葉建威，劉洪光，何新林，龔 萍，阿爾娜古麗·艾買(mǎi)提，陸華天

(石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832000)

0 引 言

鹽堿土是全球廣泛分布的一種土壤類(lèi)型，由于其土地質(zhì)量差、生產(chǎn)水平低，依然是我國(guó)最主要的典型中低產(chǎn)土地類(lèi)型之一。為了適應(yīng)我國(guó)人口增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的需要，針對(duì)鹽堿地的類(lèi)型特點(diǎn)進(jìn)行合理有效的改良治理調(diào)控成為科研工作者重要課題。據(jù)資料顯示，中國(guó)約有鹽堿土地9 910 萬(wàn)hm2，占世界鹽堿地面積10.38%，近1 730 萬(wàn)hm2土壤有潛在鹽漬化威脅[1]，其中干旱-半干旱西北地區(qū)是鹽漬土主要地帶，總面積約1 300 萬(wàn)hm2，大面積耕地需要重點(diǎn)治理[2]。新疆地處西北干旱區(qū)，全疆耕地面積411.354 萬(wàn)hm2，因鹽漬化影響作物生長(zhǎng)面積約100 萬(wàn)hm2[3]，而治理鹽堿地重點(diǎn)是要以排鹽、隔鹽、防鹽為主，同時(shí)需要積極培肥土壤[4]。膜下滴灌技術(shù)將滴灌技術(shù)與覆膜技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮各自?xún)?yōu)點(diǎn)，對(duì)干旱區(qū)節(jié)水和防止次生鹽漬化的進(jìn)一步發(fā)展具有雙重作用。許多研究表明[5,6]，膜下滴灌技術(shù)節(jié)水同時(shí)能使作物在鹽漬化土壤上獲得高產(chǎn)，但面對(duì)一些土壤表層含鹽量大于2%以上的重鹽堿地，膜下滴灌技術(shù)在解決出苗問(wèn)題和后續(xù)生長(zhǎng)問(wèn)題出現(xiàn)了困難[7,8]，鹽分會(huì)積累在濕潤(rùn)區(qū)邊緣，若遇小雨，鹽分極有可能會(huì)被沖回到作物根部區(qū)而引起鹽害[9]，為了使之繼續(xù)有效運(yùn)行，在膜下滴灌技術(shù)上增加開(kāi)溝技術(shù)，形成開(kāi)溝覆膜滴灌技術(shù)。由于覆膜抑制蒸發(fā)，裸地蒸發(fā)較強(qiáng)烈，開(kāi)溝形成土埂為鹽堿創(chuàng)建一個(gè)存在空間, 將鹽堿更有效的調(diào)節(jié)到作物根系區(qū)以外, 從而達(dá)到鹽堿在土壤的局部分離, 滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)需要目的(如圖1所示)。

圖中：①-滴灌帶；②-地膜；③-作物；④-土壤濕潤(rùn)區(qū)；⑤-土壤脫鹽通道；⑥-土壤鹽分累積區(qū)；⑦-土壤水分蒸發(fā)圖1 開(kāi)溝覆膜滴灌技術(shù)示意圖

新疆葡萄種植面積和產(chǎn)量均占全國(guó)的50%以上，是中國(guó)最重要葡萄生產(chǎn)和供應(yīng)基地，但每年因缺水和鹽堿導(dǎo)致葡萄減產(chǎn)超過(guò)20%，接近40 萬(wàn)t，損失巨大，而國(guó)內(nèi)外針對(duì)鹽堿土滴灌水鹽分運(yùn)移過(guò)程的研究主要集中在棉花、小麥、番茄等作物上，對(duì)葡萄地的水鹽養(yǎng)分運(yùn)移規(guī)律與調(diào)控系統(tǒng)研究較少。本文在開(kāi)溝覆膜滴灌技術(shù)上，對(duì)田間桁架葡萄下水分及溫度變化規(guī)律進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究，為系統(tǒng)制定鹽堿地上灌溉制度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)選擇在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師147團(tuán)6連，該區(qū)位于瑪納斯河下游，天山北麓中段，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，年降雨量106.1～178.3 mm，年蒸發(fā)量1 722.5～2 260.5 mm，地理坐標(biāo)位置86°00′～86°15′E，44°22′～44°50′N(xiāo)，日照長(zhǎng)，霜期短，熱量豐富，晝夜溫差大，春季風(fēng)多。試驗(yàn)區(qū)整體地形東南高，西北低，南北海拔387.3～350 m，地面坡降1/500～1/700，由東南-西北向瑪納斯河呈帶狀分布，灌溉采用渠系引水方式，水源礦化度低，灌溉用水礦化度為39 mg/L，對(duì)土壤鹽分影響較小，種植作物主要為棉花、葡萄等。

1.2 試驗(yàn)區(qū)土壤理化性質(zhì)

試驗(yàn)地為當(dāng)年開(kāi)墾的生荒鹽堿地，取試驗(yàn)地0～60 cm深度內(nèi)土壤進(jìn)行分析，每層30 cm；將土樣風(fēng)干碾碎，過(guò)2 mm篩，采用Beckman Coulter公司生產(chǎn)的LS13320-全新納微米激光粒度分析儀測(cè)定砂粒、粉粒和黏粒含量，并且按照國(guó)際制土壤質(zhì)地分類(lèi)，同時(shí)用環(huán)刀法測(cè)定各層土壤干容重，田間持水率，飽和含水率，經(jīng)換算，得體積含水率。結(jié)果如表1所示。試驗(yàn)用水為當(dāng)?shù)厍邓?，常年平均礦化度在1 g/L以下。

表1 供試土壤主要理化性質(zhì)表

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

種植葡萄品種為無(wú)核紫葡萄品種，灌溉時(shí)間每年4-9月，種植間(行)距3.5 m，株距2 m，行長(zhǎng)90 m。滴灌帶鋪設(shè)采用新疆天業(yè)公司生產(chǎn)單翼迷宮式滴灌帶，規(guī)格為φ16，滴頭間距0.3 m，流量為3.2 L/h，每行鋪設(shè)2條毛管帶，對(duì)壟溝進(jìn)行覆膜。試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，其中開(kāi)溝模式設(shè)計(jì)2個(gè)，灌水定額3種，設(shè)置1組重復(fù)。各處理方案見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在葡萄果粒膨大期(6月23日)，每個(gè)處理安裝兩套美國(guó)Decagon公司生產(chǎn)的EM50數(shù)據(jù)采集器，設(shè)置EM50測(cè)量間隔6 h，5個(gè)傳感器安裝深度分別為10、20、30、40、60 cm共5層，安裝位置如圖2所示，一套EM50安裝在兩顆葡萄樹(shù)間距中點(diǎn)位置，另一套EM50安裝在開(kāi)溝覆膜邊，兩套儀器水平間距60 cm。在監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)(葡萄收獲期9月23日)，對(duì)EM50儀器連續(xù)自動(dòng)采集的土壤含水率、溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖2 EM50安裝示意圖(單位：cm)

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄生育期內(nèi)土壤含水率分布

經(jīng)種植葡萄果粒膨大期、果粒成熟期、枝條成熟期(6-9月)田間試區(qū)連續(xù)監(jiān)測(cè)，在各自試驗(yàn)處理下，將0～60 cm深度內(nèi)監(jiān)測(cè)土壤含水量做均值處理，得覆膜中與膜外邊下方土壤體積含水量隨監(jiān)測(cè)日期變化規(guī)律如圖3所示。從圖3可以看出，在監(jiān)測(cè)時(shí)段期間，田間灌水共進(jìn)行5次，每次灌水后，無(wú)論是覆膜中還是覆膜外土壤含水量均增幅明顯，在強(qiáng)烈蒸發(fā)外界條件下，覆膜邊由于沒(méi)有覆膜遮蓋，水分降低幅度較覆膜中稍快，但隨著灌水定額的增加，覆膜中與覆膜邊含水量差異在逐漸減小，這是因?yàn)楣嗨~增加，灌溉水受到重力勢(shì)和基質(zhì)勢(shì)雙重作用下，水分入滲加快，水分向四周擴(kuò)散速度加快，使得覆膜邊下方土壤含水量逐漸增大。當(dāng)開(kāi)溝模式為20 cm×100 cm，灌水定額為300 m3/hm2，覆膜中灌水前與灌水后土壤體積含水量0.24～0.38，覆膜邊灌水前后土壤體積含水量0.22～0.36，均接近土壤田間持水量，基本滿(mǎn)足作物根系吸水要求。灌水定額為375、450 m3/hm2時(shí)，灌水后覆膜中土壤含水量最大增加至0.41、0.42，覆膜邊土壤含水量最大增加至0.36、0.37，說(shuō)明加大灌水定額有利于滴灌帶表面積水區(qū)面積增大，使得鹽堿土壤在滴頭下方形成飽和區(qū)增大，入滲速率加快。

圖3(d)～(f)顯示了種植葡萄開(kāi)溝模式為20 cm×120 cm時(shí)，各生育期間土壤含水量在不同灌水處理下的變化規(guī)律。由圖3可知，在開(kāi)溝寬度不變，開(kāi)溝寬度由100 cm增加至120 cm，灌水定額為300 m3/hm2，覆膜中灌水前與灌水后土壤體積含水量0.21～0.41，覆膜邊灌水前后土壤體積含水量0.22～0.26，由此可見(jiàn)，隨著開(kāi)溝寬度的增大，覆膜中土壤含水量變化不明顯，但對(duì)于覆膜邊土壤含水量影響明顯，呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)殚_(kāi)溝寬度增加，表面覆膜面積也增加，使得土壤蒸發(fā)面遠(yuǎn)離滴灌帶，水分向外擴(kuò)散緩慢。灌水定額為375 、450 m3/hm2時(shí)，灌水后覆膜中土壤含水量最大增加至0.42、0.43，覆膜邊土壤含水量最大增加至0.35、0.37，說(shuō)明在開(kāi)溝寬度增大情形下，加大灌溉定額同樣有利于水分向未覆膜區(qū)域運(yùn)移。

圖3 葡萄生育期內(nèi)土壤體積含水量隨時(shí)間變化圖

2.2 葡萄生育期內(nèi)土壤溫度變化

研究表明，覆膜技術(shù)具有可明顯改善土壤水分狀況，增溫保墑的功能，同時(shí)還能抑制雜草生長(zhǎng)，減少不必要水分消耗[10,11]。葡萄屬于喜溫植物，根據(jù)葡萄根系生物學(xué)特性顯示，土壤水分與土溫維持在14-35℃適宜條件下，有利于葡萄根系生長(zhǎng)與漿果糖分積累和有機(jī)酸分解。將0～60 cm土層溫度做均值處理，選取每日12時(shí)與24時(shí)土壤溫度，作各處理土壤溫度逐日變化圖，如圖4、圖5所示。從圖4可以看出，12時(shí)正處于地溫上升階段，溫度變化幅度在16～28 ℃，開(kāi)溝模式為20 cm×100 cm時(shí)，監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)土層溫度在夏季(6-7月)天氣炎熱時(shí)表現(xiàn)為較高，最高達(dá)到29 ℃；在葡萄生育期結(jié)束時(shí)(秋季9月)表現(xiàn)為較低，最低為15 ℃。隨著灌水定額增加，覆膜中與覆膜邊土溫差異逐漸減小，尤其是當(dāng)灌水定額為450 m3/hm2，兩種開(kāi)溝模式下土壤溫度均值膜中與膜邊基本一致，這說(shuō)明加大灌溉用水量，有利于擴(kuò)大土壤溫度穩(wěn)定的范圍。

圖4 各處理下12時(shí)土溫逐日變化圖

圖5 各處理下24時(shí)土溫逐日變化圖

從圖5可以看出，兩種開(kāi)溝模式下，24時(shí)土壤溫度變化幅度在18～31 ℃間，均大于12時(shí)土壤溫度，這是由于當(dāng)夜間大地溫度開(kāi)始向四周散熱時(shí)，覆膜給土體提供增溫保墑作用。在相同灌水定額下，隨著開(kāi)溝寬度增加，膜邊溫度較膜中溫度變化差異大，這是由于水分入滲范圍增加，土壤熱擴(kuò)散速度變慢。隨著灌水定額加大，水分?jǐn)U散范圍也逐漸增加，土壤溫度受水分影響較大，膜中膜邊溫度差異小。

圖4、圖5顯示，葡萄生育期內(nèi)(果粒膨大期、果粒成熟期、枝條成熟期)，在覆膜與灌溉水的相互作用下，給葡萄生長(zhǎng)提供了一個(gè)良好的溫度環(huán)境，從而有利于葡萄產(chǎn)量與品質(zhì)的提高。

3 結(jié) 論

(1)葡萄果粒膨大期、果粒成熟期、枝條成 熟期(6-9月)土壤水分連續(xù)監(jiān)測(cè)顯示，在開(kāi)溝模式為20cm×100cm，灌水定額為300m3/hm2時(shí)，無(wú)論是膜中還是膜邊，灌水前后土壤含水量維持在0.22～0.38，大部分時(shí)間土壤含水量保持在田間持水量以上，滿(mǎn)足作物根系吸水。加大灌水定額后，在覆膜影響下，滴灌帶表面積水區(qū)面積增大，使得鹽堿土壤在滴頭下方形成飽和區(qū)增大，入滲速率加快；隨著開(kāi)溝深度的增大，覆膜中土壤含水量變化不明顯，但對(duì)于覆膜邊土壤含水量影響明顯，呈下降趨勢(shì)。

(2)葡萄果粒膨大期、果粒成熟期、枝條成熟期(6-9月)土壤溫度連續(xù)監(jiān)測(cè)顯示，無(wú)論是溫度上升期(12時(shí))，還是夜間下降期(24時(shí))，土體溫度變化幅度均在15～31 ℃，給葡萄生長(zhǎng)提供良好的溫度環(huán)境，利于葡萄產(chǎn)量與品質(zhì)的提高。

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