摘要：为了探究不同地下水埋深条件下膜下滴灌农田的水盐运移规律，于2012-2016年在新疆库尔勒绿洲，对采用膜下滴灌结合冬春灌压盐的棉田开展定位观测，在不同位置处150cm深土壤剖面进行水盐监测，探究不同生育阶段地下水埋深与土壤水盐含量的关系。结果表明，膜下滴灌农田土壤水分呈反“S”型分布，土壤盐分呈“酒杯”状表聚型分布；试验期内地下水埋深从2~3m增加到5~6m，相应地苗期和非生育期返盐程度显著降低，收获期盐分含量下降；5a来土壤含盐量从6.5g/kg下降到1g/kg，土壤累积含盐量与地下水埋深呈负的指数关系；深层水分交换量表明土壤水和地下水间的联系明显减弱。建议将类似地区的地下水埋深控制在3.5m左右，膜下滴灌结合冬春灌淋洗可有效抑制土壤层盐分累积，并可保证自然植被的生态需水。
关键词：灌溉,盐分,土壤水分,地下水埋深,膜下滴灌,深层水分交换量
0引言
传统漫灌条件下，地下水埋深比较浅，在干旱区蒸发强烈的气候条件下，地下水溶解的盐分通过潜水蒸发在土壤表层发生累积，易引发盐碱化（自下而上的盐碱化）。全疆耕地面积411万公顷中，因盐碱化影响作物生长的面积约100万公顷，土壤盐碱化始终是干旱区绿洲灌溉农业和生态可持续发展的重大威胁。新疆农业用水占到总用水的90%，为了节约用水，膜下滴灌于20世纪90年代在新疆生产建设兵团开始应用推广。经过20多年的发展，截止2014年全疆膜下滴灌面积已达200万公顷，取得了显著的节水和增产效益。
膜下滴灌条件下，灌水频次增加而次灌水量减少，这导致土壤盐分运移出现新特点。滴灌对根系层盐分具有一定的淋洗作用，可以为作物主根系创造一个良好的水盐环境。但由于滴灌流量小并没有把盐分排出土体，在缺乏冬春灌淋洗的条件下长期滴灌（尤其是微咸水滴灌）也可能导致盐碱化（自上而下的盐碱化）。罗毅在玛纳斯河绿洲大量调查土壤剖面盐分和滴灌历史，得出在原荒地基础上进行滴灌，土壤呈脱盐趋势，原耕地基础上长期滴灌，土壤呈积盐趋势。谭军利等、胡宏昌等、张伟等、李明思等分别对4a、5a、7a、13a的膜下滴灌农田进行取样跟踪观测，分别得出土壤盐分下降、没有明显累积、逐年累积和稳定在某一水平的相互矛盾的结果。对比其试验条件可以发现，在只有膜下滴灌的情况下，盐分会逐年累积，但结合非生育期漫灌和排碱渠排盐等水利措施可以使盐分保持在一定水平或下降。
以上膜下滴灌条件下的土壤盐分运移规律研究都是在地下水浅埋1~2m左右的条件下开展的，其地下水与土壤根系层之间存在较频繁的水分和盐分交换。大面积节水灌溉的推广会导致对地下水的补给减少，地下水埋深不断增加，影响土壤深层的水盐交换，导致土壤水盐运移可能呈现新的特征，亟需开展相关研究。本文采用定点长期连续观测的手段，自2012年以来对新疆库尔勒绿洲的膜下滴灌农田进行了连续5a的土壤取样观测，基于近年来地下水位持续下降的条件，探究膜下滴灌农田土壤水盐剖面分布特征和不同生育阶段水盐变化，揭示不同地下水埋深条件下土壤盐分累积特征，以期为干旱区盐碱化防治提供支撑。
1材料与方法
1.1 研究区概况
试验在位于新疆自治区库尔勒市西尼尔镇的清华大学绿洲农田生态水文实验站进行。实验站处于天山南麓塔里木盆地边缘孔雀河冲积平原上（图1a，86°12'E，41°36'N），海拔886m，属暖温带大陆性荒漠气候，多年平均降水量为50mm，Φ20蒸发皿蒸发量为2788mm。试验农田以粉质壤土（0~80cm）和砂质壤土（80~150cm）为主，0~30cm为耕作层，干容重为1.62g/cm3，30~80cm为黏土层，干容重为1.74g/cm3，80~150cm干容重为1.58g/cm3。地下水矿化度在3.0~8.0dS/m，灌溉水的矿化度约为0.9dS/m。
在大气蒸发能力和土壤特性一定的情况下，土壤积盐程度受到地下水埋深和矿化度的综合影响。如张江辉等对0~2.5m地下水埋深情况的塔里木盆地六县土壤盐分的研究发现，土壤盐分与地下水埋深和矿化度分别呈指数和线性关系；王全九等对0~2m地下水埋深的排水地段研究表明，经过地下水矿化度矫正的土壤含盐量与地下水埋深存在明显的负指数关系。我们的试验表明，地下水埋深从2~3m增加到5~6m，土壤盐分与地下水埋深的相关性达到0.8（图5）表明土壤盐分主要受地下水埋深的影响。同样的规律也在3.5m地下水埋深条件下的河套灌区被发现。地下水埋深增加使得潜水蒸发导致的返盐已经十分微弱，土壤盐分受地下水矿化度的影响也逐渐减小。而陈永宝等和夏江宝等分别在野外和室内试验得出的土壤积盐受到地下水埋深和矿化度的双重影响是在60cm和1.8m低地下水位埋深条件下。
值得注意的是，尽管地下水埋深持续增加使得土壤盐碱化极大减轻，但也引起了一系列生态环境问题，例如自然植被退化，下游湖泊补给量减少和绿洲荒漠化现象。有研究表明，西北内陆地下水埋深超过7~8m时，所有植物几乎都不能生存。塔里木盆地干流区、黑河流域、河西走廊自然植被的适宜地下水埋深分别0.5~6，2~7，和2~5m。由本文地下水埋深与土壤含盐量的关系可知，地下水埋深3.5m左右时，本研究农田土壤的含盐量已小于3.0g/kg，成为了非盐化土壤，故可以把此水位作为盐碱地转化为非盐碱地的临界埋深，此埋深略高于邻近的焉耆盆地临界埋深3.25m。因此，在地下水埋深3.5m左右时，膜下滴灌结合冬春灌淋洗可以抑制盐分升高，又不会对周围自然植被需水造成危害。
4结论
利用地下水位持续下降的有利条件，基于连续5a的定点连续观测，对膜下滴灌结合冬春灌棉田的土壤水盐运移和累积规律进行了研究，发现地下水深埋条件下水盐运移呈现的新特点：
1）土壤水盐剖面分布特征：土壤150cm深度范围内膜下膜间水分呈反“S”型分布，且膜下水分大于膜间。膜间0~40cm盐分明显大于膜下，40cm以下相差不大，是典型的盐分表聚“酒杯”型剖面。
2）棉花各生育期的盐分累积规律为：随着滴灌期地下水埋深从2~3m增加到5~6m，苗期和非生育期土壤返盐程度显著降低，收获期盐分呈现显著下降规律，5a来土壤含盐量已经从6.5g/kg下降到1g/kg。
3）土壤贮水量和土壤累积含盐量与地下水埋深呈负的指数关系，非生育期土壤深层水分交换量表明土壤水和地下水之间的水力联系随地下水埋深增加而逐渐减弱。
4）在地下水埋深3.5m左右时，膜下滴灌结合冬春灌淋洗可以抑制盐分升高，又不会对周围自然植被需水造成危害。
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