張強(qiáng)偉 亢勇

摘要 為探明微潤灌對土壤水鹽運(yùn)移的影響，以南疆鹽堿土為研究對象，采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)，分析了不同初始含水率（0%、4%、8%、12%）條件下微潤灌土壤水鹽分布特征。結(jié)果表明，土壤累計(jì)入滲量及平均入滲率均隨著土壤含水率的升高而逐漸下降，成負(fù)相關(guān)關(guān)系；不同初始含水率濕潤體在垂直方向上均處于微潤帶埋設(shè)位置偏下，水平方向上成左右對稱關(guān)系；土壤初始含水率對濕潤鋒運(yùn)移距離及濕潤體的大小影響較?。浑S著初始含水率的逐漸增大，等值線圖逐漸變疏，土壤水勢梯度降低；初始含水率對濕潤體內(nèi)平均含水率影響較小；土壤脫鹽區(qū)范圍及脫鹽率隨著初始含水率的增大逐漸降低，兩者成負(fù)相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞 鹽堿土；初始含水率；微潤灌；土壤水鹽

中圖分類號 S274.2；S152.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）13-0183-04

Effect of Soil Initial Water Content on Soil Water and Salt Movement of Moistube-Irrigation

ZHANG Qiang-wei KANG Yong

（College of Water Resource and Architectural Engineering，Tarim University，Alar Xinjiang 843300）

Abstract In order to identify the effect of moistube-irrigation on water and salt movement，the saline-alkali soil irrigated by moistube was selected as the research object，the soil water and salt distribution characteristics were analyzed under different initial water content（0%，4%，8%，12%）by laboratory simulation test. The results showed that soil cumulative infiltration rate and the average infiltration rate were decreased with the increase of soil water content；each horizontal distribution of moisture was symmetric about the center of buried moistube. Each vertical distribution of moisture area under different buried depths was under the buried depths. Soil wetting pattern was under the embedding position and symmetric about the center of buried moistube. The size of the wetting front transport distance and wetting body changed small. Contour map was gradually sparse，soil water potential gradient was reduced.The average water content in the soil wetting pattern was small changed with initial soil water content.The range of soil desalting and desalting rate were decreased with the increase of initial soil water content.

Key words saline-alkali soil；initial water content；moistube-irrigation；soil water and salt

鹽分是影響作物生長的重要因子，鹽分分布與水分入滲、作物蒸騰和土壤蒸發(fā)作用有著密切的關(guān)系。生產(chǎn)實(shí)際中，一般利用灌溉技術(shù)對土壤鹽分進(jìn)行調(diào)控，為作物生長創(chuàng)造適宜的低鹽環(huán)境。不同的灌溉方式，土壤水分運(yùn)移差異較大，進(jìn)而影響土壤鹽分分布狀況[1]。

微潤灌溉是近年來發(fā)明的一種應(yīng)用半透膜技術(shù)的全新地下精準(zhǔn)微灌技術(shù)。該技術(shù)將利用功能性半透膜制成的微潤帶埋設(shè)在作物根系附近，以膜內(nèi)外水勢梯度為驅(qū)動，根據(jù)作物需水需求，以緩慢出流的方式為作物根區(qū)輸送水分。微潤帶出水孔均勻密集，水分出流可以看作“線源”狀，可有效防止地表蒸發(fā)、減少深層滲漏，其抗堵塞性能強(qiáng)、運(yùn)行成本低，是一種省水、高效的連續(xù)地下灌溉技術(shù)[2-3]。微潤灌與傳統(tǒng)灌溉方式的差異導(dǎo)致作物根區(qū)保持土壤水分的狀態(tài)也不盡相同，進(jìn)而對土壤水分和鹽分的運(yùn)移產(chǎn)生影響。目前已有研究表明，微潤灌土壤累積入滲量與水頭壓力成正相關(guān)，且水頭壓力越大，土壤水分分布范圍越廣，土壤平均含水率越高[4]。微潤帶埋深顯著影響土壤濕潤體的形狀，土壤累計(jì)入滲量與埋深成負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤濕潤均勻系數(shù)與埋深成正相關(guān)[5]。微潤灌土壤濕潤體是以微潤帶為軸心的柱狀體，黏壤土為近似圓柱體，砂土濕潤體橫剖面為“倒梨”形，砂土的濕潤范圍最大，壤土次之，黏土最小[6-7]。微潤灌條件下壓力水頭是影響流量的主要因素，土壤含水率和水勢呈對稱分布，濕潤面積略大于地下滴灌[8]。微潤帶埋深15 cm時(shí)，土層平均脫鹽率和土壤平均含水率分別達(dá)到26.05%、25.1%，為番茄生長創(chuàng)造了一個(gè)良好的水鹽環(huán)境[9]。

已有的研究成果為微潤灌技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供了一定的技術(shù)支撐，但針對南疆地區(qū)特殊氣候和土壤條件下的微潤灌研究，目前鮮有報(bào)道。微潤帶可適應(yīng)土壤含水率調(diào)整微孔出流量，土壤初始含水率必將對微潤灌溉土壤水分運(yùn)移及鹽分遷移產(chǎn)生較大的影響。本文以南疆鹽堿土為研究對象，設(shè)定不同的土壤初始含水率，分析其對微潤灌溉土壤水鹽運(yùn)移的影響，以期為微潤灌技術(shù)在南疆鹽堿地上的推廣和應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016年3—5月在塔里木大學(xué)節(jié)水灌溉試驗(yàn)基地（東經(jīng)80°51′、北緯40°37′）進(jìn)行。該區(qū)處于塔克拉瑪干沙漠南緣，多年平均氣溫10～11 ℃，年平均降水量50～70 mm，全年蒸發(fā)量1 400～1 700 mm。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)土壤取自塔里木沙漠邊緣未開墾的荒地，取土深度從表層至40 cm，土壤類型為砂壤土，土壤體積質(zhì)量為1.4 g/cm3，田間持水率為24%。將取得的土壤經(jīng)風(fēng)干、碾壓、均勻混合、過2 mm篩后制成試驗(yàn)土樣，混合后土壤中主要含有鈉離子、氯離子和硫酸根離子，其初始含鹽量為29.5 g/kg。將處理好土樣按照原始體積質(zhì)量分層裝入土槽（120 cm×60 cm×60 cm）內(nèi)，每1層高為5 cm，裝土高度為50 cm，層間打毛，以利于充分結(jié)合。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)4個(gè)土壤初始含水率，分別為0%、4%、8%、12%，利用馬氏瓶提供恒定水頭，水頭壓力1.5 m。灌水試驗(yàn)開始后用秒表記錄灌水時(shí)間，對馬氏瓶水位刻度進(jìn)行讀數(shù)。3～12 h內(nèi)每隔3 h測定1次，24 h測定1次，24～36 h內(nèi)每隔6 h測定1次，36～72 h內(nèi)每隔12 h測定1次。當(dāng)馬氏瓶水位降至1/3處添加水量，灌水時(shí)間控制在72 h。最終根據(jù)不同時(shí)間對應(yīng)的灌水量計(jì)算累計(jì)入滲量及入滲速率。灌水結(jié)束后，沿微潤帶方向上選取3個(gè)斷面，斷面間距為25 cm。在每個(gè)斷面上以微潤帶鋪設(shè)位置為參考位置0 cm，沿垂直于微潤帶方向向兩側(cè)5、10、15、20、25 cm處取樣，每個(gè)位置取樣深度分別為0、5、10、15、20、25、30、35、40 cm（圖1）。樣品土壤含水率、土壤含鹽量分別利用烘干法、電導(dǎo)法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤不同初始含水率對累計(jì)入滲量的影響

土壤不同初始含水率對土壤累計(jì)入滲量及微潤帶出流量具有明顯作用。由圖2可知，在整個(gè)灌水時(shí)間內(nèi)，初始含水率為0%的土壤累計(jì)入滲量最大，達(dá)到13.266 L，平均入滲率為184 mL/h；初始含水率為12%的土壤累計(jì)入滲量最小，僅為3.63 L，平均入滲率為50 mL/h。累計(jì)入滲量及平均入滲率均隨著初始含水率的升高逐漸下降，尤其土壤含水率達(dá)到12%，土壤累計(jì)入滲量及平均入滲率急劇下降，僅是初始含水率為0%的27%。分析認(rèn)為，土壤初始含水率直接影響微潤帶出流量。由于微潤帶流量的大小可根據(jù)膜內(nèi)外水勢梯度自行調(diào)節(jié)，在水頭壓力及微潤帶埋深一致的條件下，土壤初始含水率是影響膜內(nèi)外水勢梯度的唯一因素。微潤灌流量微小，直接將水輸送到土壤中，入滲主要受土壤含水率的影響，當(dāng)初始含水率較低時(shí)，入滲速率主要靠基質(zhì)勢和毛管力驅(qū)動，入滲界面土壤水勢較低，土壤入滲能力強(qiáng)，當(dāng)土壤有一定初始含水率時(shí)，土壤團(tuán)聚體遇水則會膨脹崩解，土壤孔隙度降低，形成不透水的結(jié)皮，土壤入滲速率較低。總體表現(xiàn)為土壤累計(jì)入滲量與土壤初始含水率成負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.2 土壤不同初始含水率對濕潤體內(nèi)水分分布及均勻度的影響

土壤不同初始含水率對累計(jì)入滲量影響較大，進(jìn)而影響土壤濕潤區(qū)范圍及濕潤體內(nèi)土壤含水率。由圖3可知，其中（0，15）為微潤帶埋設(shè)位置。不同初始含水率濕潤體在垂直方向上均處于微潤帶埋設(shè)位置偏下，水平方向上呈左右對稱關(guān)系。不同初始含水率濕潤鋒距離在水平方向上為均為0～15 cm、垂直方向上為0～35 cm土層，相差不大，說明土壤初始含水率對濕潤體的大小影響較小。

從濕潤體內(nèi)土壤含水率等值線圖疏密程度可以看出，土壤初始含水率越低，等值線越密，土壤水勢梯度較大；隨著初始含水率的逐漸增大，等值線圖逐漸變疏，土壤水勢梯度降低。分析認(rèn)為，土壤含水率越低，吸水能力越強(qiáng)，水分運(yùn)移速率越快。初始含水率為0%時(shí)，土壤水勢梯度達(dá)到最大值，微潤帶流量較高，水分運(yùn)移速率較快，土壤含水率增幅較大。初始含水率為12%時(shí)，由于土壤有一定的含水率，吸水能力下降，土壤之間水勢梯度相對降低，土壤含水率增幅較小，該現(xiàn)象與土壤累計(jì)入滲量呈對應(yīng)關(guān)系。灌水結(jié)束后，初始含水率為0%、4%、8%、12%的濕潤體內(nèi)平均含水率分別為16.35%、16.53%、16.31%、16.87%，初始含水率對濕潤體內(nèi)平均含水率影響較小。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，微潤灌溉濕潤均勻程度隨著初始含水率的增大而增大，當(dāng)初始含水率分別為0%、4%、8%和12%時(shí)，濕潤體灌水均勻度分別為87.23%、90.41%、92.53%和94.10%，濕潤體內(nèi)含水率多為10%～20%，能為作物生長提供適宜的水分環(huán)境。

2.3 土壤不同初始含水率對土壤鹽分的影響

土壤鹽分遷移一般隨著土壤水分的運(yùn)動而遷移。水分運(yùn)移特性不同，必然導(dǎo)致土壤鹽分呈現(xiàn)不同的空間分布特征。由圖4可知，不同初始含水率條件下，微潤帶土壤鹽分再分布均以微潤帶為中心，形成脫鹽區(qū)。

土壤初始含水率為0%和4%條件下，土壤脫鹽區(qū)范圍較大，水平方向?yàn)?～10 cm，垂直方向上為10～25 cm土層，土壤鹽分主要集中在30 cm土層。土壤脫鹽區(qū)范圍隨初始含水率的增大而降低，土壤初始含水率為8%條件下，土壤脫鹽區(qū)范圍水平方向?yàn)?～5 cm，垂直方向?yàn)?0～25 cm；土壤初始含水率為12%條件下，土壤脫鹽區(qū)范圍最低，垂直方向上僅為10～20 cm。土壤鹽分的運(yùn)移與水分密切相關(guān)，不同含水率條件下，微潤帶自動調(diào)節(jié)出水量，即土壤含水率越低，出流量越大。最終灌水結(jié)束后，不同處理下濕潤體內(nèi)平均含水率相差不大，說明在水頭壓力和微潤帶埋深一致條件下，微潤帶可根據(jù)土壤含水率狀況自行調(diào)節(jié)出水量，使土壤含水率處于平衡狀態(tài)；但從對鹽分淋洗效果來看，不同含水率處理對土壤脫鹽區(qū)影響較大，土壤含水率較高狀態(tài)下，土壤脫鹽區(qū)范圍較小。因此，在土壤含水率較高條件下，需提高水頭壓力，增大微潤帶出流量，才可對土壤鹽分形成有效淋洗。

經(jīng)計(jì)算，在初始含水率為0%、4%、8%、12%的條件下，脫鹽區(qū)內(nèi)土壤平均含鹽量分別為14.42、16.57、21.63、23.38 g/kg，平均脫鹽率為51.90%、43.80%、26.68%、20.75%。說明土壤初始含水率越高，微潤灌對土壤鹽分淋洗效果越差，脫鹽率越低。

3 結(jié)論與討論

土壤累計(jì)入滲量及平均入滲率均隨著含水率的升高逐漸下降，之間成負(fù)相關(guān)關(guān)系。在水頭壓力及微潤帶埋深一致條件下，土壤初始含水率是影響膜內(nèi)外水勢梯度的唯一因素。初始含水率較低，入滲速率主要靠基質(zhì)勢和毛管力驅(qū)動，入滲界面土壤水勢較低，土壤入滲能力強(qiáng)，初始含水率較高，土壤團(tuán)聚體遇水則會膨脹崩解，土壤孔隙度降低，形成不透水的結(jié)皮，土壤入滲速率降低。

不同初始含水率濕潤體在垂直方向上均處于微潤帶埋設(shè)位置偏下，水平方向上成左右對稱關(guān)系。土壤初始含水率對濕潤鋒運(yùn)移距離及濕潤體的大小影響較小。土壤初始含水率越低，等值線越密，土壤水勢梯度較大；隨著初始含水率的逐漸增大，等值線圖逐漸變疏，土壤水勢梯度降低。初始含水率為0%、4%、8%、12%的濕潤體內(nèi)平均含水率分別為16.35%、16.53%、16.31%、16.87%，初始含水率對濕潤體內(nèi)平均含水率影響較小。濕潤體內(nèi)含水率多為10%～20%，能為作物生長提供適宜的水分環(huán)境。

在水頭壓力和微潤帶埋深一致條件下，微潤帶可根據(jù)土壤含水率狀況自行調(diào)節(jié)出水量，使土壤含水率處于平衡狀態(tài)。不同初始含水率處理對土壤脫鹽區(qū)影響較大，土壤含水率較高狀態(tài)下，土壤脫鹽區(qū)范圍及脫鹽率較低，脫鹽效果較差，兩者成負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，在土壤含水率較高條件下，需提高水頭壓力，增大微潤帶出流量，才可對土壤鹽分形成有效淋洗。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 鄭曉輝，巴特爾·巴克，李宏，等.不同灌水方式下干旱區(qū)鹽堿地土壤水鹽運(yùn)移特征分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，42（5）：95-98.

[2] 楊文君，田磊，杜太生，等.半透膜節(jié)水灌溉技術(shù)的研究進(jìn)展[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2008，19（6）：60-63.

[3] 竇超銀，李春龍，李光永.吸力式微潤灌水器水力特性試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2012，34（4）：83-87.

[4] 薛萬來，牛文全，張俊，等.壓力水頭對微潤灌土壤水分運(yùn)動特性影響的試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2013，32（6）：7-11.

[5] 牛文全，張俊，張琳琳，等.埋深與壓力對微潤灌濕潤體水分運(yùn)移的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械報(bào)，2013，44（12）：128-134.

[6] 張俊，牛文全，張琳琳，等.微潤灌溉線源入滲濕潤體特性試驗(yàn)研究[J].中國水土保持科學(xué)，2012，10（6）：32-38.

[7] 吳衛(wèi)熊，張廷強(qiáng)，何令祖，等.微潤灌條件下廣西山區(qū)主要土壤水分運(yùn)移規(guī)律研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2016（12）：8-11.

[8] 張珂萌，牛文全，薛萬來，等.間歇和連續(xù)灌溉土壤水分運(yùn)動的模擬研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2015，34（3）：11-16.

[9] 張子卓，牛文全，許建，等.膜下微潤帶埋深對溫室番茄土壤水鹽運(yùn)移的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，23（9）：1112-1121.