引黄灌区水沙资源合理利用试验研究

王海霞

(山东省鄄城县水务局苏泗庄引黄灌溉管理处，山东 鄄城 274600)

山东地区是我国比较缺水的地区之一，为了支持山东农业生产，在山东境内配套完善了许多引黄灌区，且大部分采用地面浑水灌溉方式，水资源综合利用效率不足50%，加之山东地处黄河流域下游，地势低平、气候干旱、地下水水位和矿化度高、土壤排水不畅，使得该地区土壤出现了不同程度的盐渍化，因此，对盐碱地进行改良和利用成为当前急需解决的问题[1-6]。

黄河水含有大量泥沙，这些泥沙富含有机质、全 P、速效 N、速效 K等营养元素，通过引黄灌溉后，这些泥沙也会随之渗入田间大孔隙，从而有效改善盐碱地的土壤结构，提升保水保肥能力，能够对农作物的生产起到积极影响[7-12]。本文针对引黄灌区水沙资源合理利用问题，开展了不同灌水定额下的盐碱地改良试验，以期能为引黄灌区水沙资源的高效合理利用提供借鉴。

1 试验地点

试验地点为山东省菏泽市引黄灌区试验田，地势低平，年输沙量大，属高盐碱土壤。研究区温带季风性气候，年平均降雨量为550～650mm，年平均蒸发量为780～2420mm，地下水位较高，径流补给和地下水补给年内分布极不均匀，土壤盐渍化程度比较严重。同时，当前研究区普遍采用浑水漫灌方式进行农业灌溉，节水灌溉技术尚未普及，造成水资源综合利用效率不足50%。利用引黄泥沙资源对盐碱土壤进行改良，加强和完善节水灌溉技术，对本地区农业生产和生态环境的可持续发展具有十分重要的意义。

2 试验基本数据与参数

2.1 土壤含水率

对试验田不同土层深度处的土壤含水率和颗粒进行测定(见表1)。从表1中可以看到：试验田土壤含水率为13.2%～16.9%，粗粉粒(0.05～0.01mm)含量为65%～95%，细粉粒(0.01～0.005mm)含量为5%～10%，粗黏粒(0.005～0.001mm)含量为7%～10%，细黏粒(<0.001mm)含量为8%～18%。

表1 试验田土壤含水率及颗粒级配

2.2 引黄灌水泥沙颗粒

取样试验表明，引黄灌水的含沙量为32.02kg/m3，对引黄灌水水样泥沙颗粒进行试验分析(见表2)。从表2中可以看到：引黄灌水中的泥沙以细粉粒、粗黏粒以及细黏粒为主，通过泥沙入渗，可有效改善土壤颗粒级配，使土壤质地和保水保肥性能得到有效提升，将更有利于农作物生长，因而可通过引黄灌水中的泥沙颗粒对盐碱地土壤进行改良利用。

表2 引黄灌水泥沙颗粒级配 单位：%

3 试验设计

不同的灌水定额对土壤的改良效果是不同的，因此，试验共设计了四组不同灌水定额：750m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2、1200m3/hm2，每组定额下均进行3次试验，每次试验用地均为2m×2m=4m2的正方形畦田，共有3×4=12个试验区，按试验区面积计算，四组灌水定额分别需灌水300L、360L、420L、480L，灌水时间为24h。试验前后需对不同土层深度处的土壤含水率和泥沙颗粒级配进行取样测试，最后对结果进行分析。试验方案见图1。

图1 试验方案示意图

4 试验结果分析

4.1 土壤颗粒级配

从试验得到的不同土壤深度在灌水前后的颗粒级配曲线(见图2)可看到：试验田土壤颗粒级配曲线近似呈倒“S”形，土壤颗粒粒径99%以上均小于0.05mm，且主要集中于粒径0.05～0.01mm。在土层深度0～20cm时，土壤颗粒级配(<0.05mm)在灌水前后均发生了明显变化，主要表现在0.05～0.01mm的粗粉粒颗粒占比减少，而小于0.01mm的细粉粒、粗黏粒、细黏粒等占比有所增加，这主要是由于引黄灌水泥沙主要以粒径较小的细颗粒为主，这些细小颗粒随着灌水入渗至不同的土层深度处沉积，且随着灌水定额的增大，泥沙颗粒的入渗量增大。在土层深度20～30cm时，灌水定额750m3/hm2的级配曲线基本与灌水前重合，而其余三种灌水定额下，级配仍发生了明显变化，因此，可以认定在灌水定额750m3/hm2下，灌水泥沙入渗影响深度为20cm。在土层深度30～40cm时，灌水定额750m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2的级配曲线与灌水前基本重合，而灌水定额1200m3/hm2下的级配曲线仍发生了明显变化，因此，可认为900m3/hm2、1050m3/hm2灌水定额下的泥沙入渗影响深度为30cm。在土层深度40～60cm时，四种灌水定额下的级配曲线基本与灌水前重合，表明灌水定额1200m3/hm2下泥沙入渗影响深度为40cm。

图2 不同土层深度灌水前后级配曲线

4.2 颗粒组成空间变化

从不同灌水定额下泥沙入渗影响随土层深度的变化曲线(见图3)可以看到：灌水后与灌水前相比，粗粉粒的占比明显减少，且随着土层深度的增加，粗粉粒的减少量在逐渐降低，而细砂粒、细粉粒以及黏粒的含量均较灌水前有所增长，其中，黏粒的增长幅度最大，其次为细粉粒，再次为细砂粒，但随着土层深度的增加，增长幅度也在逐渐降低。随着灌水定额的增大，相同土层深度处的泥沙颗粒改变幅度也增大，即随着灌水定额的增大，对土层颗粒级配的影响程度增大，灌水后土壤的颗粒级配曲线变缓，土颗粒的不均匀系数Cu将逐渐增大，级配趋向于良好，使得土体结构更加合理，有助于农作物的耕作和生长。

4.3 土壤含水率

从试验得到的不同灌水定额下土壤含水率变化曲线(见图4)可以看到：在灌水前，土壤的含水率为13.2%～16.9%，当进行引黄灌水后，土壤不同深度处的含水率均有不同程度的升高，且随着灌水定额的增加，土壤含水率也在逐渐增加；灌水前，土壤不同深度处的平均含水率为14.95%，当采用750m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2和1200m3/hm2灌水定额进行灌水后，土壤平均含水率分别为23.03%、25.33%、26.96%和29.74%，分别比灌水前提升8.08%、10.38%、12.01%和14.79%，这说明试验盐碱地改良效果与灌水定额密切相关，灌水定额越大，土壤颗粒级配越好，保水保肥性能越佳，对农作物的生长越有利，特别的，在灌水定额较大时，对深层土壤保水性能的影响更明显，含水率提升幅度更大。

图3 土壤颗粒空间结构变化曲线

图4 不同灌水定额下土壤含水率变化曲线

5 结 语

本文以山东引黄灌区为研究对象，对不同深度盐碱土壤在50m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2、1200m3/hm2灌水定额下的改良应用效果进行了对比试验。结果表明：随着灌水定额的增加，各层土壤颗粒级配发生与之相对应的变化，灌水定额越大，土壤颗粒级配曲线越缓，泥沙入渗影响深度越深，50m3/hm2、900m3/hm2、1050m3/hm2和1200m3/hm2四种灌水定额对应的泥沙入渗深度分别为20cm、30cm、30cm和40cm；引黄灌水可以减少粗粉粒占比，增加细砂粒、细粉粒以及黏粒的占比，灌水定额增大，对土层颗粒级配的影响程度增大，土体结构更加合理，有助于农作物耕作和生长；灌水定额越大，土壤颗粒级配越好，同等深度处土壤含水率越高，保水保肥性能越佳。

虽然灌水定额增大有利于土壤级配的进一步改良，但若灌水定额太大，也会使水资源综合利用效率降低，因而最佳灌水定额应根据当地农作物生长发育需水情况进行适当调配。