引黃灌區(qū)水沙資源合理利用試驗研究

王海霞

(山東省鄄城縣水務局蘇泗莊引黃灌溉管理處，山東 鄄城 274600)

山東地區(qū)是我國比較缺水的地區(qū)之一，為了支持山東農業(yè)生產(chǎn)，在山東境內配套完善了許多引黃灌區(qū)，且大部分采用地面渾水灌溉方式，水資源綜合利用效率不足50%，加之山東地處黃河流域下游，地勢低平、氣候干旱、地下水水位和礦化度高、土壤排水不暢，使得該地區(qū)土壤出現(xiàn)了不同程度的鹽漬化，因此，對鹽堿地進行改良和利用成為當前急需解決的問題[1-6]。

黃河水含有大量泥沙，這些泥沙富含有機質、全 P、速效 N、速效 K等營養(yǎng)元素，通過引黃灌溉后，這些泥沙也會隨之滲入田間大孔隙，從而有效改善鹽堿地的土壤結構，提升保水保肥能力，能夠對農作物的生產(chǎn)起到積極影響[7-12]。本文針對引黃灌區(qū)水沙資源合理利用問題，開展了不同灌水定額下的鹽堿地改良試驗，以期能為引黃灌區(qū)水沙資源的高效合理利用提供借鑒。

1 試驗地點

試驗地點為山東省菏澤市引黃灌區(qū)試驗田，地勢低平，年輸沙量大，屬高鹽堿土壤。研究區(qū)溫帶季風性氣候，年平均降雨量為550～650mm，年平均蒸發(fā)量為780～2420mm，地下水位較高，徑流補給和地下水補給年內分布極不均勻，土壤鹽漬化程度比較嚴重。同時，當前研究區(qū)普遍采用渾水漫灌方式進行農業(yè)灌溉，節(jié)水灌溉技術尚未普及，造成水資源綜合利用效率不足50%。利用引黃泥沙資源對鹽堿土壤進行改良，加強和完善節(jié)水灌溉技術，對本地區(qū)農業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

2 試驗基本數(shù)據(jù)與參數(shù)

2.1 土壤含水率

對試驗田不同土層深度處的土壤含水率和顆粒進行測定(見表1)。從表1中可以看到：試驗田土壤含水率為13.2%～16.9%，粗粉粒(0.05～0.01mm)含量為65%～95%，細粉粒(0.01～0.005mm)含量為5%～10%，粗黏粒(0.005～0.001mm)含量為7%～10%，細黏粒(<0.001mm)含量為8%～18%。

表1 試驗田土壤含水率及顆粒級配

2.2 引黃灌水泥沙顆粒

取樣試驗表明，引黃灌水的含沙量為32.02kg/m3，對引黃灌水水樣泥沙顆粒進行試驗分析(見表2)。從表2中可以看到：引黃灌水中的泥沙以細粉粒、粗黏粒以及細黏粒為主，通過泥沙入滲，可有效改善土壤顆粒級配，使土壤質地和保水保肥性能得到有效提升，將更有利于農作物生長，因而可通過引黃灌水中的泥沙顆粒對鹽堿地土壤進行改良利用。

表2 引黃灌水泥沙顆粒級配 單位：%

3 試驗設計

不同的灌水定額對土壤的改良效果是不同的，因此，試驗共設計了四組不同灌水定額：750m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2、1200m3/hm2，每組定額下均進行3次試驗，每次試驗用地均為2m×2m=4m2的正方形畦田，共有3×4=12個試驗區(qū)，按試驗區(qū)面積計算，四組灌水定額分別需灌水300L、360L、420L、480L，灌水時間為24h。試驗前后需對不同土層深度處的土壤含水率和泥沙顆粒級配進行取樣測試，最后對結果進行分析。試驗方案見圖1。

圖1 試驗方案示意圖

4 試驗結果分析

4.1 土壤顆粒級配

從試驗得到的不同土壤深度在灌水前后的顆粒級配曲線(見圖2)可看到：試驗田土壤顆粒級配曲線近似呈倒“S”形，土壤顆粒粒徑99%以上均小于0.05mm，且主要集中于粒徑0.05～0.01mm。在土層深度0～20cm時，土壤顆粒級配(<0.05mm)在灌水前后均發(fā)生了明顯變化，主要表現(xiàn)在0.05～0.01mm的粗粉粒顆粒占比減少，而小于0.01mm的細粉粒、粗黏粒、細黏粒等占比有所增加，這主要是由于引黃灌水泥沙主要以粒徑較小的細顆粒為主，這些細小顆粒隨著灌水入滲至不同的土層深度處沉積，且隨著灌水定額的增大，泥沙顆粒的入滲量增大。在土層深度20～30cm時，灌水定額750m3/hm2的級配曲線基本與灌水前重合，而其余三種灌水定額下，級配仍發(fā)生了明顯變化，因此，可以認定在灌水定額750m3/hm2下，灌水泥沙入滲影響深度為20cm。在土層深度30～40cm時，灌水定額750m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2的級配曲線與灌水前基本重合，而灌水定額1200m3/hm2下的級配曲線仍發(fā)生了明顯變化，因此，可認為900m3/hm2、1050m3/hm2灌水定額下的泥沙入滲影響深度為30cm。在土層深度40～60cm時，四種灌水定額下的級配曲線基本與灌水前重合，表明灌水定額1200m3/hm2下泥沙入滲影響深度為40cm。

圖2 不同土層深度灌水前后級配曲線

4.2 顆粒組成空間變化

從不同灌水定額下泥沙入滲影響隨土層深度的變化曲線(見圖3)可以看到：灌水后與灌水前相比，粗粉粒的占比明顯減少，且隨著土層深度的增加，粗粉粒的減少量在逐漸降低，而細砂粒、細粉粒以及黏粒的含量均較灌水前有所增長，其中，黏粒的增長幅度最大，其次為細粉粒，再次為細砂粒，但隨著土層深度的增加，增長幅度也在逐漸降低。隨著灌水定額的增大，相同土層深度處的泥沙顆粒改變幅度也增大，即隨著灌水定額的增大，對土層顆粒級配的影響程度增大，灌水后土壤的顆粒級配曲線變緩，土顆粒的不均勻系數(shù)Cu將逐漸增大，級配趨向于良好，使得土體結構更加合理，有助于農作物的耕作和生長。

4.3 土壤含水率

從試驗得到的不同灌水定額下土壤含水率變化曲線(見圖4)可以看到：在灌水前，土壤的含水率為13.2%～16.9%，當進行引黃灌水后，土壤不同深度處的含水率均有不同程度的升高，且隨著灌水定額的增加，土壤含水率也在逐漸增加；灌水前，土壤不同深度處的平均含水率為14.95%，當采用750m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2和1200m3/hm2灌水定額進行灌水后，土壤平均含水率分別為23.03%、25.33%、26.96%和29.74%，分別比灌水前提升8.08%、10.38%、12.01%和14.79%，這說明試驗鹽堿地改良效果與灌水定額密切相關，灌水定額越大，土壤顆粒級配越好，保水保肥性能越佳，對農作物的生長越有利，特別的，在灌水定額較大時，對深層土壤保水性能的影響更明顯，含水率提升幅度更大。

圖3 土壤顆?？臻g結構變化曲線

圖4 不同灌水定額下土壤含水率變化曲線

5 結 語

本文以山東引黃灌區(qū)為研究對象，對不同深度鹽堿土壤在50m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2、1200m3/hm2灌水定額下的改良應用效果進行了對比試驗。結果表明：隨著灌水定額的增加，各層土壤顆粒級配發(fā)生與之相對應的變化，灌水定額越大，土壤顆粒級配曲線越緩，泥沙入滲影響深度越深，50m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2和1200m3/hm2四種灌水定額對應的泥沙入滲深度分別為20cm、30cm、30cm和40cm；引黃灌水可以減少粗粉粒占比，增加細砂粒、細粉粒以及黏粒的占比，灌水定額增大，對土層顆粒級配的影響程度增大，土體結構更加合理，有助于農作物耕作和生長；灌水定額越大，土壤顆粒級配越好，同等深度處土壤含水率越高，保水保肥性能越佳。

雖然灌水定額增大有利于土壤級配的進一步改良，但若灌水定額太大，也會使水資源綜合利用效率降低，因而最佳灌水定額應根據(jù)當?shù)剞r作物生長發(fā)育需水情況進行適當調配。