春灌定额对不同盐碱度农田水盐分布影响研究

宋仁友; 吕廷波; 刘一凡; 李文昊; 付鑫法; 李港强; SONG Ren-you; LÜ Ting-bo; LIU Yi-fan; LI Wen-hao; FU Xin-fa; LI Gang-qiang

doi:10.12396/jsgg.2023452

节水灌溉 ›› 2024 ›› (4) : 19-26. DOI: 10.12396/jsgg.2023452

春灌定额对不同盐碱度农田水盐分布影响研究

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Study on the Influence of Spring Irrigation Quota on the Water and Salt Distribution in Different Salinization Farmlands

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摘要

为探究春灌定额对不同盐碱度农田土壤水盐分布的影响，确定适宜保墒洗盐的春灌定额。分别在中度盐碱地S1(5.23 g/kg)和重度盐碱地S2(8.27 g/kg)设置3种春灌定额处理( W1: 1 800 m³/hm²，W2: 2 250 m³/hm²，W3: 2 700 m³/hm²)，分析比较了春灌后至棉花播种前0~100 cm土壤水盐运移和分布情况。结果表明：春灌后14~21 d，S1W2处理71.37%的水量可保持在土体内，S2W3处理77.26%水量保持在土体内，可使农田土壤达到适宜作物生长的土壤墒情；盐分淋洗主要发生在0~60 cm土层内，0~30 cm内淋洗效果更加显著，春灌定额越大将盐分带入深层的作用越强，春灌后21 d开始出现返盐现象；春灌时间在播前21 d左右为宜，中度盐碱地春灌定额2 284.7 m³/hm²，重度盐碱地春灌定额2 700 m³/hm²左右时，可达到较为良好的节水保墒洗盐效果，重度盐碱地可以根据实际情况适当提高春灌定额。研究结果可为图木舒克市不同盐碱度农田春灌提供一定的理论依据和技术参考。

Abstract

To investigate the impact of spring irrigation quotas on the distribution of soil water and salt in farmland with varying salinity levels, and determine the suitable spring irrigation quotas for soil moisture preservation and salt washing, three types of spring irrigation quotas treatments (W1:1 800 m³/hm², W2:2 250 m³/hm², W3:2 700 m³/hm²) were implemented in moderate saline alkali land S1 (5.23 g/kg) and severe saline alkali land S2 (8.27 g/kg), respectively. The water and salt transport and distribution in soil layers of 0~100 cm from spring irrigation to cotton sowing were analyzed and compared. The results showed that from 14 to 21 days after spring irrigation, 71.37% of the water content in S1W2 treatment can be maintained in the soil, while 77.26% of the water content in S2W3 treatment can be maintained in the soil, which can achieve suitable soil moisture for crop growth in farmland soil. Salt leaching mainly occurs in the 0~60 cm soil layer, and the leaching effect is more significant within 0~30 cm. Greater spring irrigation quotas resulted in a stronger salt accumulation in deeper soil layers The phenomenon of salt return begins to appear 21 days after spring irrigation. The spring irrigation time should be around 21 days before sowing. When the spring irrigation quotas for moderately saline alkali soil is 2 284.7 m³/hm² and for heavily saline alkali soil is around 2 700 m³/hm², it can achieve a relatively good water-saving, moisture retention, and salt washing effect. For heavily saline alkali soil, the spring irrigation quota can be appropriately increased based on the actual situation. The research results can provide a certain theoretical basis and technical reference for spring irrigation in farmland with different salinity and alkalinity in Tumushuke City.

关键词

春灌定额 / 盐碱度 / 水盐运移 / 土壤墒情 / 盐分淋洗

Key words

spring irrigation quota / salinity and alkalinity / water and salt transport / soil moisture content / salt leaching

基金

新疆生产建设兵团南疆重点产业创新发展支撑计划(2022DB024)

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宋仁友 , 吕廷波 , 刘一凡 , 李文昊 , 付鑫法 , 李港强. 春灌定额对不同盐碱度农田水盐分布影响研究[J].节水灌溉, 2024(4): 19-26 https://doi.org/10.12396/jsgg.2023452

SONG Ren-you , LÜ Ting-bo , LIU Yi-fan , LI Wen-hao , FU Xin-fa , LI Gang-qiang. Study on the Influence of Spring Irrigation Quota on the Water and Salt Distribution in Different Salinization Farmlands[J].Water Saving Irrigation, 2024(4): 19-26 https://doi.org/10.12396/jsgg.2023452

0 引言

土壤盐碱化和次生盐碱化对世界灌溉农业的可持续发展构成了资源制约，是全球农业面临的重要挑战^[1]。我国盐碱地分布范围十分广泛，新疆地区作为典型的内陆盐渍区占全国盐碱地总面积的33%^[2]，加之新疆地区干旱少雨，蒸发量高，农业用水量短缺，严重限制了新疆农业的发展^{[3, 4]}，而节水灌溉与保墒抑盐的需求日益凸显，探究适宜的春灌定额对播前盐碱化农田水盐运移的影响，对改善土壤盐碱化、缓解农田水资源短缺和实现保墒抑盐的平衡性具有促进意义。在实际农业生产中，播种前春灌成为抑制土壤盐碱化，保持土壤墒情的有效方法^{[5, 6]}，有学者对比了非生育期大水漫灌和生育期膜下滴灌对盐分的淋洗影响，研究表明非生育期大水漫灌洗盐效果更好^[7]。根据《新疆垦区盐碱地改良》罗家雄^[8]把盐土划分为轻、中、重3级是必要的，农田因受耕作和灌溉的影响0~40 cm土层盐分变化频繁，划分土壤盐碱度计算土层采用0~100 cm较为适宜。郑重^[9]等人根据全盐含量对土壤盐碱化分为5个等级，分别为非盐化≤0.29%、轻度盐化0.29%~0.43%、中度盐化0.43%~0.73%、重度盐化0.73%~0.91%、盐荒土0.91%~1.18%和盐土＞1.18%，适宜的春灌定额对不同盐碱化农田土壤水盐分布的影响具有重要作用，针对南疆地区，既要适宜的春灌定额又要达到洗盐、保墒的效果，实现高效用水。国内外学者进行了广泛研究，徐鑫等^[10]研究了不同盐度土壤水盐时空分布特征，结果表明，春灌对土壤盐分有淋洗效果，由于试验区蒸发强烈，导致土壤返盐速率较快，非生育期不宜过早进行春灌，也不应过晚进行春灌，会导致土壤脱盐效果不好。孙珍珍^[11]等通过田间试验表明1 800 m³/hm²的春灌水量对盐分淋洗效果较好，灌水量太小达不到淋洗目的，灌水量过大会导致地下水位上升，在没有排水的情况下，盐分会随着地下水位的上升而上升，也达不到淋洗盐分的目的。林栋^[12]等人以南疆阿拉尔灌区为例，采用统计学和空间插值相结合的方法，确定灌区土壤盐分、土壤质地的空间分布特征，明晰了西北旱区休闲期土壤盐分淋洗定额的空间分布特征，只春灌处理平均适宜盐分淋洗定额在2 550 m³/hm²。相关学者对非生育期春灌定额进行了研究，但是得出的结果也不尽相同，不同的土壤盐碱化程度、气候条件以及土壤类型等^{[13, 14]}也是导致所得结果有所差异的原因，南疆盐碱农田春灌定额对水盐分布的影响还需要更深入的探讨。本研究选择南疆不同盐碱度农田作为研究对象，设置不同春灌定额的处理，进行田间观测和土壤采集，并利用统计分析方法分析不同春灌定额下土壤水盐分布的影响，从而揭示春灌定额对不同盐碱度化农田播前土壤墒情、盐分淋洗规律，以期为南疆地区盐碱农田春灌提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于新疆生产建设兵团第三师图木舒克市49团13连（78°57′32″N，39°44′11″E），塔克拉玛干大沙漠西缘，喀什地区东北部，东临永安坝水库，西、南、北与巴楚县相临，属典型的内陆荒漠气候，海拔1 102~1 113 m，昼夜温差大，光照充足，降雨稀少，年平均气温11.6 ℃，全年无霜期225 d，日照2 810 h左右，多年平均降水量为38.5 mm，试验区主要气象要素见图1。试验田0~100 cm中度盐碱地平均土壤含盐量为5.23 g/kg，重度盐碱地平均土壤含盐量为8.27 g/kg，土壤相关理化性质见表1。试验灌溉水为渠系淡水，地下水位较深，因此不考虑地下水补给问题。

图1 试验区主要气象要素

Fig.1 Main meteorological elements in the experimental area

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表1 土壤理化性质

Tab.1 Soil physical and chemical properties

土层深度/cm	容重/(g·cm^-3)		田间持水率/%		含盐量/(g·kg^-1)		土壤质地
土层深度/cm	中度盐碱	重度盐碱	中度盐碱	重度盐碱	中度盐碱	重度盐碱	中度盐碱	重度盐碱
0~10	1.46	1.47	28.63	29.81	11.15	15.52	砂壤土	砂壤土
10~20	1.51	1.50	27.15	28.01	10.36	12.87	砂壤土	砂壤土
20~40	1.49	1.53	27.33	27.52	7.42	8.13	砂壤土	砂壤土
40~60	1.48	1.48	26.83	26.32	5.73	7.53	砂土	砂壤土
60~80	1.50	1.49	25.96	27.58	3.72	6.63	砂土	砂土
80~100	1.49	1.52	27.36	26.54	3.62	5.87	砂土	砂土

1.2 试验设计

试验于2022年2月27日至4月5日展开，采用漫灌的方式进行春灌试验，选用土壤盐碱度和春灌定额双因素组合对试验进行设计，试验选中度盐碱地土壤（S1）和重度盐碱地土壤（S2），调研当地生产实践的指导春灌定额2 250 m³/hm²，本试验结合土壤盐碱化程度和其他学者研究^{[11, 12]}，2种盐碱地分别设置指导春灌定额W的80%、100%、120%为3个春灌梯度即W1: 1 800 m³/hm²、W2: 2 250 m³/hm²、W3: 2 700 m³/hm²，共6个处理，每个处理3个重复共18个小区，中、重度盐碱地块分布在道路东侧和西侧各9个小区，每个小区面积为80 m²（10 m×8 m），试验区面积共1 440 m²，各小区间设置隔离垄，2种地块之间都为多年耕作农田无地形差异。土壤的离子组成比例基本相同，0~100 cm土壤盐分的离子组成见表2。2月27日对试验田进行取样，检测田块土壤盐碱度，灌水时间为3月4日至5日。分别于灌水前后进行取样，时间分别为灌前（3月3日）、灌后7 d（3月12日）、灌后14 d（3月19日）、灌后21 d（3月26日）和灌后28 d（4月2日）。在每个试验地的中心处选取合适的土壤采样点，2次重复采样，试验分析结果为采样数据平均值。

表2 0~100 cm土壤盐分离子含量 (g/kg)

Tab.2 Salt ion content in 0~100 cm soil

盐碱度	总盐	Cl^-	SO₄ ^2-	Ca²⁺	K⁺	Mg²⁺	Na⁺	CO₃ ^2-	HCO₃ ^-
中度S1	5.23	0.94	1.45	0.27	0.32	0.13	1.66	0.01	0.16
重度S2	8.27	1.28	2.05	0.73	0.76	0.17	2.14	0.02	0.31

1.3 数据测定和处理

1.3.1 土壤含水率及储水量

采用烘干法分层测定0~100 cm土壤含水率，分层高度为10 cm，各层依次取3个样求其平均值。土壤储水量通过以下公式^[15]计算：

W = 10 h γ θ_{水}

（1）

式中：

W

为

h

深度土层内储水量，mm；

γ

为该土层土壤干容重，g/cm³；

h

为土层深度，cm；

θ_{水}

为土壤质量含水量，%。

1.3.2 土壤含盐量及脱盐率

配制土水比1∶5浸提液，使用电导率仪（DDS-307A）测定电导率值EC _1∶5 ^[16]，采用残渣烘干法测定土壤全盐量，并拟合土壤全盐量与电导率的关系，方程决定系数R ²为0.991 7，方程的拟合程度较高：

y = 3.501 x - 1.492 (R^{2} = 0.991 7)

（2）

式中：

y

为土壤盐分含量，g/kg；

x

为通过电导率仪测得浸润提取液的电导率值，mS/cm。

脱盐率是指春灌前后土壤盐分的变化比率^[17]，其计算公式为：

ω = \frac{M_{前} - M_{后}}{M_{前}} \times 100 %

（3）

式中：

ω

为土壤脱盐率，%；

M_{前}

为初始含盐量，g/kg；

M_{后}

为盐分终值，g/kg。

1.3.3 盐分淋洗效率

土壤总含盐量的变化受灌水量的影响，灌水量Q作为自变量，总含盐量的变化量

∆ M

作为因变量。取1 m²农田面积，用灌水量与相对应的土壤盐分变化量的比值表示盐分淋洗效率K，表示为单位盐分变化需要的水量，K值越小说明一定灌水量下盐分变化越大，即淋洗效果好^[18]。

1.4 数据分析

采用Excel 2019和SPSS 25.0软件对试验数据进行统计分析，Origin 2021软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 春灌定额对不同盐碱度农田水分垂直分布影响特征

通过试验数据整理分析不同春灌定额灌水前后土壤剖面含水率变化特征，见图2。春灌前试验区农田初始土壤含水率比较一致，0~100 cm土层内含水量基本稳定在6.93%~16.12%，均表现为表层跟深层土壤的含水率较低，这主要是因为经过休耕期未灌水，土壤水分以垂向腾发消耗和渗漏损失为主导致^[19]。春灌后，各处理0~100 cm土层含水量均有不同程度的增加，表层土壤含水率和含水率的增幅均大于深层土壤，春灌后7 d水分累积深度逐步下移至40~60 cm，春灌14 d、21 d后0~100 cm土层含水率基本稳定，此时水分在重力的影响下运移已经比较充分，土壤水分接近土壤田间持水量。随着时间延长，气温逐渐升高，春季的蒸发增大，导致春灌后21 d各层含水率逐渐降低。

图2 不同春灌定额灌水前后土壤剖面含水率变化特征

Fig.2 Change characteristics of soil profile moisture content before and after irrigation with different spring irrigation quotas

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春灌后21 d土壤水分垂向运动稳定后S1W1和S2W1处理0~100 cm土壤含水率分别为16.82%和18.43%，且60 cm以下春灌前后差异很小，原因是春灌定额小，向深层入渗水量小，说明此时的春灌定额1 800 m³/hm²偏小，达不到很好的保墒作用。随着春灌定额的增大，对比S1W2和S1W3，中度盐碱地春灌后21 d土壤平均含水率为23.03%和24.44%，2个不同春灌定额处理差异不大，土壤含水率没有明显增加，说明农田在中度盐碱度情况下S1W2比较适宜，此时能保证土壤墒情且不会造成春灌用水的浪费；而对于重度盐碱地S2W2和S2W3处理，春灌后21 d土壤平均含水率为19.59%和26.52%，土壤含水量有一定提升，重度盐碱地农田S2W3较为适宜。综上，春灌定额的大小显著影响着剖面土壤含水量大小及其分布，当春灌定额在2 250 m³/hm²以上时对土壤含水量影响显著。

2.2 春灌定额对不同盐碱度农田保墒影响分析

从春灌水利用的角度出发，春灌水量主要转化为土壤含水率，农田地下深层100 cm为可以利用水量，超出地下100 cm为深层渗漏为不可利用水量，以此可以作为判断适宜春灌定额的一项指标。春灌后各处理含水率变化如图3所示，可以看出相同春灌定额下，S2处理含水率均显著高于S1各处理，重度盐碱地土壤持水率好于中度盐碱地土壤。春灌后随着时间的推移，各处理0~100 cm土层平均含水率均有所提升，从春灌前的12.85%到春灌后7 d、14 d、21 d、28 d的26.94%、24.69%、23.45%、21.96%，分别提升了14.09%、11.84%、10.60%、9.11%。

图3 春灌后各处理土层平均含水率变化

注：图中不同小写字母表示各处理间差异达显著水平（p<0.05）。

Fig.3 Changes in average moisture content of soil layers in each treatment after spring irrigation

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从表3水量转化表可以看出：各处理春灌后7、14、21、28 d平均水分保持率分别为88.11%、79.80%、71.23%、61.30%，农田相同盐碱度条件下，春灌定额越大土壤平均含水率越高，春灌后各处理土壤含水率均呈现先大幅度上升再缓慢下降趋势，由此可分析出春灌可明显改善土壤墒情，但春灌时间不适宜在播前过早或过晚，由于南疆地区蒸发强烈，过早春灌会导致水分蒸发浪费，过晚土壤水分运动不充分。春灌后14~21 d土壤墒情最佳，对于中度盐碱度农田，春灌定额2 250 m³/hm²灌水量的71.37%可保持在土体内，对于重度盐碱度农田，春灌定额2 700 m³/hm²灌水量的77.26%保持在土体内。

表3 春灌前后0~100 cm土层平均土壤含水率及灌水量转化

Tab.3 Average soil moisture content and irrigation amount conversion of 0~100 cm soil layer before and after spring irrigation

处理	定额/（m³·hm^-2）	质量含水率/%					水量转化（增储水量）/（m³·hm^-2）
		春灌前	春灌后				水量转化（增储水量）/（m³·hm^-2）
		（0 d）	7 d	14 d	21 d	28 d	7 d	14 d	21 d	28 d
S1W1	1 800	12.79	23.20	22.54	21.02	19.82	1 571.91	1 472.25	1 242.73	1 061.53
S1W2	2 250	12.67	25.97	23.58	23.03	21.38	2 008.30	1 647.41	1 564.36	1 315.21
S1W3	2 700	12.26	27.25	25.78	24.44	22.51	2 263.49	2 041.52	1 839.18	1 547.75
S2W1	1 800	12.45	23.42	22.74	21.09	20.01	1 656.47	1 553.79	1 304.64	1 141.56
S2W2	2 250	13.14	26.29	24.85	24.61	23.38	1 985.65	1 768.21	1 731.97	1 546.24
S2W3	2 700	13.78	29.51	28.67	26.52	24.67	2 375.23	2 248.39	1 923.74	1 644.39

2.3 春灌定额对不同盐度农田盐分垂直分布影响特征

“盐随水来，盐随水去”是土壤盐分运移的特点，水是盐分迁移的主要载体^{[20, 21]}。对不同春灌处理下土壤盐分在垂直方向上运移特征进行分析，由图4可知，春灌前各处理的土壤含盐率均表现为上层大下层小，土壤含盐量随着土层深度的增加而减小，这是由于非生育期没有水分输入，土层的水分不断蒸发，盐分从深层随水分向上不断运移所致。春灌后7 d相较于春灌后14、21 d淋洗深度较浅，但速度较快，因为此时水分垂直运动还没有相对稳定，由于水分向深层土壤迁移时携带盐分一起运动，随着土层深度的增加，各春灌处理土壤含盐量均表现为先增大后减小的趋势，深层土壤盐分比表层明显偏高，随着春灌定额增加，土壤剖面盐分量波动加大，且春灌水量越高，盐分淋洗越深，春灌后21 d淋洗深度最大，随着时间拉长，温度升高，出现返盐现象。

图4 春灌后不同时间0~100 cm土层土壤盐分变化特征

Fig.4 Change characteristics of soil salinity in 0~100 cm soil layer at different times after spring irrigation

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由图4不同灌水时间后0~100 cm土层土壤盐分变化曲线可知，春灌定额在1 800 m³/hm²时灌后几天盐分积累深度几乎没有变化，盐分在30~40 cm深度累积，不利于作物发芽生长，当春灌定额在2 250 m³/hm²和2 700 m³/hm²时，盐分有效淋洗深度可达50~60 cm左右。S2W2和S2W3处理春灌后几天内的变化趋势基本一致，但是春灌入渗稳定后S2W3相较于S2W2处理盐分累积深度更深为60 cm，能满足作物出苗及根系生长条件，即2 700 m³/hm²春灌定额能将重度盐碱农田的盐分带入深层土壤。综上所述，春灌定额1 800 m³/hm²相对较小，只能将盐分淋洗到地下30~40 cm处，春灌定额2 250 m³/hm²和2 700 m³/hm²能将土壤盐分淋洗到地下50~60 cm以下。

2.4 春灌定额对不同盐度农田洗盐效果分析

表4为不同春灌定额对土壤的脱盐率，盐分淋洗主要发生在春灌后21 d之前，脱盐层主要体现在0~60 cm土层，且0~30 cm脱盐效果更加明显，S1W1、S1W2、S1W3脱盐率分别为51.22%、61.49%、64.29%，S2W1、S2W2、S2W3分别为56.08%、62.98%、65.09%，脱盐程度随春灌定额的增加而增大，0~60 cm土层相较于0~30 cm脱盐率有所降低，但绝大部分仍处于脱盐状态，平均脱盐率分别为中度盐碱地7.05%、36.22%、38.36%，重度盐碱地9.69%、38.13%、42.43%，原因一方面是因为水分在上层被土壤所吸收，能到达深层的水分较少；另一方面是因为土壤在上层溶解过多的盐分，到达深层的水分能溶解的盐分有限，所以深层土壤的淋洗率较上层较弱。60~100 cm整体呈现积盐状态，中度和重度盐碱地各春灌处理脱盐率分别为-36.83%、-37.79%、-52.18%和-36.34%、-36.86%、-56.18%，表明春灌定额越大，将盐分带入深层的作用越强。

表4 春灌后21 d不同盐碱地土壤脱盐率 (%)

Tab.4 Soil desalination rates in different saline-alkali lands 21 days after spring irrigation

土壤盐碱度	土层深度/cm	W1	W2	W3
S1	0~10	57.76±4.42 b	64.16±4.96 a	64.90±5.21 a
	10~20	54.24±6.85 c	59.50±5.36 b	66.67±4.64 a
	20~30	41.67±4.01 b	60.00±5.93 a	62.10±5.58 a
	30~40	-36.51±4.05 b	50.93±6.26 a	48.60±4.28 a
	40~50	-57.69±7.74 c	-20.53±1.06 b	20.83±2.72 a
	50~60	-47.19±5.28 c	-28.57±2.81 a	-32.14±1.33 b
	60~80	-46.36±4.82 b	-41.67±4.31 a	-49.93±3.57 c
	80~100	-29.35±3.75 a	-33.92±3.78 b	-55.14±5.80 c
S2	0~10	70.70±1.55 c	72.88±2.63 b	78.53±3.05 a
	10~20	65.51±3.01 b	64.07±2.73 b	67.77±4.93 a
	20~30	30.95±2.93 b	45.19±4.02 b	65.58±6.64 a
	30~40	-48.04±4.86 c	26.77±1.68 b	53.19±2.01 a
	40~50	-27.68±3.89 b	-33.33±2.26 c	41.04±3.16 a
	50~60	-34.38±3.13 b	-37.63±2.75 c	34.91±4.32 a
	60~80	-56.52±5.26 b	-46.93±5.93 a	-53.76±4.49 b
	80~100	-36.32±6.10 a	-42.78±4.09 a	-58.55±3.08 b

注：表中数据为平均值±标准差；不同小写字母表示不同处理间差异达到显著水平（p＜0.05）。

洗盐效率作为分析水分利用率的重要指标，本试验用来评价春灌对不同盐碱度农田的淋洗效果^[22]。由表5可知洗盐层主要集中在0~60 cm土层，展开60 cm土层内土壤的淋洗效果分析。淋洗效率高时，单位春灌水量排出盐分多，水分利用率高；淋洗效率低时，单位春灌水量排出盐分少，水分利用率低，不利于干旱区节水。由表5可以看出整体的单位淋洗效果S2W3＜S2W2＜S2W1＜S1W2＜S1W3＜S1W1，表明在同等春灌定额条件下，重度盐碱地的单位淋洗效果要好于中度盐碱地，重度盐碱地处理中S2W3单位盐分变化所需水量最少；比较S1W2和S1W3，K值分别为103.21和114.03，随着春灌定额的增加，K值变大单位春灌水量排除盐分反而变差，随着灌水量的增加，水分利用率先增加后减小，过量的水分并不引起更多盐分的变化，中度盐碱地S1W2处理单位盐分变化需要水量最少。

表5 春灌农田0~60 cm土层洗盐效率计算 (kg/m²)

Tab.5 Calculation of salt washing efficiency in 0~60 cm soil layer of spring irrigation farmland

处理	M _前	M _后	$∆$ M	Q	K
S1W1	5.65	4.14	1.51	180	119.21
S1W2	5.94	3.76	2.18	225	103.21
S1W3	5.98	3.62	2.36	270	114.03
S2W1	8.60	6.69	1.91	180	94.24
S2W2	8.51	5.92	2.59	225	86.87
S2W3	8.77	5.57	3.20	270	84.36

淋洗效率K值在一定程度上反应春灌水量所引起相应土壤盐分变化的效率，定义为单位盐分变化所需要的水量，K值越大表示单位盐分变化需要的水量大，表明相应的春灌定额对该盐碱地盐分淋洗效果较差。图5展示了各试验处理中春灌定额和淋洗效率K值的数据拟合结果，结合春灌定额与淋洗效果的函数关系，随着春灌定额的增加，中度盐碱地单位盐分变化所需要的水量先减小后增加，本试验认为中度盐碱地在春灌定额为2 284.7 m³/hm²时效果较为适宜；对于重度盐碱地，从淋洗效果的角度随着春灌定额的增加K值在进一步降低，根据实际情况可以适当提高春灌定额，考虑到实际节水洗盐的边际效应，春灌定额2 700 m³/hm²能够达到较好的洗盐效果满足作物生长出苗条件。合理设置春灌定额是实现高效盐碱地淋洗的关键一环，这对今后的生产实践具有促进意义。

图5 春灌定额与洗盐效率K值的关系

Fig.5 Relationship between spring irrigation quota and salt washing efficiency K value

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3 讨论

土壤水分是作物生长发育的重要影响因素，也是土壤肥力的重要组成，水盐运移具有强烈的耦合效应，明确春灌条件下水分运移规律对于理解盐分运移过程至关重要^[23]。前人学者研究指出，如果农田非生育期内不进行春灌，农田的盐分将在全年内以约14%的速率累积，从而可能引发次生盐碱化风险。一次高质量春灌有助于提高土壤墒情，调节土壤湿度，为作物生长提供所需的水分条件，还能改善土壤结构，增加土壤肥力，为作物生长创造更好的环境，为农田生产提供保障^[24]。图木舒克市常年降水量较低，本地农业用水量较大，对不同盐碱地农田适宜春灌定额、播前春灌时间一直有争论。研究表明实施春灌有利于农田播前的墒情调控，2种盐碱地3种春灌水平探讨发现无论哪种处理，春灌前和春灌后7、14、21、28 d的土壤水分对比，春灌后14~21 d土壤墒情更符合作物出苗生长环境。春灌后土壤墒情受春灌水量、土壤田间持水率、土壤含盐量等多方面因素影响，随着春灌定额增大土壤水分保持率并没有大幅增加，过量的灌溉会导致深层渗漏量的增加，但深层渗漏水量可以将盐分带到更深层土壤中去，对盐碱地的淋洗有一定作用。

南疆地区土壤盐渍化问题较为严重，较为适宜在3-4月进行春灌来洗盐^[25]，抑制上层土壤的含盐量，春灌改善了棉田水盐环境，对盐碱化农田有较强的淋洗作用，能起到保水压盐效果，这与朱延凯^[26]等研究结果一致。研究发现春灌后土壤含盐量在0~60 cm深度范围变化幅度较大，这与杨鹏年^[27]等人认为较经济的方法是将盐分淋洗至土壤中60~100 cm，在这一深度下，不会造成作物生长期内的快速返盐，同时可以维持耕作层内盐分的年度均衡的结论一致。然而盲目地进行大定额春灌不但会造成严重的水资源浪费，而且还易引起地下水位升高，土壤板结，加剧农田土壤次生盐渍化。对于中度盐碱地春灌定额2 250 m³/hm²相对于2 700 m³/hm²单位盐分变化需要的水量更小，水分利用率更高，因此并不是春灌定额越大越合适，要充分结合盐分淋洗深度、水分利用效率综合考虑合适的春灌定额。春灌后洗盐深度虽然整体呈下降趋势，但是春灌后28 d相较于21 d盐分累积深度变浅，出现上述现象的原因是试验区蒸发强烈，随着气温升高，春灌后21 d对土壤盐分的淋洗效果变弱，土壤返盐现象出现，故试验区应结合播种时间，适当调整播前的春灌时间，以达到理想的洗盐效果。但本研究主要以春灌后不同盐碱度农田土壤水盐分布情况为研究对象，针对播种前土壤墒情、含盐量进行分析，由于各个地区土壤的含盐量本身存在区别，加剧结论复杂性，并且春灌过程中水盐运移还与土壤质地、盐分种类、初始含水率、当地气候等因素有关，未来可以在结合作物生长及环境因素的基础上应继续加强适宜春灌定额探究。

4 结论

（1）春灌具有一定的储水效应，重度盐碱地土壤持水率显著好于中度盐碱地土壤，春灌后14~21 d土壤墒情最佳，对于中度盐碱度农田，S1W2处理灌水量的71.37%可保持在土体内，对于重度盐碱度农田，S2W3处理灌水量的77.26%保持在土体内。

（2）盐分淋洗主要发生在0~60 cm土层，春灌定额越大，将盐分带入深层的作用越强，春灌后21 d开始出现返盐现象，中度和重度盐碱地S1W2和S2W3处理盐分淋洗效果较好，脱盐率分别为36.22%和42.43%。

（3）从水资源高效利用考虑，春灌时间不宜过早或过晚，在播前21 d左右为宜，中度和重度盐碱地春灌为2 284.7 m³/hm²和2 700 m³/hm²左右时能够实现较好的保墒、洗盐和节水效果，重度盐碱地可以根据实际情况适当提高春灌定额。

参考文献

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基金
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1 材料与方法
1.1 试验区概况
图1 试验区主要气象要素
表1 土壤理化性质
1.2 试验设计
表2 0~100 cm土壤盐分离子含量 (g/kg)
1.3 数据测定和处理
1.3.1 土壤含水率及储水量
1.3.2 土壤含盐量及脱盐率
1.3.3 盐分淋洗效率
1.4 数据分析
2 结果与分析
2.1 春灌定额对不同盐碱度农田水分垂直分布影响特征
图2 不同春灌定额灌水前后土壤剖面含水率变化特征
2.2 春灌定额对不同盐碱度农田保墒影响分析
图3 春灌后各处理土层平均含水率变化
表3 春灌前后0~100 cm土层平均土壤含水率及灌水量转化
2.3 春灌定额对不同盐度农田盐分垂直分布影响特征
图4 春灌后不同时间0~100 cm土层土壤盐分变化特征
2.4 春灌定额对不同盐度农田洗盐效果分析
表4 春灌后21 d不同盐碱地土壤脱盐率 (%)
表5 春灌农田0~60 cm土层洗盐效率计算 (kg/m2)
图5 春灌定额与洗盐效率K值的关系
3 讨论
4 结论
参考文献

收稿日期	接受日期	出版日期
2023-11-17	2024-01-08	2024-04-10
发布日期
2024-04-28

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基金

引用本文

0 引言

1 材料与方法

1.1 试验区概况

图1 试验区主要气象要素

表1 土壤理化性质

1.2 试验设计

表2 0~100 cm土壤盐分离子含量 (g/kg)

1.3 数据测定和处理

1.3.1 土壤含水率及储水量

1.3.2 土壤含盐量及脱盐率

1.3.3 盐分淋洗效率

1.4 数据分析

2 结果与分析

2.1 春灌定额对不同盐碱度农田水分垂直分布影响特征

图2 不同春灌定额灌水前后土壤剖面含水率变化特征

2.2 春灌定额对不同盐碱度农田保墒影响分析

图3 春灌后各处理土层平均含水率变化

表3 春灌前后0~100 cm土层平均土壤含水率及灌水量转化

2.3 春灌定额对不同盐度农田盐分垂直分布影响特征

图4 春灌后不同时间0~100 cm土层土壤盐分变化特征

2.4 春灌定额对不同盐度农田洗盐效果分析

表4 春灌后21 d不同盐碱地土壤脱盐率 (%)

表5 春灌农田0~60 cm土层洗盐效率计算 (kg/m²)

图5 春灌定额与洗盐效率K值的关系

3 讨论

4 结论

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1 材料与方法

1.1 试验区概况

图1 试验区主要气象要素

表1 土壤理化性质

1.2 试验设计

表2 0~100 cm土壤盐分离子含量 (g/kg)

1.3 数据测定和处理

1.3.1 土壤含水率及储水量

1.3.2 土壤含盐量及脱盐率

1.3.3 盐分淋洗效率

1.4 数据分析

2 结果与分析

2.1 春灌定额对不同盐碱度农田水分垂直分布影响特征

图2 不同春灌定额灌水前后土壤剖面含水率变化特征

2.2 春灌定额对不同盐碱度农田保墒影响分析

图3 春灌后各处理土层平均含水率变化

表3 春灌前后0~100 cm土层平均土壤含水率及灌水量转化

2.3 春灌定额对不同盐度农田盐分垂直分布影响特征

图4 春灌后不同时间0~100 cm土层土壤盐分变化特征

2.4 春灌定额对不同盐度农田洗盐效果分析

表4 春灌后21 d不同盐碱地土壤脱盐率 (%)

表5 春灌农田0~60 cm土层洗盐效率计算 (kg/m2)

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3 讨 论

4 结 论

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