垄作覆膜滴灌条件下温室盐碱土壤水盐运移规律研究

陆 阳，王 乐，韩小龙，雷 筱

(宁夏水利科学研究院科研管理办公室，银川 750021)

1 试验区基本情况

1.1 试验区概况

项目区位于立岗镇兰星村五队(38°66′N，106°45′E，海拔1 105 m)，第四排水沟以西，立暖公路以北。项目区耕地面积186.67 hm2，由兰星现代农业有限公司承包流转，其中蔬菜种植区面积86.67 hm2，主要种植番茄、菜花、广东菜心等蔬菜经济作物。本试验为温室垄作膜下滴灌番茄，示范区面积20 hm2。

项目区地处温带干旱地带，蒸发强烈，干旱少雨，全年多风沙，近五年的年平均气温为8.2 ℃，年平均降水量为190 mm，年平均蒸发量1 740 mm。土壤质地多为均匀的中壤土，少数为重壤土或轻壤土，0～40 cm土层的田间持水量为22%～25%，表层土壤盐分为1.1～2.1 g/kg，属轻、中度盐渍化耕地。2017年种植前对土壤养分取样检测，0～40 cm土层，土壤容重为1.36 g/cm3，有机质含量为11.28 g/kg，全氮含量为0.768 g/kg，有效磷含量为11.45 mg/kg，速效钾含量为62.37 mg/kg，土壤肥力较高。地下水埋深常年变化范围在1.2～3 m，水位较高；地下水矿化度变化范围在0.7～1.5 g/L，水质偏微咸水。

1.2 试验设计与布置

项目区种植的作物为番茄(品种名称美盾)，灌水方式为滴灌，滴头流量2.2 L/h，起垄种植，黑色地膜覆盖，垄的形状为顶部平整的半圆柱形，垄上分两列定植，行距45 cm，株距(滴头间距)35 cm，土壤取样点为垄上两行滴灌带的中间位置处。根据种植作物的根系分布深度，结合滴灌淋洗盐分的深度，按照垄的规格布设2个试验处理：A处理(高垄)：垄高25 cm，垄底宽110 cm，垄顶宽60 cm，沟宽30 cm；B处理(低垄)：垄高15 cm，垄底宽110 cm，垄顶宽65 cm，沟宽30 cm。试验小区布置及取样位置示意图见图1。每个小区面积均为7.84 m2，种植30株，试验随机排列，重复两次，共布置小区4个。A处理和B处理的灌水量、施肥量均相同。

图1 试验小区布置及取样位置示意图

1.3 全生育周期灌水施肥情况

温棚番茄种植全生育期灌水17次，合计灌水量3 900 m3/hm2，见表1。

2 试验监测内容和方法

2.1 土壤含水量和全盐量监测

在试验小区选取固定监测点，用取土钻取垂直剖面土样，取样时间为作物种植前、灌水前后、收获后，取样深度按0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm取5层。土壤含水量采用烘干法测定，全盐量采用重量法测定[3]。

2.2 地下水位和水质动态变化监测

在试验小区田块附近埋设地下水位观测井，埋深3.5 m，管径50 mm，外包无纺布。地下水位观测时段为每年4-10月，平均每10 d观测一次，灌水前后加测，采用测绳+卷尺法测量[4]。

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表1 番茄生育期时间、灌水时间、灌水量

用地下水采样器在观测井处取水样，取样时间为春灌前、夏秋灌期间、冬灌前后。地下水pH值用pH计电位法测定，矿化度采用重量法测定[5]。

3 试验结果与分析

3.1 土壤含水量变化规律

3.1.1 番茄生育期内土壤含水量变化

由表2可知，在番茄不同生长时期，A处理和B处理垄上的土壤含水量有相同的规律：0～40 cm土层的含水量变化较大，其中20～40 cm土层的变化幅度最大，而40 cm以下土层的含水量变化较小。图2显示了试验区番茄在不同生长时期，两个试验处理的0～100 cm深度各土层土壤含水量变化情况。根据4月1日至8月4日的监测数据，可以看出：

垄上0～20 cm土层，4月1日种植后，土壤含水量增加。垄作滴灌种植的地块，整个番茄生育期的土壤含水量较稳定，A处理均值为20.26%，变化范围在18.94%～22.14%；B处理均值为20.18%，变化范围在18.77%～21.74%。说明在滴灌条件下，土壤水分含量变化幅度较小，始终能保持较好的水分状态，这样给作物提供充足水分的同时，保证上层土壤盐分处于相对较低状态，避免了土壤水分变化幅度大而造成土壤表层盐分处于脱盐和积盐循环之中[6]。土壤含水量相比，灌水后，A>B，这可能与垄的高度有关，垄顶处来自滴灌的水分运动除向下垂直入渗外，同时发生水平方向运动即向垄坡和垄沟处入渗；灌水前，B>A，是因为土壤湿度越大水分蒸发越强；7月10日灌溉结束后，在较长时间非灌溉条件下，A>B，这可能与垄的规格有关，垄顶的宽度B处理较A处理大，面积越大蒸发速率越大。

垄上20～40 cm土层，A处理均值为21.36%，变化范围在19.11%～23.85%；B处理均值为21.02%，变化范围在19.03%～23.38%。土壤含水量相比，灌溉期内A>B；灌溉结束后的短时期内A>B，经过较长时间非灌溉后B>A。表明在滴灌条件下，20～40 cm土层A处理较B处理具有更好的保水性。垄上40～100 cm土层，土壤含水量在番茄生育期内的变化幅度较小，A处理极差值在0.69%～1.73%，B处理极差值在0.86%～1.84%，土壤含水量保持稳定。

0～100 cm深度土层的均值，土壤含水量大致呈现以下规律：垄上高于垄沟；垄上处相比，A>B；垄沟处相比，B>A。灌溉期，在5月10日和6月21日，垄上土壤含水量分别出现了2个峰值，对应的A处理为22.82%和22.84%，B处理为22.55%和22.75%，灌溉对土壤水分的补给作用明显；灌水7 d和5 d后，在5月24日和6月8日，垄上土壤含水量分别出现了2个谷值，对应的A处理为21.23%和21.3%，B处理为21.16%和21.25%，表明在强烈的蒸发下，起垄覆膜滴灌种植保持了较高和较稳定的土壤水分。灌溉结束25 d后(8月4日)，两个处理的垄上和垄沟处，土壤含水量均出现了较大幅度下降，表明在夏季停止种植和灌溉后的休闲期间，银北地区气候干燥、蒸发强烈的特点较突出。

表2 试验区垄上土壤水分变化特征 %

图2 A处理和B处理土壤含水量

3.1.2 一次灌水前后土壤含水量的变化

图3显示了试验区两个处理在一次灌水前后土壤含水量变化情况。

灌水后较灌水前相比，垄上0～20 cm土层的含水量，A处理升高幅度为16.9%，B处理升高幅度为12.3%；20～40 cm土层，A处理升高幅度为23%，B处理升高幅度为22.9%。可知，垄上表层土壤含水量表现为A>B。一次灌水前后土壤含水量变化情况见表3。

图3 A、B处理垄上灌水前后土壤含水量变化

两个试验处理的垄上处土壤含水量有以下相同规律：由于滴灌灌水时间的间隔为5 d以上，属于低频灌水情况，在强烈的蒸发作用下，灌溉5 d后，0～40 cm土壤含水量下降较快。灌水后与灌水前相比，0～40 cm土壤含水量明显升高，同时，灌溉停止后，灌溉水在土壤中继续下渗，40～60 cm土层含水量有少量增加，60 cm以下土层含水量保持稳定。说明灌溉水分一部分满足番茄自身的生长需求和地表蒸发外，一部分向深层入渗，但滴灌对下层水分状况影响较小。

表3 一次灌水前后土壤含水量变化情况

3.2 土壤全盐量变化规律

3.2.1 番茄生育期内土壤全盐量变化

由表4可知，在番茄不同生长时期，A处理和B处理垄上的土壤全盐量有相同的规律：表层土壤全盐量最高，随着土层深度增加，全盐量逐渐降低；0～20 cm土层的全盐量变化幅度最大，20 cm以下土层的全盐量变化较小。图4显示了番茄在不同生长时期，两个试验处理的0～100 cm深度各土层土壤全盐量变化情况。根据4月1日至8月4日的监测数据，可以看出：

在灌溉期(4月1日至7月10日)，垄上0～40 cm土层的全盐量整体处于下降趋势，表明利用覆膜滴灌起垄种植对表层土壤有一定的脱盐效果；土壤全盐量表现为B>A，表明在灌溉期，A处理相比B处理对表层土壤盐分升高的抑制作用更明显。

垄上土壤全盐量0～40 cm土层明显大于40～100 cm土层，主要原因一是灌溉频率属于低频灌溉，同时种植番茄要求土壤含水量不能长期处于饱和状态，故在夏秋季强烈蒸发作用下，缺少水分的向下淋洗，土壤盐分会向表层拢聚[7]；二是灌溉水质偏微咸水，利用微咸水滴灌盐土，土壤表层盐分含量会有一定增加并基本稳定于一定数值[8]。

表4 试验区垄上土壤全盐量变化特征 g/kg

图4 A处理和B处理土壤全盐量对比

40～100 cm土层一方面接受来自上层淋洗下来的盐分，另一方面又对地下水位的升降反映较敏感。地下水埋深在灌溉期随季节变化逐渐升高，40～100 cm土层全盐量整体处于缓慢上升趋势。在灌溉期，40～60 cm土层在上层灌溉水分淋洗和下层地下水位上升水分蒸发的共同作用下，全盐量缓慢升高；灌溉结束后，受到单一的蒸发作用影响，水分向上运移的同时带走了一定的盐分，40～60 cm土层全盐量下降，逐渐形成脱盐区[9]。

0～100 cm深度土层的均值，土壤全盐量大致呈现以下规律：垄沟高于垄上；垄上处相比，B>A；垄沟处相比，A>B。灌溉初期，垄上处和垄沟处的土壤盐分含量接近，随着作物的生长和灌溉时间的延长，垄上的土壤全盐量整体呈下降趋势，垄沟的全盐量整体呈缓慢上升趋势。番茄生育期的后期，灌溉结束12 d后(7月22日)，地下水埋深为1.19 m，相比4月1日种植前，垄上的土壤全盐量，A处理下降了4.2%，B处理上升了3.4%，说明在地下水浅埋区的盐碱地上，利用覆膜滴灌技术起垄种植番茄，剖面土壤盐分含量相对稳定。灌水结束29 d后(8月4日)，地下水埋深1.29 m，相比4月1日，垄上的土壤全盐量，A处理升高了3.6%，B处理7.7%，表明调控土壤水分和地下水位对控制土壤盐分含量的变化起着重要的作用[10]。

3.2.2 一次灌水前后土壤全盐量的变化

图5显示了试验区两个处理一次灌水前后土壤全盐量变化情况。

图5 温棚垄上灌水前后土壤全盐量变化

灌水后较灌水前相比，垄上0～20 cm土层的全盐量，A处理降低了20.6%；B处理降低了19.9%；20～40 cm土层，A处理降低了16.6%；B处理降低了13.1%。可知，垄上表层土壤盐分含量表现为B>A，脱盐率表现为A>B。一次灌水前后土壤全盐量变化情况见表5。

两个试验处理的垄上处土壤全盐量有以下相同规律：0～40cm土层在灌溉水淋洗的作用下，全盐量出现了明显下降；40～60 cm土层在灌溉水分向下淋洗和下层水分向上蒸发共同作用下，全盐量有所上升。由于起垄的原因，伴随着水分下渗，盐分向下运移，起到了洗盐的效果，因此在一次灌水后表层土壤盐分有了明显的下降，滴灌淋洗盐分效果明显。

表5 一次灌水前后土壤全盐量变化情况

3.3 灌溉期表层土壤全盐量与浅层地下水埋深、矿化度的关系

在地下水浅埋区，地下水埋深和矿化度影响盐分在土壤溶液中的运移。地下水矿化度相同时，地下水埋深越浅，土壤积盐越严重。地下水埋深相同时，矿化度越高，土壤溶液中盐分的浓度也随之增加[11]。

灌溉期(5-7月)，试验区地下水埋深变化范围在1.19～1.26 m，在滴灌的灌溉方式下，试验区灌期地下水位保持稳定。表层土壤全盐量与地下水矿化度关系曲线见图6所示。可以看出，在起垄覆膜滴灌条件下，土壤表层全盐量随地下水矿化度的增加而增加，但二者之间的线性关系不明显。主要原因是土壤表层盐分含量更多的是受到灌水方式、灌溉水质、灌水频率、土壤初始盐分含量以及土壤类型等因素影响[12]。

图6 温棚试验区表层土壤全盐量与地下水矿化度关系曲线图

4 结 语

通过对番茄生育期内的土壤水分、盐分以及地下水埋深、矿化度的动态变化分析，得出以下结论。

(1)土壤含水量变化规律：0～40 cm土层的含水量变化较大，其中20～40 cm土层的变化幅度最大，而40 cm以下土层变化较小；1 m深度土层平均含水量，垄上高于垄沟，高垄上大于低垄上，高垄沟小于低垄沟；灌水后与灌水前相比， 0～40 cm土壤含水量大幅度升高，40～60 cm少量增加，60 cm以下保持稳定。

(2)土壤全盐量变化规律：0～20 cm土壤全盐量最高，全盐量随土层深度增加而逐渐降低；灌溉期，0～20 cm土层变化幅度较大，20 cm以下土层变化较小；1 m深度土层平均全盐量，垄沟高于垄上，高垄上小于低垄上，高垄沟大于低垄沟；灌水后与灌水前相比，0～40 cm土层全盐量下降明显；40～60 cm小幅上升。

(3)在地下水浅埋区，灌溉期内应用垄膜滴灌技术，有效调

控地下水埋深，试验区地下水位保持相对稳定，土壤表层全盐量随地下水矿化度的增加而增加，但二者之间的线性关系不明显；种植区域的土壤未出现明显积盐现象，耕作层土壤盐分含量保持在相对较低的水平。