)，可能會降低林內(nèi)空氣濕度;150cm水平距離的80cm以上土層未隨灌溉升高，更深層土壤也許可以獲得水分側(cè)滲的補充，但由于土層較深，很少能被香梨根系吸收利用。因此，在砂土或砂壤土條件下，灌溉濕潤的有效水平范圍在120cm左右。在120cm以內(nèi)的3個水平距離中，僅60-80cm土層土壤水分含量有較明顯的提高，說明在砂土或砂壤土條件下，利用地下井式灌溉進行灌溉，濕潤的土層較深，可能是由于豎井深度為50cm，井水流入豎井時由于側(cè)滲較快，豎井中積水較少，相當于點水源位于40cm以下，由于重力勢作用，水分迅速向側(cè)下方入滲，向上虹吸速度較慢，相當于滴灌所濕潤的橢球土體下移了40cm，上層土壤水分儲藏不足造成。

3 結(jié)論與討論

（1）在沙土或沙壤土條件下，灌溉濕潤的有效水平范圍在120cm左右，因此，在布設(shè)地下井式灌溉的毛管時，應(yīng)考慮其灌溉效果，把毛管所能有效濕潤的240cm分布在香梨根系較集中的區(qū)域，毛管宜布設(shè)在距香梨主干1.2-1.5m距離。

（2）在沙土或沙壤土條件下，利用地下井式灌溉進行灌溉，由于豎井管滲水孔直徑過大過多，水分很容易側(cè)滲進入土壤，而點水源位于40cm左右，在重力勢作用下，造成滴灌所濕潤的橢球土體下移了40cm，濕潤的土層較深，上層土壤較干燥或水分含量較少，雖然可以減少不必要的土面蒸發(fā)，降低空氣濕度，但深層滲漏也造成香梨根系大量分布的40-80cm土體水分含量不足。因此，需考慮采用脈沖式灌溉（少量多次），并采取有效措施，減小豎井的滲水速率，抬升豎井管中水分入滲高度。

參考文獻：

[1]侯曉華，朱耀輝，李發(fā)永，等.不同灌溉方式對棗樹根區(qū)土壤速效養(yǎng)分賦存及空間異質(zhì)性的影響[J].中國農(nóng)村水利水電，2018（10）：130-140.

[2]魏雅芬，王穎，王建軍，等.節(jié)水灌溉對矮化密植桃樹生理及生長的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2017（4）：49-51+54.

[3]劉影，唐莉，王毅，等.果園主要灌溉方式及其節(jié)水節(jié)肥效果[J].北方果樹，2016（04）：1-3.

[4]張志剛，李宏，李疆，等.地表滴灌條件下滴頭流量對土壤水分入滲過程的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2014，32（4）：53-58.

[5]李宏.林木井式灌溉方法[P].中國：ZL201210314848.2，2015-04-29.

[6]李宏.林木節(jié)水灌溉用豎井管[P].中國：ZL201220437030.5，2013-01-30.

[7]王治軍，雒天峰.滴灌條件下側(cè)柏林地根區(qū)土壤水分運動規(guī)律研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2008（4）：13-16.

[8]劉曉英，楊振剛，王天俊.滴灌條件下土壤水分運動規(guī)律的研究[J].水利學(xué)報，1990（1）：11-22.

[9]何小梅.滴灌條件下土壤濕潤體特征研究[J].節(jié)水灌溉，2017（8）：26-29.

[10]張松，李和平，鄭和祥，等.地埋滴灌點源入滲土壤水分運動規(guī)律實驗研究[J].節(jié)水灌溉，2017（1）：25-27+32.

[11]張志剛. 滴灌條件下土壤水分運移規(guī)律研究[D].烏魯木齊：新疆師范大學(xué)，2013.

[12]劉雪芹，范興科，馬甜.滴灌條件下砂壤土水分運動規(guī)律研究[J].灌溉排水學(xué)報，2006（3）：56-59.

[13]程平，李宏，李長城，張志剛，劉幫，孫明森.井式節(jié)水灌溉下干旱區(qū)灰棗樹干液流動態(tài)及其對氣象因子的響應(yīng)[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2017，35（05）：263-270.

[14]孫明森，李宏，程平，等.井式灌溉下不同徑級成齡灰棗光合特性差異研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2017，37（03）：32-38.

[15]張志剛. 砂壤土條件下灰棗井式灌溉高效節(jié)水機理研究[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[16]武鈺. 干旱區(qū)幼齡棗樹不同灌溉方式下土壤水分運移規(guī)律研究[D]. 烏魯木齊：新疆師范大學(xué)，2015.

[17]韓瑩瑩，李宏，程平，等.不同灌溉條件下幼齡棗園土壤蒸發(fā)試驗研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（1）：220-223.