王海霞

(山東省鄄城縣水務(wù)局蘇泗莊引黃灌溉管理處，山東 鄄城 274600)

山東地區(qū)是我國(guó)比較缺水的地區(qū)之一，為了支持山東農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在山東境內(nèi)配套完善了許多引黃灌區(qū)，且大部分采用地面渾水灌溉方式，水資源綜合利用效率不足50%，加之山東地處黃河流域下游，地勢(shì)低平、氣候干旱、地下水水位和礦化度高、土壤排水不暢，使得該地區(qū)土壤出現(xiàn)了不同程度的鹽漬化，因此，對(duì)鹽堿地進(jìn)行改良和利用成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題[1-6]。

黃河水含有大量泥沙，這些泥沙富含有機(jī)質(zhì)、全 P、速效 N、速效 K等營(yíng)養(yǎng)元素，通過(guò)引黃灌溉后，這些泥沙也會(huì)隨之滲入田間大孔隙，從而有效改善鹽堿地的土壤結(jié)構(gòu)，提升保水保肥能力，能夠?qū)r(nóng)作物的生產(chǎn)起到積極影響[7-12]。本文針對(duì)引黃灌區(qū)水沙資源合理利用問(wèn)題，開(kāi)展了不同灌水定額下的鹽堿地改良試驗(yàn)，以期能為引黃灌區(qū)水沙資源的高效合理利用提供借鑒。

1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)為山東省菏澤市引黃灌區(qū)試驗(yàn)田，地勢(shì)低平，年輸沙量大，屬高鹽堿土壤。研究區(qū)溫帶季風(fēng)性氣候，年平均降雨量為550～650mm，年平均蒸發(fā)量為780～2420mm，地下水位較高，徑流補(bǔ)給和地下水補(bǔ)給年內(nèi)分布極不均勻，土壤鹽漬化程度比較嚴(yán)重。同時(shí)，當(dāng)前研究區(qū)普遍采用渾水漫灌方式進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，節(jié)水灌溉技術(shù)尚未普及，造成水資源綜合利用效率不足50%。利用引黃泥沙資源對(duì)鹽堿土壤進(jìn)行改良，加強(qiáng)和完善節(jié)水灌溉技術(shù)，對(duì)本地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

2 試驗(yàn)基本數(shù)據(jù)與參數(shù)

2.1 土壤含水率

對(duì)試驗(yàn)田不同土層深度處的土壤含水率和顆粒進(jìn)行測(cè)定(見(jiàn)表1)。從表1中可以看到：試驗(yàn)田土壤含水率為13.2%～16.9%，粗粉粒(0.05～0.01mm)含量為65%～95%，細(xì)粉粒(0.01～0.005mm)含量為5%～10%，粗黏粒(0.005～0.001mm)含量為7%～10%，細(xì)黏粒(<0.001mm)含量為8%～18%。

表1 試驗(yàn)田土壤含水率及顆粒級(jí)配

2.2 引黃灌水泥沙顆粒

取樣試驗(yàn)表明，引黃灌水的含沙量為32.02kg/m3，對(duì)引黃灌水水樣泥沙顆粒進(jìn)行試驗(yàn)分析(見(jiàn)表2)。從表2中可以看到：引黃灌水中的泥沙以細(xì)粉粒、粗黏粒以及細(xì)黏粒為主，通過(guò)泥沙入滲，可有效改善土壤顆粒級(jí)配，使土壤質(zhì)地和保水保肥性能得到有效提升，將更有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)，因而可通過(guò)引黃灌水中的泥沙顆粒對(duì)鹽堿地土壤進(jìn)行改良利用。

表2 引黃灌水泥沙顆粒級(jí)配 單位：%

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

不同的灌水定額對(duì)土壤的改良效果是不同的，因此，試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了四組不同灌水定額：750m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2、1200m3/hm2，每組定額下均進(jìn)行3次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)用地均為2m×2m=4m2的正方形畦田，共有3×4=12個(gè)試驗(yàn)區(qū)，按試驗(yàn)區(qū)面積計(jì)算，四組灌水定額分別需灌水300L、360L、420L、480L，灌水時(shí)間為24h。試驗(yàn)前后需對(duì)不同土層深度處的土壤含水率和泥沙顆粒級(jí)配進(jìn)行取樣測(cè)試，最后對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。試驗(yàn)方案見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)方案示意圖

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 土壤顆粒級(jí)配

從試驗(yàn)得到的不同土壤深度在灌水前后的顆粒級(jí)配曲線(見(jiàn)圖2)可看到：試驗(yàn)田土壤顆粒級(jí)配曲線近似呈倒“S”形，土壤顆粒粒徑99%以上均小于0.05mm，且主要集中于粒徑0.05～0.01mm。在土層深度0～20cm時(shí)，土壤顆粒級(jí)配(<0.05mm)在灌水前后均發(fā)生了明顯變化，主要表現(xiàn)在0.05～0.01mm的粗粉粒顆粒占比減少，而小于0.01mm的細(xì)粉粒、粗黏粒、細(xì)黏粒等占比有所增加，這主要是由于引黃灌水泥沙主要以粒徑較小的細(xì)顆粒為主，這些細(xì)小顆粒隨著灌水入滲至不同的土層深度處沉積，且隨著灌水定額的增大，泥沙顆粒的入滲量增大。在土層深度20～30cm時(shí)，灌水定額750m3/hm2的級(jí)配曲線基本與灌水前重合，而其余三種灌水定額下，級(jí)配仍發(fā)生了明顯變化，因此，可以認(rèn)定在灌水定額750m3/hm2下，灌水泥沙入滲影響深度為20cm。在土層深度30～40cm時(shí)，灌水定額750m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2的級(jí)配曲線與灌水前基本重合，而灌水定額1200m3/hm2下的級(jí)配曲線仍發(fā)生了明顯變化，因此，可認(rèn)為900m3/hm2、1050m3/hm2灌水定額下的泥沙入滲影響深度為30cm。在土層深度40～60cm時(shí)，四種灌水定額下的級(jí)配曲線基本與灌水前重合，表明灌水定額1200m3/hm2下泥沙入滲影響深度為40cm。

圖2 不同土層深度灌水前后級(jí)配曲線

4.2 顆粒組成空間變化

從不同灌水定額下泥沙入滲影響隨土層深度的變化曲線(見(jiàn)圖3)可以看到：灌水后與灌水前相比，粗粉粒的占比明顯減少，且隨著土層深度的增加，粗粉粒的減少量在逐漸降低，而細(xì)砂粒、細(xì)粉粒以及黏粒的含量均較灌水前有所增長(zhǎng)，其中，黏粒的增長(zhǎng)幅度最大，其次為細(xì)粉粒，再次為細(xì)砂粒，但隨著土層深度的增加，增長(zhǎng)幅度也在逐漸降低。隨著灌水定額的增大，相同土層深度處的泥沙顆粒改變幅度也增大，即隨著灌水定額的增大，對(duì)土層顆粒級(jí)配的影響程度增大，灌水后土壤的顆粒級(jí)配曲線變緩，土顆粒的不均勻系數(shù)Cu將逐漸增大，級(jí)配趨向于良好，使得土體結(jié)構(gòu)更加合理，有助于農(nóng)作物的耕作和生長(zhǎng)。

4.3 土壤含水率

從試驗(yàn)得到的不同灌水定額下土壤含水率變化曲線(見(jiàn)圖4)可以看到：在灌水前，土壤的含水率為13.2%～16.9%，當(dāng)進(jìn)行引黃灌水后，土壤不同深度處的含水率均有不同程度的升高，且隨著灌水定額的增加，土壤含水率也在逐漸增加；灌水前，土壤不同深度處的平均含水率為14.95%，當(dāng)采用750m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2和1200m3/hm2灌水定額進(jìn)行灌水后，土壤平均含水率分別為23.03%、25.33%、26.96%和29.74%，分別比灌水前提升8.08%、10.38%、12.01%和14.79%，這說(shuō)明試驗(yàn)鹽堿地改良效果與灌水定額密切相關(guān)，灌水定額越大，土壤顆粒級(jí)配越好，保水保肥性能越佳，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)越有利，特別的，在灌水定額較大時(shí)，對(duì)深層土壤保水性能的影響更明顯，含水率提升幅度更大。

圖3 土壤顆粒空間結(jié)構(gòu)變化曲線

圖4 不同灌水定額下土壤含水率變化曲線

5 結(jié) 語(yǔ)

本文以山東引黃灌區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)不同深度鹽堿土壤在50m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2、1200m3/hm2灌水定額下的改良應(yīng)用效果進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明：隨著灌水定額的增加，各層土壤顆粒級(jí)配發(fā)生與之相對(duì)應(yīng)的變化，灌水定額越大，土壤顆粒級(jí)配曲線越緩，泥沙入滲影響深度越深，50m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2和1200m3/hm2四種灌水定額對(duì)應(yīng)的泥沙入滲深度分別為20cm、30cm、30cm和40cm；引黃灌水可以減少粗粉粒占比，增加細(xì)砂粒、細(xì)粉粒以及黏粒的占比，灌水定額增大，對(duì)土層顆粒級(jí)配的影響程度增大，土體結(jié)構(gòu)更加合理，有助于農(nóng)作物耕作和生長(zhǎng)；灌水定額越大，土壤顆粒級(jí)配越好，同等深度處土壤含水率越高，保水保肥性能越佳。

雖然灌水定額增大有利于土壤級(jí)配的進(jìn)一步改良，但若灌水定額太大，也會(huì)使水資源綜合利用效率降低，因而最佳灌水定額應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育需水情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)配。