土壤水分及鹽分是進(jìn)行農(nóng)業(yè)耕種的關(guān)鍵，干旱地區(qū)土壤水分及鹽分與一般地區(qū)不同，本文主要研究干旱區(qū)土壤水鹽分布。

　　《土壤與作物》(季刊)創(chuàng)刊于2012年3月，黑龍江省科學(xué)院主管，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所主辦，是我國(guó)又一個(gè)有關(guān)土壤學(xué)、農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)及其相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科的綜合性學(xué)術(shù)期刊。將認(rèn)真貫徹“雙百”方針，面向國(guó)際科技前沿和國(guó)家需求，旨在介紹土壤與作物系統(tǒng)研究的最新成果。

　　在水資源充足且鹽堿度較重的棉區(qū)，可采取冬灌又春灌的灌水模式壓鹽效果較好;對(duì)于水資源豐富且可調(diào)控的地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先選擇冬灌免春灌的灌水模式進(jìn)行洗鹽，因?yàn)榇杭镜販厣�高，蒸發(fā)加劇，這時(shí)灌水不利于保墑壓鹽;在冬季水資源緊缺且春季水資源充沛的情況下，考慮采用春灌。

　　為了研究開孔河流域棉田不同定額冬灌對(duì)土壤水分及鹽分的影響，緩解地區(qū)春季農(nóng)業(yè)用水壓力，探究棉田只冬灌的灌水模式是否能夠滿足棉花出苗階段生理需水要求，通過大田試驗(yàn)，對(duì)比分析了各處理(1200、1800、2400、3000、3600、4200m3/hm2)灌前與灌后不同時(shí)期0~100cm土層水分、鹽分的變化情況。結(jié)果表明，小定額灌水條件下耕作層水分易蒸發(fā)，保水效果不顯著，返鹽現(xiàn)象嚴(yán)重，脫鹽作用較弱。經(jīng)比較分析，冬灌定額為3600m3/hm2時(shí)，具有顯著的保墑壓鹽的作用，可為返春后的棉花播種及出苗提供較好的水鹽條件,可起到減少春灌定額或免除春灌的作用。

　　新疆地處西北干旱區(qū)，水資源嚴(yán)重不足，新疆農(nóng)業(yè)用水量占新疆用水總量的90%以上。為解決目前突出的水資源供需矛盾，膜下滴灌等高效節(jié)水灌溉技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。但由于滴灌深層滲漏較少，長(zhǎng)期滴灌必然引起土壤鹽漬化問題。實(shí)踐證明，棉田在冬季大水漫灌后，可以較好保持土壤水分，對(duì)土壤鹽分有一定的淋洗作用。但是傳統(tǒng)冬灌灌水定額普遍偏大，水資源利用效率不高，因而，探索適宜的冬灌定額顯得尤為重要[1-4]。非生育期灌溉主要有冬灌和春灌，二者從壓鹽與保墑的作用來看，各有不同。春灌比冬灌保墑效果好，但由于春季氣溫升高，地表蒸發(fā)增強(qiáng)，春灌對(duì)于土壤鹽分淋洗效果不如冬灌。此外土壤類型也是決定該地區(qū)灌水類型的重要因素。為此，從土壤水分、鹽分、灌溉水量等綜合調(diào)控的角度，在假設(shè)免除春灌條件下，分析不同定額冬灌對(duì)土壤水分及鹽分的影響，并提出適合當(dāng)?shù)孛藁ǚN植的冬灌定額，為當(dāng)?shù)囟�灌提供理一定論依�?jù)[4-10]。

　　1材料與方法

　　1.1試驗(yàn)區(qū)概況

　　試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局水利科研所，地處86°12′E，41°36′N，海拔886m，屬干旱區(qū)暖溫帶大陸性荒漠氣候，干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，晝夜溫差大。多年平均降水量58.6mm，多年平均蒸發(fā)量2788.2mm(采用直徑20cm蒸發(fā)皿測(cè)量)，日照時(shí)間3036.2h，年平均氣溫11.48℃，≥10℃積溫4121.2℃，經(jīng)測(cè)定，試驗(yàn)區(qū)土壤類型為粉土，田間持水率(質(zhì)量)為25%[11]。

　　1.2試驗(yàn)方法

　　2014年11月25日至次年3月采用小區(qū)對(duì)比方法進(jìn)行了棉田冬灌大田試驗(yàn)，試驗(yàn)小區(qū)東西走向，逐次排列6個(gè)，并根據(jù)灌水量不同在試驗(yàn)地劃分出6個(gè)3m×3m的小區(qū)，設(shè)置6個(gè)灌水處理，灌水定額分別為：1200、1800、2400、3000、3600、4200m3/hm2。在每個(gè)小區(qū)內(nèi)的寬行、窄行及膜間設(shè)置取土點(diǎn)，并在遠(yuǎn)端設(shè)1組重復(fù)，2組取樣點(diǎn)相距1.5m。取土點(diǎn)深度為1m，取土間隔為0.1m，并取0~1cm及0~5cm土層土樣，將0~1cm土層土樣作為表層土樣。采用烘干法測(cè)定土樣含水率，使用型號(hào)為DDS307的電導(dǎo)率儀測(cè)定土樣電導(dǎo)率，將取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對(duì)比分析灌水前后土壤水分及鹽分變化情況。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1不同冬灌定額對(duì)土壤水分的影響

　　通過對(duì)比灌前、灌后15d和灌后105d土壤水分分布(圖1)可得，較小定額(1200~1800m3/hm2)的處理(圖1(a)、(b))灌前0~30cm土層含水率為12.9%~14.0%;灌后15d該土層含水率為17.4%~20.1%，為灌前含水率的1.35~1.44倍;灌后105d該土層含水率為13.8%~14.9%，僅為灌前含水率的1.06~1.07倍。這是因?yàn)楣嗨�量較小時(shí)，土壤水分受入滲與蒸發(fā)雙向運(yùn)移影響，隨著時(shí)間的推移而逐漸減少，從而無法發(fā)揮保水的作用。隨著灌水定額逐漸增加(圖1(c)、(d)、(e)、(f))，土壤水分分布與較小定額時(shí)逐漸顯現(xiàn)出不同的規(guī)律，灌前0~30cm土層含水率為10.5%~13.8%;灌后15d該土層含水率為16.6%~22.2%，為灌前含水率的1.55~1.69倍;灌后105d該土層含水率為13.1%~17.9%，雖然與灌后15d土層含水率相比有一定的減少，但仍可達(dá)到灌前土層含水率的1.23~1.41倍。這是由于較大定額(2400~4200m3/hm2)灌水后，即使土壤水分在各向運(yùn)移中產(chǎn)生一些損失，但仍可保留一定量的水分儲(chǔ)藏在土層中。當(dāng)冬季來臨，土層凍結(jié)，水分凝固長(zhǎng)時(shí)間保留在土層中，在春季消融時(shí)土壤含水率較未冬灌時(shí)有明顯提高，起到了冬灌保墑的作用。由圖1可知，灌后15d各處理0~30cm土層含水率趨勢(shì)均呈現(xiàn)“V”字形，在距地表5~10cm含水率達(dá)到峰值，而后出現(xiàn)驟降。通過距地表5、15、25cm埋設(shè)的地溫傳感器得到的數(shù)據(jù)(圖2)發(fā)現(xiàn)，在灌水15d后0~30cm土層的溫度基本保持在-4.4~-0.2℃之間，這說明土壤出現(xiàn)了凍融現(xiàn)象[12-14]。而凍融現(xiàn)象的產(chǎn)生，使大部分水分保留在耕作層，向土壤深層運(yùn)移速度減慢，這為冬灌保墑提供了較好的依據(jù)。根據(jù)灌后15d，105d的土壤水分分布情況，結(jié)合各處理含水率增幅(表1)得出，灌后15d，各處理0~20cm土層含水率增幅為5.7%~11.2%，0~40cm土層含水率增幅為3.9%~7.7%，0~80cm土層含水率增幅為3.2%~5.5%。雖然不同深度各處理含水率增幅的范圍并不一致，但在每個(gè)深度土層，含水率增幅基本都隨著灌水定額梯度增加，其中存在一定波動(dòng)，這是由灌水方式及凍融對(duì)水分在土壤中運(yùn)移產(chǎn)生的影響而造成的，但并不影響含水率增幅隨灌水定額變化的整體趨勢(shì)。灌后105d，由于地溫升高，地表蒸發(fā)加劇，導(dǎo)致土層水分減少，所以灌后105d各處理各深度土層含水率較灌后15d有所減少。而棉花苗期要求0~40cm土層含水率應(yīng)占田間持水率的60%~70%為宜[18]。通過土層含水率增幅可以看出，灌水定額1200m3/hm2和1800m3/hm2在0~40cm土層含水率只能保證在田間持水率的58%~61%之間，其增幅為0.9%~1.0%。這說明在該冬灌定額下，只靠冬灌用于土地的保墑，無法滿足來年播種棉花的土壤水分要求。而灌水定額3600m3/hm2和4200m3/hm2在0~40cm含水率增幅為5.0%~5.5%，且含水率為田間持水率的74%~77%。兩個(gè)灌水處理對(duì)土壤水分的補(bǔ)給基本滿足棉花生長(zhǎng)初期的土壤水分要求，可以在此冬灌定額基礎(chǔ)上，減少春灌水量，甚至免除春灌，以達(dá)到減少不必要水資源消耗的目的。

　　2.2不同冬灌定額對(duì)土壤鹽分的影響

　　由于不同定額灌水，會(huì)直接影響不同深度土層土壤含水率，從而進(jìn)一步影響土壤鹽分的變化。通過不同處理土壤剖面電導(dǎo)率對(duì)比分析(圖3)可知，在不同灌水定額條件下，隨著時(shí)間推移，土壤含鹽量會(huì)呈現(xiàn)出不同的變化特點(diǎn)[15-17]。從表2可看出，灌后105d，所有灌水處理在淺層土壤都出現(xiàn)了不同程度的返鹽現(xiàn)象，其中灌水定額1200、1800m3/hm2處理返鹽現(xiàn)象較嚴(yán)重，均高于灌前土壤含鹽量，這很難為棉花的播種與出苗提供良好的生長(zhǎng)條件。但是隨著灌水定額的增加，返鹽現(xiàn)象逐步減弱，不同土層的脫鹽率穩(wěn)定在20%~30%之間(圖3)，這是因?yàn)檩^大定額(2400~4200m3/hm2)灌水條件下，土壤含水率較高，土壤中含鹽量相對(duì)穩(wěn)定。張?jiān)サ萚19]提出棉花生育期耐鹽指標(biāo)：棉花耐鹽臨界值為0.302%;耐鹽極限值為1.119%;土壤含鹽量為0.450%~0.581%時(shí)，棉花相對(duì)產(chǎn)量可以保證在85%~50%。通過換算，當(dāng)冬灌定額控制在3600~4200m3/hm2之間時(shí)，土壤鹽分得到充分淋洗，從而得到適合棉花播種及出苗的土壤環(huán)境，為棉花生長(zhǎng)提供較好生長(zhǎng)條件。根據(jù)冬灌試驗(yàn)對(duì)土壤水分及鹽分的影響進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)灌后15d土壤淺層出現(xiàn)了凍融現(xiàn)象，較小灌水定額(1200、1800m3/hm2)的脫鹽效果不明顯，但隨著灌水定額的增加，對(duì)鹽分的淋洗作用愈加明顯。由于地溫升高，地表蒸發(fā)加劇，灌后105d土壤含水率較灌后15d有所降低，但是灌水定額3600、4200m3/hm2處理0~40cm土層含水率可以達(dá)到田間持水率的74%~77%。對(duì)于土壤鹽分，各處理都出現(xiàn)一定程度返鹽現(xiàn)象，但隨著灌水定額增大，返鹽情況有所減弱，灌水定額3600、4200m3/hm2處理脫鹽效果較好。綜合不同灌水定額灌后棉田土壤水分在垂直方向的分布，以及對(duì)鹽分的淋洗效果，并結(jié)合水資源利用效率分析，認(rèn)為3600m3/hm2灌水定額更為適宜，基本滿足棉花生長(zhǎng)初期的土壤水分要求，為免除春灌提供可能性。

　　3結(jié)論

　　1)在灌后不同時(shí)期，雖然凍融現(xiàn)象及地表蒸發(fā)加劇等因素對(duì)土壤水分運(yùn)移有一定的影響，但沒有改變灌水定額對(duì)土壤水分影響起主導(dǎo)作用的趨勢(shì)。對(duì)于土壤鹽分，隨著灌后地表蒸發(fā)加劇，灌水定額3600、4200m3/hm2處理不同土層的脫鹽率仍可穩(wěn)定在20%~30%之間，脫鹽效果明顯。結(jié)合水資源利用效率分析，認(rèn)為3600m3/hm2的冬灌定額基本滿足棉花生長(zhǎng)初期的土壤水分要求，可達(dá)到減少春灌水量或免除春灌的目的。

　　2)隨著灌水定額的增加，土壤含水率并不是依次增加，而是有一定波動(dòng)性，這是由灌水方式造成的，大水漫灌可能會(huì)造成水分不均勻入滲，這對(duì)數(shù)據(jù)的匯總及分析有一定影響。在以后的研究工作中，擬采用漫灌與滴灌2種灌水方式，冬灌與春灌多種組合的灌水方案。

　　3)只冬灌，少免春灌的灌溉模式并非適用所有地區(qū)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際水資源量和土壤類型對(duì)非生育期灌水做出相應(yīng)的調(diào)整。也應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥李愋妥龀鱿鄳?yīng)調(diào)整。對(duì)于黏性較大的土壤，由于顆粒較小，保水性較好，應(yīng)該優(yōu)先采用冬灌免春灌的模式進(jìn)行灌溉;對(duì)于沙性較強(qiáng)的土壤，由于顆粒較大，保水性較差，主要采用春灌免冬灌的模式進(jìn)行灌溉。以達(dá)到最大限度地節(jié)約水資源，保證出苗率的目的。