朱 珠，虎胆·吐马尔白，朱拥军

(1.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程重点实验室，南京 210029；2.新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052；3.第八师炮台土壤改良试验站，新疆 石河子 832066)

新疆以其特有的地质及气候条件，是我国盐渍化分布最集中区域之一，高强度、大面积盐碱危害是制约新疆绿洲灌溉农业可持续发展的重要因素[1]。据统计，新疆盐碱荒地面积达2 810 亿hm2，新疆占国土面积1/6，而盐碱荒地就占全国盐碱地面积近1/3[2]。盐碱荒地合理可持续利用为新疆农业发展提供新的思路[3]。王雅琴[4]认为膜下滴灌技术对盐碱地改良效果好，出苗率增加，产量相应增加。张伟[5]以滴灌年限、不同生育阶段、不同土壤质地、不同土壤剖面方向为切入点对膜下滴灌盐分运移对比分析，认为随着生育期推后，各土层含盐量存在不同程度增加；土壤垂向盐分在0～60 cm土层积累，60～100 cm土层盐分受膜下滴灌影响较小。李文昊[6]研究了长期膜下滴灌棉田盐分分布与棉花生长规律，认为滴灌7～9 a以上，棉花根层生境良好，成活率大于82 %，产量超过 5 200 kg/hm2。J L Mora[7]认为使用毛管滴灌后，盐渍化最终逐渐减少，灌区土壤盐碱度状况定期信息可以用于建议管理实践和纠正农作措施，以提高灌溉农业的生产力和土地可持续性[8]。诸多专家学者对膜下滴灌节水、抑盐和增产方面展开了研究，但研究成果大多是依据棉花生长需水量、土壤质地及气候条件等制定灌水施肥方案，进行室内和大田试验，揭示膜下滴灌条件下水盐运移特征及对棉花生长的影响规律。由于各灌区总来水量与农业区域用水调配的影响，诸多试验结果并不能直接应用于实际生产，符合实际生产中的研究结果少见报道。本研究长期监测实际生产中开荒地连作棉田，分析盐荒地棉田在长期膜下滴灌条件下土壤剖面盐分变化及对出苗率和产量的影响。以反映实际生产中的研究成果为新疆盐碱地综合开发利用和防治农田土壤次生盐渍化提供思路，以保证形成安全的膜下滴灌土壤生态环境，提高盐荒地棉田产量。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于新疆建设兵团第八师石河子垦区，垦区属典型温带大陆性干旱荒漠气候，常年干旱少雨，蒸发强烈。选择具有代表性石河子垦区中的下野地灌区121团6连、安集海灌区142团14连以及莫索湾灌区149团9连盐荒地，监测开荒后棉花连作膜下滴灌对土壤盐分、棉花出苗率和产量的影响。121团与149团靠近沙漠边缘，142团靠近天山北坡，远离沙漠，靠近水库。各灌区地理位置[9]见图1。2008年121团6连灌区0～100 cm土层剖面初始平均含盐量2.78%，属盐土；142团14连灌区初始平均含盐量1.58%，属盐土；149团9连灌区初始平均含盐量0.63%，属重度盐化土[10]。

图1 灌区位置图Fig.1 Location map of irrigation area

1.2 测定指标和方法

每灌区确定地块定点长期监测土壤盐分。2008年开荒，棉花种植模式与耕作管理措施为当地机采棉传统措施。土壤采样范围为1 m2内，每月测定一次土壤盐分，梅花采样法采集各灌区膜内滴灌带下和膜间裸露膜外侧两个采样点，同层混合，研究土壤盐分二维动态变化，土壤剖面取土深度为 0～10、10～20、20～30、40～60、60～100 cm。土壤盐分测定采用滴定法。出苗时调查田间各处理出苗时间，在子叶完全展开时测定出苗率，出苗率为苗数与播种的种子数的百分比。根据灌区棉田取样点实际收获的平均籽棉产量折合计算单位面积籽棉产量，kg/hm2。

Origin 2020作图，SPASS20.0进行方差分析(ANOVA)和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤盐分生育期变化特征

各灌区棉花于4月中旬播种，至10月生育期结束。灌区棉花5月为苗期，6月为现蕾期，7月为花铃前期，8月为花铃后期，9月为吐絮期。分析各灌区从苗期至吐絮期在0～100 cm土壤剖面盐分均值差异性，阐述开荒后第二年棉田土壤盐分生育期内变化规律(图2)。经两年膜下滴灌，各灌区均有不同程度脱盐。土壤脱盐率为滴灌年限生育期末相同深度的平均土壤含盐量减去盐荒地初始土壤含盐量(生育期初始土壤含盐量)的差值占盐荒地初始土壤含盐量(生育期初始土壤含盐量)的百分比，负值为脱盐率，正值为积盐率[11]。

图2 各灌区土壤剖面含盐量均值生育期变化Fig.2 The mean salt content in the soil profile of each irrigated area changed during the growth period

2008年开荒121团6连灌区0～100 cm土层剖面初始平均含盐量达2.78%，经过一年棉花种植，测定2009年0～100 cm土层剖面初始平均含盐量达2.06%，脱盐率-25.9%。2009年生育期结束后，0～100 cm土层剖面平均含盐量达1.29 %，较2009年初始脱盐率-37.38%，较2008年初始脱盐率-53.6%。2008年142团14连灌区0～100 cm土层剖面初始平均含盐量达1.58%，2009年0～100 cm土层剖面初始平均含盐量达1.33%，脱盐率-15.82%。2009年生育期结束后，0～100 cm土层剖面平均含盐量达1.08%，较2009年初始脱盐率-18.8 %，较2008年初始脱盐率-31.65%。2008年149团9连灌区0～100 cm土层剖面初始平均含盐量达0.63%，2009年0～100 cm土层剖面初始平均含盐量达0.32 %，脱盐率-49.21%。2009年生育期结束后，0～100 cm土层剖面平均含盐量达0.26%，较2009年初始脱盐率-18.75%，较2008年初始脱盐率-58.73%。

由图2可知，各灌区生育期内膜外土壤含盐量显著高于膜内。121团6连灌区土壤盐分随生育期变化，膜内土壤含盐量呈降低趋势，膜外土壤含盐量没有显著差异。这是由于灌水对膜内土壤盐分具有淋洗作用，膜内土壤盐分被移动至湿润峰外，而滴灌淋洗范围有限，加之土壤蒸发使土壤盐分在膜外累积[12]。142团14连和149团9连灌区膜外土壤盐分在花铃后期和吐絮期有增加趋势，是由于吐絮期停止灌水，气温升高，土壤蒸发强烈，使土壤盐分在膜外侧积聚；142团14连膜内土壤盐分在现蕾期与花铃后期有少量增加，可能是由于棉花处于需水关键期，棉花耗水量大，增加膜内土壤含盐量；也可能由于安集海灌区水库水相对渗漏导致地下水位抬升，致使土壤盐分的分布格局变化[9]。149团9连灌区膜内土壤盐分在生育期内没有显著差异，在需水关键期有少量增加，后期灌水淋洗，土壤盐分含量降低。

2.2 土壤盐分空间变化特征

土壤盐分在土壤剖面空间分布显著影响作物根区生长与吸收水分。如图3所示，分析各灌区不同生育期土壤含盐量以滴头处为坐标原点在二维空间中的分布规律。

图3表明，膜下滴灌将盐荒地开荒第二年耕层的部分盐分迁移至膜外，以滴头为中心产生盐分淡化区，灌溉水淋洗范围主要在纵向0～60 cm土壤深度，横向40 cm左右。在棉花主根区0～40 cm范围存在驱盐和抑盐过程。各灌区在生育期内土壤剖面中盐分分层变化规律一致，0～40 cm土层土壤含盐量变化较大，属强变化层，40～60 cm土层土壤含盐量变化较小，属弱变化层，60 cm以下土层土壤含盐量变化较稳定，属稳定变化层。

图3 各灌区土壤盐分空间变化特征Fig.3 Spatial variation characteristics of soil salinity in each irrigated area

121团6连灌区在各生育期内土壤含盐量均存在表层积聚现象。土壤剖面0～30 cm为壤土，30～100 cm为沙土，生育前期30 cm土层以上含盐量较高，是由于壤土中所含黏粒与粉粒较多，入渗速度慢，盐分含量大，而砂土入渗速度快，土壤含盐量小。土壤盐分表现出含量上高下低的规律，与初始盐分含量分布一致。生育后期在棉花主根区产生相对低盐区，盐分含量在0.7 %左右，以利于棉花生长。142团14连灌区0～30 cm土层为壤土，30～60 cm土层为沙土，60～100 cm土层为壤土，与121团6连不同，土壤盐分空间分布为上低下高特征，60 cm以下处于积盐层，表征膜下滴灌淋洗深度。相同的是在棉花主根区产生盐分淡化区，盐分在膜外侧表层积聚。149团9连在整个土壤剖面土壤性质都为沙土，且其初始开荒时只为重度盐化土，土壤盐分分布特征表现为上下较均一。在地膜的阻隔作用下膜内浅层盐分随蒸散作用发生侧向上移，膜外浅层盐分在蒸散作用下直接上移至膜间地表，膜内地表部分盐分被淋洗到深层土壤，部分盐分则运移到膜外，因此在膜内地表向下形成一定深度的脱盐区[12]。

2.3 土壤含盐量、脱盐率、出苗率与产量相关关系

盐荒地在初开垦时土壤含盐量较高，如表1所示。经过两年膜下滴灌明显降低膜内土壤盐分，改善根系生长土壤环境(图3)。经过8年膜下滴灌土壤剖面平均含盐量均降低、出苗率和产量增加。表1表明，8年膜下滴灌灌溉后，121团6连0～100 cm土层土壤平均脱盐率-84.89 %；142团14连0～100 cm土层土壤平均脱盐率-34.81 %；149团9连0～100 cm土层土壤平均脱盐率-69.84 %。通过8年膜下滴灌，121团6连由盐土改良为中度盐化土，142团14连由盐土改良为强度盐化土，149团9连由强度盐化土改良为轻度盐化土。由于常年膜下滴灌在棉花根区产生盐分淡化区，盐荒地灌溉8年后出苗率与产量均增加。121团6连出苗率提高了53 %，2015年产量达到6 390 kg/hm2；142团14连出苗率提高了1.3 %，2015年产量达到5 456 kg/hm2；149团9连出苗率提高了20.2 %，2015年产量达到3 763 kg/hm2。

表1 出苗率、土壤含盐量与产量年际变化Tab.1 Annual change of seedling emergence rate, soil salt content and yield

统计分析各灌区出苗率、脱盐率、土壤含盐量与产量相关关系。表2表明产量与出苗率、脱盐率在0.01水平上正相关，与土壤含盐量在0.01水平上负相关；脱盐率与出苗率在0.05水平上正相关，与含盐量在0.01水平上负相关。综上所述，8年膜下滴灌能够降低土壤含盐量，增加脱盐率、出苗率及产量。出苗率和产量随脱盐率增加而增加，随土壤含盐量增加而降低。

3 讨 论

盐荒地棉田在长期膜下滴灌条件下，土壤盐分时空分布具有显著干旱区盐分分布特征。在棉花主根区产生盐分淡化区，但受灌水湿润范围的影响使土壤盐分不断向远离滴灌湿润体区域迁移[13]，水平方向逐渐在膜间裸地表层聚集，垂直方向累积深度与土壤初始盐分、土壤性质、灌区是否修建水库相关。

表2 出苗率、脱盐率、土壤含盐量与产量相关关系Tab.2 Correlation between the seedling emergence rate, desalination rate, soil salt content and yield

膜下滴灌8 a，3个灌区均有不同程度脱盐。与121团6连和149团9连比较，142团14连土壤剖面脱盐率较低，可能由于安集海灌区水库水相对渗漏，地下水位抬升，随着地下水向上补给并产生潜水蒸发，增加土壤剖面盐分含量[9]，降低了膜下滴灌对土壤盐分的淋洗作用。开荒第二年随生育期变化，各灌区变化规律既有相似又有不同。土壤溶液盐组成影响土壤颗粒交换复合体阳离子组成，从而影响土壤的渗透性和耕性[14]。整个土壤剖面黏粒粉粒含量较高时，盐分在水平向运动不活跃，再分布趋势相对弱，盐分总体含量较高；砂粒含量高土壤水分流动容易，土壤剖面盐分总体含量一般较低[15]。随生育期变化，土壤剖面内平均土壤盐分逐渐减小，生育前期土壤剖面盐分主要来源于表层土壤及灌溉水，生育后期出现土壤剖面盐分再分布，直至收获期，土壤剖面盐分出现自调节[12]。膜下滴灌8 a后，基本达到棉花适宜耐盐含量，出苗率提高，产量增加。本研究只针对石河子垦区盐荒地膜下滴灌长期监测，适应于当地的水文地质条件和气候条件，对于其他水文地质条件和气候的农田，还需跟踪研究，以及对本灌区的长期监测还需持续进行。土壤盐分含量高是制约各灌区农业生产的重要因素[16]。因此，还需深入研究膜下滴灌结合农业措施[17]、化学措施[18]和工程措施[19]控盐增产技术。

4 结 论

(1)开荒第二年土壤盐分时空变化呈现出典型干旱区盐分时空分布特征，在生育期内棉花根区产生盐分淡化区，盐分在膜外表层积聚。需水关键期土壤剖面盐分稍有增加，应适当增加棉花现蕾期与花铃期的灌水量。开荒第二年生育期结束，较开荒初始时，121团6连灌区0～100 cm土层剖面平均脱盐率达-53.6%。142团14连灌区平均脱盐率达-31.65%。149团9连灌区平均脱盐率达-58.73 %。经过8 a膜下滴灌，较开荒初始时，121团6连平均脱盐率达-84.89%；142团14连平均脱盐率达-34.81%；149团9连平均脱盐率达-69.84%。121团6连由盐土改良为中度盐化土，142团14连由盐土改良为强度盐化土，149团9连由强度盐化土改良为轻度盐化土。

(2)盐荒地连作棉田经过8 a膜下滴灌，降低了土壤含盐量，增加了脱盐率、出苗率及产量。121团6连出苗率提高了53 %，由2008年产量261 kg/hm2增加至2015年产量6 390 kg/hm2；142团14连出苗率提高了1.3%，由2008年产量645 kg/hm2增加至2015年产量5 456 kg/hm2；149团9连出苗率提高了20.2%，由2008年产量606 kg/hm2增加至2015年产量3 763 kg/hm2。