南疆盐渍化土壤排盐系数及淋洗定额确定

杨玉辉，李朝阳，王兴鹏,2

(1.塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆 阿拉尔 843300；2.中国农业科学院农田灌溉研究所，河南 新乡 453000)

土壤盐渍化问题长期以来一直困扰着南疆地区农业的发展。为了有效改善土壤盐渍化所带来的农业生产问题，当地普遍采用较为传统的大定额冬春灌淋洗方式控制和减少土壤含盐量[1]。在膜下滴灌条件下，棉田含盐量在生育期0～60 cm土层范围内表现为积盐状态，并以40～60 cm积盐最多，所以定期大水漫灌洗盐是土壤脱盐的重要手段[2]。Letey等[3]建立了以淋洗需要量和盐分平衡指数作为淋洗灌水量和淋洗效率的评价指标，Chen等[4]认为大水漫灌对土壤盐分的淋洗效果更佳。一般冬灌淋洗深度可达60 cm，效果较春灌要好[5]。彭振阳等[6]认为局部秋浇会促使盐分向上层土壤运动，从而增加土壤剖面的含盐量。罗玉丽等[7]提出内蒙古引黄灌区适宜秋浇定额为1 500 m3/hm2。在南疆地区开展的相关研究表明，春灌水量为1 800 m3/hm2，冬灌定额在3 500～4 000 m3/hm2对盐分淋洗效果较好[8，9]。当然，并非冬春灌水量越多，脱盐效果越好[10]。因此，对于不同盐渍化程度的土壤而言，适宜的淋洗定额是决定土壤脱盐效果的关键因素，应根据自然条件和灌溉排水条件的不同因地制宜地确定相应的冬春灌定额[11]。目前，南疆地区冬春灌淋洗定额一般是大田等定额统一地面灌溉，灌水定额的确定也较为随意，较少考虑不同盐渍化程度及不同淋洗深度对盐分淋洗定额的影响。本文确定了不同盐渍化程度条件下的排盐系数，并计算出不同盐渍化程度及不同深度土壤的理论淋洗定额，对理论值进行实测验证，为合理制定南疆地区农田冬春灌定额提供理论依据。

1 试验区概况

本试验位于新疆生产建设兵团第一师阿拉尔市11团(81°17′56.52″E，40°32′36.90″N)，属于典型大陆性极端干旱沙漠气候，干旱少雨，年降水量46.7～61.2 mm，年蒸发量高达1 877.5～2 337.4 mm，日照长，昼夜温差大，年均日照时数2 729.0 h，最热月平均气温为25～27 ℃，气温最低月为1月，多在-22～-30℃，无霜期长，达200 d以上，干旱指数为7～20。土壤质地为沙壤土，土壤平均密度为1.35～1.56 g/cm3，土壤透气性良好，0～80 cm田间持水率为25%～28%(重量含水率)，土壤盐分值在0.18%～1.29%，地下水埋深在2 m左右。

2 材料与方法

2.1 实验样品

在阿拉尔垦区11团根据不同的土壤盐渍化程度选择7个采样点，将0～40 cm深度的土样取回室内自然风干磨碎备用，测定土壤盐分初始值 (%)，测定的土样含盐量分别为0.446%、0.588%、0.593%、0.779%、0.829%、1.039%、1.109%。环刀分层取样测定的0～40 cm土壤密度均值为1.56 g/cm3，土壤类型为沙壤土。

2.2 土壤排盐系数计算

将不同盐分初始值的风干土过筛，分层装入不同的土柱内，土柱直径25 cm，高度为40 cm，下部开孔，并用无纺布多层铺设，防止土粒随水排出。按照土壤盐分初始值大小依次编号1～7，每个处理3次重复。

将m=0.02 m3(相当于1 050 m3/hm2)的水量灌入土柱内，待底部不再有水分排出后静置3～5 d，分层取土(5～10、10～20、20～30、30～40 cm)测定淋洗后土柱剖面的盐分均值s1(%)，由式(1)分别计算出不同处理的排盐系数k[12]：

k=s′/m

(1)

式中：k为排盐系数，表示单位体积淋洗水能排走的盐量，kg/m3，一般取值为15～75；s′=s0-s1，淋洗前后的盐分差值，%；m是灌溉水量，m3。

2.3 土壤淋洗定额计算

土壤淋洗定额由下式计算所得[12]：

M=m1+m2+E-P可简化为M=M1+M2

(2)

m1=β1-β2=γh(θmax-θ0)

(3)

m2=1 000γh(s0-s2)/k

(4)

式中：M为淋洗定额，mm；m1为计划淋洗层的土壤含水量与田间持水量的差额，mm；m2为按计划的淋洗脱盐标准淋洗盐分所需的水量，mm；E为淋洗期内的蒸发水量，mm，在南疆地区，由于淋洗一般在11月或次年3月，气温低，蒸发量小，一般可忽略不计；p为淋洗期内可利用的水量，mm，在南疆地区淋洗期内降水较少可忽略；h为计划淋洗层的深度，m；r为计划淋洗层的土壤密度，kg/m3；β1为田间持水量时计划淋洗层内水量，mm，β1=rhθmax，θmax为实测的田间持水率，θmax=26.36%；β2为计划淋洗层的土壤实际含水量，mm，β2=rhθ0，在本实验中为风干土，所以θ0=0；s0为计划淋洗层的实际盐分值占干土重的百分数，%(分别是淋洗深度0～10、0～20、0～30 cm的实际盐分值)；s2为计划淋洗层的土壤允许盐分值占干土重的百分数，%(本实验中土壤脱盐标准 均取值为0.3%)。

2.4 土壤实际脱盐值验证

在南疆地区当土壤盐分值低于0.3%时能够满足作物的正常生长，因此设定计划淋洗层脱盐标准为0.3%，在土柱内验证理论淋洗定额的实际淋洗盐分值与脱盐标准值0.3%是否一致。实验用土壤盐分初始值分别为0.446%、0.588%、0.593%、0.779%、0.829%、1.039%、1.109%，设置的土壤盐分淋洗深度为10、20、30 cm，共计21个处理。将式(2)计算出的不同深度理论淋洗定额 灌入土柱中，待土柱底部不再有水分渗出静置3～5 d后，分别测定不同处理0～5、5～10、10～20、20～30 cm深度的土壤含盐量均值s3(%)。并计算不同处理的脱盐率η(%)，η=(s0-s3)/s0。

3 结果与分析

3.1 土壤排盐系数分析

排盐系数是计算土壤盐分淋洗定额的重要参数。由式(1)计算出不同初始土壤盐分值排盐系数结果如图1所示。由图1可看出，在一定的灌水定额条件下，淋洗后的土壤盐分值较初始值出现了较大幅度的降低，土壤初始盐分值越大淋洗效果越明显。对于同一质地土壤，土壤盐渍化程度不同其排盐系数也不相同，排盐系数随着土壤初始盐分值的增加而增大，因此，在淋洗定额计算时应根据不同的盐渍化程度选择适宜的排盐系数。

图1 土壤排盐系数Fig.1 Saline drainage coeffient

3.2 土壤盐分淋洗定额的理论计算值

根据式(1)确定的排盐系数k值，与式(2)～(4)计算出脱盐标准分别为0.3%、0.2%、0.1%所对应的不同初始土壤盐分值、不同淋洗深度所需的淋洗定额理论值，计算结果见表1。由表1可看出，在同一脱盐标准条件下，土壤盐分淋洗定额与土壤初始含盐量、淋洗深度关系较大，土壤盐分初始值越大淋洗定额越大，随着淋洗深度的增加淋洗定额也较大。对于不同的脱盐标准而言，提高脱盐标准则需要增加淋洗定额。表1仅是利用公式计算得出的不同脱盐标准下的淋洗定额值，是否与实际灌溉相符则需要进一步的实测验证。

表1 盐分淋洗定额理论计算值Tab.1 Salt-leaching quota

3.3 土壤实际脱盐值验证

将理论计算出的淋洗定额灌入不同处理的备用土柱中，实测验证土柱中的淋洗后的盐分值与设定的脱盐标准值是否相一致，选择脱盐标准值0.3%为对照。由理论淋洗定额灌入土柱后测得的实际脱盐值及脱盐率见表2。由表2可知，淋洗后不同处理的盐分淋洗效果均较为明显，淋洗后的土壤盐分值较初始值均有不同程度的降低，土壤脱盐率随着淋洗深度的增加而增大。在土壤盐分初始值为0.446%、0.588%、0.593%的处理中，淋洗后的土壤盐分值与脱盐标准值0.3%相差不大，甚至低于脱盐标准，说明理论淋洗定额能够满足土壤实际脱盐需求的，淋洗定额较为适宜。当土壤盐分初始值为0.779%、0.829%、1.039%、1.109%时，淋洗后的土壤实际盐分值均高于脱盐标准值0.3%，说明理论淋洗定额在进行高盐渍化土壤淋洗时，其实际脱盐值并没有达到理论所要求的脱盐标准值，淋洗定额偏小，为了达到要求的淋洗效果应适度增加淋洗定额。造成实际淋洗后的脱盐值高于脱盐标准值的另一个原因则是实验中土壤初始含水率θ0=0， 进入土柱中的一部分淋洗定额水量首先要满足湿润土壤消耗，当超过田间持水率后盐分才会随水分向下运移。

表2 实际脱盐值及脱盐率Tab.2 Desalination value and Desalination rate

4 结 语

(1)南疆地区土壤盐渍化程度不同，排盐系数不同。土壤盐分初始值为0.446%、0.588%、0.593%、0.779%、0.829%、1.039%和1.109%的沙壤土排盐系数分别为16.7、23.1、23.7、33.1、35.3、46.4和47.3。

(2)以脱盐标准0.3%进行理论淋洗定额的实测验证，结果表明，土壤盐分值为0.446%、0.588%、0.593%淋洗后的土壤盐分值接近脱盐标准值0.3%，说明理论淋洗定额满足土壤实际脱盐需求。而土壤盐分值为0.779%、 0.829%、1.039%、1.109%淋洗后的土壤实际盐分值均高于脱盐标准值0.3%，说明理论淋洗定额偏小，在大田应用时应适度调整淋洗定额。

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