典型干旱區(qū)綠洲棉田土壤返鹽、積鹽特征研究

馬合木江·艾合買提，虎膽·吐馬爾白，古萊姆拜爾·艾爾肯，李卓然

(新疆農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院,烏魯木齊830052)

新疆干旱綠洲區(qū)由于其特定的自然氣候條件能為棉花生長提供較好的條件。近些年來，為擴大棉花生產(chǎn)規(guī)模，作為我國最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地的新疆大力推廣應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)開發(fā)利用鹽堿地，并取得了較為理想的成就，為新疆水土資源的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。膜下滴灌技術(shù)作為一種最節(jié)水的灌溉技術(shù)，其擁有節(jié)水、節(jié)肥、增產(chǎn)、省力等諸多優(yōu)點，僅1996-2002年，短短6 a時間，新疆棉花膜下滴灌面積從最初的1.67 hm2擴大到12 萬hm2[1]。目前，新疆膜下滴灌面積已突破200 萬hm2，成為世界上大田應(yīng)用膜下滴灌面積最大的地區(qū)[2]。此項技術(shù)在大面積推廣應(yīng)用的同時產(chǎn)生的土壤次生鹽漬化等問題逐漸引起諸多學者的關(guān)注[3-6]，有學者專門針對膜下滴灌條件下棉田土壤鹽分的運移規(guī)律作了大量室內(nèi)外實驗研究，并取得了較大成就[7,8]。也有人就滴灌是否會引起土壤次生鹽漬化問題以及膜下滴灌技術(shù)利用年限與土壤鹽分累積間的關(guān)系開展了許多課題研究[3,9-11]。李慧等[4]研究了膜下滴灌棉田生育期土壤鹽分運移特征，靳志峰等[12]針對北疆季節(jié)性凍融期棉田土壤鹽分與溫度等關(guān)系進行了大田實驗研究。以上研究有的雖然是建立在數(shù)學模型分析基礎(chǔ)之上，但并沒能精確描述大田土壤水鹽運移規(guī)律，即使是大田監(jiān)測實驗，由于其監(jiān)測時間較短也缺乏一定的說服力。本研究另辟蹊徑，主要針對棉田生育期初與末土壤鹽分剖面變化特征進行了對比研究分析，監(jiān)測時間長達3 a之久，旨在分析膜下滴灌棉田土壤鹽分在生育期的累積趨勢。

1 材料與方法

1.1 實驗區(qū)概況

本實驗在新疆石河子市農(nóng)八師121團進行，該團位于天山北麓，準噶爾盆地南緣，地處歐亞大陸腹地(44°46′55″N，85°32′50″E，平均海拔337.1 m)。該地區(qū)夏季炎熱，冬季寒冷，常年干旱缺水，光照充足，蒸發(fā)強烈，年降雨量為141.8 mm，年蒸發(fā)量為1 826.2 mm，年均日照數(shù)約為2 862 h，無霜期平均為167 d，具有典型的大陸性荒漠氣候特點。本實驗所選6塊典型棉田均屬同一灌溉小區(qū)，主要種植作物為棉花，且其灌溉制度基本相同，當?shù)啬昶骄叵滤宦裆钤? m左右，其中，每年灌水高峰期時(7月份)，其地下水位平均保持在2.5 m左右。

1.2 實驗方法

2009年初，本課題組初步選取了6塊棉田作為大田實驗基好，所選地塊開始實施膜下滴灌的時間分別為1998、2001、2003、2005、2007、2009年，監(jiān)測時間為2009年3月27日(生育期初)，2009年9月21日(生育期末)；2010年3月22日(生育期初)，2010年10月27日(生育期末)；2011年4月7日(生育期初)，2011年10月27日(生育期末)，共計監(jiān)測6次。初次取樣采用GPS精確定位取樣點位，以后取樣均在這點附近進行。每個樣點取樣深度取：0～5、5～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm 6個土層，每個樣點取3個重復，每次取樣18個，6塊地6次共計取樣648個。每次取完土樣及時帶回實驗室進行化驗，土壤含水率采用烘干法進行測取，然后將土壤磨碎并過2 mm篩，最終制取土水比為1∶5(土18 g，蒸餾水90 mL )的土壤浸提液并測取溶液電導率值，然后換算成土壤含鹽率。溶液電導率與含鹽率的關(guān)系式為：y=0.000 6x-0.028 2，R2=0.948 6。

2 結(jié)果與分析：生育期始末土壤鹽分分布特征

為分析膜下滴灌棉田土壤在年初、年末的運移變化情況，本文在數(shù)據(jù)分析時首先對每個取樣點各土層的3個重復樣品進行相應(yīng)的均值計算并將其作為當年各土層含鹽率值，再對3 a取樣數(shù)據(jù)中的同期樣品均值進行均值計算并將其作為此地塊各年平均水平。根據(jù)各地塊各年均值繪制如圖1所示的土壤鹽分剖面圖。

按新疆鹽堿土分類標準[13],將土壤分為非鹽化土(土壤鹽分質(zhì)量<3 g/kg)、輕鹽化土(土壤鹽分質(zhì)量3～6 g/kg)、中度鹽化土(土壤鹽分質(zhì)量6～10 g/kg)、重度鹽化土(土壤鹽分質(zhì)量10～20 g/kg)、鹽土(土壤鹽分質(zhì)量>20 g/kg)。由圖1可知，各地塊在生育期初(3月底4月初)表層0～20 cm土壤鹽分保持在2.5 g/kg 左右(<3 g/kg)，故歸類為非鹽化土，對棉花出苗不構(gòu)成抑制作用。這一現(xiàn)象主要與實驗區(qū)地理位置、氣候及實驗取樣時間有關(guān)。實驗區(qū)地處我國季節(jié)性凍土地區(qū)，當?shù)孛磕杲笛┥疃绕骄蛇_35 cm左右。這部分降雪只有少量在外界氣溫作用下被蒸發(fā)，而剩余積雪基本都融化入滲補給土壤水。據(jù)實驗觀察發(fā)現(xiàn)，每年3月中下旬實驗區(qū)棉田凍結(jié)土壤已基本融通。而本實驗在春季取土時間基本都在3月底4月初，此時段地表積雪已基本融化并入滲至土壤。由于降雪量較大，因此，入滲雪水對表層土壤鹽分起到一定的淋洗作用，這是導致這一時段表層土壤鹽分值保持較低水平的主要原因。然而，實驗區(qū)每年4月初左右氣溫持續(xù)上升，而當?shù)孛磕瓴シN時間在4月15日左右，若土壤消融后至播種前這段時間過于長久，就會導致春季棉田土壤因外界蒸發(fā)而產(chǎn)生次生鹽漬化現(xiàn)象。因此，為防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，要盡量縮短土壤消融后至播種前這一時段的時間間隔。由圖1(a)還可以看出，各監(jiān)測地塊土壤鹽分在深度方向上呈現(xiàn)出隨深度的增加而增大的趨勢，各地塊在深層100 cm處的鹽分值高達7 g/kg左右的較高水平，按照新疆鹽堿土分類標準[13]屬于中度鹽化土壤。部分地塊(如2003年地塊)在這一土層鹽分值超過10 g/kg，屬于重度鹽漬化土壤。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要原因與當?shù)靥赜械墓喔戎贫扰c雪水融化入滲有關(guān)。當?shù)貫楣?jié)約用水，一般都在每年秋季棉花第一遍收完之后(每年9月下旬)進行一次補水灌溉(當?shù)胤Q之為茬灌)，用以代替長期使用的冬灌與春灌壓鹽制度。秋灌不但能為第2批吐絮的棉花提供必要的水分，而且還能起到一定的壓鹽作用。雖然從秋灌后至秋季翻地前土壤一直處于蒸發(fā)耗水狀態(tài)(當?shù)孛磕甏蛩笾仓昊臼フ趄v作用，故此時段蒸發(fā)為主要耗水途徑)，但由于上層土體結(jié)構(gòu)較為密實，且后期外界氣溫較低，只能導致棉田表層土壤返鹽，而蒸發(fā)作用對于深層土壤影響較小。再者，由于冬季降雪量較大，雪水在融化入滲的同時會對土壤鹽分起到一定的淋洗作用，這使得上層土壤鹽分在雪水淋洗作用下向下層運移，致使深層土壤積鹽。

圖1 土壤鹽分剖面圖Fig.1 Map of soil salt profile

由圖1(b)生育期末土壤鹽分剖面分布圖可以看出，各地塊在表層5～20 cm土層鹽分值呈現(xiàn)隨深度增加而減小趨勢，表層5 cm處鹽分均值高達5 g/kg左右(除2009年地塊)，屬于輕度鹽化土壤。這主要是因為秋季棉田表層土壤返鹽所致。實驗區(qū)從最后一次灌水以后，土壤鹽分基礎(chǔ)呈現(xiàn)蒸發(fā)耗水狀態(tài)，下層土壤鹽分在水分的攜帶下向地表聚集。但是從實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，此時段返鹽程度較輕，分析其原因主要與土壤結(jié)構(gòu)有關(guān)。實驗區(qū)棉田在經(jīng)過一個生育期的灌溉管理后，由于土壤沒有經(jīng)歷過中途擾動，致使其土壤結(jié)構(gòu)密實，間接抑制下層鹽分的上移。在20～100 cm土層中，隨著深度的增加土壤鹽分值呈現(xiàn)小幅度增加趨勢，直至深層100 cm處，土壤鹽分值保持在5 g/kg左右，同樣屬于輕度鹽化土壤，這主要是生育期灌溉措施導致的。土壤鹽分在經(jīng)歷一個生育期的灌溉后，上層鹽分大部分都被淋洗至作物根系層以下的土層，即在生育期末，下層土壤會出現(xiàn)不同程度的積鹽趨勢。與生育期初相比，生育期末土壤鹽分隨深度的變化幅度較小，生育期初呈現(xiàn)較為嚴重的深層積鹽現(xiàn)象，這主要與當?shù)亟笛┘肮喔戎贫扔嘘P(guān)。當?shù)赜捎诙窘笛┝看螅率勾蟛糠址e雪在融化后入滲，使得各土層土壤鹽分得到不同程度的淋洗，上層土壤鹽分被淋洗至深層并累積。

綜合分析認為，就土壤返鹽情況而言，生育期末及生育期初(土壤消融后不久)土壤返鹽程度較弱。就土壤積鹽情況而論，生育期末土壤積鹽程度小于生育期初，但是從土壤剖面積鹽趨勢而言，生育期初土壤鹽分呈現(xiàn)明顯的隨深度的增大而增加的積鹽趨勢。從長遠來看，生育期初棉田土壤發(fā)生次生鹽漬化的趨勢較為明顯。

3 結(jié) 論

(1)通過研究發(fā)現(xiàn)，長期膜下滴灌棉田土壤在生育期初與生育期末呈現(xiàn)較為輕度的返鹽趨勢，表層20 cm土層基本為非鹽化土壤或輕度鹽化土壤。因此生育期始末的返鹽現(xiàn)象對棉花生長威脅較小。

(2)對比分析生育期始末鹽分累積特征可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)棉田土壤在生育期初呈現(xiàn)較為明顯的積鹽趨勢，且隨深度的增大積鹽程度逐漸增加。相比之下，生育期初土壤鹽分導致次生鹽漬化發(fā)生的潛力大于生育期末。

(3)研究認為，秋季茬灌具有一定的淋洗鹽分的作用，且積雪融化入滲在一定程度上也能起到明顯的淋洗鹽分作用。

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