張志剛，李宏，李疆，程平，武鈺，劉幫

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆林業(yè)科學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000；3.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054）

地表滴灌條件下滴灌量對(duì)土壤水分入滲、再分布過(guò)程的影響

張志剛1，2，李宏2*，李疆1，程平2，武鈺3，劉幫1

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆林業(yè)科學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000；3.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054）

在新疆林業(yè)科學(xué)院棗樹示范基地進(jìn)行了原位土的單點(diǎn)源滴灌試驗(yàn)，研究不同滴灌量條件下地表滴灌濕潤(rùn)體特征值的變化規(guī)律。結(jié)果表明：滴灌過(guò)程中，當(dāng)?shù)喂嗔枯^小時(shí)，濕潤(rùn)體呈平臥半橢球體分布，隨著滴灌量的增大，濕潤(rùn)體呈直立半橢球體分布，濕潤(rùn)體的形狀大小受到滴灌量和土壤質(zhì)地的影響，濕潤(rùn)鋒水平運(yùn)移距離與入滲時(shí)間存在顯著的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系；濕潤(rùn)體再分布時(shí)間為滴灌停止后的12 h內(nèi)，滴灌過(guò)程中土壤含水率以及土壤含水量變化率在滴頭正下方40 cm處達(dá)到最大值，滴灌量（Q）≥72 L時(shí)，水平再分布距離不再隨著滴灌量增大而增加；土壤質(zhì)地以及土壤層的分布直接影響到含水量變化率。

滴灌；水分再分布；濕潤(rùn)體特征值；運(yùn)移速率；土壤含水量

張志剛， 李宏， 李疆， 程平， 武鈺， 劉幫. 地表滴灌條件下滴灌量對(duì)土壤水分入滲、再分布過(guò)程的影響［J］. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2016， 37（1）: 174-181.

Zhang Z G， Li H， Li J， Cheng P， Wu Y， Liu B. Effects of irrigation amount on soil water infiltration and redistribution under drip irrigation［J］. Research of Agricultural Modernization， 2016， 37（1）: 174-181.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣境內(nèi)的新疆林業(yè)科學(xué)院佳木良種試驗(yàn)站，80°32’ E，41°15’ N，海拔1 103.8 m。試驗(yàn)站總面積80 hm2，呈長(zhǎng)方形，地勢(shì)北高南低，西高東低，南北長(zhǎng)1 600 m，東西寬650 m，地下水埋深2.8-3.3 m；屬大陸性干旱荒漠氣候，晝夜溫差大；春季較短，多大風(fēng)降溫天氣，時(shí)常有倒春寒現(xiàn)象發(fā)生，夏季炎熱而干燥；降水量稀少，四季分配不均，降水量年際變化大，年均降水量65.4 mm，年蒸發(fā)量1 883.6 mm；年均氣溫10.1℃，極端最低氣溫-27.4 ℃，年均日照時(shí)數(shù)2 747.7 h，≥10 ℃積溫2 916.8-3 198.6 ℃，無(wú)霜期195 d。

1.2 試驗(yàn)土壤

試驗(yàn)站土壤為棕色荒漠土，有機(jī)質(zhì)0.5-4.6 g/kg之間，pH值8.11-9.85，呈弱堿性，土壤厚度約為3 m。取試驗(yàn)樣地土壤深度為0-160 cm，第一層土壤為壤土層，深度為0-30 cm，第二層是砂土層，深度為30-50 cm，第三層是黏土層，深度為50-80 cm，第四層是砂土層，深度為80-160 cm，土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)地土壤的主要理化性質(zhì)Table1 The physical and chemical properties of soil

1.3 樣地選擇及布置

在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)選擇紅棗林內(nèi)一塊比較平整且土壤未經(jīng)過(guò)擾動(dòng)的田塊作為試驗(yàn)樣地，并選擇生長(zhǎng)良好，無(wú)病蟲害、凍害，地徑為5-8 cm的灰棗3株為試驗(yàn)樣樹，結(jié)合果樹種植株行距，每塊試驗(yàn)用地面積為5 m×5 m，共計(jì)3塊樣地（3次重復(fù)），對(duì)每塊樣地除去表面覆蓋土以及雜物，將表層土壤翻修平整。為避免果園的日常管理對(duì)試驗(yàn)樣地造成影響，在樣地邊緣人工挖掘深度為1.8 m的壕溝，在壕溝內(nèi)緊貼樣地一側(cè)圍上防滲膜，防滲膜高出地面50 cm以上，防止水分的側(cè)滲影響試驗(yàn)結(jié)果，然后把壕溝填滿埋實(shí)。為防止果園灌水對(duì)樣地的沖擊，在樣地外圍（隔離帶外）堆置高度為0.5 m的土隴作為緩沖帶，緩沖帶同樣鋪設(shè)防滲膜。

1.4 試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)方法

1.4.1 試驗(yàn)設(shè)備 滴灌試驗(yàn)設(shè)備由ECH20水分測(cè)量探頭及多通道數(shù)據(jù)采集器、供水系統(tǒng)組成。土壤濕潤(rùn)體含水量采用Decagon公司生產(chǎn)的ECH20土壤水分傳感器和48通道的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。供水系統(tǒng)由自制的恒壓水桶和可更換滴頭組成。試驗(yàn)過(guò)程中由水桶恒壓供水，并通過(guò)更換不同流量滴頭來(lái)控制流速，進(jìn)而保證滴灌歷時(shí)的一致性。

1.4.2 試驗(yàn)方法 滴灌試驗(yàn)于2014年在紅棗生長(zhǎng)季（5-9月）進(jìn)行，每個(gè)處理均采用自制壓力設(shè)備，設(shè)計(jì)滴灌歷時(shí)為6 h，滴灌水量分別為Q=24 L、48 L、72 L、96 L，重復(fù)3次。試驗(yàn)前，以距樣樹根部10 cm處為原點(diǎn)（滴頭供水點(diǎn)），與樹行垂直挖長(zhǎng)2 m、寬0.5 m、深1.8 m的剖面。如圖1所示，在水平方向上，以樣地原點(diǎn)（距樹干10 cm）O點(diǎn)為起點(diǎn)，距離樹干20、40、60、80、100、120、140、160、180 cm布置探頭，探頭埋深距離地面20 cm；在垂直方向上，以O(shè)點(diǎn)為頂點(diǎn)，距離地面20、40、60、80、100、120、140、160 cm的深度布置探頭；另外與水平方向成30°、60°夾角再均勻布置兩排探頭，總共布置探頭31個(gè)，水分探頭布置好后再將土壤回埋澆水壓實(shí)，經(jīng)過(guò)15-20 d的蒸發(fā)，待土壤中含水量為0.11-0.14 cm3/cm3時(shí)開始進(jìn)行滴灌試驗(yàn)。

試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)每隔10 min采集一次數(shù)據(jù)，試驗(yàn)完畢后待試驗(yàn)樣地土壤容積含水量恢復(fù)到或接近初始含水量時(shí)，即土壤相對(duì)含水量為60%-62%（土壤容積含水量約0.11-0.15 cm3/cm3），再進(jìn)行下一灌溉水量試驗(yàn)。Decagon公司生產(chǎn)的ECH2O土壤水分傳感器精確度為±0.01 cm3/cm3，因此滴灌過(guò)程中某一處灌水前后兩次土壤容積含水率差值為0.02 cm3/cm3時(shí)（即該處含水率增加量為0.02 cm3/cm3），則認(rèn)為濕潤(rùn)鋒到達(dá)了該處；對(duì)濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離的測(cè)量，通過(guò)查找監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定出濕潤(rùn)鋒到達(dá)水平、垂直方向各個(gè)ECH2O土壤水分傳感器時(shí)所對(duì)應(yīng)的入滲時(shí)間，且每個(gè)灌水梯度重復(fù)3次后取其均值作為濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離及所對(duì)應(yīng)入滲時(shí)間。

圖1 ECH2O水分探頭布置Fig. 1 Layout of the ECH2O moisture probe

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 18.0、Excel 2007軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)處理過(guò)程中為能夠更清楚的表述研究情況以及克服初始含水量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，以下數(shù)據(jù)分析均采用容積含水量變化率（試驗(yàn)過(guò)程中某時(shí)刻土壤含水量-初始含水量），土壤容積含水量變化率均采用容積百分比表達(dá)，即對(duì)土壤容積含水量變化率進(jìn)行分析并采用SURFER8.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌量對(duì)濕潤(rùn)鋒形狀和運(yùn)移過(guò)程的影響

圖2為滴灌量分別為24、48、72、96 L，停止灌溉時(shí)濕潤(rùn)鋒的形狀；圖3為滴灌量分別為24、48、72、96 L，停止灌溉12 h后濕潤(rùn)鋒的形狀。由圖2可知，停止灌溉時(shí)，4種滴灌量條件下濕潤(rùn)鋒呈平臥半橢球體分布，隨著滴灌量的增加，濕潤(rùn)鋒的分布范圍逐漸增大。停止滴灌后，由于受到水勢(shì)梯度的影響，土壤中的水分還會(huì)繼續(xù)運(yùn)移，也就是土壤水分的再分布過(guò)程。土壤水分再分布過(guò)程中，濕潤(rùn)體的體積不斷向外延伸。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)停止灌溉12 h后，土壤中水分運(yùn)動(dòng)極為緩慢，濕潤(rùn)鋒幾乎不再向外延伸。對(duì)比圖2、圖3可知，濕潤(rùn)鋒在原狀土壤運(yùn)移過(guò)程中，受初始含水率與土壤質(zhì)地的影響，濕潤(rùn)鋒邊界均呈不規(guī)則分布，當(dāng)Q≥72 L時(shí)，濕潤(rùn)體的水平擴(kuò)散距離再分布不明顯，主要原因是水分運(yùn)移過(guò)程中基質(zhì)勢(shì)的作用逐漸變小，水平再分布距離逐漸減小，垂直方向上重力勢(shì)的作用隨著滴灌量的增加逐漸增大。受到水分再分布的影響，停止灌溉12 h后，濕潤(rùn)鋒呈直立半橢球體分布，在水勢(shì)梯度的影響下，4種不同滴灌量垂直方向上再分布距離較大。

圖2 停止灌溉時(shí)不同滴灌量下濕潤(rùn)鋒的形狀Fig. 2 Wetting front for different drip irrigation amount after irrigation was stopped

圖3 停止灌溉12 h后不同滴灌量下濕潤(rùn)鋒的形狀Fig. 3 Wetting front for different drip irrigation amount after irrigation was stopped for 12 hours

水平擴(kuò)散半徑X（t）與垂直入滲距離Z（t）是滴灌入滲過(guò)程中濕潤(rùn)鋒運(yùn)移的兩個(gè)重要的特征值。圖4為不同滴灌量下濕潤(rùn)鋒水平擴(kuò)散半徑X（t）和垂直入滲距離Z（t）隨著時(shí)間t的變化過(guò)程。由圖可知，水平、垂直運(yùn)移距離均隨滴灌量增加而增大，且滴灌初期，相同滴灌量下，水平擴(kuò)散距離大于垂直入滲距離，隨著滴灌歷時(shí)的延長(zhǎng)及滴灌量的增加，垂直入滲距離漸近并超過(guò)水平擴(kuò)散距離，水分垂直入滲持續(xù)時(shí)間大于水平擴(kuò)散時(shí)間；當(dāng)入滲時(shí)間小于370 min時(shí)，水平擴(kuò)散距離大于垂直入滲距離，隨著滴灌時(shí)間的推移和水勢(shì)梯度的作用，同一滴灌量條件下，垂直方向上濕潤(rùn)鋒的運(yùn)移時(shí)間和運(yùn)移距離均比水平方向上大；當(dāng)入滲時(shí)間持續(xù)到370-400 min左右時(shí)，土壤中的水分在水平方向上基本停止了運(yùn)移，垂直方向上入滲時(shí)間持續(xù)到780-900 min左右時(shí)停止運(yùn)動(dòng)（包含水分再分布過(guò)程）。土壤水分運(yùn)移主要受到水勢(shì)梯度和重力勢(shì)作用，滴灌初期水平擴(kuò)散距離大于垂直入滲距離，此時(shí)段水勢(shì)梯度起主導(dǎo)作用，隨著灌水歷時(shí)、滴灌量的增加，土壤中水分重力勢(shì)逐漸增大，水平方向水勢(shì)梯度逐漸減小，導(dǎo)致水分在該方向基本停止運(yùn)移，垂直方向上受到水勢(shì)梯度與重力勢(shì)的雙重作用，入滲距離以及入滲時(shí)間均比水平方向大。滴灌初期，4種滴灌量中除Q=24 L以外，其余3種滴灌量垂直入滲距離差異較小，結(jié)合表1、圖2可知，由于滴灌量較小以及受到黏土層的影響，滴灌量為24 L時(shí)，垂直入滲距離明顯小于其他3種滴灌量，可見，該滴灌量在該地區(qū)僅限于林木幼苗培育的應(yīng)用。

圖4 濕潤(rùn)鋒水平、垂直入滲距離變化過(guò)程Fig. 4 Change of horizontal and vertical wetting front during infiltration

對(duì)水平擴(kuò)散半徑Y(jié)（t）、垂直入滲距離Z（t）與灌水入滲時(shí)間t進(jìn)行擬合（表2），結(jié)果為：濕潤(rùn)鋒水平擴(kuò)散距離與入滲時(shí)間存在顯著的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，垂直入滲距離與入滲時(shí)間存在顯著的冪函數(shù)關(guān)系，決定系數(shù)（R2）均大于0.96。依據(jù)表2擬合的方程可知，當(dāng)?shù)喂鄽v時(shí)確定后，可根據(jù)不同滴灌量的擬合方程，計(jì)算出4種滴灌量在水平、垂直方向的入滲距離。在滴頭流速不變的條件下，表2中水平擴(kuò)散、垂直入滲距離擬合方程為滴頭的布置間距以及滴灌量的確定提供了理論依據(jù)。

表2 不同滴灌量下濕潤(rùn)鋒運(yùn)移的擬合方程參數(shù)Table2 Fitted coefficient for relationship between wetting front and irrigation amount

2.2 濕潤(rùn)鋒平均運(yùn)移速率分析

濕潤(rùn)鋒運(yùn)移的平均速率是指某一段時(shí)間內(nèi)，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離的變化量，用Vx（t）表示水平方向濕潤(rùn)鋒運(yùn)移平均速率，即Vx（t）=△x/△t，垂直方向的濕潤(rùn)鋒運(yùn)移平均速率用Vz（t）表示，即Vz（t）=△z/△t（△x表示某一段時(shí)間內(nèi)水平增加距離、△z表示某一段時(shí)間內(nèi)垂直增加距離、△t表示與濕潤(rùn)鋒運(yùn)移相對(duì)應(yīng)的某一段時(shí)間）。圖5為垂直、水平方向濕潤(rùn)鋒運(yùn)移速率與入滲時(shí)間的關(guān)系曲線，利用冪函數(shù)Vx（t）=rtm，Vz（t）=jtk對(duì)二者進(jìn)行擬合，決定系數(shù)R2均在0.96以上；表3為各個(gè)滴灌量條件下Vx（t）、Vz（t）與灌水歷時(shí)的擬合結(jié)果。從圖5中可知，滴灌初期濕潤(rùn)鋒在水平、垂直方向上的運(yùn)移速率隨著滴灌量的增加而增大；濕潤(rùn)鋒的運(yùn)移速度在灌水初期較快，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低，主要是因?yàn)樵诘喂喑跗冢寥赖膶?dǎo)水性能較好，且水勢(shì)梯度作用較強(qiáng)導(dǎo)致平均運(yùn)移速率較大；同一滴灌量條件下，濕潤(rùn)鋒垂直方向上的平均運(yùn)移速率小于水平方向上的平均運(yùn)移速率，但是持續(xù)時(shí)間比水平方向上的長(zhǎng)。

表3 不同滴灌量條件下濕潤(rùn)鋒平均運(yùn)移速率與入滲時(shí)間的擬合方程Table3 Fitted coefficient for relationship between average wetting front migration rate and time under different drip irrigation amount

圖5 濕潤(rùn)鋒平均運(yùn)移速率與入滲時(shí)間的關(guān)系Fig. 5 The relationship between mean rate of wetting front transport and infiltration time

圖6 停止灌溉時(shí)不同滴灌量土壤含水量變化率等值線圖Fig. 6 Isogram of soil water content change rate for different drip irrigation amounts after irrigation was stopped

2.3 滴灌量對(duì)濕潤(rùn)體容積含水量變化率的影響

用繪圖軟件SURFER8.0對(duì)灌溉過(guò)程中各個(gè)ECH2O水分探頭實(shí)測(cè)的容積含水量變化率進(jìn)行繪制，分別繪制出滴灌量為24、48、72、96 L容積含水量等值線圖、停灌12 h后水分再分布后等值線圖，圖6為停止滴灌時(shí)不同滴灌量條件下土壤容積含水量等值線。由圖6可知，隨著滴灌量的增大，濕潤(rùn)體的體積不斷增大，濕潤(rùn)體含水量也隨之增大，距離滴頭距離越近，含水量等值線越密；當(dāng)Q≥48 L時(shí)，滴頭正下方約40 cm處土壤含水量變化率達(dá)到最大，主要是由于灌溉過(guò)程中由于受到土壤導(dǎo)水率的限制，滴灌量逐漸增大，導(dǎo)致土壤中的水分不能及時(shí)擴(kuò)散，引起了水分在滴頭下方的土壤中出現(xiàn)了暫時(shí)的停留聚集。以距滴點(diǎn)20 cm，深40 cm處為例，當(dāng)Q=24 L時(shí)，該處含水量變化率2%；隨著滴灌量增大到48 L時(shí)，該處含水量變化率也隨之增加了7.5%；Q=72 L時(shí)，該處含水量又隨之增加了9%，當(dāng)Q=96 L時(shí)該處含水量增加了10%，結(jié)合表1可知，該處為砂壤，田間容積持水量較低，滴灌結(jié)束時(shí)其土壤含水量變化率較大，且土壤中同一位置含水量變化率會(huì)隨著滴灌量的增大而增加。

圖7為停止滴灌12 h后不同滴灌量土壤容積含水量再分布后的等值線圖，對(duì)比圖6、圖7可知，當(dāng)Q＜72 L時(shí)，土壤水分再分布后水平擴(kuò)散距離、垂直入滲距離都出現(xiàn)較大的增加幅度，當(dāng)Q≥72 L時(shí)，土壤水分再分布過(guò)程中水平方向上水分再分布不明顯，水分再分布后濕潤(rùn)區(qū)域內(nèi)含水量變化率都不同程度的減小，土壤含水量變化率降低了4%-7%。距離滴點(diǎn)越近，則土壤含水量變化率下降幅度越大，反之下降幅度越小。滴灌停止時(shí)，濕潤(rùn)鋒外緣處土壤含水量在滴灌結(jié)束12 h后均增大，且濕潤(rùn)體增大。停止滴灌12 h內(nèi)，土壤中的水分由含水量較高處向外延伸，Q≥48 L時(shí)，滴頭正下方深40 cm處含水量達(dá)到最大，并向周圍擴(kuò)展且含水量相應(yīng)降低。滴灌過(guò)程中存在再分布的主要原因是：由于入滲終了后，上部土層水分接近飽和，下部土層仍是原來(lái)的狀況，水分必然要由上面水勢(shì)高的土層繼續(xù)向下邊水勢(shì)較低的層次運(yùn)動(dòng)。在上層水分有所減少的同時(shí)，下層水分得到提高，于是接著又向更深土層遷移，對(duì)土壤中的水分重新進(jìn)行了分配。

圖7 停止灌溉12 h后不同滴灌量土壤含水量再分布等值線圖Fig. 7 Isogram of soil water content redistribution for different drip irrigation amounts after irrigation was stopped for 12 hours

3 討論

滴灌過(guò)程中濕潤(rùn)鋒呈半橢圓形分布，濕潤(rùn)體的大小以及濕潤(rùn)鋒的平均運(yùn)移速率均會(huì)隨著滴灌總量增加而增大，濕潤(rùn)鋒水平、垂直運(yùn)移距離以及平均運(yùn)移速率均與入滲時(shí)間呈冪函數(shù)關(guān)系［1-3］。本研究表明，滴灌過(guò)程中當(dāng)?shù)喂嗔枯^小時(shí)，濕潤(rùn)體呈平臥半橢球體分布，隨著滴灌量的增大，濕潤(rùn)體呈直立半橢球體分布；濕潤(rùn)體的形狀大小受到滴灌量和土壤質(zhì)地的影響，且濕潤(rùn)鋒的外緣邊界呈不規(guī)則狀態(tài)分布，水分在砂壤中的運(yùn)移速度要比在黏土中快；濕潤(rùn)鋒水平運(yùn)移距離與入滲時(shí)間呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，決定系數(shù)均在0.96以上；同一滴灌量條件下，濕潤(rùn)鋒垂直方向上的運(yùn)移速率小于水平方向上的運(yùn)移速率，但是持續(xù)的時(shí)間比水平方向上的長(zhǎng)。

滴灌停止后，濕潤(rùn)鋒的尺寸在12-24 h內(nèi)變化較大，濕潤(rùn)鋒變化水平、垂直運(yùn)移距離出現(xiàn)了增加，且濕潤(rùn)體的含水率相對(duì)減小，再分布距離與再分布后濕潤(rùn)體含水率變化幅度均受到滴灌量與滴灌歷時(shí)的影響［1-3］。本研究表明，當(dāng)Q≥48 L，滴頭正下方約40 cm處土壤含水量變化率達(dá)到最大值，當(dāng)Q＜72 L時(shí)，土壤水分再分布后水平擴(kuò)散、垂直入滲距離都出現(xiàn)較大的增加幅度，Q≥72 L時(shí)，土壤水分再分布過(guò)程中水平方向上水分再分布不明顯，垂直方向上增加幅度明顯；由于受到試驗(yàn)區(qū)域土壤質(zhì)地層次性的影響，停止灌溉12 h內(nèi)土壤中的水分存在再分布過(guò)程，12 h后濕潤(rùn)鋒再分布基本停止，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中濕潤(rùn)體的分布范圍應(yīng)該以濕潤(rùn)體再分布后的數(shù)據(jù)為參考依據(jù)。

濕潤(rùn)體內(nèi)土壤含水率的分布同時(shí)受滴頭流量和灌水量的控制，在離滴頭由近到遠(yuǎn)的位置上，土壤含水率由大到小變化［2］。本研究在滴灌過(guò)程中通過(guò)對(duì)土壤含水量變化率的分析，水分再分布后濕潤(rùn)區(qū)域內(nèi)含水量都不同程度的減小，土壤含水量變化率降低了4%-7%。滴灌停止時(shí)濕潤(rùn)鋒外緣處土壤含水量在滴灌結(jié)束12 h后均增大，且濕潤(rùn)體增大。濕潤(rùn)體的含水率大小不僅受到滴灌量、滴灌歷時(shí)的影響，同時(shí)還受到土壤層質(zhì)地的影響［6-8］，田間原位土壤層對(duì)濕潤(rùn)體含水率以及再分布范圍的影響較大，但是由于不同區(qū)域或相同區(qū)域不同樣點(diǎn)土壤層分布差異較大，所以田間原位土壤層的分布對(duì)滴灌水分運(yùn)移的影響只能從宏觀角度分析，具體影響程度還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本文通過(guò)田間原位地表滴灌試驗(yàn)，研究了滴灌量對(duì)土壤水分入滲再分布過(guò)程的影響，得出以下結(jié)論：

1）土壤水分入滲與再分布過(guò)程中，濕潤(rùn)體的形狀由平臥的半橢球體逐漸變?yōu)橹绷⒌陌霗E球體，受土壤質(zhì)地的影響，濕潤(rùn)鋒邊界呈不規(guī)則形態(tài)分布；濕潤(rùn)鋒水平運(yùn)移距離與入滲時(shí)間呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，決定系數(shù)均在0.96以上；濕潤(rùn)鋒平均運(yùn)移速率受到滴灌量以及土壤質(zhì)地的雙重影響，由于土壤水分重力勢(shì)的主導(dǎo)作用，垂直入滲時(shí)間較水平擴(kuò)散時(shí)間長(zhǎng)。

2）濕潤(rùn)體再分布時(shí)間為滴灌停止后的12 h內(nèi)，滴灌過(guò)程中以及水分再分布后滴頭正下方40 cm處含水率以及土壤含水量變化率均為最大值；滴灌量（Q）≥72 L時(shí)，水平方向濕潤(rùn)鋒再分布距離不明顯，當(dāng)?shù)喂嗔窟_(dá)到一定水平時(shí)，水平再分布距離不再隨著滴灌量增大而增加。土壤質(zhì)地以及土壤層的分布直接影響到含水量變化率；由于濕潤(rùn)體存在再分布過(guò)程，因此濕潤(rùn)體再分布停止后的水分運(yùn)移距離即為濕潤(rùn)體的最大分布范圍。

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（責(zé)任編輯：王育花）

Effects of irrigation amount on soil water infiltration and redistribution under drip irrigation

ZHANG Zhi-gang1，2， LI Hong2*， LI Jiang1， CHENG Ping2， WU Yu3， LIU Bang1
（1. College of Forestry and Horticulture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052， China； 2. Xinjiang Academy of Forestry Sciences， Urumqi， Xinjiang 830000， China； 3. College of Geography Science and Tourism， Xinjiang Normal University， Urumqi， Xinjiang 830054， China）

The objective of the study was to investigate the effects of irrigation amount on characteristic of wetting front in a sand soil at a Jujube demonstration base of Xinjiang Academy of Forestry Sciences. The results show that initial drip irrigation wetting front was lying semi-elliptical when irrigation amount is relatively small. With the increase of drip irrigation amount， the wetting front was erect semi ellipsoid distribution. The wetting front shape and size was affected by irrigation amount and soil texture. A logarithmic function could be used to fit the relationship between wetting front distance and infiltration time. The redistribution time was 12 hours after the end of the drip irrigation. Both soil water content and the change rate of soil water content was maximum at 40 cm depth immediately underneath the dripper. The distance of the horizontal wetting front did not expand with the increase of drip irrigation when irrigation amount was beyond 72 L. Soil texture and distribution of soil layer directly affected the change of water content.

drip irrigation； water redistribution； characteristic value of wetted body； moist ratio； water content of soil

水資源短缺是限制新疆地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的主要因素，紅棗作為南疆地區(qū)的重要產(chǎn)業(yè)，群眾經(jīng)濟(jì)收入的主要來(lái)源，其發(fā)展在很大程度上受到干旱缺水的制約［1］。滴灌是一種既能有效地提高灌溉水的利用效率，又能減少作物根系層營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)淋失的節(jié)水灌溉技術(shù)［2-5］。在正確的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和高水平的田間作物水分管理?xiàng)l件下，滴灌系統(tǒng)能夠適時(shí)適量地進(jìn)行灌溉，在作物的根區(qū)創(chuàng)造出適宜的水、肥、氣、熱條件，從而獲得節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的效果［5-6］。

對(duì)滴灌條件下水分運(yùn)移規(guī)律及分布特性的研究，是進(jìn)行正確的滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)和高水平的田間作物水分管理的前提和基礎(chǔ)。目前眾多學(xué)者對(duì)該方面的理論和試驗(yàn)研究較多，羅錫文等［7］用4種滴速在室內(nèi)條件下進(jìn)行了磚紅壤水分入滲試驗(yàn)研究，測(cè)定了不同時(shí)刻和不同深度處土壤的含水率，分析了磚紅壤水分遷移特性；張振華等［8］在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬研究了不同滴速、初始含水率和容重條件下，粘壤土點(diǎn)源入滲土壤濕潤(rùn)體水平擴(kuò)散半徑和垂直入滲距離的變化規(guī)律；王志榮等［9］進(jìn)行了粗砂土和粉壤土的點(diǎn)源入滲實(shí)驗(yàn)，得出了在不同滴頭流量情況下，滴灌下可以形成非充分供水和地表積水兩種入滲邊界，并對(duì)兩種邊界條件特點(diǎn)及其滴頭流量、灌水時(shí)間、濕潤(rùn)鋒、含水率分布等之間的關(guān)系進(jìn)行了分析；朱德蘭等［10］在粉質(zhì)黏土和重粉質(zhì)黏土中進(jìn)行了滴灌條件下土壤水分分布特性研究，并提出不同土壤水分水平擴(kuò)散和垂直擴(kuò)散隨時(shí)間變化的數(shù)學(xué)模型。而對(duì)沙壤土條件下滴灌研究較少，前人的研究方法主要是通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)或者室內(nèi)裝箱實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定滴灌入滲過(guò)程中土壤水分運(yùn)移、分布規(guī)律特性以及對(duì)外界影響因子進(jìn)行數(shù)值模擬和計(jì)算［11］，室內(nèi)滴灌實(shí)驗(yàn)破壞了土壤的原物理結(jié)構(gòu)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能有效地指導(dǎo)實(shí)踐。前人主要研究滴灌入滲過(guò)程濕潤(rùn)鋒的運(yùn)移以及土壤水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律，很少涉及到結(jié)束滴灌后土壤水分再分布過(guò)程研究，而對(duì)土壤水分運(yùn)移規(guī)律和結(jié)束灌水后土壤水分再分布的綜合研究較少［12-17］。為系統(tǒng)的研究滴灌下土壤水分運(yùn)移規(guī)律、并有效指導(dǎo)實(shí)踐，本文針對(duì)前人研究的不足，在沙壤土條件下進(jìn)行田間原位紅棗樹下單點(diǎn)源入滲試驗(yàn)，通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)土壤中水分在同一滴灌歷時(shí)不同滴灌量條件下的運(yùn)移過(guò)程，對(duì)比不同滴灌量情況下土壤水分運(yùn)移規(guī)律，系統(tǒng)的揭示了沙壤土下田間原位紅棗樹下滴灌水分運(yùn)移規(guī)律和土壤水分再分布規(guī)律，為滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供理論依據(jù)。

Industry of National Public Welfare （Forestry） Scientifi c Research （201304701-2）.

LI Hong， E-mail: hong1962@126.com.

30 April， 2015； Accepted 12 October， 2015

S152.7

A

1000-0275（2016）01-0174-08

10.13872/j.1000-0275.2015.0178

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)重大專項(xiàng)（201304701-2）。

張志剛（1986-），男，河北衡水人，博士研究生，主要從事節(jié)水灌溉、林果栽培方面的研究，E-mail: 648753460@qq.com；通訊作者：李宏（1962-），男，新疆伊犁人，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事森林培育方面的研究，E-mail：hong1962@126.com。

2015-04-30，接受日期：2015-10-12