本节取样的地点、取样时间、取样剖面以及取样方法等与第三节处理相同,之后将烘干土样粉碎,按1∶5比例加入纯净水(一般为18g土加90g纯净水),沉淀后利用电导仪测定土壤电导率。
从图8-2(a)中看出,耕种2a的土壤平均电导率值从表层3.211×103μS/cm逐渐减小到底层1.934×103μS/cm。这与未耕种地土壤电导率值从表层至底层规律相似。耕种8a、13a土壤的电导率值分别从表层0.43×103μS/cm、0.984×103μS/cm升高至底层2.093×103μS/cm、1.996×103μS/cm。从图8-2(b)中看出,未耕种的土壤电导率值最高即土壤含盐率最高,这是由当地的地形、气候、水文、植被等自然要素的长期相互作用和人类活动所致,是典型的盐碱土。随着深度的增加电导率值逐渐减小,从土壤表层6.25×103μS/cm逐渐减少到底层2.13×103μS/cm,变化幅度较大,呈现表聚现象。表层0~40cm电导率值较大占整个剖面的71.2%。这是自然条件下土壤含盐率的典型分布类型。与未耕种、耕种2a地的电导率值比较可以看出随耕种年限的延长土壤平均含盐率有表层向底层转型,导致底层含盐率高于表层含盐率,致使底层聚盐长此下去为土壤次生盐渍化埋下隐患。耕种2a、8a、13a土壤含盐率随深度变化并不明显,这主要是受当地耕种、施肥、灌溉等人为因素以及气温、地形、土壤的物理特性的共同影响。从耕种8a、13a地可以看出两者曲线规律相似。受地下水位升高影响导致盐分上移。
图8-2 不同年限土壤电导率值剖面图
(滴头、行间、膜间各层平均值)
图8-3为膜下滴灌各年限地块在0~30cm、30~60cm、60~100cm土层的电导值分别在播前、苗期、盛铃期和收获期4个时期的对比图,从图8-3中可以看出,除了在播前各年限棉田变化没有规律外,在其他3个时期都是随着膜下滴灌年限的增加,含盐率积累在各土层都有明显的增加,这在盛铃期表现得尤为明显。在播前,在垂直方向上其他3个阶段在0~30cm深度土层含盐率较低,到30~60cm深度含盐率变大,然后到60~100cm深度内含盐率又降低;这是由于滴灌使滴头下土壤水分接近饱和状态,然后缓缓向四周扩散,形成一个半圆锥形的浸润体(即湿润峰)。土壤中的盐分亦随水移动而被淋洗到浸润体外缘,起到“驱盐”的作用,从而使主要根系层的土壤形成了一个低盐区或淡化区。使盐分向水平湿润锋和垂直下方累积,由于0~30cm属于耕作层,水分在此淋洗充分,使得此深度形成淡化区含盐率较低,而盐分被压倒30~60cm土层深度,因此这个深度含盐率较高;又由于60~100cm深度受膜下滴灌盐分运移影响很小,再加上当地地下水位在3m以下,不会因潜水蒸发造成此深度盐分的累积,所以在此深度内含盐率相对30~60cm深度降低了,因此30~60cm深度是棉田盐分最大聚集区。
从图8-4中可以看出,膜下滴灌各年限棉田在各生育阶段总的变化趋势是在水平方向上播前含盐率很大,苗期含盐率逐渐降低,盛花期含盐率逐渐升高,收获期含盐率又逐渐降低,尤其在1998年、1999年和2000年地块表现得很明显,而在2007年滴灌地块不明显。
图8-3 不同年限棉田在相同时期各土层含盐率的变化图
(a)播前各地块电导率对比;(b)苗期各地块电导率对比;(c)盛花期各地块电导率对比;(d)收获期各地块电导率对比
图8-4(一) 相同年限棉田在不同时期含盐率的变化图
(a)1998年地块;(b)1999年地块;(c)2000年地块;(d)2001年地块;(e)2002年地块;(f)2003年地块
图8-4(二) 相同年限棉田在不同时期含盐率的变化图
(g)2004年地块;(h)2005年地块;(i)2006年地块;(j)2007年地块
在播前,由于滴灌只是在植物根区形成一个淡化区,使盐分在空间位置上的差异性分布只是在作物生长季节有助于作物避盐,但是一旦经过茬耕作,盐分重新均匀分布,将逐渐使表层土壤含盐率上升(盐分并未从土中排除)。在茬灌结束后,根区边缘的盐分将重新返回根区,造成返盐,积盐很严重,因此播前盐分很高;在苗期,由于干播湿出,有少量降水以及机耕等使得苗期含盐率较播前有很大的降低,但是苗期由于长时间没有灌水,同时蒸发强烈而使各土层土壤含水率均较低,因而土壤盐分仍较高,灌头水后将土壤盐分溶解并淋洗,土壤盐分有所下降,至盛铃期由于棉花的需水量较多,相应的灌水量也是最多的,在随水滴肥的过程中,土壤水中的溶质含量较高,滴入土壤后增加了土壤中的盐分含量。吐絮期到收获期总盐分含量下降是因为棉花的生长处于一种衰退时期,对水分的需求并不是很高,相应的灌水量减少了,从而减少了土壤水中的溶质,也就减少了土壤水中的盐分含量。(www.daowen.com)
在灌溉条件相同的情况下,对同块地不同滴灌年限的土壤含盐率进行对比分析。由图8-5可以看出,相同地块不同滴灌年限含盐率总趋势是各土层含盐率均比上一年略高,在60~100cm土层含盐率累积程度逐渐增加趋势,图8-5(a)、(b)、(c)分别滴头、行间和膜间裸地,图8-5(a)滴头0~60cm处土壤含盐率比较平缓,行间略比滴头含盐率略高,膜间裸地盐分最大且在60cm出现转折。从各图可以看出在60cm处成为土壤盐分一个增大的转折点,在土壤深层60~100cm范围含盐率随深度增加土壤含盐率逐渐增大,并有逐年增加的趋势,这是由于在耕种前期经过一段时间的大水漫灌,为了将土壤耕作层中存有的大量有害盐分淋洗到耕作层以下降低盐分对作物正常生长产生的影响,又经过2年以上的耕种使土壤盐分被淋洗到土壤下层并随水分下移以及吐絮期气温回降较大,土壤深层的水分蒸发强度减慢对水盐向上运移的强度减弱,致使下层大量积盐。随滴灌年限的增加各土层含盐率也相应有所增加,上层土壤含盐率受滴灌水盐分的影响处于一定值范围以便植物的正常生长,而下层土壤含盐率随滴灌年限延长而不断增加并出现累积现象。60~100cm土层处盐分逐渐增大的趋势,且60~80cm土层处积盐最多且80cm范围内出现盐粒晶体。滴灌3a的棉田土壤平均含盐率比滴灌2a的增加了0.3%,滴灌5a比滴灌4a增加了0.49%、滴灌7a比滴灌6a增加了0.26%、滴灌9 a比滴灌8a增加了0.08%、滴灌11a比滴灌10a增加了0.43%。说明在灌溉条件相同的情况下连续种植棉田土壤盐分的总盐量在增加。
图8-5(一) 不同滴灌年限下各土层含盐率
图8-5(二) 不同滴灌年限下各土层含盐率
图8-5(三) 不同滴灌年限下各土层含盐率
图8-6 不同年限土壤平均含盐率变化
对不同滴灌年限土壤平均含盐率进行综合分析(图8-6),随着种植年限的延长土壤含盐率累积程度总的趋势是增加的,这是由于土壤质地和结构、土壤的初始含水率的分布不均一、灌水量的大小、地下水位变化等都对测试结果有影响,体现出人类的活动对盐分的变化有着重要的影响。从图8-6可以看出随着滴灌年限的增加,棉田中的总盐量的平均值累积也逐年增加且土壤积盐程度有加剧增长的趋势,这与农户管理方式有着重要的关系。由于每年均要向棉田施大量的肥料,部分被棉花吸收利用,剩余的盐分便留在土壤内部以及在滴灌时灌溉水中还有部分盐分也随水进入土壤内,也起到了积盐的效果。此现象将对今后棉田的耕种提供预警,为防止土壤次生盐渍化有着重要的指导意义。
灌溉水分、地表水和地下水,灌溉水进入农田,水中的盐分也随水进入农田。部分盐分残留于耕作层和周边的土壤中,大部分盐分向深层入渗以至于入渗给地下水位之间的黏性土层。膜下滴灌的土壤盐分在生育期内是增加还是减少,可以作为判断灌水方式的一个优劣指标,根据物质守恒定律,可将根层盐分均衡方程简化为
式中:ΔS为灌溉前后土壤盐分的变化率;S2为灌溉后土壤含盐率;S1为灌溉前土壤含盐率。ΔS>0说明土壤积盐;ΔS<0说明土壤脱盐;ΔS=0说明盐分平衡。
由表8-1可知膜下滴灌土壤0~60cm范围土壤总含盐率呈脱盐状态,0~100cm范围土壤总含盐率呈积盐状态。说明膜下滴灌可以使膜下的上层土壤脱盐下层土壤积盐,但是棉花在整个生育期是小定额灌水,次数频繁,因此灌溉水几乎不能入渗至更深层导致盐分被淋洗至土壤深层或进入浅层地下水中,灌溉间歇期,在潜水的蒸发作用下盐分再次输入土壤和地表。
表8-1 不同滴灌年限下棉田土壤含盐率变化
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