郭安安 王夢(mèng)琴 王為木

摘要：目的：研究田間條件下微咸水滴灌對(duì)土壤水鹽運(yùn)移的影響。方法：通過在河海大學(xué)節(jié)水園區(qū)內(nèi)栽培番茄小區(qū)試驗(yàn)，對(duì)3種滴頭流量（2、3、4L/h）及2種灌溉水礦化度（2、4g/L）對(duì)微咸水點(diǎn)源滴灌入滲后的土壤水鹽運(yùn)移進(jìn)行研究。結(jié)果：在縱向及水平向距離滴頭5～15cm土層，土壤含水率隨灌溉水礦化度及滴頭流量的增大而增大;隨著灌溉水礦化度的增大和土層深度增加，鹽分累積量也越大;滴頭流量越小，表層脫鹽效果越好。結(jié)論：微咸水滴灌最好采用較小的灌溉水礦化度和滴頭流量。

關(guān)鍵詞：滴頭流量;灌溉水礦化度;土壤水鹽運(yùn)移

中圖分類號(hào) S156.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）12-0118-4

Abstract：Objective：To study the effects of brackishwater drip irrigation on soil water andsalt movement in field. Method：Field experiments of tomatoes were conducted to investigate the effects of dripper flow（2，3，4 L/h） and brackish water salinity（2，4 g/L） onsoil water andsalt movement after the point source infiltration ofbrackish water in Water-saving Park of Hohai University. Result：With the increase of irrigation watersalinity anddripper flow，soil water content gradually increased in the soil layer，which is 5-15cm from the emitter in both vertical and horizontal directions.Soil salt accumulation increased with the increase of brackish water salinity and soil depth. The surface soil achieve better desalination effect with lower dripper discharge rate. Conclusion：Usingless brackish water salinity and lower dripper flow is better in brackish water drip irrigation.

Key words：Dripper flow;Brackish water salinity;Soil water and salt migrationbrackish water drip irrigation

目前，國(guó)內(nèi)外在利用微咸水灌溉方面已經(jīng)進(jìn)行了大量的實(shí)踐，微咸水的利用可有效彌補(bǔ)地區(qū)降雨量少、農(nóng)田灌溉水資源短缺的劣勢(shì)，甚至使一些作物更高產(chǎn)。研究結(jié)果表明，采用滴灌方式進(jìn)行微咸水灌溉比傳統(tǒng)的地面灌溉可獲得更高的產(chǎn)量，同時(shí)大大減少了用水量[1]。由于滴灌的淋洗作用，鹽分向濕潤(rùn)鋒附近積累，在滴頭下方的土壤含鹽量比較小，可為作物提供較好的生長(zhǎng)環(huán)境[2]。但一些學(xué)者由室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期的微咸水滴灌、灌溉水礦化度的升高都可能導(dǎo)致鹽分的表聚[3]，這些鹽分可能會(huì)隨著灌溉水或降水向下移動(dòng)到作物根區(qū)，從而抑制作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收[4]，影響作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量;滴頭流量的大小則直接影響土壤水分分布狀況[5]。實(shí)際生產(chǎn)的田間，土壤孔隙還易受到外界環(huán)境條件、大孔隙發(fā)育、微生物活動(dòng)等因素的干擾，水鹽動(dòng)向存在優(yōu)先路徑，這使得土壤水鹽運(yùn)移特征更為復(fù)雜。鑒于此，筆者采用田間試驗(yàn)環(huán)境，使用微咸水滴灌方式，探討該環(huán)境不同滴頭流量和不同灌水水質(zhì)條件下土壤水分及鹽分的運(yùn)移特征，以期為在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中合理利用微咸水資源提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)在河海大學(xué)節(jié)水園區(qū)內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于北緯31°86′，東經(jīng)118°60′，屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候，冬冷夏熱，四季分明，年平均降雨量1021.3mm，年平均蒸發(fā)量900mm，平均濕度81%。年均日照時(shí)數(shù)2212.8h，日照時(shí)數(shù)百分率約50%，試驗(yàn)期間最熱月平均溫度28.1℃。土壤類型為黃棕壤，質(zhì)地為壤粘土，試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)如表所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 田間試驗(yàn)設(shè)置灌溉水礦化度、滴頭流量2個(gè)因素。灌溉水設(shè)置2種代表性微咸水礦化度水平，2、4，分別代表灌溉水礦化度為2g/L的水、灌溉水礦化度為4g/L的水。設(shè)置3種滴頭流量水平S、M、Q，分別代表滴頭流量為2L/h、3L/h和4L/h。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共6個(gè)處理，分別為2S、2M、2Q、4S、4M、4Q，每個(gè)處理重復(fù)3次，共18個(gè)小區(qū)，試驗(yàn)在避雨棚內(nèi)進(jìn)行。根據(jù)番茄不同生育階段，結(jié)合當(dāng)?shù)毓喔冉?jīng)驗(yàn)，制定灌溉定額為550mm。試驗(yàn)之前，平整土地，去掉地表面鹽殼及殘留的地膜等垃圾，并在移栽番茄幼苗前進(jìn)行1次灌水沖洗試驗(yàn)地，灌水定額為50mm，目的是淋洗土壤鹽分和土壤貯水，使土質(zhì)更松軟。所用的水源為試驗(yàn)區(qū)自來水，微咸水采用質(zhì)量比為1∶1的NaCl和CaSO4混合自來水配制而成，配制好后將其搖勻溶解，灌入在供試植株正上方預(yù)先布置好的輸液袋中進(jìn)行滴灌，試驗(yàn)所用輸液袋調(diào)節(jié)夾具有調(diào)節(jié)流速功能。供試作物為當(dāng)?shù)胤阎仓辏贩N為“霞粉”，每個(gè)小區(qū)按3行3列進(jìn)行播種，每個(gè)小區(qū)共計(jì)9株，番茄行距80cm，株距40cm。試驗(yàn)于2018年4月24日栽種幼苗，7月13日開始收獲，直到9月都處于成熟期中。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法 微咸水滴灌試驗(yàn)分別在7月16日、8月1日、8月15日進(jìn)行，此期間供試番茄處于逐漸成熟階段，由于實(shí)際生產(chǎn)中若持續(xù)微咸水灌溉將導(dǎo)致土壤返鹽，因此每2次滴灌期間使用淡水灌溉50mm以模擬實(shí)際生產(chǎn)中的灌溉[6，7]。每次微咸水滴灌完成后立即通過土鉆在田間獲取土樣，土鉆在沿水平方向距離滴頭5、15、25cm處分別取土，每次取30cm深度的土壤，將30cm土壤平均分成3段、每段10cm，取每段中心典型部分土壤。每個(gè)取樣點(diǎn)取200g左右土混合均勻，多余的土按原位回填鉆孔。取大于1g的土樣在105℃烘箱內(nèi)烘8h，稱重測(cè)定土壤各層含水率;利用電導(dǎo)儀測(cè)定土壤含鹽量（土水比為1∶5的配比），使用感度為0.001kg的電子秤稱量。利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水分分布規(guī)律

2.1.1 土壤縱向水分分布 圖1給出了不同灌水礦化度及不同滴頭流量組合灌溉條件下距滴頭水平距離5cm處縱向的土壤含水率分布。由圖1可見，隨著土層深度的增長(zhǎng)土壤含水率呈下降趨勢(shì)，6個(gè)處理25cm處土層含水率相較于5cm處土層含水率分別下降了1.50%、1.69%、3.28%、3.05%、4.11%、4.54%;隨著土壤深度的增大，下降的趨勢(shì)逐漸放緩，5～15cm土層內(nèi)土壤含水率降幅較大，平均下降2.29%，15～25cm土層內(nèi)平均下降0.74%，土壤深度越深，孔隙度減小，灌溉水入滲難度加大，水分?jǐn)U散緩慢。在流量一致的條件下，5～25cm土層內(nèi)流量水平為S、M、Q實(shí)驗(yàn)組內(nèi)礦化度為4g/L，相較于2g/L灌溉處理下，土壤含水率分別上升1.15%、1.21%、0.82%，說明隨著灌溉水礦化度的升高，土壤含水率增大。這可能是由于礦化度增大導(dǎo)致根系吸水受到脅迫，使較多的水分不能被作物根系吸收和利用，存留在土壤中，且灌溉水礦化度越大，鹽分脅迫也越嚴(yán)重，存留在土壤中的水分也越多。在礦化度一致的條件下，5～15cm土層內(nèi)土壤含水率隨著滴頭流量的增大而增加，這是由于滴頭流量增加，同一時(shí)刻土壤濕潤(rùn)鋒推進(jìn)距離越遠(yuǎn)[8];縱向15～25cm內(nèi)土層土壤含水率變化規(guī)律性較低。

2.1.2 土壤水平向水分分布 圖2給出了不同灌溉水礦化度、不同滴頭流量的微咸水點(diǎn)源入滲試驗(yàn)后，水平方向上土壤含水率的變化趨勢(shì)。在地表水平方向上，2S、2M、2Q、4S、4M、4Q這6個(gè)處理下距離滴頭水平方向5cm處土層含水率分別為21.91%、22.41%、22.70%、23.26%、23.62%、24.35%，距離滴頭水平方向25cm處土層含水率分別為19.52%、18.57%、18.42%、19.08%、21.08%、21.59%。隨著取樣點(diǎn)距離滴頭距離的增加，土壤含水率皆有不同程度的下降，這是滴頭水流向四周擴(kuò)散的結(jié)果;由圖2可以看出，土壤含水率在距滴頭水平方向15cm土層處差距最大，進(jìn)行方差分析，15cm土層處含水率方差為1.458，5cm、25cm土層處含水率方差分別為0.648、1.338，皆小于15cm土層處。距離滴頭水平方向5～15cm的土壤含水率在滴頭流量一定的條件下，隨著灌溉水礦化度的增大而增加，說明礦化度高的灌溉水更有利于水分在水平方向上的擴(kuò)散，這可能是由于隨著灌溉水礦化度的升高，水中鈉離子的濃度增大，鈉離子具有分散土壤顆粒的作用，從而使水分水平擴(kuò)散能力增加[9];同時(shí)，鹽分離子與土壤膠體顆粒之間的物理化學(xué)反應(yīng)會(huì)促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的變化，增加土壤孔隙的比例，提高土壤導(dǎo)水能力。距離滴頭水平方向5～15cm的土壤在灌溉水礦化度一定的條件下，隨著滴頭流量的增加，土壤含水率增大，滴頭流量大，更易影響濕潤(rùn)鋒的推進(jìn)速度。距離滴頭水平方向15～25cm的土壤含水率隨灌溉水礦化度、滴頭流量變化總體上延續(xù)5～15cm土壤含水率的趨勢(shì)，但波動(dòng)較為明顯，可能是由于田間地表不平整，使得地表積水造成的土壤含水率測(cè)量誤差變大[10]，因而在田間試驗(yàn)的條件下，研究灌溉水礦化度、滴頭流量對(duì)于水平方向土壤含水率與滴頭距離的關(guān)系的影響規(guī)律，有待更多細(xì)致深入的試驗(yàn)研究。

2.2 土壤鹽分分布規(guī)律

2.2.1 土壤縱向的土壤鹽分分布 表2為番茄收獲期3個(gè)時(shí)段土壤電導(dǎo)率及其變化量。從表2可以看出，灌溉水礦化度為4g/L的水灌溉條件下，所有處理表層土壤電導(dǎo)率差值均為負(fù)值、土壤呈現(xiàn)脫鹽狀態(tài)，中層和深層土壤電導(dǎo)率差值為正值、呈積鹽狀態(tài)，表層土壤脫鹽效果4S>4M>4Q，中層和深層土壤積鹽程度差異較小，總體呈現(xiàn)滴頭流量越小，深層積鹽量越大的趨勢(shì)。滴頭流量對(duì)表層土壤電導(dǎo)率數(shù)值影響較大，這可能是由于當(dāng)灌水量一定時(shí)，濕潤(rùn)體的體積會(huì)隨滴頭流量的增大而減小，因此滴頭流量為2L/h時(shí)濕潤(rùn)體體積較大[11]、鹽分傳遞范圍也更大，表層脫鹽效果較好，3L/h效果次之，4L/h最差。灌溉水礦化度為2g/L的水灌溉條件下，2S、2M和2Q為表層脫鹽，中層和深層土壤為積鹽狀態(tài)，表層土壤脫鹽效果2S>2M>2Q，與4g/L的水灌溉條件下的變化趨勢(shì)相似，滴頭流量為2L/h表層脫鹽效果最優(yōu)，3L/h次之，4L/h最差。表2中各灌溉處理均有積鹽，總體呈現(xiàn)土層越深積鹽量越大的趨勢(shì)，隨著灌溉水礦化度的增大，鹽分累積量也越大，這與潘延鑫等人的研究結(jié)果一致[12]。因此，若長(zhǎng)期持續(xù)采用較高灌溉水礦化度的微咸水進(jìn)行灌溉，則鹽分在土壤中產(chǎn)生大量累積的可能性更大，從而影響農(nóng)田水土環(huán)境和作物生長(zhǎng)[13]。

2.2.2 土壤表層水平方向鹽分分布 圖4顯示了8月1日不同灌溉水礦化度、不同滴頭流量的微咸水點(diǎn)源入滲試驗(yàn)結(jié)束后，土壤表層水平方向電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)，由此次試驗(yàn)也可反映出其余2次試驗(yàn)后電導(dǎo)率的總趨勢(shì)。由圖4可知，當(dāng)灌溉水礦化度為2g/L時(shí)，水平方向電導(dǎo)率在據(jù)滴頭5～25cm間總體呈穩(wěn)定狀態(tài)，曲線總體略有下降。當(dāng)灌溉水礦化度增加為4g/L時(shí)，在距離滴頭5cm以外，電導(dǎo)率曲線有上升趨勢(shì)，且各測(cè)點(diǎn)處土壤電導(dǎo)率均明顯增加，說明整個(gè)剖面土壤含鹽量都比2g/L的處理大。當(dāng)灌溉水礦化度為2g/L或4g/L時(shí)，滴頭流量越大，土壤電導(dǎo)率也越大，從而土壤含鹽量也越高。這可能是由于滴頭流量大導(dǎo)致了地面積水，較多鹽分隨水滯留在地表土壤當(dāng)中。因此在生產(chǎn)實(shí)際中最好避免使用大的滴頭流量，以減少地表的鹽分積累。

（1）土壤水分動(dòng)態(tài)表明：縱向土壤深度為5～15cm土層及水平向距滴頭5～15cm土層內(nèi)，隨灌溉水礦化度或滴頭流量的增大，明顯有利于土壤水分的擴(kuò)散;而縱向土壤深度為15～25cm土層及水平向距滴頭15～25cm土層土壤含水率與灌溉水礦化度或滴頭流量的關(guān)系則趨勢(shì)不明顯。這可能是地表積水、鹽分離子對(duì)土壤結(jié)構(gòu)作用微小的結(jié)果，有待更多田間試驗(yàn)加以探究。此外，土壤深度為5cm、距離滴頭水平方向15cm處的土層內(nèi)土壤剖面的土壤含水率受灌溉水水質(zhì)及滴頭流量影響較大。

（2）土壤鹽分動(dòng)態(tài)表明：縱向土壤積鹽量隨著土層變深、灌溉水礦化度增加、滴頭流量變小而變大;滴頭流量對(duì)表層土壤電導(dǎo)率的影響較中深層更大，滴頭流量越小，表層脫鹽效果越好。水平方向土壤電導(dǎo)率主要隨水質(zhì)變化而不同，還有待進(jìn)行多種灌溉水礦化度的試驗(yàn)加以完善。

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（責(zé)編：王慧晴）