微咸水滴灌对盐碱地水盐运移特征的影响
刘志伟
(天津农学院 水利工程系)
1 引言
水资源尤其是淡水资源短缺是当今世界各国共同面临的难题。在中国北方地区，由于水资源短缺而引发的黄河断流、生态恶化等问题已成为中国社会经济快速、健康发展的严重制约因素。近年来各国为了缓减淡水资源供需矛盾，均把劣质的水源开发利用作为重要手段，而微咸水分布广、储量大，因此成为主要的开发利用水源。如果能将其用于农田灌溉，不但会提高灌溉保证率，减少农业淡水用量，而且能有效缓解水资源短缺危机。
但是微咸水灌溉在带入土壤水分的同时带入盐分，不仅造成盐渍化的潜在危机，而且可能对植株生长造成直接影响。微咸水灌溉的两面性造成咸水灌溉的复杂性和特殊性。因此微咸水的利用应该因地制宜、科学管理。为了实现这一目的，有必要对微咸水灌溉相关机理进行深入研究，探索出一套行之有效的微咸水利用技术体系，以最大限度地发挥微咸水的资源价值。 2 研究现状
2.1国内外微咸水灌溉技术概况
目前，在微咸水灌溉方面的研究中，不同国家根据自己国家特定的自然条件，就微咸水灌溉水质、作物耐盐性、适宜作物生长的盐度范围、灌溉方式以及田间管理措施等方面进行了大量的研究，总结出了一系列较为成熟的微咸水灌溉技术。
我国的研究工作者在微咸水灌溉方面，也做了大量的研究工作。宁夏、甘肃、内蒙古、陕西、河南、河北、山东、新疆、辽宁等省份，也都有利用微咸水灌溉的试验和生产实践，为我国微咸水灌溉积累了宝贵的资料和经验，从上个世纪90年代开始，我国学者开始尝试采用滴灌技术进行微咸水灌溉。如中国科学院兰州沙漠研究所在塔里木油田利用微咸水灌溉蔬菜和绿化树木取得了成功。西安理工大学、中国科学院地理科学与资源研究所等单位在新疆石河子等地，对盐碱地棉花膜下滴灌的水盐运移规律、盐分调控技术以及灌溉管理技术进行了研究，为以农八师（石河子）为中心的棉花膜下滴灌的大面积发展提供了有力的技术支持。
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国外利用咸水与微咸水进行灌溉已经有近百年的历史，就咸水灌溉水质、适宜灌溉土壤质地和不同的作物、田间管理等方而进行了大量的实践应用。其中较为典型的国家有美国和以色列。
美国的咸水灌溉至今已经有70～100年的历史，主要集中在西南部等地区，形成了棉花、甜菜、苜蓿等作物完善的微咸水半咸水（1.5～5 g/L）地面灌、沟灌和滴灌灌溉技术[1]。如在美国西德克萨斯州的佩科斯河流域，年平均降雨量不超过300 mm，且次降雨量不大于25mm，地下水平均矿化度为2.5g/L，最高可达6g/L，石灰质土壤，有机质含量低，主要土壤质地从粉质粘土跨度到粉质壤土。多年的研究表明，在这种气候与土壤条件下，只要采用合理的管理方法，即使在沟灌条件下用8 dS/m的咸水灌溉，棉花也能获得令人满意的收成。具体的管理方法包括：采用宽垄双行的种植方式，把种子播种在盐分积累最少的苗床肩部，或窄垄单行的种植方式，在作物出苗前犁去苗床顶部的盐层；采用隔沟灌溉的方式，把盐分排到苗床没有灌溉的一侧。又如在美国的亚利桑那州，东南沙漠区年平均降水不足80mm，其它地区的年降雨量大约为250mm，降雨是季节性的，冬天为暴雨，夏天为雷阵雨或季风活动带来的雨水，地下咸水在3～11dS/m。在这个炎热、干旱的地区，棉花的咸水灌溉已经成功地进行了10多年，其主要经验就是采用隔沟灌溉的方式，另外就是在对盐分敏感的苗期利用淡水灌溉，苗期之后再改用咸水灌溉[2]。
以色列是一个淡水严重缺乏的地区，但地下分布着大量的2～8dS/m的微咸水与咸水，目前以色列微咸水灌溉技术已经研究得较为成熟。以色列属于地中海气候，夏季炎热干旱，冬季温和多雨，其主要农业生产区的年平均降雨量大约为500mm，土壤渗透性好，农田排水系统也很完善。以色列微咸水灌溉的主要经验，首先就是采用喷灌和微灌等先进的灌溉技术，并且在制定作物灌溉计划时考虑淋盐需水量，一般占作物总蒸散量的25～30%。另外就是在作物种植前先排盐，把盐分淋洗到作物根区以下范围，然后再播种。如在以色列的Nahal Oz地区，土壤主要为粉质粘土，EC为5dS/m，SAR为26的微咸水已经被成功地用于棉花的灌溉，其主要经验就是每年向土壤中施入石膏进行土壤改良，棉田播种前（一般在冬季）进行灌溉，使150～180cm深度土壤含水量达到田间持水量[3]。与此同时，其他国家如伊拉克、科威特、突尼斯、摩洛哥、阿尔及利亚、印度、日本、西班牙、前苏联的中亚地区等都有很长的咸水灌溉的历史[4]。
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2.2 微咸水滴灌条件下水盐运移 2.2.1 微咸水的利用
微咸水是一种特殊的非常规水资源，在缺水的国家和地区正日益备受关注。对于微咸水的划分标准国内外有以下几种分类：①微咸水是盐分浓度为1 000×10-6 ~ 3 000×10-6，即相当于矿化度为1 ~ 3 g/L的水资源[5]；②微咸水是指含盐量为0.5 ~ 1. 5 g/ L，中度咸水是指含盐量为1.5 ~ 7 g/L的水资源[6]；③在我国一般认为微咸水是指含盐量在2 ~ 5 g/L范围内的水资源[7]。利用微咸水进行灌溉最好满足以下3个条件之一：选择适当的耐盐作物，使用先进的灌溉技术，提高对水分的管理水平;维持适当的土壤渗透性，确保一定数量的水盐通过作物根区，从而避免盐分在作物根区的积累
[8]
。微咸水的灌溉方式主要有淹灌、沟灌、喷灌和滴灌。淹灌和沟灌耗水量大，喷灌
和滴灌则属于节水型灌溉方式[9.10]。研究结果表明最适合用于微咸水开发利用的灌溉技术就是滴灌，其灌水频率高、灌水流量小，能够在作物根区长时间维持较高的土壤总水势，同时减少由于灌溉而加剧的潜水蒸发和土壤返盐.因此，被认为最适用于微咸水开发利用的是灌溉技术。 2.2.2滴灌技术及应用
滴灌技术是通过干管、支管和毛管上的滴头，在低压下向土壤经常缓慢地滴水；是直接向土壤供应已过滤的水分、肥料或其他化学剂等的一种灌溉系统。它没有喷水或沟渠流水，只让水慢慢滴出，并在重力和毛细管的作用下进入土壤。滴入作物根部附近的水，使作物主要根区的土壤经常保持最优含水状况。
滴灌作为一种水分利用效率高的局部灌溉形式，大部分灌溉水通过植物的蒸腾作用而消耗，盐分主要分布在湿润体的边缘，滴头下方会形成一个盐分浓度较低的淡化区，这一淡化区可以为作物提供较好的生长环境；滴灌的另一个优点就是可以利用含盐量较高的水进行灌溉，使作物获得高产，与优质水灌溉相比减产不大。 2.2.3 滴灌灌溉盐分分布特征
不同作物的耐盐性是有限的，不合理的微咸水灌溉方式会使得盐分积累造成作物减产甚至死亡，采用微咸水灌溉必须选用合理的灌溉方式，从而掌握盐分在土壤中的分布特征和运动规律，更好地指导微咸水灌溉生产。研究发现：在相同灌水量的情况下，滴灌与其他灌溉方式相比作物的干物质重要高得多，根区的土壤盐度也明显降低
[11]
。而且在用微咸水滴灌灌溉时，由于滴灌的淋洗作用，地表滴灌下盐分易在湿润锋
边缘积累，滴头下方的土壤含盐量比较小，有利于作物正常生长[12]；但长期的咸水滴
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灌很可能导致盐分的表聚[13]，这些盐分可能会随着灌溉水或降水向下移动到作物根区，从而抑制作物对水分和养分的吸收，影响作物的生长和产量[14]。
地下滴灌与地表滴灌相比，盐分会被淋洗至更深的土体中，减轻对作物根系的危害，并且滴头附近改善的水分状况可以抵消水中盐分的影响[15]。有研究认为地下滴灌在埋深为30cm时，保持了对作物生长最为有益的水分和盐分分布状况[16.17]。由于地下滴灌的埋深影响着盐分在根区的分布以及由此而造成的胁迫强度，对于不同的土壤和作物也存在差异，值得进一步研究。此外，地下滴灌的根系堵塞及鼠害问题受到关注。根系堵塞及鼠害问题是影响地下滴灌系统进一步推广应用的主要制约因素之一。采用地下滴灌方式要谨慎管理以防止产量降低及产生过量渗漏污染地下水。
地膜覆盖栽培在中国已有10余年，可保墒、增温、抑盐和减少病虫害，在中国西北干旱地区得到大而积推广。覆膜种植技术与滴灌技术相结合，减少了灌溉水的深层渗漏，降低地下水水位;覆膜后由于边界条件改变，土壤蒸发率减少，盐分上行受到抑制，切断了其次生盐碱化的来源，土壤返盐率随之降低，是一种很有发展潜力的咸水微咸水利用技术。
2.2.4 微咸水灌溉对土壤水盐运移的影响
适宜作物生长的土壤应具有良好的传导水分、空气的能力，同时耕作层应适宜作物根系生长发育。咸水用于灌溉时水中超过90%的Na+ 和Cl- 存留在土壤中，进人作物体内的Na+ 和Cl- 量很少，且随着灌溉水中NaCl含量的增加，土壤中水溶性Cl- , Na+ 含量直线增加[18]。微咸水灌溉带人的盐分与土壤本身化学元素及土壤颗粒发生相互作用，改变土壤理化特征[19]，导致土壤水分和盐分运移规律的变化，影响土壤水分有效性和盐分分布。但如果盐分主要积累在根层土壤以外，则对作物生长的影响较小[20]。由于土壤剖面理化特性和植物根系水分吸收特性的时空差异及管理方法的不同，即使质地较均匀的土壤，水分和盐分的运动也很复杂。因此，研究灌溉后，特别是微咸水灌溉后土壤水、盐动态和分布具有重要意义。 2.2.5 微咸水灌溉后不同土层土壤水盐分布规律
中国农业大学在河北曲周试验站，利用3.2g/L-1微咸水和淡水对盐渍化地区冬小麦进行田间灌溉试验，发现微咸水灌溉增加土壤表层盐分，对小麦生长略有影响。邵玉翠等[21]，利用4种土壤改良剂进行1~20年灌溉微咸水模拟试验，发现0~5 cm表层土壤全盐量最多，表层积盐最为严重，均在0.2%以上，其次是40~60 cm土壤，全盐量最低的是5~20cm , 20~40 cm根层土壤。郭太龙等[22]在室内进行微咸水土柱人渗试验，分析微咸水人渗后水分和盐分的分布特征及变化规律，发现土壤表层含水率
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均接近饱和含水率，在0~10 cm深度范围内，含水率急剧减小，30~45 cm土层含水率再次减小，减小幅度小于0~10 cm深度范围，10~30 cm土层含水率基本稳定在一定值，不同矿化度水人渗其土壤剖面盐分分布具有相似的变化规律，即表层0~10 cm处于脱盐状态，且脱盐程度随人渗水矿化度的增加而增加，35~45 cm土层处于积盐状态，积盐程度也随着入渗水矿化度的增加而增加，10~35 cm土层处于较稳定的人渗状态。
Malash等[23]研究不同灌溉方式、盐度和管理模式对番茄产量和土壤水盐的影响，灌溉1 d后测定土壤湿润程度，发现不论滴灌还是沟灌，表层20 cm土壤层含水量最多，根层(20~40 cm)含水量最少，40~60 cm和60~90 cm土层又渐渐升高，90~120 cm土层含水量平稳不变，灌溉几天后土壤水分含量降低，且表层土壤降低最明显，盐分随水分移动，灌溉点土壤盐渍度15 cm处低于30 cm和60 cm处，更深层最低。 2.2.6不同灌溉水矿化度对土壤水盐运移的影响
农业灌溉会造成土壤盐渍化，即使用淡水灌溉也会造成土壤积盐。吴忠东等[24]进行均匀土柱一维垂直人渗试验，研究不同人渗水矿化度下土壤人渗特征和离子迁移特性，结果表明，同一深度下，人渗水矿化度小于3.0 g/L-1时土壤含水率随矿化度增大而增大，高于3.0 g/L-1时随矿化度增大而减小，土柱同一深度处的含盐量与人渗水矿化度呈明显正相关，蒸馏水人除湿润锋之外的区域均得到淋洗，矿化度小于3.0 g/L-1时，盐分降低区深度为35~43 cm,矿化度达3.5 g/L-1时，盐分降低区深度有较大变化，而矿化度达4.3 g/L-1时，几乎整个剖面都积盐。每种作物因对土壤盐分的耐受能力和主根区根系深度而存在一个适于灌溉的矿化度上限，在利用微咸水灌溉时需要控制好灌溉水的矿化度。
2.3微咸水灌溉对盐碱地的影响研究
在盐渍化地区，土壤水盐状况是作物生长的主要影响因素，土壤水盐动态的研究即可为节水调盐的研究和实施提供理论依据，也可为在盐碱地进行微咸水灌溉，开发我国的盐渍化土地提供理论依据。
盐碱地是重要的土地资源，它是地球上广泛分布的一种土壤类型，约占陆地总面积的25%，总计约10亿hm2，分布在世界各大洲干旱地区，主要集中在欧亚大陆、非洲和北美西部。我国约有盐碱地0.27亿hm2，其中0. 06亿hm2耕地，0.21亿hm2盐碱荒地，主要分布在东北、华北、西北内陆地区及长江以北沿海地带。由于受多种因素影响，现今国内外土壤次生盐渍化面积还在不断扩大，人类在控制土壤次生盐渍
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微咸水滴灌对盐碱地水盐运移特征的影响-论文正文(天津农学院)
