不同種植年限壓砂地土壤鹽分變化規律研究

趙文舉，唐學芬，范嚴偉，張繼義

(蘭州理工大學 能源與動力工程學院， 甘肅 蘭州 730050)

土壤表層壓砂作為一種古老的覆蓋制度，在我國已有300多年的歷史[1-2]。壓砂地是旱區勞動人民為了克服惡劣的自然環境，利用河湖沉積或溝壑沖積產生的卵石、礫石和粗細砂混合體，在土壤表面鋪設10～20 cm厚的砂石覆蓋層，以蓄水保墑、隔熱保溫、保持土壤肥力、抑制雜草滋生、減輕病蟲危害、協調土壤水肥熱氣狀況而創造出的一種以砂石覆蓋和免耕為核心的保護性耕作模式[3-5]。大量研究表明，壓砂地能有效協調和改善土壤水、熱、氣、肥等狀況，達到土壤和作物之間的生理協調，可有效提高降水利用效率，活化土壤潛在肥力，改善土壤的透水性、蓄水能力及通氣性，增加土壤的緩沖性等，為作物生長創造較好的環境條件，最終提高作物產量等[6-9]。由于砂礫層切斷了土壤的毛細管，減少了土壤水分蒸發，導致土壤鹽分不能上移，這樣就有效地控制了土壤鹽漬化[10]。

干旱少雨的西北旱區通過砂石覆蓋來提高天然降水利用率，增加農業經濟效益，防止土壤鹽漬化，進一步發揮生態經濟效益是值得積極探索的課題，加之壓砂地生態農業促進了農業經濟結構調整和優化，實現了恢復和改善自然生態與穩定農業生產的有效統一，故研究砂石覆蓋在鹽堿地改良和綠洲荒漠過渡帶植被恢復等方面具有重大意義。為此，我們基于野外大田試驗，選取不同種植年限、不同土層深度的壓砂地為研究對象，以裸地為對比，探討了不同種植年限壓砂地土壤鹽分的運移規律，以期為西北旱區土壤鹽漬化防治提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于景泰縣蘭州理工大學實驗基地附近。景泰縣位于甘肅省中部，河西走廊東端，甘、內蒙古、寧三省(區)交界處，黃土高原與騰格里沙漠的過渡地帶。土壤類型主要為洪積灰棕荒漠土和灰鈣土。景泰縣地處季風區與非季風區過渡地帶，縣境內氣候呈現出明顯的大陸性氣候特征，年均降水量185 mm， 7—9月降水量占全年降水量的61.4%，年均蒸發量3 038 mm，是降水量的16倍。光熱資源豐富，年日照時數約為2 725 h，日照百分率62%，年平均太陽輻射約617.8 kJ/cm2，≥0 ℃的活動積溫3 614.8 ℃，≥1 0 ℃的有效積溫3 038 ℃，無霜期141 d，年均溫度8.2 ℃，極端最高氣溫36.6 ℃，極端最低氣溫-27.3 ℃。

1.2 試驗方法

采用野外實地試驗，根據壓砂地地理條件、土地利用方式的不同，依托地形，在水平方向上運用二維矩形取樣與典型塊取樣相結合的方法，區分典型點、例外點和邊界點，在垂直方向上運用單一分層取樣和疊加分層取樣相結合的方法，選擇具有典型代表性的樣地，進行樣地土壤的調查和測定。

壓砂地的劃分以種植年限為基準：新壓砂地種植年限為5～10年，中壓砂地種植年限為25～30年。

土壤取土范圍：從地表依次向下，第Ⅰ層0—10 cm、第Ⅱ層10—20 cm、第Ⅲ層20—30 cm、第Ⅳ層30—50 cm。

測試方法：采用電導儀法進行測定，以裸地(無植被覆蓋)為對照組。

1.3 壓砂地的砂石顆粒級配

不同種植年限壓砂地砂石顆粒級配見表1。

表1 壓砂地砂石顆粒級配

2 結果與分析

2.1 不同種植年限壓砂地的含鹽量分析

土壤表層壓砂可減小地表產流、抑制土壤蒸發、防止土壤次生鹽漬化、改善土壤理化性質。裸地、新壓砂地、中壓砂地各土層含鹽量變化如圖1所示。

圖1 不同種植年限壓砂地各土層電導率變化趨勢

由圖1可得，裸地、新壓砂地、中壓砂地各土層的電導率都隨土層深度的增加而增加，各土層電導率與土層深度呈指數正相關，相關系數變化范圍0.948 6～0.964 7。就裸地而言，電導率隨土層深度增加幅度較大，每一層較前一層分別增加了84%、16%和28%；新壓砂地電導率隨土層深度增加趨近平緩, 增加率分別為10%、23%和44%；中壓砂地各土層電導率變化幅度不大，每層較前一層只增加了5%。土壤表層壓砂對土壤表層的鹽分聚積具有較強的抑制作用，從而影響土壤鹽分的遷移。隨著土層深度的增加，表層壓砂的作用減弱，對土壤鹽分轉移的抑制作用也減弱，所以隨著土壤深度的增加，土壤鹽分反而增加。

裸地和不同種植年限壓砂地在相同土層內電導率變化趨勢為：裸地>新壓砂地>中壓砂地。隨種植年限的增加，壓砂地土壤結構發生改變，對土壤鹽分轉移的抑制作用加強，所以土壤電導率隨之減小。

2.2 不同種植年限壓砂地各土層含鹽量分析

通過比較裸地和不同種植年限壓砂地各土層電導率(圖2)，可得出隨著種植年限的增加，壓砂地土壤鹽分明顯下降，各層均低于裸地，這與許強等的研究是一致的[11]。

圖2 不同種植年限壓砂地不同土層平均電導率比較

2.3 不同種植年限壓砂地平均電導率分析

裸地與不同種植年限壓砂地土壤平均電導率見表2。

表2 各地類平均電導率 ms/cm

表2說明，從裸地演變到中壓砂地的過程就是壓砂地土壤結構發生改變的過程，就是說隨種植年限的增加，土壤表面壓砂有抑制鹽分聚積作用，從而導致土壤鹽分降低、電導率下降。

3 結論與討論

通過野外大田試驗，探討了壓砂地土壤鹽分的變化規律，可得出以下結論：

(1)新壓砂地、中壓砂地與裸地的電導率隨著土壤土層深度的增加而增加，各土層平均電導率排序為裸地>新壓砂地>中壓砂地。隨著土層深度增加裸地呈現出明顯的增加趨勢，而中壓砂地和新壓砂地的增加相對平緩。土壤表層壓砂對土壤表層的鹽分聚積具有較強的抑制作用，從而抑制了土壤鹽分的轉移，可有效防止土壤鹽漬化。

(2)各類壓砂地與裸地土壤鹽分綜合相比，裸地>新壓砂地>中壓砂地。隨著壓砂地種植年限的增加，壓砂地土壤結構發生演變，壓砂地土壤鹽分明顯下降；土壤表層壓砂使土壤鹽分轉移能力下降，從而導致土壤鹽分降低。

(3)壓砂厚度對各土層電導率或土壤鹽分的影響有待進一步研究。

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