膜下滴灌條件下KNO3肥液濃度對土壤水鹽運移的影響

冀雅珍 武海霞

(1.山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002；2.河北工程大學，河北 邯鄲 056000)

膜下滴灌條件下KNO3肥液濃度對土壤水鹽運移的影響

冀雅珍1武海霞2

(1.山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002；2.河北工程大學，河北 邯鄲 056000)

為了研究膜下滴灌條件下不同肥液濃度對土壤中水鹽分布規律的影響，通過大田作物試驗，采用滴灌系統進行水肥一體化灌溉，測量不同KNO3肥液濃度下土壤含水率、含鹽量，并對水鹽分布規律進行分析。結果表明，土壤含水量越大的地方，含鹽量越小；肥液濃度對于土壤水分的分布情況無明顯影響，但對含鹽量影響明顯；隨肥液濃度增大，表層土壤中含鹽量變大，深層土壤中變化規律不明顯；試驗中土壤鹽分運移耦合性較好，可為揭示膜下滴灌條件下水鹽運移規律提供參考。

滴灌；膜下滴灌；土壤；水鹽分布；運移規律

山西位于典型的干旱半干旱地區，近年來，滴灌技術作為一種新型的節水灌溉技術在該地逐步推廣應用，尤其以玉米為主的高效用水灌溉面積也持續增加。采取滴灌技術后可實現水肥一體化灌溉，從而達到省水、省肥的效果。該技術自動化程度高，對地形的適應能力也很強，并能使作物根區的土壤水分保持在最佳水平，從而便于作物吸收水分和養分，提高作物產量。

但是在干旱半干旱地區滴灌條件下實施水肥一體化灌溉，會使土壤中的鹽分較高，形成明顯的積鹽區和脫鹽區，從而可能影響作物根系的發育[1]。因此對于滴灌條件下的水鹽肥耦合以及土壤水鹽肥分布規律的研究是非常必要的。本文通過大田作物試驗，對膜下滴灌條件下不同KNO3肥液濃度對土壤中水鹽分布規律的影響進行研究。

1 試驗概述

1.1 試驗區概況

試驗區位于大同市陽高縣南徐屯村膜下滴灌示范基地，該縣屬高原溫帶季風型大陸性氣候，春季干旱多風沙、蒸發量大，夏季降水集中，秋季降水驟減，冬季降水稀少，四季分明，區內多年平均氣溫7.1℃。由于受季風影響，降水量年內、年際分配不均，且多集中在7～8月份，多年平均降水量423.86 mm，年蒸發量1 924 mm。水資源不足，氣象災害頻繁，多年平均干旱指數為2.8，屬半干旱少雨地帶，“十年九旱”，糧食生產水平低而不穩。

1.2 試驗方法

試驗區大田玉米種植模式為一膜一管雙行的膜下滴灌方式，膜寬40 cm，膜間距60 cm，滴頭流量為2.2 L/h，滴頭間距33 cm，灌水定額為373 m3/hm2。為能使玉米籽粒飽滿，并能使植物莖根粗壯、不易倒伏，增強抗旱、抗寒、抗病能力，根據當地群眾的施肥習慣，適量施用復合肥KNO3。在試驗區分灌水相同、肥濃度不同的4個處理組進行研究，即無施肥灌溉(SF0)、施肥高濃度1.5 kg/ m3(SF1)、中濃度1 kg/m3(SF2)和低濃度0.5 kg/m3(SF3)，重復3次，每個處理組面積49 m2。為了能反映不同肥液濃度對土壤中水及鹽的運移和分布規律影響，特配置了以上3種不同濃度的肥液進行灌溉，并與無施肥灌溉進行對比。肥液在需要灌溉時現場按照試驗方案進行配置使用，避免鉀肥失效。

試驗區土壤均質性良好，完全能夠滿足試驗的要求，取土采取如下方法進行：以滴頭為中心的圓形濕潤區域，在時鐘三點、七點和十一點的3個不同方向的同一半徑上按序取樣，取樣點為O，O1，O2三點，O點距滴頭5 cm，O～O1、O1～O2每兩點之間的取樣距離為10 cm；取樣土層深度0，10，20 cm和30 cm。取土位置分別在各處理組地塊的中心處，具體的取土時間是：第1次取土樣在剛灌溉完當天進行；第2次取土在灌水后第2天進行；第3次取土樣在灌水后第3天進行。取土方法土壤含水量測定采用傳統的烘干法，土壤含鹽量測定采用電導率儀，含氮量采用分光光度計測定。取土方法見圖1。

圖1 取土方法示意

2 膜下滴灌條件下水分運移規律研究

2.1 無肥土壤水分運移規律

項目區農作物主要以玉米為主，在取土過程中，以作物根系層深度60 cm為宜，由于根系層以下的土壤水分很少參與水分循環，只有儲存量，而少有更新[2]，所以在研究過程中把土壤水界定在與作物根系層吸水有關的深度內[3]。

根據以上取土方法，對所取數據進行了整理分析，以無施肥滴灌條件下土壤含水量分布及土壤水分隨時間運移規律為例進行分析。無施肥滴灌下含水量隨時間變化見圖2～4。

圖2 無肥滴灌O點土壤含水率變化

圖3 無肥滴灌O1點土壤含水率變化

圖4 無肥滴灌O2點土壤含水率變化

由圖2～4分析可得以下無肥滴灌條件下土壤水分運移規律。

(1) 剛灌水后，土壤含水量最大值出現在滴頭的正下方O點處。

(2) 土壤中水分橫向分布規律為：滴頭處土壤含水量最大，向四周擴散逐漸變小；縱向則是表層土壤含水量最高，沿土壤深度向下含水量逐漸變小。

(3) 灌水后，隨著時間推移，自表層土壤向下含水率明顯降低。這是因為灌水后表層土壤達到飽和狀態，土壤水分在土壤水勢梯度的作用下繼續向深層移動，從而含水量減少，處于脫濕狀態。同時由于表層土壤直接與大氣接觸，土壤水分不斷蒸發，在土壤水分不斷下滲及表面蒸發的共同作用下，表層土壤水分下降較快[4]。

(4) 在灌水后當天至第2天時段內，深層土壤仍有含水率增加的現象，這是因為表層土壤中的水分在重力勢的影響下，繼續向下移動，從而使深層土壤中含水量變大。

(5) 土壤含水率在當天至第2天時段內的變化幅度明顯大于第2天至第3天內的變化幅度。這是由于在當天至第2天時段內，土壤中含水量較大，蒸發速度較快，蒸發消耗的水量能夠及時得到補充，所以蒸發水量較多，含水率變化幅度較大。而在第2天至第3天時段內，含水量已明顯減少，蒸發需要的補給水量減少，水分蒸發較慢，且到后期主要以水氣擴散為主。

2.2 不同肥液濃度對土壤水分運移的影響

對同一時間同一點處不同肥液濃度下的土壤含水率分布情況進行了分析，得出了各點的含水率隨土層深度變化的分布曲線圖，以O2點的含水率分布狀況為例，其含水率分布見圖5～7。

圖5 各肥液濃度O2點滴灌當天土壤含水率變化

圖6 各肥液濃度O2點滴灌第2天土壤含水率變化

圖7 各肥液濃度O2點滴灌第3天土壤含水率變化

由圖5～7可知，肥液濃度的改變對于土壤水分分布情況變化的影響不明顯，與無肥灌溉下土壤分布及運移情況有很大的相似性，從而得出，土壤水分的分布及運移不隨肥液濃度改變的影響。

2.3 不同肥液濃度對土壤鹽分運移的影響

項目試驗中采用電導率法測量土壤中的含鹽量，其中的鹽分為可溶性鹽分。可溶性鹽分作為強電解質，能在水中形成帶電的離子，從而使水溶液有良好的導電性。溶液的導電能力大小與土壤可溶性鹽分的含量呈正相關，土壤溶液的電導率能反映土壤含鹽量的高低，但不能反映混合鹽的組成。為了深入研究不同肥液濃度滴灌下土壤鹽分運移的分布情況，以灌溉當天不同肥液濃度下電導率的變化為例進行分析，灌水當天表層土壤電導率水平變化規律見圖8，無施肥滴灌當天各取樣點電導率分布情況見圖9。

圖8 滴灌當天表層土壤電導率水平變化

圖9 無肥滴灌當天各點土壤電導率分布

由圖8及圖9的試驗數據可以看出,在不同肥液濃度下土壤鹽分在水平方向均有如下分布規律：表層土壤含鹽量水平方向最小值在滴頭正下方，且含鹽量以滴頭為中心向四周逐漸加大，直至在濕潤體邊緣處鹽分含量達最大。

以 O點的變化情況為例，采用不同肥液濃度灌溉對鹽分在垂直方向分布的影響進行研究，如圖10～12所示。無肥灌溉下含鹽量均是由表層土壤隨土層深度的增加而逐漸增大。但肥液濃度增加后，表層土壤含鹽量有先下降再增加的趨勢，且在第3天時最明顯，這是由于肥液濃度增加使表層土壤的鹽分濃度增大，鹽分在向下推移過程中不僅受水分運移的影響，還受自身濃度梯度的影響。表層土壤中鹽分濃度越大，越不利于上層鹽分向下運移，因而出現表層土壤含鹽量有先下降再增加的趨勢。

圖10 滴灌下各肥液濃度O點當天土壤電導率變化

圖11 滴灌下各肥液濃度O點第2天土壤電導率變化

圖12 滴灌下各肥液濃度O點第3天土壤電導率變化

3 膜下滴灌條件下土壤水鹽耦合研究

通過以上對于土壤含水率和含鹽量的分析，對兩者進行耦合分析。以無施肥滴灌當天O1點土壤含水率和電導率為例進行對比，見圖13。

圖13 無施肥滴灌當天O1點含水率和電導率對比

進一步對其他施肥濃度下的不同點的水分和鹽分分布也進行了分析，得出如下結論：①含水量最大的地方，含鹽量反而最小，水分與鹽分的分布均呈相反的規律。②剛灌水后，從當天的水分分布和鹽分分布來看，土壤水分分布的范圍要比鹽分分布的范圍更廣些，剛灌水后水分在垂直方向上影響到20 cm左右，而鹽分只影響到15 cm左右，說明鹽分的推移要滯后于水分的推移。③在灌水后1～3 d時間段內，水分蒸發的變化明顯，但鹽分含量變化不大，所以在蒸發過程中水分的減少對于鹽分的運移影響不大，兩者的耦合性較好。

4 結 論

通過研究膜下滴灌條件下肥液濃度對土壤中水分和鹽分的分布及運移情況的影響，并對試驗數據分析，得出以下結論。

(1) 水鹽耦合均是含水量越大的土層，含鹽量越小。

(2) 隨著肥液濃度的變化，土壤中的含水量均沒有特別明顯的變化，但含鹽量有較大變化，鹽分運移過程不僅與水分分布有關，還與其自身的濃度梯度有關，肥液濃度對其影響較大。

(3)土壤中鹽分的運移耦合性較好。

根據膜下滴灌條件下的水鹽運移規律，可為作物提供適宜生長的良好條件。未來仍需進一步研究膜下滴灌條件下不同肥液濃度的水鹽、水氮運移對作物產量的影響以及如何根據水鹽、水氮運移規律節省灌溉水量。

[1] 王全久，王文焰，呂殿青，等.膜下滴灌鹽堿地水鹽運移特征研究[J].農業工程學報，2000(4)：54-57.

[2] 王水獻，董新光，吳彬.干旱鹽漬土土壤水鹽運移數值模擬及調控模式[J] .農業工程學報，2012，(13)：142-148.

[3] 韓建均，楊勁松.蘇北灘涂區水鹽調控措施對土壤鹽漬化的影響研究[J].土壤，2012，(4)：658-664.

[4] 王振昌. 民勤荒漠綠洲區棉花根系分區交替灌溉的節水機理與模式研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2008.

(編輯：陳紫薇)

2016-09-07

水利部公益性行業科研專項(201401030);河北省教育廳青年基金項目(QN2017039)；山西省水利廳科技與外事處項目(2014-2-SLT-010)

冀雅珍，女，山西省水利水電科學研究院，高級工程師.

武海霞，女，河北工程大學，副教授.

1006-0081(2017)04-0026-04

S275.6

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