大田水体-土壤相间分布下渗灌研究

王霄宇

(辽宁省大伙房水库管理局有限责任公司,辽宁 抚顺 113007)

在干旱和半干旱地区，亏缺灌溉是最常见的，沟灌、渗灌、喷灌和其他地面灌溉系统通常用于这些条件下，特别是作物的产值不稳定或不高，足以抵消喷灌或其他灌溉系统的成本[1-5]。当区域的水资源比较短缺时，沟灌、渗灌、微灌及滴灌等模式都是重要的战略措施，它能够减少深层渗漏和径流损失，以及提高降水的利用率。合理的灌溉次数、沟流量及灌溉截止时间都依赖于田间规模的变化。

当前研究者对渗灌或者沟灌等节水灌溉模式研究主要集中在土壤水分的变化规律上[6-11]，而对于水体与土壤相间分布建立起的这种特殊结构下，两个介质之间必然存在着一定的关系，很少有人开展水体-土壤相间分布下的渗灌规律研究。为此，本文的主要目的是通过大田渗灌观测，以便获得水体-土壤相间分布下渗灌规律，包括渗灌持续时间、渗灌湿润范围以及不同时间与土层入渗变化规律等，在此基础上，分析在这种分布结构下的渗灌效果。

1 田间布设

大田试验地点位于陕西省富平东南部卤泊滩。根据区域的地形、环境、气候、种植条件等因素，在沟道不同蓄水深度的情况下选取5块田地作为大田渗灌观测实验田。A、B、C、D、E五块实验观测田位置、大小及沟道蓄水深度详见表1。大田渗灌观测田块与取样点布设如图1所示；大田渗灌观测不同土层深度取样点位置如图2所示。

图1 大田渗灌观测田块与取样点布设示意图

图2 大田渗灌观测不同土层深度取样点位置示意图

表1 大田渗灌观测实验田块情况

取样时间为2020年7月19日，取样点34处，测定土样含水率样本250个。具体取样情况如下：

A地块：位于一期开发区域北侧，取样点7处，测定土样含水率样本55个。

B地块：位于一期开发区域南侧，为路东侧第二块地，取样点7处，测定土样含水率样本55个。

C地块：位于二期开发区中部，取样点7处，测定土样含水率样本55个。

D地块：位于三期西滩开发区西侧，取样点7处，测定土样含水率样本56个。

E地块：位于四期开发区内，路北侧，取样点6处，测定土样含水率样本29个。

2 土壤水分监测

大田渗灌观测包括两个方面，其一是A→E共5个田块在蓄水沟蓄水水深10、20、40、70、140cm情况下，观测各自田块在土层深度10、30、50、80、120、150、180、200cm时含水率，以便获得水体-土壤相间分布下不同蓄水水深对渗灌的影响；其二是在不同蓄水水深情况下，开展各观测田块不同土层深度含水率随时间变化规律研究，大田渗灌观测试验持续25d，在整个试验过程中分7次取样，分别为试验开始后的第1天、第4天、第8天、第12天、第16天、第20天、第25天，根据观测结果及数据分析确定各层土壤含水率随时间变化情况，以便获得水体-土壤相间分布下渗灌的持续时间和渗灌湿润范围。

3 渗灌规律

3.1 不同蓄水水深各田块不同观测点含水率变化

不同蓄水水深下各田块不同观测点含水率随土层深度变化如图3所示。

由图3可知，A→E田块不同观测点含水率分布随土层深度变化存在着一定的差别，但含水率变化趋势基本一致。各田块达到土壤饱和含水率的土层深度不同，A→E田块达到土壤饱和含水率的深度分别为200、180、180、150、80cm，其对应的饱和含水率分别为43.594%、43.85%、43.85%、43.85%、43.85%，从整体来来，田块在土层深度在150～200cm间土壤含水率基本达到饱和状态，所有田块平均饱和含水率为43.80%。再结合表2，随着土层深度的增加，各层土壤含水率逐渐增加，以田块A为例，下一层土壤含水率与上一层土壤含水率相比较，30、50、80、120、150、180、200cm土层土壤含水率分别提高了6.73%、6.271%、1.087%、1.362%、2.356%、4.267%、4.142%；其他土层与土层深度10cm处土壤含水率17.379%相比较，30、50、80、120、150、180、200cm土层土壤含水率分别提高了6.73%、13.002%、14.088%、15.45%、17.807%、22.074%、26.215%。其他大田渗灌观测田块的各土层土壤含水率变化情况详见表2，不再详细阐述。

表2 不同田块不同土层深度平均土壤含水率

图3 不同蓄水水深下各田块不同观测点含水率随土层深度变化图

3.2 蓄水水深对土壤含水率影响

不同蓄水深度不同田块平均含水率随土层深度变化如图4所示。

图4 不同蓄水深度不同田块平均含水率随土层深度变化图

由图4可知，在A→E田块蓄水沟蓄水水深10、40、20、70、140cm情况下，土层深度10～50cm间其对应的土层平均含水率分别为23.96%、27.38%、27.77%、32.10%、33.76%，说明蓄水水深越高，则土壤临界水位越高，土壤含水率大；沟道蓄水水深越低，则土壤临界水位越低，土壤含水率小。土层深度10cm处对应的平均含水率分别为17.38%、22.23%、21.66%、28.34%、27.54%，蓄水水深为10cm时，表层土壤含水率为17.38%，土壤含水率较低，根据大田观测不适应作物生长；蓄水水深在20～40cm时，表层土壤平均含水率为21.95%，土壤含水率稍有增大，根据大田观测对作物生长所需水分仍不是很理想；蓄水水深在70～140cm时，表层土壤平均含水率为27.94%，土壤含水率增大，保证作物生长时所需水分。

3.3 蓄水水深对渗灌持续时间影响

不同蓄水水深下各田块不同土层含水率随时间变化如图5所示，不同蓄水水深下各田块含水率变化稳定后对比如图6所示。

由图5—6可知，随时间的推移，土壤含水率均呈逐渐增大的趋势，且各田块的各土层土壤含水率变化趋势基本一致。A田块蓄水沟蓄水水深10cm，随着时间的推移，当水体-土壤相间分布下渗灌的第12天，土壤含水率无明显增加幅度，基本稳定，且在土层深度200cm处土壤达到饱和，饱和含水率为43.679%；B田块蓄水沟蓄水水深40cm，随着时间的推移，当渗灌的第16天，土壤含水率无明显增加幅度，基本稳定，且在土层深度160cm处土壤达到饱和，饱和含水率为44.442%；C田块蓄水沟蓄水水深20cm，随着时间的推移，当渗灌的第12天，土壤含水率无明显增加幅度，基本稳定，由于其蓄水水深与A田块相差不多，可能使其渗灌持续时间基本一致，且在土层深度180cm处土壤达到饱和，饱和含水率为44.158%；D田块蓄水沟蓄水水深70cm，随着时间的推移，当渗灌的第20天，土壤含水率无明显增加幅度，基本稳定，且在土层深度150cm处土壤达到饱和，饱和含水率为46.065%；E田块蓄水沟蓄水水深140cm，随着时间的推移，当渗灌的第25天，土壤含水率无明显增加幅度，基本稳定，且在土层深度80cm处土壤达到饱和，饱和含水率为47.38%。根据各田块渗灌持续时间分析，蓄水沟蓄水水深越高，土壤含水率稳定延长的时间越长，即水体-土壤相间分布下渗灌的持续时间越长，渗灌持续时间大小比较为：A田块=B田块

图5 不同蓄水水深下各田块不同土层含水率随时间变化图

图6 不同蓄水水深下各田块含水率变化稳定后对比图

表3 不同田块渗灌稳定时各土层土壤含水率

4 结语

本文通过水体-土壤相间分布结构下渗灌研究，结果表明蓄水沟水深越大，水平入渗运移距离越大，垂向入渗运移距离越小，随着时间的推移，变化幅度缓慢，最后趋于稳定，而垂向入渗距离随着蓄水水深的增大而减小，当土壤含水率达到饱和时，垂向入渗不再发生。因此，蓄水沟不同水深下，渗灌持续时间、渗灌湿润范围以及不同时间与土层入渗情况对田间作物节水灌溉具有一定的指导作用与借鉴。另外，研究过程中由于只开展了田间试验，对渗灌效果还需大量数据及试验进行验证。