沟灌不同灌溉定额对盐渍土水盐分布及油葵和产量的影响

斯庆高娃

(内蒙古机电职业技术学院水利与土木建筑工程系，呼和浩特 010070)

0 引 言

我国人口众多，人均耕地面积在世界范围内处于较低水平[1]。随着我国人口不断增长，人口与有效耕地面积之间的矛盾日益突出，改良盐渍土引发了广大学者的关注[2,3]。我国17个省区分布有盐渍土，总面积超过3.6×107hm2；受盐渍化影响的耕地面积达9.2×106hm2，占全国耕地面积6%[4]。盐渍土改良利用是藏粮于地、藏粮于技的重要环节。因此，盐渍土改良利用对粮食安全、耕地保障、生态安全具有重要意义。

据统计，甘肃靖远县受盐渍化影响的土地面积达4.2×103hm2，占全县有效耕地面积的11%[5]。盐渍土土壤盐分高、土壤结构差，作物难以正常生长，导致分布于该地区的盐渍土处于弃耕或撂荒，影响当地农业可持续发展和生态环境。但该地区土层深厚，适宜机耕，毗邻黄河，水资源丰富，具有一定的开发潜力。土壤盐分以水分为载体和介质进行迁移，土壤盐分的降低离不开灌水淋洗[6]。大水漫灌能快速降低土壤含盐量，但容易产生深层渗漏，容易发生返盐现象[7]。河套灌区因水资源丰富，长期漫灌导致产生了大面积盐渍土，对当地农业可持续发展构成了巨大威胁[8]。盐渍土地区起垄可提高土壤透气性，增大地表受光面积，促进作物生长。有研究表明[9]：起垄滴灌，在垄顶种植作物，有助于降低垄顶作物根系土壤的含盐量，为作物提供适宜的水盐环境。也有研究表明[10]：在盐渍土地区进行起垄沟灌，夏季温度高会出现返盐现象，垄顶土壤盐分高于垄沟，危害垄上植物的正常生长。为明确起垄沟灌不同灌溉定额对甘肃靖远盐渍土垄顶与垄沟内土壤水盐分布的影响，本研究在甘肃靖远县王家山镇开展田间对比试验，研究沟灌条件下不同灌溉定额对盐渍土垄顶与垄沟土壤水盐分布的影响，以期为该地区盐渍土改良利用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在甘肃省白银市靖远县王家山镇(36°95' N，104°78' E)进行。该地区地处西北内陆，属温带大陆性气候，昼夜温差大，降雨稀少且年内分配不均。试验期间降雨量为207.5 mm，主要集中在6～8月；蒸发量为1 006.1 mm，蒸发量高于降雨量(表1)。

表1 试验期间降雨及蒸发量

Tab.1 Rainfall and evaporation during the test

月份降雨量/mm蒸发量/mm气温/℃411.2127.612.8522.8203.517.9641.7196.821.6760.5245.724.8871.3232.521.4合计207.51 006.1

试验区0～100 cm土层含水率、含盐量和盐分离子含量如表2所示。由表2可知，表层土壤含盐量最高，随土层深度增加土壤含盐量逐渐降低；表层土壤含水率最低，随土层深度增加土壤含水率逐渐增加；土壤中盐分离子以Cl-为主。

表2 供试土壤理化性质

Tab.2 Physical and chemical properties of tested soils

土层深度/cm盐分离子/(cmol·kg-1)Na+Ca2+K+Mg2+CO2-3HCO-3Cl-SO2-4含盐量/(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 试验设计及过程

在统一起垄、沟灌的基础上，设置3个梯度的灌溉定额：6 600 m3/hm2(T1)、7 200 m3/hm2(T2)、7 800 m3/hm2(T3)，每个处理重复3次。试验小区长5 m，宽6 m，面积均为30 m2，各试验小区间打40 cm埂。

试验于2018年4-8月进行，供试作物为油葵。试验前，先用机械起垄，垄高50 cm、垄宽70 cm、垄沟宽70 cm。2018年4月22日进行灌水，3个处理灌水定额均为1 350 m3/hm2[10]，泡田24 h后排出地表余水。2018年4月24日按照株行距为20 cm×30 cm的规格播种油葵；垄顶和垄沟均种植油葵，3个处理油葵的种植规格均一致。5月3日出苗，8月12日收获，全生育期共计111 d。各处理油葵生育期内灌溉制度如表3所示。

表3 不同处理油葵生育期内灌水量m3/hm2

Tab.3Theirrigationquotaofdifferenttreatmentduringoilsunflowergrowthperiod

生育阶段时间苗期灌水定额0509现蕾期灌水定额05240603开花期灌水定额06200703灌浆期灌水定额0717总计T11 1001 1001 1001 1001 1001 1006 600处理T21 2001 2001 2001 2001 2001 2007 200T31 3001 3001 3001 3001 3001 3007 800

1.3 观测项目与方法

作物水分生产率采用下式计算[11]：

WP=Y/TWU

(1)

TWU=R+I+ΔW

(2)

式中：WP为作物水分生产率，kg/(hm2·mm)；Y为作物产量，kg/hm2；TWU为作物生育期内耗水量，mm；R为作物生育期内降水量，mm；I为作物生育期内灌水量，mm；ΔW为作物生育期内土壤贮水变化量，mm。

2 结果与分析

2.1 土壤含水率

以每个月采集的土样平均含水率分析各处理对土壤含水率的影响(图1)。由图1可知，各处理随土层深度增加土壤含水率呈先增加后减小的趋势，0～20 cm土层土壤含水率最低，40～60 cm土层处土壤含水率最高；0～40 cm土层土壤含水率随灌水定额增加而增加，80～100 cm土层土壤含水率变化较小。各处理土壤含水率月际间变化规律相似，0～20 cm土层土壤含水率最低，这是由于试验区地处干旱区，夏季温度高蒸发强烈导致表层土壤含水率低于其他土层；其中，各处理7月份表层土壤含水率均低于6月和8月。0～60 cm土层垄沟土壤含水率平均比垄顶高19.6%，是由于灌溉水在垄沟内流动导致垄沟内土壤的含水率高于垄顶。

图1 各处理对土壤含水率的影响Tab.1 Effects of all treatments on soil moisture

2.2 土壤含盐量

以每个月采集的土样平均含盐量分析各处理对土壤含盐量的影响(图2)。由图2可知，各处理随土层深度增加土壤含盐量逐渐增加，0～20 cm土层土壤含盐量最低，在80～100 cm土层处土壤含盐量最高；随灌水量增加0～20 cm土层的土壤含盐量呈降低趋势。受灌水和降雨的影响0～20 cm土层土壤含盐量最低，上层土壤盐分向深层迁移并累积，80～100 cm土层处的土壤含盐量高于其他土层。相同灌溉定额条件下，0～20 cm土层垄沟土壤含盐量比垄顶平均低21.8%；这是由于夏季温度高蒸发强烈，导致盐分随水分迁移上升，累积于地表，垄沟内土壤含水率高于垄顶，垄顶土壤返盐较严重。

2.3 土壤盐分离子

2.4 油葵生长及产量

3个处理改善了土壤水盐状况，利于油葵生长(表5)。T1处理油葵的出苗率、株高和产量为3个处理中最低；T1处理的油葵出苗率和产量与T2、T3处理差异显著(P<0.05)，T2、T3处理的油葵出苗率和产量差异不显著(P>0.05)。T1、T2、T3结果表明，油葵出苗率、株高和产量均随灌溉定额增加而增加；虽然T3处理的油葵产量最高，但水分生产率低于T2处理；T2处理的油葵水分生产率为3个处理中最高(16.22 kg/m3)。低灌溉定额压盐效果差，在蒸发强烈的影响下盐分易累积于垄顶，导致T1处理油葵出苗率、产量均低于其他处理。

图2 各处理对土壤含盐量的影响Tab.2 Effects of all treatments on soil salinity content

表4 各处理对土壤盐分离子的影响

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

处理取样位置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分别表示垄顶、垄沟。

表5 各处理对油葵生长及产量的影响

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

处理出苗率/%株高/cm盘径/cm产量/(kg·hm-2)耗水量/mm水分生产率/(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： 油葵各项指标为垄顶与垄沟的平均值。

3 讨 论

对试验区地表进行起垄处理，改变地表形态，在风化作用下能提高垄上土壤通透性；此外，垄沟相间有利于增加地表面积，改善土壤水、气、热状况。沟灌与漫灌相比节约水量，但垄顶容易返盐，影响垄顶作物生长[12]，本试验也证实了垄顶返盐比垄沟更严重。由于本试验采用沟灌，灌溉水流在垄沟内流动，导致垄顶土壤含水率低于垄沟内土壤；在水流作用下垄沟内土壤盐分向深层迁移，压盐效果优于垄顶，在夏季温度高蒸发的影响下，垄顶水分蒸发强烈水分流失更快，导致盐分易累积于垄顶。有研究表明[9]：起高垄能增加浅水面到垄顶的距离，防止返盐；但该措施需配合滴灌，滴灌高频点源出水的特点，有利于为垄顶作物提高适宜的水盐环境，土壤盐分累积于垄沟内；与本试验得出的结果不同是由于灌水方式不同所致。有研究表明[10]：在盐渍土地区采用起垄沟植的方式，垄沟内种植植物，垄顶不种植作物；由于垄沟内能有效集聚天然降雨，使水分在垄沟内产生叠加，提高垄沟内(种植区)土壤含水率，起到压盐的作用；适宜于种植密度低的枸杞等灌木经济植物，对于种植密度较高的油葵、玉米等农作物不适用，是由于土地资源得不到充分利用。

在本试验条件下，油葵产量随灌溉定额增加而增加，但水分生产率却不随灌溉定额增加而提高，在本试验中，灌溉定额为7 200 m3/hm2的T2处理水分生产率最高(16.22 kg/m3)。试验区地处甘肃靖远，属西北干旱区，水资源有限，灌水量多与高效用水的原则相悖；同时，灌溉过量易导致深层渗漏，增加发生次生盐渍化的风险[13]。

4 结 语

统一起垄沟灌有利于提高垄沟内土壤含水率，降低垄沟内土壤含盐量；灌水过程中水流在垄沟内流动，有利于提高垄沟内土壤含水率，将土壤盐分控制在较低水平，0～60 cm土层垄沟内土壤含水率比垄顶平均高于19.6%、土壤含盐量比垄顶平均低21.8%。土壤盐分随灌溉定额增加而降低；虽然T3处理下油葵的产量最高(2.51 t/hm2)，但T2处理下油葵的水分生产率最高(16.22 kg/m3)。试验区地处甘肃靖远，属西北干旱区，水资源有限，灌水量多与高效用水的原则相悖；同时，灌溉过量易导致深层渗漏，增加发生次生盐渍化的风险。因此，沟灌灌溉定额为7 200 m3/hm2适宜于改良该地区盐渍土。