新疆南疆典型地区农业灌溉水质与土壤盐渍化关系的研究

李小东,张凤华,朱煜

(1．石河子大学农学院，新疆石河子 832000；2.石河子开发区石大绿洲生态科技有限公司，新疆石河子 832000)



新疆南疆典型地区农业灌溉水质与土壤盐渍化关系的研究

李小东1,张凤华1,朱煜2

(1．石河子大学农学院，新疆石河子 832000；2.石河子开发区石大绿洲生态科技有限公司，新疆石河子 832000)

【目的】通过对南疆典型地区农业灌溉水质和农田盐渍化程度的调查研究，阐明灌溉水质与农田土壤盐碱状况之间的关系，为咸水和微咸水的高效利用及制订合理的灌溉制度提供依据。【方法】采集分析新疆库尔勒和阿克苏地区灌溉所用的渠水和井水及农田耕层土壤样品，调查研究当地农业灌溉方式和水文条件。【结果】库尔勒、阿克苏地区灌溉用水中含有较高的Cl-、HCO3-和Na+离子。地下灌溉水矿化度较高，水质比地表渠水差。若要用地下水长期灌溉，将可能会加重土壤盐渍化程度，不利于该区域灌溉农业的可持续发展。【结论】库尔勒、阿克苏地区采用渠水灌溉为主，地下水灌溉为辅的“咸淡结合”灌溉模式。

灌溉水质；土壤盐渍化

0 引 言

【研究意义】新疆土壤母岩和母质含盐丰富，在自然条件下，土壤的淋溶过程和脱盐过程十分微弱。土壤中的可溶性盐，借助毛灌水上升聚集于表层，导致土壤普遍积盐，形成大面积的盐土[1]。新疆农业为典型的绿洲灌溉农业，随着节水滴灌技术的大力发展及大面积的推广，土地被大面积的开垦利用，加上新疆地区种植的多为生育周期长的耗水作物，农业用水量在不断增加。地表水和地下水资源作为农业灌溉用水的重要部分，但由于水资源被大量开采及不合理利用，地下水水位在逐年降低，矿化度在逐年增加，地下水质逐渐在变差，长期使用地下水灌溉将可能导致土壤盐渍化程度加重，不利于土壤资源的长期利用。水资源作为绿洲农业的命脉，灌溉水质则将决定农业是否能可持续化发展和保证绿洲的稳定。在干旱绿洲区，水资源是农业发展的命脉，灌溉水质的好坏关系着农业发展的未来。南疆地区水资源匮乏，土壤盐渍化严重，了解灌溉水质和农田土壤状况，灌溉水质与农田土壤盐渍化之间的关系，对水资源和农田的高效利用具有一定指导意义。为该地区的农业灌溉提供参考，对该区域农业的持续、稳定、健康发展具有重要的现实指导意义。【前人研究进展】周金龙等[2]确定了塔里木盆地平原区中盐度地下水的分布状况,并对中盐度地下水的水质进行了全面的评价。王全九等[ 3-6]针对西北地区微咸水利用，从模型模拟、室内和田间试验等角度探讨了微咸水灌溉对土壤水盐分布和作物产量的影响;张俊鹏等[7]研究表明：咸水滴灌将盐分带入土壤,可能导致土壤含盐量不断增加，对植物造成危害，降低土壤环境质量。吕烨等[8]研究表明，咸淡组合淋溶对表层土壤的压盐作用十分明显，入渗结束后上层土壤溶液EC值在作物可允许的耐盐范围内。杨树青等[9]研究表明，采用“淡-咸-咸”的组合次序进行灌溉，可使作物主根区土壤生育期内积盐最少。【本研究切入点】研究通过对南疆典型地区灌溉水质及土壤盐渍化状况进行调查与分析，了解和掌握库尔勒、阿克苏地区灌溉水质状况和农田土壤盐渍化状况，阐明灌溉水质对土壤盐渍化的影响关系。【拟解决的关键问题】研究南疆典型农业灌区的灌溉方式、灌溉水质和农田土壤的调查和了解灌区灌溉水质和土壤盐渍化状况，阐明灌溉水质与农田土壤盐渍化之间的关系，给农业灌溉提供参考，为利用咸水和微咸水灌溉提供一种合理的灌溉模式。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

库尔勒、阿克苏地区位于新疆天山南麓，塔里木盆地北缘，属中纬度沙漠半干旱气候。该地区光照和热量资源丰富，气温的年较差和日较差大，降水稀少，蒸发强烈，空气干燥；库尔勒年平均气温10.5℃，年降水量25.5～51.0 mm，区内特征为：少雨、干旱、酷热、多风。阿克苏地区总耕地面积34.96×104hm2(524.4万亩)，总灌溉面积53.66×104hm2(804.9万亩)，其中盐碱地为12.59×104hm2(188.9万亩)，占总灌溉面积的23.5%。阿克苏地区气候干旱、少雨、内蒸发量大，加上地形封闭、地表水向盆地输盐量大、骨干排水系统年久失修; 导致土壤盐碱含量高，土壤次生盐渍化严重，并且盐碱化面积广，对农、牧业可持续发展有着深刻的影响。

1.2 材 料

2014年7月进行南疆库尔勒、阿克苏地区灌溉水样和土壤样品的采集。采样点集中分布在主要灌溉区、不同程度的盐碱化土壤和不同的灌溉水质地区，对不同深度的井水和渠道上、中、下游渠水水样的采集，并重点对不同水质灌溉下的农田0～40 cm土壤进行采样。收集采样点的地理坐标、种植作物、灌溉方式、灌溉水源、秋冬灌溉情况及灌水量、地下水埋深等数据。列出采样点地理坐标和样点数。表1

表1 采样点地理坐标和样点数

1.3 方 法

采集的土样带回实验室自然风干，磨碎、过20目筛。制备1∶5土水比土壤浸提液，立即测量其电导率EC1∶5、pH值和盐分离子组成。电导率用DDSJ-30A电导率仪测定，pH用PB-10 pH计测定。土壤离子组成测定方法：HCO3-、CO32-用双指示剂滴定法；Cl-用AgNO3滴定法；SO42-用EDTA间接滴定法；Ca2+、Mg2+用EDTA络合滴定法；K+、Na+用火焰光度法。灌溉水直接用来测定EC1∶5和pH值，方法同土壤离子测定，矿化度用重量法测定。

2 结果与分析

2.1 库尔勒、阿克苏地区灌溉水质

研究表明，库尔勒、阿克苏地区灌溉用水中井水的矿化度较高，井水大多数矿化度在3.0 g/L以上，井水含盐量较高，水中含较多的Na+， Na+含量超过其他阳离子成为钠质水，阴离子以HCO3-和Cl-为主，多属于重碳酸盐型钠质水。其中，矿化度在3～10 g/L的普惠农场-1(井水)和普惠农场-2(井水)为氯化盐型水，阳离子以Ca2+、Na+离子为主；尉犁县-6(井水)则以重碳酸钠盐钠质水。普惠农场、尉犁县灌溉井水中含有较高的HCO3-和Na+离子，长期用井水灌溉可能会导致土壤的苏打盐渍化。相比较而言，普惠农场、27团、223团、阿瓦提县灌溉渠水矿化度非常低，矿化度均在0.5 g/L以下，渠水属碳酸盐性钙质水。表2

表2 库尔勒、阿克苏地区灌溉水质

渠水的水质较好，井水的水质较差，井水矿化度较高且含有较多的Na+，井水灌溉可能导致土壤盐碱化程度加重，不利于土壤的可持续利用。

按照Ayers和Westcot[7]灌溉水质评价标准，普惠农场-1(井水)、普惠农场-2(井水)、尉犁县-6(井水)、尉犁县-7(井水)、大坉子-8(井水)EC值均大于3.0 dS/m，属于严重限制灌溉范围，将严重导致土壤盐化，严重影响作物水的可用性。根据SAR和EC值判断，利用27团-4(渠水)、223团-5(渠水)灌溉将中度影响土壤渗透性。普惠农场-1(井水)普惠农场-2(井水)尉犁县-6(井水)、尉犁县-7(井水)、大坉子-8(井水)灌溉将导致敏感作物Na+严重毒害。表3

表3 灌溉水质标准[10]

注：TDS表示溶解性总固体

按照地下水水矿化度分级标准[16]，尉犁县-6(井水)、尉犁县-7(井水)、大坉子-8(井水)、轮台-9(井水)矿化度在2～3 g/L，属于微咸水；普惠农场-1(井水)、普惠农场-2(井水)矿化度在3～10 g/L，属于咸水。总体来说这两灌区灌溉井水矿化度较高，长期用井水灌溉，将可能导致土壤盐渍化程度加重。表4

表4 地下水矿化度评价分级标准[16]

2.2 灌溉水质与土壤的pH、电导率、含盐量之间的关系

2.2.1 高电导率井水灌溉区土壤盐分特征

尉犁县、大坉子和轮台县长期用高电导率的井水灌溉，土壤的电导率也高，说明用高电导率的井水灌溉会导致土壤电导率升高。普惠农场灌溉所用井水的电导率虽然很高，但其土壤的电导率却较低，其原因是普惠农场灌溉主要以渠水灌溉，渠水为淡水，电导率低，当渠水不足时才用井水灌溉，这种以渠灌为主井灌为辅的 “咸淡组合”的灌溉模式把土壤电导率维持在一定范围之内。图1

2.2.2 低电导率渠水灌溉区土壤盐分特征

普惠农场、27团和阿瓦提县长期灌溉所用的渠水都为淡水，电导率都很低，相应的土壤电导率也较小。223团农业灌溉所用渠水为低电导率的淡水，但土壤的电导率却很高，是因为该团场土壤盐渍化程度严重，土壤本身含有的盐分背景值就很高，所以该团场采用种植水稻的水旱轮作方式来改良较重的盐渍化土壤，利用淡水洗盐压盐是该团场目前最主要的盐碱土壤改良手段。图2

图1 灌溉井水电导率与土壤电导率之间的关系

图2 灌溉渠水电导率与土壤电导率之间的关系

2.2.3 高矿化度井水灌溉区土壤盐分特征

普惠农场、尉犁县、大坉子和轮台县长期用高矿化度的井水灌溉，土壤盐分也相应的较高，这与井水电导率与土壤电导率之间的关系一致，说明长期用高矿化度的水灌溉，会增加土壤中的盐分。图3

图3 灌溉井水总盐度与土壤总盐之间的关系

2.2.4 低矿化度渠水灌溉区土壤盐分特征

27团和阿瓦提县(223团除外，因为该团场土壤含盐量的背景值很高。)采用渠水灌溉，渠水含盐量少，土壤的含盐量也低。结果表明长期使用低矿化度的渠水灌溉，不会增加土壤0～40 cm土层的盐分，有利于土壤盐分的淋洗，降低土壤含盐量。图4

图4 灌溉渠水总盐度与土壤总盐之间的关系

2.2.5 灌溉水pH与土壤pH之间的关系

库尔勒、阿克苏地区灌溉所用渠水的pH值与土壤的pH值相接近，这有可能与长期用渠水灌溉有关，灌溉所用的井水pH值与土壤pH值之间相差较大，井水的pH值大于渠水pH值。图5，图6

图5 灌溉井水pH与土壤pH之间的关系

图6 灌溉渠水pH与土壤pH之间的关系

2.2.6 灌溉水中Na+含量与土壤Na+含量之间的关系

普惠农场、尉犁县、大坉子和轮台县这四个灌区所用的灌溉井水Na+含量较高。尉犁县、大坉子和轮台县农田长期以井水灌溉，相应的农田土壤中Na+的含量也较高。普惠农场农田虽然采用渠灌为主井灌为辅的灌溉模式，但由于井水Na+含量较高，农田土壤中相应的Na+含量也较高，说明用含量较高Na+的井水长期灌溉，会增加农田土壤中Na+的含量。图7

图7 灌溉井水Na+与土壤Na+之间的关系

3 讨 论

水资源和土壤资源是绿洲灌溉农业发展的重要基础，水资源和土壤资源的状况关系到农业未来的发展。随着大面积节水滴灌的实施，土壤盐渍化发展呈现了不同的问题和规律。刘春卿等[11]研究表明，灌溉方式、灌溉水质和滴灌年限都明显影响了土壤的盐渍状况。侯振安等[12]研究表明，膜下滴灌棉田持续利用咸水进行灌溉，土壤中盐分逐年增加，积盐程度随灌溉水盐度的增加而加重。Sharma等[13]发现在有地下排水系统条件下，用盐水(电导为6、 9、 12、18.8 dS/m)灌溉7年，土壤盐分有所增加。普惠农场、尉犁县和大坉子灌区所用的井水矿化度较高，长期用井水灌溉，可能会增加土壤中含盐量，影响农田质量，由于这只是一次的调查结果，要想得到更准确地结果还需对这三个灌区的灌溉水质和农田土壤状况做长期的定位监测。

南疆水资源严重短缺，仅靠淡水资源，已难以维持当前农业的规模。如何解决地多水少的矛盾，不能仅依靠提高淡水的利用率，而应该对除淡水以外的咸水资源加以利用。在库尔勒和阿克苏地区储有大量的咸水和微咸水资源，对咸水和微咸水的合理开采利用，将能有效缓解淡水资源不足对农业造成的压力。库尔勒和阿克苏地区部分区域土壤盐渍化严重，已严重影响农田的高效利用，如果直接用高矿化度的水灌溉，不仅不能降低土壤盐分，反而会增加土壤盐分，导致农田土壤盐渍化程度加重。普惠农场二分场由于淡水不足，为了能让作物存活生长，直接用矿化度为8.55 g/L的咸水灌溉，使农田耕层土壤含盐量增加，这种直接用咸水或微咸水灌溉方式是不合理的。如何在农业中合理利用咸水和微咸水资源，大量学者做了研究。Flowery[14]在埃及的试验结果发现在滴灌和咸淡水混灌相结合条件下的番茄产量最高。Murtaza G等[15]研究表明：在有一定量的淡水资源的条件下，采用咸水和淡水交替轮灌是一种较好的咸水利用方式，咸淡轮灌可显著减小咸水灌溉的不利影响，有助于控制土壤中的盐分积累，并提高土壤渗透率,在相同盐分水平下，咸淡水轮灌下的作物产量要比咸淡水混灌的产量高。因此，库尔勒和阿克苏地区农业可采用咸淡轮灌模式，一方面提高了水资源的高效利用，另一方面可把农田土壤含盐量控制在一定范围内，不会导致土壤盐渍化程度加重，还会增加作物产量，有利于干旱区水资源和土壤资源的高效和可持续利用。

4 结 论

4.1 库尔勒、阿克苏地区灌溉所用井水属重碳酸盐型或氯化盐型钠质水，井水中阳离子以Na+和Ca2+为主，阴离子以HCO3-和Cl-为主。长期利用井水灌溉可能会加重土地盐渍化，不利于土壤的长期利用。渠水大都为淡水，水质优于井水。灌溉所用井水和渠水中含有较高的HCO3-离子，长期灌溉可能会导致土壤的苏打盐渍化。

4.2 库尔勒、阿克苏长期采用高矿化度井水灌溉地区，农田土壤含盐量较高，这有可能与灌溉水质有关，运用高矿化度的井水长期灌溉，可能会加重农田土壤盐渍化程度。

4.3 考虑到库尔勒、阿克苏地区缺水现状，仅靠地表水难以维持农业的正常生产，这两灌区有丰富的咸水与微咸水资源，制定科学的灌溉制度，合理利用这些水资源将对这两灌区具有重大意义。库尔勒、阿克苏灌区可以采取渠水和井水“咸淡结合”的灌溉模式，以确保水资源的高效利用和农业的可持续发展。

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Fund project:National Key Technology Support Program(2014BAC14B03)and Innovation fund for small and medium sized science and technology type enterprises (13C26216516411)

Agricultural Irrigation Water Quality and Soil Salinization in Typical Areas of Southern Xinjiang

LI Xiao-dong1，ZHANG Feng-hua1，ZHU Yu2

(1.College of Agronomy，Shihezi University, Shihezi Xinjiang 832000，China;2.ShiheziDevelopmentZone,theOasisEcologicalTechnologyCo.,Ltd,ShiheziXinjiang832000，China.)

【Objective】 With the expansion of irrigation and extrapolation of large-scaled water-saving irrigation, soil salinization has triggered some new problems and shown a new trend in Xinjiang. Through research of the quality of irrigation water and soil salinity for agricultural typical areas in Southern Xinjiang, this project aims to clarify the relationship between irrigation water and soil salinity status of the farmland and provide the basis for the development of rational and efficient use of irrigation systems and saltwater and brackish water.【Method】Samples of soils and irrigation water were collected from the agricultural typical areas of Korla and Aksu prefectures in Southern Xinjiang to research and find out how the local agricultural irrigation and hydrological conditions were.【Result】The results showed that irrigation water in the zone was quite high in Cl-, HCO3-and Na+contents. The underground irrigation water salinity was rather higher and the water quality was worse than surface canal water. Long term groundwater irrigation may aggravate the degree of soil salinization, which would not be conducive to the sustainable development of irrigation agriculture in the region.【Conclusion】It is recommend that Korla and Aksu regions use river water for the main irrigation with groundwater irrigation as " the brackish groundwater irrigation combined irrigation mode.

water quality; soil salinization

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.07.012

2016-01-14

国家科技支撑项目(2014BAC14B03)；科技型中小企业技术创新基金(13C26216516411)

李小东(1989-)，男，甘肃天水人，硕士研究生，研究方向为农业资源利用，(E-mail)lxd021@126.com

张凤华(1970-)，女，新疆石河子人，教授，博士生导师，研究方向为绿洲农业生态与环境，(E-mail)zfh2000@126.com

S516

A

1001-4330(2016)07-1260-08