溝灌不同灌溉定額對鹽漬土水鹽分布及油葵和產量的影響

斯慶高娃

(內蒙古機電職業技術學院水利與土木建筑工程系，呼和浩特 010070)

0 引 言

我國人口眾多，人均耕地面積在世界范圍內處于較低水平[1]。隨著我國人口不斷增長，人口與有效耕地面積之間的矛盾日益突出，改良鹽漬土引發了廣大學者的關注[2,3]。我國17個省區分布有鹽漬土，總面積超過3.6×107hm2；受鹽漬化影響的耕地面積達9.2×106hm2，占全國耕地面積6%[4]。鹽漬土改良利用是藏糧于地、藏糧于技的重要環節。因此，鹽漬土改良利用對糧食安全、耕地保障、生態安全具有重要意義。

據統計，甘肅靖遠縣受鹽漬化影響的土地面積達4.2×103hm2，占全縣有效耕地面積的11%[5]。鹽漬土土壤鹽分高、土壤結構差，作物難以正常生長，導致分布于該地區的鹽漬土處于棄耕或撂荒，影響當地農業可持續發展和生態環境。但該地區土層深厚，適宜機耕，毗鄰黃河，水資源豐富，具有一定的開發潛力。土壤鹽分以水分為載體和介質進行遷移，土壤鹽分的降低離不開灌水淋洗[6]。大水漫灌能快速降低土壤含鹽量，但容易產生深層滲漏，容易發生返鹽現象[7]。河套灌區因水資源豐富，長期漫灌導致產生了大面積鹽漬土，對當地農業可持續發展構成了巨大威脅[8]。鹽漬土地區起壟可提高土壤透氣性，增大地表受光面積，促進作物生長。有研究表明[9]：起壟滴灌，在壟頂種植作物，有助于降低壟頂作物根系土壤的含鹽量，為作物提供適宜的水鹽環境。也有研究表明[10]：在鹽漬土地區進行起壟溝灌，夏季溫度高會出現返鹽現象，壟頂土壤鹽分高于壟溝，危害壟上植物的正常生長。為明確起壟溝灌不同灌溉定額對甘肅靖遠鹽漬土壟頂與壟溝內土壤水鹽分布的影響，本研究在甘肅靖遠縣王家山鎮開展田間對比試驗，研究溝灌條件下不同灌溉定額對鹽漬土壟頂與壟溝土壤水鹽分布的影響，以期為該地區鹽漬土改良利用提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在甘肅省白銀市靖遠縣王家山鎮(36°95' N，104°78' E)進行。該地區地處西北內陸，屬溫帶大陸性氣候，晝夜溫差大，降雨稀少且年內分配不均。試驗期間降雨量為207.5 mm，主要集中在6～8月；蒸發量為1 006.1 mm，蒸發量高于降雨量(表1)。

表1 試驗期間降雨及蒸發量

Tab.1 Rainfall and evaporation during the test

月份降雨量/mm蒸發量/mm氣溫/℃411.2127.612.8522.8203.517.9641.7196.821.6760.5245.724.8871.3232.521.4合計207.51 006.1

試驗區0～100 cm土層含水率、含鹽量和鹽分離子含量如表2所示。由表2可知，表層土壤含鹽量最高，隨土層深度增加土壤含鹽量逐漸降低；表層土壤含水率最低，隨土層深度增加土壤含水率逐漸增加；土壤中鹽分離子以Cl-為主。

表2 供試土壤理化性質

Tab.2 Physical and chemical properties of tested soils

土層深度/cm鹽分離子/(cmol·kg-1)Na+Ca2+K+Mg2+CO2-3HCO-3Cl-SO2-4含鹽量/(g·kg-1)含水率/%0～208.620.280.120.380.250.4712.350.687.4712.920～406.750.350.150.430.140.3212.080.475.7513.540～605.380.330.170.540.080.2511.920.334.5414.160～804.850.270.190.370.030.1610.310.253.8514.880～1004.270.210.140.4300.079.360.143.2715.7

1.2 試驗設計及過程

在統一起壟、溝灌的基礎上，設置3個梯度的灌溉定額：6 600 m3/hm2(T1)、7 200 m3/hm2(T2)、7 800 m3/hm2(T3)，每個處理重復3次。試驗小區長5 m，寬6 m，面積均為30 m2，各試驗小區間打40 cm埂。

試驗于2018年4-8月進行，供試作物為油葵。試驗前，先用機械起壟，壟高50 cm、壟寬70 cm、壟溝寬70 cm。2018年4月22日進行灌水，3個處理灌水定額均為1 350 m3/hm2[10]，泡田24 h后排出地表余水。2018年4月24日按照株行距為20 cm×30 cm的規格播種油葵；壟頂和壟溝均種植油葵，3個處理油葵的種植規格均一致。5月3日出苗，8月12日收獲，全生育期共計111 d。各處理油葵生育期內灌溉制度如表3所示。

表3 不同處理油葵生育期內灌水量m3/hm2

Tab.3Theirrigationquotaofdifferenttreatmentduringoilsunflowergrowthperiod

生育階段時間苗期灌水定額0509現蕾期灌水定額05240603開花期灌水定額06200703灌漿期灌水定額0717總計T11 1001 1001 1001 1001 1001 1006 600處理T21 2001 2001 2001 2001 2001 2007 200T31 3001 3001 3001 3001 3001 3007 800

1.3 觀測項目與方法

作物水分生產率采用下式計算[11]：

WP=Y/TWU

(1)

TWU=R+I+ΔW

(2)

式中：WP為作物水分生產率，kg/(hm2·mm)；Y為作物產量，kg/hm2；TWU為作物生育期內耗水量，mm；R為作物生育期內降水量，mm；I為作物生育期內灌水量，mm；ΔW為作物生育期內土壤貯水變化量，mm。

2 結果與分析

2.1 土壤含水率

以每個月采集的土樣平均含水率分析各處理對土壤含水率的影響(圖1)。由圖1可知，各處理隨土層深度增加土壤含水率呈先增加后減小的趨勢，0～20 cm土層土壤含水率最低，40～60 cm土層處土壤含水率最高；0～40 cm土層土壤含水率隨灌水定額增加而增加，80～100 cm土層土壤含水率變化較小。各處理土壤含水率月際間變化規律相似，0～20 cm土層土壤含水率最低，這是由于試驗區地處干旱區，夏季溫度高蒸發強烈導致表層土壤含水率低于其他土層；其中，各處理7月份表層土壤含水率均低于6月和8月。0～60 cm土層壟溝土壤含水率平均比壟頂高19.6%，是由于灌溉水在壟溝內流動導致壟溝內土壤的含水率高于壟頂。

圖1 各處理對土壤含水率的影響Tab.1 Effects of all treatments on soil moisture

2.2 土壤含鹽量

以每個月采集的土樣平均含鹽量分析各處理對土壤含鹽量的影響(圖2)。由圖2可知，各處理隨土層深度增加土壤含鹽量逐漸增加，0～20 cm土層土壤含鹽量最低，在80～100 cm土層處土壤含鹽量最高；隨灌水量增加0～20 cm土層的土壤含鹽量呈降低趨勢。受灌水和降雨的影響0～20 cm土層土壤含鹽量最低，上層土壤鹽分向深層遷移并累積，80～100 cm土層處的土壤含鹽量高于其他土層。相同灌溉定額條件下，0～20 cm土層壟溝土壤含鹽量比壟頂平均低21.8%；這是由于夏季溫度高蒸發強烈，導致鹽分隨水分遷移上升，累積于地表，壟溝內土壤含水率高于壟頂，壟頂土壤返鹽較嚴重。

2.3 土壤鹽分離子

2.4 油葵生長及產量

3個處理改善了土壤水鹽狀況，利于油葵生長(表5)。T1處理油葵的出苗率、株高和產量為3個處理中最低；T1處理的油葵出苗率和產量與T2、T3處理差異顯著(P<0.05)，T2、T3處理的油葵出苗率和產量差異不顯著(P>0.05)。T1、T2、T3結果表明，油葵出苗率、株高和產量均隨灌溉定額增加而增加；雖然T3處理的油葵產量最高，但水分生產率低于T2處理；T2處理的油葵水分生產率為3個處理中最高(16.22 kg/m3)。低灌溉定額壓鹽效果差，在蒸發強烈的影響下鹽分易累積于壟頂，導致T1處理油葵出苗率、產量均低于其他處理。

圖2 各處理對土壤含鹽量的影響Tab.2 Effects of all treatments on soil salinity content

表4 各處理對土壤鹽分離子的影響

Tab.4 Effect of different treatments on the content of salt ions (cmol/kg)

處理取樣位置Na+Ca2+Mg2+K+CO2-3HCO-3Cl-SO2-4T1LD4.32±0.12a0.27±0.02ab0.33±0.02a0.12±0.03a0.15±0.02a0.22±0.03a2.84±0.24a0.32±0.13aLG4.05±0.17b0.31±0.05a0.34±0.04a0.08±0.02a0.10±0.03a0.17±0.02a2.15±0.32b0.28±0.10aT2LD4.14±0.15a0.23±0.03b0.35±0.03a0.11±0.01a0.13±0.01a0.20±0.04a2.43±0.17a0.29±0.14aLG3.84±0.08b0.37±0.04a0.32±0.02a0.09±0.04a0.08±0.01a0.14±0.04a2.02±0.22b0.22±0.11aT3LD3.97±0.09a0.20±0.02b0.31±0.04a0.13±0.03a0.10±0.02a0.17±0.03a2.24±0.13a0.25±0.12aLG3.62±0.11b0.39±0.03a0.38±0.05a0.12±0.02a0.06±0.01a0.10±0.02a1.85±0.08b0.17±0.08a

注：LD、LG分別表示壟頂、壟溝。

表5 各處理對油葵生長及產量的影響

Tab.5 Effect of all treatments on growth and yield of oil sunflower

處理出苗率/%株高/cm盤徑/cm產量/(kg·hm-2)耗水量/mm水分生產率/(kg·m-3)T182.3±2.42b78.6±1.52a10.3±0.84a2 274.5±14.85b142.815.93T288.6±2.83a81.3±1.64a11.2±0.75a2 482.2±15.74a153.016.22T391.5±3.75a84.8±1.87a11.9±0.37a2 514.6±19.32a165.815.16

注： 油葵各項指標為壟頂與壟溝的平均值。

3 討 論

對試驗區地表進行起壟處理，改變地表形態，在風化作用下能提高壟上土壤通透性；此外，壟溝相間有利于增加地表面積，改善土壤水、氣、熱狀況。溝灌與漫灌相比節約水量，但壟頂容易返鹽，影響壟頂作物生長[12]，本試驗也證實了壟頂返鹽比壟溝更嚴重。由于本試驗采用溝灌，灌溉水流在壟溝內流動，導致壟頂土壤含水率低于壟溝內土壤；在水流作用下壟溝內土壤鹽分向深層遷移，壓鹽效果優于壟頂，在夏季溫度高蒸發的影響下，壟頂水分蒸發強烈水分流失更快，導致鹽分易累積于壟頂。有研究表明[9]：起高壟能增加淺水面到壟頂的距離，防止返鹽；但該措施需配合滴灌，滴灌高頻點源出水的特點，有利于為壟頂作物提高適宜的水鹽環境，土壤鹽分累積于壟溝內；與本試驗得出的結果不同是由于灌水方式不同所致。有研究表明[10]：在鹽漬土地區采用起壟溝植的方式，壟溝內種植植物，壟頂不種植作物；由于壟溝內能有效集聚天然降雨，使水分在壟溝內產生疊加，提高壟溝內(種植區)土壤含水率，起到壓鹽的作用；適宜于種植密度低的枸杞等灌木經濟植物，對于種植密度較高的油葵、玉米等農作物不適用，是由于土地資源得不到充分利用。

在本試驗條件下，油葵產量隨灌溉定額增加而增加，但水分生產率卻不隨灌溉定額增加而提高，在本試驗中，灌溉定額為7 200 m3/hm2的T2處理水分生產率最高(16.22 kg/m3)。試驗區地處甘肅靖遠，屬西北干旱區，水資源有限，灌水量多與高效用水的原則相悖；同時，灌溉過量易導致深層滲漏，增加發生次生鹽漬化的風險[13]。

4 結 語

統一起壟溝灌有利于提高壟溝內土壤含水率，降低壟溝內土壤含鹽量；灌水過程中水流在壟溝內流動，有利于提高壟溝內土壤含水率，將土壤鹽分控制在較低水平，0～60 cm土層壟溝內土壤含水率比壟頂平均高于19.6%、土壤含鹽量比壟頂平均低21.8%。土壤鹽分隨灌溉定額增加而降低；雖然T3處理下油葵的產量最高(2.51 t/hm2)，但T2處理下油葵的水分生產率最高(16.22 kg/m3)。試驗區地處甘肅靖遠，屬西北干旱區，水資源有限，灌水量多與高效用水的原則相悖；同時，灌溉過量易導致深層滲漏，增加發生次生鹽漬化的風險。因此，溝灌灌溉定額為7 200 m3/hm2適宜于改良該地區鹽漬土。