激光平地對(duì)河套灌區(qū)土壤水分入滲及秋澆質(zhì)量的影響

白崗栓 鄒超煜 馮光惠 李志熙 邊利強(qiáng) 邊利軍

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所，陜西 楊凌 712100； 2.中國(guó)科學(xué)院/水利部 水土保持研究所，陜西 楊凌 712100； 3.吉安市濕地管理中心，江西 吉安 343000； 4.陜西榆林學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院, 陜西 榆林 719000； 5.磴口縣水利局，內(nèi)蒙古 磴口 015200； 6.烏蘭布和灌域管理局 沙區(qū)灌溉試驗(yàn)站，內(nèi)蒙古 磴口015200)

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)光熱資源豐富，土地資源遼闊，是亞洲最大的自流灌區(qū)，但近年來(lái)農(nóng)業(yè)用水日趨緊缺[1-3]。河套灌區(qū)農(nóng)田受多年灌溉和泥沙淤積等的影響，平整度較差，灌溉均勻度低，土壤鹽漬化嚴(yán)重[2-3]，不利于作物生長(zhǎng)[2-5]。秋澆是河套灌區(qū)特有的一種灌溉形式，是在秋季作物收獲后土壤封凍前進(jìn)行的灌溉，目的是通過(guò)灌溉將土壤表層的鹽分淋溶到深層土壤或地下水中，同時(shí)促進(jìn)土壤保持足夠的水分，確保春季播種時(shí)土壤中的水分和鹽分能夠滿足種子正常發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)發(fā)育[6-7]。秋澆時(shí)若灌溉量大，除浪費(fèi)水資源外，還會(huì)造成地下水位升高，翌年春季耕種時(shí)土壤潮塌和返漿，造成耕種困難或不能及時(shí)耕種，同時(shí)大量的地表水蒸發(fā)會(huì)引起土壤鹽漬化；若灌溉水量偏少，則難以淋溶表層土壤鹽分，造成翌年春季土壤水分不足及土壤鹽分較高，影響種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)[6-7]。合理的秋澆水量，是保證河套灌區(qū)春季正常耕種的前提[6-7]。激光平地結(jié)合了激光精準(zhǔn)控制技術(shù)和常規(guī)機(jī)械平地技術(shù)，能夠大幅度提高農(nóng)田平整度，減少灌溉量，提高灌溉質(zhì)量與效率，防止土壤鹽漬化，提高土壤水肥利用效率，提高作物產(chǎn)量[8-16]，近年來(lái)已在各地試驗(yàn)和推廣[17-23]。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，激光平地能有效降低河套灌區(qū)農(nóng)田的灌水量，降低土壤鹽分，提高秋澆質(zhì)量和土壤水分利用效率[2-3, 6-7]。土壤容重、土壤孔隙度和土壤水分入滲速率等除受成土母質(zhì)等影響外，還受排灌、耕作、施肥和土地平整度等人為因素的影響。土壤容重和土壤孔隙度不僅影響土壤水分的保持、養(yǎng)分的供應(yīng)和氣體的交換過(guò)程，而且影響有機(jī)質(zhì)的礦化與累積[24-25]；土壤水分入滲過(guò)程和入滲能力不但影響降水及灌溉水、地表水、土壤水和地下水的相互轉(zhuǎn)化，而且影響降雨或灌溉進(jìn)程中分配到土壤中的儲(chǔ)水量和地表的徑流量[26-27]。然而，有關(guān)激光平地對(duì)河套灌區(qū)農(nóng)田土壤容重、土壤孔隙度和土壤水分入滲速率的影響未見(jiàn)報(bào)道，因此，本研究以激光平地后的農(nóng)田為研究對(duì)象，采用田間定位監(jiān)測(cè)的方法，測(cè)定和分析激光平地對(duì)河套灌區(qū)土壤容重、孔隙度和水分入滲及秋澆質(zhì)量的影響，以期為激光平地在河套灌區(qū)的推廣應(yīng)用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及激光平地機(jī)

試驗(yàn)地位于河套灌區(qū)的磴口縣壩楞村，東經(jīng)106°98′，北緯40°33′，海拔1 048.7 m，年均降雨量142.7 mm，蒸發(fā)量2 381.8 mm。試驗(yàn)地土壤為灌於土，地下水位在100～150 cm，灌淤層100 cm左右。試驗(yàn)地耕層(0～30 cm)土壤有機(jī)質(zhì)含量為11.0 g/kg，堿解氮182.45 mg/kg，速效磷16.75 mg/kg，速效鉀158.21 mg/kg，耕層田間持水率23.23%，凋萎系數(shù)7.48%。耕層土壤主要鹽分為氯化物-硫酸鹽，含量為1.0 g/kg左右。0～80 cm土層土壤容重較一致，平均為1.48 g/cm3[2-3]。

試驗(yàn)地為長(zhǎng)50.0 m，寬24.0 m，面積0.12 hm2，土壤理化性質(zhì)和肥力基本一致的相鄰兩塊農(nóng)田。秋季作物收獲后經(jīng)水準(zhǔn)儀測(cè)定，平整度(平整度為田塊內(nèi)所有地形測(cè)點(diǎn)處地面相對(duì)高程的標(biāo)準(zhǔn)偏差值Sd，Sd越小，田地的平整度越高)分別為5.98和5.42 cm，均表現(xiàn)為進(jìn)水口區(qū)域的田面較高，尾部的較低。對(duì)平整度為5.98 cm的地塊采用由激光平地系統(tǒng)(美國(guó))、農(nóng)用拖拉機(jī)(904)和平地鏟組成的激光平地機(jī)，從畦尾進(jìn)入試驗(yàn)地，然后從進(jìn)水口區(qū)域開始，實(shí)施無(wú)縱橫坡激光平地作業(yè)，作業(yè)后其平整度為1.62 cm。激光平地機(jī)中的農(nóng)用拖拉機(jī)自重為4 600 kg，平地鏟為2 300 kg。土壤封凍前對(duì)兩塊農(nóng)田以畦灌的方式進(jìn)行秋澆，當(dāng)水流鋒面與尾部地埂完全接觸后及時(shí)停止灌溉。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以普通農(nóng)田為對(duì)照，秋澆前分段測(cè)定激光平地后農(nóng)田的土壤容重、土壤孔隙度和土壤水分入滲速率，秋澆時(shí)測(cè)定灌水量、水流速率、田面儲(chǔ)水深度和水流消退速率等。

1.2.2測(cè)定內(nèi)容和方法

秋澆前在農(nóng)田進(jìn)水口區(qū)域、中部區(qū)域和尾部區(qū)域各選3個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，以10 cm為1層，用容積為100 cm3的環(huán)刀分別采取耕層原狀土各3個(gè)，然后加蓋濾紙、底網(wǎng)和底蓋，帶回試驗(yàn)室內(nèi)，用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重、總孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度。

環(huán)刀帶回實(shí)驗(yàn)室后，去掉環(huán)刀上蓋和底蓋但保留底網(wǎng)，將其放在平底盤中，向盤中加水至環(huán)刀上沿但不能超過(guò)環(huán)刀上沿，每間隔2 h左右再加水以保持水位，放置12 h后環(huán)刀內(nèi)土壤充分吸水直至飽和后，將環(huán)刀從平底盤中取出，迅速擦干環(huán)刀外面的水分后加蓋上蓋和底蓋，稱飽和濕土重W1。稱取飽和重W1后，打開上蓋和底蓋(保留底網(wǎng))，將環(huán)刀放置在支架上讓土壤中的重力水排出(環(huán)刀上蓋虛蓋在環(huán)刀上)，靜置12 h后，加蓋上蓋和底蓋并稱重W2；稱取毛管水重W2后，打開環(huán)刀上蓋和底蓋，一并放入105 ℃烘箱中烘烤24 h后，待烘箱中的溫度降到室溫時(shí)，打開烘箱，拿出環(huán)刀，加蓋上蓋和底蓋后稱烘干土重W3。

設(shè)環(huán)刀重為W0，環(huán)刀的體積為V，則土壤孔隙度和土壤容重用下面公式計(jì)算。

土壤非毛管孔隙度=(W1-W2)/V×100%

(1)

土壤毛管孔隙度=(W2-W3)/V×100%

(2)

土壤總孔隙度=(W1-W3)/V×100%

(3)

土壤容重(g/cm3)=(W3-W0)/V

(4)

秋澆前在農(nóng)田進(jìn)水口區(qū)域、中部區(qū)域和尾部區(qū)域各選擇3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖1)，雙環(huán)法測(cè)定土壤水分入滲狀況[28-29]，并計(jì)算土壤初始(前3 min)入滲率、前30 min的入滲率、穩(wěn)定入滲率和整個(gè)測(cè)試期間的入滲率。

圖1 試驗(yàn)地采樣點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖Fig.1 Schematic diagram of sampling points and monitoring points in experimental field

供試的雙環(huán)為不銹鋼環(huán)，高25 cm，外環(huán)直徑50.5 cm，內(nèi)環(huán)直徑30.5 cm。試驗(yàn)時(shí)將內(nèi)環(huán)與外環(huán)均放置于同一圓心上，輕輕砸入土內(nèi)15.0 cm，砸時(shí)應(yīng)盡量減少對(duì)土壤的震動(dòng)，以確保測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。內(nèi)環(huán)和外環(huán)砸入土壤后，將小鋼尺插入內(nèi)環(huán)內(nèi)，在內(nèi)環(huán)內(nèi)和外環(huán)與內(nèi)環(huán)之間的土壤表層上鋪2層紗布，以減少注水時(shí)水流對(duì)土壤表皮的沖刷與破壞。向內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時(shí)注水，注水深度達(dá)5.0 cm后停止，然后每間隔1 min測(cè)定1次水面下降深度，5 min后每間隔5 min測(cè)定1次水面下降深度并將內(nèi)環(huán)和外環(huán)水面高度補(bǔ)充到5.0 cm，直到多次(至少4次以上)測(cè)定的水面下降幅度都保持一致時(shí)，便可認(rèn)為已達(dá)到土壤水分穩(wěn)定入滲狀態(tài)，則可停止測(cè)定。

初始入滲率=前3 min水面降低深度/3

(5)

前30 min入滲率=前30 min水面降低深度/30

(6)

穩(wěn)定入滲率=穩(wěn)定入滲時(shí)水面降低深度/5

(7)

測(cè)試期間的入滲率= 測(cè)試期間水面降低深度/測(cè)試時(shí)間

(8)

秋澆前分別在激光平地農(nóng)田和普通農(nóng)田內(nèi)布設(shè)11排3列共33個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均布設(shè)帶刻度的標(biāo)尺。不同排監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間相距5.0 m，不同列監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間相距6.0 m；邊列監(jiān)測(cè)點(diǎn)距地埂6.0 m(圖1)。

灌水量：秋澆時(shí)用出水量為320 m3/h的津奧特ATSXOK300-100/2-140雙吸式潛水電泵從渠中抽水進(jìn)行灌溉。當(dāng)水流鋒面達(dá)到農(nóng)田尾部地埂時(shí)及時(shí)關(guān)泵停水，根據(jù)抽水時(shí)間來(lái)計(jì)算灌水量。

(9)

式中：I為灌水量(深度)，mm；T為抽水時(shí)間，min。

水流速率、田面儲(chǔ)水深度和水面消退速率：秋澆時(shí)記錄水流鋒面達(dá)到每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間；關(guān)泵停水時(shí)立即記錄每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的田面儲(chǔ)水深度；記錄每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)關(guān)泵停水后的田面水流消退時(shí)間。根據(jù)相鄰排監(jiān)測(cè)點(diǎn)(每排3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn))的距離(5.0 m)和水流通過(guò)時(shí)間計(jì)算不同地段的水流速率；根據(jù)田面儲(chǔ)水深度及水面消退時(shí)間計(jì)算不同地段的水面消退速率。

水流速率、田面儲(chǔ)水深度和水面消退速率均勻度用克里斯琴森均勻系數(shù)Cu表示[30]。

(10)

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010制作圖表，用student test 檢驗(yàn)普通農(nóng)田和激光平地農(nóng)田之間的差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 激光平地對(duì)土壤容重和土壤孔隙度的影響

土壤容重可反映土壤板結(jié)的程度。土壤容重往往易受成土母質(zhì)及長(zhǎng)期灌溉等的影響。由表1可知：2塊農(nóng)田耕層的土壤容重均隨土層深度的增加而增加，進(jìn)水口區(qū)域小于尾部區(qū)域。在農(nóng)田進(jìn)水口區(qū)域和中部區(qū)域，激光平地0～10 cm土層的土壤容重均顯著(P<0.05)高于普通農(nóng)田，其中進(jìn)水口區(qū)域較普通農(nóng)田高5.19%，中部區(qū)域高4.35%，但<10～20 cm和<20～30 cm土層均與普通農(nóng)田基本一致，無(wú)顯著差異；在農(nóng)田尾部區(qū)域，激光平地不同土層的土壤容重與普通農(nóng)田基本一致，無(wú)顯著差異；對(duì)于整塊農(nóng)田而言，激光平地對(duì)不同土層的土壤容重未產(chǎn)生顯著影，與普通農(nóng)田處于同一水平。

表1 不同處理耕層土壤的土壤容重Table 1 Soil bulk density of topsoil with different treatments g/cm3

土壤孔隙往往影響土壤的通氣性、養(yǎng)分釋放和移動(dòng)、微生物活動(dòng)和土壤水熱交換等。土壤孔隙往往受土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)及長(zhǎng)期灌溉和耕作等的影響。由表2可知：2塊農(nóng)田的土壤總孔隙度均隨土層深度的增加而降低，進(jìn)水口區(qū)域高于尾部區(qū)域。激光平地顯著(P<0.05)降低進(jìn)水口區(qū)域和中部區(qū)域0～10 cm土層的土壤總孔隙度，顯著(P<0.05)提高尾部區(qū)域0～10 cm土層的土壤總孔隙度，其中進(jìn)水口區(qū)域降低了5.71%，中部區(qū)域降低了4.35%，尾部區(qū)域提高了5.13%，但對(duì)<10～20 cm、<20～30 cm土層和整塊農(nóng)田未產(chǎn)生顯著影響。

表2 不同處理耕層土壤的總孔隙度Table 2 Soil total porosity of topsoil with different treatments %

土壤毛管孔隙是儲(chǔ)存土壤水分的主要場(chǎng)所。由表3可知：2塊農(nóng)田的土壤毛管孔隙度均隨土層深度的增加而增加，進(jìn)水口區(qū)域低于尾部區(qū)域。激光平地顯著(P<0.05)提高了進(jìn)水口區(qū)域0～10 cm和0～30 cm 土層土壤毛管孔隙度，其中0～10 cm土層提高了8.21%，0～30 cm 土層提高了5.18%，但對(duì)<10～20和<20～30 cm土層無(wú)顯著影響；激光平地對(duì)中部區(qū)域不同土層無(wú)顯著影響，但顯著(P<0.05)降低了尾部區(qū)域0～10 cm和<10～20 cm土層的土壤毛管孔隙度，其中0～10 cm土層降低了5.04%，<10～20 cm降低了4.42%；對(duì)整塊農(nóng)田而言，激光平地對(duì)不同土層的土壤毛管孔隙度未產(chǎn)生顯著影響。

土壤非毛管孔隙是土壤氣體交換的主要通道。由表4可知：2塊農(nóng)田的土壤非毛管孔隙度均隨土層深度的增加而降低，進(jìn)水口區(qū)域高于尾部區(qū)域。

表3 不同處理耕層土壤的毛管孔隙度Table 3 Soil capillary porosity of topsoil with different treatments %

表4 不同處理耕層土壤的非毛管孔隙度Table 4 Soil air-filled porosity of topsoil with different treatments %

激光平地極顯著(P<0.01)降低了進(jìn)水口區(qū)域不同土層的土壤非毛管孔隙度，其中0～10 cm、<10～20、<20～30 cm和0～30 cm土層分別降低了27.47%、18.39%、14.53%和20.13%；激光平地極顯著(P<0.01)降低中部區(qū)域0～10 cm土層和0～30 cm土層的土壤非毛管孔隙度，顯著(P<0.05)降低<10～20和<20～30 cm土層的土壤非毛管孔隙度，其中0～10 cm土層和0～30 cm土層分別降低了21.20%和了11.18%，<10～20和<20～30 cm土層分別降低5.18%和7.16%；激光平地極顯著(P<0.01)提高了尾部區(qū)域不同土層的土壤非毛管孔隙度，其中0～10 cm、<10～20、<20～30 cm和0～30 cm土層分別提高了39.76%、21.16%、19.06%和26.66%；對(duì)整塊農(nóng)田而言，激光平地極顯著(P<0.01)降低0～10 cm土層的土壤非毛管孔隙度，顯著(P<0.05)降低<10～20和<0～30 cm土層，其中0～10 cm土層降低了10.63%，<10～20土層降低了5.18%，0～30土層降低了6.50%，但對(duì)<20～30 cm土層無(wú)顯著影響。激光平地對(duì)進(jìn)水口和尾部區(qū)域的影響較大，對(duì)中部區(qū)域的影響較小，且土層越接近地表，影響越大。

3.2 激光平地對(duì)土壤水分入滲速率的影響

土壤水分入滲過(guò)程往往影響土壤的蓄水保水能力。受多年灌溉的影響，農(nóng)田不同區(qū)域的土壤水分入滲速率存在一定的差異。由圖2可知：農(nóng)田進(jìn)水口區(qū)域的土壤水分入滲速率較高，中部區(qū)域居中，尾部區(qū)域較低。圖2(a)為農(nóng)田進(jìn)水口區(qū)域，圖2(b)為農(nóng)田中部區(qū)域，結(jié)合圖2(a)和2(b)可以看出，激光平地的初始入滲速率、前30 min入滲速率、穩(wěn)定入滲速率均低于普通農(nóng)田；圖2(c)為農(nóng)田尾部區(qū)域，可以看出激光平地農(nóng)田的初始入滲速率和前30 min入滲速率高于普通農(nóng)田；圖2(d)為農(nóng)田不同區(qū)域的平均值，可以看出激光平地的平均穩(wěn)定入滲速率低于普通農(nóng)田。

圖2 不同平地方式的不同區(qū)域土壤水分入滲速率Fig.2 Soil infitration rates of different regions under different land leveling styles

農(nóng)田不同區(qū)域的土壤水分入滲過(guò)程存在一定差異。由表5可知：農(nóng)田進(jìn)水口區(qū)域，激光平地的穩(wěn)定入滲速率在測(cè)試85 min后出現(xiàn)，普通農(nóng)田在110 min后出現(xiàn)；激光平地的初始入滲速率、前30 min入滲速率和測(cè)試期間的入滲速率均極顯著(P<0.01)低于普通農(nóng)田，分別較普通農(nóng)田分別降低了13.30%，18.28%和14.00%；穩(wěn)定入滲速率顯著(P<0.05)低于普通農(nóng)田，較普通農(nóng)田降低了9.26%。農(nóng)田中部區(qū)域，激光平地的穩(wěn)定入滲速率在測(cè)試90 min后出現(xiàn)，普通農(nóng)田在100 min后出現(xiàn)；激光平地的前30 min入滲速率和測(cè)試期間的入滲速率極顯著(P<0.01)低于普通農(nóng)田，分別降低了16.19%和12.41%；初始入滲速率和穩(wěn)定入滲速率顯著(P<0.05)低于普通農(nóng)田，分別降低了8.11%和8.49%。農(nóng)田尾部區(qū)域，激光平地的穩(wěn)定入滲速率在測(cè)試65 min后出現(xiàn)，普通農(nóng)田在60 min后出現(xiàn)；初始入滲速率、前30 min入滲速率和測(cè)試期間的入滲速率均極顯著(P<0.01)高于普通農(nóng)田，分別提高了38.83%，36.68%和15.04%，但穩(wěn)定入滲速率與普通農(nóng)田處于同一水平外，僅提高了2.20%。對(duì)整塊農(nóng)田而言，激光平地的穩(wěn)定入滲速率在測(cè)試85 min后出現(xiàn)，普通農(nóng)田在105 min后出現(xiàn)；激光平地的初始入滲速率和前30 min入滲速率均與普通農(nóng)田之間無(wú)顯著差異；穩(wěn)定入滲速率和測(cè)試期間的入滲速率均顯著(P<0.05)低于普通農(nóng)田，分別降低了5.88%和5.15%。

表5 不同處理的土壤入滲速率Table 5 Soil infiltration rate in different infiltration stages of different treatments mm/min

3.3 激光平地對(duì)灌水量、水流速率、田面儲(chǔ)水深度、水流消退速率及其均勻度的影響

圖3 不同平地方式的水流推進(jìn)速率(a)、田面儲(chǔ)水深度(b)和水流消退速率(c)Fig.3 Water advancing rate (a), field water storage depth (b) and water recession rate (c) of different land leveling styles

農(nóng)田灌水量、水流速率和水流消退速率等與農(nóng)田土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)和土地平整度等密切相關(guān)。激光平地提高了農(nóng)田的平整度，影響了耕層土壤容重和孔隙度，降低了土壤水分入滲速率，必然會(huì)對(duì)農(nóng)田灌水量、水流速率、田面儲(chǔ)水深度和水流消退速率等產(chǎn)生一定影響。經(jīng)測(cè)定，激光平地農(nóng)田灌溉耗時(shí)為40 min，普通農(nóng)田耗時(shí)為54 min，灌水量分別為177.77 mm和239.99 mm，激光平地較普通農(nóng)田節(jié)約灌水量25.93%，達(dá)極顯著(P<0.01)差異。

田面越平整，水流速率越高。由圖3(a)可知：激光平地的水流速率為逐漸增加，在尾部區(qū)域?yàn)閯蛩贍顟B(tài)；普通農(nóng)田是先逐漸降低，在尾部區(qū)域緩慢增加。普通農(nóng)田的水流速率均勻度為0.94，激光平地的為0.97，激光平地較普通農(nóng)田提高了3.19%，未形成顯著差異。激光平地的水流速率平均為1.25 m/min，普通農(nóng)田為0.93 m/min，激光平地較普通農(nóng)田提高了34.41%，達(dá)極顯著(P<0.01)差異。

田面越平整，田面儲(chǔ)水深度越一致。由圖3(b)可見(jiàn)：普通農(nóng)田的田面儲(chǔ)水深度表現(xiàn)為中部較淺，尾部較深，最深與最淺處相差14.8 cm，均勻度為0.84；激光平地最深與最淺處相差0.9 cm，均勻度為0.99；激光平地田面儲(chǔ)水深度均勻度較普通農(nóng)田提高了17.86%，達(dá)極顯著(P<0.01)差異；激光平地田面儲(chǔ)水深度平均為15.88 cm，普通農(nóng)田為17.28 cm，激光平地較普通農(nóng)田淺8.10%，達(dá)顯著(P<0.05)差異。

土壤容重越低，土壤孔隙度越大，水流消退速率應(yīng)越高。由圖3(c)可見(jiàn)：激光平地和普通農(nóng)田的水流消退速率均為中部較高，尾部較低。激光平地中部在9 h左右、尾部在11.0 h左右后水分基本消退；而普通農(nóng)田中部在6 h 左右、尾部在29 h左右后才基本消退。普通農(nóng)田水流消退速率均勻度為0.76，激光平地為0.95，激光平地較普通農(nóng)田提高了25.00%，達(dá)極顯著(P<0.01)差異。普通農(nóng)田水面消退速率平均值為1.87 cm·h-1，激光平地為1.68 cm·h-1，激光平地較普通農(nóng)田降低了10.16%，達(dá)極顯著(P<0.01)差異。

4 討 論

在較大空間尺度上，土壤容重和土壤孔隙主要受母巖、地質(zhì)歷史、氣候和地形等的影響；在較小尺度上，則主要受立地環(huán)境、植被分布和農(nóng)事耕作的影響[31]。土壤容重和土壤孔隙不但影響土壤耕性，而且影響土壤的持水保水性、透氣性和作物根系在土壤中的伸展空間，間接影響土壤肥力和作物產(chǎn)量[32-38]。供試農(nóng)田為多年引黃灌溉而形成的灌於土，進(jìn)水口區(qū)域沉積的土壤粗沙粒較多，土粒較大，疏松，土壤容重較小，總孔隙度和非毛管孔隙度較大而毛管孔隙度相對(duì)較小，而尾部區(qū)域沉積的土壤細(xì)沙粒較多，顆粒較細(xì)，粘性較強(qiáng)，毛管孔隙發(fā)達(dá)，毛管孔隙度相對(duì)較大[39]；進(jìn)水口區(qū)域地面較高，尾部較低，尾部區(qū)域?yàn)閰R水區(qū)和土壤鹽漬化的高發(fā)區(qū)，不利于作物生長(zhǎng)[2-3]。激光平地機(jī)的拖拉機(jī)和平地鏟二者的自重高達(dá)6 900 kg，平地過(guò)程中機(jī)具對(duì)土壤反復(fù)碾壓，造成土壤緊密，增加土壤容重，減少土壤總孔隙度和非毛管孔隙度，相對(duì)增加土壤毛管孔隙度。平地過(guò)程中進(jìn)水口區(qū)域?yàn)橥诜絽^(qū)，尾部為填方區(qū)，且土層越深土壤容重越大，因而平地后進(jìn)水口區(qū)域和中部區(qū)域的土壤容重增加，土壤總孔隙度和非毛管孔隙度降低，毛管孔隙度增加；平地后尾部區(qū)域0～10 cm土層多為從進(jìn)水口區(qū)域運(yùn)來(lái)的土壤，在平地過(guò)程中原有的土壤結(jié)構(gòu)遭到破碎并形成許多相對(duì)較大的物理孔隙，且進(jìn)水口區(qū)域土壤相對(duì)疏松，因而其土壤容重略有降低，總孔隙度和非毛管孔隙度升高，毛管孔隙度相對(duì)降低。雖然激光平地對(duì)農(nóng)田不同區(qū)域的總孔隙度和土壤容重有一定的影響，但土壤容重、土壤總孔隙度和毛管孔隙度主要與土壤質(zhì)地密切相關(guān)[38]，故激光平地對(duì)整塊農(nóng)田的土壤容重、土壤總孔隙度和土壤毛管孔隙度未產(chǎn)生顯著影響。激光平地后土壤非毛管孔隙降低，首先是土壤非毛管孔隙易受農(nóng)事操作的影響，平地過(guò)程中機(jī)具對(duì)土壤反復(fù)碾壓，會(huì)增加土壤緊密度，降低土壤非毛管孔隙[19,32-33]；第二是平地過(guò)程中進(jìn)水口區(qū)域及中部區(qū)域均處于挖方區(qū)域，挖后下層土壤相對(duì)上升，從而導(dǎo)致土壤非毛管孔隙度降低；第三是試驗(yàn)地填方區(qū)域所的占比例較小而挖方區(qū)域所占比例較大，造成整塊農(nóng)田土壤非毛管孔隙度降低。

土壤水分入滲與土壤孔隙度等密切相關(guān)，特別與非毛管孔隙密切相關(guān)[26-27]。激光平地降低了進(jìn)水口和中部區(qū)域的土壤總孔隙度和非毛管孔隙度，增加了尾部區(qū)域的土壤總孔隙度和非毛管孔隙度，因而進(jìn)水口和中部區(qū)域的土壤入滲速率降低，尾部區(qū)域的提高，這與已有研究結(jié)果土壤總孔隙度和非毛管孔隙度越高，土壤入滲速率越高的[40-43]基本相同。由于平地過(guò)程中機(jī)具對(duì)土壤的反復(fù)碾壓，整塊農(nóng)田的非毛管孔隙降低，導(dǎo)致整塊農(nóng)田的土壤入滲速率降低。

激光平地提高了農(nóng)田平整度，減少了水流阻力，降低了水流推進(jìn)鋒面，利于灌溉水流快速向前推進(jìn)，提高了水流速率，而水流速率的提高促進(jìn)了水流鋒面提早到達(dá)地尾，從而有效縮短灌水時(shí)間，減少灌水量[7, 22]，降低田面儲(chǔ)水深度，提高田面儲(chǔ)水深度均勻度[2-9]。激光平地過(guò)程中機(jī)具對(duì)土壤反復(fù)碾壓，提高了土壤容重，降低了土壤總孔隙度和非毛管孔隙度，導(dǎo)致灌溉水分入滲緩慢，水面消退速率降低，有利于灌溉水分相對(duì)較多地保留在耕層土壤中，利于土壤洗鹽[3]，提高灌水效率[22]；激光平地的灌水量較普通農(nóng)田少，可減少地面水分蒸發(fā)，減少鹽分表聚，從而減輕土壤鹽分[3]；激光平地后尾部區(qū)域的土壤容重降低，土壤總孔隙度和非毛管孔隙度增加，可有效改善尾部區(qū)域的土壤物理性狀，提高尾部區(qū)域的土地生產(chǎn)力[2-3]。激光平地后春季農(nóng)田不同區(qū)域土壤水分分布均勻，防止土壤出現(xiàn)潮塌和返漿現(xiàn)象，利于春小麥等作物提早播種，延長(zhǎng)春小麥生長(zhǎng)期，提高春小麥產(chǎn)量[2-3]。

5 結(jié) 論

本研究通過(guò)監(jiān)測(cè)激光平地對(duì)農(nóng)田土壤容重、土壤孔隙度、土壤水分入滲速率和秋澆質(zhì)量等的影響，主要結(jié)論如下：

1)激光平地對(duì)0～10 cm土層的土壤容重、土壤孔隙度影響較大，對(duì)10 cm土層以下的土壤影響較小。激光平地提高了處于挖方的進(jìn)水口區(qū)域的土壤容重和毛管孔隙度，降低了進(jìn)水口區(qū)域的土壤總孔隙度和非毛管孔隙度；降低了處于填方的尾部區(qū)域的土壤容重和毛管孔隙度，提高了尾部區(qū)域的土壤總孔隙度和非毛管孔隙度，顯著(P<0.05)降低了整塊農(nóng)田0～30 cm土層的非毛管孔隙度，但對(duì)整塊農(nóng)田的土壤容重、土壤總孔隙度和毛管孔隙度無(wú)顯著影響；

2)激光平地顯著(P<0.05)降低了農(nóng)田進(jìn)水口區(qū)域和中部區(qū)域的土壤水分穩(wěn)定入滲率，對(duì)尾部的土壤水分穩(wěn)定入滲率無(wú)顯著影響，顯著(P<0.05)降低了整塊農(nóng)田的土壤水分穩(wěn)定入滲率；

3)激光平地可減少灌水量25.93%，灌溉水流速率較快且較一致，田面儲(chǔ)水深度較淺且均一，水流消退速率較低且較均勻。