盐碱土双点源交汇土壤盐分运移规律试验研究 【摘 要】通过室内模拟实验，进行灌水量恒为10L，采用土壤初始含水率为0.076cm3/cm3、0.148 cm3/cm3和0.213 cm3/cm3及滴头流量为1L/h、2 L/h和3 L/h，探求盐碱土膜下滴灌土壤初始含水率和滴头流量对盐碱土盐分运移的影响，结果表明：在相同灌水量及滴头流量下，随着土壤初始含水率的增大，在水平方向的脱盐区域减小，而在垂向的脱盐区域明显增大；在相同的土壤始含水率条件下，随着滴头流量的增大，水分水平运移距离增大，水平脱盐效果明显，而垂向脱盐区减小，小滴头流量利于土壤中盐分的向下运移，有助于压盐；以滴头为中心，湿润锋水平、垂向运移距离及两滴头湿润锋交汇宽度与时间t具有良好的幂函数关系 【关键词】盐碱地；膜下滴灌；盐分运移；土壤含水率；滴头流量 新疆属极端干旱地区，而干旱的气候是盐碱土形成的动力[1]，而盐碱土所特有的反复性和不稳定性特征预示着土壤盐渍化防止的长期性和艰巨性，土壤次生盐渍化已成为制约干旱地区灌区棉花生产持续发展的关键因子[2，3]膜下滴灌技术不仅可以减少棵间蒸发，抑制土壤盐分的上移，提高土壤温度而且在滴灌少量高频的淋洗作用下，可以为作物主根系创造一个良好的水盐环境，其与常规沟灌相比，可节水50%以上，对中低产田而言，可增产20%，是一种很有发展潜力的微滴灌技术[4]，这就为盐碱地的开发利用提供了新的思路和方法。
新疆农八师121团的土壤含盐量很高，是最早在盐碱地上采用膜下滴灌技术种植棉花的地区，实践证明，在盐碱土上通过膜下滴灌种植棉花仍能与低含盐量的土壤一样能获得高产，因而了解和掌握盐碱土中水盐运移的规律对农业的生产具有重大的意义，故为了充分发挥滴灌的节水作用，有必要研究土壤初始含水率及滴头流量对土壤盐分运移的影响，因此，通过室内试验研究膜下滴灌下盐碱土中盐分的分布，对膜下滴灌盐碱土中盐分的运移规律进行初步分析，为农业生产提供帮助 1.材料与方法 1.1 材料 供试土壤取自新疆农八师121团炮台试验站，土壤初始含盐量为1.95%，属盐碱土；试验在有机玻璃制成的土槽中进行，土槽尺寸长宽高为：100cm80cm80cm，见图1，采用土壤初始含水率为0.076cm3/cm3、0.148 cm3/cm3和0.213 cm3/cm3及滴头流量为1L/h、2 L/h和3 L/h，利用马氏瓶进行滴灌交汇入渗实验 1.2 试验方法 试验于2009年4～6月在新疆农业大学农业水利工程实验室内进行将土样自然风干，过2mm的土筛，按设计容重分层（每层厚度10cm）均匀装入土槽，试验灌水量恒为10L，采用马氏瓶稳压供水，用医用输液管模拟滴头，滴头间距30cm，滴头A距有机玻璃边壁5cm，其滴头流量为设计流量的一半，因为其产生了一半的湿润体。
测定土壤在不同初始含水率、 不同滴头流量条件下的湿润锋形状、湿润锋水平距离及垂直距离随时间的变化停水12h后，在滴头断面及湿润锋交汇断面上取样，水平、垂向取样距离为5cm，烘干法测土样含水 率后换算为体积含水率，按土水比1：5浸提，用雷磁电导率仪测其电导率值，经率定得土样的含盐量百分数 a 试验装置示意图 b 湿润锋及取样示意图 图1 试验装置及湿润锋示意图 Fig.1 The schematic diagram of experiment setting and moisture 2.结果与分析 2.1 土壤初始含水率对水盐运移的影响 土壤初始含水率的大小对盐碱土中水盐的运移有影响在膜下滴灌过程中，在滴头附近土壤含水率最大，随着水平距离和垂直距离的增大，土壤含水率逐渐减小 土壤水分是盐分运移的载体，土壤盐分随着土壤水分的运动向周围迁移土壤水分的分布对盐分的分布有影响，盐分随着灌溉水被带到湿润区边缘，在滴头附近土壤含盐量最小，随着水平和垂向距离的增大，土壤含盐量逐渐增大图2是滴头流量为1L/h时，不同土壤初始含水率下的盐分分布图，可以看出：在滴头附近土壤含盐量低于土壤初始含盐量，在距滴头较远的区域土壤含盐量高于土壤初始含盐量。
随着土壤初始含水率的增大，由于水分在垂向运移的速率增大，随之将滴头附近的盐分淋洗到土壤下层，土壤初始含水率的增大，有利于垂向压盐，在水平方向的脱盐区域减小，而在垂向的脱盐区域明显增大在一定区域内洗盐效果明显，因土壤初始含水率的不同所导致的含水量分布的差异影响着土壤中盐分的分布由图2可以看出，随着土壤初始含水率的增大，滴头附近的含水率也相应增大，且高含水率区域在垂向上的增大显著，虽然水分在垂向的运移距离增大，携带了土壤中大量的盐分到土壤下层；但从水平方向来看，脱盐区域减小，高含盐区增大，将抑制作物根系水平方向的分布 图2 q=1L/h w0=0.076cm3/cm3、0.148cm3/cm3 及0.213cm3/cm3盐分剖面图 Fig.2 The contour map of soil salinity distribution 2.2 滴头流量对水盐运动的影响 在相同的土壤初始含水率条件下，滴头流量对土壤盐分运移的影响，图3说明在灌水量及土壤初始含水率相同的条件下，小滴头流量有利于盐分的下移，这是由于在相同的灌水量下，供水强度小于土壤的入渗速率，因此有较多的水分沿垂向运移，在垂向上对盐分的淋洗效果明显，这充分体现了盐随水动的特点。
当滴头滴头流量为3L/h时，由于受地表积水的影响，使得土壤水分的水平运动速率大于垂向运动速率，因而导致了土壤中盐分水平迁移速率大于垂直迁移速率，水平脱盐区域较大，利于土壤盐分的水平运动在土壤表面，盐分在距湿润锋5cm处聚集，水分与盐分的分布形状相吻合，为作物根区提供良好的水盐环境 图3 w0=0.213cm3/cm3 q=1L/h、2L/h及3L/h盐分剖面图 Fig.3 The contour map of soil salinity distribution 2.3 对湿润体的几何形状的影响 湿润体的形状和大小最终会影响到作物根系的分布、下扎深度及作物对水分的有效吸收利用，进而影响到作物的产量而湿润体的形状主要受到土壤质地、滴头流量、灌水时间等诸多因素的影响在大田膜下滴灌中，不仅需了解作物的灌水定额外，而且要确定作物的压盐水量，为作物的正常生长提供良好的水盐环境在实验过程中观测滴头断面湿润锋水平运移半径Rx及边壁断面观测湿润锋垂向运移距离Rz，当两滴头水平湿润锋交汇后观测其交汇宽度Rx，发现其与时间t具有良好的幂函数关系，如图4所示，即Rx=Atα，Rz=Btβ，A、B、α、β 为拟合系数。
从边壁断面的观测可以得出：线源入渗湿润体的形状类似于半圆柱体土壤初始含水率越大，土壤的基质势就越大，土壤的吸力就越小，进而所产生的基质势梯度也就越小，土壤水分运动也就减慢滴头流量的大小对湿润体的形状有影响，滴头流量越大，湿润体越宽，反之，湿润体越深，湿润体的大小和形状也与土壤类型有关 图4 垂向湿润锋运移距离与时间的关系 Fig.4 vertical distance of the wetted body 3.结论 （1）在相同的灌水量及滴头流量下，随着土壤初始含水率的增大，在滴头附近含水量增加，水分在水平方向的运移速率减小，盐分在水平方向的脱盐效果降低，但垂向运移距离增大，土壤初始含水率的提高，有利于水分的垂向运移；而较小的土壤初始含水率，水平方向脱盐区域较大，垂直方向盐分淋洗效果并不明显，在土壤表面大量盐分在距湿润锋5cm处聚集 （2）随着滴头流量的增大，水分水平运移速率增大，水平方向的高含水量区域增大，同时在水平方向的脱盐区域增大；反之，利于水分的垂直运动，在垂直方向有较大的脱盐区，小滴头流量有良好的压盐效果另外，在滴灌入渗过程中，湿润锋水平、垂直运移距离及交汇宽度与时间t有良好的幂函数关系。
（3） 在盐碱土中采用膜下滴灌种植棉花，通过采用合理的滴头流量及适当土壤初始含水率对土壤中水分、盐分进行调控，经滴灌入渗土壤中水盐的运动及分布，可以在作物主根区为作物提供了良好的水盐环境，可以满足棉花对水分的需求达到高产，为盐碱地利用及中低产田的改造提供科学依据 参考文献： [1] 田长彦，周宏飞，刘国庆.21世纪新疆土壤盐渍化调控与农业持续发展研究建议[J].干旱区地理，2002，2（2）：177-181. [2] 樊自立，马英杰，马映军.中国西部地区耕地土壤盐渍化评价及发展趋势预测[J].干旱区地理，2002，25（2）：97-102. [3] 尤文瑞，赵其国.关于土壤盐渍化问题的研究趋势[J].土壤，1991，23（1）：16-18. [4] 石元春.盐碱地的水盐运动[M].北京：北京农业大学出版社，1986. 基金项目： 国家自然科学基金（51069015）；新疆维吾尔自治区自然科学基金（200821172）；新疆水利水电工程重点学科资助 作者简介： 冯月利（1983-05-04），男，山西大同人，助理工程师，主要从事农田水利工作。
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