楊玉輝，李朝陽，王興鵬,2

(1.塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，河南 新鄉(xiāng) 453000)

土壤鹽漬化問題長期以來一直困擾著南疆地區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。為了有效改善土壤鹽漬化所帶來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題，當(dāng)?shù)仄毡椴捎幂^為傳統(tǒng)的大定額冬春灌淋洗方式控制和減少土壤含鹽量[1]。在膜下滴灌條件下，棉田含鹽量在生育期0～60 cm土層范圍內(nèi)表現(xiàn)為積鹽狀態(tài)，并以40～60 cm積鹽最多，所以定期大水漫灌洗鹽是土壤脫鹽的重要手段[2]。Letey等[3]建立了以淋洗需要量和鹽分平衡指數(shù)作為淋洗灌水量和淋洗效率的評價(jià)指標(biāo)，Chen等[4]認(rèn)為大水漫灌對土壤鹽分的淋洗效果更佳。一般冬灌淋洗深度可達(dá)60 cm，效果較春灌要好[5]。彭振陽等[6]認(rèn)為局部秋澆會(huì)促使鹽分向上層土壤運(yùn)動(dòng)，從而增加土壤剖面的含鹽量。羅玉麗等[7]提出內(nèi)蒙古引黃灌區(qū)適宜秋澆定額為1 500 m3/hm2。在南疆地區(qū)開展的相關(guān)研究表明，春灌水量為1 800 m3/hm2，冬灌定額在3 500～4 000 m3/hm2對鹽分淋洗效果較好[8，9]。當(dāng)然，并非冬春灌水量越多，脫鹽效果越好[10]。因此，對于不同鹽漬化程度的土壤而言，適宜的淋洗定額是決定土壤脫鹽效果的關(guān)鍵因素，應(yīng)根據(jù)自然條件和灌溉排水條件的不同因地制宜地確定相應(yīng)的冬春灌定額[11]。目前，南疆地區(qū)冬春灌淋洗定額一般是大田等定額統(tǒng)一地面灌溉，灌水定額的確定也較為隨意，較少考慮不同鹽漬化程度及不同淋洗深度對鹽分淋洗定額的影響。本文確定了不同鹽漬化程度條件下的排鹽系數(shù)，并計(jì)算出不同鹽漬化程度及不同深度土壤的理論淋洗定額，對理論值進(jìn)行實(shí)測驗(yàn)證，為合理制定南疆地區(qū)農(nóng)田冬春灌定額提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師阿拉爾市11團(tuán)(81°17′56.52″E，40°32′36.90″N)，屬于典型大陸性極端干旱沙漠氣候，干旱少雨，年降水量46.7～61.2 mm，年蒸發(fā)量高達(dá)1 877.5～2 337.4 mm，日照長，晝夜溫差大，年均日照時(shí)數(shù)2 729.0 h，最熱月平均氣溫為25～27 ℃，氣溫最低月為1月，多在-22～-30℃，無霜期長，達(dá)200 d以上，干旱指數(shù)為7～20。土壤質(zhì)地為沙壤土，土壤平均密度為1.35～1.56 g/cm3，土壤透氣性良好，0～80 cm田間持水率為25%～28%(重量含水率)，土壤鹽分值在0.18%～1.29%，地下水埋深在2 m左右。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品

在阿拉爾墾區(qū)11團(tuán)根據(jù)不同的土壤鹽漬化程度選擇7個(gè)采樣點(diǎn)，將0～40 cm深度的土樣取回室內(nèi)自然風(fēng)干磨碎備用，測定土壤鹽分初始值 (%)，測定的土樣含鹽量分別為0.446%、0.588%、0.593%、0.779%、0.829%、1.039%、1.109%。環(huán)刀分層取樣測定的0～40 cm土壤密度均值為1.56 g/cm3，土壤類型為沙壤土。

2.2 土壤排鹽系數(shù)計(jì)算

將不同鹽分初始值的風(fēng)干土過篩，分層裝入不同的土柱內(nèi)，土柱直徑25 cm，高度為40 cm，下部開孔，并用無紡布多層鋪設(shè)，防止土粒隨水排出。按照土壤鹽分初始值大小依次編號1～7，每個(gè)處理3次重復(fù)。

將m=0.02 m3(相當(dāng)于1 050 m3/hm2)的水量灌入土柱內(nèi)，待底部不再有水分排出后靜置3～5 d，分層取土(5～10、10～20、20～30、30～40 cm)測定淋洗后土柱剖面的鹽分均值s1(%)，由式(1)分別計(jì)算出不同處理的排鹽系數(shù)k[12]：

k=s′/m

(1)

式中：k為排鹽系數(shù)，表示單位體積淋洗水能排走的鹽量，kg/m3，一般取值為15～75；s′=s0-s1，淋洗前后的鹽分差值，%；m是灌溉水量，m3。

2.3 土壤淋洗定額計(jì)算

土壤淋洗定額由下式計(jì)算所得[12]：

M=m1+m2+E-P可簡化為M=M1+M2

(2)

m1=β1-β2=γh(θmax-θ0)

(3)

m2=1 000γh(s0-s2)/k

(4)

式中：M為淋洗定額，mm；m1為計(jì)劃淋洗層的土壤含水量與田間持水量的差額，mm；m2為按計(jì)劃的淋洗脫鹽標(biāo)準(zhǔn)淋洗鹽分所需的水量，mm；E為淋洗期內(nèi)的蒸發(fā)水量，mm，在南疆地區(qū)，由于淋洗一般在11月或次年3月，氣溫低，蒸發(fā)量小，一般可忽略不計(jì)；p為淋洗期內(nèi)可利用的水量，mm，在南疆地區(qū)淋洗期內(nèi)降水較少可忽略；h為計(jì)劃淋洗層的深度，m；r為計(jì)劃淋洗層的土壤密度，kg/m3；β1為田間持水量時(shí)計(jì)劃淋洗層內(nèi)水量，mm，β1=rhθmax，θmax為實(shí)測的田間持水率，θmax=26.36%；β2為計(jì)劃淋洗層的土壤實(shí)際含水量，mm，β2=rhθ0，在本實(shí)驗(yàn)中為風(fēng)干土，所以θ0=0；s0為計(jì)劃淋洗層的實(shí)際鹽分值占干土重的百分?jǐn)?shù)，%(分別是淋洗深度0～10、0～20、0～30 cm的實(shí)際鹽分值)；s2為計(jì)劃淋洗層的土壤允許鹽分值占干土重的百分?jǐn)?shù)，%(本實(shí)驗(yàn)中土壤脫鹽標(biāo)準(zhǔn) 均取值為0.3%)。

2.4 土壤實(shí)際脫鹽值驗(yàn)證

在南疆地區(qū)當(dāng)土壤鹽分值低于0.3%時(shí)能夠滿足作物的正常生長，因此設(shè)定計(jì)劃淋洗層脫鹽標(biāo)準(zhǔn)為0.3%，在土柱內(nèi)驗(yàn)證理論淋洗定額的實(shí)際淋洗鹽分值與脫鹽標(biāo)準(zhǔn)值0.3%是否一致。實(shí)驗(yàn)用土壤鹽分初始值分別為0.446%、0.588%、0.593%、0.779%、0.829%、1.039%、1.109%，設(shè)置的土壤鹽分淋洗深度為10、20、30 cm，共計(jì)21個(gè)處理。將式(2)計(jì)算出的不同深度理論淋洗定額 灌入土柱中，待土柱底部不再有水分滲出靜置3～5 d后，分別測定不同處理0～5、5～10、10～20、20～30 cm深度的土壤含鹽量均值s3(%)。并計(jì)算不同處理的脫鹽率η(%)，η=(s0-s3)/s0。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤排鹽系數(shù)分析

排鹽系數(shù)是計(jì)算土壤鹽分淋洗定額的重要參數(shù)。由式(1)計(jì)算出不同初始土壤鹽分值排鹽系數(shù)結(jié)果如圖1所示。由圖1可看出，在一定的灌水定額條件下，淋洗后的土壤鹽分值較初始值出現(xiàn)了較大幅度的降低，土壤初始鹽分值越大淋洗效果越明顯。對于同一質(zhì)地土壤，土壤鹽漬化程度不同其排鹽系數(shù)也不相同，排鹽系數(shù)隨著土壤初始鹽分值的增加而增大，因此，在淋洗定額計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的鹽漬化程度選擇適宜的排鹽系數(shù)。

圖1 土壤排鹽系數(shù)Fig.1 Saline drainage coeffient

3.2 土壤鹽分淋洗定額的理論計(jì)算值

根據(jù)式(1)確定的排鹽系數(shù)k值，與式(2)～(4)計(jì)算出脫鹽標(biāo)準(zhǔn)分別為0.3%、0.2%、0.1%所對應(yīng)的不同初始土壤鹽分值、不同淋洗深度所需的淋洗定額理論值，計(jì)算結(jié)果見表1。由表1可看出，在同一脫鹽標(biāo)準(zhǔn)條件下，土壤鹽分淋洗定額與土壤初始含鹽量、淋洗深度關(guān)系較大，土壤鹽分初始值越大淋洗定額越大，隨著淋洗深度的增加淋洗定額也較大。對于不同的脫鹽標(biāo)準(zhǔn)而言，提高脫鹽標(biāo)準(zhǔn)則需要增加淋洗定額。表1僅是利用公式計(jì)算得出的不同脫鹽標(biāo)準(zhǔn)下的淋洗定額值，是否與實(shí)際灌溉相符則需要進(jìn)一步的實(shí)測驗(yàn)證。

表1 鹽分淋洗定額理論計(jì)算值Tab.1 Salt-leaching quota

3.3 土壤實(shí)際脫鹽值驗(yàn)證

將理論計(jì)算出的淋洗定額灌入不同處理的備用土柱中，實(shí)測驗(yàn)證土柱中的淋洗后的鹽分值與設(shè)定的脫鹽標(biāo)準(zhǔn)值是否相一致，選擇脫鹽標(biāo)準(zhǔn)值0.3%為對照。由理論淋洗定額灌入土柱后測得的實(shí)際脫鹽值及脫鹽率見表2。由表2可知，淋洗后不同處理的鹽分淋洗效果均較為明顯，淋洗后的土壤鹽分值較初始值均有不同程度的降低，土壤脫鹽率隨著淋洗深度的增加而增大。在土壤鹽分初始值為0.446%、0.588%、0.593%的處理中，淋洗后的土壤鹽分值與脫鹽標(biāo)準(zhǔn)值0.3%相差不大，甚至低于脫鹽標(biāo)準(zhǔn)，說明理論淋洗定額能夠滿足土壤實(shí)際脫鹽需求的，淋洗定額較為適宜。當(dāng)土壤鹽分初始值為0.779%、0.829%、1.039%、1.109%時(shí)，淋洗后的土壤實(shí)際鹽分值均高于脫鹽標(biāo)準(zhǔn)值0.3%，說明理論淋洗定額在進(jìn)行高鹽漬化土壤淋洗時(shí)，其實(shí)際脫鹽值并沒有達(dá)到理論所要求的脫鹽標(biāo)準(zhǔn)值，淋洗定額偏小，為了達(dá)到要求的淋洗效果應(yīng)適度增加淋洗定額。造成實(shí)際淋洗后的脫鹽值高于脫鹽標(biāo)準(zhǔn)值的另一個(gè)原因則是實(shí)驗(yàn)中土壤初始含水率θ0=0， 進(jìn)入土柱中的一部分淋洗定額水量首先要滿足濕潤土壤消耗，當(dāng)超過田間持水率后鹽分才會(huì)隨水分向下運(yùn)移。

表2 實(shí)際脫鹽值及脫鹽率Tab.2 Desalination value and Desalination rate

4 結(jié) 語

(1)南疆地區(qū)土壤鹽漬化程度不同，排鹽系數(shù)不同。土壤鹽分初始值為0.446%、0.588%、0.593%、0.779%、0.829%、1.039%和1.109%的沙壤土排鹽系數(shù)分別為16.7、23.1、23.7、33.1、35.3、46.4和47.3。

(2)以脫鹽標(biāo)準(zhǔn)0.3%進(jìn)行理論淋洗定額的實(shí)測驗(yàn)證，結(jié)果表明，土壤鹽分值為0.446%、0.588%、0.593%淋洗后的土壤鹽分值接近脫鹽標(biāo)準(zhǔn)值0.3%，說明理論淋洗定額滿足土壤實(shí)際脫鹽需求。而土壤鹽分值為0.779%、 0.829%、1.039%、1.109%淋洗后的土壤實(shí)際鹽分值均高于脫鹽標(biāo)準(zhǔn)值0.3%，說明理論淋洗定額偏小，在大田應(yīng)用時(shí)應(yīng)適度調(diào)整淋洗定額。

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