郭路利 張海寧 錢一凡 張軍 肖讓

摘 要：通過探尋南疆節(jié)水灌溉棉花種植的最佳非生育期灌水量和頻率，針對南疆灌區(qū)不同重度鹽漬化棉田分布差異大，定量化研究較少的現(xiàn)狀，結(jié)合農(nóng)一師范圍內(nèi)技術(shù)推廣難度大、水資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問題。本試驗(yàn)通過對不同鹽漬化土壤調(diào)研取樣，建立實(shí)驗(yàn)室測試分析裝置，開展不同定額、頻率試驗(yàn)，研究不同定額、頻率下水鹽返鹽效果。并采用室內(nèi)土柱試驗(yàn)研究不同灌水定額、頻率處理非生育期棉田返鹽效果的研究，由不同土層的含鹽量和含水量可知，在0-60cm之內(nèi)土層變化較大，說明土壤60cm深度的含水量和含鹽量在不同灌水定額和頻率的返鹽情況。以期制定科學(xué)合理的冬春灌洗鹽不同灌水定額和頻率，為南疆灌區(qū)鹽漬化治理改良提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：不同灌水定額、頻率；鹽漬化土壤；返鹽

塔里木盆地位于新疆南部，該地區(qū)干旱少雨，氣候干燥，蒸發(fā)量大，土壤鹽漬化嚴(yán)重。土地鹽漬化已成為一個世界性的環(huán)境災(zāi)害生態(tài)問題[1]。近40年來，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展過程中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉通過大水漫灌提供作物生長條件，使大部分水資源浪費(fèi)達(dá)不到節(jié)水灌溉目的和洗鹽效果，而且農(nóng)田排水還使河流水質(zhì)鹽化加重。因此，對于南疆不同鹽漬化程度棉田的調(diào)研，分別開展輕度、中度和重度鹽漬化棉田冬春灌壓鹽補(bǔ)墑技術(shù)研究，將使得冬春灌技術(shù)更具有針對性和可操作性，利于該項(xiàng)技術(shù)的大面積推廣。開展適度冬春灌技術(shù)研究，改變農(nóng)戶對常規(guī)冬春灌模式的習(xí)慣認(rèn)識，走科學(xué)節(jié)水之路。本實(shí)驗(yàn)是通過室內(nèi)土柱冬春灌來研究土壤返鹽的效果、鹽分運(yùn)移規(guī)律和土壤水鹽的空間結(jié)構(gòu)分析[2-4]；在冬灌和春灌情況下，探究它們的返鹽效果以及鹽分離子運(yùn)移的狀況[5-6]；還有通過不同頻率的灌水研究土壤鹽分情況。這一實(shí)驗(yàn)方式課探究和解決了節(jié)水、鹽漬化治理和環(huán)境保護(hù)的統(tǒng)一，它是干旱農(nóng)業(yè)地區(qū)發(fā)展的方向。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)基地的基本情況 實(shí)驗(yàn)基地在塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)基地溫室，實(shí)驗(yàn)站位于東經(jīng)80度51分，北緯40度37分，海拔高度1028米。年均降水量為40.1～82.5毫米，年均蒸發(fā)量1876.6～2558.9毫米。年均日照2556.3～2991.8小時，光熱資源充足。土壤是通過在周圍地區(qū)通過取土樣，化驗(yàn)土樣；確定重鹽度，中鹽度土樣；然后在原地用圖層方法取土，最后把取來的各土層的土按次序裝進(jìn)土柱內(nèi)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 該實(shí)驗(yàn)采取室內(nèi)土柱試驗(yàn)，2014年、2015年試驗(yàn)共設(shè)12個處理試驗(yàn)過程中，取樣土層深度分別為0～20、20～40和40～60cm，在室內(nèi)測定土壤總鹽。本實(shí)驗(yàn)采用直徑315mm、高80cm的pvc管自制土柱，土柱分重、中、輕三組，每組作三個平行對照，土柱下面用塑料紙封底，并鉆小孔接小管觀察土柱出水量。室內(nèi)試驗(yàn)一是采取自制試驗(yàn)裝置，通過調(diào)查掌握南疆灌區(qū)各種棉田土壤鹽漬化類型，按照新疆荒漠局鹽漬化程度分級標(biāo)準(zhǔn)（羅家熊雄，《新疆墾區(qū)鹽堿地改良》），分別選擇輕度（含鹽量5～10g/kg）、中度（含鹽量10～20g/kg）、重度（含鹽量≥20g/kg）的3個代表性土性實(shí)驗(yàn)裝置，2014年11月1日冬灌，2015年2月25日做不同頻率春灌，來探究返鹽情況，灌水間歇以一天為標(biāo)準(zhǔn)，分三次灌完，每次灌水完兩天后取土。實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)見表1。

1.3 試驗(yàn)觀測項(xiàng)目及測定方法

1.3.1 土壤含水量的測定。用烘干法測定土壤含水量。分別在冬春灌灌水前后采用土鉆取土，取土深度為0～20，20～40，40～60cm。將取土立即裝入已知重量的鋁盒中帶回室內(nèi)稱重，在105±2℃恒溫箱中烘至12h，取出，冷卻至室溫，立即稱重，計(jì)算其質(zhì)量含水量。

土壤含水率（ω）=×100% （1）

式中：m0為烘干空鋁盒質(zhì)量，g；m1為烘干前鋁盒及土樣質(zhì)量，g；m2為烘干后鋁盒及土樣質(zhì)量，g。

1.3.2 土壤含鹽量的測定。本實(shí)驗(yàn)采用1：5比例的土水浸提液來測電導(dǎo)率，是通過從1mm篩孔篩出的土樣，稱取30g土樣置于三角瓶中，加蒸餾水150ml，來配置水土浸提液。在震蕩機(jī)上震蕩15min，震蕩停止后立即過濾，直到土水浸提液濾清為止。用DDS-307電導(dǎo)儀來測量溶液的電導(dǎo)率EC。因此，脫鹽率的計(jì)算：在對冬春灌不同灌水定額的鹽分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析時，本文采用返鹽情況分析返鹽效果，土壤返鹽率采用下式計(jì)算：p=×100% （2）

式中：p表示洗鹽后的返鹽率，w1為第一次灌水后土壤鹽分，m3/cm；w2為第二次灌水前土壤鹽分，m3/cm。

當(dāng)p>0時，表示土壤返鹽；當(dāng)p<0時，表示土壤減鹽；當(dāng)p=0時，土壤積鹽量與返鹽量相等，表示鹽分平衡。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬灌免春灌對非生育期棉田中度土壤水分影響和返鹽效

果 從圖1中可以看出，冬灌的灌水提高了中度土壤的含水率，但隨著時間的增長含水率將會大幅度降低；而圖2中可以看出，在不同的冬灌灌水定額下，棉田在0-20cm土層內(nèi)的電導(dǎo)率增加較快，說明土壤的返鹽效果，致使返鹽率增加，脫鹽率下降。

試驗(yàn)表明，冬灌免春灌對不同重度的土壤洗鹽效果都有差異，對重度土壤的洗鹽效果高于對輕度土壤的洗鹽效果，是由于鹽分影響了土壤的粘聚性能，使土壤的空隙較大，因此，將對鹽分的吸附作用變小，電導(dǎo)率降低，使洗鹽效果變得明顯，將會抑制了返鹽的現(xiàn)象。

2.2 冬灌免春灌對非生育期棉田重度土壤水分影響和返鹽效

果 從圖3中可以看出，冬灌的灌水提高了重度土壤的含水率；而圖4中可以看出，在不同的冬灌灌水頻率下，棉田在0-20cm土層內(nèi)的電導(dǎo)率增加較快，說明灌水具有返鹽效果，抑制了土壤的洗鹽效果，使脫鹽率降低。

試驗(yàn)表明，冬灌免春灌對非生育期棉田重度土壤水分隨一定灌水定額的灌水增加而增加，而當(dāng)冬灌免春灌的冬灌到播種這段時間內(nèi)，由于蒸發(fā)時間長，蒸發(fā)量大，從而造成表層的含水率量降低，電導(dǎo)率升高，致使土壤的表層含鹽量升高，出現(xiàn)了返鹽現(xiàn)象。因此，在灌水定額相同的條件下，離播種較近時，灌水效果較明顯時，可降低返鹽效果，有利于棉花的出苗；在不同的灌水定額下，棉花土壤的洗鹽效果差異很明顯，不同處理的隨著灌水量的增加洗鹽率逐漸升高，而返鹽率逐漸降低，而且隨著土壤深度的增加，土壤的鹽分下降值的變化漸小。

2.3 不同頻率春灌免冬灌對非生育期棉田中度土壤水分影響和返鹽效果 從圖5、圖6中可以看出，在不同的春灌灌水頻率下，隨著離灌水后時間的推移棉田在20-60cm土層內(nèi)的電導(dǎo)率下存在一定規(guī)律（是根據(jù)每次灌水的定額決定的）而逐漸降低，出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象，會增加土壤的返鹽效果。

試驗(yàn)表明，在不同頻率的春灌灌水下，棉花土壤的洗鹽效果的差異性明顯，不同處理隨著灌水量的增加洗鹽率逐漸升高；而且隨著土壤深度的增加，土壤鹽分下降值的變化漸??；對非生育期棉田重度土壤水分隨一定灌水定額的灌水增加而增加，而對不同重度的土壤洗鹽效果存在差別，每次不同的灌水定額都會影響洗鹽率和返鹽率，每次灌水量少的它的返鹽效果越強(qiáng)；而灌水量越大會影響了土壤的對鹽分的吸附作用變小，使洗鹽效果變得明顯，大大降低返鹽效果。

2.4 不同頻率春灌免冬灌對非生育期棉田重度土壤水分影響和返鹽效果 從圖7中可以看出，不同頻率春灌的灌水也提高了重度土壤的含水率，但也會隨著時間的變長，也會降低土壤的含水率，出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象；而圖8中可以看出，在不同的春灌灌水頻率下，棉田在0-40cm土層內(nèi)的電導(dǎo)率下在一定幅度的變化（是根據(jù)每次灌水的定額決定的）而逐漸降低，說明灌水具有淋鹽效果，抑制了土壤的返鹽效果；但在隨著離灌水后時間的增長，也將會出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象的。

試驗(yàn)表明，不同頻率春灌灌水對非生育期棉田重度土壤水分隨一定灌水定額的灌水增加而增加，而對不同重度的土壤洗鹽效果存在差別，對重度非生育期棉田土壤的洗鹽效果要好于中度非生育期棉田土壤的洗鹽效果，不同頻率春灌灌水對不同重度的土壤洗鹽效果存在差異，每次不同的灌水定額都會影響洗鹽率和返鹽率，每次灌水量少的返鹽效果越強(qiáng)；而灌水量越大會影響了土壤的粘聚性能，從而使土壤的空隙較大，對鹽分的吸附作用變小，使洗鹽效果變得明顯這可能也是由于鹽分影響了土壤的粘聚性能，大大降低返鹽效果；反之，將會增加返鹽效果。通過試驗(yàn)可知，在相同的灌水量下，不同頻率春灌灌水比一次性灌水洗鹽效果明顯，會更好的抑制返鹽現(xiàn)象，因此建議采用不同頻率灌水。

3 結(jié)語

在本實(shí)驗(yàn)中，對各個定額灌水下的水鹽分布和運(yùn)移情況進(jìn)行探究和分析可得出，在不同土層的含水率、脫鹽率和返鹽效果的變化狀況可知在土層0-40cm之內(nèi)變化較大，說明在40cm深度內(nèi)的含水量、脫鹽率、返鹽效果受灌溉、外界環(huán)境的影響較大。從研究中可分析出冬春灌都具有淋洗鹽分的效果，鹽分都會隨著水易被淋溶至土壤深層，當(dāng)上層返鹽率越小以及返鹽過程都不顯著時，說明返鹽效果差，洗鹽效果好。但從試驗(yàn)和研究可得出冬灌的效果好于春灌的。但同時，隨著灌水量增加，灌溉前后土壤含水量、鹽分含量和鹽分含量差異增加，淋洗鹽分效果越好，返鹽效果就越差，土壤就越優(yōu)良。

在不同頻率春灌水下，不同頻率春灌灌水對不同重度的土壤洗鹽效果存在差異，對重度非生育期棉田土壤的洗鹽效果比中度非生育期棉田土壤的洗鹽效果好；不同頻率春灌灌水比一次性灌水淋鹽效果明顯，因此建議采用不同頻率灌水。但在相同灌水定額下，冬灌比春灌土壤鹽分的淋洗效果好，如果要對棉田土壤進(jìn)行壓鹽，可以采用冬灌的方式來對鹽分進(jìn)行調(diào)控。

通過試驗(yàn)可知，T6、T3、T7返鹽率分別達(dá)到1.62%、6.49%、5.49%，其返鹽率差，反之其洗鹽效果較好。但從棉花次年的正常生長發(fā)育和節(jié)水的角度看，建議應(yīng)采取冬灌+春灌的灌溉模式進(jìn)行，在考慮水資源的情況下，冬春灌水定額應(yīng)控制在200hm。

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基金項(xiàng)目：南疆灌區(qū)不同重度鹽漬化土壤洗鹽定額試驗(yàn)研究（201410757007）。

作者簡介：郭路利（1992-），男，本科生。

通訊作者：肖讓（1979-），男，副教授，研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉理論與技術(shù)、水利工程等。