寧夏賀蘭山東麓滴灌葡萄地土壤次生鹽漬化的成因與研究定位

吳彬　趙文娟

摘要寧夏賀蘭山東麓葡萄產地多年使用滴灌進行農業生產，導致該區域的土壤次生鹽漬化。分析灌溉對土壤的危害，指出非生育期防治次生鹽漬化的方向，可為該區域土壤次生鹽漬化的防治提供理論依據。

關鍵詞次生鹽漬化；葡萄地；滴灌；寧夏賀蘭山東麓

中圖分類號S275.6文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）36-0105-03

AbstractDrip irrigation was used in grape production in eastern foot of Helan Mountain in Ningxia for many years.The secondary soil salinization became to appear in recent year. Hazards of irrigation to soil was analyzed.Research directions of controlling secondary soil salinization were put forward under nonfertile period.The research can provide theoretical basis for controlling secondary soil salinization in agricultural production.

Key wordsSecondary salinization；Vineyard；Drip irrigation；Eastern foot of Helan Mountain in Ningxia

寧夏賀蘭山東麓由于其獨特的地理、氣候和土壤資源優勢，被認定為全國三大葡萄原產地保護區之一，現已發展釀酒葡萄產區面積為2.1萬hm2。其中近一半的葡萄種植區是建立在荒漠風沙土地段，土壤中伴有石礫層，產區完全依賴黃河水灌溉進行農業生產。由于黃委會分配給寧夏的用水指標逐年下降和葡萄種植面積的不斷擴大，傳統的大水漫灌方式已逐步被滴灌所取代[1]。該方式最大限度地保證所有灌溉水都施加在植物根部，不但可提高作物產量 [2]，而且可有效地減少地表蒸發及用水量。

1滴灌技術對土壤的危害

中國北方灌溉的一個目的是淋洗農田土壤鹽分。盡管滴灌技術可以局部淡化作物主根區的土壤鹽分，但滴灌灌水量相對較小，無法產生深層滲漏，難以將土壤中的鹽分淋洗到地下水。與此同時，由于滴灌存在濕潤半徑，該方式將不能充分淋洗作物間隔內土壤的鹽分。張江輝等[3]研究認為在滴灌條件下葡萄生育期灌水結束后土壤鹽分隨著距滴頭距離的增加而增加。亓沛沛等[4]論證得出，滴灌地塊其鹽分在水平方向上分布的離散程度比較高，且鹽分在水平方向的分布與距離滴管的遠近有關系。李冬冬[5]研究指出，在作物蒸騰和土壤蒸發作用下鹽分不斷在地表聚集，造成土壤表層不均勻鹽分累積問題。蘇學德等[6]認為，由于水的淋洗作用，水分平行方向上的土壤全鹽量逐漸增加。鹽分隨滴水時間的增加，向外圍擴散而逐步積累在土壤之中，在滴頭處平行方向土層鹽分逐步積累，在0～40 cm土層鹽分積累最多。

此外，滴灌地隨著滴灌年數增加其土壤含鹽量呈現緩慢增加趨勢。牟洪臣等[7]認為隨著耕種時間的延長土壤含鹽量呈先減少后增多的趨勢，土壤含鹽量從未種植到種植9年一直處于減少趨勢，但從第10年開始呈增長的趨勢。李朝陽等[8]研究表明，滴灌4年后，新疆棉花種植地區的土壤含鹽量在表層土壤及深層土壤開始積累。羅毅[9]發現，與滴灌1年的剖面土壤含鹽量相比，滴灌10年的剖面土壤含鹽量增加了1.88倍。

2非生育期淋洗土壤鹽分的重要性

寧夏賀蘭山東麓葡萄種植已近10年，沿線的地下水平均埋深為1.8 m，滴灌平均濕潤層深度為0.8 m。寧夏釀酒葡萄一般從 4 月初開始放條，全生育期經歷140～160 d，非生育期6～7個月。土壤鹽分無法被淋洗到地下水中，地表蒸發量大導致本地區的土壤表層鹽分逐漸積聚。若不及時采取有效的防鹽、控鹽措施，不僅會影響滴灌技術大面積的推廣應用，而且會引起節水灌溉型土壤的次生鹽漬化問題。Burt等[10]開展了果園鹽分淋洗試驗，認為采用多行低流速滴灌帶供水對鹽分累積區域進行淋洗，可以有效降低鹽分淋洗需要的水量。Chen等[11]基于ENVIRO-GRO模型，通過在作物非生育期進行淋洗對比大水漫灌和生育期滴灌條件鹽分淋洗效果，認為在非生育期大水漫灌對土壤鹽分的淋洗效果更佳。李明思等[12]通過試驗觀測認為，長期膜下滴灌農田在沒有冬春灌的條件下，只要灌溉制度和灌溉水質合適，不存在鹽堿化風險。張瑞喜等[13]研究認為，磁化水滴灌可顯著促進水分入滲和鹽分下移，但磁化水與普通水相比溶解出更多的可溶性鹽，并加速土壤鹽分向下運動，在土壤下層積鹽，且增加了灌溉洗鹽的成本。陳小芹等[14]對北疆棉田采用滴灌和漫灌進行冬灌淋洗對比，認為大定額滴灌與大定額漫灌均能夠起到非常關鍵的壓鹽作用。馬合木江·艾合買提等[15]研究不同年限新疆膜下滴灌棉田非生育期土壤鹽分的變化，結果表明隨著滴灌年限的增加土壤含鹽量呈增加趨勢。上述結論中部分存在相互矛盾，說明鹽分受淋洗后動態遷移的復雜性，需要開展更多系統的觀測和研究。

3寧夏賀蘭山東麓葡萄地非生育期防治次生鹽漬化研究

3.1凍融期土壤水鹽動態特征研究

在寧夏自治區，對農田進行非生育期淋洗要面臨土壤凍融問題。該地區屬于季節性凍土分布帶，多年極端最大凍土深度為1.0～1.6 m，且該值呈逐年下降的趨勢。事實上寧夏地區土壤凍融是導致土壤次生鹽漬化的另一個重要原因。凍融條件下土壤中鹽分遷移是水分對流、濃度梯度、溫度梯度、不同溶質、土壤結構等因素綜合作用下的結果，溫度是導致土壤中水分與鹽分遷移的驅動力[16-17]。早在1981年國際凍土學會主席佩威（Pewe）教授指出：查明凍融過程中水鹽運移規律是防治土壤鹽堿化的新途徑，究其原因是在凍融期土壤溫度梯度的影響下，土壤水熱運移會促使鹽分向表層擴散，使表層土壤出現次生鹽漬化[18]。20 世紀 90 年代以來，國內許多學者對凍融期水熱鹽運移過程進行了大量的野外試驗研究，為防治土壤次生鹽漬化提供一定的理論依據。靳志鋒等[19]針對新疆北部常年膜下滴灌棉田研究認為，消融期溫度會影響土壤鹽分向上擴散，威脅膜下滴灌棉田可持續種植。馬合木江·艾合買提等[20]針對凍融條件下新疆北疆常年滴灌棉田土壤水鹽進行試驗監測分析認為，凍融期土壤鹽分的變化較水分變化更有規律可循，凍土融通時在鉛垂土壤剖面0～10 cm存在穩定的鹽分聚集區[20-21]。李文昊等[22]在北疆積雪覆蓋條件下采用時空變異法對長期滴灌棉田土壤鹽分在春季的變化進行分析，認為凍融循環對土壤中鹽分具有天然的淋洗作用。同年倪東寧等[23]以灌水定額1 500 m3/hm2對河套玉米灌區進行秋灌淋洗，結果表明該灌水量只是將鹽分淋洗到作物根系層以下，進入凍結期以后，根系層以下的土壤鹽分又隨水分運移到作物根系層使得土壤含鹽量顯著增加，不能滿足玉米在裸地的種植條件。姚寶林等[24]通過對比分析指出，200 mm 冬灌定額對試驗區域的膜下滴灌棉花地0～100 cm 土壤具有淋洗鹽分的作用，采用留稈和玉米秸稈覆蓋可減少水分蒸發，使水分與鹽分向上遷移能力降低，減弱春季土壤返鹽。

3.2凍融期土壤水熱鹽運移模擬模型研究

除了凍融條件下土壤水熱鹽運移的定性試驗研究外，科研工作者同時會采用土壤水動力學模型用于定量分析農業土壤水熱鹽的運移規律。他們通過建立凍融期土壤水熱耦合模型，利用有限元、有限差分等數值計算方法進行求解，從數值模擬的角度分析和掌握土壤水熱鹽的運移機理。1974年Harlan[25]根據試驗觀測結果建立了第1個凍土水熱耦合遷移模型，在忽略凍結土壤中冰與水之間的相互作用下，認為土壤中的凍結水含量僅與負溫相關，并且與負溫呈動態平衡狀態。許多學者建立了各自的凍土水熱耦合數值模型，一類是研究凍結對土體內部水熱分布規律影響的模型。任理[26]對麥秸條帶覆蓋下的土壤水熱進行研究，采用交替方向有限差分法建立了模擬苗期條帶覆蓋下土壤水熱遷移的數值模型。雷志棟等[27]根據凍土水熱遷移基本方程，推導出凍土水熱耦合方程，模擬了凍結條件下土的水熱耦合遷移過程及對潛水蒸發的影響。1989年美國農業部北方流域研究中心建立了水熱耦合模型（SHAW）（simultaneous heat And water），該模型已經被證明能精確模擬土壤、氣候和表面條件很大范圍內的凍結深度，能夠模擬復雜冬季凍結現象對水分、溶質遷移的影響[28]。近年來，我國已將SHAW模型從室內試驗區發展到解決農業灌溉的實際問題當中。李瑞平等[29]運用水熱耦合模型（SHAW）對內蒙古河套灌區3種鹽漬化土壤凍融期水熱鹽的動態變化進行了模擬研究，中度輕度鹽漬化土壤累積蒸發量在冬灌后至凍結初期隨時間增加而增加，在凍結初期至融解后，隨時間的變化很小，且秋澆后至凍結初期的累積蒸發量占整個越冬期的2/3。胡宏昌等[30]采用一維SHAW耦合模型，模擬了非生育期滴灌棉田在強烈的凍結作用下水鹽運移過程。認為在沒有非生育期淋洗灌水的情況下，膜下滴灌鹽分全年累積速率為14%左右，存在次生鹽堿化風險。在研究土壤凍融過程中，只有綜合考慮水、熱藕合的作用，才能準確反映其運動的客觀物理機制，從而掌握季節凍融水鹽運移的規律，正確理解水鹽運移的季相變化[31]。

3.3非生育期淋洗制度的研究

研究滴灌地土壤凍融期水鹽運移的目的是建立適宜于本地區在非生育期進行土壤鹽分淋洗的灌溉制度。多年來，針對生育期土壤鹽分的淋洗的研究結果要多于非生育期，例如何雨江等[32]，李昭楠等[33]，王文佳等[34]，研究農田作物以水分利用效率和產量為出發點，采用田間試驗及數值模擬研究生育期內灌溉制度對土壤鹽分淋洗的作用。但陳小芹[35]在對鹽分淋洗作用的綜合分析時發現，非生育期的大定額滴灌比大定額漫灌更有利于來年為作物創造良好的生長環境。陳艷梅等[36]采用 Salt Mod 模型探討不同灌溉制度對作物根層土壤鹽分的影響。作物根層土壤鹽分隨冬灌定額的增大而減小，不同冬灌定額對應的根層土壤鹽分最初的增加量均較大，但增加的趨勢隨時間逐漸降低。彭振陽等[37]采用HYDRUS-1D兩區模型模擬出不同頻次灌溉條件下的土壤水鹽運移過程，對于間歇灌溉是否能提高鹽分淋洗效率不能一概而論。

4結語

從2007年開始，10年的發展使寧夏賀蘭山東麓地區葡萄酒產值達到45億元，寧夏自治區政府高度重視葡萄產業的發展，先后成立了全國第1個省級葡萄花卉產業發展局，制定了《寧夏回族自治區賀蘭山東麓葡萄酒產區保護條例》，出臺了《中國（寧夏）賀蘭山東麓葡萄產業及文化長廊發展總體規劃》。在“十三五”期間，到2020年銀川葡萄種植基地總面積要達到2萬hm2。若要采用非生育期淋洗這一方法阻止滴灌葡萄地積鹽惡化，關鍵是掌握寧夏賀蘭山東麓滴灌葡萄地非生育期內凍土水熱耦合運移機理，以此探討土壤次生鹽漬化的演變進程及其特征，方可制訂相應的淋洗方式，為本地區土壤次生鹽漬化的防治措施及農業生產指導提供理論依據。

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