關(guān)鍵詞：膜下滴灌；暗管排水；鹽堿地；新疆灌區(qū)

0引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國鹽堿地總面積為9900萬hm2，新疆維吾爾自治區(qū)（以下簡稱新疆）鹽堿地面積高達(dá)2200萬hm2，是我國西北地區(qū)鹽堿地面積最大、最集中的區(qū)域，也是我國受鹽堿化威脅最嚴(yán)重的地區(qū)之一[1]。傳統(tǒng)鹽堿地治理注重大水洗鹽，強(qiáng)烈的地表蒸發(fā)又不斷驅(qū)使底層鹽分隨水向上運(yùn)移，常年引水灌溉不當(dāng)導(dǎo)致地下水上升加劇，土壤次生鹽漬化危害反復(fù)發(fā)生[2]。自1996年膜下滴灌技術(shù)在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)研究與應(yīng)用以來，經(jīng)過多年發(fā)展，已成為我國干旱半干旱地區(qū)重要的節(jié)水灌溉新模式[3]。在改良鹽堿地中，眾多研究者認(rèn)為膜下滴灌只能調(diào)節(jié)作物根區(qū)鹽分分布，并不能將鹽分排出土體，短期內(nèi)，高頻率、低定額的滴灌可能使表層土壤脫鹽，但隨著滴灌年限的增加，其微弱的淋溶作用仍使作物耕層土壤總鹽量不斷積累，容易引起爆發(fā)式積鹽的風(fēng)險(xiǎn)[4-5]。要從根本上控制土壤鹽堿化，實(shí)現(xiàn)耕作層土壤脫鹽，必須進(jìn)行排水，將地下水埋深控制在一定深度范圍內(nèi)[6-7]。因此形成了膜下滴灌和暗管排水結(jié)合的鹽堿地改良新型灌排技術(shù)，在作物生育期內(nèi)，覆膜能有效抑制表土蒸發(fā)，滴灌根據(jù)作物需水規(guī)律供水的同時(shí)有效淡化作物根區(qū)土壤鹽分，而暗管排水很大程度上緩解長期以來“有灌無排”造成的地下水位上升、次生鹽漬化加劇等農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題，在鹽堿地開發(fā)利用中產(chǎn)生了新的水鹽平衡關(guān)系，已經(jīng)成為新疆重要的節(jié)水抑鹽、高效排鹽的灌排技術(shù)措施。

1膜下滴灌結(jié)合暗管排水系統(tǒng)

我國最早采用暗管排水技術(shù)應(yīng)用在濱海鹽堿地改良中，后來包括新疆等西北大部分省區(qū)借鑒布置，但西北大部分地區(qū)干旱少雨且地下水位較深，暗管排水須結(jié)合地面灌溉才能達(dá)到對土壤鹽分協(xié)同調(diào)控的目的。新疆膜下滴灌結(jié)合暗管排水系統(tǒng)一般布置為滴灌帶與吸水暗管沿田面坡度布置，滴灌帶供水將土壤鹽分淋洗下移至吸水暗管處，淋洗水進(jìn)入吸水暗管后再集中流人排水暗管或集水井中。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)在灌溉制度、暗管間距和埋深等方面合理優(yōu)化布局，提高灌溉水利用率的同時(shí)能保持良好的排鹽效果。

1.1膜下滴灌灌溉制度

李明思等[9]認(rèn)為，確立鹽堿地作物的灌溉制度時(shí)，既要滿足作物需水，還要?jiǎng)?chuàng)造作物適宜正常生長的水鹽環(huán)境，因此需額外考慮土壤鹽分淋洗水量。在滿足上述兩個(gè)條件的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)新疆現(xiàn)有灌溉制度普遍存在超灌現(xiàn)象，以棉花為例，眾多研究者得出膜下滴灌灌溉定額345～390mm，最多不超過525mm、灌水頻率12次左右的灌溉制度在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)各團(tuán)場具有普遍的代表性[10-11]。邢小寧等[12]研究表明，塔里木灌區(qū)常規(guī)冬、春灌水洗鹽定額達(dá)到450～840mm，占總用水量的55%～65%。王振華等[13]分析北疆滴灌平均灌水定額為847.71mm，超灌比例達(dá)57.59%；在棉花苗期和生長末期，超灌比例更是達(dá)到304.44%和208.57%。超灌的水量客觀上能起到良好的洗鹽作用，根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織建議淋洗鹽定額為灌溉定額的10%～15%的比例計(jì)算，仍需進(jìn)一步挖掘節(jié)水潛力。

1.2暗管埋深

暗管埋深主要依據(jù)土壤水鹽運(yùn)移情況確定[14]。鄭飛敏等提出了地下水“臨界深度”概念，即毛管水上升運(yùn)動微弱到不足以使土壤表層產(chǎn)生積鹽的地下水深度，認(rèn)為布設(shè)暗管的目的是將地下水控制在“臨界深度”以下。石培君等[15]研究表明，地下水位在暗管處上下波動時(shí)，更有利于暗管周圍鹽分的淋洗。在新疆南疆地區(qū)高地下水位（0.6～1.0m）鹽堿區(qū)，楊玉輝等[16]建議采用埋深0.8m、間距為10m的暗管布置參數(shù)具有較好的排鹽效果。但在新疆北疆大部分地區(qū)因氣候干旱、過度開采等因素導(dǎo)致地下水埋深較深，為有效排出膜下滴灌在作物根系層積累的鹽分。衡通等[17]研究表明，暗管埋深在0.6m處的排鹽效果優(yōu)于埋深1.0和1.4m處。李顯溦等[18-19]研究表明，盡管暗管能使0～60cm土層含鹽量明顯降低，但排鹽率僅為11.7%，大部分鹽分被淋洗至60cm以下土壤；為促進(jìn)暗管排鹽，減少深層滲漏，在暗管下鋪設(shè)寬度為0.2～1.0m的防滲膜，暗管排鹽效率可提高至20%以上。

1.3暗管間距

計(jì)算暗管間距普遍以阿維里揚(yáng)諾夫一翟興業(yè)公式和Hooghoudt公式為基礎(chǔ)，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、田間試驗(yàn)的方式進(jìn)行校核[20]。20世紀(jì)90年代，學(xué)者們在銀川市北部重度鹽堿區(qū)開創(chuàng)出雙層暗管布置，發(fā)現(xiàn)暗管間距30m可起到較好的排鹽效果[21]。在新疆，王振華等[22]研究表明，暗管間距為15m的小區(qū)分別比間距為20和25 m小區(qū)提前4和6h排水，鹽分淋洗效率也最高；錢穎志等[23]研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)置暗管間距為6、10和20m，深度0.8m以上土壤脫鹽率與暗管間距呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，并擬合得出焉耆盆地布置暗管間距8m、埋深1.4m布置參數(shù)，可滿足36%的目標(biāo)脫鹽率?？梢娊Y(jié)合膜下滴灌，小間距的暗管布置更有利于土壤脫鹽，而不同區(qū)域間距參數(shù)，目前研究甚少，仍需進(jìn)一步試驗(yàn)確定。

1.4影響暗管排鹽效果因素

為提高暗管的吸水能力，在暗管周圍布設(shè)合理級配的砂礫料或其他強(qiáng)透水材料，充分利用反濾材料的滲透性大于田間土壤滲透性的特點(diǎn)，可大大增強(qiáng)暗管排水性能。陳名媛等[24]研究表明，無論土壤處于非飽和狀態(tài)還是田間持水量狀態(tài)，地下水需要完全淹沒暗管后才能發(fā)生排水；而張亦冰等[25]發(fā)現(xiàn)，暗管排水的整個(gè)過程中，地下水位并未淹沒暗管。分析二者研究發(fā)現(xiàn)，前者用土工布包裹暗管，而后者在暗管周圍布設(shè)砂礫石濾料；對比兩種材料的防護(hù)機(jī)理，砂礫石濾料能有效增加集水面積，淋洗水填滿砂礫層后即可進(jìn)入暗管[26]。這一點(diǎn)秦文豹等[27]研究也得到證實(shí)，暗管周圍填充物若為均質(zhì)料，土壤水分難以進(jìn)入暗管，只能待暗管周圍土壤水分達(dá)到飽和時(shí)，依靠重力作用和壓力勢才使排水進(jìn)入暗管。陶園等[28]研究還表明，反濾層滲透性與土體滲透性差異越大，對增大暗管排水量的作用越明顯。此外，衡通等[17]發(fā)現(xiàn)，管徑為90mm累計(jì)降低平均含鹽量為50mm管徑的1.31倍，說明大管徑排鹽優(yōu)勢更加明顯。

2對土壤水鹽運(yùn)移的影響

2.1膜下滴灌土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律

膜下滴灌條件下，水分首先在滴頭下方形成飽和區(qū)，隨后不斷向四周滲透，土壤鹽分隨水分不斷發(fā)生遷移，最終在水分濕潤邊緣積累[29]。明廣輝等[30]研究表明，膜下0～0.4m范圍內(nèi)土壤鹽分被淋洗至0.5～0.6m濕潤鋒處，鹽分分布呈典型的“酒杯”形。彭遙等[31]發(fā)現(xiàn)膜間鹽分的表聚現(xiàn)象明顯高于膜下，鹽分在滴灌點(diǎn)源附近出現(xiàn)側(cè)移現(xiàn)象。此外，研究者認(rèn)為，滴頭流量、灌水周期、灌水量、土壤質(zhì)地和土壤初始含鹽量等因素均能對土壤水鹽運(yùn)移產(chǎn)生影響[32-33]。長期膜下滴灌對土壤水鹽狀況的影響，目前論述不一。李文昊等[34]研究表明，棉花耕層土壤鹽分在膜下滴灌1年后表現(xiàn)出整體脫鹽，脫鹽速率在前6年較為迅速，6～8年進(jìn)入平穩(wěn)脫鹽階段，8年以上土壤鹽分趨于穩(wěn)定，根區(qū)土壤平均含鹽量低于3g/kg。孟超然等[35]發(fā)現(xiàn)膜下滴灌3年耕層鹽分呈下降趨勢，隨著年限的增長，至12年耕層土壤鹽分發(fā)生明顯積累的現(xiàn)象。膜下滴灌多年的“有灌無排”并不能使鹽分排出土體，隨著土壤蒸發(fā)、深松翻耕等形式依然能重新回到表層土壤。

2.2暗管排水土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律

石元春[36]提出，土壤鹽漬化嚴(yán)重的原因有兩個(gè)：一是強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用驅(qū)使鹽分在土壤表層積累；二是潛水位的頂托作用增強(qiáng)了水鹽交換。布設(shè)暗管能阻斷毛管水的上升路徑，抑制高礦化度地下水上移，使土壤理化性質(zhì)得到改善；暗管排水增大了控制區(qū)的水力梯度，土壤水鹽運(yùn)動會發(fā)生明顯空間變化[37]。TALSMA T[38]認(rèn)為，暗管上方區(qū)域的土壤脫鹽效果明顯高于暗管相鄰區(qū)域。BAHCECII等[39]研究還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過3年的淋洗改良，暗管排水使耕層土壤平均脫鹽率可達(dá)到80%。劉玉國等[40]認(rèn)為，經(jīng)過3年暗管排水措施，土層0～0.2、0.2～0.4、0.4～0.6、0.6～0.8m的脫鹽率分別為69.24%、55.80%、58.60%和53.83%。王振華等[22]經(jīng)過2次滴灌淋洗，土層1m范圍內(nèi)各點(diǎn)脫鹽率為51.82%～60.43%，土層0.7m范圍內(nèi)含鹽量整體在10g/kg以下。

2.3膜下滴灌結(jié)合暗管排水土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律

近年來，隨著膜下滴灌和暗管排水技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，在鹽堿地改良中產(chǎn)生了豐富成果。王東旺等[41]研究表明，膜下滴灌結(jié)合暗管排水模式下0.2、0.4和0.6m土層土壤含鹽量分別顯著下降了63.06%、60.62%和48.42%（Plt;0.05），呈隨土壤深度的增加，脫鹽率減小的趨勢。溫越等[42]研究表明，滴灌淋洗后0～0.8m土層土壤含鹽量顯著降低，1.2～2.0m深層土壤含鹽量增加，第2次淋洗后，0.6m暗管埋深處的土壤含量從重度變?yōu)檩p度。祝臻等[43]研究表明，暗管結(jié)合滴灌使Im耕層內(nèi)土壤含鹽量降低7.88～8.13g/kg，0.4～0.6m土層脫鹽率超過50%o膜下滴灌結(jié)合暗管排水將表層鹽分帶入耕層以下，隨著排水次數(shù)和年限的增加，控制排水條件下鹽分分布也會發(fā)生明顯改變。

3對鹽堿地土壤理化性質(zhì)的影響

3.1土壤電導(dǎo)率變化

土壤電導(dǎo)率（EC）是衡量鹽分脅迫程度的重要指標(biāo)，通常土壤鹽分含量越高，土壤中水溶性鹽離子含量越大，其導(dǎo)電能力越強(qiáng)，土壤pH值也越大。許璇等[44]研究表明，膜下滴灌結(jié)合暗管淋洗排水期間，0～2m土層土壤鹽分下移，1.4～2.0m土壤電導(dǎo)率整體降幅達(dá)70.89%～79.02%。石磊等[45]研究表明，暗管排水2年后，土壤電導(dǎo)率較排水前降低31.83%～50.35%，排水前后pH值變化不大。劉玉國等[40]認(rèn)為，土壤電導(dǎo)率與pH值的變化主要與灌水淋洗量有關(guān)，暗管排水土壤電導(dǎo)率變化范圍為7.53～11.16dS/m，呈增加一降低一增加趨勢；pH值波動范圍為7.08～8.20。通過“上灌下排”模式，土壤電導(dǎo)率降低明顯，表明膜下滴灌結(jié)合暗管排水對土壤中水溶性鹽離子具有良好的淋洗作用。

3.2土壤鹽分離子變化

《新疆墾區(qū)鹽堿地改良》中界定：土層0～0.2m鹽分含量不高于8.7g/kg，且CI-、S042-含量分別低于0.12和5.05g/kg時(shí)棉花能夠正常生長[46]。王振華等[47]認(rèn)為，CI-遷移隨滴灌年限的增加，前4年內(nèi)降低顯著，滴灌5年后趨于穩(wěn)定，基本不超過0.12g/kg；S042-均低于5.05g/kg。徐友信等[48]認(rèn)為，除HC03-外，土壤鹽分離子經(jīng)過淋洗后均呈降低趨勢，脫鹽率依次為C1-gt;Na++K+gt;S042gt;Mg2+gt;Ca2+。竇旭等[49]研究表明，暗管排水有效地減少土壤中鹽分離子，各鹽分離子脫鹽率大小為C1-gt;K++Na+gt;S 042-gt;Mg2+gt;Ca2+gt;HC03-。上述研究均表明，長期膜下滴灌具有較顯著的洗鹽作用，結(jié)合暗管排水，土壤鹽分離子逐年降低，并能夠達(dá)到作物正常生長的土壤含鹽水平。

3.3土壤酶活性變化

土壤酶是衡量土壤微生物活性和土壤生產(chǎn)力的重要指標(biāo)，由于土壤酶活性對pH值具有高度的敏感性，膜下滴灌結(jié)合暗管排水技術(shù)調(diào)控土壤鹽度和堿度的變化必然對土壤酶活性造成一定的促進(jìn)作用[50]。陳寧等[51]認(rèn)為，膜下滴灌比畦灌土壤蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶分別提高40.66%～58.18%、49.33%～64.38%和16.6g%～30.08%，均達(dá)到顯著水平（Plt;0.05）。竇超銀等[52]認(rèn)為，在重度鹽堿荒地施行膜下滴灌種植2年后，土壤中堿性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性分別是撂荒土壤的6.1、2.5和8.8倍。李文等[53]認(rèn)為，膜下滴灌使地溫保持在適宜的水平，土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶和脫氫酶高于溝灌與滲灌。膜下滴灌調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣和熱狀況，并通過調(diào)控耕層土壤電導(dǎo)率及pH值，改善土壤內(nèi)部環(huán)境，因此對土壤酶活性具有一定影響，但針對暗管排水條件下鹽堿地土壤酶活性的變化研究，目前還鮮有報(bào)道。

4作物增產(chǎn)效應(yīng)

通過上述分析，膜下滴灌結(jié)合暗管排水系統(tǒng)能有效降低土壤含鹽量，土壤鹽堿化性質(zhì)得到有效改良，并且膜下滴灌具有提高地溫、促進(jìn)種子早發(fā)的特性，利于作物高產(chǎn)。石佳等[54]研究表明，在灌水技術(shù)、定額相同的情況下，暗管排水區(qū)的油葵可增產(chǎn)8.10%。溫越等[42]研究表明，不同暗管埋深處理油葵結(jié)實(shí)率均大于無暗管排水處理，0.6m暗管埋深處理下油葵千粒質(zhì)量、單盤粒質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量分別比無暗管處理高37.16%、66.96%和35.41%。劉玉國等[40]研究表明，暗管鋪設(shè)后，鹽斑面積明顯減少，棉花出苗率達(dá)70%～80%，死苗現(xiàn)象也減少；輕度和中度鹽漬化棉田布設(shè)排水暗管后產(chǎn)量分別比未鋪暗管小區(qū)提高25.3%和55%。

5結(jié)束語

近年來，膜下滴灌結(jié)合暗管排水技術(shù)已在新疆灌區(qū)得到長足發(fā)展，降低了農(nóng)田長期“有灌無排”易發(fā)生次生鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)，改善了作物根區(qū)水鹽環(huán)境，為作物的高產(chǎn)提供技術(shù)保障。而應(yīng)對新疆緊缺的淡水資源和嚴(yán)酷的水土環(huán)境，在暗管布置參數(shù)合理規(guī)劃的同時(shí)，仍需對不同地區(qū)不同作物灌溉制度進(jìn)行優(yōu)化，并建立作物類型、氣候條件和水文地質(zhì)等模型數(shù)據(jù)庫，針對不同地區(qū)、不同作物的膜下滴灌結(jié)合暗管排水系統(tǒng)布置方案，對干旱半干旱地區(qū)改良鹽堿地具有較好的指導(dǎo)意義。