甘肃河西地区膜下滴灌条件下春玉米田水盐特征分析

杨宏伟，杨正华，侯淑梅，王增丽，张富仓

(1.甘肃省水利厅石羊河流域管理局， 甘肃 武威 733000； 2.武威七中, 甘肃 武威 733000;3.武威市中心灌溉试验站， 甘肃 武威 733000； 4.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室， 陕西 杨凌 712100)

甘肃河西地区膜下滴灌条件下春玉米田水盐特征分析

杨宏伟1，杨正华1，侯淑梅2，王增丽3，张富仓4

(1.甘肃省水利厅石羊河流域管理局， 甘肃 武威 733000； 2.武威七中, 甘肃 武威 733000;3.武威市中心灌溉试验站， 甘肃 武威 733000； 4.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室， 陕西 杨凌 712100)

通过对甘肃河西地区膜下滴灌春玉米种植条件下土壤水分、盐分的观测，分析了膜下滴灌春玉米生育期土壤水分、盐分动态变化及其产量和水分利用效率。结果表明：不同生育期，同一土层深度，土壤水分含量高低分布与土壤盐分含量高低分布相反，均表现出土壤不同深度盐分含量高的区域相应水分含量低，滴灌带之间土壤盐分积累较滴头之间显著；灌水定额480 m3·hm-2处理，灌溉水分在土层纵向运移显著，深层渗漏明显，灌水定额420 m3·hm-2处理，灌溉水在土壤不同深度横向层面运移显著，有利于作物吸收利用；膜下滴灌能够在滴水过程中明显降低土壤表层0～40 cm盐分含量，土壤下层40～100 cm为盐分聚集区域；灌水定额420 m3·hm-2处理，春玉米产量构成和水分利用效率较高。从作物生长水盐环境及高效节水的角度出发，灌水定额420 m3·hm-2处理的效益最优。

膜下滴灌；春玉米田；灌水定额；水盐运移；产量

滴灌(drip irrigation)是通过放在地面或地下毛管的滴头。在低压(20～200 kPa)和较低流量(每个滴头1～30 L·h-1)下向土壤缓慢的滴水，形成土壤表面部分湿润的一种灌溉系统。它可以直接向土壤供应已经过滤过的水分、肥料及其它化学剂。通过重力和毛细管的作用进入土壤，而没有喷水或沟渠流水现象。滴入作物根部附近的水分使作物根区的土壤经常保持最优的含水状况[1]。膜下滴灌技术是覆膜和滴灌的完美结合，利用灌水湿润部分土体，均匀度可达90%～95%，使水分集中分布在作物根层，满足作物生长要求。同时滴灌条件下，土壤疏松不易板结，土壤团粒结构保持较好，土壤通气性好，因此作物生长条件好，产量较高。滴灌较常规灌溉节水约50%，增产20%[2-3]。国内外研究者在水盐运移规律方面做了大量工作[4-5]，Mass[6]通过对试验资料对比分析，确定了大部分作物的临界含盐量，同时提出作物产量随土壤含盐量的增加呈线性下降曲线。Tedeschi[7]研究结果表明，高频灌水决定了土壤剖面较高的水分含量和较低的盐分积累，吕殿青[8-9]等研究了膜下滴灌土壤的盐分分布特性，在滴灌条件下将盐碱地的盐分分布划分为达标脱盐区、未达标脱盐区和积盐区，从灌水量、滴头流量、土壤初始含水量和初始含盐量方面出发，进行了一系列室内试验，对三个盐分分布区的发展进行了研究。李毅[10-11]初步研究了膜下土体温度场的变化及其对水盐运动的影响和水盐再分布的一般规律。水是盐分运移的主要载体，在干旱地区，强烈的蒸发是造成土壤次生盐碱化的重要因素，然而覆膜将土体与大气有效的隔离，阻断了水分的向上运动，有效降低了土壤表层盐分含量[12-13]。

膜下滴灌是新疆在节水灌溉实践中，把滴灌和地膜覆盖栽培技术的各自优势集成创新，为内陆干旱地区发展高效节水灌溉开辟了一条新途径，是我国农业灌溉节水技术的重大发展[14]。甘肃省河西地区属内陆干旱地区，由于地表水资源严重短缺，地下水是该区农业灌溉的重要水源。高矿化度的地下水灌溉和强烈的蒸发蒸腾作用使该区耕地大面积出现积盐现象，灌溉农业的可持续发展面临着巨大的挑战。通过1年的田间试验，对膜下滴灌条件下，不同灌溉定额对土壤水分、盐分分布及春玉米产量和水分利用效率的影响进行了研究，得出膜下滴灌不同灌溉定额条件下，土壤水分、盐分动态变化规律及适宜作物生长高效节水的最优灌溉制度。

1 材料与方法

1.1 试验区概况及试验设计

试验在中国农业大学石羊河流域农业与生态节水试验站进行，该站位于甘肃省武威市凉州区,地处腾格里沙漠边缘(37°50′49″N, 102°51′01″E)。海拔高度1 500 m，为大陆性温带干旱气候，地下水埋深25～30 m，该地区年平均气温8℃，>0℃积温3 550℃以上，干旱指数15～25。年均日照时数3 000 h以上，年均降水量160 mm，年均水面蒸发量2 000 mm以上，无霜期150 d以上，日照充足，热量丰富，风大沙多，春季最大风速38 m·s-1，多为西北风。土壤为灰钙质轻砂土。

试验田周围为玉米田地，播前耕地储水灌溉按照当地常规进行，膜下滴灌采用一膜两管四行栽培方式布置，地膜宽140 cm。供试春玉米品种为先玉335，2015年于4月25日播种，9月25日收获，全生育期152 d。播种采用玉米点播机进行点播，株距35 cm，行距40 cm，施基肥尿素262.5 kg·hm-2，磷酸二氢铵525 kg·hm-2。春玉米生育期追肥随苗期、拔节期灌水进行，苗期、拔节期各追肥量100 kg·hm-2。各种农艺措施参照当地常规。试验采用随机区组排列。设置不同水分处理T1、T2、T3,灌水方式为膜下滴灌，T4为当地常规灌溉种植方式，共四个处理，每个处理重复3次，小区面积24 m2(3 m×8 m)，周围布置保护区。试验处理设置如表1所示。

1.2 测定项目和方法

1) 土壤水分及含盐量测定。

不同处理春玉米各生育期用土钻分层(0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm)取样，滴头处作为一个点，沿滴灌带铺设方向距滴头水平距离15、30 cm处(计作-15 cm，-30 cm)，作为两个点，垂直滴灌带铺设方向距滴头水平距离10、20、30 cm处(计作+10 cm，+20 cm，+30 cm)，作为三个点，共六个点，每个点采集6个样。采用烘干法测定土壤水分含量，利用SG3型电导率仪测定电导率EC1∶5(土水质量比为1∶5)，根据文献[10]计算土壤全盐量。

2) 春玉米产量及特征值测定。

春玉米成熟收获后，各小区取10株进行考种。考种指标包括穗长、秃尖长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重。测产采取小区单打单收方法测定。

表1 2015年春玉米不同灌溉灌水处理/(m3·hm-2)

注：T4为本地区的常规灌溉制度，其余处理均参照T4制定。

Note: T4 is the local conventional irrigation system, and the rest treatments are formulated with T4 as the reference.

3) 气象因子测定。

2015年春玉米生育期内各气象因子由试验站内自动气象站测定。2015年春玉米生育期总降雨量147.2 mm，有效降雨量112.6 mm。

4) 作物耗水量测定。

采用农田土壤水量平衡公式进行耗水量计算。灌水量采用水表进行计量。由于该试验田地下水埋深在40 m以下，可视地下水补给量为0，降水入渗深度不超过1 m，可视深层渗漏为0。作物生长所需水分主要由灌溉水和降雨供应。因此，水量平衡方程可简化为：

ET=P+I-ΔW

(1)

式中，ET为作物生育期耗水量(mm)；P为生育期降水量(mm)；I为生育期内灌溉量(mm)；ΔW为作物生育期土壤蓄水变化量(mm)。

1.3 数据处理与分析方法

利用SPSS16.0对试验数据进行方差分析和显著性检验，采用Surfer8.0软件对土壤水分、盐分分布进行制图分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌水处理农田土壤水分盐分的动态分布特征

膜下滴灌有利于土壤水分入渗，减少土壤水分棵间蒸发，抑制盐分上移，利于盐分淋洗和迁移，在作物耕作层易形成淡化脱盐区，有利于作物的正常生长。

2.1.1 不同灌水处理农田土壤水分的动态 2015年春玉米生育期土壤剖面水分含量动态变化如图1。苗期，各处理0～100cm剖面土壤水分含量分布规律基本一致，灌水定额对土壤水分含量影响基本一致，灌水定额越高，0～100cm剖面土壤水分含量越高。苗期灌水定额为480m3·hm-2(T1)处理，垂直剖面40～100cm区域土壤含水量均高于T2、T3处理的相应区域，说明苗期春玉米耗水量较低，较高的灌水定额480m3·hm-2(T1)处理下灌溉水量不能被春玉米有效吸收利用，产生了明显渗漏，渗漏深度达100cm以下，对应最高含水量为23.38%。

拔节期，T1、T2、T3处理下，0～40cm土层土壤水分与苗期相比变化不显著，0～100cm土层土壤水分含量分布图颜色色度随土壤深度的增加而增加，表明深层土壤水分含量高于表层土壤。T1、T2、T3处理0～10cm土壤含水量分别为14.94%、14.08%、9.67%，20～40cm土层，各处理土壤水分含量分别为15.48%、14.69%、9.93%，60～100cm土层，各处理土壤水分含量分别为15.85%、14.99%、11.5%，各处理20～40cm土层土壤水分含量较0～10cm土层高3.61%、4.33%、2.69%，各处理60～100cm土层土壤水分含量较0～10cm土层高6.09%、6.46%、18.92%。结果表明0～40cm土层内土壤水分被根系充分吸收利用，春玉米蒸发蒸腾量在拔节期主要发生在0～40cm土层内。

抽雄期，各处理之间土壤水分含量差异主要表现在0～60cm土层土壤中，T1、T2、T3处理，0～60cm土层土壤水分含量分别介于15.25%左右、17.19%左右、16.61%左右。80～100cm土层各处理土壤水分含量分别为19.57%、15.42%、9.62%，说明抽雄期灌水定额480m3·hm-2处理，灌溉水分在土层纵向运移显著，深层渗漏明显，适中的灌水定额420m3·hm-2处理，灌溉水在土壤不同深度横向层面上运移显著，有利于作物根系吸收，灌溉水既能满足作物生长需要又不会产生明显深层渗漏。

灌浆乳熟期，春玉米进入营养生长期，水分向营养生长的籽粒转移，各处理灌溉水在土壤不同深度横向层面上运移显著，0～100cm土层土壤水分含量较前期均有降低。深层80～100cm内各处理土壤水分含量分别为13.21%、12.25%、9.36%，较抽雄期低48.15%、25.88%、2.78%，土壤含水量降低明显，说明灌浆乳熟期春玉米根系发达，各处理深层80～100cm土层土壤水分均能被春玉米有效吸收利用，表现出灌水定额越高，水分被吸收利用越显著。

2.1.2 不同灌水处理农田土壤盐分的动态 2015年春玉米生育期土壤剖面盐分含量动态变化如图2。苗期，各处理0～100cm土层土壤盐分含量分布规律基本一致，灌水定额对土壤盐分含量影响基本一致。T1、T2、T3处理土壤盐分含量在0～40cm土层内分别为0.825、0.678、0.710g·kg-1，40～100cm土壤盐分含量分别为0.753、0.574、0.704g·kg-1，各处理深层(40～100cm)土壤盐分含量较浅层(0～40cm)分别低9.56%、18.12%和0.85%，春玉米苗期根系主要分布在0～40cm土层内，T2处理0～40cm土层土壤盐分含量较T1、T3处理低。表明灌水定额为420m3·hm-2的处理为春玉米苗期提供最优的生长环境。

拔节期，随着春玉米生育期内灌水量增加，T1、T2、T3处理0～10cm土层内土壤盐分含量分别为0.720、0.689、0.691g·kg-1，80～100cm土层内土壤盐分含量分别为0.796、0.663、0.681g·kg-1，10～80cm土层内土壤盐分含量分别为0.701、0.644、0.596g·kg-1，各处理0～10cm土层内土壤盐分含量较10～80cm土层内高2.71%、6.99%和15.94%，各处理80～100cm土层内土壤盐分含量较10～80cm土层内高13.55%、2.95%和14.26%。结果表明各处理0～10cm土层和80～100cm土层为积盐区，10～80cm土层为脱盐区，说明春玉米拔节期的主根区盐分含量与灌水量呈正相关，灌水量越高脱盐区盐分含量越高。

春玉米由植株生长转向营养生长期(抽雄期)，此时春玉米进入最旺盛的生长季节，各处理0～100cm土壤剖面盐分含量分布规律基本一致，灌水定额对土壤盐分含量影响基本一致。以滴头为中心，表现为垂直方向上随土层深度的增加盐分含量呈增加的趋势，脱盐区深度随灌水定额的增加而减小。抽雄期，春玉米根系达到了80cm土层深度，植株蒸腾量大，渗漏到40～100cm区域的灌水和土壤原有储水量，被根系充分吸收利用，由于盐随水动，土壤深层的盐分也向表层移动。T1、T2、T3处理滴灌带之间垂直方向0～100cm剖面土壤盐分含量分别为0.962、0.892、0.887g·kg-1，T1、T2、T3处理滴头之间垂直方向0～100cm剖面土壤盐分含量分别为0.859、0.804、0.838g·kg-1，T1、T2、T3处理滴头下垂直方向0～100cm土壤剖面土壤盐分含量分别为0.826、0.753、0.762g·kg-1，滴灌带之间垂直方向0～100cm土壤剖面土壤盐分含量较滴头下相应区域高16.46%、18.46%和16.4%，滴头之间垂直方向0～100cm土壤剖面土壤盐分含量较滴头下相应区域高4%、6.77%和9.97%，说明滴灌带之间土壤盐分积累较滴头之间显著，滴头下土壤盐分含量最低。

灌浆乳熟期，春玉米进入营养生长期，各处理0～100cm土层土壤盐分含量较抽雄期均有下降，各处理之间0～100cm土层土壤盐分含量差异不显著。T1、T2、T3处理0～40cm土壤剖面土壤盐分含量分别为0.61、0.638、0.655g·kg-1，60～100cm土壤剖面土壤盐分含量分别为0.705、0.756、0.703g·kg-1，T1、T2、T3处理60～100cm土壤剖面土壤盐分含量较0～40cm土壤剖面高15.57%、18.57%和7.4%，说明灌浆乳熟期由于春玉米耗水量降低，不能被作物吸收的水分将表层(0～40cm)的盐分淋洗到深层(60～100cm)，灌水量越高，盐分淋洗效果越显著。

2.1.3 不同灌水定额对春玉米产量构成和水分利用效率的影响 由表2可看出，不同灌水定额下春玉米产量构成因素发生了较大变化。其中穗行数、行粒数各处理之间无明显差异，其余产量构成因子在不同灌水处理下差异明显。灌水定额适中的处理T2其穗粗、穗长、穗行数、行粒数、百粒重分别比当地常规灌溉(T4)处理高3.44%、0.6%、1.19%、2.46%、2.2%，灌水定额较大的处理(T1)穗粗、穗长、穗行数、行粒数、百粒重分别比当地常规灌溉(T4)处理高5.89%、1.5%、5.95%、1.23%、-2.25%(负数表示T4处理比T1处理高)。灌水定额较低的滴灌处理(T3)产量构成各因素较其余处理均低。

不同灌水定额T1、T2、T3和T4处理的春玉米产量依次为18 168.3、17 989.8、14 855.4、17 113.7kg·hm-2，水分利用效率依次为3.19、3.59、3.09、2.57kg·m-3。其中T1、T2和T4处理产量与T3处理差异显著(P<0.05)，T1、T2和T4处理产量较T3处理高22.3%、21.1%和15.2%。各处理水分利用效率(WUE)介于2.57～3.59 kg·m-3之间，大小依次为T2>T1>T3>T4，T1、T2和T3处理水分利用效率较T4处理高24.12%、39.69%和20.23%。其中T1、T2和T3处理与T4处理差异达显著性水平(P<0.05)。研究结果表明，传统畦灌(T4)条件下，春玉米667 m2均产量在1 200 kg左右，且与滴灌条件下T1和T2处理的产量无显著性差异，结合水分利用效率分析结果，T4处理下较高的产量是以较大耗水量为代价换来的。由总体变化趋势来看，从经济及高效利用水资源的角度出发，T2处理的节水效益最优。

图1 不同灌溉处理农田土壤剖面的水分动态分布(横坐标0点为滴头位置)

Fig.1 Dynamic distribution of soil water in 0～1 m profile under different irrigation treatments (The 0 point in horizontal coordinate is the position of emitter)

图2 不同灌溉处理农田0～1 m土壤剖面盐分含量的变化(横坐标0点为滴头位置)/(g·kg-1)

Fig.2 Dynamic change of salt content in 0～1 m profile under different irrigation treatments (The 0 point in horizontal coordinate is the position of emitter)

表2 不同灌水处理对春玉米产量构成和水分利用效率的影响

注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。

Note: Different small letters in same columns indicate significant differences at 0.05 level.

3 结论和讨论

1) 苗期，较高的灌水定额480 m3·hm-2处理产生了水分深层渗漏，渗漏深度达100 cm以下，对应最高含水量为23.38%。拔节期各处理深层土壤水分含量略高于表层土壤，0～40 cm土层内土壤水分被根系充分吸收利用。抽雄期灌水定额480 m3·hm-2处理，灌溉水分在土层纵向运移显著，深层渗漏明显，适中的灌水定额420 m3·hm-2处理，灌溉水在土壤不同深度横向层面上运移显著。灌浆乳熟期，各处理0～100 cm土层土壤水分含量较前期均有降低。各处理深层80～100 cm土层土壤水分均能被春玉米有效吸收，灌水定额越高，水分吸收越显著。

2) 苗期，各处理深层(40～100 cm)土壤盐分含量较浅层(0～40 cm)分别低9.56%、18.12%和0.85%。拔节期，各处理0～10 cm和80～100 cm为积盐区，10～80 cm为脱盐区，春玉米拔节期的主根区盐分含量与灌水量呈正相关。抽雄期，各处理0～100 cm土壤剖面土壤盐分含量分布规律基本一致，以滴头为中心，表现为垂直方向上随土层深度的增加盐分含量呈增加的趋势，脱盐区深度随灌水定额的增加而减小，滴灌带之间土壤盐分积累较滴头之间显著。灌浆乳熟期各处理0～100 cm土层土壤盐分含量较抽雄期有所下降，表现为深层(60～100 cm)为积盐区，表层(0～40 cm)为脱盐区。

3) 灌水定额适中的处理T2其穗粗、穗长、穗行数、行粒数、百粒重分别比当地常规灌溉处理下T4高3.44%、0.6%、1.19%、2.46%、2.2%，灌水定额较低的滴灌处理T3其产量构成各因素较其余处理均低。T1、T2、T3和T4处理理论产量依次为1 211.22、1 199.32、990.36、1 140.91 kg·667m-2。T2处理的节水效益最优。

作物的生长除与土壤水分盐分有关系外，还与土壤的通气和热状况、土壤的养分等因素有关，不同定额的膜下滴灌，除了影响土壤的水分盐分外，还可能影响土壤有机和养分的转化，无机养分淋洗以及土壤的热状况，从而对作物的生长及土壤水分盐分产生一定的影响，还需要今后进一步研究。

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Analysis of soil water and salt characteristics in farmland of spring maize under mulched drip irrigation in Hexi Region of Gansu Province

YANG Hong-wei1, YANG Zheng-hua1, HOU Shu-mei2, WANG Zeng-li3, ZHANG Fu-cang4

(1.BasinManagementBureauofShiyangRiver,TheWaterResourcesDepartmentofGansuProvince,Wuwei,Gansu733000,China； 2.SeventhMiddleSchoolofWuwei,Wuwei,Gansu733000,China; 3.CentralIrrigationExperimentStationofWuwei,Wuwei,Gansu733000,China; 4.KeyLaboratoryofAgriculturalSoilandWaterEngineeringinAridandSemiaridAreas,MinistryofEducation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Through the observation of soil water and salt in the farmland of spring maize under mulched drip irrigation in Hexi Region of Gansu Province, the characteristics of soil moisture and salt dynamic change, and the yield and water use efficiency of maize were analyzed. The results showed that the distribution of soil moisture content in different soil profiles at different growth stages was opposite to that of salt content, i.e., in the soil profiles where there was a high salt content, there was a low moisture content. The salt accumulation at the interval of drip pipes was significantly higher than that at the interval of emitters. Under the irrigation quota of 480 m3·hm-2, the irrigated water moved significantly along vertical direction and the deep leakage was remarkable; under the irrigation quota of 420 m3·hm-2, the irrigated water moved significantly along horizontal direction in different depth, being beneficial to the absorption and utilization of crop. Mulched drip irrigation could significantly reduce soil salt content in 0～40 cm profile, while the profile of 40～100 cm was the accumulating zone of salt during drip process. Under the irrigation quota of 420 m3·hm-2, the yield and water use efficiency of spring maize were relatively high. Therefore, from the viewpoint of water and salt environment as well as efficient water-saving, the benefit of the irrigation quota of 420 m3·hm-2was the best.

mulched drip irrigation; spring maize farmland; irrigation quota; water and salt movement; yield

1000-7601(2017)02-0213-07

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.02.35

2016-01-13基金项目：甘肃省水利技术推广项目

杨宏伟(1981—)，男，甘肃秦安人，硕士研究生,水利工程师，主要从事水利工程建设管理与流域水资源管理工作。 E-mail: yanghonwei19810414@163.com。

张富仓(1962—)，男，陕西武功人，教授，博士生导师，主要从事节水灌溉理论与技术研究。 E-mail:zhangfc@nwsuaf.edu.cn。

S257.6

A