李小東,張鳳華,朱煜

(1．石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832000；2.石河子開發(fā)區(qū)石大綠洲生態(tài)科技有限公司，新疆石河子 832000)

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新疆南疆典型地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)與土壤鹽漬化關(guān)系的研究

李小東1,張鳳華1,朱煜2

(1．石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832000；2.石河子開發(fā)區(qū)石大綠洲生態(tài)科技有限公司，新疆石河子 832000)

【目的】通過對(duì)南疆典型地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)和農(nóng)田鹽漬化程度的調(diào)查研究，闡明灌溉水質(zhì)與農(nóng)田土壤鹽堿狀況之間的關(guān)系，為咸水和微咸水的高效利用及制訂合理的灌溉制度提供依據(jù)?！痉椒ā坎杉治鲂陆畮鞝柪蘸桶⒖颂K地區(qū)灌溉所用的渠水和井水及農(nóng)田耕層土壤樣品，調(diào)查研究當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉方式和水文條件?！窘Y(jié)果】庫爾勒、阿克蘇地區(qū)灌溉用水中含有較高的Cl-、HCO3-和Na+離子。地下灌溉水礦化度較高，水質(zhì)比地表渠水差。若要用地下水長(zhǎng)期灌溉，將可能會(huì)加重土壤鹽漬化程度，不利于該區(qū)域灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?！窘Y(jié)論】庫爾勒、阿克蘇地區(qū)采用渠水灌溉為主，地下水灌溉為輔的“咸淡結(jié)合”灌溉模式。

灌溉水質(zhì)；土壤鹽漬化

0 引 言

【研究意義】新疆土壤母巖和母質(zhì)含鹽豐富，在自然條件下，土壤的淋溶過程和脫鹽過程十分微弱。土壤中的可溶性鹽，借助毛灌水上升聚集于表層，導(dǎo)致土壤普遍積鹽，形成大面積的鹽土[1]。新疆農(nóng)業(yè)為典型的綠洲灌溉農(nóng)業(yè)，隨著節(jié)水滴灌技術(shù)的大力發(fā)展及大面積的推廣，土地被大面積的開墾利用，加上新疆地區(qū)種植的多為生育周期長(zhǎng)的耗水作物，農(nóng)業(yè)用水量在不斷增加。地表水和地下水資源作為農(nóng)業(yè)灌溉用水的重要部分，但由于水資源被大量開采及不合理利用，地下水水位在逐年降低，礦化度在逐年增加，地下水質(zhì)逐漸在變差，長(zhǎng)期使用地下水灌溉將可能導(dǎo)致土壤鹽漬化程度加重，不利于土壤資源的長(zhǎng)期利用。水資源作為綠洲農(nóng)業(yè)的命脈，灌溉水質(zhì)則將決定農(nóng)業(yè)是否能可持續(xù)化發(fā)展和保證綠洲的穩(wěn)定。在干旱綠洲區(qū)，水資源是農(nóng)業(yè)發(fā)展的命脈，灌溉水質(zhì)的好壞關(guān)系著農(nóng)業(yè)發(fā)展的未來。南疆地區(qū)水資源匱乏，土壤鹽漬化嚴(yán)重，了解灌溉水質(zhì)和農(nóng)田土壤狀況，灌溉水質(zhì)與農(nóng)田土壤鹽漬化之間的關(guān)系，對(duì)水資源和農(nóng)田的高效利用具有一定指導(dǎo)意義。為該地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉提供參考，對(duì)該區(qū)域農(nóng)業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。【前人研究進(jìn)展】周金龍等[2]確定了塔里木盆地平原區(qū)中鹽度地下水的分布狀況,并對(duì)中鹽度地下水的水質(zhì)進(jìn)行了全面的評(píng)價(jià)。王全九等[ 3-6]針對(duì)西北地區(qū)微咸水利用，從模型模擬、室內(nèi)和田間試驗(yàn)等角度探討了微咸水灌溉對(duì)土壤水鹽分布和作物產(chǎn)量的影響;張俊鵬等[7]研究表明：咸水滴灌將鹽分帶入土壤,可能導(dǎo)致土壤含鹽量不斷增加，對(duì)植物造成危害，降低土壤環(huán)境質(zhì)量。呂燁等[8]研究表明，咸淡組合淋溶對(duì)表層土壤的壓鹽作用十分明顯，入滲結(jié)束后上層土壤溶液EC值在作物可允許的耐鹽范圍內(nèi)。楊樹青等[9]研究表明，采用“淡-咸-咸”的組合次序進(jìn)行灌溉，可使作物主根區(qū)土壤生育期內(nèi)積鹽最少。【本研究切入點(diǎn)】研究通過對(duì)南疆典型地區(qū)灌溉水質(zhì)及土壤鹽漬化狀況進(jìn)行調(diào)查與分析，了解和掌握庫爾勒、阿克蘇地區(qū)灌溉水質(zhì)狀況和農(nóng)田土壤鹽漬化狀況，闡明灌溉水質(zhì)對(duì)土壤鹽漬化的影響關(guān)系。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究南疆典型農(nóng)業(yè)灌區(qū)的灌溉方式、灌溉水質(zhì)和農(nóng)田土壤的調(diào)查和了解灌區(qū)灌溉水質(zhì)和土壤鹽漬化狀況，闡明灌溉水質(zhì)與農(nóng)田土壤鹽漬化之間的關(guān)系，給農(nóng)業(yè)灌溉提供參考，為利用咸水和微咸水灌溉提供一種合理的灌溉模式。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

庫爾勒、阿克蘇地區(qū)位于新疆天山南麓，塔里木盆地北緣，屬中緯度沙漠半干旱氣候。該地區(qū)光照和熱量資源豐富，氣溫的年較差和日較差大，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣干燥；庫爾勒年平均氣溫10.5℃，年降水量25.5～51.0 mm，區(qū)內(nèi)特征為：少雨、干旱、酷熱、多風(fēng)。阿克蘇地區(qū)總耕地面積34.96×104hm2(524.4萬畝)，總灌溉面積53.66×104hm2(804.9萬畝)，其中鹽堿地為12.59×104hm2(188.9萬畝)，占總灌溉面積的23.5%。阿克蘇地區(qū)氣候干旱、少雨、內(nèi)蒸發(fā)量大，加上地形封閉、地表水向盆地輸鹽量大、骨干排水系統(tǒng)年久失修; 導(dǎo)致土壤鹽堿含量高，土壤次生鹽漬化嚴(yán)重，并且鹽堿化面積廣，對(duì)農(nóng)、牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著深刻的影響。

1.2 材 料

2014年7月進(jìn)行南疆庫爾勒、阿克蘇地區(qū)灌溉水樣和土壤樣品的采集。采樣點(diǎn)集中分布在主要灌溉區(qū)、不同程度的鹽堿化土壤和不同的灌溉水質(zhì)地區(qū)，對(duì)不同深度的井水和渠道上、中、下游渠水水樣的采集，并重點(diǎn)對(duì)不同水質(zhì)灌溉下的農(nóng)田0～40 cm土壤進(jìn)行采樣。收集采樣點(diǎn)的地理坐標(biāo)、種植作物、灌溉方式、灌溉水源、秋冬灌溉情況及灌水量、地下水埋深等數(shù)據(jù)。列出采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)和樣點(diǎn)數(shù)。表1

表1 采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)和樣點(diǎn)數(shù)

1.3 方 法

采集的土樣帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，磨碎、過20目篩。制備1∶5土水比土壤浸提液，立即測(cè)量其電導(dǎo)率EC1∶5、pH值和鹽分離子組成。電導(dǎo)率用DDSJ-30A電導(dǎo)率儀測(cè)定，pH用PB-10 pH計(jì)測(cè)定。土壤離子組成測(cè)定方法：HCO3-、CO32-用雙指示劑滴定法；Cl-用AgNO3滴定法；SO42-用EDTA間接滴定法；Ca2+、Mg2+用EDTA絡(luò)合滴定法；K+、Na+用火焰光度法。灌溉水直接用來測(cè)定EC1∶5和pH值，方法同土壤離子測(cè)定，礦化度用重量法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 庫爾勒、阿克蘇地區(qū)灌溉水質(zhì)

研究表明，庫爾勒、阿克蘇地區(qū)灌溉用水中井水的礦化度較高，井水大多數(shù)礦化度在3.0 g/L以上，井水含鹽量較高，水中含較多的Na+， Na+含量超過其他陽離子成為鈉質(zhì)水，陰離子以HCO3-和Cl-為主，多屬于重碳酸鹽型鈉質(zhì)水。其中，礦化度在3～10 g/L的普惠農(nóng)場(chǎng)-1(井水)和普惠農(nóng)場(chǎng)-2(井水)為氯化鹽型水，陽離子以Ca2+、Na+離子為主；尉犁縣-6(井水)則以重碳酸鈉鹽鈉質(zhì)水。普惠農(nóng)場(chǎng)、尉犁縣灌溉井水中含有較高的HCO3-和Na+離子，長(zhǎng)期用井水灌溉可能會(huì)導(dǎo)致土壤的蘇打鹽漬化。相比較而言，普惠農(nóng)場(chǎng)、27團(tuán)、223團(tuán)、阿瓦提縣灌溉渠水礦化度非常低，礦化度均在0.5 g/L以下，渠水屬碳酸鹽性鈣質(zhì)水。表2

表2 庫爾勒、阿克蘇地區(qū)灌溉水質(zhì)

渠水的水質(zhì)較好，井水的水質(zhì)較差，井水礦化度較高且含有較多的Na+，井水灌溉可能導(dǎo)致土壤鹽堿化程度加重，不利于土壤的可持續(xù)利用。

按照Ayers和Westcot[7]灌溉水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，普惠農(nóng)場(chǎng)-1(井水)、普惠農(nóng)場(chǎng)-2(井水)、尉犁縣-6(井水)、尉犁縣-7(井水)、大坉子-8(井水)EC值均大于3.0 dS/m，屬于嚴(yán)重限制灌溉范圍，將嚴(yán)重導(dǎo)致土壤鹽化，嚴(yán)重影響作物水的可用性。根據(jù)SAR和EC值判斷，利用27團(tuán)-4(渠水)、223團(tuán)-5(渠水)灌溉將中度影響土壤滲透性。普惠農(nóng)場(chǎng)-1(井水)普惠農(nóng)場(chǎng)-2(井水)尉犁縣-6(井水)、尉犁縣-7(井水)、大坉子-8(井水)灌溉將導(dǎo)致敏感作物Na+嚴(yán)重毒害。表3

表3 灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[10]

注：TDS表示溶解性總固體

按照地下水水礦化度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]，尉犁縣-6(井水)、尉犁縣-7(井水)、大坉子-8(井水)、輪臺(tái)-9(井水)礦化度在2～3 g/L，屬于微咸水；普惠農(nóng)場(chǎng)-1(井水)、普惠農(nóng)場(chǎng)-2(井水)礦化度在3～10 g/L，屬于咸水。總體來說這兩灌區(qū)灌溉井水礦化度較高，長(zhǎng)期用井水灌溉，將可能導(dǎo)致土壤鹽漬化程度加重。表4

表4 地下水礦化度評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]

2.2 灌溉水質(zhì)與土壤的pH、電導(dǎo)率、含鹽量之間的關(guān)系

2.2.1 高電導(dǎo)率井水灌溉區(qū)土壤鹽分特征

尉犁縣、大坉子和輪臺(tái)縣長(zhǎng)期用高電導(dǎo)率的井水灌溉，土壤的電導(dǎo)率也高，說明用高電導(dǎo)率的井水灌溉會(huì)導(dǎo)致土壤電導(dǎo)率升高。普惠農(nóng)場(chǎng)灌溉所用井水的電導(dǎo)率雖然很高，但其土壤的電導(dǎo)率卻較低，其原因是普惠農(nóng)場(chǎng)灌溉主要以渠水灌溉，渠水為淡水，電導(dǎo)率低，當(dāng)渠水不足時(shí)才用井水灌溉，這種以渠灌為主井灌為輔的 “咸淡組合”的灌溉模式把土壤電導(dǎo)率維持在一定范圍之內(nèi)。圖1

2.2.2 低電導(dǎo)率渠水灌溉區(qū)土壤鹽分特征

普惠農(nóng)場(chǎng)、27團(tuán)和阿瓦提縣長(zhǎng)期灌溉所用的渠水都為淡水，電導(dǎo)率都很低，相應(yīng)的土壤電導(dǎo)率也較小。223團(tuán)農(nóng)業(yè)灌溉所用渠水為低電導(dǎo)率的淡水，但土壤的電導(dǎo)率卻很高，是因?yàn)樵搱F(tuán)場(chǎng)土壤鹽漬化程度嚴(yán)重，土壤本身含有的鹽分背景值就很高，所以該團(tuán)場(chǎng)采用種植水稻的水旱輪作方式來改良較重的鹽漬化土壤，利用淡水洗鹽壓鹽是該團(tuán)場(chǎng)目前最主要的鹽堿土壤改良手段。圖2

圖1 灌溉井水電導(dǎo)率與土壤電導(dǎo)率之間的關(guān)系

圖2 灌溉渠水電導(dǎo)率與土壤電導(dǎo)率之間的關(guān)系

2.2.3 高礦化度井水灌溉區(qū)土壤鹽分特征

普惠農(nóng)場(chǎng)、尉犁縣、大坉子和輪臺(tái)縣長(zhǎng)期用高礦化度的井水灌溉，土壤鹽分也相應(yīng)的較高，這與井水電導(dǎo)率與土壤電導(dǎo)率之間的關(guān)系一致，說明長(zhǎng)期用高礦化度的水灌溉，會(huì)增加土壤中的鹽分。圖3

圖3 灌溉井水總鹽度與土壤總鹽之間的關(guān)系

2.2.4 低礦化度渠水灌溉區(qū)土壤鹽分特征

27團(tuán)和阿瓦提縣(223團(tuán)除外，因?yàn)樵搱F(tuán)場(chǎng)土壤含鹽量的背景值很高。)采用渠水灌溉，渠水含鹽量少，土壤的含鹽量也低。結(jié)果表明長(zhǎng)期使用低礦化度的渠水灌溉，不會(huì)增加土壤0～40 cm土層的鹽分，有利于土壤鹽分的淋洗，降低土壤含鹽量。圖4

圖4 灌溉渠水總鹽度與土壤總鹽之間的關(guān)系

2.2.5 灌溉水pH與土壤pH之間的關(guān)系

庫爾勒、阿克蘇地區(qū)灌溉所用渠水的pH值與土壤的pH值相接近，這有可能與長(zhǎng)期用渠水灌溉有關(guān)，灌溉所用的井水pH值與土壤pH值之間相差較大，井水的pH值大于渠水pH值。圖5，圖6

圖5 灌溉井水pH與土壤pH之間的關(guān)系

圖6 灌溉渠水pH與土壤pH之間的關(guān)系

2.2.6 灌溉水中Na+含量與土壤Na+含量之間的關(guān)系

普惠農(nóng)場(chǎng)、尉犁縣、大坉子和輪臺(tái)縣這四個(gè)灌區(qū)所用的灌溉井水Na+含量較高。尉犁縣、大坉子和輪臺(tái)縣農(nóng)田長(zhǎng)期以井水灌溉，相應(yīng)的農(nóng)田土壤中Na+的含量也較高。普惠農(nóng)場(chǎng)農(nóng)田雖然采用渠灌為主井灌為輔的灌溉模式，但由于井水Na+含量較高，農(nóng)田土壤中相應(yīng)的Na+含量也較高，說明用含量較高Na+的井水長(zhǎng)期灌溉，會(huì)增加農(nóng)田土壤中Na+的含量。圖7

圖7 灌溉井水Na+與土壤Na+之間的關(guān)系

3 討 論

水資源和土壤資源是綠洲灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，水資源和土壤資源的狀況關(guān)系到農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展。隨著大面積節(jié)水滴灌的實(shí)施，土壤鹽漬化發(fā)展呈現(xiàn)了不同的問題和規(guī)律。劉春卿等[11]研究表明，灌溉方式、灌溉水質(zhì)和滴灌年限都明顯影響了土壤的鹽漬狀況。侯振安等[12]研究表明，膜下滴灌棉田持續(xù)利用咸水進(jìn)行灌溉，土壤中鹽分逐年增加，積鹽程度隨灌溉水鹽度的增加而加重。Sharma等[13]發(fā)現(xiàn)在有地下排水系統(tǒng)條件下，用鹽水(電導(dǎo)為6、 9、 12、18.8 dS/m)灌溉7年，土壤鹽分有所增加。普惠農(nóng)場(chǎng)、尉犁縣和大坉子灌區(qū)所用的井水礦化度較高，長(zhǎng)期用井水灌溉，可能會(huì)增加土壤中含鹽量，影響農(nóng)田質(zhì)量，由于這只是一次的調(diào)查結(jié)果，要想得到更準(zhǔn)確地結(jié)果還需對(duì)這三個(gè)灌區(qū)的灌溉水質(zhì)和農(nóng)田土壤狀況做長(zhǎng)期的定位監(jiān)測(cè)。

南疆水資源嚴(yán)重短缺，僅靠淡水資源，已難以維持當(dāng)前農(nóng)業(yè)的規(guī)模。如何解決地多水少的矛盾，不能僅依靠提高淡水的利用率，而應(yīng)該對(duì)除淡水以外的咸水資源加以利用。在庫爾勒和阿克蘇地區(qū)儲(chǔ)有大量的咸水和微咸水資源，對(duì)咸水和微咸水的合理開采利用，將能有效緩解淡水資源不足對(duì)農(nóng)業(yè)造成的壓力。庫爾勒和阿克蘇地區(qū)部分區(qū)域土壤鹽漬化嚴(yán)重，已嚴(yán)重影響農(nóng)田的高效利用，如果直接用高礦化度的水灌溉，不僅不能降低土壤鹽分，反而會(huì)增加土壤鹽分，導(dǎo)致農(nóng)田土壤鹽漬化程度加重。普惠農(nóng)場(chǎng)二分場(chǎng)由于淡水不足，為了能讓作物存活生長(zhǎng)，直接用礦化度為8.55 g/L的咸水灌溉，使農(nóng)田耕層土壤含鹽量增加，這種直接用咸水或微咸水灌溉方式是不合理的。如何在農(nóng)業(yè)中合理利用咸水和微咸水資源，大量學(xué)者做了研究。Flowery[14]在埃及的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在滴灌和咸淡水混灌相結(jié)合條件下的番茄產(chǎn)量最高。Murtaza G等[15]研究表明：在有一定量的淡水資源的條件下，采用咸水和淡水交替輪灌是一種較好的咸水利用方式，咸淡輪灌可顯著減小咸水灌溉的不利影響，有助于控制土壤中的鹽分積累，并提高土壤滲透率,在相同鹽分水平下，咸淡水輪灌下的作物產(chǎn)量要比咸淡水混灌的產(chǎn)量高。因此，庫爾勒和阿克蘇地區(qū)農(nóng)業(yè)可采用咸淡輪灌模式，一方面提高了水資源的高效利用，另一方面可把農(nóng)田土壤含鹽量控制在一定范圍內(nèi)，不會(huì)導(dǎo)致土壤鹽漬化程度加重，還會(huì)增加作物產(chǎn)量，有利于干旱區(qū)水資源和土壤資源的高效和可持續(xù)利用。

4 結(jié) 論

4.1 庫爾勒、阿克蘇地區(qū)灌溉所用井水屬重碳酸鹽型或氯化鹽型鈉質(zhì)水，井水中陽離子以Na+和Ca2+為主，陰離子以HCO3-和Cl-為主。長(zhǎng)期利用井水灌溉可能會(huì)加重土地鹽漬化，不利于土壤的長(zhǎng)期利用。渠水大都為淡水，水質(zhì)優(yōu)于井水。灌溉所用井水和渠水中含有較高的HCO3-離子，長(zhǎng)期灌溉可能會(huì)導(dǎo)致土壤的蘇打鹽漬化。

4.2 庫爾勒、阿克蘇長(zhǎng)期采用高礦化度井水灌溉地區(qū)，農(nóng)田土壤含鹽量較高，這有可能與灌溉水質(zhì)有關(guān)，運(yùn)用高礦化度的井水長(zhǎng)期灌溉，可能會(huì)加重農(nóng)田土壤鹽漬化程度。

4.3 考慮到庫爾勒、阿克蘇地區(qū)缺水現(xiàn)狀，僅靠地表水難以維持農(nóng)業(yè)的正常生產(chǎn)，這兩灌區(qū)有豐富的咸水與微咸水資源，制定科學(xué)的灌溉制度，合理利用這些水資源將對(duì)這兩灌區(qū)具有重大意義。庫爾勒、阿克蘇灌區(qū)可以采取渠水和井水“咸淡結(jié)合”的灌溉模式，以確保水資源的高效利用和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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Fund project:National Key Technology Support Program(2014BAC14B03)and Innovation fund for small and medium sized science and technology type enterprises (13C26216516411)

Agricultural Irrigation Water Quality and Soil Salinization in Typical Areas of Southern Xinjiang

LI Xiao-dong1，ZHANG Feng-hua1，ZHU Yu2

(1.College of Agronomy，Shihezi University, Shihezi Xinjiang 832000，China;2.ShiheziDevelopmentZone,theOasisEcologicalTechnologyCo.,Ltd,ShiheziXinjiang832000，China.)

【Objective】 With the expansion of irrigation and extrapolation of large-scaled water-saving irrigation, soil salinization has triggered some new problems and shown a new trend in Xinjiang. Through research of the quality of irrigation water and soil salinity for agricultural typical areas in Southern Xinjiang, this project aims to clarify the relationship between irrigation water and soil salinity status of the farmland and provide the basis for the development of rational and efficient use of irrigation systems and saltwater and brackish water.【Method】Samples of soils and irrigation water were collected from the agricultural typical areas of Korla and Aksu prefectures in Southern Xinjiang to research and find out how the local agricultural irrigation and hydrological conditions were.【Result】The results showed that irrigation water in the zone was quite high in Cl-, HCO3-and Na+contents. The underground irrigation water salinity was rather higher and the water quality was worse than surface canal water. Long term groundwater irrigation may aggravate the degree of soil salinization, which would not be conducive to the sustainable development of irrigation agriculture in the region.【Conclusion】It is recommend that Korla and Aksu regions use river water for the main irrigation with groundwater irrigation as " the brackish groundwater irrigation combined irrigation mode.

water quality; soil salinization

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.07.012

2016-01-14

國(guó)家科技支撐項(xiàng)目(2014BAC14B03)；科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金(13C26216516411)

李小東(1989-)，男，甘肅天水人，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)資源利用，(E-mail)lxd021@126.com

張鳳華(1970-)，女，新疆石河子人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榫G洲農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境，(E-mail)zfh2000@126.com

S516

A

1001-4330(2016)07-1260-08