近十几年来,滴灌条件下土壤中的水盐动态变化特征和运移机制研究一直是研究的重点。滴灌条件下的土壤水盐运移实质上是点源入渗条件下的土壤水盐运移问题。点源水盐运移研究包括点源入渗的水分运移和盐分运移。点源水分运移研究主要包括点源入渗量随入渗历时的变化特性、湿润锋运移特性、湿润体形状、湿润体体内水分分布等。点源盐分运移研究主要包括湿润体体内含盐率的分布、土壤积盐、压盐过程及其影响因素。刘晓英等研究了滴灌条件下土壤水分运动规律,滴灌条件下单点源土壤水分运动受到滴头流量、灌水量、土壤初始含水率、土壤质地等因素的影响。在相同的灌水量下,滴头流量增加,滴头附近土壤含水率增加。滴头流量越小,形成的饱和进水带越小,且随时间的延长增长缓慢,最终湿润锋轮廓越大,反之,饱和进水带越大,且随时间的延续增长迅速,水平方向运移越快。湿润圈随滴头流量、土壤初始含水率的增大而增大,且湿润体内相位置的土壤含水率也增大。刘雪芹[32]等研究揭示了在点源供水的条件下,湿润体内含水率的分布从中心向外逐渐减少,含水率剖面具有三角形形状特征。
相同质地土壤,灌水量相同时,垂直方向湿润距离随着滴头流量的增加而减小,而水平方向距离随之增加;滴头流量和灌水量相同,偏砂性土壤水平方向湿润距离小于垂直方向湿润距离;质地较细土壤水平方向和垂直方向湿润距离相近;相同质地的土壤,相同滴头流量下,灌水量越大,湿润范围越大。
国内已对滴灌条件下的盐分运移规律及影响因素也进行了深入研究。王全九、张勇研究[33-34]表明:土壤水分是土壤盐分运移的载体,在滴灌条件下,伴随着水分的入渗,水流可将盐分带入湿润锋边缘,使土壤盐分在三维空间发生运移。滴灌持续滴水,脉冲式逐渐推进,使盐分集中到湿润锋边缘;在多滴头的情况下,湿润锋相互重叠,使盐分的侧向移动逐渐过渡到向下移动,形成了一个平面整体向下洗盐。盐渍化土壤盐分运移主要包括两个过程:①灌水过程中,在水分的携带下,盐分进行三维运移,也就是表土的淋洗脱盐;②灌溉后,在土壤水势梯度、植物蒸腾、土面蒸发的作用下,随土壤水分的再分布而发生的再运移。侯振安等[35]研究了不同滴灌处理施肥方式下棉花根区的水、盐、氮素分布。叶含春[36]对田间滴灌试验的土壤盐分变化规律进行了研究,认为滴灌为浅灌且可控性强,不会产生深层渗漏,土壤含盐率在整个滴灌期较低。盐分在空间的分布主要受蒸发和湿润区范围的影响,灌水量的增加有助于土壤脱盐。
滴灌条件下,土壤盐分运移主要包括水平运移和垂直运移的过程。水平方向上,距离滴头较近区域的土壤含盐率在水分的淋洗后,低于土壤初始含盐率(脱盐区),较远的区域土壤含盐率高于土壤初始含盐率(积盐区),所以滴灌下土壤盐分分布存在着明显的积盐区和脱盐区。在相同的灌水量和土壤初始含水率下,随着滴头流量的增加,脱盐区水平距离变化甚微,不利于作物正常的淡化区形成;在相同的滴头流量下,随着灌水量的增加,脱盐区的水平距离增加。在相同的灌水量和滴头流量下,随着土壤初始含水率的增加,脱盐区水平距离变化甚微。
盐分在垂直方向的运移规律:滴灌形成的湿润体形状为半圆的椭球体,在球体的顶端,即滴头下方形成一个脱盐区,因为滴头下方受到水分淋洗程度较强,表层盐分向周围运移,在土壤深处形成一个积盐区,在湿润锋的边缘处又形成一个高盐区,其盐分含量高于盐渍化土壤的初始含盐率。
张琼[37]对不同灌水频率、不同初始含盐率条件,膜下滴灌的水盐在生育期内运移进行了研究。认为相同的灌水量,含盐率较高农田棉花在花铃期高频灌溉与低频灌溉相比,棉花增产28%;而对于低盐土,灌溉频率对产量无显著影响。其原因在于滴灌的灌水次数多、频率高,具有稀释土壤盐分浓度的能力,可以将盐分排移到作物根系层以外区域。(www.daowen.com)
马玲等[38]研究了棉花膜下滴灌水盐运动规律,灌水前各时期,棉田膜内表层和下层含水量均高于裸地,而盐分含量及变化略低于裸地,接近灌水期上层高于下层。灌水后,各个时期无论是表层或下层含水率均高于裸地,上层盐分含量降低,下层盐分增加,膜内上层盐分降幅大于裸地,停水后,土壤水分减少,土壤盐分处于相对稳定状态。
王全九[39]认为在滴灌水分的带动下,土壤盐分分布存在明显的积盐区和脱盐区,并给出了地面滴灌条件下的土壤盐分分布及含盐率分布等值线。为了分析滴灌压盐过程中淋洗盐分所消耗水的有效性,提出了淋洗水效率的概念,即单位水从作物主根系土体中携带到主根系以下的盐分数量。吕殿青[40]针对新疆盐碱地的改良特征,通过室内膜下滴灌土壤盐分运移试验,初步研究了土壤脱盐过程,滴头流量、灌水量等对脱盐过程的影响。结果表明:膜下滴灌土壤盐分分布可划为达标脱盐区、未达标脱盐区及积盐区3个区域,土壤含盐率分布具有水平脱盐距离大于垂直脱盐距离的特点;滴头流量、土壤初始含水量以及土壤初始含盐率的增加不利于达标脱盐区的形成;灌水量的增加有助于土壤脱盐。李毅[41]通过非充分供水条件下滴灌入渗的三维水盐运移试验,分析了湿润锋运移的函数特征和椭圆方程,并对径向含水率剖面进行了研究。基于水分特征,分析了入渗中径向含盐率、径向浓度和径向Na+浓度剖面,并做出了相应水盐特征的等值线图。
周宏飞等[42]对塔里木灌区棉田水盐动态和水盐平衡问题进行了探讨,认为灌溉定额小于2700m3/hm2,常规地面沟灌的积盐率和膜下滴灌棉田在生育期0~60cm土层积盐,膜下滴灌的积盐率要高于常规地面沟灌的积盐率,为了保持农田的水盐平衡,在极端干旱区需要进行非生育期以淋洗盐分为目的的灌溉。刘新永等[43]根据实地调查和观测资料,初步探讨了膜下滴灌条件下改良风沙土的盐分年际变化及分布特点。研究表明,在膜下滴灌与冬灌、春灌相结合的条件下,土壤表层0~30cm盐分逐年下降,但脱盐率也在降低;盐分在土壤分层明显,在水平方向,距离滴头越远,盐分累积严重;在垂直方向,土壤盐分最低处位于20~40cm处。在表层0~40cm的土层中,靠近薄膜边缘盐分差异较大;不同滴灌年限的深层压盐区变化不大,膜间聚盐区位于膜间裸地并延伸到膜内,位于土壤表层0~40cm。
陈小兵[44]对新疆阿拉尔灌区土壤次生盐碱化防治及其相关问题进行了研究,以田间水盐平衡模型为依据较深入分析了灌区土壤盐分动态、盐碱化趋势及效应问题。根据区域水盐平衡理论估算区域尺度上的灌排比,还探讨了排水的出路问题;在综合分析的基础上,提出了基于可持续灌溉农业和遏制灌区农业负效应目标小的对策与建议。
通过滴灌棉田土壤中水盐运动研究的不断深入,掌握土壤水盐运动规律,定量分析土壤水盐的迁移对于保证作物的正常生长、建立合理的灌溉制度、发展节水农业、防止土壤盐渍化和次生盐渍化、实现我国农业的可持续发展等都有十分重要的意义。在新疆广大地区都存在着次生盐渍化的威胁,农业的生产成为核心问题。如何改良盐碱地成为新疆农业发展面临的关键问题。控制土体蒸发和减少灌溉水量是控制土壤次生盐渍化的重要途径。滴灌也是近十几年来发展起来的新的节水灌溉技术,它的灌水定额较低,在很大程度上减少了水分深层渗漏,而且滴灌淡化了作物主根区的盐分,为作物正常生长提供了良好的水盐环境。膜下滴灌技术应用于农业种植、节水灌溉和盐碱地开发利用方面,作为一种前景甚好的新思路,其理论和实践中还有诸多的问题亟待解决和探索。
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