打孔灌沙促進漫灌下鹽堿土水分下滲提高脫鹽效果

張翼夫，李洪文，胡 紅，王憲良，陳婉芝

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打孔灌沙促進漫灌下鹽堿土水分下滲提高脫鹽效果

張翼夫，李洪文※，胡 紅，王憲良，陳婉芝

（中國農業大學工學院，北京 100083）

針對現有鹽堿土改良措施工程量大，農業生產成本高等問題，提出打孔灌沙的鹽堿土防治措施。該文以天津濱海鹽堿土為研究對象，通過野外小區灌溉試驗，研究在灌溉條件下打孔灌沙對鹽堿土水鹽運移規律的影響，旨在探索打孔灌沙減少鹽堿地表層積鹽的可行性。試驗設計3種灌溉量（600、900和1 200 m3/hm2），3種打孔深度（5、10和15 cm）和3種打孔密度（30、60和90 孔/m2），并以無打孔灌沙處理為對照組（CK）。結果表明：灌溉量影響鹽堿土洗鹽效果，在600～1 200 m3/hm2灌溉量處理下，灌溉量越大，表層土壤脫鹽效果越好。同時，打孔灌沙能夠促進水分下滲，提高脫鹽效果，在1 200 m3/hm2灌溉量下，灌后25 d，打孔深度≥10 cm時較CK降低表層0～30 cm土壤水分8.7%～16.1%，提高脫鹽總量50.7%～98.8%。打孔密度增加能夠促進脫鹽效果，但隨打孔深度而不同。打孔深度≤10 cm時，30和60 孔/m2打孔密度處理間脫鹽總量差異不顯著（>0.05）。打孔深度為15 cm時，60和90 孔/m2打孔密度處理間脫鹽總量差異不顯著（>0.05）。考慮到過深的打孔深度處理會降低打孔灌沙效率、提高配套打孔灌沙機具的研發難度，結合試驗區農藝規范，推薦10 cm打孔深度、30 孔/m2打孔密度作為合適的打孔灌沙處理方案，該研究可為濱海區鹽堿土的開發利用提供新的思路和方法。

灌溉；脫鹽；入滲；鹽堿土；打孔灌沙；水鹽運移

0 引 言

土壤鹽堿化是世界干旱、半干旱農業區突出的生態環境問題[1-3]。據統計，鹽堿土廣泛分布于世界100多個國家，總面積達1.0×109hm2[4]。鹽堿土的開發利用與土壤鹽堿化的防治已成為社會經濟化、可持續發展的重要研究內容[5-6]。

鹽堿土改良的根本目的是改善土壤理化性狀，使之有利于作物生長發育，實現高產高效[7]。在現有的鹽堿土農藝改良措施中，平整土地可使水分均勻下滲，使鹽分不易集中于地表，防止土壤斑狀鹽堿化[8]；暗管排水能夠提高灌溉淋洗效果，對土壤返鹽有明顯抑制作用[9-11]，但是措施工程量大、費用高，加大了農業生產成本，不利于大規模推廣運用。鹽分在土壤中的分布情況為地表層多，下層少。翻耕可把表層土壤中鹽分翻扣到耕層下邊，把下層含鹽較少的土壤翻到表面，從而疏松耕作層，切斷土壤毛細管，減弱土壤水分蒸發，有效地控制土壤返鹽[12]，但是翻耕能耗較大。因此，尋找一種成本低、便于大規模推廣利用的改良措施尤為重要。

打孔是養護管理草坪的重要措施之一[13]，Atkinson等[14]研究表明打孔有益于提高土壤的物理性狀，劉曉波等[15-16]研究表明打孔能夠疏松土壤，促進土壤有機質分解，增加根系對養分的吸收，改善土壤環境。而鋪沙壓堿作為鹽堿土改良的重要措施，能提高土壤通透性，抑制深層土壤鹽分上移[17]。張長生等[18]通過大田試驗研究表明，摻沙有利于大直徑土壤微粒的形成，能夠顯著改善鹽堿地耕層土壤的性狀。

針對現有鹽堿土改良措施工程量大，農業生產成本高等問題，結合打孔和摻沙，提出打孔灌沙的鹽堿土防治措施。為研究打孔灌沙措施對鹽堿土表層積鹽的實際影響，本文以天津濱海鹽堿土為研究對象，進行野外小區灌溉試驗，分析在灌溉條件下打孔灌沙對鹽堿土水鹽運移規律的影響，旨在為濱海鹽堿土治理與開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗設置在世紀田園農機服務專業合作社，于2016年5—6月進行。合作社位于天津市濱海新區中塘鎮（117°13′E、38°46′N），屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，全年平均日照時數為2 618 h，平均氣溫為12.3 ℃，無霜期約211 d，年平均降水量為570～690 mm，降雨集中在6－9月。試驗區耕層土質地為粉黏壤，其中＜0.002 mm黏粒質量分數為28.4%，0.002～＜0.05 mm粉粒61%，0.05～＜2 mm砂粒10.6%。試驗小區耕層平均土壤容重1.39 g/cm3，田間持水量28.4%，飽和質量含水率36.9%，土壤pH值8.35，鹽分質量分數2.44 g/kg，有機質質量分數17.9 g/kg，堿解氮質量分數55.6 mg/kg，速效磷質量分數12.1 mg/kg，速效鉀質量分數97.8 mg/kg。

試驗區在地質上屬華北平原濱海沉積區，質地黏重，是中國典型的鹽堿土區之一[19]。據統計，該區域年平均蒸發量約1 980 mm，為年降水量的3倍多，尤其是在4—6月，較高的溫度和季風導致該區域返鹽、積鹽現象嚴重[19-20]。天津濱海鹽堿土，在整個濱海鹽堿土區具有典型性和代表性。

1.2 試驗設計

試驗共布設小區90個，各小區面積4.5 m2（1.8 m′2.5 m），小區四周埋設0.6 m深塑料布以防止水分側滲，上方筑有15 cm高壟臺以便行走和灌溉，各小區之間相隔≥40 cm。

劉曉波等[15]研究表明對土壤環境產生積極影響的打孔深度不超過10 cm，參照現有打孔設備的技術參數[21]，試驗設計3種打孔深度：5、10、15 cm，以及3種打孔密度：30、60、90 孔/m2，具體設計分組見表1，其中不做打孔處理為對照組CK。供試沙粒取自試驗區外固定沙丘，質地為細砂，配備過程如下：將沙樣過1 mm孔徑篩后剔除石礫，再依次通過0.25和0.05 mm孔徑篩。為了減少物理性黏粒對沙粒滲透性能的影響，剔除篩分后的黏性顆粒（＜0.05 mm），將0.05～＜0.25 mm細砂粒（質量分數為70%）和0.25～＜1 mm粗砂粒（質量分數為30%）混合均勻攪拌。沙粒本身不含鹽分。

表1 試驗設計方案

試驗區干旱缺水，淡水資源匱乏，地下淺層微咸水資源豐富[22-23]，雖然微咸水利用的積極效應已有相關報道[24-25]，但是吳忠東等[26]研究表明微咸水灌溉會造成土壤表層鹽分的累積，結合本文的研究目的，選取淡水作為灌溉水，以減少灌溉水鹽分對試驗結果的影響。參照當地常規灌溉設計，試驗設定3種水平的灌溉量：600、900、1 200 m3/hm2。總計30組小區試驗，每組試驗重復3次。

1.3 試驗過程

試驗前對小區進行平整，以確保水分均勻下滲，防止土壤斑狀鹽堿化。平整后按照設計的打孔方案進行打孔處理，打孔時采用自制打孔管，外徑16 mm。根據成孔尺寸量取相同體積的細沙，倒入孔內。打孔過程中帶出的土塊置于小區外側。打孔灌沙設置完畢后，按照設計的灌水比例和小區面積準備好各小區所需的灌溉水，統一以漫灌的方式將灌溉水導入小區內。漫灌前在出水口附近鋪上塑料膜，以減少灌溉過程中水流對地表土壤的沖刷，灌溉結束后撤除塑料膜。

水鹽監測在灌水后5、10、15、20和25 d采土樣分析。參照曾禮[27]的研究方法，整個試驗觀測25 d。取樣層次為8層，分別為0～5、＞5～10、＞10～15、＞15～20、＞20～30、＞30～40、＞40～50和＞50～60 cm。試驗期間無降水。

1.4 測試項目及方法

土壤含水率：采用烘干法進行土壤含水率測定[28]。

土壤含鹽量：稱取過2 mm孔徑篩的風干土樣20.0 g，置于150 mL錐形瓶中，加入100 mL去除CO2的蒸餾水（1:5土水質量比），振蕩5 min后，過濾得土壤樣品提取液[28]。其中去除CO2的蒸餾水通過將蒸餾水煮沸15 min，冷卻后即用。用電導法測定各土樣提取液的電導率，并根據經驗公式式（1）換算土壤鹽分[29-30]，并計算土壤鹽分總量。

式中為土壤鹽分總量，g/m2；y為第層土壤含鹽量，g/kg；v為土層的容積密度，g/cm3；z為土層的厚度，cm；為25 ℃時提取液的電導率，mS/cm。

選用雷磁DDS-11A型數顯電導率儀（上海雷磁創益儀器儀表有限公司）進行提取液電導率的測定，該儀器可通過溫度補償自動實現25 ℃下提取液電導率的測定，測量范圍0.001～20 mS/cm，分辨率為0.001 mS/cm。

土壤貯水量：參照何進等[31]的方法計算。

式中為土壤貯水量，mm；r為土層的土壤含水率，%；為水的密度，g/cm3。

1.5 數據處理

為了減少試驗誤差，提高試驗數據的準確性，試驗數據采用3次重復試驗的平均值。采用Origin 8.0繪制圖形，使用DPS數據處理系統（Data Processing System，7.05版）進行統計分析，多重比較基于最小顯著差法（least significant difference，LSD）進行。

2 結果與分析

2.1 灌溉量對無打孔灌處理土壤水鹽運移特征的影響

2.1.1 灌溉量對土壤水分的影響

以對照組CK（無打孔灌沙措施）為研究對象，對比不同灌溉量下土壤水分、鹽分的運移規律。不同灌溉量處理下，各土層含水率隨時間的變化情況見圖1。

圖1 不同灌溉量處理下各土層含水率

1 200 m3/hm2灌溉量處理下（圖1c），在灌后5 d，土壤含水率總體上隨著土層深度先增大后減小，并趨于穩定，30～60 cm土層含水率集中在26.3%～27.4%之間。灌后10 d，0～20 cm土層含水率明顯減少，30～60 cm土層含水率集中在27.5%～30.3%之間。灌后15 d表層0～20 cm含水率持續減少，30～60 cm土層含水率集中在26.5%～28.3%之間。灌后20 d，各土層含水率均出現減小的變化趨勢，30～60 cm土層含水率集中在22.1%～24.2%之間。在灌后25 d，土壤含水率隨著深度增加，先增大后上下波動并趨于穩定，30～60 cm土層含水率集中在19.6%～21.0%之間。600和900 m3/hm2灌溉量處理下的水分運移呈現相似的變化趨勢（圖1a～b）：隨著時間推遲，表層0～20 cm土壤含水率逐漸減小；而在灌后25 d，土壤含水率均先增大后趨于穩定。綜上所述，無打孔灌沙措施時，灌溉后水分在重力作用下由表層逐漸下滲，表層土壤含水率逐漸減小。由于水分的運移伴隨著鹽分變化，灌溉后水分的運移過程為鹽分的變化情況提供了依據。

2.1.2 灌溉量對土壤鹽分的影響

不同灌溉量條件下，各土層鹽分隨時間的變化情況見圖2。灌溉前，0～60 cm土層隨著深度增加，土壤鹽分先減小后增大，說明表層土壤存在明顯的積鹽現象，其中0～20 cm土層鹽分集中在1.93～2.44 g/kg之間。

1 200 m3/hm2灌溉量處理下（圖2c），水分下滲明顯，灌后5 d 0～30 cm土層鹽分較灌溉前明顯減少，而40～60 cm土層鹽分有所增加。而隨著水分不斷下滲，灌后10～15 d， 40～60 cm土層鹽分逐漸減少。灌后25 d，0～20 cm土層含鹽量質量分數集中在1.75～2.09 g/kg之間，表層土壤出現了返鹽。900 m3/hm2灌溉量處理下（圖2b），鹽分隨時間的變化過程與1 200 m3/hm2處理相似：灌后 20 d，表層出現了返鹽；而在灌后25 d，0～20 cm土層含鹽量質量分數集中在1.88～2.31 g/kg之間，較灌溉前有所減少。在600 m3/hm2灌溉量處理下（圖2a），灌后20 d出現了明顯的返鹽，在灌后25 d，0～20 cm土層含鹽量質量分數集中在2.09～2.60 g/kg之間，超過了灌溉前的鹽分水平。

圖2 不同灌溉量條件下各土層含鹽量變化

綜上所述，灌溉后5 d內，表層0～30 cm土壤鹽分有所降低，40～60 cm土層鹽分變高，這是因為在重力作用下上層土壤水分下滲至下層，通過土層剖面單位面積的水量增加，土壤鹽分伴隨水分不斷下滲，使表層土壤鹽分不斷運移至深層。在灌后20～25 d，0～20 cm表層土壤出現了返鹽，說明在此階段土壤水分開始往表層運移，這個可能是因為隨著水分下滲減弱，蒸發作用逐漸明顯，使鹽分向表層土壤遷移。

2.1.3 灌溉量對脫鹽效果的影響

灌溉后25 d與灌溉前各土層鹽分的差異如圖3所示。脫鹽率即灌溉后25 d與灌前含鹽量的差值與灌前含鹽量的比值，%。1 200 m3/hm2灌溉量處理下，在灌后25 d，0～60 cm土層脫鹽率均為正值（2.2%～14.3%），其中表層0～20 cm土壤脫鹽率較高（9.3%～14.3%）。隨著土層深度增加，脫鹽率逐漸降低至2.2%左右，這是因為表層鹽分經過淋洗后，隨著水分下滲至下層，而30～60 cm土層在淋洗鹽分的同時，也積聚了部分來自表層的鹽分。900 m3/hm2灌溉量處理下，表層0～20 cm土壤脫鹽率為正值，但在30 cm土層深度處脫鹽率為-4.4%，說明該土層出現了少量的返鹽，40～60 cm土層脫鹽率集中在4.0%～12.9%之間。600 m3/hm2灌溉量處理下，0～30 cm土層脫鹽率為負值（-6.9%～-11.5%），較灌溉前發生了更加嚴重的鹽分表聚。40～60 cm土層脫鹽率在3.5%～7.1%之間，脫鹽率高于0～30 cm土層，這可能是因為該土層有部分鹽分上返至表層。

圖3 灌溉后25 d各土層脫鹽效果

綜上所述，在灌后25 d，600 m3/hm2灌溉量處理下0～30 cm土層脫鹽率為負值（-6.9%～-11.5%），1 200 m3/hm2處理下0～30 cm土層脫鹽率為正值（2.2%～14.3%），說明灌溉量影響脫鹽效果，灌溉量越大，0～30 cm土層脫鹽效果越好。

2.2 打孔灌沙對水鹽運移特征的影響

2.2.1 打孔灌沙對土壤水分的影響

試驗周期內（25 d），1 200 m3/hm2灌溉量處理下的脫鹽效果最好，所以選擇1 200 m3/hm2灌溉量對比打孔灌沙措施對水鹽運移的影響。與CK相比，打孔灌沙對各土層水分的影響如圖4所示。在灌后5 d（圖4a），隨著土層深度增加，各打孔灌沙處理下的土壤含水率總體上呈現先增大后減小的變化趨勢，但土壤含水率的峰值區域存在差異。CK含水率峰值區域在10～15 cm土層，這與打孔深度為5 cm的打孔灌沙處理（T1）接近，而打孔深度為10、15 cm的打孔灌沙處理（T4、T7）下土壤含水率峰值區域分別在20～30 cm和30～40 cm土層，這說明在灌后5 d，隨著打孔深度增加，土壤含水率峰值區域逐漸下移。同時，≥10 cm打孔深度處理（T4、T7）較CK降低0～15 cm土層含水率10.1%～15.7%（<0.05）。在30～60 cm土層范圍內， CK含水率集中在26.3%～27.4%之間，而T4、T7處理下的含水率在27.5%～29.9%之間，呈現增大的趨勢。結果表明，打孔灌沙處理能夠降低表層土壤含水率，提高水分入滲，使更多的灌溉水從表層往下層土壤遷移。這可能是因為對照組土壤內存在黏性顆粒，故通透性較差，入滲較慢；打孔后，將不含有黏性顆粒的細沙灌入孔內，使沙粒與沙粒之間，以及沙粒與原土壤之間產生大量連續的大孔隙，灌溉后水分通過孔隙可直接下滲至較深土層。

圖4 1 200 m3·hm-2灌溉量條件下各土壤含水率

在灌后25 d（圖4b），隨著土層深度增加，不同打孔深度處理下的土壤含水率總體上呈現先增大后趨于穩定的變化趨勢。表層0～15 cm土壤含水率在不同的打孔深度處理下存在差異：T1處理下的含水率與CK組差異不顯著，而≥10 cm打孔深度處理（T4、T7）土壤含水率較CK降低了10.7%～20.6%（<0.05）。另外，20～60 cm土層范圍內，土壤含水率范圍集中在19.6%～22.8%之間，而各打孔灌沙處理間的差異不顯著。

為了進一步對比打孔灌沙措施對鹽堿土水分運移過程的影響，計算試驗結束時（灌后25 d）表層0～30 cm土壤的貯水量（表2）。總體上隨著打孔深度增加，表層0～30 cm土壤貯水量呈現逐漸減小的變化趨勢。打孔深度為5 cm時，貯水量與CK組差異不顯著；而當打孔深度≥10 cm時，打孔灌沙處理下的貯水量較CK減少了8.7%～16.1%（<0.05）。這說明隨著打孔深度不斷增加，打孔灌沙對表土水分的影響不斷增加。同時，在相同的打孔深度條件下，打孔密度的增加對貯水量的影響不顯著。

表2 1 200 m3·hm-2灌溉25 d 后0～30 cm土層貯水量、鹽分總量和脫鹽總量

注：表格2數據為3次重復試驗的平均值，同列數據后標有不同字母表示差異顯著（<0.05）。

Note: Data in Table 2 are averages of 3 repeated experiments, values in a column followed by different letters are significantly different (<0.05).

綜上所述，1 200 m3/hm2灌溉量條件下，在灌后5 d，打孔灌沙促進水分下滲，在灌后25 d，打孔灌沙措施能夠減少表層0～30 cm土壤貯水量，當打孔深度≥10 cm時，打孔灌沙處理較CK減少貯水量8.7%～16.1%（<0.05）。

2.2.2 打孔灌沙對土壤鹽分的影響

灌溉量為1 200 m3/hm2時，在灌后25 d，打孔灌沙對土壤鹽分的影響如圖5a所示，總體上隨著土層深度增加，鹽分先減少后增多。在0～15 cm土層范圍內，隨著打孔深度增加，土壤鹽分呈現逐漸減少的變化趨勢，5 cm打孔深度處理（T1）與CK組土壤鹽分差異不顯著，而當打孔深度為15 cm時（T7），打孔灌沙處理較CK減少土壤鹽分13.2%～19.1%（<0.05）。在20～60 cm土層范圍內，隨著土層深度增加，土壤鹽分逐漸增大，各打孔灌沙處理下的鹽分質量分數集中在1.78～2.18 g/kg之間，而處理間的差異不顯著。結果表明，打孔灌沙處理影響表層土壤鹽分，其中≥10 cm的打孔深度下鹽分較少。

不同打孔深度處理下各土層脫鹽率如圖5b所示，總體上脫鹽率大部分為正值，而隨著土層深度增加，脫鹽率逐漸減小。0～10 cm土層，打孔處理（T1、T4和T7）下的脫鹽率均大于CK；15～20 cm土層，5 cm打孔深度處理下的脫鹽率較CK有所減小，而≥10 cm的打孔深度處理依舊高于CK；30 cm土層深度處，脫鹽率較淺層土壤明顯減小，其中T7處理出現少量的返鹽，這可能是受到表層鹽分向下運移的影響。而在40～60 cm土層范圍內，各處理下的脫鹽率基本集中在1%～10%之間。可見，打孔灌沙處理對表土脫鹽有促進作用，其中打孔深度≥10 cm時的脫鹽效果較好。

圖5 1 200 m3·hm-2灌后25 d各土層含鹽量及脫鹽率

為了分析濱海鹽堿土區灌溉條件下打孔灌沙對土壤脫鹽效果的影響，計算了灌后25 d表層0～30 cm土壤脫鹽總量（表2），總體上隨著打孔深度不斷增加，表層土壤鹽分總量逐漸減少。與CK相比，不同打孔灌沙處理下的脫鹽總量存在差異：隨著打孔深度的增加，表土積鹽不斷減少，脫鹽總量隨之增加。打孔深度為5 cm時，30和60孔/m2打孔密度處理（T1、T2）與CK差異不顯著，而打孔密度90孔/m2的打孔灌沙措施（T3）較CK提高脫鹽總量29.4%（<0.05）；打孔深度為10 cm時，打孔灌沙處理（T4、T5和T6）較CK提高脫鹽總量50.7%～62.0%（<0.05）；當打孔深度為15 cm時，T7～T9處理較CK提高了脫鹽總量81.7%～98.8%（<0.05），說明打孔深度越高，脫鹽效果越好。

打孔密度對脫鹽總量影響隨打孔深度而不同。打孔深度為5 cm時，30和60 孔/m2打孔密度處理間脫鹽總量差異不顯著，而90 孔/m2打孔密度處理較30和60 孔/m2處理分別提高脫鹽總量22.4%、18.7%（<0.05）。打孔深度為10 cm時，30和60 孔/m2打孔密度處理間脫鹽總量差異不顯著，而90 孔/m2打孔密度處理較30和 60 孔/m2處理分別提高脫鹽總量7.0%、7.5%（<0.05）。打孔深度為15 cm時，60和90 孔/m2打孔密度處理較 30 孔/m2處理分別提高脫鹽總量6.8%，9.4%（<0.05），60和90 孔/m2打孔密度處理間差異不顯著。

綜上所述，增加打孔深度能夠提高脫鹽效果，打孔深度≥10 cm時打孔灌沙處理較CK提高0～30 cm土層脫鹽總量50.7%～98.8%（<0.05）。同時，打孔密度對脫鹽效果有積極影響，打孔密度越大，脫鹽效果越好。其中在所有的打孔深度處理中，90 孔/m2打孔密度處理與 30 孔/m2處理相比，能顯著提高脫鹽總量。

3 討 論

3.1 灌溉量對無打孔灌處理土壤水鹽運移過程的影響

灌溉后，隨著水分不斷下滲，土壤含水率峰值逐漸下移，當水分下滲減弱，蒸發作用在水分運移過程中逐漸明顯，土壤鹽分隨著水分運移而逐漸遷移，本試驗灌溉后20～25 d出現了明顯的返鹽，這與李衛等[32]研究結果一致。但是巨龍等[33]通過大田試驗研究發現返鹽現象出現在灌水后60 d，比本試驗推遲了接近40 d。造成這種差異的原因可能是該大田試驗分3次灌溉，使試驗周期內前40 d土壤鹽分保持在較低水平，且該時間段內（3—4月）土壤溫度較低，蒸發不強烈，而本試驗期間溫度較高（5—6月），且試驗區地屬暖溫帶大陸性季風氣候，在干燥、高溫的氣候環境及較高的土壤溫度下，蒸發強烈；其次是大田種植作物后，作物根系對鹽分的吸收也會延緩土壤返鹽的時間。

600～1 200 m3/hm2灌溉量處理下，灌溉量越大，0～30 cm土層脫鹽效果越好，當灌溉量過小時，則達不到洗鹽的效果，該結果與逄煥成等[7]研究一致。本試驗未設計灌溉量較大時的洗鹽過程，是因為考慮到已有研究表明灌溉量過大會導致水分利用效率的降低[34]，這與試驗區高效用水，節水灌溉的原則相悖，所以灌溉定額圍繞當地常規灌溉量設計。

3.2 打孔灌沙對水鹽運移過程的影響

打孔灌沙處理能夠提高土壤通透性能，提高入滲，抑制水分上返，這主要體現在2個方面：1）是促進灌溉后水分的下滲，加快土表水分往下運移；2）是在蒸發作用明顯的條件下，減弱下層水分向土表的遷移。其原因可能是在試驗中，將不含有黏性顆粒的細沙灌入豎直孔后，沙粒與沙粒之間，以及沙粒與供試土壤之間存在大量連續的大孔隙，灌溉后水分通過孔隙可直接下滲至較深土層。而在蒸發條件下，土壤水分以液態和氣態的形式在土壤剖面中運移，水蒸氣在土壤中向著氣壓梯度減小的方向（即土壤表層）運移[30]，打孔灌沙通過用細沙置換原有土壤，將下層土壤剖面與表層氣相貫通，促使水分向成孔處遷移，而水蒸汽在顆粒空隙中移動緩慢[35]，因此土壤水分蒸發減少。同時，土壤含水率也是影響水分蒸發的重要因素：隨著土壤含水率的降低，導水率隨之減小[36]，從而導致土壤水分向上運移的吸力梯度呈現減小的變化趨勢，因而流向地表的土壤水通量逐漸減小，使表層土壤消耗的水分得不到補充，含水率進一步減小；另一方面，隨著表土含水率的持續減小，地表處的水汽壓也降低，蒸發強度隨之減弱。因此打孔灌沙降低表土含水率，使土壤導水率下降，進而減弱了表土蒸發強度。

土壤鹽分的運移與水分運動相關，結果表明，≥10 cm打孔深度下的打孔灌沙處理對表層土壤鹽分運移影響顯著，考慮到生產實踐中，過深的打孔深度處理會降低打孔灌沙效率、提高配套打孔灌沙機具的研發難度，所以推薦10 cm為合適的打孔深度方案。另一方面，試驗區農業生產以玉米、油葵等為主，其植株間距為30 cm左右[37]，過于密集的打孔灌沙處理會對其產生影響。而30 孔/m2打孔密度條件下，打孔行距30 cm，每行的打孔間距11 cm，這能夠與試驗區的種植要求相適應，所以推薦30 孔/m2為合適的打孔密度方案。

本研究是探索打孔灌沙措施作為一種新的改良措施來防治土壤鹽堿化的可行性，結果表明打孔灌沙可以作為一種有效的改良措施來提高鹽堿土洗鹽效果，抑制土表返鹽，因此打孔灌沙防治土壤鹽堿化有其應用前景。但由于本研究的主要目的是探索打孔灌沙措施能否起到促進洗鹽、抑制返鹽的作用，主要側重點是灌溉條件下的水鹽運移和影響運移規律的適宜打孔深度，對打孔灌沙影響土壤理化性狀、影響作物生長等問題暫未涉及，在后續的研究實踐中將會逐步考慮。

4 結 論

本文以天津濱海鹽堿土為研究對象，通過野外小區灌溉試驗，研究灌溉量和打孔灌沙對鹽堿土水鹽運移規律的影響，結果表明：

1）灌溉量影響鹽堿土洗鹽效果，灌溉量越大，表層土壤脫鹽效果越好。在灌后25 d，600 m3/hm2灌溉量處理下0～30 cm土層脫鹽率為負值（-6.9%～-11.5%）， 1 200 m3/hm2處理下0～30 cm土層脫鹽率為正值（2.2%～14.3%）。

2）本文提出濱海鹽堿土打孔灌沙的改良方法，結果表明打孔灌沙措施對表層土壤水鹽運移影響顯著：打孔灌沙能夠促進水分下滲，提高脫鹽效果，在1 200 m3/hm2灌溉量下，灌后25 d，打孔深度≥10 cm時較CK降低表層0～30 cm土壤貯水量8.7%～16.1%（<0.05），提高脫鹽總量50.7%～98.8%（<0.05）。

3）在相同的打孔深度條件下，打孔密度對貯水量的影響不顯著（>0.05）。打孔密度對脫鹽影響隨打孔深度而不同。打孔深度≤10 cm時，30和60 孔/m2打孔密度處理間脫鹽總量差異不顯著，但均顯著低于90 孔/m2打孔密度脫鹽總量（<0.05）。打孔深度為15 cm時，60和90 孔/m2打孔密度處理間脫鹽總量差異不顯著（>0.05），但顯著高于30 孔/m2處理脫鹽總量（<0.05）。

打孔灌施處理對土壤淋洗結果有明顯影響，因此本試驗的研究結果對濱海鹽堿土區的開發利用有參考意義。考慮到過深的打孔深度處理會降低打孔灌沙效率、提高配套打孔灌沙機具的研發難度，結合試驗區種植農藝規范，推薦10 cm打孔深度、30 孔/m2打孔密度作為合適的打孔灌沙處理方案。

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Punching and filling sand method increasing water infiltration and desalting rate of saline-alkali soil under flooding irrigation

Zhang Yifu, Li Hongwen※, Hu Hong, Wang Xianliang, Chen Wanzhi

(100083)

The purpose of improving saline-alkali soil is to enhance soil physical and chemical properties, benefit crop growth, and ultimately realize high efficient and productivity. However, the current improving methods are faced with challenges of heavy workload, high cost, etc., which limit the promotion and application of saline-alkali soil at a large scale. In order to overcome above shortages, a modified method named punching and filling sand (PFS) was proposed. This research aimed at studying the influence of PFS method on water and salt transport process by irrigation experiments, and exploring the feasibility of PFS as an efficient measure of desalinization. The PFS method was divided into 2 steps, firstly punching vertical holes in the experiment fields, and secondly filling sand into the holes. From May to June in 2016, a series of irrigation experiments were carried out, and the experimental field was located at Shiji Countryside Cooperative in Zhongtang town, Binhai district, Tianjin (38°46′N, 117°13′E). The experimental site belonged to the coastal saline-alkali soil area, which was typical in northern China. The soil in experimental site was classified as coastal solonchak with a bad structure and permeability. Under 3 kinds of irrigation amount (600, 900 and 1 200 m3/hm2) condition, 3 kinds of punching depth (5, 10, and 15 cm, respectively) and 3 kinds of punching density (30, 60, and 90 holes/m2, respectively) were considered as 2 independent variables in the experimental design (3 replicates). Meanwhile, the irrigation experiments without punching treatment were also tested as the control group (CK). The outer diameter of the punching tube was 16 mm. Soil samples were respectively collected after 5, 10, 15, 20 and 25 days of irrigation, i.e. the duration of each monitoring period was 25 days. The soil water content was determined by oven drying method and the soil salinity was measured by a DDS-11A type conductivity meter. The results showed that the desalinization rate increased with the increasing of irrigation amount. After 25 days, in 600 m3/hm2irrigation amount condition, the desalinization rate of 0-30 cm soil layer was negative (from-11.5% to-6.9%), and in 1200 m3/hm2irrigation amount condition, the desalinization rate of 0-30 cm soil layer was positive (2.2%-14.3%). The PFS method affected water infiltration, after 25 days of 1 200 m3/hm2irrigation, ≥10 cm punching depth treatment decreased water storage of 0-30 cm soil layer by 8.7%-16.1%(<0.05), compared with CK (without punching treatment). In addition, compared with CK, the PFS method with ≥10 cm punching depth treatments increased total desalinization amount by 50.7%-98.8% in top 0-30 cm soil layer after 25 days of irrigation. The punching density had no significantly influence on water storage under the same punching depth(>0.05). However, the total desalination amount was greatly affected by the punching density. At the punching depth of 5 and 10 cm, the punching density of 30 and 60 holes/m2was not significantly (>0.05) different in total desalination amount, and the total desalination amount of both treatments was lower than that at 90 holes/m2(<0.05). However, at the punching depth of 15 cm, the total desalination amount for the punching density of 90 and 60 holes/m2was not significantly different (>0.05) but significantly higher than that at 30 holes/m2(<0.05). The results indicated that the PFS method affected water and salt transport significantly, and the PFS method had been proved to be an effective measure to improve coastal saline land in northern China. Considering current agricultural machinery equipment and local agronomic standard, 10 cm punching depth and 30 holes/m2punching density were recommended as an adaptable PFS project. This study can provide valuable information for the agricultural practice of farmland incoastal saline-alkali soil area.

irrigation; desalination; infiltration; saline-alkali soil; punching and filling sand; water and salt transport

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.010

S156.4+2

A

1002-6819(2017)-06-0076-08

2016-08-02

2016-12-07

教育部創新團隊發展計劃項目（IRT13039）；公益性行業（農業）科研專項（201503136）

張翼夫，男，江蘇揚州人，博士生，主要從事鹽堿土改良技術與裝備研究。北京中國農業大學工學院，100083。Email：zyfu@cau.edu.cn

李洪文，男，江蘇泗陽人，教授，博士生導師，主要從事保護性耕作研究。北京中國農業大學工學院，100083。Email：lhwen@cau.edu.cn