郑晓辉，巴特尔·巴克*，李 宏，贾伟华，赵海珍

（1.新疆农业大学草业与环境科学学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆林业科学院，乌鲁木齐 830063）

在自然条件下，强烈的蒸发条件促使土壤的水分向上运移，并且被蒸发，而深层土壤得到浅层地下水的补充，这就导致了盐分随水分向表层土壤运移[1]。土壤的入渗特性直接影响着灌溉质量和灌溉效率，进而影响作物的生长和能源的有效利用率[2-6]。无论是哪种灌溉模式，在制定灌溉制度时，都必须将土壤的入渗特性作为一个主要的考虑因素。新疆干旱内陆河灌区，长期以来由于在农业生产中普遍采用大水漫灌的灌溉方式，造成地下水位升高。又由于独特的自然气候条件，在灌溉水的下渗和强烈的蒸发、蒸腾作用下，土壤中水盐运移活跃,加上排水系统不健全，导致农田土壤发生次生盐渍化。新疆灌区现有不同程度的次生盐渍化面积达104万hm2，约占全区灌溉面积的1/3[7]。据统计，新疆绿洲灌溉面积仅为5.87×104km2，占土地面积的3.57%，其中1/3的耕地（约400×104hm2）发生着不同程度的土壤次生盐渍[8]。盐碱土所特有的反复性和不稳定性特征预示着土壤盐渍化防治的长期性和艰巨性，土壤次生盐渍化已成为制约干旱地区灌区农业生产持续发展的关键因子[9-10]。因此，研究滴灌、沟灌和漫灌等干旱区常用的灌溉方式下水分和盐分的时间和空间运移及其耦合运移规律对干旱区盐碱地农业生产至关重要。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2009年7～8月在新疆昌吉呼图壁县国家生态园（N44°08′，E86°07′）中进行，土壤质地为粘土，地下水埋深1.5 m，0～120 cm土层平均重量含水量为20.92%，土壤总盐含量7.9685 g·kg-1，表层土壤盐分含量较高，海拔高度446 m，属呼图壁河右岸洪积冲积扇潜水溢出带与冲积平原交错带。

1.2 试验方法

1.2.1 试验小区设计与灌水方式

灌水前对试验地土壤、水分、盐分等状况进行了调查并取土化验。选同质地200 m2的地块，分成4 m×4 m的小区共9个，小区用双层加厚塑料薄膜垂直分开，薄膜垂直埋深1.8 m。试验设计滴灌、沟灌和漫灌三种灌水方式，每一种灌水方式3个小区，作为重复，其中沟灌小区沟顶高40 cm，沟宽60 cm，每个小区设3个沟，龚沟断面采用梯形断面。试验前和试验过程中小区内植物人工清楚，以免影响土壤水盐运移。

每一个试验小区灌溉量根据灌水前土壤含水量来确定，灌溉量要求0～120 cm土壤含水量达到饱和含水量。滴灌采用1个滴水点，在小区对角线交叉出（小区中心）滴水；沟灌和漫灌采用输水管灌水，试验地灌水日期为2009年8月8日。

1.2.2 取土方法

用长1.2 tm的钢制土钻取土，每隔3日取土一次，所有灌水方式取土层次为0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm、50～80 cm、80～120 cm。滴灌灌溉后按水平（按照滴灌滴水点分4个方向，按90°，每个方向在滴水点、离滴水点20、50、80、120 cm）和垂直方向取样，每次取样时按照上次取样地点，以滴水点为中心水平旋转30°取样，灌水后共取土3次；沟灌一个沟取2个沟顶、1沟底和2个沟坡五个采样点，采样点水平距离15 cm，每次取土按沟向离前次取土点水平移动50 cm取样；漫灌取1个点，在小区对角线交叉处。2009年8月2日灌水前取土，之后8月14日，8月17日和8月23日所有灌水方式均进行取土。

1.2.3 室内分析和数据处理

土壤重量含水量采用烘干法测定。土壤总盐含量使用残渣烘干法测定方法:土样自然风干，磨碎、过2 mm筛后备用，土样按1∶5比例加入蒸馏水，取20mL的滤清液放入已知质量的干燥蒸发皿中，在200℃电热板上加热至干燥，若其中蒸发皿中出现黄色，滴入30%的双氧水，氧化至黄色消失为止，后将蒸发皿放入105℃的烘箱中烘4 h，取出蒸发皿放入干燥器中，冷却至室温，使用千分之一天平称重，记录差值。

试验数据用Excel软件进行基本分析统计做图分析，等值线图数据采用采用Surfer软件（Version8.0，Golden Software Inc.）提供的kriging插值功能实现土壤含水量和总盐含量水平、垂直网格化，并用该软件绘制等值线图。

2 结果与分析

2.1 三种灌溉方式土壤含水量变化规律

2.1.1 土壤重量含水量变化

用见彩版Ⅰ（a）和彩版Ⅰ（b）分别表示灌水前后的土壤含水量的变化，其中横坐标表示水平方向滴水点（0 cm处）不同距离（cm）；纵坐标表示土壤深度，颜色的深浅表示土壤重量含水量的变化，虚线为土壤含水量相同的等值线。

灌水前土壤含水量水平方向差异不大，等值线基本呈平行（见彩版Ⅰ（a））。灌水后土壤含水量在水平方向随着离滴水点距离的增加而降低（见彩版Ⅰ（b））；垂直方向上，滴灌水的下渗范围为0～30 cm，呈现近似倒圆锥形的土壤湿润区；30～40 cm处，土壤水分含量最少，40～100 cm处，随着深度的增加，土壤水分不断的增加。

沟灌较滴灌的垂直下渗范围要小，如彩版Ⅱ所示，见彩版Ⅱ（a）和彩版Ⅱ（b）分别表示沟灌灌水前后土壤含水量的变化规律，灌水前后对比，灌水后6 d沟底（30 cm处）土壤含水量增加最明显，沟底表层呈现近似U型等曲线，深层呈现近似倒U型，沟顶含水量在同样深度下比沟底低，沟顶处水分向沟底运移。

漫灌灌水方式下，灌水前后土壤含水量垂直变化如图1。漫灌灌水后5 d土壤整层含水量均增加，其中0～20 cm表层土壤含水量增加最高，到8月16日深层含水量降低至灌溉前，到8月23日由于土壤表面蒸发，表层土壤含水量也降到了灌水前。

图1 漫灌灌水前后土壤含水量变化规律Fig.1 Water content variation before and after flood irrigation

2.1.2 三种灌溉方式水下渗作用范围对比

沟灌，滴灌和漫灌水的下渗范围有着明显的不同，存在很强的规律性，滴灌的水平方向作用范围较小，在离滴水点水平方向40 cm，垂直方向40 cm的范围内形成一个倒圆锥型的土壤湿润区，沟灌则形成一个U型的土壤湿润区（见彩版Ⅰ（b）），其作用范围在40 cm。滴灌灌水量为0.2685 m3，沟灌用灌水为0.796 m3，漫灌灌水量为0.893 m3，但在滴头正下方，沟底及漫灌在8月17日的取样点65 cm处，它们的含水量却有差异，如表1所示，滴灌灌水量＜沟灌灌水量＜漫灌灌水量，但在65 cm处，滴灌含水量＞沟灌含水量＞漫灌含水量，说明土壤水分在相同水量不同灌溉条件下，滴灌水的下渗深度均比沟灌和漫灌深。

表1 在滴灌滴头正下方、沟底及漫灌65 cm深度土壤含水量时间变化Total 1 Time variation of water content under drip irrigation,flood irrigation and furrow irrigation

2.2 三种灌溉方式土壤总盐变化规律

滴灌灌水方式下，由于滴灌的局部灌溉特点，距离滴头越近的土体，土壤盐分运动越剧烈，在有效浸润土体范围内，土壤盐分含量变化显著，水滴受重力和毛管吸力的影响，缓慢地呈近倒圆锥形向外扩散，滴头附近的土体逐渐处于脱盐过程，同时湿润土体的脱盐区范围逐渐随入渗时间延长而不断增加，表现为含盐量在湿润区中部低、边缘高，在湿润锋处形成了含盐量相对较高的积盐区。

彩版Ⅲ中（a）和彩版Ⅲ（b）表示滴灌灌水前和灌水后的6 d土壤含盐量的变化规律，其中横坐标表示距离滴水点（0 cm）的距离，纵坐标表示土壤深度。在滴灌条件下，灌水前土壤总盐水平方向差异不大（见彩版Ⅰ（a））；灌水后6 d土壤盐分在重力和毛管吸附力的作用下向土壤深处移动；另一方面在毛管力和土壤基质势的作用下向水平方向缓慢扩散，使盐分在湿润体边缘自由扩散，土壤中的盐分亦随水移动而被淋洗到浸润体外缘，起到“驱盐”的作用，从而使0～20 cm土壤形成了一个半圆锥形的低盐区（见彩版Ⅲ（b））。盐分被压倒20～30 cm土层深度，因此这个深度含盐量较高；又由于30～100 cm深度受滴灌盐分运移影响很小，加之当地地下水位在1.5 m，短时间内不会因潜水蒸发造成此深度盐分的累计，所以在此深度内含盐量相对30～50 cm深度降低了，因此20～30 cm深度是盐分最大聚集区（见彩版Ⅲ（b））。

沟灌灌水前土壤总盐含量水平方向差异小（见彩版Ⅳ（a）），灌水后6 d日表层总盐含量降低，沟底降低幅度比沟顶大（见彩版Ⅳ（b）），0～20 cm土层总盐降幅达15%。由于表层盐分随水分淋洗到了深层，灌水后深层土壤总盐含量有所增加，灌水后9 d表层土壤总盐含量有所增加，沟顶增幅比沟底大，表层土壤总盐呈近倒U型，是由于土壤表面水分蒸发，深层水分流向表层，将深层盐分带到了表层，形成返盐现象。

漫灌条件下灌水前土壤表层盐分较深层高4～5倍（见图2），灌水后随时间的推移，盐分随水分向下移动；灌溉后5 d（8月13日）10～30 cm土层土壤总盐降低近30%，而30～50 cm土壤总盐增加近5倍，是由于上层土壤洗盐压下所至；灌水后14日（8月23日）0～10 cm表层土壤总盐含量反超灌水前，30～50 cm土层土壤总盐含量也高出了灌水前，均由于表层强烈蒸发，将深层盐分带到表层。因此，在10～30 cm处形成一个积盐区，30～50 cm处盐水运移活动强烈，50～100 cm处盐分处于动态平衡状态。

图2 漫灌灌水后土壤总盐变化规律Fig.2 Salt content variation before and after flood irrigation

土壤中的盐分一般随着土壤水分的运动而迁移，滴灌处理向土壤供水是一个点源，土壤盐分在水分的携带下延滴头下渗和随入渗向四周扩散，盐分在距离滴头较远的地方聚集；而沟灌和漫灌处理，供水是一个面源，水分运动主要是均匀下渗，所以盐分呈现阶梯状分布。通过对土壤的水分的监控发现滴灌处理水分可以很容易到达30 cm土层，甚至可以下渗40～50 cm的土壤，而漫灌处理只有很少的水分下渗到20 cm以下的土壤，可以认为0～50 cm土层是滴灌处理的排盐区，而沟灌和漫灌处理的润湿区是0～30 cm。有研究表明滴灌处理土壤盐分累积在湿润区边缘，表现为湿润区中部低，边缘高[5-6]，滴灌处理在水平距滴头20 cm、纵向30 cm以内的范围，形成了脱盐区，盐分低于初盐度，而漫灌和沟灌处理只对0～20cm土壤盐分有淋洗作用。灌水结束后不再有积水下渗，此时土壤水分是在土壤势梯度和土面蒸发作用下进行再分布，盐分也将随着水分的再分布而迁移。漫灌和沟灌处理在外界大气蒸发能力的影响下，土壤盐分多呈现为向表土的积盐过程。

3 讨论与结论

a.三种灌水方式相比，灌溉后不久表层土壤含水量水平差异较大的是滴灌。滴灌滴水点下方土壤含水量最大，离滴水点越远土壤含水量越低，滴水点土壤0～10 cm土层含水量最高达0.29 g·g-1，离滴水点70 cm远处含水量已经降到0.13 g·g-1，差异达到一倍多；沟灌沟底0～10 cm表层含水量比沟顶大4%，而漫灌灌水后同一个深度土壤含水量差异小。土壤湿润层空间形态上，滴灌形成近倒圆锥型的土壤湿润区，沟灌则形成一个U型的土壤湿润区，漫灌湿润层没有水平差异。

b.灌水结束后，土壤盐分经历一个重要的再分布过程。滴灌土壤中的盐分运移完全受滴灌水的运动状态控制，灌水后滴头附近的土体逐渐处于脱盐过程，同时湿润土体的脱盐区范围逐渐随入渗时间延长而不断增加，表现为含盐量在湿润区中部低、边缘高，在湿润锋处形成了含盐量相对较高的积盐区；沟灌后起初表层土壤总盐水平差，土壤水分重新达到平衡后，由于土壤表面水分蒸发，深层水分流向表层，将深层盐分带到了表层，造成返盐现象，表层土壤总盐呈近倒U型；漫灌条件下总盐水平基本没有差异。

c.三种灌水方式，土壤盐分变化随时间的推进表现出“盐随水动”的特点。滴灌方式在比沟灌和漫灌较少水量的情况下形成土壤盐分淡化区；漫灌的压盐效果最好，滴灌形成半圆锥形的低盐区域，并在其外围形成盐壳，沟灌的沟顶部分在返盐的作用下形成积盐。因此，在盐碱地水分充足情况下，漫灌是植物抗盐栽培最好的灌水方式，但在水分短缺条件下可以采取滴灌方式，植物种在滴水点下方，不仅可以使植物得到较充足的水分，还可以节水；沟灌压盐效果间于滴灌和漫灌中间，植物可以栽培在沟底，以避免因沟顶返盐造成盐分胁迫。

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