膜下滴灌条件下KNO3肥液浓度对土壤水盐运移的影响

冀雅珍 武海霞

(1.山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002；2.河北工程大学，河北 邯郸 056000)

膜下滴灌条件下KNO3肥液浓度对土壤水盐运移的影响

冀雅珍1武海霞2

(1.山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002；2.河北工程大学，河北 邯郸 056000)

为了研究膜下滴灌条件下不同肥液浓度对土壤中水盐分布规律的影响，通过大田作物试验，采用滴灌系统进行水肥一体化灌溉，测量不同KNO3肥液浓度下土壤含水率、含盐量，并对水盐分布规律进行分析。结果表明，土壤含水量越大的地方，含盐量越小；肥液浓度对于土壤水分的分布情况无明显影响，但对含盐量影响明显；随肥液浓度增大，表层土壤中含盐量变大，深层土壤中变化规律不明显；试验中土壤盐分运移耦合性较好，可为揭示膜下滴灌条件下水盐运移规律提供参考。

滴灌；膜下滴灌；土壤；水盐分布；运移规律

山西位于典型的干旱半干旱地区，近年来，滴灌技术作为一种新型的节水灌溉技术在该地逐步推广应用，尤其以玉米为主的高效用水灌溉面积也持续增加。采取滴灌技术后可实现水肥一体化灌溉，从而达到省水、省肥的效果。该技术自动化程度高，对地形的适应能力也很强，并能使作物根区的土壤水分保持在最佳水平，从而便于作物吸收水分和养分，提高作物产量。

但是在干旱半干旱地区滴灌条件下实施水肥一体化灌溉，会使土壤中的盐分较高，形成明显的积盐区和脱盐区，从而可能影响作物根系的发育[1]。因此对于滴灌条件下的水盐肥耦合以及土壤水盐肥分布规律的研究是非常必要的。本文通过大田作物试验，对膜下滴灌条件下不同KNO3肥液浓度对土壤中水盐分布规律的影响进行研究。

1 试验概述

1.1 试验区概况

试验区位于大同市阳高县南徐屯村膜下滴灌示范基地，该县属高原温带季风型大陆性气候，春季干旱多风沙、蒸发量大，夏季降水集中，秋季降水骤减，冬季降水稀少，四季分明，区内多年平均气温7.1℃。由于受季风影响，降水量年内、年际分配不均，且多集中在7～8月份，多年平均降水量423.86 mm，年蒸发量1 924 mm。水资源不足，气象灾害频繁，多年平均干旱指数为2.8，属半干旱少雨地带，“十年九旱”，粮食生产水平低而不稳。

1.2 试验方法

试验区大田玉米种植模式为一膜一管双行的膜下滴灌方式，膜宽40 cm，膜间距60 cm，滴头流量为2.2 L/h，滴头间距33 cm，灌水定额为373 m3/hm2。为能使玉米籽粒饱满，并能使植物茎根粗壮、不易倒伏，增强抗旱、抗寒、抗病能力，根据当地群众的施肥习惯，适量施用复合肥KNO3。在试验区分灌水相同、肥浓度不同的4个处理组进行研究，即无施肥灌溉(SF0)、施肥高浓度1.5 kg/ m3(SF1)、中浓度1 kg/m3(SF2)和低浓度0.5 kg/m3(SF3)，重复3次，每个处理组面积49 m2。为了能反映不同肥液浓度对土壤中水及盐的运移和分布规律影响，特配置了以上3种不同浓度的肥液进行灌溉，并与无施肥灌溉进行对比。肥液在需要灌溉时现场按照试验方案进行配置使用，避免钾肥失效。

试验区土壤均质性良好，完全能够满足试验的要求，取土采取如下方法进行：以滴头为中心的圆形湿润区域，在时钟三点、七点和十一点的3个不同方向的同一半径上按序取样，取样点为O，O1，O2三点，O点距滴头5 cm，O～O1、O1～O2每两点之间的取样距离为10 cm；取样土层深度0，10，20 cm和30 cm。取土位置分别在各处理组地块的中心处，具体的取土时间是：第1次取土样在刚灌溉完当天进行；第2次取土在灌水后第2天进行；第3次取土样在灌水后第3天进行。取土方法土壤含水量测定采用传统的烘干法，土壤含盐量测定采用电导率仪，含氮量采用分光光度计测定。取土方法见图1。

图1 取土方法示意

2 膜下滴灌条件下水分运移规律研究

2.1 无肥土壤水分运移规律

项目区农作物主要以玉米为主，在取土过程中，以作物根系层深度60 cm为宜，由于根系层以下的土壤水分很少参与水分循环，只有储存量，而少有更新[2]，所以在研究过程中把土壤水界定在与作物根系层吸水有关的深度内[3]。

根据以上取土方法，对所取数据进行了整理分析，以无施肥滴灌条件下土壤含水量分布及土壤水分随时间运移规律为例进行分析。无施肥滴灌下含水量随时间变化见图2～4。

图2 无肥滴灌O点土壤含水率变化

图3 无肥滴灌O1点土壤含水率变化

图4 无肥滴灌O2点土壤含水率变化

由图2～4分析可得以下无肥滴灌条件下土壤水分运移规律。

(1) 刚灌水后，土壤含水量最大值出现在滴头的正下方O点处。

(2) 土壤中水分横向分布规律为：滴头处土壤含水量最大，向四周扩散逐渐变小；纵向则是表层土壤含水量最高，沿土壤深度向下含水量逐渐变小。

(3) 灌水后，随着时间推移，自表层土壤向下含水率明显降低。这是因为灌水后表层土壤达到饱和状态，土壤水分在土壤水势梯度的作用下继续向深层移动，从而含水量减少，处于脱湿状态。同时由于表层土壤直接与大气接触，土壤水分不断蒸发，在土壤水分不断下渗及表面蒸发的共同作用下，表层土壤水分下降较快[4]。

(4) 在灌水后当天至第2天时段内，深层土壤仍有含水率增加的现象，这是因为表层土壤中的水分在重力势的影响下，继续向下移动，从而使深层土壤中含水量变大。

(5) 土壤含水率在当天至第2天时段内的变化幅度明显大于第2天至第3天内的变化幅度。这是由于在当天至第2天时段内，土壤中含水量较大，蒸发速度较快，蒸发消耗的水量能够及时得到补充，所以蒸发水量较多，含水率变化幅度较大。而在第2天至第3天时段内，含水量已明显减少，蒸发需要的补给水量减少，水分蒸发较慢，且到后期主要以水气扩散为主。

2.2 不同肥液浓度对土壤水分运移的影响

对同一时间同一点处不同肥液浓度下的土壤含水率分布情况进行了分析，得出了各点的含水率随土层深度变化的分布曲线图，以O2点的含水率分布状况为例，其含水率分布见图5～7。

图5 各肥液浓度O2点滴灌当天土壤含水率变化

图6 各肥液浓度O2点滴灌第2天土壤含水率变化

图7 各肥液浓度O2点滴灌第3天土壤含水率变化

由图5～7可知，肥液浓度的改变对于土壤水分分布情况变化的影响不明显，与无肥灌溉下土壤分布及运移情况有很大的相似性，从而得出，土壤水分的分布及运移不随肥液浓度改变的影响。

2.3 不同肥液浓度对土壤盐分运移的影响

项目试验中采用电导率法测量土壤中的含盐量，其中的盐分为可溶性盐分。可溶性盐分作为强电解质，能在水中形成带电的离子，从而使水溶液有良好的导电性。溶液的导电能力大小与土壤可溶性盐分的含量呈正相关，土壤溶液的电导率能反映土壤含盐量的高低，但不能反映混合盐的组成。为了深入研究不同肥液浓度滴灌下土壤盐分运移的分布情况，以灌溉当天不同肥液浓度下电导率的变化为例进行分析，灌水当天表层土壤电导率水平变化规律见图8，无施肥滴灌当天各取样点电导率分布情况见图9。

图8 滴灌当天表层土壤电导率水平变化

图9 无肥滴灌当天各点土壤电导率分布

由图8及图9的试验数据可以看出,在不同肥液浓度下土壤盐分在水平方向均有如下分布规律：表层土壤含盐量水平方向最小值在滴头正下方，且含盐量以滴头为中心向四周逐渐加大，直至在湿润体边缘处盐分含量达最大。

以 O点的变化情况为例，采用不同肥液浓度灌溉对盐分在垂直方向分布的影响进行研究，如图10～12所示。无肥灌溉下含盐量均是由表层土壤随土层深度的增加而逐渐增大。但肥液浓度增加后，表层土壤含盐量有先下降再增加的趋势，且在第3天时最明显，这是由于肥液浓度增加使表层土壤的盐分浓度增大，盐分在向下推移过程中不仅受水分运移的影响，还受自身浓度梯度的影响。表层土壤中盐分浓度越大，越不利于上层盐分向下运移，因而出现表层土壤含盐量有先下降再增加的趋势。

图10 滴灌下各肥液浓度O点当天土壤电导率变化

图11 滴灌下各肥液浓度O点第2天土壤电导率变化

图12 滴灌下各肥液浓度O点第3天土壤电导率变化

3 膜下滴灌条件下土壤水盐耦合研究

通过以上对于土壤含水率和含盐量的分析，对两者进行耦合分析。以无施肥滴灌当天O1点土壤含水率和电导率为例进行对比，见图13。

图13 无施肥滴灌当天O1点含水率和电导率对比

进一步对其他施肥浓度下的不同点的水分和盐分分布也进行了分析，得出如下结论：①含水量最大的地方，含盐量反而最小，水分与盐分的分布均呈相反的规律。②刚灌水后，从当天的水分分布和盐分分布来看，土壤水分分布的范围要比盐分分布的范围更广些，刚灌水后水分在垂直方向上影响到20 cm左右，而盐分只影响到15 cm左右，说明盐分的推移要滞后于水分的推移。③在灌水后1～3 d时间段内，水分蒸发的变化明显，但盐分含量变化不大，所以在蒸发过程中水分的减少对于盐分的运移影响不大，两者的耦合性较好。

4 结 论

通过研究膜下滴灌条件下肥液浓度对土壤中水分和盐分的分布及运移情况的影响，并对试验数据分析，得出以下结论。

(1) 水盐耦合均是含水量越大的土层，含盐量越小。

(2) 随着肥液浓度的变化，土壤中的含水量均没有特别明显的变化，但含盐量有较大变化，盐分运移过程不仅与水分分布有关，还与其自身的浓度梯度有关，肥液浓度对其影响较大。

(3)土壤中盐分的运移耦合性较好。

根据膜下滴灌条件下的水盐运移规律，可为作物提供适宜生长的良好条件。未来仍需进一步研究膜下滴灌条件下不同肥液浓度的水盐、水氮运移对作物产量的影响以及如何根据水盐、水氮运移规律节省灌溉水量。

[1] 王全久，王文焰，吕殿青，等.膜下滴灌盐碱地水盐运移特征研究[J].农业工程学报，2000(4)：54-57.

[2] 王水献，董新光，吴彬.干旱盐渍土土壤水盐运移数值模拟及调控模式[J] .农业工程学报，2012，(13)：142-148.

[3] 韩建均，杨劲松.苏北滩涂区水盐调控措施对土壤盐渍化的影响研究[J].土壤，2012，(4)：658-664.

[4] 王振昌. 民勤荒漠绿洲区棉花根系分区交替灌溉的节水机理与模式研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2008.

(编辑：陈紫薇)

2016-09-07

水利部公益性行业科研专项(201401030);河北省教育厅青年基金项目(QN2017039)；山西省水利厅科技与外事处项目(2014-2-SLT-010)

冀雅珍，女，山西省水利水电科学研究院，高级工程师.

武海霞，女，河北工程大学，副教授.

1006-0081(2017)04-0026-04

S275.6

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