焦文娟

(水利部新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000)

1 概 述

土壤鹽堿化問題一直是制約干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要瓶頸，研究鹽堿地的治理措施和土壤水鹽運(yùn)移特性尤為重要。膜下灌溉技術(shù)長(zhǎng)期應(yīng)用面臨著一定的問題，覆膜阻斷了土壤水分與大氣之間的直接聯(lián)系，改變了蒸發(fā)體的上邊界條件，使得土壤蒸發(fā)量大大減小，膜下土壤鹽分累積明顯削弱，但膜間裸露土壤在強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下仍處于鹽分累積狀態(tài)[1-2]。隨著種植年限的增加，土壤中鹽分累積，導(dǎo)致土壤次生鹽堿化越來越明顯[3-4]。劉洪亮[5]等通過實(shí)測(cè)年積鹽速率計(jì)算，認(rèn)為膜下滴灌輕度鹽漬化耕地達(dá)到重度次生鹽漬化水平總鹽含量20～30 g/kg需要40～70年，達(dá)到中度次生鹽漬化水平總鹽含量10～20 g/kg僅需要15～40年。

不同改良措施對(duì)土壤鹽分分布影響作物生長(zhǎng)不僅需要足夠的水分，還需要適宜的鹽分環(huán)境，土壤中鹽分過高會(huì)抑制生物的生長(zhǎng)，對(duì)作物產(chǎn)生毒害作用。因此，需要采取一定措施來改善作物生長(zhǎng)的鹽分環(huán)境，采用不同的措施來分析各種措施對(duì)土壤中鹽分分布以及含量的影響情況。

2 試驗(yàn)區(qū)概況及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在某灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行。該試驗(yàn)地區(qū)屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，干旱少雨而蒸發(fā)強(qiáng)烈，氣候干燥，晝夜溫差大。年平均降雨量51.2～63.1 mm，年潛在蒸發(fā)量2 272 mm，蒸降比約為43.6，日照時(shí)數(shù)為3 036.2 h，無霜期為191 d，年平均氣溫11.48 ℃～11.48 ℃，試驗(yàn)地區(qū)土質(zhì)為砂土，地下水埋深在6.8 m以下。

2.2 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)為同一地下水埋深條件下的生物化學(xué)措施改良鹽堿地處理，同一地下水埋深條件下大田小區(qū)試驗(yàn)方案試驗(yàn)在大田進(jìn)行，共設(shè)置10種處理，包括膜間間作不同鹽生植物的3種生物改良處理；施加3種不同石膏劑量的化學(xué)改良處理；同一施量石膏結(jié)合膜間間作不同鹽生植物的3種生物化學(xué)綜合改良處理以及一個(gè)對(duì)照組。每種處理2個(gè)重復(fù)。各處理對(duì)應(yīng)地下水埋深均為當(dāng)?shù)氐叵滤匀宦裆睿梢暈橥宦裆顥l件，試驗(yàn)中其他條件均一致，見表1。

表1 大田小區(qū)生物及化學(xué)改良試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.3 試驗(yàn)內(nèi)容與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)種植模式見圖1。各小區(qū)棉花種植模式為一膜兩管四行，灌水方式為膜下滴灌，灌水水質(zhì)為淡水(當(dāng)?shù)厍?，礦化度0.84 g/L，全生育期灌溉定額為5 250 m3/hm2，滴頭流量2.2 L/h，滴頭間距30 cm。

圖1 種植模式示意圖

棉花于2020年4月21日播種，4月26日左右出苗。同時(shí)于2020年4月27日，對(duì)生物改良處理的膜間進(jìn)行撒播鹽生植物種子并覆膜以保證種子萌發(fā)對(duì)水分的需求，待鹽生植物長(zhǎng)出2片子葉后將膜撕掉，并用灑水壺給膜間鹽生植物澆水，直到鹽生植物生長(zhǎng)穩(wěn)定后停止?jié)菜?。田間試驗(yàn)小區(qū)布置見圖2。

圖2 田間試驗(yàn)小區(qū)布置示意圖

3 不同改良措施對(duì)棉田土壤水鹽運(yùn)移及棉花生長(zhǎng)的影響

3.1 不同生育期土壤平均含鹽量的垂向分布特征

各處理土層平均含鹽量隨生育期變化情況見圖3。由圖3可以看出，各處理不同時(shí)期土層含鹽量均表現(xiàn)為上部土層含鹽量明顯大于下部，且在60/80 cm以下含鹽量很小。3個(gè)生物改良處理的土層平均含鹽量隨生育期變化差異主要集中在0～60 cm的根區(qū)層，其中孜然(圖3(a))和堿蓬(圖3(b))處理在0～60 cm土層含鹽量呈現(xiàn)一定的累積狀態(tài)，苜蓿(圖3(c))處理含鹽量隨生育期在減小；3個(gè)不同施量的化學(xué)改良處理中，7 500 kg/hm2的石膏處理(圖3(d))含鹽量隨生育期主要在0～60 cm土層變化，且隨生育期鹽分在累積，15 000 kg/hm2的石膏處理(圖3(e))土層平均含鹽量在0～50 cm呈減小狀態(tài)，在50～80 cm土層呈一定的減少狀態(tài)，而80 cm以下隨生育期差異性較小，22 500 kg/hm2的石膏處理(圖3(f))土層平均含鹽量在生育期始末差異較小，僅在表層10 cm有一定的脫鹽現(xiàn)象；3個(gè)生物與化學(xué)綜合改良處理的土層平均含鹽量總體呈累積狀態(tài)，其中堿蓬+石膏處理(圖3(g))主要在0～40 cm有一定的鹽分累積，而苜蓿石膏(圖3(h))和孜然石膏(圖3(i))處理的鹽分累積主要在0～60 cm土層。對(duì)照組則表現(xiàn)為在80 cm以上土體內(nèi)均處于鹽分累積狀態(tài)。由此可知，各處理土層平均含鹽量隨生育期變化主要集中在中上部60 cm以上土層，而下部土層含鹽量隨生育期變化較小，且含鹽量均較為小。

圖3 各生育期各處理土壤平均含鹽量的垂向分布特征

3.2 不同水平位置各處理土壤平均含鹽量分布特征

鹽分的分布變化包括水平和豎直兩個(gè)方向。利用棉花鈴期8月3日各處理灌后土壤平均含鹽量的等值線圖(圖4)，來分析鹽分在水平和豎直方向的分布變化情況。從圖4中可以看出，孜然處理(圖4(a))在滴頭下方20 cm形成一個(gè)明顯的橢圓狀淋洗區(qū)域，且土壤中鹽分以此橢圓形為中心向周圍擴(kuò)散，鹽分主要在30 cm土層聚集，形成一個(gè)很明顯的高鹽區(qū)；堿蓬處理(圖4(b))同樣也有灌水后淋洗現(xiàn)象，鹽分在30 cm聚集，且膜間鹽分高于窄行和寬行位置，表層有一定的隨土面蒸發(fā)表聚的鹽分；苜蓿處理(圖4(c))的土壤鹽分主要集中在0～40 cm土層，且鹽分隨蒸發(fā)表聚現(xiàn)象較為明顯；7 500 kg/hm2的石膏處理(圖4(d))土壤鹽分以滴頭下方20 cm處為中心，向兩側(cè)呈對(duì)稱方式遷移；15 000 kg/hm2的石膏處理(圖4(e))與堿蓬(圖4(b))處理較為相似，但該處理鹽分表聚現(xiàn)象出現(xiàn)在寬行位置，可能是該寬行位置地膜破損，土面蒸發(fā)強(qiáng)烈導(dǎo)致的緣故；22 500 kg/hm2的石膏處理(圖4(f))變現(xiàn)為鹽分主要聚集在膜間0～20 cm的土層，窄行和寬行鹽分均很少；堿蓬石膏處理(圖4(g))土壤中的鹽分主要集中在0～40 cm土層，且膜間表層以及滴頭下方30 cm處是兩個(gè)高鹽區(qū)；苜蓿石膏處理(圖4(h))的鹽分在30 cm土層聚集，且寬行鹽分含量較窄行和膜間在該土層大；孜然堿蓬處理(圖4(i))在滴頭下方形成一個(gè)明顯的淋洗區(qū)，鹽分向30～40 cm土層的膜間和寬行位置遷移；對(duì)照組(圖4(j))的鹽分受灌水后淋洗影響較大，鹽分在滴頭下方被淋洗到80 cm以下，而膜間鹽分表聚現(xiàn)象較為明顯。綜上可以看出，灌后各處理鹽分在滴頭淋洗的作用下，土壤中鹽分以滴頭為中心向周圍遷移，主要在30～40 cm土層聚集，且膜間、窄行、寬行在該土層內(nèi)形成明顯的帶狀高鹽區(qū)，總體呈現(xiàn)出膜間土壤鹽分高于窄行和寬行，同時(shí)膜間土壤鹽分隨土面蒸發(fā)有一定的表聚現(xiàn)象。

圖4 各處理生育期土壤平均含鹽量沿剖面等值線圖

3.3 不同生育階段各處理土壤鹽分離子的變化情況

3.3.1 各處理Cl-含量隨生育期變化情況

Cl-化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，易隨水流動(dòng)，且溶解度大，易造成土壤溶液滲透壓升高，使植物不能吸收利用水分而導(dǎo)致植物脫水萎蔫。由各處理土壤中Cl-含量隨生育期變化情況可以看出，各處理Cl-在垂直方向上表現(xiàn)為上層土壤中含量大于下層，且在40 cm左右為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。各處理Cl-含量隨生育期變化規(guī)律不一，其中孜然處理和孜然石膏處理的Cl-含量除在表層(0～10/20 cm)有一定減小外，以下土層中Cl-含量均為增加狀態(tài)；堿蓬7 500 kg/hm2石膏、22 500 kg/hm2石膏和對(duì)照組的Cl-含量在這個(gè)土體中隨生育期均呈減小狀態(tài)；苜蓿處理Cl-含量在0～30 cm土層有一定增加，30 cm以下呈減少狀態(tài)；15 000 kg/hm2石膏和堿蓬+石膏兩個(gè)處理的Cl-含量以40 cm土層為分界，40 cm以上隨生育期減小，40 cm以下呈增大趨勢(shì)；苜蓿+石膏的Cl-含量在整個(gè)土體隨生育期在增大。

由上述分析可以看出，各處理土壤中Cl-含量隨生育期變化主要集中在0～40 cm土層，為更進(jìn)一步分析各處理Cl-含量隨生育期在該土層范圍內(nèi)變化情況，現(xiàn)將各處理Cl-含量在生育期始末的增大減小率情況列于表2。各處理Cl-含量在0～40 cm土層均有一定程度的減小，生育期始末Cl-含量減小率從大到小的順序依次為：7 500 kg/hm2石膏>堿蓬>15 000 kg/hm2石膏>堿蓬+石膏>對(duì)照>22 500 kg/hm2/石膏+孜然>石膏>孜然>苜蓿>苜蓿+石膏。

表2 各處理0～40 cm土層Cl-含量變化率

3.3.2 各處理K+/Na+隨生育期變化情況

土壤中Na+是鹽分中一種主要的有害離子，而K+是可以被作物吸收的養(yǎng)分離子，K+/Na+是指土壤中K+含量與Na+含量的比值，其值越大，說明土壤中養(yǎng)分離子K+含量相對(duì)鹽分離子Na+的含量較多，反之則較小。表3-表5分別為0～100 cm土層內(nèi)各處理K+含量、Na+含量和K+/Na+隨生育期變化率情況。由表3中可以看出，各處理K+含量隨生育期均在減少，減小率依次為堿蓬+石膏>7 500 kg/hm2石膏>對(duì)照>堿蓬。由表4中可以看出，堿蓬處理的Na+含量在生育期始末呈減小狀態(tài)，減小率為72.58%，7 500 kg/hm2石膏處理Na+含量在生育期始末保持平衡，沒有增減；堿蓬+石膏處理和對(duì)照組Na+含量隨生育期均在減小。由表5可知，處理K+/Na+隨生育期均在減小，減小率依次為堿蓬+石膏>7 500 kg/hm2石膏>對(duì)照>堿蓬，可見堿蓬處理在抑制K+/Na+增大方面表現(xiàn)最優(yōu)。

表3 0～100 cm土層內(nèi)各處理K+含量變化率

表4 0～100 cm土層內(nèi)各處理Na+含量變化率

表5 0～100 cm土層內(nèi)各處理K+/Na+含量變化率

4 結(jié) 語(yǔ)

在膜下滴灌條件下，通過大田試驗(yàn)，分析研究不同改良措施對(duì)旱區(qū)鹽堿地的改良情況，可以得到以下結(jié)論：

1) 在深度方向上，各處理土層平均含鹽量隨生育期變化主要集中在中上部60 cm以上土層，而下部土層含鹽量隨生育期變化較小，且含鹽量均較為小。在水平方向上，灌后各處理鹽分在滴頭淋洗的作用下，土壤中鹽分以滴頭為中心向周圍遷移，主要在30～40 cm土層聚集，且膜間、窄行、寬行在該土層內(nèi)形成明顯的帶狀高鹽區(qū)，總體呈現(xiàn)出膜間土壤鹽分高于窄行和寬行，同時(shí)膜間土壤鹽分隨土面蒸發(fā)有一定的表聚現(xiàn)象。

2) 各處理Cl-在垂直方向上表現(xiàn)為上層土壤中含量大于下層，且在40 cm左右為轉(zhuǎn)折點(diǎn)；各處理Cl-含量在0～40 cm土層均有一定程度的減小，生育期始末Cl-含量減小率從大到小的順序依次為：7 500 kg/hm2石膏>堿蓬>15 000 kg/hm2石膏>堿蓬+石膏>對(duì)照>22 500 kg/hm2石膏+孜然>石膏>孜然>苜蓿>苜蓿+石膏。處理K+/Na+隨生育期的減小率為：堿蓬+石膏>7 500 kg/hm2石膏>對(duì)照>堿蓬，可見堿蓬處理在抑制K+/Na+增大方面表現(xiàn)最優(yōu)。