泥沙對黏質(zhì)鹽土水分特性及小麥產(chǎn)量的影響

郭同鎧，毛偉兵，孫玉霞，曲英杰，吳佳利

泥沙對黏質(zhì)鹽土水分特性及小麥產(chǎn)量的影響

郭同鎧，毛偉兵*，孫玉霞，曲英杰，吳佳利

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利土木工程學(xué)院，山東 泰安 271018)

【】確定不同泥沙量對黏質(zhì)鹽土水分狀況以及冬小麥產(chǎn)量的影響，探索最適宜泥沙配量。采用室內(nèi)壓力膜法測定土壤水分特征曲線并且進(jìn)行田間冬小麥試驗(yàn)，研究了不同泥沙量對土壤水分特征曲線、土壤水分常數(shù)、土壤水分形態(tài)、土壤水分有效性、田間土壤水分變化和冬小麥產(chǎn)量的影響。泥沙對土壤水分特征曲線影響明顯，同一水吸力下土壤含水率隨泥沙施加量增加而降低。土壤水分常數(shù)以及土壤水分有效性指標(biāo)隨泥沙施加量增加變化明顯，各土壤水分常數(shù)指標(biāo)與泥沙配量整體呈負(fù)線性關(guān)系。但在0～15.07%范圍內(nèi)，非線性變化明顯。田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，泥沙對降低土壤水分和鹽分有明顯作用。各泥沙處理的土壤水鹽變化明顯。泥沙對黏質(zhì)鹽土冬小麥產(chǎn)量有提高作用，其中S2—S5處理和S7處理產(chǎn)量提高明顯，3 a總產(chǎn)量比對照組分別增產(chǎn)26.47%、26.51%、18.33%、27.27%、30.90%。綜合考慮室內(nèi)試驗(yàn)以及田間試驗(yàn)得出的泥沙最佳范圍，引黃泥沙配施改良黏質(zhì)鹽土的最優(yōu)泥沙施加量為質(zhì)量比6.85%。

黏質(zhì)鹽土；泥沙；土壤水分特性；冬小麥產(chǎn)量；土壤水分特征曲線

0 引言

【研究意義】土壤鹽漬化是制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定的全球性問題[1-3]。全球鹽漬化土壤面積超過400萬km2，并且以每年（1～15）×106hm2持續(xù)增長，嚴(yán)重制約了世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展[4-5]。全球人口增長和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對糧食需求增加，表明未來需要更多的土地進(jìn)行種植[6]。包括中國在內(nèi)的許多國家已經(jīng)將土壤鹽漬化治理納入國家未來發(fā)展規(guī)劃，成為全球變化框架下的重要內(nèi)容[7]。

在中國，鹽堿地和次生鹽堿地總面積達(dá)3 600萬hm2，占全球鹽堿地面積的近5%。鹽堿地占中國耕地面積的1/4，合理利用和改善鹽堿地資源對于緩解日益加劇的糧食不安全至關(guān)重要[8-9]。黃河三角洲是我國東部沿海后備土地資源最多的地區(qū)，區(qū)域內(nèi)未利用土地54.07萬hm2，其中，各類鹽堿土約占31.14%[10]。土壤鹽堿化已經(jīng)成為制約該地區(qū)農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展最重要的環(huán)境問題。同時(shí)，黃河引水和輸水系統(tǒng)的淤積泥沙一直是黃河三角洲地區(qū)的突出問題，如果管理不當(dāng)，淤積的泥沙會導(dǎo)致生態(tài)問題。因此，協(xié)調(diào)好黃河三角洲地區(qū)鹽漬土改良與泥沙資源利用的矛盾是促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和維持生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定的重中之重。【研究進(jìn)展】在20世紀(jì)，各國學(xué)者已經(jīng)制定了針對具體地點(diǎn)改良或者控制鹽漬化的措施。常見方法包括化學(xué)改良、生物改良、有機(jī)改良和植物修復(fù)[11-14]。最廣泛的用法是用石膏（CaSO4·2H2O）的Ca2+作為鈣的來源，在陽離子交換位點(diǎn)交換Na+[15]；天然沸石和生物炭也被應(yīng)用于鹽漬土改良[16-18]，但是高成本是制約其廣泛應(yīng)用的主要原因。粉煤灰等廢棄物應(yīng)用于鹽漬土可改善土壤物理性質(zhì)，但是其中的重金屬對農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展造成威脅[19-20]。【切入點(diǎn)】黃河泥沙具有修復(fù)鹽漬土的作用[21-22]。但泥沙對土壤水分特性影響的定量分析及土壤水分變化對小麥產(chǎn)量的影響研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】采用室內(nèi)試驗(yàn)與田間試驗(yàn)相結(jié)合的方式，通過引黃泥沙改良濱海黏質(zhì)鹽土，研究不同泥沙施加量對土壤水分特性和小麥產(chǎn)量的影響，并確定該區(qū)域黏質(zhì)鹽土改良適宜的泥沙施加量，為濱海鹽漬土改良和泥沙資源利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

2015年9月—2018年6月，在山東省濱州市渤海糧倉科技示范區(qū)（117°45'29.84"—117°49'47.19"E，37°51'10.01"—37°53'32.02"N）持續(xù)進(jìn)行了田間試驗(yàn)。該地區(qū)具有典型的溫帶季風(fēng)性氣候，具有明顯的雨季（6—9月）和旱季（10—5月）。研究區(qū)年平均降雨量為564 mm，年平均蒸發(fā)量為1 806 mm，是年降雨量的3倍。研究區(qū)平均海拔在平均海平面以上7.8 m，地下水位在地表以下1.5 m左右。土壤為濱海黏質(zhì)鹽土，基本性質(zhì)見表1，pH值范圍7.5～8.5，灌溉用水缺乏是該地區(qū)冬小麥生產(chǎn)的重要限制因素。

表1 土壤與泥沙基本性質(zhì)

1.2 田間試驗(yàn)布置與取樣

試驗(yàn)采用隨機(jī)分布，每個(gè)小區(qū)為50 m×10 m，進(jìn)行8個(gè)處理，對照（S0）和7個(gè)處理組（S1—S7），隨機(jī)分配3個(gè)重復(fù)，不同處理土壤的引黃泥沙添加量分別為0、50、100、150、200、250、300、350 t/hm2（編號S0—S7）。播種前，用旋耕犁將泥沙均勻地混合到0～25 cm土層中。2015年9月27日，該地區(qū)進(jìn)行了淡水灌溉，以促進(jìn)洗鹽，這符合當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)種植方式。冬小麥于2015年10月7日播種。此后，直到2016年4月1日返青期和2016年5月16日抽穗期才開始灌溉。2016年6月20日進(jìn)行收獲。分別于2016年12月2日和2017年4月28日進(jìn)行土壤含水率測定，使用土鉆取1 m深，每20 cm取1個(gè)點(diǎn)，每個(gè)處理取6個(gè)點(diǎn)，“S”形取樣。2015—2018年冬小麥試驗(yàn)，小麥品種為臨麥6號。冬小麥產(chǎn)量測定采用“一米雙行”，“S”形取樣，每個(gè)處理取6個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行產(chǎn)量測定。由于當(dāng)?shù)責(zé)o淡水資源，農(nóng)作物灌溉用水全部源于黃河水，加之地處小開河引黃灌區(qū)最下游，所以每次灌溉時(shí)間均晚于灌區(qū)中上游地區(qū)，采用地面畦灌，冬小麥生育期內(nèi)最多灌溉2次，分別在播種前后和每年4—5月，灌水量為1 200～1 500 m3/hm2。底肥采用有機(jī)復(fù)合肥，播種時(shí)一次施入，施用量為1 800 kg/hm2。其他田間管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植一致。

1.3 室內(nèi)土壤水分特征曲線（SWRCs）測定

土樣取自濱州市渤海糧倉科技示范區(qū)，泥沙取自黃河下游沉沙池，經(jīng)過風(fēng)干、碾碎、過2 mm篩，按照泥沙質(zhì)量比0、1.37%、2.74%、4.11%……100%和田間實(shí)際體積質(zhì)量1.49 g/cm3進(jìn)行混合，壓制成1 cm厚，5 cm直徑的模擬土柱，共74組處理，編號1～74。經(jīng)過壓力膜儀測量0.1、0.3、0.5、1.5 MPa下土壤含水率，并測得土壤飽和含水率。環(huán)刀（高2 cm，內(nèi)徑5 cm）置于1.5 cm的水深中，浸泡至質(zhì)量恒定。土壤水勢與含水率對應(yīng)，飽和含水率可看作0 MPa。每個(gè)土樣可得到5個(gè)水吸力下土壤含水率。土壤質(zhì)量含水率由烘干法測得，土壤體積含水率由土壤質(zhì)量含水率乘土壤干體積質(zhì)量得到。土壤水分常數(shù)以及土壤水分有效性指標(biāo)按照其土壤水吸力特征值進(jìn)行計(jì)算。田間試驗(yàn)8個(gè)處理是按照室內(nèi)試驗(yàn)8個(gè)處理泥沙配施量經(jīng)過換算，換算為每公頃深度25 cm土壤層所需泥沙質(zhì)量，經(jīng)過人工定量田間配施的。

1.4 土壤水分特征曲線模型和評價(jià)指標(biāo)

用van Genuchten模型對土壤水分特征曲線進(jìn)行擬合，van Genuchten模型表達(dá)如下：

式中：為土壤含水率（cm3/cm3）；r是土壤殘余含水率（cm3/cm3）；s是土壤飽和含水率（cm3/cm3）；是土壤水吸力（MPa）；、和是方程參數(shù)。

利用已知van Genuchten模型進(jìn)行參數(shù)求解，利用Matlab中的lsqcurvefit函數(shù)進(jìn)行非線性最小二乘法求解。基本數(shù)學(xué)模式為：

通過輸入值和得到的值，找出與函數(shù)（，）的最佳擬合值。本文中van Genuchten模型僅需要求參數(shù)和（中含，=1-1/）。采用均方根誤差（）評價(jià)模型擬合效果，公式為：

式中：為均方根誤差（cm3/cm3）；為設(shè)定壓力總個(gè)數(shù)；P為第個(gè)壓力值所對應(yīng)的土壤含水率模擬值；θ為第個(gè)壓力值對應(yīng)的土壤含水率實(shí)測值。是定量描述實(shí)測值和擬合值關(guān)系的指標(biāo)，該值越小則擬合越好。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Matlab軟件進(jìn)行土壤水分特征曲線擬合，利用SPSS軟件對土壤水分常數(shù)和土壤水分有效性指標(biāo)進(jìn)行線性回歸，以確定泥沙改良鹽堿土與水分常數(shù)之間的關(guān)系，檢驗(yàn)這些性狀的殘差是否偏離正態(tài)，所有測量指標(biāo)的殘差均為正態(tài)分布。線性回歸檢驗(yàn)采用Fisher最小顯著性差異（LSD）檢驗(yàn)（=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 泥沙對SWRCs及其參數(shù)的影響

泥沙對黏質(zhì)鹽土SWRCs有明顯影響（圖1），即同一水吸力下土壤含水率隨泥沙施加量增加而降低。同一水吸力下，土壤含水率隨泥沙施加量增加而降低。隨著泥沙配量增加，同一土壤含水率下，土壤水吸力呈增大趨勢。全泥沙量配施中，隨泥沙施加量增加，土壤質(zhì)地發(fā)生變化，共有4種土壤質(zhì)地，其中1～5組為黏質(zhì)鹽土、6～36組為粉壤土、37～57組為壤土、58～74組為砂質(zhì)壤土。選取4種質(zhì)地土壤中間處理，SWRCs全水吸力階段平均含水率隨泥沙量增加呈降低趨勢，與黏質(zhì)鹽土相比，粉壤土、壤土和砂質(zhì)壤土分別下降了8.57%、31.99%、46.24%。SWRCs形狀并沒有明顯變化，都是處于指數(shù)型下降，直至穩(wěn)定。在低吸力階段（＜0.1 MPa），隨著土壤水吸力的增加，土壤含水率下降加快，土壤水分特征曲線斜率絕對值變大，土壤水分流失加快，土壤持水能力降低。在中吸力階段（0.1～1.5 MPa），隨著土壤水吸力增加，土壤含水率下降明顯變緩，且逐漸穩(wěn)定，持水能力大小與低吸力段相同。高吸力段（＞1.5 MPa），屬于凋萎含水率以下的無效水，基本無法被作物吸收。

圖1 不同泥沙處理SWRCs

泥沙對黏質(zhì)鹽土SWRCs的van Genuchten方程參數(shù)和有明顯升高作用（表2）。4種質(zhì)地土壤值的取值范圍分別是0.004 2～0.012 0、0.003 9～0.024 7、0.005 1～0.083 9和0.003 2～0.049 2。值的取值范圍分別是1.317 6～1.439 1、1.295 9～1.437 4、1.350 4～1.900 4和1.540 4～2.930 5。黏質(zhì)鹽土、粉壤土和壤土的參數(shù)均值呈升高趨勢，而砂質(zhì)壤土的參數(shù)均值降低。參數(shù)均值呈升高趨勢。

表2 SWRCs方程參數(shù)以及評價(jià)指標(biāo)

2.2 泥沙對土壤水分常數(shù)的影響

泥沙對黏質(zhì)鹽土水分常數(shù)影響明顯（圖2）。泥沙量為0～1.37%時(shí)，飽和含水率呈升高趨勢；泥沙量為1.37%～12.33%時(shí)，飽和含水率呈平穩(wěn)趨勢；泥沙量為12.33%～100%時(shí)，飽和含水率呈緩慢降低趨勢，且泥沙施加量與飽和含水率呈線性關(guān)系。泥沙量為0～4.11%時(shí)，毛管持水率呈升高趨勢；泥沙量為4.11%～8.22%時(shí)，毛管持水率呈平穩(wěn)趨勢；泥沙量為8.22%～72.61%時(shí)，毛管持水率呈緩慢降低趨勢；泥沙量為72.61%～91.79%時(shí)，毛管持水率呈升高趨勢；泥沙量為91.79%～100%時(shí)，毛管持水率呈降低趨勢。泥沙量為0～5.48%時(shí)，最大分子持水率、凋萎系數(shù)和吸濕系數(shù)呈降低趨勢；泥沙量為5.48%～12.33%時(shí)，最大分子持水率、凋萎系數(shù)和吸濕系數(shù)呈平穩(wěn)趨勢；泥沙量為12.33%～20.55%時(shí)，最大分子持水率、凋萎系數(shù)和吸濕系數(shù)呈升高趨勢；泥沙量為20.55%～100%時(shí)，最大分子持水率、凋萎系數(shù)和吸濕系數(shù)呈降低趨勢，且最大分子持水率、凋萎系數(shù)和吸濕系數(shù)與泥沙施加量呈線性回歸關(guān)系。泥沙量為0～5.48%時(shí)，田間持水率呈升高趨勢；泥沙量為5.48%～100%時(shí)，田間持水率呈降低趨勢，且田間持水率與泥沙施加量呈線性關(guān)系。

第二，在實(shí)踐教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效梳理，找出教學(xué)重難點(diǎn)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^渡和引導(dǎo)。在實(shí)際教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)將一首曲子進(jìn)行拆分，以小節(jié)作為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)節(jié)教學(xué)，同時(shí)教師應(yīng)當(dāng)對演奏動作和技巧進(jìn)行示范講解，使得學(xué)生的視覺和聽覺能夠有效地統(tǒng)一，反復(fù)練習(xí)直到掌握其精髓。

圖2 土壤水分常數(shù)變化

2.3 泥沙對土壤水分形態(tài)的影響

泥沙對黏質(zhì)鹽土水分形態(tài)指標(biāo)影響明顯（圖3）。泥沙量為0～4.11%時(shí)，上升毛管水呈升高趨勢；泥沙量為4.11%～8.22%時(shí)，上升毛管水呈平穩(wěn)趨勢；泥沙量為8.22%～72.61%時(shí)，上升毛管水呈緩慢降低趨勢；泥沙量為72.61%～91.79%時(shí)，上升毛管水呈升高趨勢；泥沙量為91.79%～100%時(shí)，上升毛管水呈降低趨勢。泥沙量為0～5.48%時(shí)，懸著毛管水和膜狀水呈升高趨勢；泥沙量為5.48%～100%時(shí)，懸著毛管水和膜狀水呈降低趨勢，且懸著毛管水和膜狀水與泥沙施加量呈線性關(guān)系。泥沙量為0～100%時(shí)，重力水呈線性升高趨勢。泥沙量為0～5.48%時(shí)，吸濕水呈降低趨勢；泥沙量為5.48%～12.33%時(shí)，吸濕水呈平穩(wěn)趨勢；泥沙量為12.33%～20.55%時(shí)，吸濕水呈升高趨勢；泥沙量為20.55%～100%時(shí)，吸濕水呈降低趨勢，且吸濕水與泥沙施加量呈線性回歸關(guān)系。

圖3 土壤水分形態(tài)變化

圖4 土壤水分有效性變化

2.4 泥沙對土壤水分有效性的影響

泥沙對土壤無效水和有效水含水率影響明顯（圖4）。泥沙量為0～5.48%時(shí)，有效水含水率呈升高趨勢；泥沙量為5.48%～100%時(shí)，有效水含水率呈降低趨勢。泥沙量為0～5.48%時(shí)，無效含水率呈降低趨勢；泥沙量為5.48%～13.70%時(shí)，無效含水率呈平穩(wěn)趨勢；泥沙量為13.70%～20.55%時(shí)，無效含水率呈升高趨勢；泥沙量為20.55%～100%時(shí)，無效含水率呈緩慢降低趨勢，且無效含水率與泥沙量基本符合線性關(guān)系。

土壤有效水與無效水的含水率差值隨泥沙施加量增加有明顯變化（圖4）。泥沙量為0～5.48%時(shí)，土壤有效水與無效水的含水率差值呈增大趨勢；泥沙量為5.48%～100%時(shí)，土壤有效水與無效水的含水率差值呈整體降低趨勢，略有波動。泥沙量為4.11%～15.07%時(shí)，有效水和無效水的含水率差值均高于對照，即在此范圍內(nèi)，土壤水分有效性有明顯升高。

2.5 田間水鹽變化

圖5（a）、圖5（b）是土壤含水率剖面變化圖。從圖5（a）、圖5（b）中可見，黏質(zhì)鹽土含水率受泥沙影響明顯。表層土（0～20 cm）和深層土（60～100 cm）較中層土（20～60 cm）變化明顯。在表層土中，2016年和2017年各處理平均含水率分別比S0處理降低了10.22%和10.94%，其中，S3處理含水率降低最明顯，分別降低了21.07%和30.69%。在中層土中，2016年和2017年土壤各處理平均含水率分別比S0處理降低了8.30%和6.26%，其中，S3處理含水率降低最明顯，分別降低了17.72%和14.91%。在深層土中，2016年和2017年各處理平均含水率分別比S0處理升高了10.11%和17.20%。其中，2016年S3處理含水率升高最不明顯，升高了3.83%；2017年S1處理土壤含水率升高最不明顯，升高了4.15%。

圖5（c）、圖5（d）是土壤含鹽量剖面變化圖。從圖5（c）、圖5（d）中可見，黏質(zhì)鹽土含鹽量受泥沙影響明顯。隨泥沙配施量增加，各處理土壤含鹽量有明顯變化。在表層土（0～20 cm）中，2016年和2017年各處理平均含鹽量分別比S0處理降低了7.21%和20.49%。在中層土（20～60 cm）中，2016年和2017年土壤各處理平均含鹽量分別比S0處理降低了7.86%和10.74%。在深層土（60～100 cm）中，2016年和2017年各處理平均含鹽量分別比S0處理升高了4.81%和15.82%。其中，2016年S3處理和2017年S2處理土壤含鹽量降低最明顯，在0～20 cm土層中，分別降低了39.19%和44.75%；在20～60 cm土層中，分別降低了33.59%和30.83%；在60～100 cm土層中分別降低了16.64%和14.70%。

圖5 2016年和2017年春季土壤水鹽剖面圖

2.6 田間冬小麥產(chǎn)量

冬小麥產(chǎn)量在不同泥沙處理下差異明顯（圖6）。2016年冬小麥產(chǎn)量，與S0處理相比，S1、S2、S3、S4、S5處理分別增加了3.96%、5.97%、12.37%、1.89%、0.48%，S6和S7處理分別減少了12.58%和8.62%。其中S3處理產(chǎn)量增加最為明顯。2017年冬小麥產(chǎn)量，與S0處理相比，S2、S3、S4、S5、S7處理分別增加了37.61%、44.71%、23.62%、41.42%和42.80%，S1、S6處理分別減少了4.69%、8.98%。其中S3處理產(chǎn)量增加最為明顯。2018年冬小麥產(chǎn)量，與S0處理相比，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7處理分別增加了8.82%、32.92%、24.74%、25.67%、35.96%、27.09%、49.04%。其中S5處理產(chǎn)量增加最為明顯。2016—2018年總產(chǎn)量，與S0處理相比，S1—S7處理分別增加了3.84%、26.47%、26.51%、18.33%、27.27%、6.16%、30.90%。由于2018年春季降水較常年偏多，使配沙后的土壤鹽分淋洗充分，含鹽量低，是2018年冬小麥產(chǎn)量明顯高于2017年和2016年的主要原因。綜合所有產(chǎn)量結(jié)果，S2—S5處理和S7處理產(chǎn)量增加明顯，遠(yuǎn)高于S0處理的小麥產(chǎn)量，其中S7處理產(chǎn)量增加最明顯，其次是S5處理。

圖6 2016—2018年冬小麥產(chǎn)量

3 討論

泥沙對冬小麥產(chǎn)量的影響主要與泥沙用量、土壤質(zhì)地、土壤水分有效性、土壤水分形態(tài)變化和土壤水分常數(shù)等有關(guān)[21]。土壤水分特征曲線是檢測土壤水分有效性的有效方法[23]，隨著泥沙施加量的增加，土壤水分特征曲線變化，在同一水吸力下土壤含水率降低，往往引起土壤水分有效性也降低。從室內(nèi)試驗(yàn)可以看出，飽和含水率、毛管持水率和上升毛管水分別在1.37%～12.33%和4.11%～8.22%泥沙量范圍內(nèi)較高，在此范圍內(nèi)，作物可吸收水分增加。而最大分子持水率、凋萎系數(shù)、吸濕系數(shù)和吸濕水在5.48%～12.33%泥沙量范圍內(nèi)處于較低值，作物可吸收水分下降。田間持水率、懸著毛管水和膜狀水在4.11%～15.07%泥沙量范圍內(nèi)，含水率值都在對照組之上，表明在此范圍內(nèi)，與對照相比土壤這3個(gè)指標(biāo)的持水能力上升。土壤有效水和無效水含水率差值，在5.48%～15.07%泥沙量范圍內(nèi)，均高于對照組處理，表明在此泥沙量范圍內(nèi)土壤水分有效性提高，針對該地區(qū)黏質(zhì)鹽土，在此泥沙顆粒組成下的最優(yōu)泥沙配施范圍為4.11%～8.22%。植物水分利用效率很大程度上依賴土壤水分有效性[25-26]。田間土壤剖面水鹽變化年際差異較大，引黃泥沙對土壤水鹽影響明顯（圖5），同時(shí)土壤水鹽變化規(guī)律不明顯也可能受降雨和干旱的影響，同時(shí)，冬小麥產(chǎn)量綜合2016—2018年產(chǎn)量S2—S5處理和S7處理的小麥產(chǎn)量和S0處理相比均增加明顯。通過室內(nèi)水分特征曲線測定試驗(yàn)，根據(jù)土壤水分指標(biāo)確定泥沙最佳施加量范圍為4.11%～8.22%。田間試驗(yàn)通過測定田間水鹽變化以及冬小麥產(chǎn)量，得出最優(yōu)泥沙施加量為2.74%～9.59%。由于S7處理的泥沙施加量大，不僅改良費(fèi)用高昂而且會對土壤造成永久的影響。綜合考慮，可選取重合范圍4.11%～6.85%作為該地區(qū)此顆粒組成引黃泥沙改良黏質(zhì)鹽土的最優(yōu)泥沙施加范圍，在此范圍內(nèi)S5處理小麥產(chǎn)量增長最大，因此推薦泥沙配施量為6.85%。

本研究將室內(nèi)試驗(yàn)和田間試驗(yàn)相結(jié)合探索泥沙改善鹽漬土的有效性及其對冬小麥產(chǎn)量的影響，尋求最優(yōu)配量范圍。本研究既為淤積泥沙找到一條合理的利用途徑，又對濱海鹽漬土做出了有效改善，此方法高效、低廉、實(shí)用、環(huán)保，這對于濱海鹽漬土改良意義重大。。土壤含水率降低，可能是因?yàn)槟嗌呈┘咏档屯寥莱炙芰Γ雇寥浪诌\(yùn)動性增加。泥沙施加改變了土壤孔隙結(jié)構(gòu)，隨著泥沙量的增加，土壤孔隙增大，顆粒間水分吸附能力增大，土壤含水率增加，在達(dá)到臨界值，吸附能力飽和后，土壤水分運(yùn)動性增加，土壤持水能力降低，土壤含水率降低，土壤水分流失，同時(shí)促進(jìn)鹽分淋洗，減輕鹽分對小麥生長的脅迫，增加小麥產(chǎn)量[27]。此外，作物生長和產(chǎn)量與土壤含水率有密不可分的聯(lián)系。土壤含水率過低依舊影響作物生長以及產(chǎn)量。因此泥沙添加量應(yīng)當(dāng)?shù)陀谀骋幌拗狄员ＷC土壤的儲水能力。

雖然泥沙量增加能夠促進(jìn)土壤水分運(yùn)動性進(jìn)而利于土壤鹽分淋洗，但是提高土壤儲水能力也是保證作物產(chǎn)量的重要因素。因此，尋找淤泥添加量閾值或是尋找其他材料以彌補(bǔ)泥沙的不足是有必要的。此外，土壤質(zhì)地、土壤鹽分、有機(jī)質(zhì)和土壤孔隙狀況對鹽漬土的影響本研究未做說明，也是此后研究的重點(diǎn)。

4 結(jié)論

1）泥沙對土壤水分特征曲線影響明顯，同一水吸力下土壤含水率隨泥沙施加量增加而降低。

2）土壤水分常數(shù)以及土壤水分有效性指標(biāo)隨泥沙施加量增加變化明顯，各土壤水分常數(shù)指標(biāo)與泥沙配量整體呈負(fù)線性關(guān)系。但在0～15.07%范圍內(nèi)，非線性變化明顯。

3）施加泥沙可以降低土壤水分和鹽分，提高冬小麥產(chǎn)量。其中S2—S5處理和S7處理產(chǎn)量提高明顯。

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Amending Saline Clay Soil with Fluvial Sediments to Improve Its Physical Properties and Crop Productivity

GUO Tongkai, MAO Weibing*, SUN Yuxia, QU Yingjie, WU Jiali

(College of Water Conservancy and Civil Engineering, Shandong Agricultural University, Taian 271018, China)

【】Clay soil is less permeable and could become hard for roots to penetrate when soil is drying. These could combine to impede crop growth and reduce crop yield. The aim of this paper is to investigate experimentally the feasibility of using fluvial sediment amendment to improve physical properties of clay soils and the consequence for winter wheat yield.【】A three-year experiment was conducted in field, and the sediment used for the amendment was taken from the Yellow river. We amended the clay soil with the sediment at rates ranging from 50 to 350 t/hm2, with no amendment taken as the control (CK). The water release curve of each amended soil was measured in laboratory using the pressure-film method, and in the field we measured the change in soil moisture content, bioavailable soil water and the ultimate winter wheat yield.【】Amendment with the sediment altered water release curves of the soil significantly, reducing water content under the same matric potential. Both soil moisture and bioavailable water increased with the amount of sediment added in the amendment; the soil water content decreased linearly as the mass of the sediment increased, except for moisture in the range of 0%～14.85% in which their relationship was nonlinear. It was also found that adding the sediment not only reduced soil moisture but also salinity at significant level. These combined to improve winter wheat yield, especially the amendments at rates 50, 100, 150, 200 and 350 t/hm2, which increased the three-year average yield by 26.47%, 26.51%, 18.33%, 27.27% and 30.90% respectively, compared with the CK.【】Considering changes in soil physical properties, soil water content and crop traits measured in the lab and field, the optimal ratio (weight/weight) to amend the clay soil using the Yellow river sediments was 6.75%.

clay soil; Yellow river sediment; soil amendment; water ; winter wheat yield

S156.4+2

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020468

1672 - 3317（2021）07 - 0029 - 07

郭同鎧, 毛偉兵, 孫玉霞, 等. 泥沙對黏質(zhì)鹽土水分特性及小麥產(chǎn)量的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2021, 40(7): 29-35.

GUO Tongkai, MAO Weibing, SUN Yuxia, et al. Amending Saline Clay Soil with Fluvial Sediments to Improve Its Physical Properties and Crop Productivity[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(7): 29-35.

2020-08-17

山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019GSF109014）

郭同鎧（1994-），男。碩士研究生，主要從事水土資源與環(huán)境方面研究，E-mail: gtongkai@163.com

毛偉兵（1963-），女。教授，博士，主要從事水土資源與環(huán)境研究。E-mail: maoweibing316@126.com

責(zé)任編輯：趙宇龍