本發(fā)明屬于灌溉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法。

背景技術(shù)：

淡水資源短缺成為制約中國尤其是魯北平原社會經(jīng)濟發(fā)展的突出問題，尋找替代水（微咸水）是重要的緩解途徑。中國有著豐富的地下微咸水資源，其中魯北平原地下微咸水（2-5g/l）和咸水（>5g/l）儲量豐富，開采量不足10%，據(jù)統(tǒng)計計算，該地區(qū)多年平均地下微咸水和咸水資源量為12.02億m³，其中2-3g/l的為1.12億m³，3-5g/l的為4.72億m³，大于5g/l的為6.18億m³，所以，合理開發(fā)利用微咸水資源并且實施節(jié)水灌溉措施是緩解魯北平原地區(qū)水資源供需矛盾、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

合理開發(fā)利用淺層地下微咸水資源并且實施節(jié)水灌溉措施，不但可以增加可利用的水資源，而且可以達到調(diào)節(jié)地下水位、增大地下庫容、減少潛水蒸發(fā)、防止土壤返鹽、增大降水入滲、回補地下水源、減少降雨徑流流失、防止?jié)n澇災(zāi)害、增強伏雨洗鹽作用，改良鹽堿地，加速地下咸水淡化進程等多重目標(biāo)效果。

目前，現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)灌溉方法存在諸多不足，例如：

1.現(xiàn)有的灌溉方法淡水資源浪費嚴(yán)重；

2.現(xiàn)有的灌溉方法灌水均勻性差，深層滲漏嚴(yán)重；

3.現(xiàn)有的灌溉方法易引起土壤次生鹽漬化的發(fā)生。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)在實際應(yīng)用上顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種使用微咸水與淡水的間歇組合灌溉方法，以實現(xiàn)以下發(fā)明目的：

（1）使用本發(fā)明的一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法，節(jié)約淡水用量；

（2）使用本發(fā)明的一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法，提高灌水均勻性、減少深層滲漏；

（3）使用本發(fā)明的一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法，改良鹽堿土壤，為作物提供良好的生長環(huán)境。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法，所述間歇組合灌溉包括間歇時間：0min，30min，60min,120min；組合次序：先淡后咸，先咸后淡。

一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法，該方法包括如下步驟：

步驟一、實地調(diào)研：了解當(dāng)?shù)氐墓喔戎贫群凸喔确绞剑υ囼炋镞M行勘察，主要包括：土壤類型，地下水深度，排水路線；

步驟二、取土樣：利用土鉆取擾動土，利用100mm³環(huán)刀取原狀土；

步驟三、取水樣：用干凈的容器分別在試驗田的四周取地表水和地下水水樣；

步驟四、土樣分析：實驗室內(nèi)測定原狀土的土壤容重和田間持水率，擾動土經(jīng)過風(fēng)干、碾壓、過篩（2mm）、均勻混合，制備成室內(nèi)試驗土樣，測定土樣的基本物理化學(xué)性質(zhì)；

步驟五、水樣分析：測定礦化度、全鹽，八大離子含量；根據(jù)分析結(jié)果，淡水用蒸餾水，3g/l的微咸水在實驗室內(nèi)根據(jù)地下水的化學(xué)組成利用化學(xué)試劑配制而成；

步驟六、對步驟四的試驗結(jié)果進行分析，計算土柱試驗的凈灌水定額；

步驟七、試驗設(shè)備的制作與安裝，主要包括：試驗土柱和馬氏瓶；

步驟八、試驗方案的設(shè)計：采用微咸水直接灌溉和咸淡水間歇組合灌溉兩種灌溉模式，以全部淡水灌溉為對照組；直接灌溉為淡水和礦化度為3g/l的微咸水；咸淡水間歇組合灌溉模式采用咸（3g/l）淡、淡咸（3g/l）兩種組合次序，間歇時間為0min,30min,60min,120min；

步驟九、室內(nèi)土柱試驗：將初始含水率為2%的供試土樣按照土壤容重1.39g/cm³分16層均勻裝入土柱，每層5cm，裝土高度為80cm；利用馬氏瓶自動供水，供水水頭保持在1.5-2cm之間，試驗過程中觀測濕潤鋒深度和馬氏瓶水位；當(dāng)灌水定額入滲結(jié)束后，立即從土表至濕潤鋒處每隔5cm提取土樣，測定土壤含水率，土壤ec值，土壤全鹽量。

優(yōu)選的，所述步驟二取土樣為：自土壤表層至80cm深度每隔20cm分層取原狀土和擾動土，每層3個重復(fù)。

優(yōu)選的，所述步驟四土樣分析：土壤容重和田間持水率采用環(huán)刀法，土壤含水率采用烘干法，土壤含鹽量采用質(zhì)量法，利用mastersizer3000型激光粒度儀測定土壤顆粒組成，并按照國際制土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)對試驗土壤質(zhì)地進行劃分，根據(jù)我國華北平原土壤鹽堿化程度分級標(biāo)準(zhǔn)，供試土壤為中度鹽堿化土壤。

優(yōu)選的，所述步驟六灌水定額按照下式計算得：

式中，h為土壤計劃濕潤層深度acm，a=60cm；θmax為土壤計劃濕潤層允許的最大含水率，為田間持水率（占干土重），θmax=28.62%；θ0為土壤計劃濕潤層初始含水率（占干土重），θ0⁼2%；γ土、γ水分別為土壤干容重和水的密度，γ土=1.39g/cm³和γ水=1g/cm³。

優(yōu)選的，所述步驟八試驗設(shè)備的制作與安裝：試驗土柱采用內(nèi)直徑為8cm，高為90cm的有機玻璃制成，馬氏瓶采用截面積為50.24cm²，高為50cm的有機玻璃制成。

優(yōu)選的，為取土分析土壤水分和鹽分含量，在土柱側(cè)面10cm以下，每隔5cm開一直徑為15mm的圓形取樣口，土柱與馬氏瓶外壁標(biāo)有刻度，用于觀測馬氏瓶水位和濕潤鋒運移位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

（1）使用本發(fā)明的一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法，合理開發(fā)利用了微咸水資源，淡水用量降低；

（2）使用本發(fā)明的一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法，由于間歇供水的作用，使土壤表面形成了致密層，土壤剖面水分分布更均勻，為作物提供良好的生長環(huán)境；

（3）使用本發(fā)明的一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法，由于灌水均勻性的提高，降低了根區(qū)土壤溶液鹽分含量，提高了土壤脫鹽率，使土壤向著有利于作物正常生長的方向發(fā)展。

附圖說明

圖1為一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法流程圖；

圖2為不同組合次序下土壤含水率隨土層深度的變化規(guī)律；

圖3為先淡后咸不同間歇時間下土壤含水率隨土層深度的變化規(guī)律；

圖4為先咸后淡不同間歇時間下土壤含水率隨土層深度的變化規(guī)律；

圖5為不同組合次序下土壤含鹽量隨土層深度的變化規(guī)律；

圖6為先淡后咸不同間歇時間下土壤含鹽量隨土層深度的變化規(guī)律；

圖7為先咸后淡不同間歇時間下土壤含鹽量隨土層深度的變化規(guī)律。

具體實施方式

本發(fā)明方法針對魯北平原鹽堿地的土壤鹽分含量高、地下水位淺、保水保肥性能差以及由于不合理灌溉而引起的灌區(qū)土壤次生鹽堿化的問題，提供一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法，此方法是集改良鹽堿、抑制土壤鹽分和保水保肥功能于一體的鹽堿地節(jié)水抑鹽灌溉方法，運用該方法能使本區(qū)主要農(nóng)作物冬小麥-夏玉米根區(qū)土壤鹽分得到有效抑制，使冬小麥-夏玉米能夠正常地吸水并生長，從而為其提供良好的生長環(huán)境，達到產(chǎn)量和品質(zhì)最優(yōu)。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和最佳實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法，包括如下步驟：

步驟一、實地調(diào)研：實驗地點位于濱州市濱城區(qū)，土壤屬于粉砂質(zhì)壤土，土壤含鹽量平均值為2.381g/kg，屬于中度鹽堿土壤。此試驗區(qū)主要農(nóng)作物為冬小麥-夏玉米，采用大水漫灌的方式進行洗鹽。

步驟二、取土樣

從表層至80cm深度每隔20cm分層取擾動土和原狀土，每層三個重復(fù)。

步驟三、取水樣

用干凈的礦泉水瓶在試驗田的四周取地表水和地下水水樣。

步驟四、土樣分析

表1供試土壤顆粒組成及分類

表2供試土壤的基本物理化學(xué)性質(zhì)

原狀土取回后，立即測定土壤容重和田間持水率；擾動土經(jīng)過風(fēng)干、碾壓、篩分、均勻混合后制備成室內(nèi)試驗土樣，測定土壤初始含水率、全鹽量、ec1:5；利用mastersizer3000型激光粒度儀測定土壤顆粒組成，并按照國際制土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)對試驗土壤質(zhì)地進行劃分，具體基本物理化學(xué)性質(zhì)見表1，表2，根據(jù)我國華北平原土壤鹽堿化程度分級標(biāo)準(zhǔn)，供試土壤為中度鹽堿化土壤。

步驟五、水樣分析

表3灌溉水質(zhì)化學(xué)組成

試驗用水包括淡水和3g/l的微咸水。其中淡水使用的是蒸餾水，礦化度為0g/l；微咸水是根據(jù)研究區(qū)潛層地下微咸水的鹽分組成，在室內(nèi)利用化學(xué)藥劑室內(nèi)配制而成。各種可溶性鹽濃度見表3。

步驟六、凈灌水定額設(shè)計

灌水定額根據(jù)下式計算得：

式中，h為土壤計劃濕潤層深度acm，a=60cm；θmax為土壤計劃濕潤層允許的最大含水率，為田間持水率（占干土重），θmax=28.62%；θ0為土壤計劃濕潤層初始含水率（占干土重），θ0⁼2%；γ土、γ水分別為土壤干容重和水的密度，γ土=1.39g/cm³和γ水=1g/cm³。

步驟七、實驗設(shè)備的制作與安裝

整個試驗系統(tǒng)包括試驗土柱和供水裝置。試驗土柱是由內(nèi)直徑為8cm，高為90cm的有機玻璃制成。在土柱側(cè)面10cm以下，每隔5cm開一直徑為15mm的圓形取樣口，便于取土分析土壤水分和鹽分含量；利用馬氏瓶自動供水，其截面積為50.24cm²，高為50cm，供水水頭控制在2cm左右。土柱與馬氏瓶外壁標(biāo)有刻度，用于觀測馬氏瓶水位和濕潤鋒運移深度。

步驟八、試驗方案的設(shè)計

表4咸淡水間歇組合灌溉處理設(shè)計

為對比本發(fā)明的顯著效果，試驗共設(shè)置10個處理，見表4。

步驟九、室內(nèi)土柱試驗

試驗開始前，將初始含水率為2%的試驗土樣按土壤容重1.39g/cm³分16層均勻裝入土柱，每層5cm，裝土高度為80cm。填裝完畢后，在土表放置一張與土柱內(nèi)截面積相同的帶孔濾紙以防止灌水時對表土的沖刷。試驗開始后，利用馬氏瓶自動供水以提供恒定水頭。當(dāng)灌水定額入滲結(jié)束后，立即從土表至濕潤鋒處每隔5cm提取土樣，用烘干法測定土壤含水率，利用dds-11a型電導(dǎo)率儀測定水土比為5:1的土壤溶液電導(dǎo)率，并利用土壤含鹽量與土壤浸提液電導(dǎo)率之間的關(guān)系，將電導(dǎo)率轉(zhuǎn)化為含鹽量，具體的轉(zhuǎn)化公式為：

式中：y為土壤含鹽量,g/kg；ec5:1為25℃下水土比為5:1的土壤浸提液電導(dǎo)率，ms/cm。

結(jié)果檢測：

（1）咸淡水間歇組合灌溉對土壤含水率的影響

圖2為不同咸淡水組合次序下土壤含水率隨土層深度的變化規(guī)律。對各土層土壤含水率分析，可知，當(dāng)土層深度小于15cm時，先淡后咸土壤含水率大于先咸后淡；當(dāng)土層深度大于15cm時，先咸后淡土壤含水率大于先淡后咸。說明，先灌咸水能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，使土壤入滲性能增加。

表5咸淡水間歇組合灌溉不同組合次序下土壤含水率變異系數(shù)

由表5可知，先淡后咸土壤含水率變異系數(shù)大于先淡后咸，說明先咸后淡組合灌溉模式土壤剖面含水率分布更均勻，更有利于提高灌溉水利用效率。

圖3、圖4為不同間歇時間條件下土壤含水率隨土層深度的變化規(guī)律。對各土層土壤含水率分析，可知，對于不同的土層深度，各個處理下的土壤含水率都大于淡水灌溉，說明，咸淡水間歇組合灌溉更有利于提高農(nóng)田水資源的利用效率，使大部分水貯存在土壤有效深度內(nèi)，減少深層滲漏，有利于作物的吸收。

（2）咸淡水間歇組合灌溉對土壤全鹽量的影響

圖5為不同咸淡水組合次序下土壤剖面含鹽量隨土層深度的變化規(guī)律。對各土層土壤含鹽量分析，可知，先咸后淡有利于降低土壤上層的含鹽量，而先淡后咸有利于減低土壤中下層的含鹽量。

圖6、圖7為不同間歇時間下土壤剖面含鹽量隨土層深度的變化規(guī)律。對各土層土壤含鹽量分析，可知，在一定的土層深度范圍內(nèi)，咸淡水間歇組合灌溉土壤含鹽量均小于微咸水直接灌溉，且與全淡水灌溉差異較小。說明，咸淡水間歇組合灌溉能夠在不對作物根系密集區(qū)產(chǎn)生鹽害的前提下，充分利用微咸水緩解灌區(qū)農(nóng)田干旱問題。

（3）咸淡水間歇組合灌溉對土壤脫鹽率的影響

表6間歇組合灌溉條件下土壤脫鹽率分析

對間歇組合灌溉條件下土壤脫鹽率平均值進行統(tǒng)計分析。表6所示的統(tǒng)計分析結(jié)果表明:先淡后咸土壤脫鹽率平均值大于先咸后淡。咸淡水間歇組合灌溉模式脫鹽率平均值(0.36-0.543)高于微咸水直接灌溉，說明咸淡水間歇組合灌溉模式脫鹽效果更好，能夠減小作物遭受土層整體和局部高鹽脅迫的風(fēng)險。

（4）咸淡水間歇組合灌溉對冬小麥-夏玉米生長的影響

研究區(qū)主要以冬小麥－夏玉米輪作為主體的一年兩熟種植制度，每種作物都有一定的耐鹽極限，故我們選擇這兩種作物耐鹽極限的最小值來評價微咸水灌溉模式的危害性，即為2.0g/kg。對圖6、圖7進行分析可知，對于不同的咸淡水間歇組合灌溉模式，入滲結(jié)束后，0-50cm土層鹽分含量均小于作物耐鹽度，不會對作物產(chǎn)生鹽害。

綜上所述，運用本發(fā)明提供的一種鹽堿地微咸水與淡水間歇組合灌溉方法，節(jié)約了淡水用量、提高了灌水均勻性，對鹽堿土壤的改良具有很好的效果。

以上對發(fā)明的實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅作為本發(fā)明的較佳實施例而已，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均仍屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。