不同滴灌水量對河套灌區(qū)覆膜玉米田土壤鹽分的影響研究

王 航，周青云，張寶忠

（1.天津農(nóng)學(xué)院 水利工程學(xué)院，天津 300392；2.中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100083；3.中美生態(tài)農(nóng)業(yè)與水環(huán)境保護(hù)國際聯(lián)合研究中心，天津 300392）

不同滴灌水量對河套灌區(qū)覆膜玉米田土壤鹽分的影響研究

王 航1,3，周青云1,2,3*，張寶忠2

（1.天津農(nóng)學(xué)院 水利工程學(xué)院，天津 300392；2.中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100083；3.中美生態(tài)農(nóng)業(yè)與水環(huán)境保護(hù)國際聯(lián)合研究中心，天津 300392）

【目的】研究河套灌區(qū)農(nóng)田膜下滴灌土壤鹽分變化規(guī)律?！痉椒ā恳源河衩住敖鹛?號”為供試作物，采用膜下滴灌灌水方式，設(shè)置灌溉定額為150 mm（F1）和120 mm（F2）2個田間試驗處理，測定各處理春玉米生育期和秋澆前0～100 cm土層膜內(nèi)和膜外的土壤含水率和土壤鹽分，基于田間試驗率定并驗證了HYDRUS-2D模型，設(shè)置4個不同灌水情景：灌溉定額81 mm（W1）、灌溉定額135 mm（W2）、灌溉定額171 mm（W3）和灌溉定額204 mm（W4），模擬分析了不同灌水量下膜下滴灌農(nóng)田土壤鹽分變化。【結(jié)果】生育期內(nèi)，F(xiàn)1處理0～100 cm土層鹽分總量（膜內(nèi)+膜外）和膜外鹽分波動均小于F2處理，而F1和F2處理膜內(nèi)鹽分時空變化趨勢基本相同；生育期結(jié)束后，F(xiàn)1處理和F2處理0～100 cm土層鹽分總量降幅分別為50.1%和10.8%，其中膜內(nèi)鹽分減少量占總量減少量的百分比分別為44.7%和148.5%；秋澆前，F(xiàn)1處理和F2處理0～100 cm和0～60 cm土層鹽分總量及膜內(nèi)鹽分均增大，F(xiàn)1處理0～100 cm土層鹽分總量、膜內(nèi)和膜外鹽分增加量均顯著小于F2處理。土壤含水率與鹽分模擬值和實測值之間吻合度較好，模型可用于預(yù)測膜下滴灌條件下土壤鹽分變化規(guī)律。不同灌水情景下，灌溉定額為204 mm時，灌水后0～20 cm土層土壤鹽分較小且鹽分開始回升時間間隔較大，灌溉定額為135 mm時，灌水后0～40 cm土層土壤鹽分較大，但20～40 cm土層鹽分開始回升時間間隔較大?！窘Y(jié)論】171 mm和204 mm的滴灌水量有利于減少0～40 cm土層土壤鹽分，促進(jìn)膜內(nèi)鹽分向膜外遷移。本研究可為河套灌區(qū)農(nóng)田膜下滴灌技術(shù)的推廣與應(yīng)用提供理論支撐和科學(xué)指導(dǎo)。

鹽漬化土壤；土壤水分；膜下滴灌；HYDRUS-2D

0 引 言

【研究意義】內(nèi)蒙古河套灌區(qū)地處黃河中上游，是全國3個特大型灌區(qū)之一，灌區(qū)總土地面積1.12×106hm2，現(xiàn)有灌溉面積5.74×105hm2，約占總土地面積的51%，灌區(qū)的鹽漬化土地面積約占內(nèi)蒙古鹽漬化土地面積的70%，約占耕地面積的65%[1]。農(nóng)業(yè)灌溉用水量約43×108～48×108m3，農(nóng)田灌溉平均凈引水量45×108m3[2]，灌區(qū)農(nóng)田灌溉方式長期以地面灌為主，水分利用效率低下，且地下水位埋深較淺，土壤次生鹽漬化日趨嚴(yán)重。膜下滴灌水分利用率達(dá)到90%[3]，可有效節(jié)約灌水量，降低棵間蒸發(fā)，提高膜下淺層土壤溫度和增加產(chǎn)量等[4]，已被證明適宜的滴灌制度是改善干旱地區(qū)土壤鹽漬化的有效方法[5-9]。研究并優(yōu)化河套灌區(qū)節(jié)水灌溉模式，保障灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展，對我國旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)甚至全國糧食安全意義重大。

【研究進(jìn)展】已有研究表明，干旱區(qū)微區(qū)環(huán)境是水鹽定向遷移的內(nèi)在機(jī)制[10-12]，有學(xué)者[12-15]提出農(nóng)田區(qū)域膜下滴灌“土壤水鹽定向遷移機(jī)制和地表排鹽”技術(shù)理論，在土壤鹽分定向遷移機(jī)制下水平方向土壤水鹽在0～50 cm土層由“膜中”向“膜邊”和“膜外”運移，豎直方向下層土壤水鹽具有向“膜邊”裸露地表提升遷移趨勢。牟洪臣等[16]基于田間實測數(shù)據(jù)得出，水平方向滴頭處比膜邊鹽分累積較少，垂直方向0～20 cm土層淋洗效果明顯，20～60 cm土層處于緩慢積鹽狀態(tài)。研究區(qū)域不同、氣象、地下水埋深、土壤質(zhì)地、作物種植模式等條件不同，膜下滴灌灌溉制度也不盡相同，土壤水鹽運移規(guī)律存在差異。和田間試驗相比，利用數(shù)值模擬可以便捷、有效的獲取和驗證不同灌溉制度下土壤水鹽運移規(guī)律[16]。由美國國家鹽土實驗室開發(fā)的HYDRUS模型具有模擬精度高、算法種類豐富等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最為廣泛的水鹽運移模擬模型之一[17-19]，同時HYDRUS-2D具有靈活的邊界條件可以較為準(zhǔn)確地模擬二維非飽和土中的水鹽運移過程，有利于模擬滴灌條件下的土壤水鹽運移。馬波等[20]基于田間實測數(shù)據(jù)，利用HYDRUS-2D模型對天津濱海鹽堿地膜下滴灌土壤水鹽運移的研究表明，滴灌過程中水平方向土壤鹽分由膜中向膜邊運移，豎直方向0～20 cm土層土壤水分、鹽分變化幅度最大。劉洪光等[21]基于HYDRUS-2D模型對新疆棉田膜下滴灌暗管排水土壤鹽分變化進(jìn)行模擬的研究表明，模型可用于預(yù)測鹽堿地土壤剖面鹽分含量變化。

【切入點】數(shù)值模擬不僅可以根據(jù)研究區(qū)域不同土壤和氣象條件模擬土壤水鹽運移，還可以預(yù)測未來相同或不同條件下土層內(nèi)水鹽動態(tài)變化，從而為制定合理的灌溉制度提供理論依據(jù)[21]。為了確定合理的灌溉制度，合理控制根區(qū)土壤鹽分，【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究選擇在河套灌區(qū)杭錦后旗，通過田間試驗對膜下滴灌條件下土壤水鹽運移進(jìn)行研究，并利用HYDRUS-2D模型對該地區(qū)鹽堿地農(nóng)田土壤鹽分運移進(jìn)行模擬預(yù)測，分析不同灌溉制度下玉米生育期和秋季返鹽期間農(nóng)田土壤鹽分運移分布特征及其時空變化規(guī)律，探究更加節(jié)水高效的灌溉方式，并提出相應(yīng)灌溉管理調(diào)控對策，旨在為內(nèi)蒙古自治區(qū)河套灌區(qū)農(nóng)田可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐和科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市杭錦后旗，地理坐標(biāo)40°26′—41°13′N，106°34′—107°34′E。該區(qū)地處河套平原，屬于溫帶大陸性氣候，夏季炎熱，冬季寒冷，年平均氣溫為7.1 ℃，極端最高氣溫可達(dá)37.4 ℃，極端最低氣溫達(dá)-28.3 ℃。該區(qū)光能資源豐富，年均日照時間3 100 h；年均降水量152 mm，年均蒸發(fā)量2 250 mm（蒸發(fā)皿直徑為20 cm）。該區(qū)地貌由沖積平原、洪積平原和河漫灘3 種地形構(gòu)成，地勢西南高東北低，受土地鹽漬化影響較深，土壤質(zhì)地黏重。該區(qū)耕作層土壤平均有機(jī)質(zhì)量為11.4 g/kg，pH值為8.2，根據(jù)布置在研究區(qū)南側(cè)的觀測井觀測，研究區(qū)2020 年6—9 月地下水埋深在50～184 cm 波動，地下水埋深1 m 左右（見圖1），100 cm 土層平均田間持水率為0.34 cm3/cm3。

圖1 玉米生育期內(nèi)地下水位變化Fig.1 Changes in the inner land in the maize growth period

1.2 試驗設(shè)計

田間試驗于玉米生育期（2020 年5—9 月）進(jìn)行，通過查閱資料及當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶灌水經(jīng)驗，設(shè)置2 個灌水處理，分別為農(nóng)戶經(jīng)驗灌溉定額150 mm（F1）和80%農(nóng)戶經(jīng)驗灌溉定額120 mm（F2），如表1 所示。每個處理設(shè)置3 個重復(fù)，每個小區(qū)面積為7.2 m×34 m，保護(hù)行寬度為1 m；種植前（2019 年11 月初）各處理均進(jìn)行一次高定額大水漫灌，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶經(jīng)驗，灌水量均為225 mm；大水漫灌后田間灌溉水結(jié)冰，次年5 月開始融化，灌溉水為黃河水。試驗種植作物為春玉米，品種為金田8 號，采用“1 膜2 行”的寬窄行種植方式，膜內(nèi)為窄行距40 cm，膜間為寬行距80 cm，種植密度為55 556 株/hm2，膜寬80 cm；滴灌帶間距為120 cm，滴頭間距為30 cm，與株距一致，滴灌帶布置在膜內(nèi)1/2 行距處，滴頭與玉米植株對應(yīng)，滴頭流量為2.5 L/h，工作壓力為0.1 MPa。玉米全生育期內(nèi)降雨量、日均氣溫及參考作物蒸散量如圖2 所示，生育期作物潛在需水量為433 mm，本年度作物生育期降水量達(dá)到182 mm。11 月6 日進(jìn)行秋澆，灌水方式為大水漫灌，灌水定額為250 mm。試驗區(qū)域0～100 cm 土層平均田間持水率為0.25 cm3/cm3。

圖2 玉米生育期內(nèi)降雨量、日均氣溫及參考作物蒸散量Fig.2 Rainfall, daily average temperature and reference crop evapotranspiration during the growth period of corn

1.3 觀測項目及方法

1.3.1 土壤水分

考慮灌溉周期和作物生育期，分別在垂直滴灌帶距滴頭水平距離0、60 cm 位置取土，垂直取樣深度為0～20、20～40、40～60、60～80 cm 和80～100 cm，每隔15 d 左右取樣，遇到灌水則加測。各3 次重復(fù)，用烘干法測定土壤含水率。

1.3.2 土壤鹽分

土壤鹽分取土方法和時間同上述土壤水分，將取回的土樣按1∶5 的土水比配置溶液，使用DDS-307型電導(dǎo)率儀測定土壤樣品浸提液的電導(dǎo)率，利用重量法擬合研究區(qū)土壤鹽分和電導(dǎo)率經(jīng)驗公式：土壤鹽分（g/kg）=1.69 電導(dǎo)率（mS/cm）+0.02，R2=0.84，換算得土壤鹽分。

1.3.3 地下水礦化度

試驗期間分別在6 月15 日、7 月10 日和8 月8日對灌溉水和觀測井中地下水各取樣3 次，每次取3瓶，每瓶500 mL，測得其平均礦化度分別為0.9 g/L和1.0 g/L。

1.3.4 土壤水力參數(shù)

在研究區(qū)選取典型地段挖掘土壤剖面，依據(jù)土壤質(zhì)地劃分不同土層[22]，用離心機(jī)法測定各土層土壤基質(zhì)勢與含水率的關(guān)系，用Matlab 軟件擬合獲得土壤水力參數(shù)，不同土層的土壤水力參數(shù)見表2。

表1 研究區(qū)灌溉制度Table 1 Irrigation system in the study area mm

表2 土壤水力參數(shù)Table 2 Soil hydraulic parameters

1.4 數(shù)值模擬及模型驗證

HYDRUS-2D 軟件[23]通過求解基于Richards 和Fickian 的對流彌散（CDE）方程來模擬二維或三維水流和溶質(zhì)在可變飽和多孔介質(zhì)中的傳輸。

1.4.1 數(shù)學(xué)模型

1）土壤水分運動模型

膜下滴灌是點源入滲，屬于三維水分運動問題。在沿行距方向的垂直平面上，土壤水分沿滴頭所在平面兩側(cè)呈對稱分布，故膜下滴灌土壤水分運動可以簡化為中心對稱的二維水分運動問題[24]。根據(jù)達(dá)西定律和質(zhì)量守恒定律[25]，假定土壤均勻和各向同性，不考慮空氣、溫度及土壤水分滯后效應(yīng)對土壤水分運動的影響，考慮作物根系吸水，此時土壤水分運動可用Richards 方程[26]表示為：

式中：θ(h)為土壤含水率（cm3/cm3）；h為壓力水頭（cm）；K(h)為土壤非飽和導(dǎo)水率（cm/d）；t為時間（d）；x為橫向坐標(biāo)，z為垂向坐標(biāo)，規(guī)定z向上為正；S(h)為源匯項，此處表示根系吸水率，即根系在單位時間內(nèi)由單位體積土壤所吸收水分的體積（cm3/（cm3·d））。

2）土壤溶質(zhì)運移模型

溶質(zhì)在土壤中的運移受對流和水動力彌散作用的影響，用可控的對流彌散方程模擬土壤鹽分運移[27]，其計算式為：

式中：c為溶質(zhì)質(zhì)量濃度（g/cm3）；qi為入滲率（cm/d）；Dij為彌散系數(shù)（cm2/d），下標(biāo)i，j表示x，z軸坐標(biāo)；S(h)為根系吸水項；Cs為源匯項鹽分量（g/L）。

1.4.2 建模區(qū)域、初始條件和邊界條件

1）建模區(qū)域

本研究中模擬區(qū)域及邊界條件見圖3，模擬計算區(qū)域水平距離為120 cm，垂直深度為100 cm。沿豎直方向?qū)?00 cm 土層根據(jù)土壤質(zhì)地及體積質(zhì)量分成4 層，共劃分101 個節(jié)點，水平方向劃分121 個節(jié)點，采用三角形網(wǎng)格將模擬區(qū)域離散化，共生成24 000個網(wǎng)格。模擬灌水期土壤水鹽運移，模擬時間從2020年6 月7 日—8 月28 日，模擬時長共計83 d，模擬的時間單位為（d）。

2）初始條件

式中：θ′x,z,0)為土壤初始含水率（cm3/cm3）。

式中：C0為土壤初始鹽分（g/kg）。

3）邊界條件

模擬期間研究區(qū)地下水埋深在50～184 cm 內(nèi)波動，由于地下水波動較大，視研究區(qū)模型下邊界為已知地下水埋深的變水頭邊界；由于膜下滴灌試驗布置的對稱性，視模型二側(cè)為零通量邊界[28]。模型的上邊界由膜下滴灌覆膜區(qū)、滴頭區(qū)和膜間裸地組成。其中覆膜區(qū)為零通量邊界；膜間裸地為大氣邊界，根據(jù)FAO-56[29]推薦的玉米標(biāo)準(zhǔn)作物系數(shù)，對當(dāng)前和未來氣候條件下作物的Ep（潛在蒸發(fā)）和Tp（潛在蒸騰）進(jìn)行了估算。 參考作物蒸發(fā)蒸騰量按照Penman-Monteith 公式計算，數(shù)據(jù)為當(dāng)?shù)貧庀笳镜臍庀髷?shù)據(jù)；在二維水流運動下，滴頭流量造成的通量變化可視為變通量邊界，流量為2.5 L/h 的滴頭水流通量根據(jù)式（5）[26]計算得到，為40.0 cm/d。

式中：Q為滴頭流量（2.5 L/h）；L為沿著株距的滴頭間隔（30 cm）；W為可變通量邊界的飽和區(qū)寬度，根據(jù)田間滴頭實際濕潤寬度，W取為25 cm。

溶質(zhì)運移邊界條件和水分運動邊界條件相對應(yīng)，其中滴頭處為第三類邊界條件。

圖3 試驗區(qū)模型邊界及觀測點示意圖Fig. 3 Schematic diagram of the model boundary and observation points of the test area

1.4.3 模型驗證

利用均方根誤差（RMSE），平均絕對誤差（MAE），一致性指數(shù)（d）和納什效率系數(shù)（NSE）評估模型模擬土壤含水率和含鹽量的性能，統(tǒng)計數(shù)據(jù)的各數(shù)學(xué)方程如下：

式中：Oi和Pi分別為實測值和模擬值；n為測量值的數(shù)量；為實測值的平均值。

1.4.4 土壤鹽分平衡分析

對根系層土壤鹽分進(jìn)行平衡分析是評價鹽分累積狀況的重要方法。土壤含鹽總量根據(jù)不同取樣點控制質(zhì)量加權(quán)計算[11]，計算式為：

式中：S為鹽分總量（kg/hm2）；Sxy為取樣點鹽分（g/kg）；Ly為取樣孔控制土層寬度（m）；Hx為取樣點控制土層厚度（m）；x為相應(yīng)土層土壤體積質(zhì)量（g/cm3）；i為計算深度內(nèi)取樣層數(shù)，0～100、0～60、0～40、0～20 cm 取樣層數(shù)分別為5、3、2、1；n為土壤整個剖面、膜內(nèi)、膜外取樣孔數(shù)，分別為2、1、1。

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，土層鹽分總量變化計算如式（11）：

式中：S為土層鹽分的改變量（kg/hm2）；Sgt;0 說明土層鹽分增加，Slt;0 說明土層鹽分減少，S=0 說明鹽分不變化。S2為不同監(jiān)測日期土層鹽分總量（kg/hm2）；S1為初始土層鹽分總量（kg/hm2）。

2 結(jié)果與分析

2.1 HYDRUS-2D 模型參數(shù)率定與驗證結(jié)果分析

表3 為參數(shù)率定階段和驗證階段實測與模擬的土壤含水率和土壤鹽分之間的統(tǒng)計分析，由表3 可知，在參數(shù)率定過程中，各土層土壤含水率和土壤鹽分RMSE的變化范圍分別為 0.008 0～0.016 9 cm3/cm3和0.098 3～0.182 3 g/kg，MAE變化范圍分別為-0.002 1～0.000 8 cm3/cm3和-0.001 7～0.029 2 g/kg，d變化范圍分別為0.919 2～0.933 5和0.811 6～0.836 1，NSE變化范圍分別為0.599 9～0.764 3和0.254 3～0.472 8，模型參數(shù)率定精度較高。

由表3 可知，在模型驗證過程中，各土層土壤含水率和土壤鹽分RMSE的變化范圍分別為0.008 0～0.016 9 cm3/cm3和0.098 3～0.182 3 g/kg，MAE變化范圍分別為-0.002 1～0.000 8 cm3/cm3和-0.001 7～0.029 2 g/kg，d變化范圍分別為0.767 3～0.981 5和0.855 3～0.950 1，NSE變化范圍分別為0.150 0～0.919 1和0.551 0～0.802 1，均在可接受范圍內(nèi)[27]。土壤含水率和土壤鹽分的模型驗證結(jié)果體現(xiàn)了實測值和模擬值之間良好的一致性。

表3 參數(shù)率定階段和模型驗證階段實測與模擬的土壤含水率和土壤鹽分之間的統(tǒng)計分析Table 3 Statistical analysis between the measured and simulated soil moisture content and soil salinity in the parameter calibration stage and model verification stage

圖4 和圖5 分別為F1 處理和F2 處理土壤剖面0～60 cm 深度范圍內(nèi)膜內(nèi)和膜外土壤含水率與土壤鹽分模擬值和實測值的對比情況。由圖4 和圖5 可知，F(xiàn)1 處理和F2 處理均表現(xiàn)出0～40 cm 土層土壤含水率和土壤鹽分模擬值大多數(shù)略小于實測值，在0～20 cm土層膜外土壤含水率和土壤鹽分模擬結(jié)果對比中尤為明顯，這可能是膜外土壤含水率和土壤鹽分受實際外界降雨、蒸發(fā)蒸騰以及水分側(cè)流等因素的影響，模型構(gòu)建過程的邊界和實際情況存在一定差異，這些差異對土壤含水率和土壤鹽分產(chǎn)生一定的影響。40～60 cm 土層土壤含水率和土壤鹽分實測值分布于模擬值二側(cè)，較為穩(wěn)定。0～60 cm 土層土壤含水率和土壤鹽分由于實際邊界條件和溶質(zhì)運移過程的復(fù)雜性存在一定的誤差，但是從模型的RMSE、MAE、NSE和d值總體來看，模擬值與實測值二者差異不大且變化趨勢一致，顯示了該模型具有良好的性能。

由圖4 和圖5 可知，生育期內(nèi)，F(xiàn)1 處理和F2 處理均表現(xiàn)出在0～60 cm 土層范圍內(nèi)，隨著土層深度的增加，土壤含水率和土壤鹽分波動明顯減小，0～20 cm土層土壤鹽分波動較大；F1 處理和F2 處理0～60 cm各土層均表現(xiàn)出膜外土壤含水率和土壤鹽分波動性大于膜內(nèi)，0～40 cm 土層表現(xiàn)尤為明顯。生育期內(nèi)，F(xiàn)1 處理和F2 處理均表現(xiàn)出膜內(nèi)和膜外土壤含水率差異較小，鹽分差異較大，這是因為灌水后土壤水分由膜內(nèi)向膜外運移，膜外受到膜內(nèi)灌水淋洗成為鹽分“承泄區(qū)”，同時膜外較大的土壤蒸發(fā)減小了膜外表層土壤水分，加劇土壤鹽漬化。

圖4 F1 處理和F2 處理0～60 cm 土層含水率變化Fig.4 Soil moisture content changes of F1 and F2 treatments 0～60 cm soil layer

圖5 F1 處理和F2 處理0～60 cm 土層土壤鹽分變化Fig.5 Soil salt content changes of F1 and F2 treatments 0～60 cm soil layer

2.2 土壤鹽分平衡分析

膜下滴灌不同灌溉制度下生育期和秋澆前0～100、0～60 cm 和0～20 cm 土層鹽分總量（膜內(nèi)+膜外）、膜內(nèi)、膜外鹽分改變量，分別如圖6（a）、（b）、（c）所示。由圖6 可知，生育期內(nèi)，F(xiàn)2 處理0～100 cm土層鹽分總量和膜外鹽分變化較大，F(xiàn)1 處理鹽分變化程度較??；F1 處理和F2 處理膜內(nèi)鹽分變化趨勢基本相同。生育期結(jié)束后，F(xiàn)1 處理和F2 處理0～100 cm和0～20 cm 土層鹽分總量及膜內(nèi)鹽分均減小，F(xiàn)1 處理和F2處理0～100 cm土層鹽分總量分別減少2 449.5 kg/hm2和541.9 kg/hm2，降幅分別為50.1%和10.8%，其中膜內(nèi)鹽分減少量占總量減少量的百分比分別為44.7%和148.5%；F2 處理膜外鹽分增大且增幅較大，導(dǎo)致總量減少量僅為F1 處理的22.1%。第3 次灌完水到生育期結(jié)束階段在滴灌局部濕潤和強(qiáng)烈的土壤蒸發(fā)作用下，F(xiàn)2 處理膜外土壤返鹽嚴(yán)重，原因可能是F2 處理灌水量較小，膜內(nèi)水分遷移到膜外的水分較少，灌水對F2 處理膜外鹽分淋洗效果較差。

圖6 灌溉期和秋澆前不同滴灌制度下土壤鹽分平衡Fig.6 Soil salt balance under different drip irrigation systems during the irrigation period and before autumn irrigation

秋澆前，F(xiàn)1 處理和F2 處理0～100 cm 和0～60 cm土層鹽分總量及膜內(nèi)鹽分均增大，F(xiàn)1 處理0～100 cm土層鹽分總量、膜內(nèi)和膜外鹽分增加量均顯著小于F2 處理，說明較大的灌水量有效降低0～100 cm 土層土壤鹽分。秋澆前F1 處理和F2 處理0～60 cm 土層膜內(nèi)鹽分增加量分別占鹽分總增加量的 32.1%和95.7%，F(xiàn)1 處理在膜外產(chǎn)生積鹽，F(xiàn)2 處理則在膜內(nèi)產(chǎn)生積鹽。

3 模型應(yīng)用

3.1 不同灌水處理土壤鹽分變化

應(yīng)用已建模型模擬滴頭處、膜內(nèi)（距滴頭15 cm處）和膜外不同水平位置處鹽分遷移；設(shè)置4 個不同灌水情景：灌溉定額81 mm（W1）、灌溉定額135 mm（W2）、灌溉定額171 mm（W3）和灌溉定額204 mm（W4）（見表4），以F1 處理和F2 處理為對照研究不同灌水量對土壤鹽分運移的影響。

表4 模擬處理灌溉制度Table 4 Irrigation schedules of simulated treatments mm

3.1.1 灌水后不同處理土壤鹽分變化

圖7 是模擬區(qū)不同位置處0～100 cm 土層土壤鹽分隨時間變化情況，由圖7 可知，不同灌溉情景下，灌水后0～100 cm 各土層土壤鹽分均由滴頭處向膜外遷移，其中0～40 cm 土層尤為明顯，灌水量越大，膜外鹽分遷移量越大；灌水后滴頭處和膜內(nèi)土壤鹽分迅速下降，膜外土壤鹽分則先增大，2～3 d 后逐漸減小。灌水量較大時，濕潤峰將膜內(nèi)鹽分帶到膜外，導(dǎo)致膜外表層土壤鹽分增大。灌水后1～2 d 內(nèi)，各處理滴頭處和膜內(nèi)表現(xiàn)出0～20 cm 土層土壤鹽分迅速減小，W1 處理和W2 處理下灌水僅將0～20 cm 土層土壤鹽分淋洗到20～40 cm 土層，W3 處理和W4 處理灌水后鹽分被淋洗到40 cm 以下深度。

圖7 模擬區(qū)0～100 cm 土層土壤鹽分變化Fig.7 Changes in soil salt content of the 0～100 cm soil layer in the simulation area

3.1.2 不同處理土壤鹽分剖面分布

表5 為灌溉期結(jié)束后不同處理不同位置（膜內(nèi)、膜外和滴頭處）的鹽分變化百分比，由表5 可知，與初始鹽分相比，8 月28 日灌溉期結(jié)束后W1、W2、W3 處理和W4 處理膜外、膜內(nèi)和滴頭處0～20 cm 土層土壤鹽分降幅分別為33.2%～37.3%、34.2%～43.5%和35.1%～45.5%，20～40 cm 土層土壤鹽分降幅分別為5.0%～13.1%、8.0%～21.3%和9.1%～23.5%，均表現(xiàn)出滴頭處降幅最大，其次為膜內(nèi)，膜外降幅最小，且不同處理灌水量越大，降幅越大。各處理膜外、膜內(nèi)和滴頭處40～80 cm 土層鹽分均增大，平均增幅分別為6.6%～7.6%、6.4%～8.0%和6.4%～8.0%，其中40～60 cm土層增幅最大，增幅為13.6%～16.9%，且不同灌溉情景灌水量越大，增幅越大。生育期的灌水將膜內(nèi)0～40 cm土層土壤鹽分淋洗到40 cm以下土層，在40～60 cm土層產(chǎn)生鹽分累積。灌溉間歇期水分重分布過程中，7 月21 日、8 月14 日和10 月1 日降雨均超過20 mm，較大的降雨將各處理膜外0～20 cm 土層土壤鹽分淋洗到20～40 cm 土層，且灌水量越小，20～40 cm 土層鹽分增幅越大；土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈時膜外0～40 cm 土層土壤鹽分增大，且灌水量越大，鹽分回升程度越大。

表5 灌溉期結(jié)束后不同處理不同位置的鹽分變化百分比Table 5 After the end of the irrigation period, the percentage of salinity change in different treatments at different locations %

注 （a）表示膜外；（b）表示膜內(nèi)；（c）表示滴頭處。

3.2 不同灌水量對土壤剖面鹽分淋洗效果分析

灌水有效降低了滴頭處和膜內(nèi)0～40 cm土層土壤鹽分，增大膜外0～40 cm土層土壤鹽分，植株根系主要分布在滴頭處和膜內(nèi)，通過灌水控制滴頭處和膜內(nèi)土壤鹽分對維持作物適宜根際環(huán)境產(chǎn)生重要影響。灌水后鹽分開始回升的時間間隔反映了不同灌水量對土壤鹽分淋洗效果，鹽分開始回升時間間隔越大則鹽分淋洗效果越好。圖8為灌水后滴頭處和膜內(nèi)鹽分開始回升間隔時間，對各處理灌水后滴頭處和膜內(nèi)鹽分開始回升的時間間隔進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，各處理滴頭處不同深度土壤鹽分開始回升的間隔范圍為1～12 d，膜內(nèi)則為1～3 d。滴頭處0～20 cm土層表現(xiàn)出灌水量越大時間間隔越大，20～40 cm土層則表現(xiàn)出W2處理時間間隔最大，為5 d，其次為W1處理，W4處理時間間隔最小，僅為1 d；40～60 cm土層表現(xiàn)出W1處理時間間隔最大，為2 d，其他處理均為1 d。較大的灌水量增大了滴頭處0～20 cm土層土壤鹽分開始回升的時間間隔，但卻減小了20～40 cm土層土壤鹽分開始回升的時間間隔，適當(dāng)減小灌水量可以有效增大滴頭處20～40 cm土層土壤鹽分開始回升的時間間隔。各處理灌水后膜內(nèi)0～20 cm土層土壤鹽分在灌水后第2天即開始增大；20～40 cm土層表現(xiàn)出W2處理鹽分開始回升的時間間隔最大，為3 d，其次為W1處理，為2 d，W3處理和W4處理均為1 d；60～100 cm土層則表現(xiàn)出W1處理時間間隔最大，為3 d，W2處理和W3處理均為2 d，W4處理時間間隔最小，為1 d。灌水后W3處理和W4處理0～20 cm土層滴頭處和膜內(nèi)土壤鹽分總量較小且鹽分開始回升時間間隔較大，W2處理膜內(nèi)20～40 cm和60～100 cm土層土壤鹽分總量較大，但鹽分開始回升時間間隔較大，適當(dāng)減小灌水量可以增大膜內(nèi)20～40 cm和60～100 cm土層鹽分開始回升的時間間隔。生育前期玉米扎根深度較淺，生根范圍較小，提高灌水量有利于維持根系層土壤較小的土壤鹽分；玉米生育后期扎根深度較深，生根范圍較大，維持根際較長時間的低鹽分有利于植株生長。灌溉定額為171 mm和204 mm時，0～40 cm土層土壤鹽分總量較小且鹽分開始回升時間間隔較大；灌溉定額小于171 mm時，20～40 cm土層鹽分開始回升時間間隔較大，不利于作物維系作物適宜的根際環(huán)境。

圖8 灌水后鹽分開始回升間隔時間Fig.8 Interval time of salinity recovery after irrigation

4 討 論

鹽隨水動，增大灌水量，表層土壤鹽分由膜內(nèi)遷移到膜外明顯增多，灌水定額增加導(dǎo)致流入膜間裸地的水量也增加[30-32]。灌水形成的濕潤峰在降低膜內(nèi)土壤鹽分的同時，濕潤峰處含鹽量增大，承載灌水后滴頭處和膜內(nèi)遷移出來的鹽分。在垂直方向上，由于覆膜抑制了土壤蒸發(fā)，農(nóng)田土壤含鹽量峰值逐漸向下遷移[20]。在玉米生育期內(nèi)，灌水后上層土壤鹽分隨著灌溉水向下遷移，灌水量越大，水分遷移帶來的鹽分越多。經(jīng)過生育期灌水對上層鹽分的淋洗以及覆膜對土壤蒸發(fā)的抑制導(dǎo)致40～60 cm 土層鹽分逐漸累積，研究區(qū)域地下水位埋深較淺，導(dǎo)致40～60 cm 土層鹽分排泄受阻，進(jìn)一步促進(jìn)了鹽分積累。

玉米不同生育階段維系較長時間適宜的根際環(huán)境對提高玉米的耐鹽性和作物生長產(chǎn)生重要影響[33-34]。灌水后滴頭處和膜內(nèi)土壤鹽分開始回升的時間間隔反映了灌水對改善根際土壤鹽分的效果。灌水量越大土壤水分水平運動距離和范圍越大，導(dǎo)致鹽分積累增大[35]。隨著灌水量的增加，鹽分峰值位置逐漸下移[36]，生育前期較小的灌水量對表層土壤鹽分淋洗程度較小，表層土壤鹽分回升時間大大減小，灌水量增大后，表層土壤鹽分回升時間大大提高。生育后期較大的灌水量將表層土壤鹽分淋洗到20～60 cm 土層，雖然維系了表層土壤鹽分的低值，但是0～60 cm 土層總體上鹽分回升時間較灌水量較小的處理縮減，導(dǎo)致根系層鹽分較大。覆膜抑制了表層土壤鹽分的蒸發(fā)，不同灌水量下，濕潤峰水平和垂直方向運移范圍不同；濕潤峰內(nèi)和邊緣隨著灌水量的不同出現(xiàn)在膜下的不同位置處，導(dǎo)致鹽分由濕潤峰邊緣向濕潤鋒內(nèi)遷移的時間不同。

5 結(jié) 論

1）生育期內(nèi)，F(xiàn)1處理0～100 cm土層鹽分總量（膜內(nèi)+膜外）和膜外鹽分波動均小于F2處理。生育期結(jié)束后，F(xiàn)1處理和F2處理0～100 cm土層鹽分總量降幅分別為50.1%和10.8%，其中膜內(nèi)鹽分減少量占總量減少量的百分比分別為44.7%和148.5%。秋澆前，F(xiàn)1處理0～100 cm土層鹽分總量、膜內(nèi)和膜外鹽分增加量均顯著小于F2處理。

2）HYDRUS-2D模型在參數(shù)率定和驗證階段土壤含水率和鹽分RMSE、MAE、NSE和d值的變化均在可接受范圍內(nèi)，模型吻合度較好。

3）不同灌溉情景模擬階段，灌水后各處理均表現(xiàn)出土壤鹽分由滴頭處向膜外遷移，在0～40 cm土層表現(xiàn)尤為明顯，灌水量越大，膜外鹽分遷移量越大。

[1]鄒宇鋒. 河套灌區(qū)不同覆膜灌溉方式對農(nóng)田土壤水鹽調(diào)控及春玉米產(chǎn)量的影響[D]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2020.

ZOU Yufeng. The regulation on water and salt of farmland soil and the effect of spring maize yield under different irrigation methods with mulching in Hetao Irrigation District[D]. Yangling: Northwest Aamp;F University, 2020.

[2]屈忠義, 楊曉, 黃永江. 內(nèi)蒙古河套灌區(qū)節(jié)水工程改造效果分析與評估[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報, 2015, 46(4): 70-76, 112.

QU Zhongyi, YANG Xiao, HUANG Yongjiang. Analysis and assessment of water-saving project of Hetao irrigation district in Inner Mongolia[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(4): 70-76, 112.

[3]HANCOCK G R, WILLGOOSE G R. An experimental and computer simulation study of erosion on a mine tailings dam wall[J]. Earth Surface Processes and Landforms, 2004, 29(4): 457-475.

[4]NOURI H, STOKVIS B, GALINDO A, et al. Water scarcity alleviation through water footprint reduction in agriculture: The effect of soil mulching and drip irrigation[J]. The Science of the Total Environment,2019, 653: 241-252.

[5]高佳, 張宏斌, 張恒嘉, 等. 綠洲灌區(qū)膜下滴灌調(diào)虧對辣椒品質(zhì)及產(chǎn)量的影響[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報, 2021, 39(4): 404-409.

GAO Jia, ZHANG Hongbin, ZHANG Hengjia, et al. Effects of water deficit on quality and yield of pepper under mulched drip irrigation in cold Oasis Region[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2021, 39(4): 404-409.

[6]WANG R S, KANG Y H, WAN S Q, et al. Salt distribution and the growth of cotton under different drip irrigation regimes in a saline area[J]. Agricultural Water Management, 2011, 100(1): 58-69.

[7]KANG Y H, WANG R S, WAN S Q, et al. Effects of different water levels on cotton growth and water use through drip irrigation in an arid region with saline ground water of Northwest China[J]. Agricultural Water Management, 2012, 109: 117-126.

[8]WANG R S, KANG Y H, WAN S Q, et al. Influence of different amounts of irrigation water on salt leaching and cotton growth under drip irrigation in an arid and saline area[J]. Agricultural Water Management, 2012, 110: 109-117.

[9]ZHOU Q Y, KANG S Z, ZHANG L, et al. Comparison of APRI and Hydrus-2D models to simulate soil water dynamics in a vineyard under alternate partial root zone drip irrigation[J]. Plant and Soil, 2007,291(1/2): 211-223.

[10] ZHOU Q Y, KANG S Z, LI F S, et al. Comparison of dynamic and static APRI-models to simulate soil water dynamics in a vineyard over the growing season under alternate partial root-zone drip irrigation[J].Agricultural Water Management, 2008, 95(7): 767-775.

[11] HENG T, LIAO R K, WANG Z H, et al. Effects of combined drip irrigation and sub-surface pipe drainage on water and salt transport of saline-alkali soil in Xinjiang, China[J]. Journal of Arid Land, 2018,10(6): 932-945.

[12] 孫貫芳, 屈忠義, 杜斌, 等. 不同灌溉制度下河套灌區(qū)玉米膜下滴灌水熱鹽運移規(guī)律[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2017, 33(12): 144-152.

SUN Guanfang, QU Zhongyi, DU Bin, et al. Water-heat-salt effects of mulched drip irrigation maize with different irrigation scheduling in Hetao Irrigation District[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(12): 144-152.

[13] 周和平, 徐小波, 王少麗, 等. 鹽堿地改良技術(shù)綜述與一種新的研究模式展望[J]. 中國科學(xué)基金, 2012, 26(3): 157-162.

ZHOU Heping, XU Xiaobo, WANG Shaoli, et al. Review of saline-alkali land improvement techniques in China and prospects of a new approach[J]. Bulletin of National Natural Science Foundation of China, 2012, 26(3): 157-162.

[14] 王少麗, 周和平, 瞿興業(yè), 等. 干旱區(qū)膜下滴灌定向排鹽和鹽分上移地表排模式研究[J]. 水利學(xué)報, 2013, 44(5): 549-555.

WANG Shaoli, ZHOU Heping, QU Xingye, et al. Study on directional salt transport and surface salt draining under mulched drip irrigation in arid areas[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2013, 44(5): 549-555.

[15] 周和平, 王少麗, 姚新華, 等. 膜下滴灌土壤水鹽定向遷移分布特征及排鹽效應(yīng)研究[J]. 水利學(xué)報, 2013, 44(11): 1 380-1 388.

ZHOU Heping, WANG Shaoli, YAO Xinhua, et al. Research on distribution characteristics and salt-discharging effect of directional migration of water and salt in soil through drip irrigation under plastic film[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2013, 44(11): 1 380-1 388.

[16] 牟洪臣, 虎膽·吐馬爾白, 蘇里坦, 等. 干旱地區(qū)棉田膜下滴灌鹽分運移規(guī)律[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2011, 27(7): 18-22.

MU Hongchen, HUDAN·Tumaerbai, SU Litan, et al. Salt transfer law for cotton field with drip irrigation under mulch in arid region[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2011,27(7): 18-22.

[17] 周青云, 康紹忠. 葡萄根系分區(qū)交替滴灌的土壤水分動態(tài)模擬[J].水利學(xué)報, 2007, 38(10): 1 245-1 252.

ZHOU Qingyun, KANG Shaozhong. Simulation of soil water dynamics under alternately partial root-zone drip irrigation for grape roots[J].Journal of Hydraulic Engineering, 2007, 38(10): 1 245-1 252.

[18] 徐俊增, 劉瑋璇, 衛(wèi)琦, 等. 基于HYDRUS-2D 的負(fù)壓微潤灌土壤水分運動模擬[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報, 2021, 52(8): 287-296.

XU Junzeng, LIU Weixuan, WEI Qi, et al. Simulation of soil moisture movement under negative pressure micro-irrigation based on HYDRUS-2D[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2021, 52(8): 287-296.

[19] 劉義, 曾文治, 敖暢, 等. 基于改進(jìn)的HYDRUS-2D 模型暗管排水過程模擬[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2020, 38(4): 221-228.

LIU Yi, ZENG Wenzhi, AO Chang, et al. Simulation of drainage process of subsurface pipe basedon improved HYDRUS-2D model[J].Agricultural Research in the Arid Areas, 2020, 38(4): 221-228.

[20] 馬波, 周青云, 張寶忠, 等. 基于HYDRUS-2D 的濱海地區(qū)膜下滴灌土壤水鹽運移模擬研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2020, 38(5):182-191.

MA Bo, ZHOU Qingyun, ZHANG Baozhong, et al. Simulation of soil water and salt transport under mulched drip irrigation based on HYDRUS Model in coastal area[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2020, 38(5): 182-191.

[21] 劉洪光, 白振濤, 李開明. 基于HYDRUS-2D 模型的膜下滴灌暗管排水棉田土壤鹽分變化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2021, 37(2): 130-141.

LIU Hongguang, BAI Zhentao, LI Kaiming. Soil salinity changes in cotton field under mulched drip irrigation with subsurface pipes drainage using HYDRUS-2D model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2021, 37(2): 130-141.

[22] 周青云, 李松敏, 孫書洪, 等. 基于Hydrus-2D 的負(fù)壓灌溉水分動態(tài)模擬[J]. 人民黃河, 2017, 39(8): 133-136.

ZHOU Qingyun, LI Songmin, SUN Shuhong, et al. Simulation of soil water dynamic based on hydrus-2D under negative pressure irrigation[J]

.Yellow River, 2017, 39(8): 133-136.

[23] 龔振平. 土壤學(xué)與農(nóng)作學(xué)[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 2009.

GONG Zhenping. Soil science and agronomy[M]. Beijing: China Water Power Press, 2009.

[24] SIMUNEK J, SEJNA M, VAN GENUCHTEN M T. The HYDRUS-2D Software Package for Simulating the Two-dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-saturated Media: Version 2.0[M]. California: US Salinity Laboratory, Agricultural Research Service, US Department of Agriculture, 1999: 153-165.

[25] GARCíA MORILLO J, RODRíGUEZ DíAZ J A, CAMACHO E, et al.Drip irrigation scheduling using hydrus 2-D numerical model application for strawberry production in south-west Spain[J]. Irrigation and Drainage, 2017, 66(5): 797-807.

[26] VAN GENUCHTEN M T. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 1980, 44(5): 892-898.

[27] ?ZTüRK H S, ?ZKAN. Effects of evaporation and different flow regimes on solute distribution in soil[J]. Transport in Porous Media,2004, 56(3): 245-255.

[28] KANDELOUS M M ?IM?NEK J VAN GENUCHTEN M T et al Soil water content distributions between two emitters of a subsurface drip irrigation system[J]. Soil Science Society of America Journal, 2011,75(2): 488-497.

[29] 冀榮華, 王婷婷, 祁力鈞, 等. 基于HYDRUS-2D 的負(fù)壓灌溉土壤水分入滲數(shù)值模擬[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報, 2015, 46(4): 113-119.

JI Ronghua, WANG Tingting, QI Lijun, et al. Numerical simulation of soil moisture infiltration under negative pressure irrigation based on HYDRUS-2D[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(4): 113-119.

[30] AZAD N, BEHMANESH J, REZAVERDINEJAD V, et al. Developing an optimization model in drip fertigation management to consider environmental issues and supply plant requirements[J]. Agricultural Water Management, 2018, 208: 344-356.

[31] 張黛靜, 宗潔靜, 馬建輝, 等. 測墑滴灌下不同氮肥水平對冬小麥光合特性及氮素轉(zhuǎn)運的影響[J]. 河南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2020,48(3): 83-89.

ZHANG Daijing, ZONG Jiejing, MA Jianhui, et al. Effects of different nitrogen on photosynthetic characteristics and nitrogen transport in winter wheat under drip irrigation[J]. Journal of Henan Normal University (Natrual Science Edition), 2020, 48(3): 83-89.

[32] 王航, 周青云, 張寶忠, 等. 不同灌水處理下濱海鹽堿地土壤-玉米陽離子變化規(guī)律及相關(guān)關(guān)系研究[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2021, 40(12):36-43.

WANG Hang, ZHOU Qingyun, ZHANG Baozhong, et al. Irrigation affects the translocation of cations from soil to maize roots in saline-alkaline Soil[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(12):36-43.

[33] 郭曉霞, 田露, 蘇文斌, 等. 不同膜下滴灌定額對土壤水熱效應(yīng)及甜菜產(chǎn)質(zhì)量的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2019, 38(12): 1-10.

GUO Xiaoxia, TIAN Lu, SU Wenbin, et al. Effects of mulched drip irrigation quota on soil moisture, soil temperature, sugar beet yield and quality[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(12): 1-10.

[34] HICHEM H, MOUNIR D, NACEUR E A. Differential responses of two maize (Zea maysL.) varieties to salt stress: Changes on polyphenols composition of foliage and oxidative damages[J]. Industrial Crops and Products, 2009, 30(1): 144-151.

[35] 丁超明, 吳鵬年, 岳玲, 等. 基于Hydrus-1D 模擬耕作方式對夏玉米農(nóng)田水分的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2020, 39(12): 24-31.

DING Chaoming, WU Pengnian, YUE Ling, et al. Modelling the effect of tillage on soil water dynamics in corn field[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(12): 24-31.

[36] 張金珠. 北疆膜下滴灌棉花土壤水鹽運移特征及耗水規(guī)律試驗研究[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010.

ZHANG Jinzhu. Study on water-salt transport characteristics and water consumption of cotton under drip irrigation with film mulch in North Xinjiang[D]. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2010.

[37] 蘇里坦, 阿不都·沙拉木, 宋郁東. 膜下滴灌水量對土壤水鹽運移及再分布的影響[J]. 干旱區(qū)研究, 2011, 28(01): 79-84.

SU Litan, ABUDU·Shalamu, SONG Yudong. Effects of drip irrigation volume on soil water-salt transfer and its redistribution[J]. Air Zone Research, 2011, 28(1): 79-84.

The Effects of Drip-irrigation Amount on Soil Salinity in Film-mulched Corn Field in Hetao Irrigation District

WANG Hang1,3, ZHOU Qingyun1,2,3*, ZHANG Baozhong2
(1. College of Water Conservancy Engineering, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300392, China;2.State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin,China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100083, China;3.Sino-US International Joint Research Center for Ecological Agriculture and Water Environment Protection, Tianjin 300392, China)

【Objective】 Hetao Irrigation District is one of the largest irrigation districts in China. Its irrigation relies on Yellow River water. As the available river water for the district continually dwindles, drip irrigation has been increasingly used to improve irrigation water use efficiency. This paper is to study the impact of drip irrigation combined with mulching on dynamics of soil salt in corn fields.【Method】The experiment was conducted in a field with the Jintian No. 8 variety used as the model plant. It compared two drip irrigation amounts: 76 mm (F1) and 60 mm (F2), and the intra-rows were mulched with plastic film. In each treatment, we measured the changes in soil moisture and salt content at different soil depths, and the measured data were used to calibrate the HYDRUS-2D.The calibrated model was used to study the response of soil water and soil salt to other irrigation amounts: 81 mm(W1), 135 mm (W2), 171 mm (W3) and 204 mm (W4).【Result】During growth period of the corn, the total salt content in the 0～100 cm soil layer and the salt in soil outside the mulched zone were lower in F1 than in F2, while the temporal change in salt in the soil underneath the film was not distinguishable between F1 and F2. During the growth period, the time-trending of the salt in soil underneath the film was approximately the same for F1 and F2.After harvesting, F1 and F2 desalinated the 0～100 cm soil layer by 50.1% and 10.8%, respectively, of which the associated desalinization of the soil underneath the film was 44.7% and 148.5% respectively. Before the autumn irrigation, F1 and F2 increased the total salt in the 0～100 cm and 0～60 cm soil layers; F1 reduced the total salt in the 0～100 cm of soil and reduced the increase of salt in soil underside the film, compared to F2. There is a good agreement between measured and simulated water content ant soil salinity, indicating that the parameters and the model correctly capture the soil properties and water and salt flow in the soil. When the irrigation amount was 162 mm, salinity of the 0～20 cm soil was low after the irrigation and it took more time for the salt to re-accumulate in this soil layer. When the irrigation amount was reduced to 108 mm, salinity of the 0～40 cm of soil after the irrigation remained high. 【Conclusion】The drip irrigation water volume of 171 mm and 204 mm not only reduces salinity of the root zone (0 to 40 cm ), but also removes the salt from the root zone to soil outside the mulched zone-the non-root zone. Our results have practical implications for managing mulched drip-irrigated corn in Hetao Irrigation?District.

salinized soil; soil moisture; mulched drip irrigation; HYDRUS-2D

王航, 周青云, 張寶忠. 不同滴灌水量對河套灌區(qū)覆膜玉米田土壤鹽分的影響研究[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2022, 41(5):72-83.

WANG Hang, ZHOU Qingyun, ZHANG Baozhong. The Effects of Drip-irrigation Amount on Soil Salinity in Film-mulched Corn Field in Hetao Irrigation District[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(5): 72-83.

1672-3317（2022）05-0072-12

2021-09-30

國家自然科學(xué)基金項目（51609170）；國家重點研發(fā)計劃項目（2019YFC0409203）；天津市研究生科研創(chuàng)新項目（2019YJSS101）

王航（1997-），男，山西呂梁人。碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)研究。E-mail: 1845196651@qq.com

周青云（1980-），女，山西河津人。副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)方面的研究。E-mail: zhouqyand@126.com

S156.4；S513

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021468

責(zé)任編輯：趙宇龍