土壤容重對鹽堿土膜孔溝灌水鹽運移分布的影響

張策 趙玉玲 程東娟

摘要：進行室內鹽堿土膜孔溝灌與溝灌水分入滲試驗，總結土壤容重對鹽堿土膜孔溝灌水鹽運移分布的影響及灌水方法對土壤水鹽運移分布的影響。結果發現，相同入滲時間下，土壤容重越大，鹽堿土膜孔溝灌累積入滲量越小，且累積入滲量與入滲時間符合冪函數關系;相同入滲時間下，水平、垂直濕潤鋒運移距離均隨土壤容重的增大而減小，與時間之間表現出良好的冪函數關系;隨著距灌水溝溝底膜孔中心距離的增加，土壤含水量減小，土壤含鹽量增加;灌水時間一定時，土壤容重越大，鹽分淋洗區越小;相同灌水量條件下，膜孔溝灌入滲時間比溝灌長，濕潤鋒運移距離大，濕潤區內相同位置處，膜孔溝灌含鹽量小于溝灌，試驗結束時，膜孔溝灌的脫鹽效果比溝灌好。

關鍵詞：土壤容重;膜孔溝灌;鹽堿土;水鹽運移

中圖分類號： S275.9 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）07-0261-04

土壤鹽堿化已經日漸成為限制我國乃至全世界范圍內農業可持續發展的問題之一[1]。我國鹽堿地區域面積約 3 700萬hm2[2]，目前有待開發使用的鹽堿地約有80%，有很大的發展潛能[3-4]。膜孔灌溉技術是一種通過地膜輸送水，利用灌水孔和作物孔實施灌溉的新型節水灌溉技術[5]，而膜孔溝灌是膜孔灌溉技術的一種灌溉方式。在干旱地區，淡水資源短缺，鹽堿地改良措施逐漸向節水新型灌溉技術發展。目前，國內學者在鹽堿土膜下滴灌方面的研究表明，膜下滴灌對鹽堿土有一定的淋洗作用[6-9]。但是，目前對膜孔溝灌的研究較少，而土壤容重對土壤水分入滲影響很大[10]，因此本試驗主要探究土壤容重對鹽堿土膜孔溝灌土壤水鹽運移分布的影響，并通過對比溝灌來研究膜孔溝灌對鹽堿地改良的影響，以期為膜孔溝灌在鹽堿土改良中的推廣應用提供一定根據。

1 材料與方法

為了探究土壤容重對鹽堿土膜孔溝灌和不同灌水方法下土壤水鹽運移分布的影響，筆者于2017年3月1日至5月1日，在河北工程大學農業水土精準實驗室內進行同容重下溝灌與膜孔溝灌水分入滲試驗、不同容重下鹽堿土膜孔溝灌水分入滲試驗，膜孔溝灌、溝灌入滲試驗裝置如圖1所示。

試驗土箱尺寸為15 cm×20 cm×30 cm。土樣為粉質壤土，初始含鹽量為3.75%。試驗采用橫截面為5 cm×6 cm的馬氏瓶供水，恒定水頭高度為6 cm。將土樣風干、粉碎、過 2 mm 篩，按照預設的土壤初始含水量（8%）進行配土，依據設計按照土壤容重為1.30、1.35、1.40 g/cm3分別稱取5 cm試驗土箱高度所對應的土壤質量，裝入土箱，壓實，使土箱內厚度為 5 cm，壓實后的土壤表面用鏟子刮毛，以保證層間結合良好。如此往復，依次分層裝入土箱。

溝灌和膜孔溝灌橫斷面均為梯形，根據試驗的對稱性，對1/2 壟溝進行研究。 進行膜孔溝灌試驗時， 使用1/4膜孔進行鹽堿土膜孔溝灌水分入滲試驗，該膜孔直徑為5 cm，試驗時將塑料薄膜鋪設在灌水溝及壟上，在膜和土壤表面間涂抹凡士林，以防滲水，1/4膜孔位置為土箱灌水溝一角，在膜上鋪粗沙，以防漂膜。灌水溝斷面為梯形，本試驗裝置利用半個灌水溝進行分析（圖1），上溝寬度10 cm，底溝寬度5 cm，溝深度6 cm，溝長度15 cm。試驗過程中，依據由密到疏的原則，分別在1、3、5、7、10、15、20、30、45、60、90、120 min 時觀測并記錄馬氏瓶液面下降刻度和灌水溝內水深，描繪濕潤鋒。當膜孔溝灌灌水時間達到2 h時，立即關掉馬氏瓶出水口和進氣口閥門，停止試驗。溝灌灌水量與同一容重下的膜孔溝灌灌水量一致，計算得到容重為1.3 g/cm3條件下膜孔溝灌試驗結束時的灌水量為243.3 mL，待溝灌灌水量達到該值時（11.6 min），停止試驗。試驗結束后，在垂直灌水溝土壤剖面的水平和垂直方向進行網格取土，網格尺寸為2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm，采用烘干法測定該土樣含水量，取部分烘干后土樣放入燒杯中，以水土比5 mL ∶ 1 g加入純水，攪拌均勻后靜置30 min，用電導率儀測定電導率，再根據標準曲線將其換算成土壤含鹽量。

2 結果與分析

2.1 不同土壤容重條件下膜孔溝灌及不同灌水方法對鹽堿土累積入滲量的影響

由圖2可知，鹽堿土膜孔溝灌條件下，不同容重土壤的累積入滲量和入滲速率變化趨勢基本一致，隨灌水時間的增加，累積入滲量不斷增大，入滲速率逐步減小。相同入滲時間，土壤容重越小，鹽堿土膜孔溝灌累積入滲量越大;溝灌條件下，隨著灌水時間的增加，累積入滲量也不斷增大，與膜孔溝灌變化趨勢一致;灌水量相同的情況下，同一時間溝灌較相同容重下膜孔溝灌的大得多，其入滲時間更短。

對溝灌及不同土壤容重鹽堿土膜孔溝灌的累積入滲量與時間之間的關系用冪函數進行擬合，結果（表1）發現，入滲過程中，隨入滲時間的延長，入滲速率不斷減小，原因可能是在土壤中水流向下運動時，逐漸占據土壤孔隙，土壤中的空氣被壓縮，導致土壤中空氣的運動受到限制，從而產生阻礙入滲水流向下運動的空氣頂托力，導致土壤的入滲速率不斷減小。

2.2 不同土壤容重條件下膜孔溝灌及不同灌水方法對鹽堿土濕潤鋒運移距離的影響

由圖3、圖4可以看出，溝灌和膜孔溝灌的水平、垂直濕潤鋒運移距離均隨灌水時間的增加而增加;同一入滲時間下，膜孔溝灌土壤容重越大，濕潤鋒運移距離越小;相同灌水量條件下，溝灌濕潤鋒垂直運移距離比同一容重下的膜孔溝灌小。

由表2可知，溝灌及不同土壤容重鹽堿土膜孔溝灌的水平、垂直濕潤鋒運移距離與時間之間較好地符合冪函數關系。

由圖3、圖4可知，土壤容重對鹽堿土膜孔溝灌水分運移影響較明顯。這可能是因為土壤容重越大，土壤結構越密實，細小孔隙越多，大孔隙越少土壤水分運移阻力越大，飽和導水率越小，濕潤鋒運移距離越小[11]。相同時間下，溝灌的水平濕潤鋒運移距離比同一容重下的膜孔溝灌大，這可能是因為溝灌水分入滲通過整個灌水溝（整個溝底和部分溝坡）進行，土壤與水接觸面積大，而膜孔溝灌僅通過灌水溝一角的膜孔進行水分入滲，土壤與水接觸面積小;溝灌與膜孔溝灌垂直濕潤鋒運移距離差距不大，圖中反映不太明顯。相同灌水量下，溝灌入滲時間短，試驗結束時，溝灌水平、垂直濕潤鋒運移距離均比相同容重下的膜孔溝灌小得多，這可能是因為膜孔溝灌水分通過灌水孔入滲，而溝灌水分通過整個溝底及溝坡向土壤中入滲。

2.3 不同土壤容重條件下膜孔溝灌及不同灌水方法對鹽堿土土壤水分分布的影響

由圖5可以看出， 溝灌及不同土壤容重下鹽堿土膜孔溝灌土壤剖面水分分布規律大體一致：即以膜孔所在位置[點（0，-6）]為中心呈橢圓分布，距灌水溝溝底膜孔中心點（0，-6）的距離越大，土壤含水量越小。土壤含水量等值線在灌水溝溝底膜孔[點（0，-6）]處，相對稀疏，而在濕潤鋒附近分布較匯集，說明在灌水溝膜孔周圍，土壤含水量變化較小，隨著距膜孔距離的增大，土壤含水量變化增大。在相同灌水時間下，同一位置土壤容重越大，土壤含水量越小，原因是隨著土壤容重增大，土壤密實度增大，較大孔隙數量減小，小孔隙增多。相同灌水量條件下，膜孔溝灌比同一容重下溝灌的濕潤范圍大，原因可能是膜孔溝灌的水分通過灌水孔入滲，而溝灌的水分通過整個溝底及溝坡向土壤中入滲。

2.4 不同土壤容重條件下膜孔溝灌及不同灌水方法對鹽堿土土壤鹽分分布的影響

由圖6可以看出，溝灌及不同容重鹽堿土膜孔溝灌的土壤鹽分分布規律大體一致，即在膜孔位置[點（0，-6）]附近，土壤鹽分含量較低，小于鹽堿土初始含鹽量（3.75%），距膜孔距離越大，土壤鹽分含量越大，在濕潤鋒（圖6中土壤含鹽量為 3.75% 的曲線）附近鹽分含量達到最大。可以明顯看出，膜孔，即點（0，-6）附近是鹽分淋洗區，而濕潤體邊緣（圖6中濕潤區中靠近土壤含鹽量為3.75%的曲線）為鹽分累積區。相同灌水時間下，淋洗區內同一位置土壤鹽分含量隨土壤容重增大而增大，鹽分累積區內鹽分含量隨土壤容重的增大而減小，原因是灌水時間相同，容重越大，土壤導水率越小，平均孔隙流速越小[12-13]，阻礙土壤鹽分隨水分運動而向下運移，因此土壤淋洗范圍變小。灌水量相同條件下，與溝灌相比，同一容重膜孔溝灌脫鹽區范圍較大，且脫鹽區內鹽分含量較小，鹽分累積區位置較深、范圍較大，隨淋洗進入土壤深層的鹽分較多。因此可以看出，土壤容重對鹽堿土膜孔溝灌鹽分的淋洗有一定影響，膜孔溝灌對鹽分的淋洗效果比同一容重的溝灌好，可能是因為灌水量相同時，膜孔溝灌水分入滲時間長，對鹽分的淋洗時間長，淋洗范圍大。

3 結論

不同土壤容重下，鹽堿土膜孔溝灌累積入滲量、濕潤鋒運移隨時間的變化規律均相似。

相同灌水時間下，土壤容重越大，鹽堿土膜孔溝灌累積入滲量越小，水平、垂直濕潤鋒運移距離均隨之減小，同一位置土壤含水量也隨之減小，而同一位置土壤鹽分含量隨之增大。相同灌水量下，溝灌入滲時間比同一容重下的膜孔溝灌短得多;試驗結束時，其濕潤鋒運移距離比同一容重下的膜孔溝灌小，濕潤范圍小，脫鹽區面積小，脫鹽效果較差。

溝灌為二維水分入滲，灌水溝溝底附近含鹽量較低，對鹽分有明顯的淋洗作用。膜孔溝灌為三維水分入滲，灌水溝膜孔附近的鹽分含量較低，同時含水量較高，對鹽堿土鹽分淋洗有一定影響。相比溝灌，膜孔溝灌脫鹽區范圍較大，淋洗鹽分較多，對鹽堿土鹽分的淋洗效果更好，有利于鹽堿土地區作物的生長。本試驗為鹽堿土地區作物膜孔溝灌實施與推進提供了一定的依據。

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