微咸水滴灌对土壤水盐运移影响的研究

来源 :安徽农学通报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhengrs_2009
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  摘 要:目的:研究田间条件下微咸水滴灌对土壤水盐运移的影响。方法:通过在河海大学节水园区内栽培番茄小区试验,对3种滴头流量(2、3、4L/h)及2种灌溉水矿化度(2、4g/L)对微咸水点源滴灌入渗后的土壤水盐运移进行研究。结果:在纵向及水平向距离滴头5~15cm土层,土壤含水率随灌溉水矿化度及滴头流量的增大而增大;随着灌溉水矿化度的增大和土层深度增加,盐分累积量也越大;滴头流量越小,表层脱盐效果越好。结论:微咸水滴灌最好采用较小的灌溉水矿化度和滴头流量。
  关键词:滴头流量;灌溉水矿化度;土壤水盐运移
  中图分类号 S156.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2019)12-0118-4
  Abstract:Objective:To study the effects of brackishwater drip irrigation on soil water andsalt movement in field. Method:Field experiments of tomatoes were conducted to investigate the effects of dripper flow(2,3,4 L/h) and brackish water salinity(2,4 g/L) onsoil water andsalt movement after the point source infiltration ofbrackish water in Water-saving Park of Hohai University. Result:With the increase of irrigation watersalinity anddripper flow,soil water content gradually increased in the soil layer,which is 5-15cm from the emitter in both vertical and horizontal directions.Soil salt accumulation increased with the increase of brackish water salinity and soil depth. The surface soil achieve better desalination effect with lower dripper discharge rate. Conclusion:Usingless brackish water salinity and lower dripper flow is better in brackish water drip irrigation.
  Key words:Dripper flow;Brackish water salinity;Soil water and salt migrationbrackish water drip irrigation
  目前,國内外在利用微咸水灌溉方面已经进行了大量的实践,微咸水的利用可有效弥补地区降雨量少、农田灌溉水资源短缺的劣势,甚至使一些作物更高产。研究结果表明,采用滴灌方式进行微咸水灌溉比传统的地面灌溉可获得更高的产量,同时大大减少了用水量[1]。由于滴灌的淋洗作用,盐分向湿润锋附近积累,在滴头下方的土壤含盐量比较小,可为作物提供较好的生长环境[2]。但一些学者由室内试验发现,长期的微咸水滴灌、灌溉水矿化度的升高都可能导致盐分的表聚[3],这些盐分可能会随着灌溉水或降水向下移动到作物根区,从而抑制作物对水分和养分的吸收[4],影响作物的生长和产量;滴头流量的大小则直接影响土壤水分分布状况[5]。实际生产的田间,土壤孔隙还易受到外界环境条件、大孔隙发育、微生物活动等因素的干扰,水盐动向存在优先路径,这使得土壤水盐运移特征更为复杂。鉴于此,笔者采用田间试验环境,使用微咸水滴灌方式,探讨该环境不同滴头流量和不同灌水水质条件下土壤水分及盐分的运移特征,以期为在实际生产活动中合理利用微咸水资源提供依据。
  1 材料与方法
  1.1 试验区概况 试验在河海大学节水园区内进行。试验区位于北纬31°86′,东经118°60′,属亚热带湿润气候,冬冷夏热,四季分明,年平均降雨量1021.3mm,年平均蒸发量900mm,平均湿度81%。年均日照时数2212.8h,日照时数百分率约50%,试验期间最热月平均温度28.1℃。土壤类型为黄棕壤,质地为壤粘土,试验地土壤理化性质如表所示。
  1.2 试验设计 田间试验设置灌溉水矿化度、滴头流量2个因素。灌溉水设置2种代表性微咸水矿化度水平,2、4,分别代表灌溉水矿化度为2g/L的水、灌溉水矿化度为4g/L的水。设置3种滴头流量水平S、M、Q,分别代表滴头流量为2L/h、3L/h和4L/h。试验采用完全随机区组设计,共6个处理,分别为2S、2M、2Q、4S、4M、4Q,每个处理重复3次,共18个小区,试验在避雨棚内进行。根据番茄不同生育阶段,结合当地灌溉经验,制定灌溉定额为550mm。试验之前,平整土地,去掉地表面盐壳及残留的地膜等垃圾,并在移栽番茄幼苗前进行1次灌水冲洗试验地,灌水定额为50mm,目的是淋洗土壤盐分和土壤贮水,使土质更松软。所用的水源为试验区自来水,微咸水采用质量比为1∶1的NaCl和CaSO4混合自来水配制而成,配制好后将其摇匀溶解,灌入在供试植株正上方预先布置好的输液袋中进行滴灌,试验所用输液袋调节夹具有调节流速功能。供试作物为当地番茄植株,品种为“霞粉”,每个小区按3行3列进行播种,每个小区共计9株,番茄行距80cm,株距40cm。试验于2018年4月24日栽种幼苗,7月13日开始收获,直到9月都处于成熟期中。   1.3 测定项目与方法 微咸水滴灌试验分别在7月16日、8月1日、8月15日进行,此期间供试番茄处于逐渐成熟阶段,由于实际生产中若持续微咸水灌溉将导致土壤返盐,因此每2次滴灌期间使用淡水灌溉50mm以模拟实际生产中的灌溉[6,7]。每次微咸水滴灌完成后立即通过土钻在田间获取土样,土钻在沿水平方向距离滴头5、15、25cm处分别取土,每次取30cm深度的土壤,将30cm土壤平均分成3段、每段10cm,取每段中心典型部分土壤。每个取样点取200g左右土混合均匀,多余的土按原位回填钻孔。取大于1g的土样在105℃烘箱内烘8h,称重测定土壤各层含水率;利用电导仪测定土壤含盐量(土水比为1∶5的配比),使用感度为0.001kg的电子秤称量。利用Excel软件进行数据分析。
  2 结果与分析
  2.1 土壤水分分布规律
  2.1.1 土壤纵向水分分布 图1给出了不同灌水矿化度及不同滴头流量组合灌溉条件下距滴头水平距离5cm处纵向的土壤含水率分布。由图1可见,随着土层深度的增长土壤含水率呈下降趋势,6个处理25cm处土层含水率相较于5cm处土层含水率分别下降了1.50%、1.69%、3.28%、3.05%、4.11%、4.54%;随着土壤深度的增大,下降的趋势逐渐放缓,5~15cm土层内土壤含水率降幅较大,平均下降2.29%,15~25cm土层内平均下降0.74%,土壤深度越深,孔隙度减小,灌溉水入渗难度加大,水分扩散缓慢。在流量一致的条件下,5~25cm土层内流量水平为S、M、Q实验组内矿化度为4g/L,相较于2g/L灌溉处理下,土壤含水率分别上升1.15%、1.21%、0.82%,说明随着灌溉水矿化度的升高,土壤含水率增大。这可能是由于矿化度增大导致根系吸水受到胁迫,使较多的水分不能被作物根系吸收和利用,存留在土壤中,且灌溉水矿化度越大,盐分胁迫也越严重,存留在土壤中的水分也越多。在矿化度一致的条件下,5~15cm土层内土壤含水率随着滴头流量的增大而增加,这是由于滴头流量增加,同一时刻土壤湿润锋推进距离越远[8];纵向15~25cm内土层土壤含水率变化规律性较低。
  2.1.2 土壤水平向水分分布 图2给出了不同灌溉水矿化度、不同滴头流量的微咸水点源入渗试验后,水平方向上土壤含水率的变化趋势。在地表水平方向上,2S、2M、2Q、4S、4M、4Q这6个处理下距离滴头水平方向5cm处土层含水率分别为21.91%、22.41%、22.70%、23.26%、23.62%、24.35%,距离滴头水平方向25cm处土层含水率分别为19.52%、18.57%、18.42%、19.08%、21.08%、21.59%。随着取样点距离滴头距离的增加,土壤含水率皆有不同程度的下降,这是滴头水流向四周扩散的结果;由图2可以看出,土壤含水率在距滴头水平方向15cm土层处差距最大,进行方差分析,15cm土层处含水率方差为1.458,5cm、25cm土层处含水率方差分别为0.648、1.338,皆小于15cm土層处。距离滴头水平方向5~15cm的土壤含水率在滴头流量一定的条件下,随着灌溉水矿化度的增大而增加,说明矿化度高的灌溉水更有利于水分在水平方向上的扩散,这可能是由于随着灌溉水矿化度的升高,水中钠离子的浓度增大,钠离子具有分散土壤颗粒的作用,从而使水分水平扩散能力增加[9];同时,盐分离子与土壤胶体颗粒之间的物理化学反应会促进土壤结构的变化,增加土壤孔隙的比例,提高土壤导水能力。距离滴头水平方向5~15cm的土壤在灌溉水矿化度一定的条件下,随着滴头流量的增加,土壤含水率增大,滴头流量大,更易影响湿润锋的推进速度。距离滴头水平方向15~25cm的土壤含水率随灌溉水矿化度、滴头流量变化总体上延续5~15cm土壤含水率的趋势,但波动较为明显,可能是由于田间地表不平整,使得地表积水造成的土壤含水率测量误差变大[10],因而在田间试验的条件下,研究灌溉水矿化度、滴头流量对于水平方向土壤含水率与滴头距离的关系的影响规律,有待更多细致深入的试验研究。
  2.2 土壤盐分分布规律
  2.2.1 土壤纵向的土壤盐分分布 表2为番茄收获期3个时段土壤电导率及其变化量。从表2可以看出,灌溉水矿化度为4g/L的水灌溉条件下,所有处理表层土壤电导率差值均为负值、土壤呈现脱盐状态,中层和深层土壤电导率差值为正值、呈积盐状态,表层土壤脱盐效果4S>4M>4Q,中层和深层土壤积盐程度差异较小,总体呈现滴头流量越小,深层积盐量越大的趋势。滴头流量对表层土壤电导率数值影响较大,这可能是由于当灌水量一定时,湿润体的体积会随滴头流量的增大而减小,因此滴头流量为2L/h时湿润体体积较大[11]、盐分传递范围也更大,表层脱盐效果较好,3L/h效果次之,4L/h最差。灌溉水矿化度为2g/L的水灌溉条件下,2S、2M和2Q为表层脱盐,中层和深层土壤为积盐状态,表层土壤脱盐效果2S>2M>2Q,与4g/L的水灌溉条件下的变化趋势相似,滴头流量为2L/h表层脱盐效果最优,3L/h次之,4L/h最差。表2中各灌溉处理均有积盐,总体呈现土层越深积盐量越大的趋势,随着灌溉水矿化度的增大,盐分累积量也越大,这与潘延鑫等人的研究结果一致[12]。因此,若长期持续采用较高灌溉水矿化度的微咸水进行灌溉,则盐分在土壤中产生大量累积的可能性更大,从而影响农田水土环境和作物生长[13]。
  2.2.2 土壤表层水平方向盐分分布 图4显示了8月1日不同灌溉水矿化度、不同滴头流量的微咸水点源入渗试验结束后,土壤表层水平方向电导率的变化趋势,由此次试验也可反映出其余2次试验后电导率的总趋势。由图4可知,当灌溉水矿化度为2g/L时,水平方向电导率在据滴头5~25cm间总体呈稳定状态,曲线总体略有下降。当灌溉水矿化度增加为4g/L时,在距离滴头5cm以外,电导率曲线有上升趋势,且各测点处土壤电导率均明显增加,说明整个剖面土壤含盐量都比2g/L的处理大。当灌溉水矿化度为2g/L或4g/L时,滴头流量越大,土壤电导率也越大,从而土壤含盐量也越高。这可能是由于滴头流量大导致了地面积水,较多盐分随水滞留在地表土壤当中。因此在生产实际中最好避免使用大的滴头流量,以减少地表的盐分积累。   (1)土壤水分动态表明:纵向土壤深度为5~15cm土层及水平向距滴头5~15cm土层内,随灌溉水矿化度或滴头流量的增大,明显有利于土壤水分的扩散;而纵向土壤深度为15~25cm土层及水平向距滴头15~25cm土层土壤含水率与灌溉水矿化度或滴头流量的关系则趋势不明显。这可能是地表积水、盐分离子对土壤结构作用微小的结果,有待更多田间试验加以探究。此外,土壤深度为5cm、距离滴头水平方向15cm处的土层内土壤剖面的土壤含水率受灌溉水水质及滴头流量影响较大。
  (2)土壤盐分动态表明:纵向土壤积盐量随着土层变深、灌溉水矿化度增加、滴头流量变小而变大;滴头流量对表层土壤电导率的影响较中深层更大,滴头流量越小,表层脱盐效果越好。水平方向土壤电导率主要随水质变化而不同,还有待进行多种灌溉水矿化度的试验加以完善。
  参考文献
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  (责编:王慧晴)
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