大田水體-土壤相間分布下滲灌研究

王霄宇

(遼寧省大伙房水庫(kù)管理局有限責(zé)任公司,遼寧 撫順 113007)

在干旱和半干旱地區(qū)，虧缺灌溉是最常見(jiàn)的，溝灌、滲灌、噴灌和其他地面灌溉系統(tǒng)通常用于這些條件下，特別是作物的產(chǎn)值不穩(wěn)定或不高，足以抵消噴灌或其他灌溉系統(tǒng)的成本[1-5]。當(dāng)區(qū)域的水資源比較短缺時(shí)，溝灌、滲灌、微灌及滴灌等模式都是重要的戰(zhàn)略措施，它能夠減少深層滲漏和徑流損失，以及提高降水的利用率。合理的灌溉次數(shù)、溝流量及灌溉截止時(shí)間都依賴(lài)于田間規(guī)模的變化。

當(dāng)前研究者對(duì)滲灌或者溝灌等節(jié)水灌溉模式研究主要集中在土壤水分的變化規(guī)律上[6-11]，而對(duì)于水體與土壤相間分布建立起的這種特殊結(jié)構(gòu)下，兩個(gè)介質(zhì)之間必然存在著一定的關(guān)系，很少有人開(kāi)展水體-土壤相間分布下的滲灌規(guī)律研究。為此，本文的主要目的是通過(guò)大田滲灌觀測(cè)，以便獲得水體-土壤相間分布下滲灌規(guī)律，包括滲灌持續(xù)時(shí)間、滲灌濕潤(rùn)范圍以及不同時(shí)間與土層入滲變化規(guī)律等，在此基礎(chǔ)上，分析在這種分布結(jié)構(gòu)下的滲灌效果。

1 田間布設(shè)

大田試驗(yàn)地點(diǎn)位于陜西省富平東南部鹵泊灘。根據(jù)區(qū)域的地形、環(huán)境、氣候、種植條件等因素，在溝道不同蓄水深度的情況下選取5塊田地作為大田滲灌觀測(cè)實(shí)驗(yàn)田。A、B、C、D、E五塊實(shí)驗(yàn)觀測(cè)田位置、大小及溝道蓄水深度詳見(jiàn)表1。大田滲灌觀測(cè)田塊與取樣點(diǎn)布設(shè)如圖1所示；大田滲灌觀測(cè)不同土層深度取樣點(diǎn)位置如圖2所示。

圖1 大田滲灌觀測(cè)田塊與取樣點(diǎn)布設(shè)示意圖

圖2 大田滲灌觀測(cè)不同土層深度取樣點(diǎn)位置示意圖

表1 大田滲灌觀測(cè)實(shí)驗(yàn)田塊情況

取樣時(shí)間為2020年7月19日，取樣點(diǎn)34處，測(cè)定土樣含水率樣本250個(gè)。具體取樣情況如下：

A地塊：位于一期開(kāi)發(fā)區(qū)域北側(cè)，取樣點(diǎn)7處，測(cè)定土樣含水率樣本55個(gè)。

B地塊：位于一期開(kāi)發(fā)區(qū)域南側(cè)，為路東側(cè)第二塊地，取樣點(diǎn)7處，測(cè)定土樣含水率樣本55個(gè)。

C地塊：位于二期開(kāi)發(fā)區(qū)中部，取樣點(diǎn)7處，測(cè)定土樣含水率樣本55個(gè)。

D地塊：位于三期西灘開(kāi)發(fā)區(qū)西側(cè)，取樣點(diǎn)7處，測(cè)定土樣含水率樣本56個(gè)。

E地塊：位于四期開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)，路北側(cè)，取樣點(diǎn)6處，測(cè)定土樣含水率樣本29個(gè)。

2 土壤水分監(jiān)測(cè)

大田滲灌觀測(cè)包括兩個(gè)方面，其一是A→E共5個(gè)田塊在蓄水溝蓄水水深10、20、40、70、140cm情況下，觀測(cè)各自田塊在土層深度10、30、50、80、120、150、180、200cm時(shí)含水率，以便獲得水體-土壤相間分布下不同蓄水水深對(duì)滲灌的影響；其二是在不同蓄水水深情況下，開(kāi)展各觀測(cè)田塊不同土層深度含水率隨時(shí)間變化規(guī)律研究，大田滲灌觀測(cè)試驗(yàn)持續(xù)25d，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中分7次取樣，分別為試驗(yàn)開(kāi)始后的第1天、第4天、第8天、第12天、第16天、第20天、第25天，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析確定各層土壤含水率隨時(shí)間變化情況，以便獲得水體-土壤相間分布下滲灌的持續(xù)時(shí)間和滲灌濕潤(rùn)范圍。

3 滲灌規(guī)律

3.1 不同蓄水水深各田塊不同觀測(cè)點(diǎn)含水率變化

不同蓄水水深下各田塊不同觀測(cè)點(diǎn)含水率隨土層深度變化如圖3所示。

由圖3可知，A→E田塊不同觀測(cè)點(diǎn)含水率分布隨土層深度變化存在著一定的差別，但含水率變化趨勢(shì)基本一致。各田塊達(dá)到土壤飽和含水率的土層深度不同，A→E田塊達(dá)到土壤飽和含水率的深度分別為200、180、180、150、80cm，其對(duì)應(yīng)的飽和含水率分別為43.594%、43.85%、43.85%、43.85%、43.85%，從整體來(lái)來(lái)，田塊在土層深度在150～200cm間土壤含水率基本達(dá)到飽和狀態(tài)，所有田塊平均飽和含水率為43.80%。再結(jié)合表2，隨著土層深度的增加，各層土壤含水率逐漸增加，以田塊A為例，下一層土壤含水率與上一層土壤含水率相比較，30、50、80、120、150、180、200cm土層土壤含水率分別提高了6.73%、6.271%、1.087%、1.362%、2.356%、4.267%、4.142%；其他土層與土層深度10cm處土壤含水率17.379%相比較，30、50、80、120、150、180、200cm土層土壤含水率分別提高了6.73%、13.002%、14.088%、15.45%、17.807%、22.074%、26.215%。其他大田滲灌觀測(cè)田塊的各土層土壤含水率變化情況詳見(jiàn)表2，不再詳細(xì)闡述。

表2 不同田塊不同土層深度平均土壤含水率

圖3 不同蓄水水深下各田塊不同觀測(cè)點(diǎn)含水率隨土層深度變化圖

3.2 蓄水水深對(duì)土壤含水率影響

不同蓄水深度不同田塊平均含水率隨土層深度變化如圖4所示。

圖4 不同蓄水深度不同田塊平均含水率隨土層深度變化圖

由圖4可知，在A→E田塊蓄水溝蓄水水深10、40、20、70、140cm情況下，土層深度10～50cm間其對(duì)應(yīng)的土層平均含水率分別為23.96%、27.38%、27.77%、32.10%、33.76%，說(shuō)明蓄水水深越高，則土壤臨界水位越高，土壤含水率大；溝道蓄水水深越低，則土壤臨界水位越低，土壤含水率小。土層深度10cm處對(duì)應(yīng)的平均含水率分別為17.38%、22.23%、21.66%、28.34%、27.54%，蓄水水深為10cm時(shí)，表層土壤含水率為17.38%，土壤含水率較低，根據(jù)大田觀測(cè)不適應(yīng)作物生長(zhǎng)；蓄水水深在20～40cm時(shí)，表層土壤平均含水率為21.95%，土壤含水率稍有增大，根據(jù)大田觀測(cè)對(duì)作物生長(zhǎng)所需水分仍不是很理想；蓄水水深在70～140cm時(shí)，表層土壤平均含水率為27.94%，土壤含水率增大，保證作物生長(zhǎng)時(shí)所需水分。

3.3 蓄水水深對(duì)滲灌持續(xù)時(shí)間影響

不同蓄水水深下各田塊不同土層含水率隨時(shí)間變化如圖5所示，不同蓄水水深下各田塊含水率變化穩(wěn)定后對(duì)比如圖6所示。

由圖5—6可知，隨時(shí)間的推移，土壤含水率均呈逐漸增大的趨勢(shì)，且各田塊的各土層土壤含水率變化趨勢(shì)基本一致。A田塊蓄水溝蓄水水深10cm，隨著時(shí)間的推移，當(dāng)水體-土壤相間分布下滲灌的第12天，土壤含水率無(wú)明顯增加幅度，基本穩(wěn)定，且在土層深度200cm處土壤達(dá)到飽和，飽和含水率為43.679%；B田塊蓄水溝蓄水水深40cm，隨著時(shí)間的推移，當(dāng)滲灌的第16天，土壤含水率無(wú)明顯增加幅度，基本穩(wěn)定，且在土層深度160cm處土壤達(dá)到飽和，飽和含水率為44.442%；C田塊蓄水溝蓄水水深20cm，隨著時(shí)間的推移，當(dāng)滲灌的第12天，土壤含水率無(wú)明顯增加幅度，基本穩(wěn)定，由于其蓄水水深與A田塊相差不多，可能使其滲灌持續(xù)時(shí)間基本一致，且在土層深度180cm處土壤達(dá)到飽和，飽和含水率為44.158%；D田塊蓄水溝蓄水水深70cm，隨著時(shí)間的推移，當(dāng)滲灌的第20天，土壤含水率無(wú)明顯增加幅度，基本穩(wěn)定，且在土層深度150cm處土壤達(dá)到飽和，飽和含水率為46.065%；E田塊蓄水溝蓄水水深140cm，隨著時(shí)間的推移，當(dāng)滲灌的第25天，土壤含水率無(wú)明顯增加幅度，基本穩(wěn)定，且在土層深度80cm處土壤達(dá)到飽和，飽和含水率為47.38%。根據(jù)各田塊滲灌持續(xù)時(shí)間分析，蓄水溝蓄水水深越高，土壤含水率穩(wěn)定延長(zhǎng)的時(shí)間越長(zhǎng)，即水體-土壤相間分布下滲灌的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，滲灌持續(xù)時(shí)間大小比較為：A田塊=B田塊

圖5 不同蓄水水深下各田塊不同土層含水率隨時(shí)間變化圖

圖6 不同蓄水水深下各田塊含水率變化穩(wěn)定后對(duì)比圖

表3 不同田塊滲灌穩(wěn)定時(shí)各土層土壤含水率

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)水體-土壤相間分布結(jié)構(gòu)下滲灌研究，結(jié)果表明蓄水溝水深越大，水平入滲運(yùn)移距離越大，垂向入滲運(yùn)移距離越小，隨著時(shí)間的推移，變化幅度緩慢，最后趨于穩(wěn)定，而垂向入滲距離隨著蓄水水深的增大而減小，當(dāng)土壤含水率達(dá)到飽和時(shí)，垂向入滲不再發(fā)生。因此，蓄水溝不同水深下，滲灌持續(xù)時(shí)間、滲灌濕潤(rùn)范圍以及不同時(shí)間與土層入滲情況對(duì)田間作物節(jié)水灌溉具有一定的指導(dǎo)作用與借鑒。另外，研究過(guò)程中由于只開(kāi)展了田間試驗(yàn)，對(duì)滲灌效果還需大量數(shù)據(jù)及試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。