楊玉輝，周新國，李東偉，季強(qiáng)

?農(nóng)田排水?

暗管排水對南疆高水位膜下滴灌棉田鹽分淋洗效果的影響

楊玉輝1,2，周新國1*，李東偉1，季強(qiáng)3

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.塔里木大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；3.宿遷市宿城區(qū)園藝技術(shù)推廣站，江蘇 宿遷 223800）

【】探索暗管排水對南疆鹽堿地改良效果。在南疆高水位鹽漬化棉田開展了2 a暗管排水試驗。研究了滴灌條件下暗管排水不同間距與埋深對土壤鹽分分布及脫鹽率的影響，分析了灌溉淋洗定額對土壤鹽漬化程度及暗管排水參數(shù)的響應(yīng)，探討了適宜南疆高水位鹽漬化棉田的暗管排水技術(shù)參數(shù)。南疆高水位膜下滴灌棉田無排水時，生育期內(nèi)灌水對土壤鹽分淋洗效果不明顯；暗管排水條件下，灌水后土壤鹽分淋洗脫鹽率在10%～30%之間；土壤鹽漬化程度越高，鹽分淋洗潛力越大，在暗管排水參數(shù)與灌水量一致的條件下，灌水淋洗脫鹽效果更佳；土壤淋洗效果一致的條件下，暗管排水間距增加，灌水定額增量呈倍數(shù)增長；暗管排水間距與埋深減小時，土壤淋洗脫鹽率與淋洗效果均提高。南疆高水位膜下滴灌棉田暗管排水參數(shù)建議為間距10 m、埋深0.8 m。

暗管排水；鹽分淋洗；滴灌；鹽漬土；鹽分淋洗曲線

0 引言

【研究意義】土壤鹽漬化是導(dǎo)致土壤退化并影響灌溉農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1-2]的全球問題，我國鹽堿地總面積約占全國耕地面積的6%左右，約80%鹽堿地有發(fā)展為耕地的潛力。新疆位于我國西北部，極端干旱的氣候條件使其成為我國土壤鹽堿化、次生鹽漬化的主要分布區(qū)域，而塔里木盆地綠洲區(qū)由于其獨(dú)特的內(nèi)陸盆地地形、高鹽成土母質(zhì)、淺埋地下水位，使得土壤鹽堿化、次生鹽漬化尤為嚴(yán)重，當(dāng)?shù)卦馐茺}漬害的耕地面積占總耕地面積41.21%，部分地區(qū)更是高達(dá)54.91%，63.2%低產(chǎn)農(nóng)田是由于土壤鹽漬化造成的[3]，鹽漬化危害嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展?！狙芯窟M(jìn)展】新疆膜下滴灌種植模式自20世紀(jì)90年代末期推廣應(yīng)用，至今已有20多年的歷史[4]，由于其對鹽堿地適應(yīng)性強(qiáng)并具有根區(qū)土壤脫鹽[5-6]、節(jié)水、增產(chǎn)作用[7]，目前推廣面積已突破2×106hm2[8]。長期以來，膜下滴灌在土壤水鹽運(yùn)移特征、作物生理生長特性等[9-12]方面的表現(xiàn)一直是眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。長期膜下滴灌，會出現(xiàn)土壤鹽分積累，年均積鹽約0.36 g/kg[13]，長此以往，勢必加劇本就鹽漬化嚴(yán)重的土壤耕作環(huán)境[14-17]，造成作物產(chǎn)量降低[18-19]、土壤可耕性衰退[20]等。土壤中過多的鹽分積累對作物種子萌發(fā)[21]和苗期生長[22-23]造成嚴(yán)重的影響，迫使農(nóng)戶采取非生育期漫灌壓鹽的方式進(jìn)行鹽分淋洗以確保棉花膜下滴灌種植可持續(xù)發(fā)展[24-26]，以達(dá)到保證土壤持續(xù)耕作能力的目的；但此類手段并未將鹽分從土壤中有效排出，在不適當(dāng)?shù)墓喔裙芾硐?，仍存在次生鹽漬化的風(fēng)險[27]。暗管能夠?qū)⑼寥蓝嘤嗨峙懦觯瑥亩档屯寥篮}量[28]，因此被眾多學(xué)者認(rèn)為是鹽堿地改良的根本措施。【切入點(diǎn)】關(guān)于暗管排水對土壤水鹽環(huán)境、作物產(chǎn)量的影響規(guī)律等熱點(diǎn)問題，眾多學(xué)者已經(jīng)做出深入的研究[29-30]，并總結(jié)出不同情景下經(jīng)濟(jì)、高產(chǎn)的暗管排水布局參數(shù)[31-33]，但對于滴灌條件下，高地溫、強(qiáng)蒸發(fā)且暗管埋設(shè)于飽和帶的鹽漬化棉田土壤鹽分淋洗狀況研究鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】基于目前已取得的研究成果，在南疆多年膜下滴灌高水位鹽漬化棉田開展了2 a的暗管排水改良試驗，研究滴灌條件下暗管排水不同布設(shè)參數(shù)對土壤鹽分分布及脫鹽率的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗田位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師十六團(tuán)五連（80°50′50′′E，40°26′34′′N），北鄰阿克蘇河，東鄰勝利水庫，西鄰上游水庫，為多年膜下滴灌棉田，如圖1所示。該地區(qū)海拔高度1 025 m，年均降水量40.1～82.5 mm，年均蒸發(fā)量1 976.6～2 558.9 mm，生育期平均氣溫22.3 ℃、平均日照時間8.3 h/d，屬于典型極端干旱氣候區(qū)。試驗區(qū)地下水埋深0.6～1.0 m，淺層地下水礦化度一般大于5.0 g/L。

圖1 試驗田地理位置

試驗田0～60 cm土壤以沙質(zhì)壤土為主，60～100 cm土壤以壤質(zhì)沙土為主，透水性較強(qiáng)，土壤物理指標(biāo)見如表1所示。

1.2 暗管試驗設(shè)計

試驗選取暗管間距、埋深作為試驗變量，設(shè)置了3個間距（10、20、30 m）、2個埋深（0.8、1.1 m），并設(shè)置無排水設(shè)施的棉田作為對照（CK），試驗共計7個處理。2018、2019年冬春灌水量均為2 250 m3/hm2。

表1 試驗田土壤物理指標(biāo)

注 表中含水率均為體積含水率。

表2 試驗方案

2017年棉花籽棉收獲后，在試驗田進(jìn)行暗管排水工程施工。暗管采用D110（管內(nèi)徑110 mm）PVC波紋聚氯乙烯管，波紋管表面打孔，開孔面積>250 cm2/m2，外包2層無紡布，波紋管末端均連接至集水管，集水管管徑為200 mm，采用小型挖掘機(jī)按設(shè)計深度開挖管溝，溝底寬30 cm，底部鋪設(shè)裹料、濾料，鋪設(shè)帶有無紡布的暗管，二側(cè)與頂部填濾料，回填埋管，除緊靠裹濾料20～30 cm土料不需夯實外，其他均要分層夯實。吸水管設(shè)計坡降比2‰，集水管設(shè)計坡降比3‰，集水管伸入蓄水池，蓄水池利用小型泵站按照“有水即排”的原則排水。

圖2 暗管布置

1.3 田間農(nóng)藝管理

滴灌帶布設(shè)方式為1膜2帶6行，行距為11+66+11+66+11 cm的寬、窄行配置，平均株距為11 cm；滴灌鋪設(shè)在膜下寬行中間，種植模式及土樣采集點(diǎn)如圖3所示。

采用新疆天業(yè)塑化集團(tuán)生產(chǎn)的迷宮式薄壁滴灌帶。因年內(nèi)平均含水率均大于70%的田間持水率，所以棉田灌溉制度以苗期不灌水，蕾期灌水1次和花鈴期灌水2次的實施方案，棉花生育階段起止日期如表3所示。灌溉水礦化度1.0 g/L，每個小區(qū)的支管上均安裝水表和球閥以測量和控制灌水量，灌水時間與定額如表4所示。

圖3 棉花種植模式

表3 2018—2019年各生育階段起止日期

表4 灌水時間與定額

1.4 試驗數(shù)據(jù)采集

采用Guelph1800K入滲儀測量土壤滲透性；采用環(huán)刀取原狀土測定土壤體積質(zhì)量，并結(jié)合室內(nèi)測定法測定土壤飽和含水率與田間持水率。

每次灌水前后分別采集土樣測定含鹽量，土樣采集點(diǎn)及測定方法同上，灌水前后取土日期如表5所示。

表5 灌水前后采集土樣日期

土樣采集點(diǎn)位于暗管間1/2W（W為暗管間距，圖2）的膜剖面處（圖3），分層取0～2（地表）、2～10、10～20、20～40、40～60 cm土樣，共計5層，用以測定土壤電導(dǎo)率。土樣烘干后粉碎過1 mm篩，配制水土比5∶1的浸提液，利用電導(dǎo)率儀（DDSJ-308A）測定浸提液電導(dǎo)率。用干燥殘渣法標(biāo)定出土壤含鹽量與電導(dǎo)率關(guān)系，標(biāo)定結(jié)果如圖4及式（1）所示。

0.004 40.543 8， （1）

式中：為土壤含鹽量（g/kg）；為電導(dǎo)率（μS/cm）；0.543 8為常數(shù)項。

根據(jù)灌水前后土壤含鹽量，計算土壤淋洗脫鹽率，計算式為：

式中：為灌水前后土壤脫鹽率（%）；1為灌水前土壤含鹽量（g/kg）；2為灌水后土壤含鹽量（g/kg）。

鹽分淋洗曲線是利用灌水前后土壤含鹽量與灌溉淋洗定額所構(gòu)建的擬合方程，能反映灌水淋洗效果與土壤脫鹽規(guī)律[34]。鹽分淋洗曲線方程為：

式中：0為灌水前計算土層土壤含鹽量（g/kg）；C為灌水后計算土層土壤含鹽量（g/kg）；e為灌水淋洗平衡土壤含鹽量（g/kg）；w為灌溉淋洗定額（cm）；s為計算土層深度（cm）；、為擬合參數(shù)。

1.5 氣象數(shù)據(jù)

2018—2019年降雨量數(shù)據(jù)采自十四團(tuán)氣象站（81°31′29″E，40°35′03″N），2018年6、7、8月降雨量分別為38.61、16.06、34.10 mm，2019年6、7、8月降雨量分別為19.77、2.74、6.65 mm。

1.6 統(tǒng)計分析

使用Excel 2010、Origin 2017、AutoCAD2014繪制文中圖表；利用SPSS 23.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析；采用單因素方差分析（ANOVA）方法分析土壤鹽分淋洗脫鹽率顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 暗管排水對土壤鹽分分布的影響

生育期內(nèi)共灌水6次，膜下滴灌-暗管排水模式下土壤含鹽量如圖5所示。2018年蕾期灌水前，含鹽量分布表現(xiàn)為：W30D0.8處理＞W(wǎng)20D0.8處理＞CK＞W(wǎng)30D1.1處理＞W(wǎng)20D1.1處理＞W(wǎng)10D1.1處理＞W(wǎng)10D0.8處理，每次灌水后含鹽量均明顯降低；灌水結(jié)束后，強(qiáng)烈的蒸散發(fā)使水分?jǐn)y帶鹽分上移至觀測土層，使土壤含鹽量升高，所以呈“波浪式”變化規(guī)律。

CK含鹽量灌水后有所下降，但年內(nèi)仍呈階梯式上升；2018年W20D0.8、W30D0.8處理土壤含鹽量變化幅度較大，分別介于2.74～4.75、3.73～5.57 g/kg之間，W20D0.8處理含鹽量逐次灌水呈下降趨勢，W10 D0.8、W10D1.1、W20D1.1、W30D1.1處理波動較小，分別介于1.46～2.35、2.03～2.83、2.48～3.49、2.85～3.93 g/kg范圍之間；2019年W10D0.8、W20D0.8、W30D0.8、W10D1.1、W20D1.1、W30D1.1處理分別在1.45～2.08、2.70～3.60、2.79～3.84、2.22～2.84、2.96～3.72、3.34～4.38 g/kg范圍內(nèi)波動，且W30D0.8、W30D1.1處理含鹽量呈上升趨勢，2019年盛鈴期灌水后含鹽量呈CK＞W(wǎng)30D1.1處理＞W(wǎng)30D0.8處理＞W(wǎng)20D1.1處理＞W(wǎng)20D0.8處理＞W(wǎng)10D1.1處理＞W(wǎng)10D0.8處理的分布規(guī)律。觀察2019年各處理鹽分波動范圍可以發(fā)現(xiàn)，隨著暗管間距的減小，鹽分變化的范圍值、范圍域均在減小，表明暗管間距減小時，土壤含鹽量降低，且在較小范圍內(nèi)波動。

2018年蕾期灌水前W20D0.8、W30D0.8處理土壤含鹽量均處于較高水平，W30D0.8處理通過3次灌水，土壤含鹽量波動范圍大，但總量并未降低，說明淋洗后并未將鹽分及時排出，僅淋洗至深層土壤，待灌水結(jié)束后隨水分蒸發(fā)運(yùn)移至0～60 cm土層；W20D0.8通過3次灌水，土壤含鹽量呈明顯下降趨勢，2019年3次灌水后含鹽量并未明顯下降，說明在有效排水間距下，土壤鹽漬化程度越高，暗管排鹽能力越佳。

圖5 灌水前后土壤含鹽量

2.2 土壤淋洗脫鹽率分析

土壤淋洗脫鹽率如表6所示，由于滴灌灌水量小，使得每次灌水脫鹽率較小。無排水時土壤淋洗脫鹽率較低，說明滴灌對于CK土壤鹽分淋洗效果不明顯。暗管排水條件下，2018年蕾期灌水淋洗脫鹽率較高，洗鹽效果較好；與2018年相比，2019年脫鹽率整體下降，脫鹽效果明顯降低。

表6 土壤淋洗脫鹽率

對2019年各時期土壤脫鹽率進(jìn)行顯著性檢驗，結(jié)果如表7所示，在同一主集條件下，子集第一列與第二列相互比較。

由表7可知，W10D0.8、W20D0.8、W30D0.8、W10D1.1處理與CK淋洗脫鹽率差異顯著且均值差為正值，說明暗管排水淋洗脫鹽率顯著優(yōu)于CK。主集為暗管埋深時，10 m間距與20、30 m間距淋洗脫鹽率差異均達(dá)到顯著水平且均值差為正值，說明間距10 m淋洗脫鹽效果顯著優(yōu)于20、30 m；間距20 m與30 m，淋洗脫鹽率均值差為正值，但未達(dá)到顯著水平。主集為間距時，在10、20 m間距條件下，埋深0.8 m淋洗脫鹽率顯著優(yōu)于1.1 m，間距30 m時，埋深間的淋洗脫鹽率差異不顯著。綜上所述，暗管排水條件下，土壤淋洗脫鹽率隨間距與埋深的減小而增加。

表7 灌水淋洗脫鹽率顯著性分析

注 *表示均值差顯著性水平為0.05；**表示均值差顯著性水平為0.01。

對2019年各時期土壤脫鹽率進(jìn)行回歸分析，結(jié)果如式（4）所示，1為間距變量（顯著性為0.001），2為埋深變量（顯著性為0.007）。

標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)為自變量與因變量同時進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后所得到的回歸系數(shù)，亦可用于比較不同自變量對因變量的作用大小。由式（4）可知，暗管間距（1）與埋深（2）標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)分別為-0.648、-0.480，說明暗管間距與埋深減小時，土壤淋洗脫鹽率升高；常量為39.50，說明理論上最高的土壤淋洗脫鹽率可達(dá)39.50%，但研究土體為0～60 cm土層，因此，分析結(jié)果僅適用于暗管埋深大于0.6 m的情況。間距（1）標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)顯著水平高于埋深（2），說明暗管間距對淋洗脫鹽率的影響相比埋深更明顯。擬合優(yōu)度（決定系數(shù)2）為0.803，說明灌水淋洗脫鹽率回歸方程的可信度較高。

=-0.6481-0.4802+39.500（2=0.803），（4）

式中：1為暗管間距（m）；2為暗管埋深（m）；39.50為常數(shù)量。

2.3 土壤鹽分淋洗曲線

根據(jù)試驗設(shè)計，選取4個計算土層深度（s），分別為0～10、0～20、0～40、0～60 cm；灌溉淋洗定額（w）與蕾期、盛花期、盛鈴期灌水定額一致，分別為3.75、4.5、4.5 cm；灌水淋洗平衡土壤含鹽量（e）一般指灌溉淋洗結(jié)束后0～2 cm土層土壤含鹽量，取表層土壤飽和含水率（32.11%）與灌溉水礦化度（1.00 g/L）的乘積。擬合參數(shù)匯總及土壤鹽分淋洗曲線如圖6所示。

各處理鹽分淋洗曲線決定系數(shù)2均大于0.90，表明各處理灌水前后含鹽量能夠較好地利用鹽分淋洗曲線擬合。2018年，暗管埋深為0.8 m（D0.8）時，擬合參數(shù)呈W30處理＞W(wǎng)10處理＞W(wǎng)20處理分布，說明暗管間距20 m時，土壤淋洗效果最佳；其余處理的鹽分淋洗曲線擬合參數(shù)呈W30處理＞W(wǎng)20處理＞W(wǎng)10處理分布，說明暗管間距越小，灌水淋洗效果越佳；相同暗管間距下，擬合參數(shù)均呈D0.8＞D1.1，說明暗管埋深越小，灌水淋洗效果越佳。

圖6 土壤鹽分淋洗曲線

根據(jù)各處理鹽分淋洗曲線擬合方程，通過設(shè)定不同灌水淋洗情景（淋洗前鹽分0分別為5.0 g/kg和3.0 g/kg，淋洗后鹽分C分別為2.0、1.5 g/kg和1.0 g/kg），計算0～60 cm土層由淋洗前鹽分0到達(dá)淋洗后鹽分所需的理論灌水定額（cm），計算結(jié)果如表8所示。2018年暗管埋深0.8 m時，間距10、20、30 m灌水淋洗定額呈W30處理＞W(wǎng)10處理＞W(wǎng)20處理，相同模擬情景下，2019年灌水淋洗定額多于2018年，這與淋洗曲線規(guī)律相似；說明相同淋洗前鹽分0與淋洗后鹽分C條件下，灌水淋洗定額隨暗管間距和埋深的減小而降低。

觀察分析2019年數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)：

1）淋洗前土壤含鹽量0相同時，淋洗后土壤含鹽量C差值與灌水定額差值不成比例。例如將暗管埋深為0.8 m、間距為10 m、淋洗前土壤含鹽量3.0 g/kg，分別淋洗至土壤含鹽量為2.0 g/kg與1.0 g/kg時，灌溉淋洗定額分別為5.31、16.78 cm，因此可計算出，土壤含鹽量由3.0 g/kg淋洗至2.0 g/kg與2.0 g/kg淋洗至1.0 g/kg，淋洗定額分別為5.31、11.47 cm；同樣從土體中淋洗出1.0 g/kg的鹽分，2種情景間淋洗定額相差2.16倍，即單位體積灌水淋洗效率下降，說明土壤含鹽量越小時，灌水淋洗效率越低。

2）淋洗后土壤含鹽量C相同時，淋洗前土壤含鹽量0與淋洗后鹽分C差值與灌水淋洗定額差值不成比例。例如暗管埋深為1.1 m、間距為10 m時，淋洗后土壤含鹽量2.0 g/kg與淋洗前含鹽量5.0 g/kg間的差值為3.0 g/kg，灌水淋洗定額為13.32 cm；淋洗后含鹽量2.0 g/kg與淋洗前含鹽量3.0 g/kg間的差值為1.0 g/kg，灌水淋洗定額為6.29 cm。單位體積土體鹽分淋洗量由1.0 g/kg上升至3.0 g/kg，理論上灌水淋洗定額應(yīng)增加3倍，即18.87 cm，而計算結(jié)果為13.32 cm，遠(yuǎn)小于理論值，說明含鹽量較高的土壤，灌水淋洗效率更高。

表8 0～60 cm土層鹽分淋洗理論灌水定額

3）相同淋洗前土壤含鹽量0、淋洗后土壤含鹽量時，暗管間距差值與灌水淋洗定額差值不成比例。例如暗管埋深0.8 m、淋洗前土壤含鹽量5.0 g/kg、淋洗后土壤含鹽量1.0 g/kg時，暗管間距由10 m升高至20 m，灌水淋洗定額增加5.24 cm，由20 m升高至30 m，灌水淋洗定額增加25.52 cm；暗管間距差值均為10 m且淋洗效果相同，2種情景灌水淋洗定額差值呈4.87倍的關(guān)系，說明相同淋洗效果時，暗管間距增加，灌水定額增量呈倍數(shù)增長。

綜上所述，暗管對于淋洗含鹽量較高的土壤，淋洗效率會更高；相同淋洗效果時，暗管間距增加，灌水定額增量呈倍數(shù)增長。

3 討論

暗管主要通過降低地下水位或從土壤剖面中去除多余的水分，從而降低土壤含鹽量[35]，所以暗管排水條件下土壤含鹽量顯著低于無排水時。暗管間距與埋深是影響土壤含鹽量與淋洗脫鹽率的重要因子。本文研究結(jié)果表明，暗管間距與埋深減小時，土壤含鹽量降低，鹽分淋洗脫鹽率、灌水淋洗效果升高，且差異顯著；無排水時，灌水對土壤淋洗效果不明顯，且年內(nèi)與年際間發(fā)生積鹽。這與王振華等[36]研究結(jié)果相似。

石培君等[37]通過室內(nèi)模擬研究發(fā)現(xiàn)，暗管排水結(jié)合滴灌條件下，灌水對于0～80 cm土壤鹽分淋洗脫鹽率為80.5%；本研究表明，暗管排水條件下，滴灌對于0～60 cm土體鹽分具有一定的淋洗作用，但受地下水位埋深淺、土壤含水率高等試驗環(huán)境因素的影響，土壤淋洗脫鹽率在10%～30%之間。

在暗管排水參數(shù)一致的條件下，土壤含鹽量越高，淋洗脫鹽潛力越大，單位體積灌水的淋洗效率也會越高；由土壤淋洗脫鹽率數(shù)值分析可知，相同的灌溉條件下，2019年土壤淋洗脫鹽率較2018年有所下降，一方面是由于2018年6—8月降雨量大于2019年6—8月降雨量，另一方面是由于鹽漬化棉田經(jīng)2018年灌溉淋洗，土壤含鹽量減少、淋洗脫鹽潛力下降。綜上所述，在暗管排水參數(shù)與灌水量一致的條件下，土壤鹽漬化程度越高，灌水淋洗脫鹽潛力越大，淋洗脫鹽率也會越高。

鹽分淋洗曲線是以土壤淋洗前后鹽分變化與淋洗用水量為變量構(gòu)建的方程，能較好地反映土壤淋洗脫鹽規(guī)律和淋洗效果[38]。張金龍等[39]通過鋪設(shè)暗管結(jié)合漫灌淋洗，并分析鹽分淋洗曲線，試驗結(jié)果表明，淋洗曲線方程能夠很好地擬合土壤淋洗脫鹽特征；暗管間距減小時，土壤淋洗脫鹽效果增加。本文通過構(gòu)建淋洗曲線方程，對比不同處理擬合參數(shù)分布，得出相似結(jié)果。

4 結(jié)論

1）南疆高水位膜下滴灌棉田暗管排水條件下，灌水對土壤鹽分具有一定的淋洗作用，土壤淋洗脫鹽率在10%～30%之間。

2）土壤淋洗效果一致的條件下，暗管排水間距增加，灌水定額增量呈倍數(shù)增長。

3）南疆高水位膜下滴灌棉田暗管排水參數(shù)建議為間距10 m、埋深0.8 m。

[1] 馮保清, 崔靜, 吳迪, 等. 淺談西北灌區(qū)耕地鹽堿化成因及對策[J]. 中國水利, 2019(9): 43-46.

FENG Baoqing, CUI Jing, WU Di, et al. Preliminary studies on causes of salinization and alkalinization in irrigation districts of northwest China and countermeasures[J]. China Water Resources, 2019(9): 43-46.

[2] JELTE ROZEMA, TIMOTHY FLOWERS. Crops for a Salinized World[J]. Science, 2008, 322(5907): 1 478-1 480.

[3] 姚寶林. 南疆免冬春灌棉田土壤水熱鹽時空遷移規(guī)律與調(diào)控研究[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué), 2017.

YAO Baolin. Study on rules and rugulation of soil water-heat-salt spatiotemporal transfer under no winter and spring irrigation cotton field in southern Xinjiang[D]. Beijing: China Agricultural University, 2017.

[4] SUN S M, YANG P L, AN Q X, et al. Investigation into surface and subsurface drip irrigation for jujube trees grown in saline soil under extremely arid climate[J]. European Journal of Horticultural Science, 2016, 81(3): 165-174.

[5] 龔江, 趙竹青, 謝海霞, 等. 膜下滴灌棉田土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律研究[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2014, 33(2): 73-76.

GONG Jiang, ZHAO Zhuqing, XIE Haixia, et al. Water and salt transport of cotton field under film drip irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2014, 33(2): 73-76.

[6] 馬軍勇, 周建偉, 何帥, 等. 膜下滴灌灌水周期對鹽漬化土壤水鹽運(yùn)移影響研究[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2013, 32(4): 44-47.

MA Junyong, ZHOU Jianwei, HE Shuai, et al. Influence of irrigation frequency of drip irrigation under mulch on soil water-salt transport of salinization soil[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2013, 32(4): 44-47.

[7] 徐飛鵬, 李云開, 任樹梅. 新疆棉花膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展的思考[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2003, 19(1): 25-27.

XU Feipeng, LI Yunkai, REN Shumei. Investigation and discussion of drip irrigation under mulch in Xinjiang Uygur Autonomous Region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2003, 19(1): 25-27.

[8] 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(jī)械學(xué)報, 2014, 45(8): 149-159.

WANG Zhenhua, YANG Peiling, ZHENG Xurong, et al. Soil salt dynamics in cotton fields with mulched drip irrigation under the existing irrigation system in Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(8): 149-159.

[9] GUAN Z L, JIA Z F, ZHAO Z Q, et al. Dynamics and distribution of soil salinity under long-term mulched drip irrigation in an arid area of northwestern China[J]. Water, 2019, 11(6): 1 225.

[10] LIU M X, YANG J S, LI X M, et al. Effects of irrigation water quality and drip tape arrangement on soil salinity, soil moisture distribution, and cotton yield (gossypium hirsutum L.) under mulched drip irrigation in Xinjiang, China[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2012, 11(3): 502-511.

[11] LI M, DU Y J, ZHANG F C, et al. Simulation of cotton growth and soil water content under film-mulched drip irrigation using modified CSM-CROPGRO-cotton model[J]. Agricultural Water Management, 2019, 218: 124-138.

[12] WANG X P, WANG H B, SI Z Y, et al. Modelling responses of cotton growth and yield to pre-planting soil moisture with the CROPGRO-Cotton model for a mulched drip irrigation system in the Tarim Basin[J]. Agricultural Water Management, 2020, 241: 106 378.

[13] 劉洪亮, 褚貴新, 趙風(fēng)梅, 等. 北疆棉區(qū)長期膜下滴灌棉田土壤鹽分時空變化與次生鹽漬化趨勢分析[J]. 中國土壤與肥料, 2010(4): 12-17.

LIU Hongliang, CHU Guixin, ZHAO Fengmei, et al. Study on the variation and trend analysis of soil secondary salinization of cotton field under long-term drip irrigation condition in northern Xinjiang[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2010(4): 12-17.

[14] 李冬冬, 王海江, 呂新. 膜下滴灌不同鹽度土壤棉田水鹽運(yùn)移規(guī)律研究[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2012, 31(4): 108-110, 135.

LI Dongdong, WANG Haijiang, LYU Xin. Water and salt dynamic in the soil with different salt contents under film mulched drip irrigation in cotton field[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2012, 31(4): 108-110, 135.

[15] 弋鵬飛, 虎膽·吐馬爾白, 吳爭光, 等. 棉田膜下滴灌年限對土壤鹽分累積的影響研究[J]. 水土保持研究, 2010, 17(5): 118-122.

YI Pengfei, HUDAN·Tumaerbai, WU Zhengguang, et al. Research on soil salt accumulation influence by the years of covered cotton under drip irrigation[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2010, 17(5): 118-122.

[16] 牟洪臣, 虎膽·吐馬爾白, 蘇里坦, 等. 干旱地區(qū)棉田膜下滴灌鹽分運(yùn)移規(guī)律[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2011, 27(7): 18-22.

MU Hongchen, HUDAN·Tumaerbai, SU Litan, et al. Salt transfer law for cotton field with drip irrigation under mulchin arid region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2011, 27(7): 18-22.

[17] 馬軍勇, 周建偉, 何帥, 等. 膜下滴灌灌水周期對鹽漬化土壤水鹽運(yùn)移影響研究[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2013, 32(4): 44-47.

MA Junyong, ZHOU Jianwei, HE Shuai, et al. Influence of irrigation frequency of drip irrigation under mulch on soil water-salt transport of salinization soil[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2013, 32(4): 44-47.

[18] 王偉, 傅臣家, 李光永, 等. 土壤鹽分與灌溉水質(zhì)對滴灌棉花出苗率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2011, 30(1): 20-23.

WANG Wei, FU Chenjia, LI Guangyong, et al. Impacts of water quality and initial soil salt content on seedling emergence of cotton under drip irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2011, 30(1): 20-23.

[19] 朱延凱, 王振華, 李文昊. 不同鹽脅迫對滴灌棉花生理生長及產(chǎn)量的影響[J]. 水土保持學(xué)報, 2018, 32(2): 298-305.

ZHU Yankai, WANG Zhenhua, LI Wenhao. Effects of different salt stress on physiological growth and yield of cotton under drip irrigation[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2018, 32(2): 298-305.

[20] SINGH A. Soil salinization and waterlogging: A threat to environment and agricultural sustainability[J]. Ecological Indicators, 2015, 57: 128-130.

[21] 何麗丹, 劉廣明, 楊勁松, 等. NaCl脅迫對梭梭種子萌發(fā)與幼苗生長的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2012, 31(5): 69-72.

HE Lidan, LIU Guangming, YANG Jinsong, et al. Effect of NaCl stress on seed germination and seedling growth of haloxylon ammodendron[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2012, 31(5): 69-72.

[22] MUNIS M F H, TU L L, ZIAF K, et al. Critical osmotic, ionic and physiological indicators of salinity tolerance in cotton (Gossypium hirsutum L.) for cultivar selection[J]. Pakistan Journal of Botany, 2010, 42(3): 1 685-1 694.

[23] AHMAD S, KHAN N U I, IQBA M Z, et al. Salt tolerance of cotton (gossypium hirsutum L.)[J]. Asian Journal of Plant Sciences, 2002, 1(6): 715-719.

[24] 王興鵬. 冬春灌對南疆土壤水鹽動態(tài)和棉花生長的影響研究[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2018.

WANG Xingpeng. Effects of winter-spring irrigation on soil water-salt dynamics and cotton growth[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2018.

[25] 楊玉輝, 李朝陽, 王興鵬. 南疆鹽漬化土壤排鹽系數(shù)及淋洗定額確定[J]. 中國農(nóng)村水利水電, 2017(4): 55-57, 66.

YANG Yuhui, LI Zhaoyang, WANG Xingpeng. Determination of salt discharge coefficient and leaching quota of salinized soil in south of Xinjiang[J]. China Rural Water and Hydropower, 2017(4): 55-57, 66.

[26] ZAHEDIFAR M, MOOSAVI A A. Assessing cadmium availability of contaminated saline-sodic soils as influenced by biochar using the adsorption isotherm models[J]. Archives of Agronomy and Soil Science, 2020, 66(12): 1 735-1 752.

[27] WANG Z H, HENG T, LI W H, et al. Effects of subsurface pipe drainage on soil salinity in saline-sodic soil under mulched drip irrigation[J]. Irrigation and Drainage, 2020, 69(1): 95-106.

[28] 孟鳳軒, 迪力夏提, 羅新湖, 等. 新墾鹽漬化農(nóng)田暗管排水技術(shù)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2011, 30(1): 106-109.

MENG Fengxuan, DILIXITI, LUO Xinhu, et al. Experiment research of the subsurface pipe drainage technology in the new exploited salinification farmland[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2011, 30(1): 106-109.

[29] SINGH R, HELMERS M J, QI Z M. Calibration and validation of DRAINMOD to design subsurface drainage systems for Iowa's tile landscapes[J]. Agricultural Water Management, 2006, 85(3): 221-232.

[30] 陳陽, 張展羽, 馮根祥, 等. 濱海鹽堿地暗管排水除鹽效果試驗研究[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2014, 33(3): 38-41.

CHEN Yang, ZHANG Zhanyu, FENG Genxiang, et al. Desalination of subsurface pipe drainage in saline-alkali land of coastal areas[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2014, 33(3): 38-41.

[31] 楊玉輝, 周新國, 李東偉. 暗管排水對南疆高水位膜下滴灌棉田鹽分管控及淋洗效果分析[J]. 干旱區(qū)研究, 2020, 37(5): 1 194-1 204.

YANG Yuhui, ZHOU Xinguo, LI Dongwei. Analysis of the effect of subsurface pipes on salt control and leaching in drip irrigation under a mulch cotton field at high groundwater level in Southern Xinjiang by subsurface pipes[J]. Arid Zone Research, 2020, 37(5): 1 194-1 204.

[32] 莊旭東, 馮紹元, 于昊, 等. SWAP模型模擬暗管排水條件下土壤水鹽運(yùn)移[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2020, 39(8): 93-101.

ZHUANG Xudong, FENG Shaoyuan, YU Hao, et al. Simulating water flow and salt transport in soil under the impact of subsurface drains using the SWAP model[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(8): 93-101.

[33] DARZI-NAFTCHALI A, MIRLATIFI S M, SHAHNAZARI A, et al. Effect of subsurface drainage on water balance and water table in poorly drained paddy fields[J]. Agricultural Water Management, 2013, 130: 61-68.

[34] KHOSLA B K, GUPTA R K, ABROL I P. Salt leaching and the effect of gypsum application in a saline-sodic soil[J]. Agricultural Water Management, 1979, 2(3): 193-202.

[35] KALITA P K, COOKE R A C, ANDERSON S M, et al. Subsurface drainage and water quality: The Illinois experience[J]. Transactions of the ASABE, 2007, 50(5): 1 651-1 656.

[36] 王振華, 衡通, 李文昊, 等. 滴灌條件下排水暗管間距對土壤鹽分淋洗的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報, 2017, 48(8): 253-261.

WANG Zhenhua, HENG Tong, LI Wenhao, et al. Effects of drainage pipe spacing on soil salinity leaching under drip irrigation condition[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(8): 253-261.

[37] 石培君, 劉洪光, 何新林, 等. 膜下滴灌暗管排水規(guī)律及土壤脫鹽效果試驗研究[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報, 2020, 38(7): 726-730.

SHI Peijun, LIU Hongguang, HE Xinlin, et al. Experiments on drainage rule and soil desalination effect under mulched subsurface pipe drainage[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering, 2020, 38(7): 726-730.

[38] RAJABZADEH F, PAZIRA E, MAHDIAN M H, et al. Leaching saline and sodic soils along with reclamation-rotation program in the mid-part of khuzestan, Iran[J]. Journal of Applied Sciences, 2009, 9(22): 4 020-4 025.

[39] 張金龍, 聞鐵, 王鵬山, 等. 暗管排水控制區(qū)土壤鹽分淋洗研究[J]. 水土保持學(xué)報, 2014, 28(5): 242-246.

ZHANG Jinlong, WEN Tie, WANG Pengshan, et al. Studies on salt-leaching of soil in the region between subsurface drains[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2014, 28(5): 242-246.

The Efficacy of Subsurface Drain in Desalinizing Cotton Field with Shallow Groundwater and Mulched Drip-irrigation in Southern Xinjiang

YANG Yuhui1,2, ZHOU Xinguo1*, LI Dongwei1, JI Qiang3

(1. Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453000, China;2. College of Water Resource and Architectural Engineering, Tarim University, Alaer 843300, China;3.Suqian Sucheng District Horticultural Technology Promotion Station, Suqian 223800, China)

【】Soil problems in southern Xinjiang of China are many and vary, characterized by scarce rainfall, shallow groundwater and high soil salinity. To safeguard crop production, mulched drip irrigation coupled with subsurface drain have been developed as the dominant cultivation in this region. The purpose of this paper is to experimentally study the efficacy of this system in desalinizing cotton fields.【】A two-year experiment was carried out in a cotton field with shallow groundwater table. Spacing of the subsurface drains varied from 10 m to 30 m, and their buried depth varied from 0.8 m to 1.1 m. Treatment without drains was taken as the control (CK). The field was mulched, and the cottons were drip-irrigated. The effect of the drains on spatiotemporal dynamics of soil salt was measured, and its variation in response to irrigation amounts was analyzed.【】A lack of drainage system resulted in inter- and intra-annual salt accumulation in the soil surface; installing subsurface drains reduced salt accumulation, with the reduction increasing significantly with the decrease in drain spacing and increase in their burying depth. Irrigation amount did not show a noticeable impact on salt leaching when the drains were absent, while having the drains in place increased the leaching rate by 10%～30%. Significance analysis of the desalination rate of the irrigation showed that salt leaching rate increased significantly with the decrease in drain spacing and the increase in drain depth. Regression analysis found that the desalination rate was impacted by drain spacing more than by the drain depth. The difference in soil salt content before and after the irrigation can be fitted to a leaching curve with2> 0.90. Using this curve, we calculated the irrigation amount required to leach salt in the 0～60 cm of soil below a critical value, which can be used to design the subsurface drainage system【】The optimal design parameters for the areas we studied were: drain spacing 10 m, and drain depth 0.8 m. This can meet the requirement by keeping the salt content in the cotton field below a critical value.

subsurface drainage; salt leaching; drip irrigation; saline soil; salt leaching curve

S156.4

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021168

1672 - 3317（2021）11 - 0137 - 08

2021-04-21

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2018YFC1508301）；國家自然科學(xué)基金項目（51709266）；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程項目；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項（FIRI202004-0202）

楊玉輝（1990-），男，新疆昌吉人。講師，碩士研究生，主要從事排水技術(shù)與新理論方面的研究工作。E-mail: yyh4353050@163.com

周新國（1970-），男，河南信陽人。研究員，博士生導(dǎo)師，博士，主要從事農(nóng)業(yè)高效用水與環(huán)境效應(yīng)研究。E-mail: firizhouxg@126.com

楊玉輝, 周新國, 李東偉, 等. 暗管排水對南疆高水位膜下滴灌棉田鹽分淋洗效果研究[J]. 灌溉排水學(xué)報,2021, 40(11): 137-144.

YANG Yuhui, ZHOU Xinguo, LI Dongwei, et al. The Efficacy of Subsurface Drain in Desalinizing Cotton Field with Shallow Groundwater and Mulched Drip-irrigation in Southern Xinjiang[J]. Journal of Irrigation and Drainage,2021, 40(11): 137-144.

責(zé)任編輯：趙宇龍