全地膜覆蓋棉田咸水滴灌對土壤水鹽分布的影響

孫澤強　董亮　王學君等

摘要：通過田間定位小區(qū)試驗，以淡水滴灌為對照，設置不同礦化度咸水滴灌處理，研究全地膜覆蓋條件下，咸水滴灌棉田土壤水分和鹽分的動態(tài)變化和分布特征。結果表明，咸水滴灌減少了棉花對土壤水分的吸收，HCO3--Na+型咸水礦化度對棉花根系吸水的影響要大于Cl--Na+型咸水。土壤水分受到前期灌溉水量和灌溉水鹽分的影響，這種影響在整個生育期都存在。各種灌溉處理都使得0～100 cm土體剖面的土壤EC值增加，土壤鹽分隨著灌溉水礦化度的增加而增加。從土壤鹽分的積累來看，利用滴灌補灌一次6 g/L以下的咸水，通過種植前黃河水壓鹽和夏季降水淋洗，不會造成棉花根系分布層土壤鹽分的明顯積累。

關鍵詞：棉花；咸水滴灌；全地膜覆蓋；水鹽動態(tài)

中圖分類號：S275.6 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2015）01-0055-04

Abstract A field experiment with locating plots was carried out to research the changing dynamics and distribution characteristics of soil water and salt in cotton fields via drip irrigation with saline water under full film mulching. Different salinities of irrigation water were set with fresh water as control. The results showed that drip irrigation with salt water reduced the soil water content absorbed by cotton. The effect of HCO3--Na+ type water on water uptake of cotton root was greater than that of Cl--Na+ type water. Soil water was affected by pre-irrigation water and its salinity， and the effects existed in the whole growth period. The EC values in 0～100 cm soil layers were increased by all the irrigation treatments. The soil salinity increased with the salinity of irrigation water. Drip irrigation one time with water whose salinity was less than 6 g/L would not cause obvious accumulation of soil salinity in cotton root distribution layer through irrigation with the Yellow River water before planting and leached by rainfall in summer.

Key words Cotton； Drip irrigation with saline water； Full film mulching； Dynamics of water and salt

隨著社會經濟的發(fā)展和人口的不斷增加，淡水資源緊缺的形勢越來越嚴峻。我國水資源總量約為2.8×1012 m3，人均占有量不足世界平均水平的1/4，到2030年前后將達到世界一般公認的1 700 m3警戒線[1]。微咸水和咸水資源的利用成為解決水資源問題的重要途徑，而滴灌被認為是最適合利用微咸水和咸水的灌溉方式[2，3]。

研究作物的微咸水和咸水滴灌灌溉制度，滿足作物正常生長的良好土壤水鹽動態(tài)環(huán)境將是首要的任務。在微咸水灌溉條件下，農田土壤水鹽動態(tài)呈現(xiàn)隨灌溉和降雨影響的短期波動和受季節(jié)更替影響的長期波動[4]。華北平原冬小麥季利用3～5 g/L 的微咸水補充灌溉，兩年后沒有發(fā)生積鹽現(xiàn)象，微咸水灌溉帶入土體的鹽分通過咸、淡水輪灌和雨季自然淋洗，1 m 土體總鹽量達到周年平衡[5]。膜下滴灌水質和水量都對土壤鹽分的分布產生重要影響，在沒有其他輔助控制鹽分累積的措施下，3 g/L 是適宜灌溉的微咸水水質的上限[6]。用電導率為3.3～6.3 dS/m 的微咸水滴灌，距離滴頭50 cm 處各剖面的鹽漬度要高于距離滴頭10 cm 處，土壤剖面的平均鹽漬度和灌溉初期相比，基本沒有形成土壤鹽分的累積[7]。在華北平原利用1.1～4.9 dS/m 的微咸水滴灌，3年內在作物根系分布區(qū)內（0～90 cm）不產生鹽分的累積[8]。按照作物需水量的1、1.2倍和1.4倍水量灌溉時，土壤鹽度隨著灌溉水量的增加而減小，隨著生育期的推進而增加；最大含水量和最小土壤鹽度出現(xiàn)在滴頭10 cm范圍內，只有在1.4倍作物需水量條件下最大含水量和最小土壤鹽度出現(xiàn)在滴頭20 cm范圍內，土壤含水量對土壤鹽度的影響也只局限在滴頭0～20 cm的范圍內[9]。

全地膜覆蓋被應用于濱海鹽漬土的改良，取得了良好的效果[10]，不同類型的鹽分在土壤中的運移分布不同，同時也對作物產生的影響不同[11]。而對于全地膜覆蓋條件下不同類型鹽分滴灌土壤水鹽的分布鮮見報道。華北平原春季干旱是影響棉花等作物種植和生長發(fā)育的重要因素，利用咸水進行補充灌溉成為解決該問題的一條重要途徑。研究全地膜覆蓋條件下不同類型咸水滴灌對棉田土壤水鹽分布的影響，可為咸水滴灌的應用和棉花生產提供技術支撐和科學依據。endprint

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)自然條件

試驗地位于山東省惠民縣李棟村，該區(qū)屬于溫帶半濕潤大陸型季風氣候，年平均氣溫12.2℃，無霜期184 d，年平均降水量589 mm。土壤基本理化性狀見表1。

2010年試驗區(qū)降水較多，比常年降水量增加40%。試驗期間降水量為779.4 mm，占全年降水量的94.9%，主要集中在7月中旬和8月，形成了澇害，試驗期間的降水分布見圖1。

1.2 試驗設計

試驗設7個處理，隨機區(qū)組排列，重復3次，小區(qū)面積為6.2 m×4.5 m=27.9 m2。試驗處理分別為：T0（淡水滴灌）；T41（滴灌4.0 g/L HCO3--Na+型咸水）；T42（滴灌4.0 g/L Cl--Na+型咸水）；T61（滴灌6.0 g/L HCO-3-Na+型咸水）；T62（滴灌6.0 g/L Cl--Na+型咸水）；T81（滴灌8.0 g/L HCO-3-Na+型咸水）；T82（滴灌8.0 g/L Cl--Na+型咸水）。試驗用淡水為當?shù)氐叵滤V化度為1.34 g/L。用淡水加入不同鹽分來配制試驗用咸水。

供試作物為棉花，品種為“魯棉研36號”，行距90 cm，株距25 cm。每行棉花鋪一行滴灌帶，滴灌帶距離棉行25 cm。2010年4月28日播種，然后采用壁厚0.008 mm的農膜（俗稱“雙零八”）覆蓋。試驗處理全部地膜覆蓋，薄膜上扎孔，利于膜上水分下滲。播種后，全部處理統(tǒng)一用黃河水灌溉，以利于棉花出苗。棉花出苗后，根據土壤墑情狀況，夏季雨季到來前所有處理進行一次滴灌補灌，灌水量17 mm。每公頃施肥量為N 165.0 kg，P2O5 90.0 kg和K2O 75.0 kg，1/2氮肥和全部磷鉀肥作為基肥，1/2氮肥隨灌溉水追施。各處理之間打田埂，田埂高20 cm、寬30 cm，田埂踏實，并埋入25 cm深的塑料布隔離，防止竄水竄肥。進入蕾期后，對棉花進行整枝，噴施縮節(jié)胺控制棉花生長；花鈴期整枝打頂，噴縮節(jié)胺控制棉花營養(yǎng)生長，噴灑農藥防治病蟲害；收獲期分批分區(qū)收獲棉花。2010年11月11日，拔棉柴，試驗結束。

1.3 測定項目和方法

在棉花出苗后補充灌水前和試驗結束后，各處理棉花行間用土鉆法取土樣；滴灌灌水7 d后，各處理在距離滴灌帶滴頭0、15、30 cm和45 cm處取土，取樣深度均為0～100 cm，每20 cm為1個取樣土層，取兩鉆混合樣；采用烘干法測定土壤質量含水量。土樣風干后，用土水比1∶5浸提土樣，采用DDS-11A數(shù)顯電導率儀電導法測定土壤EC值。有關數(shù)據分析和圖表繪制運用Surfer數(shù)據分析軟件和Microsoft Excel進行。

2 結果與分析

2.1 不同處理土壤水分的動態(tài)變化

從圖2可以看出，灌水前土壤水分在剖面的分布比較均勻，都在15%～20%之間，表層土壤水分狀況好于下層土壤。

從圖3可以看出，所有滴灌處理的土壤水分的變化趨勢均為：在垂直方向上隨著土壤深度的增加土壤含水量呈增加趨勢，在水平方向上隨著距離滴頭水平距離的增加土壤含水量減小。

隨著灌溉水礦化度的增加，土壤含水量在水平和垂直方向上都呈增加趨勢，尤其是60cm以

上土層更為明顯。這說明：隨著灌溉水礦化度的增加，棉花從土壤中吸收水分減少，從而使土壤含水量增加。這與其他研究得出的咸水灌溉減少作物耗水量的結論一致[8，12]。由于棉花地用地膜全覆蓋，基本沒有土面蒸發(fā)，土壤水分的減少主要是由于土壤水分下滲和棉花根系吸水。對于HCO-3-Na+型咸水滴灌，土壤含水量分布明顯受到灌溉水礦化度的影響。在灌溉水礦化度低時（≤4 g/L），棉花吸收土壤水分較多，土壤含水量分布受滴灌和棉花吸水的共同影響；當灌溉水礦化度較高時（>4 g/L）時，土壤含水量分布主要受滴灌水分分布的影響。土壤含水量形成以棉花根系為中心的低值區(qū)，隨著灌溉水礦化度的增加，低值區(qū)范圍逐漸減小。而Cl--Na+型咸水滴灌時，咸水灌溉明顯改變了土壤含水量的分布，即對棉花吸水產生了影響，但各礦化度之間沒有明顯差異，說明土壤含水量雖然受到灌溉水鹽分的影響，但基本不受灌溉水礦化度高低的影響。

可以初步得出，咸水滴灌減少了棉花對土壤水分的吸收，HCO-3-Na+型咸水礦化度對棉花根系吸收的影響要大于Cl--Na+型咸水。

從圖4可以看出，試驗結束后，土壤含水量隨著土壤深度的增加而呈增加趨勢。各咸水滴灌處理的土壤含水量都大于T0處理，而且土壤含水量隨著灌溉水礦化度的增加有增加的趨勢。可見，土壤水分動態(tài)受到前期灌溉水量和灌溉水鹽分的影響，這種影響在整個生育期都存在。

2.2 不同處理土壤EC值的動態(tài)變化

從圖5可以看出，灌水前土壤EC值相對較低，都在0.17～0.31 dS/m之間，尤其是0～60 cm土層，明顯低于前期土壤EC值，0～100 cm土壤EC值平均下降22%，主要是黃河水灌溉造墑壓鹽的作用。

從圖6可以看出，所有滴灌處理的土壤EC值在垂直方向上具有相似的變化趨勢：在30 cm土層以上土壤EC值變化較大，隨著土壤深度的增加土壤EC值基本上呈降低趨勢，30 cm以下土層土壤EC值呈增加趨勢。隨著滴頭水平距離的增加土壤EC值減小。

隨著灌溉水礦化度的增加，土壤EC值在水平和垂直方向上都呈增加趨勢。這說明，土壤鹽分主要是由灌溉水帶入的，在水平方向上土壤鹽分與土壤水分具有相似的分布。而在30 cm土層范圍內，也就是棉花根系的主要分布層內，鹽分有一定的表聚現(xiàn)象，這與土壤含水量的分布相反。在30 cm土層內棉花根系吸收對土壤鹽分的分布產生重要影響。當灌溉水為Cl--Na+型8 g/L咸水滴灌時，在棉花根系遠離滴頭一側的方向上產生鹽分的累積。

可以初步得出，薄膜全覆蓋咸水滴灌增加了土壤鹽分，隨著灌溉水礦化度的增加，土壤鹽分增加，而且具有表聚現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在30 cm土層內。endprint

從圖7可以看出，試驗結束后，各處理土壤EC值具有相似的分布規(guī)律，隨著土壤深度的增加而呈增加趨勢。與灌水前的土壤剖面相比，礦化度較低時（≤4 g/L），土壤剖面的EC值下降。而高礦化度灌溉水處理（礦化度>4 g/L）時，土壤EC值隨著礦化度的增加而增加；相同礦化度處理，Cl--Na+型咸水滴灌處理土壤EC值高于HCO-3-Na+型咸水滴灌處理。可以初步得出，在夏季降水充足的條件下，如果灌溉水的礦化度較低（≤4 g/L），降水會淋洗掉土壤0～100 cm土體內的鹽分，不會造成鹽分在0～100 cm土體的積累；而當灌溉水礦化度較高時（>4 g/L）即使降水較大，也不能完全淋洗進入0～100 cm土體的鹽分，從而造成鹽分在土壤中不同程度的積累。與土壤本底相比較，除T8-2處理 80～100 cm土層外，其它處理的土壤EC值都沒有明顯的增加。從土壤鹽分的積累來看，灌溉水礦化度小于4 g/L對于降水較多的年份是安全的，這與一些學者的研究結果相同[13]。而礦化度達8 g/L的Cl--Na+型咸水在土壤80～100 cm處有一定程度的積累，對土壤的安全性仍需要進一步的研究?？梢缘贸?，在咸水灌溉處理前，通過大水壓鹽處理后，夏季降水充分的條件下，補灌一次6 g/L以下的咸水不會造成棉花根系分布層土壤鹽分的明顯積累。

3 討論與結論

華北平原棉花種植一般在4月中下旬，正值春季干旱。黃河水并不能滿足灌溉需要，利用部分微咸水和咸水進行補充灌溉，成為一種解決途徑。這就是春季開發(fā)利用地下水包括微咸水和半咸水抗旱灌溉，夏季利用伏雨洗鹽排咸，把降雨轉化為地下水資源[14]。通過地膜覆蓋抑制土面蒸發(fā)，充分利用降水淋洗土壤鹽分也成為改良濱海鹽漬土的一種有效途徑[10]。通過比較塑料薄膜、沙子和麥草三種材料抑制鹽分的效果，發(fā)現(xiàn)以塑料薄膜效果最佳，并且塑料薄膜宜采用全地面覆蓋[15]。魯北地區(qū)在春季黃河斷流、干旱缺水時，利用3.8 g/L淺層地下微咸水膜下滴灌春棉2次，灌水定額35 mm，試驗期間0～60 cm土體鹽分含量維持在0.2%以下，不會對棉花的生長產生危害[16]。

通過研究全地膜覆蓋條件下咸水滴灌棉花田土壤水鹽動態(tài)的變化。初步得出以下結論：（1）咸水滴灌減少了棉花對土壤水分的吸收，HCO-3-Na+型咸水礦化度對棉花根系吸收影響要大于Cl--Na+型咸水。土壤水分動態(tài)受到前期灌溉水量和灌溉水鹽分的影響，這種影響在整個生育期都存在。（2）各種灌溉處理都使得0～100 cm土體剖面的土壤EC值增加。薄膜全覆蓋咸水滴灌條件下土壤鹽分隨著灌溉水礦化度的增加而增加，而且具有表聚現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在30 cm土層內。（3）從土壤鹽分的積累來看，灌溉水礦化度小于6 g/L對于降水較多的年份是安全的。在本試驗條件下，礦化度為8 g/L的Cl--Na+型咸水對土壤的安全性仍需要進一步的研究。

參 考 文 獻：

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