微咸水礦化度對秸稈還田下土壤水鹽運移分布影響

閃佳黛，胡浩云，謝宏磊

(1.河北工程大學水電學院，河北 邯鄲 056021；2.內蒙古興安盟松遼水利委員會察爾森水庫管理局，內蒙古 興安盟 137400)

水資源短缺一直都是阻礙我國農業可持續發展的障礙，尤其是在干旱半干旱地區，淡水資源更為匱乏，因此微咸水資源的開發利用顯得尤為重要。我國的微咸水資源儲量十分豐富，其分布范圍廣，可開發量大，開發程度低，且多分散在我國干旱半干旱地區，若能高效合理的利用微咸水資源對于緩解我國干旱半干旱地區水資源緊缺是一個良好的方式[1-3]。秸稈還田作為農業生產中最常見的利用方式，不僅能提高土壤結構的穩定性，給土壤增加養分，還具有良好的蓄水保墑性能，可以有效的減少土體表面蒸發，提高土壤水分利用效率，并且秸稈還田成本極低，容易操作和推廣，是農業節水的一項重要措施[4]。國內外專家學者對微咸水及秸稈還田方面做了大量的研究，但目前，對秸稈還田下的微咸水利用鮮有報導，因此，開展了秸稈還田下不同礦化度微咸水入滲試驗，以期研究其對水鹽運移分布的影響，為科學利用微咸水資源提供依據。

1 試驗條件與方法

1.1 試驗條件

為了研究秸稈還田下的微咸水入滲特征及土壤水鹽運移分布規律，在室內對均勻土柱進行一維垂直入滲試驗。試驗供水設備采用串聯馬氏瓶，維持恒定水頭4 cm，馬氏瓶高70 cm，截面積均為30 cm2，馬氏瓶外壁標有刻度，用于記錄入滲水量。土柱由透明有機玻璃制成，高100 cm，直徑14 cm，厚5 mm，土柱兩旁每隔5 cm對稱開孔，取土孔直徑為1 cm，試驗裝置如圖1所示。

圖1 垂直一維入滲試驗裝置

試驗用土為壤土，采自河北工程大學試驗場，土壤初始含水率為3.2%，密度為1.24 g/cm3，初始含鹽量為2.72 g/kg。土樣經風干、碾碎，過篩(2 mm)，按密度1.4 g/cm3分層裝入土柱，每層5 cm，層間壓實拋毛。其中，土柱上層(10 cm)設置為小麥秸稈摻土還田層，秸稈還田量為干土質量的3.2%[6]。微咸水礦化度設置5個水平，分別為：1、3、5、7、9 g/L，鈉吸附比均為5，以蒸餾水不還田為對照試驗。

1.2 試驗方法

試驗所用微咸水由蒸餾水以NaHCO3、MgSO4、MgCl2·6H2O、NaCl和CaCl2按不同比例配制。調整馬氏瓶位置使試驗水頭固定為4 cm，入滲開始后根據由密到疏的原則記錄馬氏瓶液面讀數并描繪濕潤鋒曲線，當濕潤鋒到達40 cm處時結束試驗，抽干土面積水并用量筒量取積水水量。從濕潤鋒向上每隔5 cm提取土樣，將土樣分為兩份，一份用烘干法測含水率，一份制成水土比為5∶1的浸提液測電導率值。

2 結果與分析

2.1 微咸水礦化度對秸稈還田下累積入滲量影響

微咸水礦化度對秸稈還田下累積入滲量影響如圖2所示，入滲前期，各處理累積入滲量差異不大，隨著入滲時間的增加，累積入滲量逐漸增加，差異逐漸明顯。相同入滲時間下，秸稈處理累積入滲量均小于CK，秸稈還田增強了土壤的阻水性。在相同的入滲時間內，礦化度由1 g/L增加到3 g/L時，累積入滲量隨礦化度的增加而增加；礦化度由5 g/L增加到9 g/L時，累積入滲量隨礦化度的增加而減小，以礦化度3 g/L為分界點。用Kostiakov模型對累積入滲量與時間進行冪函數擬合，擬合情況如表1所示。由表1可知，入滲系數隨礦化度的增大而減小，入滲指數隨礦化度的增大而增大[9]，說明施用秸稈與未施秸稈所得結果相似。

表1 不同礦化度下I-t擬合情況

注：I為累積入滲量；t為入滲時間；k為入滲系數；a為入滲指數。

圖2 微咸水礦化度對秸稈還田下入滲量的影響

2.2 微咸水礦化度對秸稈還田下濕潤鋒運移距離影響

不同礦化度下微咸水入滲達40 cm濕潤鋒面所需時間分別為：168 min(CK)、349 min(礦化度1 g/L)、321 min(礦化度3 g/L)、375 min(礦化度5 g/L)、507 min(礦化度7 g/L)、482 min(礦化度9 g/L)，即入滲到相同深度時不還田處理所用時間最短，秸稈還田處理中礦化度為3 g/L時所用時間最短。如圖3所示，濕潤鋒運移規律同累積入滲量變化規律相似，相同入滲時間下，秸稈處理的濕潤鋒運移距離較CK小。在相同的入滲時間內，礦化度由1 g/L增加到3 g/L時，濕潤鋒運移距離隨礦化度的增加而增加；礦化度由5 g/L增加到9 g/L時，濕潤鋒運移距離隨礦化度的增加而減小，礦化度為3 g/L是拐點。

圖3 微咸水礦化度對秸稈還田下濕潤鋒運移距離的影響

通過冪函數對濕潤鋒與時間進行擬合，如表2所示。

表2 不同礦化度下Zf-t擬合情況

注：Zf為濕潤鋒運移距離；t為入滲時間；m，n為擬合系數。

2.3 微咸水礦化度對秸稈還田下土壤水分分布影響

圖4為一維垂直入滲過程中，不同礦化度微咸水入滲下土壤質量含水率剖面分布圖。由圖4可以看出，表層土質量含水率幾近飽和，隨著濕潤鋒向下推移，土壤質量含水率逐漸下降。具體變現為在0～10 cm深度范圍內，土壤質量含水率急劇下降；在10～35 cm深度范圍內，土壤質量含水率基本穩定在一定范圍內；在35～40 cm深度范圍內，土壤質量含水率再次下降，但變化幅度沒有0～10 cm 大。隨著礦化度的升高，同一深度土壤含水率呈先增大后減小的趨勢，礦化度為3和5 g/L時土壤含水率較大，高于5 g/L時，則土壤含水率下降。這是由于土壤的持水能力以及導水性能受到礦化度和Na+濃度兩個因素影響，一方面隨著礦化度的增加土壤導水性能逐漸增強，另一方面礦化度濃度過高，鈉離子含量增多導致土壤顆粒膨脹，透氣性變差[7,8]。這也是造成累積入滲量與濕潤峰呈上述變化規律的主要原因。

圖4 不同礦化度微咸水入滲后土壤質量含水率在土剖面分布

圖5為不同礦化度下土壤入滲率的變化曲線。如圖5所示，各礦化度下入滲率曲線變化趨勢大致相同，不還田處理土壤入滲率要高于各施用秸稈處理，入滲率隨礦化度的增加表現出先增后減的趨勢，礦化度在3 g/L時土壤入滲率最高，不同礦化度下入滲率為:9<7<1<5<3 g/L

圖5 入滲率隨微咸水礦化度的變化曲線

2.4 微咸水礦化度對秸稈還田下土壤鹽分分布影響

圖6為土壤鹽分剖面隨礦化度變化曲線。如圖6所示，入滲過程結束后，不同礦化度微咸水入滲下土壤剖面電導率有相似變化規律，即在0～5 cm深度范圍內電導率隨深度的增加急劇降低；5～30 cm深度范圍內，土壤電導率隨深度的增加緩慢增加，但在濕潤鋒處急劇增加，增加到剖面最大值。同一土層深度下，土壤電導率隨礦化度的增加而增加，說明土層含鹽量的高低是由入滲水礦化度決定的。

圖6 土壤鹽分剖面隨礦化度變化曲線

圖7 微咸水礦化度與鹽分降低區深度關系

圖7為土壤鹽分降低區深度變化圖。由圖7可知，對照處理鹽分降低區深度最大，其濕潤鋒以上區域均得到淋洗，隨著礦化度的增加，鹽分降低區深度逐漸減小，礦化度由1 g/L增加到3 g/L時，鹽分降低區深度上移10 cm，變化幅度33.3%；礦化度由3 g/L增加到5 g/L時，鹽分降低區深度上移16 cm，變化幅度68.2%；當礦化度進一步增高，整個土柱幾乎全部積鹽，說明當礦化度高于3 g/L時，入滲水對土 柱中鹽分的淋洗作用效果不大[4,5]。

3 結 語

(1)在一維垂直入滲試驗下，入滲相同深度時，不還田處理的累積入滲量明顯大于秸稈還田。累積入滲量隨礦化度的增加表現出先增大后減小的趨勢，即在相同的入滲時間內，礦化度由1 g/L增加到3 g/L時，累積入滲量隨礦化度的增加而增加；礦化度由5 g/L增加到9 g/L時，累積入滲量隨礦化度的增加而減小。微咸水礦化度對秸稈還田下濕潤鋒運移距離的影響同累積入滲量相似。

(2)秸稈還田下不同礦化度微咸水入滲后土壤含水率變化過程相似，隨著礦化度的增加，土壤含水率表現為先增大后減小，以礦化度為3和5 g/L時，同一深度土壤含水率較高。入滲率隨礦化度的變化規律同含水率相似，所有處理中以不還田處理的入滲率最大，不同礦化度處理中以3 g/L時土壤入滲率最大。

(3)秸稈還田下不同礦化度微咸水入滲結束后，同一深度土壤含鹽量隨礦化度的升高而升高。隨著礦化度的增加，微咸水的淋洗作用逐漸降低，鹽分降低區深度逐漸減小，當礦化度高于5 g/L時，整個土柱幾乎全部積鹽。

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