渠井用水比例對土壤脫鹽與地下水化學(xué)特征的影響

李平，Magzum Nurolla，梁志杰，黃仲冬，齊學(xué)斌,

（1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，河南新鄉(xiāng) 453002；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院河南新鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)水土環(huán)境野外科學(xué)觀測試驗站，河南新鄉(xiāng) 453002；3中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源高效安全利用重點(diǎn)開放實驗室，河南新鄉(xiāng) 453002）

渠井用水比例對土壤脫鹽與地下水化學(xué)特征的影響

李平1,2，Magzum Nurolla1，梁志杰2，黃仲冬3，齊學(xué)斌1,3

（1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，河南新鄉(xiāng) 453002；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院河南新鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)水土環(huán)境野外科學(xué)觀測試驗站，河南新鄉(xiāng) 453002；3中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源高效安全利用重點(diǎn)開放實驗室，河南新鄉(xiāng) 453002）

【目的】通過研究華北典型井渠結(jié)合灌區(qū)不同用水模式對區(qū)域土壤鹽分分布、根層土壤脫鹽、地下水化學(xué)特征的影響，探討華北井渠結(jié)合灌區(qū)適宜的渠井用水比例。【方法】2013—2015年在人民勝利渠灌區(qū)選擇西三干渠控制范圍為典型區(qū)域，監(jiān)測控制范圍內(nèi)降水量、地表水灌溉量、地下水灌溉量、0—100 cm土層土壤含鹽量、地下水礦化度，分析不同用水模式對根層土壤鹽分洗脫、地下水化學(xué)特征的影響?！窘Y(jié)果】2013—2015年一支渠、二支渠、三支渠渠井用水比例分別介于0.72—1.03、2.50—2.63、0.65—1.26之間；2013—2015年冬小麥苗期，不同用水模式下0—100 cm土層土壤鹽分垂向分布均表現(xiàn)為上高、中低、下高，尤其是0—20 cm土層土壤鹽分表聚明顯；2013—2015年冬小麥苗期一支渠控制范圍內(nèi)0—20 cm根層土壤鹽分均值大于0.32 mS·cm-1面積分別占到控制范圍的60.38%、25.99%、41.16%，二支渠控制范圍內(nèi)0—20 cm根層土壤鹽分均值大于0.32 mS·cm-1面積分別占到控制范圍的59.61%、0.94%、8.81%，三支渠控制范圍內(nèi)0—20 cm根層土壤鹽分均值大于0.32 mS·cm-1面積分別占到控制范圍的84.40%、41.87%、52.49%，表明渠井用水比例與支渠控制范圍內(nèi)表層土壤含鹽量大于0.32 mS·cm-1的面積呈負(fù)相關(guān)；對比2013年同期，2014年典型區(qū)內(nèi)0—20 cm土壤脫鹽率介于15.61%—25.85%，2015年典型區(qū)內(nèi)0—20 cm土壤脫鹽率介于13.33%—23.15%；不同渠井用水比例典型區(qū)域地下水水化學(xué)特征均表現(xiàn)為：地下水中陽離子由枯水期鈣鈉型轉(zhuǎn)化為平水期的鈉鈣型，平水期地下水水文化學(xué)相具有強(qiáng)烈的堿化趨勢，特別是平水期二支渠地下水溶解性總固體增幅分別為一支渠、三支渠的1.23、3.48倍，表明較大渠井用水比例地表水灌溉驅(qū)動了根層土壤脫鹽，增加了地下水中可溶性鹽分濃度；對比2014年平水期，2015年同期一支渠、二支渠和三支渠控制范圍地下水鈉吸附比分別降低了23.58%、36.82%和55.47%，且區(qū)域地下水鈉吸附比均低于18分級值?！窘Y(jié)論】綜合2013—2015年0—100 cm土層土壤脫鹽率、地下水化學(xué)特征變化，在華北典型井渠結(jié)合灌區(qū)采用較大的渠井用水比例可以促進(jìn)耕層土壤的脫鹽、抑制土壤鹽分表聚，同時短期內(nèi)改善地下水環(huán)境。

渠井用水比例；土壤含鹽量；脫鹽率；水化學(xué)特征；鈉吸附比；井渠結(jié)合灌區(qū)

0 引言

【研究意義】土壤含鹽量過高會抑制或遏制作物生長，尤其在干旱或半干旱灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)域，較高的蒸騰拉力驅(qū)使土壤可溶性鹽分在根層土壤大量累積[1]，導(dǎo)致根層土壤鹽分濃度高于正常濃度，對作物產(chǎn)量造成嚴(yán)重威脅[2]。根據(jù)《全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015—2030）》中的區(qū)域布局，黃淮海平原是中國重要農(nóng)業(yè)優(yōu)化發(fā)展區(qū)之一，但其資源環(huán)境承載力與規(guī)劃要求并不相適應(yīng)。從上世紀(jì)五十年代開始，中國眾多專家學(xué)者開展了卓有成效的工作，支撐了黃淮海平原旱澇鹽堿綜合治理、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收[3]。早期有關(guān)黃淮海平原水分均衡估算結(jié)果表明，水分支出的25.7%為入海量，絕大部分是以蒸散的形式排出區(qū)外，假定雨水和引黃水含鹽量分別為 0.04‰、0.4‰，每年有近0.4億噸鹽累積在黃淮海平原中[4-5]，華北地區(qū)是中國高度集約化農(nóng)區(qū)和重要糧食主產(chǎn)區(qū)，近年來該地區(qū)農(nóng)業(yè)用水比重逐年下降，尤其是農(nóng)業(yè)用水被擠占嚴(yán)重，供需缺口已經(jīng)超過 100億 m3[6]。以人民勝利渠灌區(qū)為例，降水量3年滑動平均值回歸分析表明區(qū)域降水量以2.92 mm·a-1速度減少，近5年灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水量僅占多年灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水量的75%左右[7]，特別是春冬季節(jié)降水頻率有增加而夏秋季節(jié)降水頻率在下降[8]，加劇了土壤次生鹽漬化的形成[9]，因此華北典型井渠結(jié)合灌區(qū)維持區(qū)域水鹽均衡對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】前人有關(guān)井渠結(jié)合灌區(qū)用水模式研究主要集中在灌區(qū)水資源高效利用模式[10-12]、渠井用水比例對地下水位影響的模擬[13]、灌區(qū)地下水環(huán)境對作物生長的影響[14]、井渠聯(lián)合利用的灌溉環(huán)境效應(yīng)[15]、灌區(qū)節(jié)水改造對農(nóng)田水環(huán)境影響評價[16]、井渠結(jié)合灌區(qū)用水強(qiáng)度與地下水承載力評價[17]、灌溉對地下水化學(xué)特征影響[18]等方面，以上有關(guān)研究結(jié)果表明，不同井渠結(jié)合灌區(qū)用水模式對于區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源時空配置和糧食安全具有重要意義，值得注意的是，不適宜的井渠結(jié)合灌區(qū)用水模式可能導(dǎo)致耕層土壤積鹽、區(qū)域地下水環(huán)境惡化等問題。【本研究切入點(diǎn)】有關(guān)井渠結(jié)合灌區(qū)水資源配置的研究仍局限于農(nóng)業(yè)水資源利用效率、糧食產(chǎn)量和地下水承載力等方面，而對區(qū)域土壤、地下水環(huán)境影響如何，尤其是氣候變化和流域閉合等背景下[19]，渠井用水比例對區(qū)域土壤-地下水系統(tǒng)環(huán)境效應(yīng)的研究鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究通過對人民勝利渠灌區(qū)典型區(qū)域土壤鹽分洗脫特征、地下水環(huán)境變化特征的分析，研究不同渠井用水比例對灌區(qū)土壤-地下水系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境的影響，探討根層鹽分洗脫特征以及地下水化學(xué)特征變化與渠井用水比例的關(guān)系，從而為華北平原井渠結(jié)合灌區(qū)適宜用水模式的構(gòu)建提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為人民勝利渠西三干渠控制范圍內(nèi)（35°8′19″—35°11′32″N、113°43′1″—113°44′12″E，海拔77—81 m），屬暖溫帶大陸性季風(fēng)型氣候區(qū)，年平均氣溫14.5℃，最高41℃，最低-16℃；無霜期210 d左右，早霜多出現(xiàn)在10月下旬，晚霜出現(xiàn)在3月中下旬；多年平均水面蒸發(fā)量1 860 mm左右，降雨量不足600 mm，雨量少且在年內(nèi)分布不均，6—9月份的降雨量占全年降雨量的70%—80%。該區(qū)域為典型井渠結(jié)合灌區(qū)、渠井設(shè)施配套良好，區(qū)域內(nèi)作物種植模式、用水方式、用水水平基本一致，作物種植模式為冬小麥-夏玉米輪作。

1.2 試驗布置

西三干渠灌溉農(nóng)田面積總計 800 hm2，西三干渠控制范圍內(nèi)包括三條支渠，其中一支渠、二支渠、三支渠農(nóng)田灌溉面積分別為300.0、213.3、286.7 hm2。西三干渠渠系工程、地下水監(jiān)測點(diǎn)及土壤監(jiān)測點(diǎn)布置詳見圖1。2013—2015年，用水方式詳見表1。引黃水全鹽量為390—452 mg·L-1，地下水全鹽量為762—1 464 mg·L-1。

圖1 西三干渠灌溉渠系工程及土壤、地下水監(jiān)測點(diǎn)布置圖Fig. 1 The layout of western 3rdmain canal in the Renmin Shengli Canal irrigation district

表1 2013—2015年不同支渠控制范圍引黃水、地下水灌溉量Table 1 Irrigation amounts from surface water and groundwater for branch canal areas in 2013-2015

1.3 土壤采集和分析

2013—2015年均選擇在冬小麥苗期（10月15日左右）取樣，土壤監(jiān)測點(diǎn)布置詳見圖 1。每個監(jiān)測點(diǎn)取樣深度分別為 0—10、10—20、20—30、30—40、40—60、60—80、80—100 cm，采用5點(diǎn)取樣法進(jìn)行取樣，樣品采集后混合均勻，風(fēng)干后保存。土壤中全鹽量采用電導(dǎo)法測定[20]，測定其土水質(zhì)量比 1﹕5 浸提液電導(dǎo)率值（DDS-307型，上海雷磁）。

1.4 地下水取樣和分析

典型區(qū)地下水礦化度監(jiān)測于每月20日進(jìn)行，地下水監(jiān)測點(diǎn)布置詳見圖1。采用定深取樣器（Solinst 425，Solinst，Canada）現(xiàn)場采集地下水樣品，每個監(jiān)測點(diǎn)每次采集樣品 1 000 mL，樣品采集后及時送檢。pH采用便攜式pH計法測定（PHSJ-5，雷磁，上海），水溶性鹽總量采用電導(dǎo)法測定（DDS-307，雷磁，上海），K+、Na+、Ca2+、Mg2+濃度采用原子吸收法測定（AA-7000，SHIMADZU，Japan），CO32-、HCO3-、SO42-、Cl-濃度采用離子色譜法測定（ICS-1500，Dionex，USA）。

1.5 參數(shù)計算

式中，DR（desalination rate，%）為土壤脫鹽率[21]；NthSS為第N年冬小麥苗期土壤含鹽量；(N+1)thSS為第（N+1）年冬小麥苗期土壤含鹽量。

2 結(jié)果

2.1 降水及灌溉特征

2013—2015年典型區(qū)域降水及灌溉特征詳見圖2。區(qū)域多年平均降水量為574.0 mm，2013—2015年全年降水量分別為466.9、558.5、569.6 mm，其中主汛期降水量（7—9月）分別占全年降水量的67.08%、73.36%、51.47%；降水量按季節(jié)劃分[22]，2015年典型區(qū)春季降水量135.0 mm，較多年均值增加了20.11%；夏季降水量306.2 mm，較多年均值減少了10.57%；秋季降水量111.0 mm，較多年均值增加了10.89%；冬季降水量17.4 mm，較多年均值減少了8.90%。灌溉特征表現(xiàn)為：2013年灌水2次，灌溉時間為冬小麥返青期和冬小麥苗期，灌水量分別為22.2、58.2 mm； 2014年灌水2次，灌溉時間為冬小麥返青期和夏玉米苗期，灌水量分別為47.6、59.8 mm；2015年灌水3次，灌溉時間為冬小麥返青期、夏玉米苗期和冬小麥苗期，灌水量分別為28.3、68.2、20.3 mm。

2.2 不同渠井用水比例下根層土壤鹽分垂向分布特征

人民勝利渠灌區(qū)典型區(qū)域不同支渠控制范圍冬小麥苗期根層土壤鹽分垂向分布詳見圖 3。2013—2015年冬小麥苗期，20—40 cm土層土壤含鹽量最低，0—10 cm表層土壤均出現(xiàn)不同程度集鹽，鹽分運(yùn)動處于上升狀態(tài)，屬于表聚型鹽分剖面，表層土壤含鹽量介于0.2839—0.4129 mS·cm-1。2014年一支渠苗期不同土層土壤鹽分均低于2013年同期，降幅介于 9.04%—26.18%；2014年二支渠苗期 0—10、10—20、20—30、30—40、40—60、60—80、80—100 cm土層土壤鹽分均低于2013年同期，降幅介于9.78%—33.28%；2014年三支渠苗期0—10、10—20、20—30、30—40、40—60、60—80、80—100 cm土層土壤鹽分均低于2013年同期，降幅介于4.56%—36.35%。2015年一支渠苗期 0—10、10—20、30—40、80—100 cm土層土壤鹽分低于2013年同期，降幅介于1.05%—31.26%；2015年二支渠苗期0—10、10—20、80—100 cm土層土壤鹽分低于2013年同期，降幅介于8.34%—27.18%；2015年三支渠苗期0—10、10—20、80—100 cm土層土壤鹽分低于2013年同期，降幅介于 9.72%—18.06%。從土壤鹽分垂向分布特征來看，2013—2015年冬小麥苗期根層土壤鹽分垂向分布規(guī)律基本一致，即根層土壤鹽分隨土層深度增加呈先降低后升高趨勢，20—30 cm土層土壤含鹽量最低。

圖2 2013—2015年月降水量與灌溉量分布特征Fig. 2 Distribution of monthly precipitation and irrigation amounts from 2013 to 2015

圖3 2013—2015年不同支渠控制范圍根層土壤鹽分垂向分布Fig. 3 Soil salinity dynamics with soil depth in branch canals irrigation area from 2013 to 2015

2.3 不同渠井用水比例根層土壤鹽分空間變化特征

圖4 典型區(qū)域0—20 cm耕層土壤鹽分均值空間分布Fig. 4 Distribution of average soil salinity of 0 to 20 cm soil layer in research areas from 2013 to 2015

典型區(qū)域2013—2015年冬小麥苗期0—20 cm耕層土壤鹽分空間分布詳見圖4。2013—2015年0—20 cm根層土壤鹽分均值分別為0.3456、0.2820、0.2991 mS·cm-1，0—20 cm根層土壤鹽分均值標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.071、0.058、0.029。2013年冬小麥苗期一支渠、二支渠、三支渠控制范圍內(nèi)0—20 cm根層土壤鹽分均值大于0.32 mS·cm-1（折合土壤含鹽量1.50 g·kg-1[23]）面積分別占到控制范圍的60.38%、59.61%、84.40%；2014年同期一支渠、二支渠、三支渠控制范圍內(nèi)0—20 cm根層土壤鹽分均值大于0.32 mS·cm-1面積分別占到控制范圍的25.99%、0.94%、41.87%，分別較2013年減少了56.95%、98.42%、50.39%；2015年同期一支渠、二支渠、三支渠控制范圍內(nèi)0—20 cm根層土壤鹽分均值大于0.32 mS·cm-1面積分別占到控制范圍的41.16%、8.81%、52.49%，分別較 2013年減少了31.83%、85.22%、37.81%。

2.4 不同渠井用水比例對根層土壤洗脫影響

不同用水模式下不同土層年際洗脫效果差異較大（表2）。2014年冬小麥苗期一支渠、二支渠、三支渠控制范圍 0—10、10—20、20—30、30—40、40—60、60—80、80—100 cm土層土壤含鹽量較2013年同期均有所降低，脫鹽率介于9.04%—36.35%，2015年冬小麥苗期一支渠、二支渠、三支渠控制范圍10—20、20—30、30—40、40—60、60—80、80—100 cm土層土壤含鹽量較2014年同期均有所增加，積鹽率達(dá)到1.53%—41.13%，但2015年冬小麥苗期一支渠、二支渠、三支渠控制范圍0—10 cm土層土壤含鹽量較2014年同期均有所降低；從2013—2015年不同用水模式土壤鹽分洗脫效果來看，2015年冬小麥苗期一支渠、二支渠、三支渠控制范圍 0—10、10—20、80—100 cm土層土壤含鹽量較2013年同期均有所降低，特別是二支渠控制范圍內(nèi)0—20 cm土壤脫鹽效果最為明顯，達(dá)到23.15%，分別較一支渠、三支渠控制范圍土壤脫鹽率增加73.65%、57.86%，而2015年20—30、30—40、40—60、60—80 cm土層土壤含鹽量較2013年同期均有所增加，其中二支渠控制范圍內(nèi) 20—80 cm土壤積鹽率分別較一支渠、三支渠降低19.30%、60.99%。

表2 不同土層鹽分含量變化與脫鹽率Table 2 Salinity and salinity desalination rate in different soil layers

2.5 不同用水模式對區(qū)域地下水環(huán)境影響

典型區(qū)域不同時期地下水化學(xué)變化特征詳見圖5。由Piper三線圖及水文化學(xué)相的分類，2013—2015年不同用水模式下典型區(qū)域地下水水化學(xué)特征變化趨勢基本一致，即枯水期（12—2月），地下水陽離子化學(xué)類型為鈣、鈉型，平水期（3—5月、10—11月），地下水陽離子化學(xué)類型為鈉、鈣型，豐水期（6—9月），地下水陽離子化學(xué)類型為鈣、鈉型；典型區(qū)域地下水化學(xué)變化特征變化表明，地下水中陽離子由枯水期鈣鈉型轉(zhuǎn)化為平水期的鈉鈣型，平水期地下水水文化學(xué)相具有強(qiáng)烈的堿化趨勢，這主要因為平水期潛水蒸發(fā)和地下水開采共同作用導(dǎo)致潛水被濃縮[24-25]。對比相同支渠控制范圍同時期不同年份地下水水文化學(xué)相（表 3），2015年枯水期一支渠、二支渠、三支渠控制范圍地下水溶解性總固體分別較2014年同期增加了30.28%、21.83%、33.95%；2015年平水期一支渠、二支渠、三支渠控制范圍地下水溶解性總固體分別較2014年同期增加了13.35%、27.88%、5.17%；2015年豐水期一支渠、二支渠、三支渠控制范圍地下水溶解性總固體分別較2014年同期增加了0.81%、18.29%、16.43%，表明2015年區(qū)域地下水溶解性總固體較2014年增幅明顯，特別是平水期二支渠地下水溶解性總固體增幅分別為一支渠、三支渠的1.23、3.48倍，表明較大的比例地表水灌溉驅(qū)動了根層土壤鹽分洗脫，導(dǎo)致了地下水中可溶性鹽分濃度增加。

圖5 2013—2015年不同渠井用水比例典型區(qū)域地下水水化學(xué)特征年內(nèi)變化Fig. 5 Dynamics of groundwater hydrochemistry of typical area under CWW ratios from 2013 to 2015

表3 不同支渠控制范圍內(nèi)地下水水化學(xué)特征動態(tài)Table 3 Annual dynamics of groundwater hydrochemical characteristics of a typical branch canal irrigation area

3 討論

2013—2015年一支渠、二支渠和三支渠控制范圍內(nèi)引黃水和地下水灌溉量用水比例介于 0.72—1.03、2.50—2.63、0.65—1.26之間，二支渠控制范圍內(nèi)引黃水灌溉的比例最高。2013—2015年、二支渠0—100 cm根層土壤鹽分累積量低于一支渠、三支渠，降幅介于1.63%—8.90%，一支渠、二支渠、三支渠0—100 cm根層土壤鹽分標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.0557、0.0524、0.0552，表明較多的引黃水灌溉降低了根層土壤鹽分累積、驅(qū)動了根層土壤鹽分垂向均勻分布[16]，值得注意的是，2013—2015年 0—100 cm典型區(qū)根層土壤鹽分標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.0636、0.0510、0.0290，說明引黃灌溉對根層土壤鹽分的調(diào)控效果逐漸減弱。此外，2015年引黃灌溉區(qū)域地下水溶解性總固體較 2014年增加了18.66%，較大比例的引黃灌溉區(qū)域地下水溶解性總固體增幅明顯高于較小比例的引黃灌溉區(qū)域，以上結(jié)果表明，由于灌溉和降水驅(qū)動了根層土壤鹽分洗脫，導(dǎo)致了土壤鹽分向地下水中遷移和累積。

沿黃井渠結(jié)合灌區(qū)引黃灌溉和降水是調(diào)控根層土壤鹽分重要措施之一。對比2013年同期，2014和2015年0—20 cm根層土壤鹽分均值大于0.32 mS·cm-1面積減少明顯，這主要是由于降水淋洗和灌溉調(diào)控作用[26]，特別是2013—2015年、二支渠控制范圍0—20 cm根層土壤鹽分均值大于0.32 mS·cm-1面積均小于一支渠、三支渠，這也說明較大比例的引黃灌溉抑制了土壤鹽分的表聚；2014年典型區(qū)0—20 cm根層土壤鹽分均值大于0.32 mS·cm-1的面積較2013年減少了65.26%，這主要是因為2014年汛期降水量較2013年增加了 30.81%，這與方生等[27]研究結(jié)果一致。從 3年的區(qū)域0—100 cm土層土壤脫鹽率來看，一支渠、二支渠、三支渠控制范圍內(nèi)0—100 cm土壤脫鹽率分別為1.14%、5.90%和0.88%，特別是二支渠控制范圍0—20 cm土壤脫鹽率達(dá)到22.49%，表明較大比例的引黃水灌溉驅(qū)動了土壤鹽分垂向運(yùn)動[28]，證實較大比例的引黃水灌溉有效消除了土壤鹽分障礙因子的形成[29]。

對比2014年同期，2015年平水期典型區(qū)域地下水溶解性總固體達(dá)到1 038.73 mg·L-1，較2014年增加了 14.81%，2015年枯水期典型區(qū)域地下水溶解性總固體達(dá)到1 213.13 mg·L-1，較2014年增加了22.67%，2015年豐水期典型區(qū)域地下水溶解性總固體達(dá)到1 179.98 mg·L-1，較2014年增加了18.52%，李小玉等[30]研究認(rèn)為日益加劇的灌溉活動和地下水開采使地下水反復(fù)消耗和濃縮，加劇了地下水水質(zhì)劣化，這與本文研究結(jié)果一致。本研究中2014年典型區(qū)平水期地下水鈉吸附比（sodium adsorption ratio，SAR）均超過18，依據(jù)宋新山等[31]研究提出的農(nóng)業(yè)灌溉水堿化危害程度分級標(biāo)準(zhǔn)，SAR18作為堿化危害程度中等和高的分界值，表明2014年典型區(qū)地下水不適宜作為灌溉水源，通過地表水地下水聯(lián)合利用、降水補(bǔ)充地下水等，2015年平水期地下水SAR均低于18分級值，對比2014年同期，一支渠、二支渠和三支渠控制范圍地下水SAR分別降低了23.58%、36.82%和53.37%，表明地表水地下水聯(lián)合利用改善了地下水灌溉水質(zhì)。

本研究僅針對3年典型區(qū)域土壤、地下水鹽分離子演變特征開展了研究，2013—2015年降水年內(nèi)分布特征及年際變化并不一致，因此年內(nèi)降水對區(qū)域土壤脫鹽及地下水化學(xué)特征影響差異明顯[32]，今后仍需開展不同水文年型降水對區(qū)域土壤-地下水系統(tǒng)水鹽演變及灌區(qū)尺度用水模式下土壤-地下水生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究，從而更好地揭示適應(yīng)于華北井渠結(jié)合灌區(qū)不同水文、氣象、種植方式特點(diǎn)的渠井用水模式。

4 結(jié)論

華北典型井渠結(jié)合灌區(qū)較大用水比例抑制了土壤鹽分的表聚，特別是表層土壤含鹽量大于0.32 mS·cm-1（1.50 g·kg-1）面積增加最少；對比2013年同期，2014、2015年不同用水比例下0—20 cm土壤脫鹽率增加明顯，特別是0—20 cm土壤脫鹽率與用水比例成正比，從3年的區(qū)域0—100 cm土層土壤脫鹽率來看，較大比例地表水灌溉促進(jìn)了耕層土壤的脫鹽；2013—2015年典型區(qū)域地下水水化學(xué)特征總體表現(xiàn)為，地下水中陽離子由枯水期鈣鈉型轉(zhuǎn)化為平水期的鈉鈣型，平水期地下水水文化學(xué)相具有強(qiáng)烈的堿化趨勢，2015年平水期、豐水期地下水鈉吸附比較 2014年同期降幅明顯，表明地表水地下水聯(lián)合利用短期內(nèi)改善了灌區(qū)地下水水質(zhì)。因此，華北井渠結(jié)合灌區(qū)可以通過加大渠灌用水比例，降低根層土壤鹽分表聚，同時改善平水期地下水水質(zhì)，從而保障井渠結(jié)合灌區(qū)農(nóng)業(yè)安全，改善灌區(qū)生態(tài)環(huán)境。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effects of Canal Well Water Ratios on Root Layer Soil Desalination and Groundwater Hydrochemical Characteristics

LI Ping1,2, Magzum NUROLLA1, LIANG ZhiJie2, HUANG ZhongDong3, QI XueBin1,3
(1Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453002, Henan;2Agriculture Water and Soil Environmental Field Science Research Station of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453002, Henan;3Key Laboratory of High-Efficient and Safe Utilization of Agriculture Water Resources of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453002, Henan)

【Objective】The effects of water utilization patterns on root soil desalination and groundwater hydrochemical characteristics were studied in well-canal combined irrigation areas in North China. 【Method】A representative area was selected inthe Renmin Shengli Canal District from 2013 to 2015. Precipitation of the area, surface irrigation amount, groundwater irrigation amount, canal well water ratio (ratio of surface to groundwater irrigation amount, CWWR), salinity in 0-100 cm soil layer and groundwater total dissolved solids were analyzed for different irrigation patterns. 【Result】CWWR of 1st, 2nd, 3rdbranch canals was between 0.72 and 1.03, 2.50 and 2.63, 0.65 and 1.26 in 2013 to 2015, respectively. Soil saline contents of 0-100 cm layer under water utilization patterns were high in topsoil and lower layers, but low in middle layers. Salt accumulation occurred especially in the 0-20 cm soil layer. The ratio of the area with soil salinity greater than 0.32 mS·cm-1to 1stbranch canal irrigation areas was 60.38%, 25.99% and 41.16% in 2013 to 2015, for 2ndbranch canal, was 59.61%, 0.94% and 8.81%, for 3rdbranch canal, was 84.40%, 41.87% and 52.49%, respectively. The area with topsoil salinity greater than 0.32 mS·cm-1of branch canals irrigated area was negatively correlated with CWWR, that is to say, the larger CWWR, the less areas with topsoil salinity greater than 0.32 mS·cm-1of irrigation areas. Salt accumulation in topsoil was suppressed under the water utilization pattern of larger CWWR. Compared with 2013, desalination rate in 0-20 cm layer was between 15.61% and 25.85% in 2014, and between 13.33% and 23.15% in 2015. According to the desalination rate in 0-100 cm layer from 2013 to 2015, it was found that the desalination rate of root layers was improved under larger CWWR. Hydrochemical characteristics of groundwater was obvious alkaline because cation changed from Ca2+/Na+type in dry period to Na+/Ca2+type in normal period. Specifically increase of total soluble solid of 2ndbranch canal irrigation area was higher than that of 1stand 3rdbranch canal irrigation areas by 1.23-fold and 3.48-fold in normal period, respectively. Compared to sodium adsorption ratio (SAR) in dry period in 2014, SAR of 1st, 2nd, and 3rdbranch canal irrigation areas in 2015 decreased by 23.58%, 36.82%, and 55.47%, respectively. Furthermore, SAR of groundwater was lower than 18 in 2015. 【Conclusion】 Larger ratio of surface water to groundwater irrigation amount would promote desalination of soil root layer, suppress salt accumulation in topsoil, and furthermore alleviate alkaline trend of groundwater in short term.

canal well water ratio; soil salinity; desalinization rate; hydrochemical characteristics; sodium adsorption ratio; well-canal combined irrigation district

2016-07-19；接受日期：2016-11-21

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201203077）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項目（CAAS-ASTIP-FIRI-03）

聯(lián)系方式：李平，E-mail：firilp@163.com。通信作者齊學(xué)斌，E-mail：qxb6301@sina.cn