王雅琴，劉洪光，徐萬里，孟 建，李勇軍

(1.第八師炮臺土壤改良試驗站，新疆 石河子 832066；2.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832003；3.新疆農(nóng)科院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091)

新疆地處西部干旱內(nèi)陸區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強烈，高強度蒸降比導(dǎo)致表層土壤積鹽，致使土壤次生鹽漬化[1,2]。新疆現(xiàn)有耕地面積512.33 萬hm2，鹽堿地面積約占1/3[2-4]，土壤鹽漬化和水資源匱乏成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要影響因素。為緩解土壤鹽漬化，提高水資源利用效益，膜下滴灌成為新疆農(nóng)業(yè)高效節(jié)水的主要發(fā)展模式。膜下滴灌集成了先進的灌水和栽培技術(shù)，既可以發(fā)揮覆膜栽培提高地溫，降低作物蒸發(fā)作用，又減少水分深層滲漏，達到綜合節(jié)水增產(chǎn)效果[5]。但膜下滴灌改變了土壤水鹽運移模式，影響土壤鹽分的分布[1]。相關(guān)試驗研究表明，膜下滴灌條件下，鹽分不斷向遠離滴灌帶的區(qū)域運移，水平方向逐漸向膜間裸地聚集，垂直方向逐漸向下層運移；膜下滴灌土壤水鹽在根區(qū)減少而膜間增加，40～70 cm處普遍存在積聚現(xiàn)象[2,6-10]；長期膜下滴灌情況下，前期鹽分下降速度快，后期變化緩慢，并趨于穩(wěn)定[11]。因此研究膜下滴灌條件下土壤鹽分分布特征對于實施節(jié)水灌溉和防治土壤鹽漬化具有重要意義。

本文以石河子墾區(qū)滴灌農(nóng)田為主要研究對象，選取不同的土壤類型進行定點長期觀測，分析典型鹽漬化區(qū)域長期滴灌條件下土壤剖面鹽分分布變化，探索干旱區(qū)膜下滴灌農(nóng)田土壤鹽分運移規(guī)律，為鹽堿地的綜合開發(fā)利用和農(nóng)田土壤次生鹽漬化的防治提供新的思路和技術(shù)。

1 試驗區(qū)基本情況和試驗方法

新疆第八師石河子墾區(qū)共有5個灌區(qū)，分別為下野地灌區(qū)、安集海灌區(qū)、金溝河灌區(qū)、石河子灌區(qū)和莫索灣灌區(qū)，監(jiān)測點分別在5個灌區(qū)各選1個具有代表性的團場：下野地灌區(qū)135團、121團，安集海灌區(qū)142團，金溝河灌區(qū)144團，石河子灌區(qū)145團和莫索灣灌區(qū)149團，在每個團場選黏土、壤土、沙土性農(nóng)田各一塊(具體位置見圖1)，于2008-2014年分別采取土壤樣測試土壤鹽分和養(yǎng)分含量，取樣時間為開春播種前(4月10-20日)和秋收后(9月10-20日)，建立條田土壤鹽分和養(yǎng)分信息檔案，分析長期滴灌條件下石河子墾區(qū)不同土質(zhì)農(nóng)田土壤鹽分分布特點。同時在試驗地旁打一個地下水位觀測井，每年4-9月，每月監(jiān)測一次地下水位變化。石河子灌區(qū)的灌溉水來源為井水和渠水混灌，灌溉水的礦化度均小于1 g/L，屬于淡水。

取樣田塊主要以膜下滴灌方式種植棉花，除121團6連、135團24連壤土2008年種植小麥、142團14連壤土地2011年種植蕃茄，2012-2014年142團14連壤土地和沙土地種植葡萄外，其余地塊均種植棉花。取樣點為每個地塊1個定點樣點，采樣范圍在1 m2內(nèi)，春播前定點采集各點土樣，采樣層為0～30、30～60、60～100 cm；秋后采集膜內(nèi)滴灌帶下和膜外裸露中點2個點同層混合樣，采樣層次同上。樣品風干后采用滴定法測定1∶5土水浸提液測定土壤含鹽量，重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤有機質(zhì)，堿解擴散法測定土壤水解性氮(堿解氮)，碳酸氫鈉法測定土壤中的速效磷，醋酸銨-火焰光度計法測定土壤中的速效鉀。

圖1 試驗區(qū)及監(jiān)測采樣地點分布

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽分統(tǒng)計特征

按照土壤類型對土壤含鹽量進行統(tǒng)計分析(見表1)。由表1可以看出，黏性土區(qū)的土壤含鹽量相對較高，平均含鹽量為0.273%，稍大于壤土和沙土區(qū)。黏土區(qū)各地塊多年含鹽量值均低于0.5%，由新疆鹽堿土分類標準屬于非鹽堿土。但受所處灌區(qū)的灌溉、種植等條件影響，空間上存在較大差異，位于金安灌區(qū)和石河子灌區(qū)的144-11 c、145-9 c的土壤鹽分含量較高，平均值分別達到了0.431%和0.442%，其中145-9 c在2009年達到0.985%，屬于重度鹽化土。壤土區(qū)的平均含鹽量為0.25%，最小值位于石河子灌區(qū)的145-9 L，鹽分含量為0.33%。各地塊多年平均值均低于0.5%，屬于非鹽堿土。壤土地塊中，位于金溝河灌區(qū)的144-1 L和安集海灌區(qū)的142-14 L的土壤鹽分含量較高，平均值達到了0.451%和0.304%，其中144-1 L在2009年達到0.996%，142-14 L在2008年達到1.236%，均屬于重度鹽化土；其余壤土地塊除135-24 L、144-1 L的土壤鹽分在2009年和2010年表現(xiàn)為輕度鹽堿土外，均表現(xiàn)為非鹽化土?？傮w上壤土地塊區(qū)土壤鹽分的空間差異性比黏性土區(qū)大。沙性土地塊內(nèi)的土壤平均含鹽量為0.251%，與壤土區(qū)相差不大，但最小值比壤土大23.6%。沙土區(qū)各地塊與壤土區(qū)地塊類似，其多年平均值均低于0.5%，屬于非鹽化土。位于石河子灌區(qū)的145-9 s土壤鹽分含量最高，平均值達到0.524%，其中145-9 s在2009年、2011年、2014年分別達到0.962%、0.793%、0.869%，均表現(xiàn)為重度鹽化土。從整體來看，鹽分最小值在不同質(zhì)地土壤中表現(xiàn)為黏土>沙土>壤土；最大值為壤土>黏土>沙土。

樣本變差系數(shù)Cv反映樣本值的離散程度，通常認為Cv≤10%為弱變異，10%100%為強變異。本研究中黏土剖面變差系數(shù)值都保持在10%以上，最大值為84%，均屬于中等變異。其中142團14連壤土剖面變差系數(shù)高達138%，屬于強變異性，其余壤土地塊均屬于中等變異。沙土地塊整體表現(xiàn)為中等變異的特性。由此可以推斷，土壤鹽分在深度方向上以及不同年份之間存在較強的變異性；由于灌溉方式和種植作物基本相同，可見不同質(zhì)地的土壤含鹽量的時空分布，主要受土壤質(zhì)地影響。

表1 土壤鹽分統(tǒng)計特征值(2008-2014年) %

注：121-11 c表示121團11連黏土，121-17 L表示121團17連壤土，121-6 s表示121團6連沙土。

2.2 土壤鹽分垂直分布變化

不同土質(zhì)由于其地理位置和地勢高低的不同，經(jīng)過多年滴灌后，田間剖面土壤鹽分變化情況也不同。對2008-2014年各試驗點剖面不同層位土壤鹽分含量對比分析見圖2～圖4。各試驗點地下水位變化見圖5。

由圖2～圖4可以看出，位于古爾班通古特沙漠邊緣的121團、135團和149團，分布在瑪納斯河下游，離沙漠近，土壤不同土質(zhì)含鹽量均較低。離天山北坡較近，且離沙漠較遠的144團、145團，水源比較豐富，灌溉用水量較大，各土質(zhì)含鹽量均相對較高，而142團地塊種植年限較久(1998年開始使用滴灌種植)，加之灌溉的水量較大，所以取樣點地塊鹽分含量不高。

經(jīng)多年膜下滴灌種植，所有田塊中0～100 cm土層的鹽分總體上呈下降趨勢，其中各土質(zhì)中0～30 cm的鹽分除個別年份(2009年由于干旱，整個石河子墾區(qū)灌水較少，少于往年，使大部分田塊土壤出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象)外總體上呈下降趨勢。黏土和壤土在30～60、60～100 cm的鹽分在2009年有所增加，至2014年呈下降趨勢。沙土在各土層的鹽分均呈下降趨勢，145團由于地下水埋深較深(見圖5)，土壤鹽分受灌溉和氣候影響較大，所以土壤鹽分分布規(guī)律性不明顯。不同土質(zhì)的鹽分在30～60、從不同年度土壤鹽分剖面分布圖中(圖2～圖4)可以看出，144團和145團中不論黏土、壤土或沙土，土壤含鹽量在部分年份均較大。這2個團均位于瑪河上游，144團屬于金溝河灌區(qū)，地下水位較淺，鹽分難以洗走，鹽分積累在土壤中，當農(nóng)田中灌水量(2009年)較少時土壤中鹽分上升，出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象。此外，145團田塊中，0～30 cm深度內(nèi)鹽分呈下降趨勢，而下部鹽分呈現(xiàn)先增后減趨勢，是因為30 cm以下有一黏土層，鹽分阻隔在黏土層內(nèi)，隨地下水的迅速下降，下層鹽分也會向下移動。

圖2 黏土不同年度土壤鹽分垂直分布

圖3 壤土不同年度土壤鹽分垂直分布

圖4 沙土不同年度土壤鹽分垂直分布

圖5 不同年度各采樣點地下水埋深變化

60～100 cm都有所積聚，0～30 cm土層鹽分下降較大，下降幅度為沙土>壤土>黏土。

2.3 不同質(zhì)地土壤年度間土壤鹽分變化

對不同年度不同土質(zhì)0～100 cm內(nèi)土壤鹽分值平均進行統(tǒng)計分析(見表2、圖6～圖8)。在滴灌條件下，不同質(zhì)地田塊內(nèi)0～100 cm土壤鹽分均呈下降趨勢，期間部分地塊出現(xiàn)上升、下降的波動。黏土地塊(見圖6)在2008-2009年，部分地塊如144-11、145-9和149-8鹽分含量增大，其余降低，但降幅不大，2009-2012年，總體下降趨勢明顯，至2013年又出現(xiàn)小幅的增長趨勢，隨后恢復(fù)下降趨勢。壤土地塊(見圖7)土壤含鹽量的總體下降趨勢較黏土明顯，除2008-2009年142團14連壤土地塊降幅明顯外，部分地塊上升，且幅度較大，其余年份上升幅度均較小。沙土地塊(見圖8)鹽分總體變化趨勢不明顯，但至2014年鹽分含量除121團6連、145團6連外，均低于2008年。且145團9連的鹽分含量變化呈現(xiàn)出一定的周期性，表現(xiàn)為2008-2009、2010-2011年上升，2009-2010、2011-2012年下降的趨勢。

表2 土壤鹽分分析結(jié)果(2008-2014) %

圖6 不同年度黏土0～100 cm土壤鹽分變化

圖7 不同年度壤土0～100 cm土壤鹽分變化

圖8 不同年度沙土0～100 cm土壤鹽分變化

綜上所述，不同質(zhì)地的土壤含鹽量變化不同，鹽分累積也不同，主要與不同層次土壤質(zhì)地有關(guān)。經(jīng)分析，在對作物進行膜下滴灌時，旱年由于灌水量較小蒸發(fā)量較大，土壤中鹽份會有不同程度上升。但經(jīng)過多年滴灌，3種土質(zhì)0～100 cm土層內(nèi)含鹽量大體上呈下降趨勢，具體見表2、圖6～圖8。滴灌條件下耕作層土壤鹽分大幅度下降，0～100 cm土層土壤鹽分無增加現(xiàn)象。依據(jù)新疆鹽堿土分類標準對各樣地進行統(tǒng)計分析，2008年試驗點出非鹽化土耕地占55.5%，輕鹽化土占38.9%，中鹽化土占5.6%；經(jīng)多年滴灌種植至2014年，非鹽化土已占77.7%，輕鹽化土占16.7%，中鹽化土占5.6%，滴灌條件下由于耕作層土壤鹽分大幅度下降，0～100 cm土層土壤鹽分無增加現(xiàn)象(見圖9)。

3 結(jié) 語

(1)對不同質(zhì)地土壤鹽分分析結(jié)果表明，經(jīng)多年膜下滴灌種植，0～100 cm土層總體上呈下降趨勢，0～30 cm均有所下降，靠近沙漠邊緣的121團、135團、149團整個剖面鹽分含量都較低，不同年度0～100 cm各層變化不大；靠近天山北坡、遠離沙漠的142團、144團和145團地塊30 cm以下土壤鹽分少數(shù)年份增加，大部分年份減少，0～30 cm土層鹽分下降幅度沙土>壤土>黏土。

(2)試驗區(qū)土壤鹽分在其剖面上存在較為強烈的變異特征，且其鹽分均值除少部分高于0.3%外，其余均低于0.3%，大部分屬于非鹽化土或輕鹽化土。

(3)據(jù)2008年對6個團場18塊地土壤鹽分的測定(0～100 cm)，非鹽化土耕地占55.6%，輕鹽化土占

圖9 2008年及2014年鹽漬化土分類

38.9%，中鹽化土占5.6%。經(jīng)多年滴灌種植到2014年非鹽化土已占77.8%，輕鹽化土占16.7%，中鹽化土占5.6%；滴灌條件下由于耕作層土壤鹽分大幅度下降，0～100 cm土層土壤鹽分無增加現(xiàn)象。

□

[1] 劉延鋒, 江貴榮, 徐連三, 等. 干旱區(qū)膜下滴灌棉田土壤表層鹽分日內(nèi)動態(tài)特征[J]. 地質(zhì)科技情報, 2012,31(2):84-89.

[2] 周和平, 王少麗, 姚新華, 等. 膜下滴灌土壤水鹽定向遷移分布特征及排鹽效應(yīng)研究[J]. 水利學(xué)報, 2013,44(11):1 380-1 388.

[3] 李 敏, 李 毅, 曹 偉, 等. 不同尺度網(wǎng)格下膜下滴灌土壤水鹽的空間變異性分析[J]. 水利學(xué)報, 2009,40(10):1 210-1 218.

[4] 沈 浩, 吉力力·阿不都外力. 瑪納斯河流域農(nóng)田土壤水鹽空間分布特征及影響因素[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2015,26(3):769-776.

[5] 顧烈烽. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團棉花膜下滴灌技術(shù)的形成與發(fā)展[J]. 節(jié)水灌溉, 2003,(1):27-29.

[6] Zhang H, Schroder J L, Pittman J J, et al. Soil salinity using saturated paste and 1∶1 soil to water extracts[J]. Soil Science Society of America Journal, 2005,(69):1 146-1 151.

[7] 李玉義, 柳紅東, 張風華, 等. 新疆瑪納斯河流域灌溉技術(shù)對土壤鹽漬化的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2007,12(1):22-26.

[8] Biggs T W, Jiang B B. Soil salinity and exchangeable cations in a wastewater irrigated area, India[J]. Journal of Environmental Quality, 2009,(38):1 146-1 151.

[9] 王少麗, 周和平, 瞿興業(yè), 等. 干旱區(qū)膜下滴灌定向排鹽和鹽分上移地表模式研究[J]. 水利學(xué)報, 2013,44(5):549-555.

[10] 王振華, 楊培嶺, 鄭旭榮, 等. 新疆現(xiàn)行灌溉制度下膜下滴灌棉田土壤鹽分分布變化[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報, 2014,45(8):149-159.

[11] 王振華, 楊培嶺, 鄭旭榮, 等. 典型綠洲灌區(qū)長期膜下滴灌棉田根區(qū)土壤鹽分及離子變化特征[J]. 水土保持學(xué)報, 2014,28(3):158-165.