干旱區土壤水鹽分布研究范文

本站小編為你精心準備了干旱區土壤水鹽分布研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《灌溉排水學報》2016年第11期

摘要：

為了研究開孔河流域棉田不同定額冬灌對土壤水分及鹽分的影響，緩解地區春季農業用水壓力，探究棉田只冬灌的灌水模式是否能夠滿足棉花出苗階段生理需水要求，通過大田試驗，對比分析了各處理（1200、1800、2400、3000、3600、4200m3/hm2）灌前與灌后不同時期0~100cm土層水分、鹽分的變化情況。結果表明，小定額灌水條件下耕作層水分易蒸發，保水效果不顯著，返鹽現象嚴重，脫鹽作用較弱。經比較分析，冬灌定額為3600m3/hm2時，具有顯著的保墑壓鹽的作用，可為返春后的棉花播種及出苗提供較好的水鹽條件,可起到減少春灌定額或免除春灌的作用。

關鍵詞：

冬灌定額；脫鹽效果；土壤含水率

0引言

新疆地處西北干旱區，水資源嚴重不足，新疆農業用水量占新疆用水總量的90%以上。為解決目前突出的水資源供需矛盾，膜下滴灌等高效節水灌溉技術得到了廣泛應用。但由于滴灌深層滲漏較少，長期滴灌必然引起土壤鹽漬化問題。實踐證明，棉田在冬季大水漫灌后，可以較好保持土壤水分，對土壤鹽分有一定的淋洗作用。但是傳統冬灌灌水定額普遍偏大，水資源利用效率不高，因而，探索適宜的冬灌定額顯得尤為重要[1-4]。非生育期灌溉主要有冬灌和春灌，二者從壓鹽與保墑的作用來看，各有不同。春灌比冬灌保墑效果好，但由于春季氣溫升高，地表蒸發增強，春灌對于土壤鹽分淋洗效果不如冬灌。此外土壤類型也是決定該地區灌水類型的重要因素。為此，從土壤水分、鹽分、灌溉水量等綜合調控的角度，在假設免除春灌條件下，分析不同定額冬灌對土壤水分及鹽分的影響，并提出適合當地棉花種植的冬灌定額，為當地冬灌提供理一定論依據[4-10]。

1材料與方法

1.1試驗區概況

試驗地點設在新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局水利科研所，地處86°12′E，41°36′N，海拔886m，屬干旱區暖溫帶大陸性荒漠氣候，干旱少雨，蒸發強烈，晝夜溫差大。多年平均降水量58.6mm，多年平均蒸發量2788.2mm（采用直徑20cm蒸發皿測量），日照時間3036.2h，年平均氣溫11.48℃，≥10℃積溫4121.2℃，經測定，試驗區土壤類型為粉土，田間持水率（質量）為25%[11]。

1.2試驗方法

2014年11月25日至次年3月采用小區對比方法進行了棉田冬灌大田試驗，試驗小區東西走向，逐次排列6個，并根據灌水量不同在試驗地劃分出6個3m×3m的小區，設置6個灌水處理，灌水定額分別為：1200、1800、2400、3000、3600、4200m3/hm2。在每個小區內的寬行、窄行及膜間設置取土點，并在遠端設1組重復，2組取樣點相距1.5m。取土點深度為1m，取土間隔為0.1m，并取0~1cm及0~5cm土層土樣，將0~1cm土層土樣作為表層土樣。采用烘干法測定土樣含水率，使用型號為DDS307的電導率儀測定土樣電導率，將取得的數據進行處理并對比分析灌水前后土壤水分及鹽分變化情況。

2結果與分析

2.1不同冬灌定額對土壤水分的影響

通過對比灌前、灌后15d和灌后105d土壤水分分布（圖1）可得，較小定額（1200~1800m3/hm2）的處理（圖1（a）、（b））灌前0~30cm土層含水率為12.9%~14.0%；灌后15d該土層含水率為17.4%~20.1%，為灌前含水率的1.35~1.44倍；灌后105d該土層含水率為13.8%~14.9%，僅為灌前含水率的1.06~1.07倍。這是因為灌水量較小時，土壤水分受入滲與蒸發雙向運移影響，隨著時間的推移而逐漸減少，從而無法發揮保水的作用。隨著灌水定額逐漸增加（圖1(c)、(d)、(e)、(f)），土壤水分分布與較小定額時逐漸顯現出不同的規律，灌前0~30cm土層含水率為10.5%~13.8%；灌后15d該土層含水率為16.6%~22.2%，為灌前含水率的1.55~1.69倍；灌后105d該土層含水率為13.1%~17.9%，雖然與灌后15d土層含水率相比有一定的減少，但仍可達到灌前土層含水率的1.23~1.41倍。這是由于較大定額（2400~4200m3/hm2）灌水后，即使土壤水分在各向運移中產生一些損失，但仍可保留一定量的水分儲藏在土層中。當冬季來臨，土層凍結，水分凝固長時間保留在土層中，在春季消融時土壤含水率較未冬灌時有明顯提高，起到了冬灌保墑的作用。由圖1可知，灌后15d各處理0~30cm土層含水率趨勢均呈現“V”字形，在距地表5~10cm含水率達到峰值，而后出現驟降。通過距地表5、15、25cm埋設的地溫傳感器得到的數據（圖2）發現，在灌水15d后0~30cm土層的溫度基本保持在-4.4~-0.2℃之間，這說明土壤出現了凍融現象[12-14]。而凍融現象的產生，使大部分水分保留在耕作層，向土壤深層運移速度減慢，這為冬灌保墑提供了較好的依據。根據灌后15d，105d的土壤水分分布情況，結合各處理含水率增幅（表1）得出，灌后15d，各處理0~20cm土層含水率增幅為5.7%~11.2%，0~40cm土層含水率增幅為3.9%~7.7%，0~80cm土層含水率增幅為3.2%~5.5%。雖然不同深度各處理含水率增幅的范圍并不一致，但在每個深度土層，含水率增幅基本都隨著灌水定額梯度增加，其中存在一定波動，這是由灌水方式及凍融對水分在土壤中運移產生的影響而造成的，但并不影響含水率增幅隨灌水定額變化的整體趨勢。灌后105d，由于地溫升高，地表蒸發加劇，導致土層水分減少，所以灌后105d各處理各深度土層含水率較灌后15d有所減少。而棉花苗期要求0~40cm土層含水率應占田間持水率的60%~70%為宜[18]。通過土層含水率增幅可以看出，灌水定額1200m3/hm2和1800m3/hm2在0~40cm土層含水率只能保證在田間持水率的58%~61%之間，其增幅為0.9%~1.0%。這說明在該冬灌定額下，只靠冬灌用于土地的保墑，無法滿足來年播種棉花的土壤水分要求。而灌水定額3600m3/hm2和4200m3/hm2在0~40cm含水率增幅為5.0%~5.5%，且含水率為田間持水率的74%~77%。兩個灌水處理對土壤水分的補給基本滿足棉花生長初期的土壤水分要求，可以在此冬灌定額基礎上，減少春灌水量，甚至免除春灌，以達到減少不必要水資源消耗的目的。

2.2不同冬灌定額對土壤鹽分的影響

由于不同定額灌水，會直接影響不同深度土層土壤含水率，從而進一步影響土壤鹽分的變化。通過不同處理土壤剖面電導率對比分析（圖3）可知，在不同灌水定額條件下，隨著時間推移，土壤含鹽量會呈現出不同的變化特點[15-17]。從表2可看出，灌后105d，所有灌水處理在淺層土壤都出現了不同程度的返鹽現象，其中灌水定額1200、1800m3/hm2處理返鹽現象較嚴重，均高于灌前土壤含鹽量，這很難為棉花的播種與出苗提供良好的生長條件。但是隨著灌水定額的增加，返鹽現象逐步減弱，不同土層的脫鹽率穩定在20%~30%之間（圖3），這是因為較大定額（2400~4200m3/hm2）灌水條件下，土壤含水率較高，土壤中含鹽量相對穩定。張豫等[19]提出棉花生育期耐鹽指標：棉花耐鹽臨界值為0.302%；耐鹽極限值為1.119%；土壤含鹽量為0.450%~0.581%時，棉花相對產量可以保證在85%~50%。通過換算，當冬灌定額控制在3600~4200m3/hm2之間時，土壤鹽分得到充分淋洗，從而得到適合棉花播種及出苗的土壤環境，為棉花生長提供較好生長條件。根據冬灌試驗對土壤水分及鹽分的影響進行分析，發現灌后15d土壤淺層出現了凍融現象，較小灌水定額（1200、1800m3/hm2）的脫鹽效果不明顯，但隨著灌水定額的增加，對鹽分的淋洗作用愈加明顯。由于地溫升高，地表蒸發加劇，灌后105d土壤含水率較灌后15d有所降低，但是灌水定額3600、4200m3/hm2處理0~40cm土層含水率可以達到田間持水率的74%~77%。對于土壤鹽分，各處理都出現一定程度返鹽現象，但隨著灌水定額增大，返鹽情況有所減弱，灌水定額3600、4200m3/hm2處理脫鹽效果較好。綜合不同灌水定額灌后棉田土壤水分在垂直方向的分布，以及對鹽分的淋洗效果，并結合水資源利用效率分析，認為3600m3/hm2灌水定額更為適宜，基本滿足棉花生長初期的土壤水分要求，為免除春灌提供可能性。

3結論

1）在灌后不同時期，雖然凍融現象及地表蒸發加劇等因素對土壤水分運移有一定的影響，但沒有改變灌水定額對土壤水分影響起主導作用的趨勢。對于土壤鹽分，隨著灌后地表蒸發加劇，灌水定額3600、4200m3/hm2處理不同土層的脫鹽率仍可穩定在20%~30%之間，脫鹽效果明顯。結合水資源利用效率分析，認為3600m3/hm2的冬灌定額基本滿足棉花生長初期的土壤水分要求，可達到減少春灌水量或免除春灌的目的。

2）隨著灌水定額的增加，土壤含水率并不是依次增加，而是有一定波動性，這是由灌水方式造成的，大水漫灌可能會造成水分不均勻入滲，這對數據的匯總及分析有一定影響。在以后的研究工作中，擬采用漫灌與滴灌2種灌水方式，冬灌與春灌多種組合的灌水方案。

3）只冬灌，少免春灌的灌溉模式并非適用所有地區，應根據當地實際水資源量和土壤類型對非生育期灌水做出相應的調整。在水資源充足且鹽堿度較重的棉區，可采取冬灌又春灌的灌水模式壓鹽效果較好；對于水資源豐富且可調控的地區，應優先選擇冬灌免春灌的灌水模式進行洗鹽，因為春季地溫升高，蒸發加劇，這時灌水不利于保墑壓鹽；在冬季水資源緊缺且春季水資源充沛的情況下，考慮采用春灌。也應根據當地土壤類型做出相應調整。對于黏性較大的土壤，由于顆粒較小，保水性較好，應該優先采用冬灌免春灌的模式進行灌溉；對于沙性較強的土壤，由于顆粒較大，保水性較差，主要采用春灌免冬灌的模式進行灌溉。以達到最大限度地節約水資源，保證出苗率的目的。

參考文獻：

[1]陳小芹，王振華，何新林，等.北疆棉田不同冬灌方式對土壤水分、鹽分和溫度分布的影響[J].水土保持學報，2014，28（2）：132-137.

[2]楊榮，蘇永中.農田利用方式和冬灌對沙地農田土壤硝態氮積累的影響[J].應用生態學報，2009，20（3）：615-623.

[3]張偉，李魯華，劉建國，等.準葛爾盆地南緣不同土壤質地棉田膜下滴灌鹽分運移規律研究[J].水土保持學報，2009，23（2）：52-56.

[4]楊鵬年，董新光，劉磊，等.干旱區大田膜下滴灌土壤鹽分運移與調控[J].農業工程學報，2011，27（12）：90-95.

[5]張俊，周成虎，李建新，等.新疆焉耆盆地近40年土地利用與土地覆被演化[J].資源科學，2004，26（6）：30-37.

[6]王水獻，董新光，寇文，等.馬爾柯夫過程預測焉耆盆地土地利用/覆被格局變化[J].干旱區資源與環境，2007，21（10）：28-33.

[7]王水獻，董新光，劉延峰，等.焉耆盆地綠洲區近50年地下水文時空變異及水鹽演變[J].地質科技情報，2009，28（5）：101-108.

[8]周成虎，羅格平，李策.博斯騰湖環境變化及其與焉耆盆地綠洲開發關系研究[J].地理研究，2001，20（1）：14-23.

[9]李邦，楊巖，王紹明，等.干旱區滴灌棉田凍融季土壤水熱鹽分布規律研究[J].新疆農業科學，2011，48（3）：528-532.

[10]劉廣明，楊勁松，李冬順，等.地下水蒸發規律及其與土壤鹽分的關系[J].土壤學報，2002，39（3）：384-389.

[11]高龍，田富強，倪廣恒，等.膜下滴灌棉田土壤水鹽分布特征及灌溉制度試驗研究[J].水利學報，2010，41（12）：1483-1490.

[12]麥麥提吐爾遜•艾則孜，海米提•依米提，馬蓉，等.1956—2010年新疆焉耆盆地徑流變化特征及驅動力分析[J].冰川凍土，2014，36（3）：670-677.

[13]張殿發，鄭琦宏.凍融條件下土壤中水鹽運移規律模擬研究[J].地理科學進展，2005，24（4）：46-55.

[14]龔家棟，祁旭升，謝忠奎，等.季節性凍融對土壤水分的作用及其在農業生產中的意義[J].冰川凍土，1997，19（4）：40-45.

[15]張金珠.北疆膜下滴灌棉花土壤水鹽運移特征及耗水規律試驗研究[D].烏魯木齊:新疆農業大學，2010.

[16]張江輝.干旱區土壤水鹽分布特征與調控方法研究[D].西安:西安理工大學，2010.

[17]王水獻，吳彬，楊鵬年，等.焉耆盆地綠洲灌區生態安全下的地下水埋深合理界定[J].資源科學，2011，33（3）：422-430.

[18]饒忠平.棉花常見災害的預防及補救措施[J].中國農業信息(上半月)，2011（7）：24-25.

[19]張豫，王立洪，孫三民，等.阿克蘇河灌區棉花耐鹽指標的確定[J].中國農業科學，2011，44（10）：2051-2059.

作者:張瀚 楊鵬年 汪昌樹 李勛章 單位:新疆農業大學水利與土木工程學院