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低洼重度盐碱地滴灌垄作模式土壤水盐运移规律研究

董世德 万书勤 康跃虎 孙甲霞

董世德, 万书勤, 康跃虎, 孙甲霞. 低洼重度盐碱地滴灌垄作模式土壤水盐运移规律研究[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(8): 82-89. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170272
引用本文: 董世德, 万书勤, 康跃虎, 孙甲霞. 低洼重度盐碱地滴灌垄作模式土壤水盐运移规律研究[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(8): 82-89. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170272
Dong Shide, Wan Shuqin, Kang Yuehu, Sun Jiaxia. Soil water and salt movement under drip irrigation of the ridge pattern in low-laying heavy saline alkali land[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(8): 82-89. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170272
Citation: Dong Shide, Wan Shuqin, Kang Yuehu, Sun Jiaxia. Soil water and salt movement under drip irrigation of the ridge pattern in low-laying heavy saline alkali land[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(8): 82-89. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170272

低洼重度盐碱地滴灌垄作模式土壤水盐运移规律研究

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170272
基金项目: 

,中国科学院前沿科学重点研究项目 QYZDJ-SSW-DQC028

“十三五”国家重点研发计划项目 2016YFC0501304

林业公益性行业科研专项 201504402

详细信息
    作者简介:

    董世德,博士生。主要研究方向:盐碱地水盐调控与节水灌溉。Email: dongsd.14s@igsnrr.ac.cn  地址:100101  北京市朝阳区大屯路甲11号中国科学院地理科学与资源研究所

    通讯作者:

    万书勤,博士,副研究员。主要研究方向:农田水循环与节水灌溉。Email: wansq@igsnrr.ac.cn  地址:同上

  • 中图分类号: S157.2

Soil water and salt movement under drip irrigation of the ridge pattern in low-laying heavy saline alkali land

  • 摘要: 目的“滴灌+高垄”模式下盐碱地垄沟栽种的苗木初始成活率高,而一段时间后成活率大幅降低,为研究清楚垄沟苗木死亡原因,开展了“滴灌+高垄”模式水盐运移规律研究。方法田间原土起垄后分别在垄面和垄沟铺设滴灌带,在保证滴头附近不出现大面积明水前提下持续滴灌,根据湿润锋运移和水盐运动情况连续取土样,分析垄体和垄沟盐分运移规律与灌水量之间的关系。结果当灌水量不超过41.4 mm时,水平湿润锋和垂直湿润锋运移距离均随灌水量的增加呈极显著的幂函数关系增加,垄体滴头下方形成一个高土壤含水量、低土壤盐分区,并且随着灌水量的增加,该区向横向和纵向不断扩大。当灌水量达到84.3 mm时,土壤质量含水率等值线由原来的椭圆形转变为倾斜向垄沟方向,垄面滴灌形成的湿润锋与垄沟滴灌形成的湿润锋搭接,土壤盐分在湿润锋搭接处聚集。当灌水量达100.9 mm时,垄体盐分随着灌水量的增加不断向土壤深层和垄沟迁移,盐分等值线图由双“U”型转变为倾斜向垄沟方向,垄体淋洗下来的盐分向垄沟大量聚集。当累计灌水量为171.6 mm时,垄体和垄坡大幅度脱盐,ECe较初始值降低62.9%。结论垄作滴灌灌溉对垄体和垄沟水盐运移有显著影响,垄沟盐分经历了先降低后增加再降低的过程,垄沟脱盐较垄体脱盐有延迟性。在此条件下对垄沟进行植被构建时,要避开盐分向垄沟聚集的时段,延迟于垄面种植。
  • 图  1  试验布置取样示意图

    Figure  1.  Schematic map of experimental sampling plots

    图  2  S2、S3、S4和S5取样时期垄体土壤水分分布

    Figure  2.  Distribution of soil water content in the ridge profile at S2, S3, S4 and S5 sampling stages

    图  3  水平湿润锋和垂直湿润锋运移距离与灌水量的关系

    **表示回归关系极显著(P < 0.01)。

    Figure  3.  Relationship between irrigation water amount and migration distance of the wetting front in both horizontal and vertical directions

    ** means the regression relationship is extremely significant (P < 0.01).

    图  4  S6和S8取样时期整个垄体垄沟剖面土壤水分分布

    Figure  4.  Distribution of soil water content in the whole ridge and ditch profile at S6 and S8 sampling stages

    图  5  S2、S3、S4和S5取样时期垄体ECe分布

    Figure  5.  Distribution of ECe in the ridge profile at S2, S3, S4 and S5 sampling stages

    图  6  S1、S6、S7和S8取样时期整个垄体垄沟剖面ECe分布

    Figure  6.  Distribution of ECe in the whole ridge and ditch profile at S1, S6, S7 and S8 sampling stages

    图  7  S6、S7和S8取样时期垄沟有无滴灌带整个垄体垄沟剖面ECe分布

    A、B、C有滴灌带;D、E、F无滴灌带。

    Figure  7.  Distribution of ECe in the whole ridge and furrow profile at S6, S7 and S8 sampling stages with or without drip tapes in the furrow

    A, B, C with drip tape in the furrow; D, E, F without drip tape in the furrow.

    图  8  S6、S7和S8取样时期垄沟有无滴灌带垄沟平均ECe柱状图

    不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。

    Figure  8.  Histogram of average ECe in the whole ditch profile at S6, S7 and S8 sampling stages with or without drip tapes in the ditch

    Different lowercase letters mean significant difference at P < 0.05 level.

    表  1  土壤基础理化性质

    Table  1.   Basic physical and chemical properties of soil

    土壤深度
    Soil depth/cm
    土壤质地
    Soil texture
    ECe/(dS·m-1) pHe SARe/(mmol0.5·L-0.5)
    0~10 砂质壤土
    Sandy loam
    11.77 7.82 58.12
    10~20 砂质壤土
    Sandy loam
    12.18 7.88 46.79
    20~30 砂质壤土
    Sandy loam
    14.73 7.98 48.70
    30~40 砂质壤土
    Sandy loam
    15.98 8.03 46.53
    40~60 砂质壤土
    Sandy loam
    15.78 8.02 43.67
    60~80 砂质壤土
    Sandy loam
    19.66 7.83 52.83
    80~100 壤土
    Loam
    18.37 7.83 52.02
    100~120 砂质黏壤土
    Sandy clay loam
    14.30 8.02 56.40
    注:ECe表示饱和泥浆提取液电导率,SARe表示钠吸附比。Notes: ECe is the electric conductivity of extract of saturated paste and SARe is the sodium adsorption ratio of extract of saturated pasted.
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  • [1] 王遵亲, 祝寿全, 俞仁培, 等.中国盐渍土[M].北京:科学出版社, 1993.

    Wang Z Q, Zhu S Q, Yu R P, et al. Saline soil of China[M]. Beijing: Science Press, 1993.
    [2] 康跃虎, 万书勤, 蒋树芳.盐碱地农业与植被建设[J].高科技与产业化, 2012, 8(4):66-71. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GKFC201204024.htm

    Kang Y H, Wan S Q, Jiang S F. Agriculture and vegetation construction in saline alkali soil[J]. High-Technology and Industrialization, 2012, 8(4):66-71. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GKFC201204024.htm
    [3] Wan S Q, Kang Y H, Wang D, et al. Effect of drip irrigation with saline water on tomato (Lycopersicon esculentum Mill) yield and water use in semi-humid area[J]. Agricultural Water Management, 2007, 90(1): 63-74. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=62b496a9cc4482685ebffa37347b2dd5
    [4] Wang R S, Kang Y H, Wan S Q, et al. Influence of different amounts of irrigation water on salt leaching and cotton growth under drip irrigation in an arid and saline area[J]. Agricultural Water Management, 2012, 110(7):109-117. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=865fcc4f07b4da896e0893d61abcf492
    [5] Li X B, Kang Y H, Wan S Q, et al. Reclamation of very heavy coastal saline soil using drip-irrigation with saline water on salt-sensitive plants[J]. Soil & Tillage Research, 2015, 146: 159-173. http://cn.bing.com/academic/profile?id=a6c897407a0eb6ae69d46900fdb2dbb6&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [6] 窦超银, 康跃虎, 万书勤.地下水浅埋区重度盐碱地覆膜咸水滴灌水盐动态试验研究[J].土壤学报, 2011, 48(3):524-532. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trxb201103009

    Dou C Y, Kang Y H, Wan S Q. Water and salt dynamics of saline-sodic soil with shallow water table under mulch-drip irrigation with saline water[J]. Acta Pedologica Sinica, 2011, 48(3):524-532. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trxb201103009
    [7] 董世德, 万书勤, 康跃虎, 等.低洼盐渍区滴灌不同土壤水基质势对土壤盐分及速生杨生长的影响[J].水土保持学报, 2017, 31(1):236-242, 247. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trqsystbcxb201701039

    Dong S D, Wan S Q, Kang Y H, et al. Effect of different soil matric potentials on distribution of soil salt and growth of poplar (Populus) by drip irrigation in low-lying saline area[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2017, 31(1): 236-242, 247. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/trqsystbcxb201701039
    [8] 李小刚, 曹靖, 李凤民.盐化及钠质化对土壤物理性质的影响[J].土壤通报, 2004, 35(1):64-72. doi:  10.3321/j.issn:0564-3945.2004.01.016

    Li X G, Cao J, Li F M. Influence of salinity and sodicity on some physical properties of salt-affected soils[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2004, 35(1):64-72. doi:  10.3321/j.issn:0564-3945.2004.01.016
    [9] Rhoades J D. Predicting bulk soil electrical conductivity versus saturation paste extract electrical conductivity calibrations from soil properties[J]. Soil Science Society of America Journal, 1981, 45(1):42-44. doi:  10.2136/sssaj1981.03615995004500010009x
    [10] 刘梅先, 杨劲松.土壤盐分的原位测定方法[J].土壤, 2011, 43(5):688-697. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tr201105002

    Liu M X, Yang J S. In-situ determination methods for soil salinity[J]. Soils, 2011, 43(5):688-697. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tr201105002
    [11] 李法虎.土壤物理化学[M].北京:化学工业出版社, 2006.

    Li F H. Soil physics[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2006.
    [12] Chhabr A R. Classification of salt-affected soils[J]. Arid Land Research and Management, 2004, 19(1):61-79. doi:  10.1080/15324980590887344
    [13] Robbins C W, Wiegand C L. Field and laboratory measurements[M]// Tanji K K. Manuals and reports on engineering practices. New York: Agricultural Salinity Assessment and Management (ASCE), 1990: 201-219.
    [14] 罗朋.盐碱土中不同灌水方式的水盐运移规律试验研究[D].杨凌: 西北农林科技大学, 2008. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10712-2008102730.htm

    Luo P. Study of water and salt movement in saline-alkali soil with different irrigation methods[D]. Yangling: Northwest A&F University, 2008. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10712-2008102730.htm
    [15] 刘春卿, 杨劲松, 陈小兵, 等.滴灌流量对土壤水盐运移及再分布的作用规律研究[J].土壤学报, 2007, 44(6):1016-1021. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2007.06.008

    Liu C Q, Yang J S, Chen X B, et al. Movement and redistribution of water and salt in relation to emitter discharge rate[J]. Acta Pedologica Sinica, 2007, 44(6):1016-1021. doi:  10.3321/j.issn:0564-3929.2007.06.008
    [16] Li X B, Kang Y H, Wan S Q, et al. Effect of drip-irrigation with saline water on Chinese rose (Rosa chinensis) during reclamation of very heavy coastal saline soil in a field trial[J]. Scientia Horticulturae, 2015, 186:163-171. doi:  10.1016/j.scienta.2015.02.024
    [17] Wan S Q, Jiao Y P, Kang Y H, et al. Drip irrigation of waxy corn (Zea mays L. var. ceratina, Kulesh) for production in highly saline conditions[J]. Agricultural Water Management, 2012, 104(8):210-220. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=bcd766d95676fbc2583ef3bd0dcefe35
    [18] 王若水, 康跃虎, 万书勤, 等.盐碱地滴灌对新疆杨生长及土壤盐分分布影响[J].灌溉排水学报, 2012, 31(5):1-6. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ggps201205001

    Wang R S, Kang Y H, Wan S Q, et al. Effect of soil matric potential on poplar growth and distribution of soil salt under drip irrigation in saline-sodic soil in arid regions[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2012, 31(5):1-6. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ggps201205001
    [19] Kang Y H, Wang R S, Wan S Q, et al. Effects of different water levels on cotton growth and water use through drip irrigation in an arid region with saline ground water of Northwest China[J]. Agricultural Water Management, 2012, 109:117-126. doi:  10.1016/j.agwat.2012.02.013
    [20] Chen X L, Kang Y H, Wan S Q, et al. Chinese rose (Rosa chinensis) cultivation in Bohai Bay, China, using an improved drip irrigation method to reclaim heavy coastal saline soils[J]. Agricultural Water Management, 2015, 158:99-111. doi:  10.1016/j.agwat.2015.04.017
    [21] Li X B, Wan S Q, Kang Y H, et al. Chinese rose (Rosa chinensis) growth and ion accumulation under irrigation with waters of different salt contents[J]. Agricultural Water Management, 2016, 163:180-189. doi:  10.1016/j.agwat.2015.09.020
  • [1] 刘家冉, 郭思勤, 赵天畅, 许凤.  木质素高盐模板碳气凝胶制备及其电化学应用 . 北京林业大学学报, 2020, 42(6): 142-148. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200096
    [2] 曾思益, 陈杰, 蒋昌波, 何飞, 隆院男, 屈科, 邓斌, 伍志元.  基于根茎叶定量概化模型的植被区沿程波高衰减机制试验研究 . 北京林业大学学报, 2020, 42(10): 117-125. doi: 10.12171/j.1000-1522.20180110
    [3] 雷善清, 王文娟, 徐艺心, 王雨辰, 陈利俊, 杜志强, 李景文.  多枝柽柳改变胡杨幼苗根系对土壤水盐的响应 . 北京林业大学学报, 2020, 42(7): 89-97. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190441
    [4] 钟悦鸣, 王文娟, 王健铭, 王雨辰, 李景文, 袁冬, 蕃芸芸, 魏新成.  极端干旱区绿洲植物叶功能性状及其对土壤水盐因子的响应 . 北京林业大学学报, 2019, 41(10): 20-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190128
    [5] 邵艳莹, 吴秀芹, 张宇清, 秦树高, 吴斌.  内蒙古地区植被覆盖变化及其对水热条件的响应 . 北京林业大学学报, 2018, 40(4): 33-42. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170414
    [6] 李想, 董利虎, 李凤日.  基于联立方程组的人工樟子松枝下高模型构建 . 北京林业大学学报, 2018, 40(6): 9-18. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170428
    [7] 王冬至, 张冬燕, 王方, 张志东, 黄选瑞.  塞罕坝主要立地类型针阔混交林树高曲线构建 . 北京林业大学学报, 2016, 38(10): 7-14. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150359
    [8] 于彩莲, 刘波, 杨莹, 秦迎春.  化控措施强化龙葵修复高镉污染土壤的能力研究 . 北京林业大学学报, 2013, 35(5): 133-138.
    [9] 施征, 史胜青, 张志翔, 高荣孚, 肖文发.  干旱与高盐对梭梭叶绿素荧光特性的影响 . 北京林业大学学报, 2012, 34(3): 20-25.
    [10] 宋现锋, 段峥, 牛海山, 河野泰之.  土壤侵蚀模型中植被管理因子的遥感估算 . 北京林业大学学报, 2009, 31(3): 58-63.
    [11] 牛健植, 余新晓, 张志强.  贡嘎山暗针叶林生态系统溶质优先运移分析 . 北京林业大学学报, 2009, 31(5): 48-53.
    [12] 冯朝阳, 吕世海, 高吉喜, 刘尚华, 林栋, .  华北山地不同植被类型土壤呼吸特征研究 . 北京林业大学学报, 2008, 30(2): 20-26.
    [13] 牛健植, 余新晓, 张志强.  贡嘎山暗针叶林森林生态系统土壤水分运移特征分析 . 北京林业大学学报, 2008, 30(supp.2): 240-245.
    [14] 杨启红, 陈丽华, 张富, 张超波.  土壤水分变异对降雨和植被的响应 . 北京林业大学学报, 2008, 30(supp.2): 88-94.
    [15] 杨新兵, 余新晓, 鲁绍伟, 李永慈.  基于土壤水动力学的树木根系吸水模型构建(Ⅰ)——单株 . 北京林业大学学报, 2008, 30(supp.2): 197-200.
    [16] 杨新兵, 余新晓, 鲁绍伟, 李永慈, .  基于土壤水动力学的树木根系吸水模型构建(Ⅱ)——林分 . 北京林业大学学报, 2008, 30(supp.2): 201-205.
    [17] 尹增芳, 金莹杉, 王超, 邢韶华, 刘杏娥, 李昌晓, 王春梅, 孙阁, 张玉兰, 王蕾, 张运春, 张颖, 谭健晖, 张秀新, 林勇明, 李云开, 任云卯, 陈圆, 赵铁珍, 张仁军, 吴淑芳, 王戈, 林娅, 梁善庆, 周海宾, 周繇, 李春义, 崔丽娟, 闫德千, 周荣伍, 杨远芬, 张志强, 洪滔, 刘艳红, 马钦彦, 翟明普, 马履一, 于俊林, 徐秋芳, 王莲英, 吴普特, 刘国经, 黄华国, 温亚利, 刘青林, 王以红, 罗建举, 余养伦, 杨培岭, 赵勃, 张明, 钟章成, 张曼胤, 樊汝汶, 江泽慧, 高岚, 张桥英, 江泽慧, 杨海军, 崔国发, 殷际松, 王玉涛, 周国模, 王希群, 汪晓峰, 安玉涛, 王小青, 何春光, 柯水发, 张本刚, 于文吉, 冯浩, 吴承祯, 费本华, 邵彬, 周国逸, 罗鹏, 刘俊昌, 张晓丽, 陈学政, 田英杰, 赵景刚, 魏晓华, 王九中, 骆有庆, 马润国, 李敏, 高贤明, 洪伟, 温亚利, 何松云, 邬奇峰, 康峰峰, 徐克学, 费本华, 刘爱青, 徐昕, 蔡玲, 任树梅, 任海青, 田平, 吴宁, 朱高浦, 吴家森, 郑万建, 安树杰, 赵弟行, 林斌, 赵焕勋, 胡喜生, 宋萍, 卢俊峰, 李永祥, 范海兰.  模拟三峡库区消落带土壤水分变化条件下水松幼苗的光合生理响应 . 北京林业大学学报, 2007, 29(3): 23-28.
    [18] 李朝生, 杨晓晖, 张克斌, 于春堂, 慈龙骏.  沙漠-绿洲系统中降雨、土壤水分与地下水位的响应特征 . 北京林业大学学报, 2007, 29(4): 129-135.
    [19] 王志玲, 刘智, 雷霆, 程丽莉, 曹伟, 刘志军, 于寒颖, 李贤军, 江泽慧, 施婷婷, 杜官本, 周志强, 赵俊卉, 徐剑琦, 张煜星, 程金新, 黄心渊, 宗世祥, 陈伟, 崔彬彬, 雷相东, 李国平, 张展羽, 肖化顺, 周国模, 苏里坦, 杨谦, 雷洪, 骆有庆, 苏淑钗, 丁立建, 张彩虹, 曹金珍, 李云, 郝雨, 李云, 张璧光, 张则路, 吴家森, 张贵, 郭广猛, 王正, 王海, 关德新, 张璧光, 王正, 刘童燕, 黄群策, 秦岭, 常亮, 吴家兵, 周晓燕, 陈晓光, 李文军, 秦广雍, 王勇, 方群, 张佳蕊, 贺宏奎, 张书香, 金晓洁], 许志春, 刘彤, 张慧东, 宋南, 张大红, 姜培坤, 黄晓丽, 刘大鹏, 张国华, 姜静, 于兴华, 刘海龙, 陈燕, 刘建立, 张金桐, 苏晓华, 高黎, 姜金仲, 冯慧, 张弥, 蔡学理, 李延军, 朱彩霞, 张冰玉, 成小芳, 陈绪和, 尹伟伦, 王安志, 周梅, 王谦, 王德国, 金昌杰, 陈建伟3, 聂立水, 张连生, 张勤, 冯大领, 亢新刚, 胡君艳, 韩士杰, 崔国发, 梁树军, 姚国龙.  绿洲-荒漠交错带潜水-土壤植被-大气连续体水热传输模型研究 . 北京林业大学学报, 2006, 28(6): 88-92.
    [20] 王明枝, 
    王保平, 詹亚光, 龙玲, 马文辉, 杨晓晖, 李梅, 熊瑾, 张秋英, 李慧, 符韵林, 殷亚方, 杜华强, 侯亚南, 杨海龙, 刘震, 李全发, 饶良懿, 黄国胜, 宋小双, 张一平, 李景文, 李景文, 朱金兆, 吕建雄, 李俊清, 秦瑶, 朱金兆, 窦军霞, 耿晓东, 李发东, 尹立辉, 陆熙娴, 王雪军, 范文义, 刘文耀, 韩海荣, 李吉跃, 徐峰, 梁机, 李妮亚, 张克斌, 李俊清, 陈晓阳, 赵敏, 王洁瑛, 陈素文, 秦素玲, 李云, 欧国强, 沈有信, 李凤兰, 于贵瑞, 李黎, 刘桂丰, 毕华兴, 康峰峰, 齐实, 陈晓阳, 唐黎明, 赵宪文, 孙玉军, 倪春, 慈龙骏, 乔杰, 刘雪梅, 韦广绥, 刘伦辉, 马钦彦, 魏建祥, 任海青, 王玉成, 张桂芹, 王雪, 赵双菊, 蒋建平, 黎昌琼, 宋献方, 朱国平, 李伟, 文瑞钧, 李伟, 张万军, 宋清海, 孙涛, 李慧, 周海江, 杨谦, 丁霞, , 孙晓敏, 孙志强, 刘莹, 李宗然, 
    , .  土壤水对降水和地表覆盖的响应 . 北京林业大学学报, 2005, 27(5): 37-41.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-07-25
  • 修回日期:  2018-01-18
  • 刊出日期:  2018-08-01

低洼重度盐碱地滴灌垄作模式土壤水盐运移规律研究

doi: 10.13332/j.1000-1522.20170272
    基金项目:

    ,中国科学院前沿科学重点研究项目 QYZDJ-SSW-DQC028

    “十三五”国家重点研发计划项目 2016YFC0501304

    林业公益性行业科研专项 201504402

    作者简介:

    董世德,博士生。主要研究方向:盐碱地水盐调控与节水灌溉。Email: dongsd.14s@igsnrr.ac.cn  地址:100101  北京市朝阳区大屯路甲11号中国科学院地理科学与资源研究所

    通讯作者: 万书勤,博士,副研究员。主要研究方向:农田水循环与节水灌溉。Email: wansq@igsnrr.ac.cn  地址:同上
  • 中图分类号: S157.2

摘要: 目的“滴灌+高垄”模式下盐碱地垄沟栽种的苗木初始成活率高,而一段时间后成活率大幅降低,为研究清楚垄沟苗木死亡原因,开展了“滴灌+高垄”模式水盐运移规律研究。方法田间原土起垄后分别在垄面和垄沟铺设滴灌带,在保证滴头附近不出现大面积明水前提下持续滴灌,根据湿润锋运移和水盐运动情况连续取土样,分析垄体和垄沟盐分运移规律与灌水量之间的关系。结果当灌水量不超过41.4 mm时,水平湿润锋和垂直湿润锋运移距离均随灌水量的增加呈极显著的幂函数关系增加,垄体滴头下方形成一个高土壤含水量、低土壤盐分区,并且随着灌水量的增加,该区向横向和纵向不断扩大。当灌水量达到84.3 mm时,土壤质量含水率等值线由原来的椭圆形转变为倾斜向垄沟方向,垄面滴灌形成的湿润锋与垄沟滴灌形成的湿润锋搭接,土壤盐分在湿润锋搭接处聚集。当灌水量达100.9 mm时,垄体盐分随着灌水量的增加不断向土壤深层和垄沟迁移,盐分等值线图由双“U”型转变为倾斜向垄沟方向,垄体淋洗下来的盐分向垄沟大量聚集。当累计灌水量为171.6 mm时,垄体和垄坡大幅度脱盐,ECe较初始值降低62.9%。结论垄作滴灌灌溉对垄体和垄沟水盐运移有显著影响,垄沟盐分经历了先降低后增加再降低的过程,垄沟脱盐较垄体脱盐有延迟性。在此条件下对垄沟进行植被构建时,要避开盐分向垄沟聚集的时段,延迟于垄面种植。

English Abstract

董世德, 万书勤, 康跃虎, 孙甲霞. 低洼重度盐碱地滴灌垄作模式土壤水盐运移规律研究[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(8): 82-89. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170272
引用本文: 董世德, 万书勤, 康跃虎, 孙甲霞. 低洼重度盐碱地滴灌垄作模式土壤水盐运移规律研究[J]. 北京林业大学学报, 2018, 40(8): 82-89. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170272
Dong Shide, Wan Shuqin, Kang Yuehu, Sun Jiaxia. Soil water and salt movement under drip irrigation of the ridge pattern in low-laying heavy saline alkali land[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(8): 82-89. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170272
Citation: Dong Shide, Wan Shuqin, Kang Yuehu, Sun Jiaxia. Soil water and salt movement under drip irrigation of the ridge pattern in low-laying heavy saline alkali land[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2018, 40(8): 82-89. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170272
  • 西北引黄灌区边缘区,气候干旱,地势低洼,土壤盐渍化程度重。由于地形地貌条件不利于排水,地下水盐分随着毛管上升作用很容易到达植物根区,植被建设极其困难[1]。垄作是常用的通过抬高田面相对降低地下水位的农艺措施,而滴灌小流量、长时间、高频率的灌溉特点,能够通过维持较高的土壤水势梯度使得土壤水盐总体向下运动,并控制盐分从下层土壤或地下水向上层土壤的迁移。中国科学院地理科学与资源研究所康跃虎研究团队采用“滴灌+高垄”的水盐调控方法和技术模式,在地下水浅埋重度盐碱地上取得了良好的植被建设效果[2-7]。例如,窦超银等[6]在宁夏平罗灵沙低洼重度盐碱地上,采用“咸水滴灌+高垄+覆膜”模式种植枸杞(Lycium chinense),发现高频滴灌使垄中土壤水分一直处于向下运动状态,盐分不断被淋洗,土壤剖面中部即枸杞根区土壤水分适宜且土壤盐分保持较低水平,为枸杞根系生长提供了良好的土壤环境条件。董世德等[7]在宁夏低洼盐碱地上,采用“滴灌+高垄”模式种植速生杨(Populus tomentosa),发现第1年统一灌溉结束后垄体盐分较试验开始前减少了70.87%,速生杨第1年成活率达90%以上,并且推荐将滴头正下方20 cm和50 cm的土壤水基质势下限控制在-15 kPa作为灌溉指导。

    上述“滴灌+高垄”模式下,枸杞和速生杨种植在垄面,垄沟处于闲置状态。考虑到在生态脆弱区植被建设中,较高的植被覆盖度是评价生态恢复效果的一个重要指标,故在引入“滴灌+高垄”模式进行盐碱地植被建设时,垄面和垄沟同时种植了植被,以提高植被覆盖度。但田间试验发现,垄沟在铺设滴灌带的情况下,开始苗木发芽率较高,然而随着滴灌水盐调控时间的延长,垄沟植被逐渐死亡,当年试验结束时,垄沟植被成活率不足10%。基于以上田间试验结果,作者分析是在某个时间段内,垄体盐分被大量淋洗到垄沟,而垄沟滴灌灌溉不足以将这部分盐分及时淋走,超过了植物的耐盐阈值,从而造成垄沟苗木死亡。为探索垄沟苗木死亡的原因及解决方法,布置了“滴灌+高垄”模式下土壤水盐运移规律的田间模拟试验,以期确定垄体盐分向垄沟运移的时段、垄沟脱盐的时段等,为后续在垄沟植被构建提供科学依据。

    • 试验在西北盐碱地生态恢复关键技术研究与示范基地进行,该试验区气候、地下水埋深、灌溉水来源及其理化性质等自然条件同文献[7]。0~120 cm土壤基础理化性质如表 1所示,土壤饱和泥浆提取液的电导率(ECe)平均为15.5 dS/m,pH在7.8~8.1之间,钠吸附比(SARe)在43.7~58.1之间,土壤属于盐化钠质土[8]。0~80 cm土壤质地为砂质壤土,80~100 cm和100~120 cm分别为壤土和砂质黏壤土。

      表 1  土壤基础理化性质

      Table 1.  Basic physical and chemical properties of soil

      土壤深度
      Soil depth/cm
      土壤质地
      Soil texture
      ECe/(dS·m-1) pHe SARe/(mmol0.5·L-0.5)
      0~10 砂质壤土
      Sandy loam
      11.77 7.82 58.12
      10~20 砂质壤土
      Sandy loam
      12.18 7.88 46.79
      20~30 砂质壤土
      Sandy loam
      14.73 7.98 48.70
      30~40 砂质壤土
      Sandy loam
      15.98 8.03 46.53
      40~60 砂质壤土
      Sandy loam
      15.78 8.02 43.67
      60~80 砂质壤土
      Sandy loam
      19.66 7.83 52.83
      80~100 壤土
      Loam
      18.37 7.83 52.02
      100~120 砂质黏壤土
      Sandy clay loam
      14.30 8.02 56.40
      注:ECe表示饱和泥浆提取液电导率,SARe表示钠吸附比。Notes: ECe is the electric conductivity of extract of saturated paste and SARe is the sodium adsorption ratio of extract of saturated pasted.
    • “滴灌+高垄”模式土壤水盐田间模拟试验选在2015年10月,该时段无降雨,避免了降雨对试验的影响。详细试验设计如下:

      原状盐碱土用挖掘机起垄,垄高0.8 m,垄面宽1.2 m,长5 m,两垄距离3 m,垄沟宽0.3 m,如图 1a所示。选取相邻9条垄为试验区,每相邻3条垄为一个重复试验区,共设3个重复。每个重复中间有两条垄沟,其中一条沟铺设滴灌带,另一条沟不铺设滴灌带做对照。垄面上布置3条滴灌带,垄面中间布置一条滴灌带,另外两条滴灌带离垄肩边缘距离均为0.1 m,滴灌带间距为0.5 m。滴头间距0.3 m,10 m水头压力下滴头流量为1.38 L/h。

      图  1  试验布置取样示意图

      Figure 1.  Schematic map of experimental sampling plots

      考虑到试验区土壤SARe值高,属于盐化钠质土,田间模拟试验时当滴头附近无明显明水就一直滴灌(晚上和取土时间不灌水),若出现较大明水面积则立刻停止灌溉,直到明水消失后再继续灌溉,以防止土壤结构破坏。

    • 由于土壤饱和泥浆提取液电导率(ECe)与土壤表观电导率(ECa)有很强的相关性[9-10],因此在田间通过ECTestr11+原位土壤电导仪(EUTECH,USA)测定不同深度ECa来判断土壤盐分的运动情况。考虑到国内外学者将ECe为4 dS/m作为划分盐渍土和非盐渍土的标准[11-12],本试验以ECa < 4 dS/m时作为后期取样时间。

      第1次取样(S1)为起垄结束灌溉之前取本底值,第2次取样(S2)为边缘滴灌带湿润锋与垄肩搭接时,第3次取样(S3)为相邻两条滴灌带湿润锋交接时,第4次取样(S4)为垂直湿润锋运动到垄面深40 cm时,第5次取样(S5)为垂直湿润锋运动到垄面深60 cm时,第6次取样(S6)为垄坡湿润锋与垄沟湿润锋交接时,第7次取样(S7)为50 cm深度处的ECa < 4 dS/m时(此时可认为是作物根区脱盐),第8次取样(S8)为最后一次取样,取样时间为80 cm深度处的ECa < 4 dS/m时(此时可认为是垄体整体脱盐)。

    • 根据湿润锋运动情况确定取样位置。湿润锋的观测分为直接观察和负压计观测,其中湿润锋水平运移距离通过直接观察土壤表层湿润区扩散范围确定,湿润锋垂直运移距离通过负压计观测来确定。在试验处理区(9条试验垄)和非试验对照区(9条试验垄之外的垄)距离滴灌带滴头5 cm远处20、40和60 cm深度分别埋设1支真空表负压计(图 1a),通过对比试验处理区灌溉时(非试验对照区不灌溉)2组负压计读数的变化和差异,判定试验区垂直湿润锋的运动情况。

      第5次取样(S5)之前,水平取样位置取到可观察到的湿润区外10 cm,垂直取样位置取到湿润锋外20 cm。当湿润锋深度达到60 cm之后(S6),取样深度取到120 cm,取样位置从外侧滴灌带滴头开始,向滴灌带两侧取样,如图 1b所示。水平向垄面方向取样距离间隔为8 cm,直到取到与中间滴灌带的中心位置,水平向垄沟方向取样距离间隔为10 cm,一直取到垄沟中间位置;取样深度0~40 cm内每隔10 cm取一个样,40~120 cm深度每隔20 cm取一个样。

      用土钻取土,每次3个重复。在选取滴头零点时本着随机的原则,但是应避免垄边缘的滴头,并且确定所选取的滴头出流量在正常范围内。

    • 每次取土样前,记录水表读数,确定每次取样前灌水总量。

      随机选取一个重复土样测定土壤质量含水率,土壤含水率采用105 ℃烘干法。所取土样实验室自然风干,磨碎过1 mm筛,采用Robbins等提出的标准方法提取饱和泥浆溶液[13],用DDS-11A数显电导率仪测定饱和泥浆提取液电导率(ECe)。

    • 图 2为灌水量累计达到41.4 mm时,各时段的土壤水分分布状况。图 2 S2、S3、S4和S5分别为灌水2.3、5.4、20和41.4 mm后垄体土壤水分分布图,从图 2中可以看出,湿润区由滴头附近高含水率区向周围呈椭圆状扩散,且随灌水量的增加湿润区不断扩大。图 2中S5为垂直湿润锋运移到60 cm深度滴头附近水分分布图,此时水平湿润锋运动已达到40 cm,但垂直方向上没有形成连续湿润体,可能原因是起垄后田间土层不均一,使得土壤水沿大孔隙运动,形成“捷径式下渗”,但通过负压计观察,60 cm负压计读数上升,说明水分已经运动到达了60 cm深度。此时各阶段水平湿润锋与垂直湿润锋运移距离随累计灌水量的变化过程如图 3所示。从图 3中可以看出,垂直和水平湿润锋运移距离都和累计灌水量呈显著的幂函数关系,此规律和其他学者研究结果一致[14-15]

      图  2  S2、S3、S4和S5取样时期垄体土壤水分分布

      Figure 2.  Distribution of soil water content in the ridge profile at S2, S3, S4 and S5 sampling stages

      图  3  水平湿润锋和垂直湿润锋运移距离与灌水量的关系

      Figure 3.  Relationship between irrigation water amount and migration distance of the wetting front in both horizontal and vertical directions

      当累计灌水量达到84.3 mm,垄面湿润锋与垄沟湿润锋搭接(S6),整个垄体土壤含水率较高,土壤水分进行再分配,之前形成的椭圆扩散区已不明显,取而代之的是倾向垄坡的水分等值线(图 4)。S8取土时共灌水171.6 mm,整体土壤含水率与S6规律类似,只是在垄体中间和底部土壤含水率略有增加(图 4)。

      图  4  S6和S8取样时期整个垄体垄沟剖面土壤水分分布

      Figure 4.  Distribution of soil water content in the whole ridge and ditch profile at S6 and S8 sampling stages

    • 试验开始后,前4次取土滴头附近ECe分布如图 5所示,其中各取样时段与图 2各时段一一对应。灌水2.3 mm后(图 5 S2),滴头附近10 cm范围内盐分降低显著,已经形成“圆弧状”低盐区的趋势;灌水5.4 mm后(图 5 S3),低盐区明显形成,且影响到20 cm土层深度的盐分分布;灌水20 mm后(图 5 S4),由于土层不均一,低盐区偏向一侧,但仍能看出盐分在湿润锋边缘聚集,而湿润体内盐分较低;灌水41.4 mm后(图 5 S5),低盐区进一步扩大,已经推移到60 cm深度。由图 5可以看出,当灌水量未超过41.4 mm时(S2~S5),灌溉水以椭球状向周围运动,土壤盐分溶解随水也向远离滴头方向扩散,一直运动到湿润锋的边缘,在湿润体内则形成了一个低盐区,并且随着灌水量的增加,该高土壤含水量低盐区向横向和纵向不断扩大。

      图  5  S2、S3、S4和S5取样时期垄体ECe分布

      Figure 5.  Distribution of ECe in the ridge profile at S2, S3, S4 and S5 sampling stages

    • 第1次取土(S1)、第6次取土(S6)、第7次取土(S7)及最后1次取土(S8)的ECe分布如图 6所示。试验开始前盐分分布如图 6 S1所示,整体盐分较高,平均ECe为16.6 dS/m。当灌水量达到84.3 mm时(图 6 S6),垄体80 cm深度内土壤盐分大幅降低,垄沟30 cm深度内的盐分也大幅降低,垄体和垄沟各形成一个类似“U”型的低盐区,垄面滴灌形成的湿润锋与垄沟滴灌形成的湿润锋搭接,土壤盐分在湿润锋搭接处聚集,形成图 6 S6水平距离50 cm处的垂向盐分聚集区。当灌水量达到100.9 mm时,垄体低盐区向垄坡方向发展(图 6 S7),垂向盐分聚集区不再明显,且电导率明显降低,但垄沟盐分较图 6 S6有所增加,这是盐分向下推移造成的结果。当累计灌水量达到171.6 mm后(图 6 S8),在垄面和垄沟滴灌淋盐的共同作用下,垄体中部的高盐分累积区逐渐消失,垄体和垄沟实现了大幅度脱盐,相对于本底值,剖面电导率均值(面积加权平均)降低62.9%,最高电导率也在10 dS/m以下。

      图  6  S1、S6、S7和S8取样时期整个垄体垄沟剖面ECe分布

      Figure 6.  Distribution of ECe in the whole ridge and ditch profile at S1, S6, S7 and S8 sampling stages

      从整个垄体盐分运移过程可以看出,首先在垄面滴灌和垄沟滴灌的作用下,垄体和垄沟逐渐形成低盐区,并在两个低盐区的交界处形成垂向的盐分聚集区,此时垄面和垄沟盐分均较低(ECe < 5 dS/m);随着灌水量的增加,垄体低盐区边缘水势高于垄沟低盐区边缘水势,在水势梯度的作用下,盐分聚集区盐分向垄沟运移,导致垄沟盐分较大幅度升高(如图 6 S7所示),此时垄沟ECe>7 dS/m,如果在这之前垄沟栽植了植物,将会导致植物受盐分胁迫而死亡;随着灌水量的进一步增加,垄体盐分大幅降低,垄体低盐区进一步扩大,垄沟盐分也在滴灌淋盐的作用下重新降低到轻度盐渍化水平(ECe < 5 dS/m)。

    • S6、S7、S8 3个时段的垄沟盐分状况如图 78所示。由图 7可知,当累计灌水量达到100.9 mm时,垄沟无滴灌时(图 7DE),垄体淋洗下来的盐分向垄沟大量聚集,导致没有滴灌带的垄沟盐分急剧增加,垄沟ECe>20 dS/m;垄沟铺设滴灌带时(图 7A图 7B),同样受到垄体淋洗下来的盐分影响,垄沟盐分也较大幅度升高,ECe均值9.71 dS/m,但显著小于垄沟无滴灌情况(ECe>20 dS/m)。当累计灌水量达到171.6 mm时,垄体大幅度脱盐,而垄沟也不同程度的脱盐。由图 8EF看出,未铺设滴灌带的垄沟平均ECe值为11.65 dS/m,相对于前一阶段盐分降低41.8%,但仍然维持较高水平;垄沟铺设滴灌带时(图 7BC),垄沟ECe值4.33 dS/m,相对前一阶段降低55.4%,且差异显著。与同时段没有铺设滴灌带的垄沟相比,有滴灌带的垄沟平均盐分低62.8%,差异也为极显著。由图 8可知,不论在哪个淋洗时段,铺设滴灌带的垄沟土壤盐分都显著低于同时段未铺设滴灌带垄沟的土壤盐分。

      图  7  S6、S7和S8取样时期垄沟有无滴灌带整个垄体垄沟剖面ECe分布

      Figure 7.  Distribution of ECe in the whole ridge and furrow profile at S6, S7 and S8 sampling stages with or without drip tapes in the furrow

      图  8  S6、S7和S8取样时期垄沟有无滴灌带垄沟平均ECe柱状图

      Figure 8.  Histogram of average ECe in the whole ditch profile at S6, S7 and S8 sampling stages with or without drip tapes in the ditch

      综上所述,铺设滴灌带的垄沟经历了一个盐分先降低后增加再降低的过程,初始阶段盐分降低是垄沟单条滴灌带造成的,此时形成的低盐区盐分较低,植被可以成活;随着垄体灌水量的不断增加,垄体盐分开始大量向垄沟迁移,使其盐分大幅增加,而垄沟不断持续灌溉也不能完全抵消土壤盐分增加趋势,此时低耐盐植物难以存活;随着灌水量的进一步增加,垄体盐分已经大幅度降低,垄沟盐分也在灌溉淋盐作用下逐渐脱盐,并逐渐形成较为适宜的水盐环境。以上垄沟土壤盐分变化规律解释了第1年垄沟植被开始成活后来死亡的原因。

      2016年垄沟补栽植被时,植被成活率达到85%以上。进一步说明垄沟种植植被,需避开盐分垄沟聚集时段,延迟栽植,具体栽植时间需结合土壤质地状况,初始土壤含水量、土壤盐分状况来确定,最好结合原位土壤电导率仪进行测定。在本试验条件下,得出的垄沟脱盐灌水总量为171.6 mm,其他条件下可将此值作为参考。

      另外,本试验为田间模拟试验,在保证垄面不出现大面积明水的较短时间内连续灌水(171.6 mm),是为了快速淋洗垄体盐分,以确定垄体盐分向垄沟运移的时段、垄沟脱盐时段等。在实际植被构建过程中,是通过滴头正下方20和50 cm的土壤水基质势下限阈值控制灌溉,进行少量、高频灌溉以保证良好的土壤结构和土壤水盐总体向下运动,同时避免大水量灌溉对地下水造成影响。

    • (1) 当灌水量不超过41.4 mm时,垄体滴头附近高土壤含水率区和低盐区均随灌水量的增加呈椭圆状向远离滴头方向扩散;水平湿润锋和垂直湿润锋运移距离均随灌水量的增加呈显著的幂函数关系增加。

      (2) 当灌水量达到84.3 mm时,土壤质量含水率等值线由原来的椭圆形转变为倾斜向垄沟方向,土壤水分向垄沟迁移;垄体和垄沟各形成一个类似“U”型的低盐区,垄面滴灌形成的湿润锋与垄沟滴灌形成的湿润锋搭接,土壤盐分在湿润锋搭接处聚集。

      (3) 当灌水量达100.9 mm时,垄体盐分随着灌水量的增加不断向土壤深层和垄沟迁移,盐分等值线图由双“U”型转变为倾斜向垄沟方向,垄体淋洗下来的盐分向垄沟大量聚集。当累计灌水量为171.6 mm时,垄体和垄坡大幅度脱盐,ECe较初始值降低62.9%。

      (4) 垄沟盐分经历了先降低后增加再降低的过程。在垄沟进行植被构建时,要避开盐分向垄沟聚集的时段,延迟种植。对于地下水浅埋重度盐碱地,采用文中类似“滴灌+高垄”水盐调控方法和模式进行植被构建时,应在保证强化淋洗阶段灌水171.6 mm以上后,再进行垄沟的植被栽植。以上灌溉水量只是基于本试验条件得出的数据,实际运用还要结合垄沟土壤盐分的观测。

    • 在地下水浅埋重度盐碱地采用“滴灌+高垄”水盐调控方法和模式进行植被构建过程中,苗木移栽后强化淋洗时间或强化淋洗灌水量对苗木的成活率,尤其是垄沟种植苗木的成活率起着至关重要的作用,但因种植环境的不同而差异很大。如果苗木采用平地种植或垄面种植,较少量的强化淋洗水量就可保证盐分被淋洗到作物根区以外。Li等以月季(Rosa chinensis)为研究对象,采用咸水滴灌进行滨海盐碱地景观林快速构建试验,在月季移栽后进行3 d的小流量(滴头流量控制在0.4 L/h)强化淋洗,强化淋洗阶段结束后,月季成活率可达100%[16]。Wan等在重度盐碱地进行糯玉米(Zea mays)水盐调控试验,在玉米种植后首次灌水40 mm左右,可以确保在滴头下方形成20 cm范围内的低盐区,有利于糯玉米萌发[17]。王若水等在新疆克拉玛依开展“滴灌+高垄”造林试验,新疆杨(Ropulus bolleana)移栽后立即灌水40 mm,并在后续试验中控制土壤水基质势在-15 kPa以上,可以保证新疆杨第1年成活率在96.3%以上[18]。以上试验均表明,在垄面和平地进行额定时间或额定水量的强化淋洗可以保证植被或作物的成活率,对植被快速构建起着重要的作用。

      然而,对于垄沟种植植被这一特殊的环境,常规定额强化淋洗的确可以形成低盐区,如本实验中灌水41.4 mm后图 5 S5所示;但随着滴灌水量的增加,垄体盐分逐渐向垄沟迁移,使得垄沟盐分再次升高,如图 6 S7所示。因此,常规额定的强化淋洗水量对于垄沟植被构建来说是不适用的,在实践中应该先种植垄上植被,之后进行强化淋洗,持续灌水量不低于40 mm,为垄上植被提供适宜的水盐环境。此后按照团队研究成果,控制滴头正下方20 cm处土壤水基质势在-5 kPa以上[19-21],当土壤水基质势降低到-5 kPa以下时,立即灌水10 mm,进一步淋洗垄体盐分;当累计灌水量达到171.6 mm,并确定垄沟土壤盐分在植被生长安全范围内的前提下,方可在垄沟进行林木栽植。否则继续采用上述方法灌溉,直到垄沟土壤盐分降低到安全阈值内。

      本试验是在特定条件下进行的,试验结果适用于在类似土壤质地、土壤盐分状况的盐碱地上进行生态林构建,但对于不同土壤质地和盐分类型的盐碱地同样具有参考价值。本试验得出的在强化淋洗阶段灌水171.6 mm仅是一个参考值,如果盐碱程度更重、土壤初始含水量越低或者土壤质地更细腻,亦或垄体规模更大,则需要的淋洗水量可能大于此值;若盐渍化程度低、土壤初始含水量越高、垄体规模小,则所需要的强化淋洗水量则可能小于此值。

参考文献 (21)

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