瑪納斯河流域棉田膜下滴灌前后土壤水分-鹽分-養(yǎng)分運移分析

陳霖明，李艷紅*，李發(fā)東，3，4，何新林

（1．新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆 烏魯木齊 830054；2．新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室，新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室，新疆 烏魯木齊 830054；3．中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101；4．中國科學院大學資源與環(huán)境學院，北京 100190；5．石河子大學水利建筑工程學院，新疆 石河子 832000；6．現代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室，新疆 石河子 832000）

膜下滴灌是一種水肥一體化的灌溉方式，對于改善農田土壤鹽分、養(yǎng)分具有重要意義，但是長期膜下滴灌技術的應用可能會造成農田土壤次生鹽漬化和地下水氮污染［1-2］。國外學者對于膜下滴灌水鹽運移的研究主要集中在作物的整個生長周期內土壤水分蒸散、鹽分變化與作物生長的關系。El-Mageed等［3］在埃及地區(qū)探討了4種覆蓋處理3種灌水條件下的土壤鹽分變化，認為在覆膜條件下鹽分抑制率較高，農作物產量提升明顯。G?rden?s等［4］通過在水肥一體化條件下建立二維土壤硝態(tài)氮淋失模型，得出在干旱地區(qū)硝態(tài)氮的淋失范圍。Igbadun等［5］在尼日利亞地區(qū)通過調整不同灌水定額和覆蓋材料得出在覆膜條件下灌溉水量分別為75%和50%時能使作物提高水分利用率。Martins等［6］在巴西地區(qū)使用SIMDualKc模型來驗證作物蒸散率與覆膜關系，得出覆膜滴灌條件下節(jié)水效率最優(yōu)。國內一些學者在河套灌區(qū)［7-9］、甘肅地區(qū)［10-11］、東北半濕潤區(qū)［12］等地區(qū)對于膜下滴灌水、鹽和養(yǎng)分的運移研究主要集中在不同覆膜方式、水分梯度變化等與鹽分變化規(guī)律及其對農作物生長的影響方面，認為在滴灌后，土壤內部鹽分具有明顯的定向遷移機制；灌水量、灌水次數、土壤溫度、土壤質地、地下水埋深是影響水鹽變化的主要因素。對新疆綠洲農田的膜下滴灌水鹽和養(yǎng)分運移規(guī)律主要還是側重在單一試驗田［13］、固定條田［14-15］等，關于大尺度空間上的膜下滴灌水、鹽和養(yǎng)分運移規(guī)律的研究還較為薄弱。

瑪納斯河流域（簡稱瑪河流域），是新疆開墾面積最大的人工綠洲，有著27年的膜下滴灌歷史。目前諸多學者在瑪河流域主要是通過單一地塊研究土壤鹽分及其離子變化［16］；大田試驗研究棉花全生育期土壤、水鹽變異［17-19］；模擬試驗［20-21］來揭示土壤、水鹽和養(yǎng)分運移規(guī)律，結果表明：土壤鹽分本底值、土壤質地、灌溉水礦化度、灌溉定額均影響土壤鹽分分布。張偉等［22］在瑪河流域的安集海、莫索灣和新湖總場灌區(qū)5～9月混合采樣，認為在生育期末土壤鹽分在0～60 cm土層累積，60 cm以下土層鹽分受滴灌影響較?。坏晤^處鹽分積累最少，膜間鹽分累積最多。王振華等［23］在下野地灌區(qū)4～10月進行實地監(jiān)測，認為在下野地灌區(qū)因其靠近古爾班通古特沙漠，土壤含鹽量高，質量含水率較低，滴灌后壓鹽效果明顯，但是因其地區(qū)氣溫較高、土壤蒸發(fā)量大，會出現次生鹽漬化；鹽分主要集中在膜內20～30 cm土層以下和膜外10 cm土層以下。而在多個灌區(qū)進行定位監(jiān)測能夠有效地分析出不同灌區(qū)間滴灌前后土壤水分、鹽分和養(yǎng)分的空間差異。本文通過在瑪河流域的安集海灌區(qū)、莫索灣灌區(qū)、下野地灌區(qū)進行定點監(jiān)測，取得農業(yè)種植狀態(tài)下的棉田土壤水分、鹽分、養(yǎng)分數據；基于對三大灌區(qū)5、8和10月不同季節(jié)滴灌前后土壤水分-鹽分-養(yǎng)分分布規(guī)律的分析，從而揭示膜下滴灌土壤水分-鹽分-養(yǎng)分運移規(guī)律。為充實膜下滴灌水分-鹽分-養(yǎng)分運移理論體系提供理論依據，促進干旱區(qū)綠洲農業(yè)發(fā)展提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

瑪納斯河流域（43°27′～45°21′N，85°01′～86°32′E）位于新疆天山北麓中段，準噶爾盆地南緣，是典型的山盆體系結構；該流域多年干旱少雨，年降水量不足200 mm，年蒸發(fā)量高達1800 mm。年均氣溫4.7～5.7 ℃，光熱資源豐富，屬典型的溫帶大陸性干旱半干旱氣候。選擇具有代表性的安集海灌區(qū)、莫索灣灌區(qū)和下野地灌區(qū)作為定點監(jiān)測研究區(qū)域，其土壤質地及粒度組成見表1。安集海灌區(qū)位于瑪河流域西南部，是由沖洪積扇形成的中游平原地帶，遠離沙漠，地下水位埋深較淺（1～3 m），礦化度300 mg/L，土壤質地以粘土為主。莫索灣灌區(qū)位于瑪河流域東北部，靠近古爾班通古特沙漠，地下水埋深16～17 m，礦化度2～3 g/L，土壤質地以壤土為主。下野地灌區(qū)位于瑪河流域西北部，毗鄰古爾班通古特沙漠，是瑪河流域最先使用膜下滴灌技術的灌區(qū)；地下水埋深較深（4～7 m），礦化度10～15 g/L，土壤質地以砂質壤土為主。5月是棉花的出苗期，此時氣溫相對較低，安集海、莫索灣和下野地灌區(qū)單次滴灌次數均為1次；8月是棉花花鈴期，此時間段天氣炎熱，土壤蒸發(fā)量大，安集海灌區(qū)滴灌次數為4次，莫索灣灌區(qū)和下野地灌區(qū)滴灌次數為5～6次，單次灌水量達到270～330 m3/hm2；10月是棉花收獲期，棉花停止生長，滴灌已停止。3個灌區(qū)滴灌均是水肥一體化，滴灌用水均是地下水，安集海灌區(qū)年施肥量為1050 kg/hm2，莫索灣灌區(qū)年施肥量為1125 kg/hm2，下野地灌區(qū)年施肥量1020 kg/hm2。

表1 3個灌區(qū)土壤質地及其粒度組成

1.2 樣品采集及樣品分析

1.2.1 樣品采集

于2019年5、8和10月在瑪河流域安集海灌區(qū)、莫索灣灌區(qū)和下野地灌區(qū)棉田依據實地情況分別選取樣地，選取142團29連、149團12連、135團10連棉田作為土壤采集點，5、8月分別在滴灌前2～3 d和滴灌后4～5 d進行采樣；10月因滴灌停止，故不設置滴灌后采樣點，旨在與5、8月樣品進行對比分析。采樣時設置3個采樣點，記錄每一個采樣點的海拔高程、經緯度、土壤類型，除去土壤表層凋零碎屑。采用3點法對滴頭處、膜邊、膜間的土壤進行采集，共獲取土壤剖面9個。每個剖面自上而下采集0～5、5～10、10～20、20～40、40～60 cm土層的土壤，每個灌區(qū)單次采集土壤樣品90個，全年共獲取土壤樣品675個。用于測定鹽分和pH值的土壤裝入樣品袋后標記帶回實驗室，經過自然風干、研磨、剔除雜質、過2 mm篩后保存；測定含水量的土壤立即裝入標記過的密封袋中稱重后帶回實驗室烘干；測定銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的土壤裝入密封袋中標記后立即放入冰箱冷凍保存。

1.2.2 實驗方法與數據處理

土壤各項理化性質均參照《土壤·水·植物理化分析教程》［24］。制備1∶5的土水質量比浸提液用于測定pH值和鹽分，pH值采用HANNA公司pH電極（pH 211 Microprocessor pH Meter）進行測定；土壤鹽分用HANNA公司便攜式電導儀進行測定，選擇20個樣品進行烘干殘渣法測定鹽分含量，與電導率進行擬合：Y（g/kg）=4.1X（mS/cm）；土壤含水量用烘干法測定；土壤硝態(tài)氮使用氯化鉀溶液提取-分光光度法測定，稱所取土壤鮮樣10.00g，置于100 mL塑料瓶中，加入50 mL 2 mol/L KCl溶液，在振蕩機上振蕩30 min后靜置、過濾，濾液即為提取液，然后用紫外分光儀測定土壤硝態(tài)氮，使用靛酚蘭-比色法測定銨態(tài)氮。

采用Excel 2016對數據進行常規(guī)統計計算，SPSS 19.0進行方差分析，用Orgin 16.0、Surfer 15.0完成作圖。

2 結果與分析

2.1 含水量季節(jié)變化

滴頭處、膜邊和膜間的土壤含水量取平均值后的土壤含水量變化如圖1所示，安集海、莫索灣和下野地灌區(qū)在5和8月滴灌后土壤含水量均呈現由上至下增加的趨勢。在5和8月，安集海、莫索灣和下野地灌區(qū)土壤含水量均值滴灌后較滴灌前均表現出增加趨勢，除莫索灣灌區(qū)5月外，差異均顯著（P＜0.05）。其中5月安集海、莫索灣和下野地灌區(qū)滴灌后較滴灌前增幅分別達到28.0 %、11.8 %和35.3 %；安集海灌區(qū)土壤含水量主要在20～60 cm土層累積，莫索灣灌區(qū)土壤含水量主要在40～60 cm土層累積，下野地灌區(qū)土壤含水量主要在10～60 cm土層累積，3個灌區(qū)較滴灌前均有明顯差異（P＜0.05）。在8月，安集海、莫索灣和下野地灌區(qū)滴灌后較滴灌前增幅分別達到41.4%、66.9%和75.5%；3個灌區(qū)各土層含水量在滴灌后均在累積，表現出明顯差異性（P＜0.05）。

在時間尺度上，安集海和下野地灌區(qū)5～10月土壤含水量均值表現出降低趨勢，分別降低了9.4%和14.5%；莫索灣灌區(qū)則呈現出增加趨勢，增幅為12.1%。土壤含水量均值在5、8月表現出安集海灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)＞下野地灌區(qū)，在10月表現出莫索灣灌區(qū)＞安集海灌區(qū)＞下野地灌區(qū)。

2.2 土壤鹽分季節(jié)變化

2.2.1 土壤鹽分和pH值季節(jié)變化

滴頭處、膜邊和膜間的土壤鹽分取平均值后的土壤鹽分變化如圖2所示，莫索灣和下野地灌區(qū)土壤鹽分在5和8月滴灌后較滴灌前均呈現出脫鹽狀態(tài)，脫鹽率分別為46.3%和77.4%，有明顯的差異性（P＜0.05）；安集海灌區(qū)土壤鹽分均值在5月呈現脫鹽現象，脫鹽率為34.4%；在8月呈現出積鹽現象，積鹽率為10.6 %，均無明顯差異性（P＞0.05）。在5月，安集海灌區(qū)土壤鹽分主要在0～5和40～60 cm土層脫鹽；莫索灣灌區(qū)土壤鹽分脫鹽區(qū)主要在20～60 cm土層；下野地灌區(qū)土壤鹽分各土層均在脫鹽，較滴灌前均存在顯著性差異（P＜0.05）。8月，安集海灌區(qū)土壤鹽分0～10 cm土層在脫鹽，10～60 cm土層在積鹽，但較滴灌前差異不顯著（P＞0.05）；莫索灣灌區(qū)土壤鹽分主要在20～60 cm土層脫鹽，較滴灌前差異顯著（P＜0.05）；下野地灌區(qū)土壤鹽分各土層均在脫鹽，但無明顯的差異（P＞0.05）。

圖2 各灌區(qū)不同季節(jié)土壤鹽分變化

在時間尺度上，安集海和下野地灌區(qū)5～10月土壤鹽分均值表現出積鹽現象，積鹽率分別為7.4%和45.2%；莫索灣灌區(qū)則呈現出脫鹽狀態(tài)，脫鹽率為5.7%。土壤鹽分均值在5、8和10月均表現出下野地灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)＞安集海灌區(qū)。

滴頭處、膜邊和膜間的土壤pH值取平均值后的土壤pH值變化如表2所示，在5月，安集海和莫索灣灌區(qū)在滴灌后土壤pH值均在下降（P＜0.05）；在8月，安集海和莫索灣灌區(qū)在滴灌后土壤pH值均在下降，安集海灌區(qū)存在顯著性差異（P＜0.05），莫索灣灌區(qū)無明顯差異（P＞0.05）；下野地灌區(qū)土壤pH值在5和8月均增加（P＜0.05）。在時間尺度上，5～10月安集海灌區(qū)土壤和莫索灣灌區(qū)土壤pH值表現出下降趨勢，下野地灌區(qū)土壤pH值表現出上升趨勢。土壤pH值在5和8月表現出莫索灣灌區(qū)＞安集海灌區(qū)＞下野地灌區(qū)；在10月表現出下野地灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)＞安集海灌區(qū)。

表2 各灌區(qū)不同季節(jié)土壤pH值變化

2.2.2 滴灌前后土壤鹽分分布

將5～10月土壤剖面內各點的鹽分運用Kriging法進行插值，并將5和8月的土壤鹽分以灌前值減去灌后值則可得到剖面鹽分差等值線圖3和4，圖中5和8月等值線為正則表明滴灌后此處鹽分減少，為負則表明鹽分累積。從圖3和4中可以發(fā)現，5月時，3個灌區(qū)土壤剖面鹽分由滴頭處向膜間均在脫鹽，呈現出在垂直方向上由地表向深層、在水平方向上由滴頭處向膜間雙向脫鹽的分布特征。8月時，安集海灌區(qū)土壤鹽分在滴頭處30 cm土層以下至膜間10 cm土層以下形成積鹽區(qū)，呈現出在垂直方向上由地表向深層、水平方向上由滴頭處向膜間雙向遷移的分布特征；莫索灣灌區(qū)滴頭處至膜間均在脫鹽，呈現出在垂直方向上由地表向深層、在水平方向上由滴頭處向膜間雙向脫鹽的分布特征；下野地灌區(qū)在膜間40 cm以下形成積鹽區(qū)，呈現在垂直方向上由上至下脫鹽、在水平方向上由滴頭處向膜間積鹽的分布特征。10月時，安集海灌區(qū)土壤鹽分主要積累在膜內0～10 cm土層和膜間；莫索灣灌區(qū)土壤鹽分形成了由滴頭處向外擴展的“扇形”區(qū)域為脫鹽區(qū)，下野地灌區(qū)土壤鹽分主要積累在15 cm土層以下。

圖3 滴灌前剖面鹽分差等值線圖

2.3 銨態(tài)氮和硝態(tài)氮季節(jié)變化

銨態(tài)氮和硝態(tài)氮都是速效氮肥，是衡量土壤肥力的重要指標。滴頭處、膜邊和膜間的土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮分別取平均值后的土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮變化如圖5所示。在5月，安集海、莫索灣和下野地灌區(qū)滴灌后較滴灌前土壤銨態(tài)氮均值均呈現出累積現象，積累率分別為2.6%、113.1%和33.5%，莫索灣灌區(qū)在滴灌前后土壤銨態(tài)氮差異明顯（P＜0.05）。莫索灣和下野地灌區(qū)滴灌后較滴灌前土壤硝態(tài)氮均值均呈現出減少趨勢，降幅分別為44.4%和30.2%；安集海灌區(qū)土壤硝態(tài)氮均值較滴灌前表現出累積趨勢，增幅為1.3 %。莫索灣灌區(qū)和下野地灌區(qū)土壤硝態(tài)氮各土層間均在降低。在8月，安集海灌區(qū)和下野地灌區(qū)滴灌后較滴灌前土壤銨態(tài)氮均值均呈現出累積現象，積累率分別為101.9%和0.05%，莫索灣灌區(qū)滴灌后較滴灌前土壤銨態(tài)氮均值呈現出減少趨勢，降幅為1.1%，不存在顯著性差異（P＞0.05）。安集海灌區(qū)滴灌后較滴灌前土壤硝態(tài)氮均值表現出降低趨勢，降幅為11.2%，無明顯差異（P＞0.05）；莫索灣灌區(qū)和下野地灌區(qū)滴灌后較滴灌前土壤硝態(tài)氮均值表現出累積現象，積累率分別為351.8%和127.5%。

圖5 不同灌區(qū)不同季節(jié)土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮變化

在時間尺度上，安集海和莫索灣灌區(qū)5～10月土壤銨態(tài)氮均值呈現出累積現象，積累率分別為35.1%和81.2%；下野地灌區(qū)表現出降低趨勢，降幅為38.2%。安集海和下野地灌區(qū)5～10月土壤硝態(tài)氮均值表現出累積趨勢，積累率分別為592.1%和2.3%，莫索灣灌區(qū)則表現出降低趨勢，降幅為32.3%。土壤銨態(tài)氮均值在5月表現為下野地灌區(qū)＞安集海灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)；8月表現為莫索灣灌區(qū)＞安集海灌區(qū)＞下野地灌區(qū)；10月表現為安集海灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)＞下野地灌區(qū)。土壤硝態(tài)氮均值在5月表現為莫索灣灌區(qū)＞下野地灌區(qū)＞安集海灌區(qū)；8月表現為安集海灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)＞下野地灌區(qū)；10月表現為安集海灌區(qū)＞下野地灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)。以上均呈現出明顯的季節(jié)性變化。

圖4 滴灌前后剖面鹽分差等值線圖

3 影響因素分析

3.1 土壤質地與地下水埋深對于土壤水分的影響

安集海灌區(qū)土壤質地主要為粘土，莫索灣灌區(qū)土壤質地主要為壤土和粉砂質壤土，下野地灌區(qū)土壤質地主要為砂質粘壤土（表1）。砂質土壤含砂粒較多，顆粒間空隙比較大，所以蓄水力弱，通氣性、透水性較好；粘質土壤含粘粒較多，顆粒細小，孔隙間毛管作用發(fā)達，能保存大量的水分；而壤土含砂粒、粘粒均一，所以蓄水能力、透水性方面均較好，因此安集海和莫索灣灌區(qū)土壤保水能力更強，下野地灌區(qū)保水性較差，所以在棉花生育期內，安集海灌區(qū)和莫索灣灌區(qū)土壤含水量均高于下野地灌區(qū)。地下水埋深也會影響著土壤水分的變化，安集海灌區(qū)地下水埋深較淺（1～3 m），在溫度較高時，土壤蒸發(fā)量大，能對田間土壤水分進行補給，而在下野地灌區(qū)和莫索灣灌區(qū)，地下水埋深較大，地下水對于田間土壤的水分補給不充分，而由于這兩個灌區(qū)的土壤粒度中砂粒占比均較大，透水性較強，土壤水分也會向下遷移至地下水中。

3.2 土壤水分運移和地下水礦化度對土壤鹽分的影響

使用3個灌區(qū)5和8月滴灌前后土壤水分平均變化率作為自變量X1，地下水礦化度作為自變量X2，土壤鹽分平均變化率作為因變量Y，運用多元回歸方程進行擬合：

從式中可以看出，土壤鹽分變化主要受到土壤水分運移的影響，滴灌水質對土壤鹽分的變化貢獻率不大，滴灌后土壤水分逐漸向下遷移，從而使土壤鹽分同步遷移。因瑪河流域常年降水量不足200 mm，所以其對土壤鹽分運移的影響不計；安集海、莫索灣和下野地灌區(qū)年施肥量分別為1050、1125和1020 kg/hm2，年施肥量差別較小，因此肥料對于3個灌區(qū)鹽分的差異貢獻度較小。

4 討論

4.1 滴灌前后土壤水分-鹽分-養(yǎng)分時空變化

本文通過在安集海、莫索灣和下野地3個灌區(qū)的定位觀測來定量揭示滴灌前后的土壤水分-鹽分-養(yǎng)分的時空變化。5和8月滴灌后，3個灌區(qū)的土壤含水量均在增加；莫索灣和下野地灌區(qū)土壤鹽分均呈現出脫鹽狀態(tài)，安集海灌區(qū)土壤鹽分在5月呈現出脫鹽現象，在8月呈現出積鹽現象；在5月安集海、莫索灣和下野地灌區(qū)土壤銨態(tài)氮均呈現出累積現象，莫索灣和下野地灌區(qū)土壤硝態(tài)氮呈現出減少趨勢，安集海灌區(qū)土壤硝態(tài)氮表現出累積趨勢，在8月安集海灌區(qū)和下野地灌區(qū)土壤銨態(tài)氮均呈現出累積現象，莫索灣灌區(qū)土壤銨態(tài)氮呈現出減少趨勢，安集海灌區(qū)滴灌后土壤硝態(tài)氮表現出降低趨勢，莫索灣灌區(qū)和下野地灌區(qū)土壤硝態(tài)氮均值表現出累積現象。在5～10月安集海和下野地灌區(qū)土壤含水量均值表現出降低趨勢，莫索灣灌區(qū)則呈現出增加趨勢；安集海和下野地灌區(qū)土壤鹽分表現出積鹽現象，莫索灣灌區(qū)則呈現出脫鹽現象；安集海和莫索灣灌區(qū)土壤銨態(tài)氮呈現出累積現象，下野地灌區(qū)表現出降低趨勢，安集海和下野地灌區(qū)土壤硝態(tài)氮表現出累積現象，莫索灣灌區(qū)則表現出降低趨勢。

劉洪亮等［25］在莫索灣灌區(qū)通過連續(xù)3年的定位監(jiān)測認為，棉田土壤鹽分在逐年增加；而在棉花生育期4至10月土壤鹽分積鹽率達到了4925%。而本文中莫索灣灌區(qū)在5～10月期間土壤鹽分脫鹽率為5.7%，這是因為樣地選擇所導致的土壤鹽分本底值不同，以及近年來節(jié)水灌溉技術的提升、灌溉用水的利用方式差異等造成。Zhou等［26］在河套灌區(qū)采用大田試驗的方法，得出在玉米生育期初至生育期末，土壤硝態(tài)氮表現出降低的趨勢，但是在整個期間硝態(tài)氮均不低于15 mg/kg?，敽恿饔蜣r田土壤硝態(tài)氮含量最高僅有5.2 mg/kg，主要原因是瑪河流域與河套灌區(qū)土壤質地有差異，瑪河流域土壤砂質層存在較少，而河套灌區(qū)土壤存在較多的砂質層，影響了硝態(tài)氮在土-砂界面的向下移動，從而使瑪河流域農田土壤硝態(tài)氮含量要低于河套灌區(qū)，而莫索灣灌區(qū)的土壤砂質層較安集海和下野地灌區(qū)更少，使得莫索灣灌區(qū)土壤硝態(tài)氮含量在整個生育期內在減少?；⒛憽ね埋R爾白等［27］通過室內試驗運用溶質運移對流-彌散方程得出在滴灌后土壤水分增加而鹽分減少；而在4～9月期間土壤鹽分在0～20 cm土層積累，在30～50 cm土層減少，鹽分最小值仍然到達了12 g/kg。在瑪河流域下野地灌區(qū)鹽分最高值僅為10.05 g/kg，主要原因是選擇的土壤不同，前者選擇重度鹽漬化土壤，在本文中的農田土壤鹽分較低；而在滴灌前后水分和鹽分的變化中具有規(guī)律一致性。Yang等［28］在石河子灌區(qū)采用大田試驗的方法，得出在5～8月期間，土壤水分呈現出累積的趨勢，鹽分在增加。這與本文的研究結果有所區(qū)別，莫索灣灌區(qū)由于地下水埋深較深，灌溉用水礦化度較低，土壤鹽分得到充足淋洗，使土壤脫鹽；而安集海和下野地灌區(qū)土壤鹽分表現出相同的積鹽現象。

4.2 不同灌區(qū)滴灌前后土壤水分-鹽分-養(yǎng)分時空變化差異

安集海、莫索灣和下野地灌區(qū)土壤水分和養(yǎng)分呈現出明顯的季節(jié)性變化，而鹽分季節(jié)性變化不明顯。已有研究普遍認為土壤的水分-鹽分-養(yǎng)分隨著滴灌具有定向遷移的規(guī)律，而受制于土壤類型和土壤本底值不同，在滴灌后，土壤的水分-鹽分-養(yǎng)分運移規(guī)律也會存在差異。吳軍虎等［29］在南疆地區(qū)6～9月期間通過大田試驗得出土壤含水量在逐步增加，這與本文的研究結果具有規(guī)律的一致性，雖然瑪河流域土壤含水量在5和8月表現出安集海灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)＞下野地灌區(qū)，在10月表現出莫索灣灌區(qū)＞安集海灌區(qū)＞下野地灌區(qū)，但是在整個時間尺度上3個灌區(qū)的水分均在累積。Zheng等［30］在南疆地區(qū)54 hm2棉田進行試驗認為，在3～9月，土壤鹽分在不同時間的分布呈現出相似的格局，這也與本文的研究結果保持一致，瑪河流域土壤鹽分在5、8和10月均表現出下野地灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)＞安集海灌區(qū)。Zhang等［31］在南疆地區(qū)通過連續(xù)3年定位監(jiān)測的大田試驗得出，土壤鹽分具有明顯的在水平方向由上滴頭處向膜間、在垂直方向上由地表向深層的雙向遷移機制。這也與本文研究結果基本保持一致。安集海灌區(qū)土壤鹽分在表層0～20 cm形成脫鹽區(qū)，膜內30 cm土層以下和膜間10 cm土層以下形成積鹽區(qū)；莫索灣灌區(qū)土壤鹽分在膜內膜外均形成脫鹽區(qū)；下野地灌區(qū)土壤鹽分在膜內形成脫鹽區(qū)，膜外20 cm土層以下存在積鹽區(qū)。王振華等［23］在下野地灌區(qū)連續(xù)4年在4～10月期間通過定位觀測得出，隨著滴灌年限的增加，土壤根區(qū)0～60 cm土層鹽分在逐漸減少，15年以后基本小于3 g/kg，鹽分主要在垂直方向上向下遷移，在水平方向上向膜間遷移。這也與本文的研究結果有一定的區(qū)別，下野地灌區(qū)在10月根區(qū)鹽分達到了7.3 g/kg，這主要是由于選擇的樣地差異以及單次生育期內鹽分累積所致；莫索灣和下野地灌區(qū)的土壤鹽分在滴灌后均在0～40 cm土層形成脫鹽區(qū)，而安集海灌區(qū)在0～20 cm土層形成脫鹽區(qū)，主要是安集海灌區(qū)地下水埋深較淺，土壤質地以壤土為主，吸水性更強，加之滴灌量不大，對于較深的土壤鹽分淋洗不充分造成。李明思等［32］在下野地灌區(qū)5～9月通過田間試驗的方法，得出在灌后土壤鹽分得到充足淋洗，鹽分主要集聚在60～80 cm土層范圍內。這也與本文的研究結果保持一致。瑪河流域土壤在滴灌后，5月安集海、莫索灣和下野地灌區(qū)土壤銨態(tài)氮呈現出累積現象；莫索灣和下野地灌區(qū)土壤硝態(tài)氮呈現出減少趨勢，安集海灌區(qū)表現出累積趨勢；8月時安集海灌區(qū)和下野地灌區(qū)土壤銨態(tài)氮呈現出累積現象，莫索灣灌區(qū)呈現出減少趨勢，安集海灌區(qū)土壤硝態(tài)氮表現出降低趨勢，莫索灣和下野地灌區(qū)表現出累積現象。這也與黎會仙等［33］運用室內試驗得出滴灌后土壤銨態(tài)氮質量分數隨時間的延長逐漸減小，土壤硝態(tài)氮質量分數則表現為相反變化趨勢的結果不同，主要是因為3個灌區(qū)土壤肥力、質地不同所致。

5 結論

在2019年5、8和10月對安集海、莫索灣和下野地灌區(qū)土壤滴灌前后水分-鹽分-養(yǎng)分的運移規(guī)律進行分析，得到結果如下：

（1）滴灌后，3個灌區(qū)土壤含水量均在增加，表現出規(guī)律一致性，土壤鹽分、pH值、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮均存在規(guī)律的異質性。5月，3個灌區(qū)土壤均在脫鹽，土壤銨態(tài)氮均在增加；安集海和莫索灣灌區(qū)pH值下降而下野地灌區(qū)在增加；莫索灣和下野地灌區(qū)土壤硝態(tài)氮減少而安集海灌區(qū)在累積。8月，莫索灣和下野地灌區(qū)土壤鹽分降低而安集海灌區(qū)增加；安集海和莫索灣灌區(qū)土壤pH值降低、土壤銨態(tài)氮增加，而下野地灌區(qū)土壤pH值增加、土壤銨態(tài)氮減少；莫索灣和下野地灌區(qū)土壤硝態(tài)氮累積而安集海灌區(qū)降低。

（2）3個灌區(qū)土壤水分、pH值、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮在5～10月呈現出明顯的季節(jié)性差異，而土壤鹽分季節(jié)性差異不明顯。土壤含水量在5和8月表現出安集海灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)＞下野地灌區(qū)，在10月表現出莫索灣灌區(qū)＞安集海灌區(qū)＞下野地灌區(qū)；土壤銨態(tài)氮在5月表現出下野地灌區(qū)＞安集海灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)，在8月表現出莫索灣灌區(qū)＞安集海灌區(qū)＞下野地灌區(qū)，在10月表現出安集海灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)＞下野地灌區(qū)；土壤硝態(tài)氮在5月表現出莫索灣灌區(qū)＞下野地灌區(qū)＞安集海灌區(qū)，在8月表現出安集海灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)＞下野地灌區(qū)，在10月表現出安集海灌區(qū)＞下野地灌區(qū)＞莫索灣灌區(qū)。

（3）不同的土壤質地是影響3個灌區(qū)水分差異的主要因素，地下水埋深也對水分變化間接影響；鹽分變化及其差異主要受到水分運移的影響，地下水礦化度和施肥量對其影響有限。