覆膜滴灌條件下的土壤鹽分表聚特征研究

陳文娟，李明思，李清林，李東偉

覆膜滴灌條件下的土壤鹽分表聚特征研究

陳文娟1，李明思2*，李清林2，李東偉2

（1.石河子大學 理學院，新疆石 河子 832000；2.石河子大學 水利建筑工程學院，新疆 石河子 832000）

【目的】探究新疆地區覆膜滴灌農田膜外土壤鹽分表聚特征。【方法】以沙土和壤土為研究對象，通過室內試驗，對2種質地的土壤分別進行了高蒸發強度和低蒸發強度處理，觀測了覆膜滴灌條件下土壤鹽分的水平分布和垂直分布；不同溫度處理下，對2種質地的土壤進行了鹽分表聚發展過程試驗。【結果】覆膜滴灌條件下，2種土質的表層含鹽量隨距滴頭水平距離呈指數函數分布；膜外土壤垂直剖面上的含鹽量呈“Γ”型分布，鹽分主要聚集在表層土壤中。其中，高蒸發強度處理下，沙土表層（0～2 cm）的平均含鹽量是2 cm以下土層平均含鹽量的7.3倍，壤土表層（0～2 cm）的平均含鹽量是2 cm以下土層平均含鹽量的8.4倍；低蒸發強度處理下，沙土和壤土的對應數值分別是7.2倍和7.9倍。影響土壤鹽分表聚的主要因素是土壤水分的蒸發速率；土壤含水率、環境溫度和蒸發強度的提高都可以增大土壤水分蒸發速率，導致土壤表面鹽分聚集量增加，其中，土壤含水率所起的作用最大。土壤水分對鹽分的溶解度隨含水率的降低而下降，導致蒸發過程中鹽分表聚速率存在峰值，而且峰值基本與環境溫度正相關。【結論】土壤水分汽化散失使鹽分從溶液中離析是導致土壤鹽分表聚的本質；蒸發作用下，壤土的鹽分表聚速率比沙土的鹽分表聚速率高。

覆膜滴灌；土質；鹽分表聚；聚集速率

0 引言

【研究意義】新疆地區不僅干旱缺水，而且土壤鹽漬化分布面積廣，占灌區耕地總面積的32.07%[1]。膜下滴灌被視作是高效節水及驅鹽的主要技術，在該地區得到廣泛應用[2]。但由于膜下滴灌技術“淺灌勤灌”的特點，使得其在理論上達不到淋洗脫鹽的效果，只能將土壤鹽分壓制在根層以下及趨離到膜外空間[3-4]，在地表蒸發作用下膜外土壤出現鹽分表聚特征[5-7]。土壤鹽分表聚現象將驅動灌區土地資源的演變，從而影響區域生態環境[8]。因此，掌握膜下滴灌條件下的土壤鹽分表聚特征是新疆地區研究土壤鹽漬化治理技術的重要依據，也是改良與利用鹽堿地需要解決的首要問題[9]。

【研究進展】鹽分表聚是一個復雜的過程，許多因素都會影響到該過程的演變，如土壤含水率、土壤含鹽量、環境溫度、環境濕度、土壤質地、土壤水力特性等。Yakirevich等[10]通過試驗和數學模型分析了地表蒸發速率與表土溶液濃度之間的關系。Grunberger等[11]指出在蒸發作用下運移到地表的鹽分會產生結晶，沉淀后將堵塞土壤毛管孔隙，從而增加水汽擴散的阻力。另外，有學者針對鹽分表聚對土壤理化性質及生態環境的影響等問題開展了相關研究。李小剛等[12]指出，隨著表土含鹽量的增加，土壤團聚體的穩定性顯著降低，黏粒的分散性顯著增加；且含鹽量的增加會顯著降低土壤的蒸發速率。Fujimaki等[13]認為表土含鹽量的高低影響土壤溶液濃度，從而改變土水勢，影響表土水分運行和鹽分遷移。彭振陽等[14]指出，在土壤鹽分沒有結晶時，溶質勢是引起地表蒸發速率降低的主要原因；當地表土壤存在水鹽補給時，含鹽土壤的蒸發速率明顯降低。趙莉等[15]認為表層土壤鹽分的富集會嚴重危害作物的生長。劉東偉等[16]總結了地面表聚鹽分在風蝕作用下形成的鹽塵暴及其對生態環境的影響，指出鹽塵暴會加速內陸河河源的冰雪消融，對植物葉片氣孔的呼吸有阻礙作用，甚至會毒害植物。

【切入點】前人對土壤鹽分表聚的研究重點均放在了鹽分表聚的“后果”上面，而關于鹽分表聚的過程和機理問題則闡述的不多。實際上土壤鹽分表聚問題在多個技術領域都會對人們的生產和生活產生不同程度的影響，了解其產生的機理和影響因素對尋找應對該問題的策略很有幫助。【擬解決的關鍵問題】本研究以鹽堿土為研究對象，通過室內試驗探究膜下滴灌條件下鹽分表聚的動態變化過程和土壤水鹽運移機制，揭示鹽分聚集速率與水、熱、鹽之間的相互作用機理。研究結果可為深入了解覆膜滴灌農田土壤水鹽運動規律提供幫助。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 滴灌條件下鹽分分布特征試驗

試驗于2018年6—10月在石河子大學水利建筑工程學院實驗中心（86°03'31″E，44°18'21″N，海拔451 m）進行。試驗系統由滴灌供水裝置、土槽、蒸發強度模擬裝置等組成。其中，采用醫用吊瓶和針頭模擬滴灌供水裝置，吊瓶距土體表面2 m高處。試驗土槽由透明有機玻璃制成，尺寸為100 cm×20 cm×80 cm（長×寬×高），土槽底部鋪置20 cm厚礫石墊層模擬透水界面，墊層上覆10 mm厚、相鄰孔距為50 mm的多孔PVC隔板，板上依次放置與隔板面積大小相同的紗網及濾紙（防止土粒堵塞多孔板及裝土過程中土粒泄漏至礫石墊層），然后再裝土。蒸發強度模擬裝置由275 W紅外線輻射燈及可調速風扇組成。紅外輻射燈懸掛在距表土55 cm處，風扇放置在距土槽3 m處。具體試驗裝置如圖1所示。

圖1 土槽結構與取樣點分布圖（單位：cm）

試驗采用2種質地土壤進行，土壤均取自石河子大學實驗農場0～20 cm深度的耕作層。采用環刀法測定土壤干體積質量，采用排水法測定土壤田間持水率。根據新疆鹽堿土土壤類型[17]，采用無水硫酸鈉溶解后用淋噴的方法對試驗用土進行配鹽，篩分法及比重計法測定其粒徑組成，土壤顆粒分級采用卡慶斯基制土壤分類法[18]，土壤理化特征見表1。

表1 供試土壤基本理化特征

注 表中含水率均為質量含水率（%）。

1.1.2 表層土壤鹽分累積過程試驗

由于該試驗以表層土壤為研究對象，為避免土壤水鹽運動對蒸發過程產生影響，參照彭振陽等[14]設計的單位厚度土層裝置模擬表土蒸發過程。試驗于2018年11月—2019年2月在石河子大學水利建筑工程學院實驗中心進行。試驗裝置由蒸發皿及恒溫箱組成。蒸發皿為圓柱形，內徑120 mm。為了便于控制和監測試驗過程中的環境參數，蒸發試驗在恒溫箱中進行。試驗所用滴水裝置、土壤質地與1.1.1節相同。所用沙土及壤土的鹽分本底值分別為23.52、24.42 g/kg。

1.2 研究方法

1.2.1 滴灌條件下鹽分分布特征試驗

土壤經風干、碾碎、過2 mm篩后拌均勻按設計土壤體積質量分層裝填入土槽內。最終填土至60 cm高度。裝土完成后使土體自然穩定1 d后開始試驗。滴灌前，在土槽表面的中間位置覆蓋30 cm×20 cm（長×寬）規格的地膜，膜邊緣埋入土內1.5 cm，滴水點距膜邊15 cm（圖1）。滴頭流量控制在1.8 L/h，灌水量為55 mm，滴灌水礦化度為0.35 g/L。

設置通風干燥處理（TF）及通風加表土輻射干燥處理（TFFS）進行對照試驗，觀測膜下滴灌條件下不同質地土壤在不同蒸發強度下的鹽分分布特征。其中，通風干燥處理是在滴灌結束后采用調速風扇調控蒸發強度；而通風加表土輻射處理是在滴灌結束后采用275 W紅外線輻射燈及風扇共同調控蒸發強度。紅外線輻射燈及風扇均于每日10:00―21:00為打開狀態。自制微型土壤蒸發器測表土日蒸發量。具體試驗方案如表2所示。

表2 試驗方案布置及土壤日平均蒸發量

注 S表示沙土；L表示壤土。

1.2.2 表層土壤鹽分累積過程試驗

培養皿中沙土和壤土的質量分別為330、300 g，干體積質量與土槽中的值相同；對其分別滴水90 mL，滴水礦化度為0.15 g/L。滴水結束后稱樣品總質量（滴灌后的土壤＋培養皿），然后將其放入恒溫箱中。對沙土和壤土分別設置6個溫度處理（20、25、30、35、40、45 ℃），共計12個處理，每個處理設置6組重復。試驗過程中定時從恒溫箱中取出樣品并稱其質量；同時，提取土壤表層2 mm厚度土樣測相應的表層含鹽量，計算土壤含水率與表層含鹽量之間的相互關系。直到土樣質量含水率變化幅度在±5 %范圍內為止，結束該溫度條件下的試驗。

1.3 樣品測試

灌水結束96 h后，用直徑1 cm的土鉆分別在膜內（滴頭下方、距滴頭水平距離10 cm）及膜外（距滴頭水平距離25 cm、距滴頭水平距離40 cm）位置處取樣，取樣深度分別為0～2、2～5、5～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60 cm。具體取樣點位置分布見圖1。

1）土壤鹽分的測定及計算

用土壤浸提液電導率法表征土壤含鹽量。將土樣磨碎、過1 mm篩后按1∶10制成土水混合溶液，過濾后提取上清液，用電導率儀（DDS-11A數顯）測定上清液電導率值；干燥殘渣法標定土壤電導率與含鹽量之間的對應關系。供試土壤標定曲線如下：

沙土：

=0.000 03×+0.008 0（2=0.982 4，=45），（1）

壤土：

=0.000 03×+0.014 6（2=0.992 4，=62），（2）

式中：為土壤浸提液電導率值（μS/cm）；為土壤含鹽量（g/kg）；為樣本數。

分析土壤相對于初始含鹽量的變化率，其計算式為：

2）土壤鹽分離析速率，其計算式為：

式中：2為某一時間段末（2）土壤鹽分離析量（g/kg）；1為某一時間段初（1）土壤鹽分離析量（g/kg）；為土壤鹽分離析速率（（g·kg-1）/h）。

2 結果與分析

2.1 不同質地土壤的鹽分分布特征

圖2是覆膜滴灌條件下沙土（S）和壤土（L）在膜內（滴頭下方、距滴頭水平距離10 cm）及膜外（距滴頭水平距離25 cm、距滴頭水平距離40 cm）的鹽分分布情況。由圖2可知，膜下滴灌條件下，膜內土壤均呈上部脫鹽、下部積鹽現象；在膜內與膜外交界處則是土壤脫鹽與土壤積鹽并存；而膜外濕潤鋒處的土壤基本都呈積鹽現象，且表土層（0～2 cm）積鹽率最高，整個土壤剖面含鹽量呈明顯“Γ”形分布。相同處理下，灌水對沙土脫鹽效果比對壤土脫鹽效果好。

圖2 不同土質下土壤鹽分分布特征

由多孔介質水量平衡原理可知，在土壤持水能力一定的條件下，水分由土水勢高處向土水勢低處運動，土壤濕潤區體積由滴水點向周圍逐漸擴大[19]。膜內上部土壤距離滴水點近，土水勢高，水分推動鹽分由膜內上部土壤向四周運動，形成了上部脫鹽、下部積鹽的狀態。由于沙土的黏粒量低于壤土，提高了土壤毛管的縱向傳導能力[20]，所以，灌水對沙土的脫鹽效果比壤土好，沙土形成的脫鹽區范圍也比壤土大。

如圖2（a）所示，沙土（S）膜內滴頭下方土壤的積鹽層出現在40 cm深度處，對應的上層土壤平均脫鹽率為-81.43%。隨著距滴頭水平距離的增加，積鹽層及相應的上層土壤平均脫鹽率分別變淺及降低。距滴頭10 cm（膜內）處的土壤積鹽層比滴頭下方的淺4 cm，平均脫鹽率比滴頭下方的值低2.25%。距滴頭25 cm（膜外）處的土壤積鹽層出現在33.5 cm深度處，上層土壤平均脫鹽率為-57.62%。距滴頭40 cm處的膜外土壤垂直剖面上的含鹽量呈明顯“Γ”型分布，鹽分主要聚集在表層土壤中，其0～2 cm土層的平均含鹽量是2 cm以下土層平均含鹽量的7.3倍。

相同處理下，壤土（L）的鹽分分布規律與沙土（S）的相比較為類似，但其脫鹽深度及上層土壤平均脫鹽率比沙土的值低。滴頭下方壤土的積鹽層比相同處理下沙土的值淺9 cm，壤土上層平均脫鹽率比沙土的同類指標低13.37%；距滴頭10 cm（膜內）、25 cm（膜外）處的壤土積鹽層分別比沙土的值淺6、13.5 cm，壤土上層平均脫鹽率分別比沙土的同類指標低10.94%、23.56%；而距滴頭40 cm處的膜外，壤土在整個土層深度都表現為積鹽狀態，表層（0～2 cm）的平均含鹽量是2 cm以下土層平均含鹽量的8.4倍，是相同條件下沙土的1.61倍。

如圖2（b）所示，2種土質的表層含鹽量隨距滴頭水平距離呈指數函數分布。相同處理下，壤土（L）的膜內表層（0～2 cm）土壤平均脫鹽率比沙土（S）的值低6.01%；距滴頭25 cm處的膜外壤土的鹽分相對變化率比沙土的同類指標高64.80%；距滴頭40 cm處膜外壤土的積鹽率比沙土的同類指標高303.00%。這是由于壤土的黏粒量及小孔隙數高于沙土，鹽分更容易滯留其中所致[21]。

2.2 蒸發強度對土壤鹽分分布特征的影響

圖3是不同蒸發強度處理下沙土和壤土的鹽分分布情況。由圖3可知，地膜的阻隔作用使蒸發主要對膜外土壤的鹽分分布產生影響，導致膜外土壤積鹽量隨蒸發強度的增大而增大，而膜內土壤含鹽量幾乎不隨蒸發強度的改變而變化。相同蒸發強度處理下，壤土的表層鹽分聚集量比沙土的高。

由于覆膜阻隔蒸發的作用使膜內水汽微循環所產生的水汽聚集在膜下表面，凝結成小水滴后再次墜落到表土上，促進對膜內土壤的淋洗，因此，膜內（距滴頭水平距離0 cm和10 cm）土壤的鹽分分布基本不受蒸發強度的影響。在TFFS、TF處理下，沙土的膜內脫鹽深度基本都達40 cm，平均脫鹽率也相差不大，分別為-73.76%、-74.50%；而壤土的脫鹽深度比沙土的值淺10 cm，平均脫鹽率也分別比沙土的同類指標低12.15%、13.08%。

圖3 不同蒸發強度處理下土壤鹽分分布特征

土壤剖面中含鹽量是一定的，膜內土壤鹽分在滴灌水分淋洗及膜內水汽微循環雙重作用下一方面聚集在土壤下層，另一方面隨水分側向移動。由于TFFS處理比TF處理的表土溫度高，使膜外表層土壤水分汽化強烈，蒸發量大。地表含水率的降低使土壤基質吸力增加，水分從土壤下層向上層運動，使鹽分最終聚集在距滴頭水平方向40 cm處的膜外表層（0～2 cm）土壤中。沙土表層含鹽量在TFFS處理下為TF處理下的1.23倍；壤土的同類指標為1.36倍。

不同蒸發強度處理下，膜外2 cm以下的土層含鹽量近似垂線分布，而表層（0～2 cm）土壤含鹽量出現驟增，即膜外表層土壤聚集的鹽分小部分來源于膜內土壤鹽分隨水分向膜外水平方向的推移過程，大部分是由于受膜外地表蒸發作用所致。TFFS處理下，沙土的表層（0～2 cm）含鹽量是2 cm以下土層平均含鹽量的7.3倍，壤土的該指標則為8.4倍；TF處理下，沙土的該指標為7.2倍，壤土的則為7.9倍。

2.3 表層含鹽量與含水率之間的關系

圖4是不同溫度下沙土和壤土表層含鹽量與含水率之間的關系圖。由圖4可知，水分蒸發帶動土壤鹽分向表土遷移，水分蒸發強度越大，表層含鹽量越高。表土鹽分累積量與土壤含水率呈負相關；溫度越高，表層含鹽量與含水率之間形成的曲線斜率的值越小。

結果表明，20、25、30、35、40、45 ℃溫度處理下，沙土對應的曲線斜率分別為-3.50、-3.69、-3.84、-4.02、-4.15、-4.24；說明溫度的升高對土壤表層的鹽分形成有促進作用。由于溫度升高會降低液體的黏滯性，使土壤水分蒸發通量及導水率增大，土壤水對溶質的溶解能力也增大，溶液的濃度也會相應提高；當存在于土壤中的鹽分超過土壤水的溶解度時，鹽分就會以晶體的形式出現在土壤表層，形成表聚特征。相反，溫度降低會減緩表土蒸發通量對鹽分的攜帶速率，在相同土壤含水率條件下，聚集于土壤表層的含鹽量較少。

圖4 不同溫度下土壤表層含鹽量與含水率之間的關系

土壤質地決定了土壤基質吸力及毛管水上升作用，也會影響土粒對鹽分的吸附能力，導致不同質地土壤的鹽分表聚程度不同。如圖4所示，雖然壤土的表層含鹽量與含水率之間的線性變化規律與沙土的類似，但在相同溫度處理下，壤土形成的曲線斜率（絕對值）都比沙土的高。20、25、30、35、40、45 ℃溫度處理下，壤土的曲線斜率（絕對值）分別比沙土的高0.81、0.69、0.76、0.7、0.63、0.65；說明在相同蒸發強度處理下，壤土中的鹽分更容易受水汽擴散影響而聚集在土壤表層。另外，以土壤表層含鹽量為因變量，溫度及土壤質量含水率為自變量，建立二元線性回歸方程，結果如表3所示。

2種土質的土壤表層含鹽量與溫度正相關，與土壤含水率負相關；含水率的增益系數絕對值要比溫度的增益系數絕對值高，說明土壤含水率對土壤表層含鹽量的影響要大于溫度對土壤表層含鹽量的影響。

表3 不同土質表聚含鹽量與溫度、含水率的二元回歸方程

注為土壤含鹽量（g/kg）；為溫度（℃）；為土壤質量含水率（%）。

2.4 不同土質土-氣界面鹽分離析速率

土壤鹽分的表聚過程實際上是鹽溶液由液態變為固態的過程，即鹽分離析。圖5是沙土和壤土在不同溫度處理下鹽分離析速率與含水率之間的關系。由圖5可知，土壤表層鹽分離析速率與含水率之間的關系存在峰值，而且峰值隨著環境溫度的升高而增大；含水率較低時，鹽分離析速率最低。

圖5 土-氣界面鹽分離析速率

土壤鹽分平均表聚速率隨溫度的升高逐漸加快。20、25、30、35、40、45 ℃處理下，沙土的鹽分平均表聚速率分別是1.74、2.02、6.01、7.13、7.17、8.67（g·kg）/h。壤土的鹽分平均表聚速率分別是2.35、3.24、4.55、6.78、7.18、10.19（g·kg）/h。

2種土質在高溫處理時，土壤在低含水率條件下都表現出明顯的低表聚速率特征。對于沙土而言，30、35、40、45 ℃處理下，土壤質量含水率低于5%左右時所對應的平均鹽分表聚速率分別是2.77、1.59、2.43、2.89（g·kg）/h；質量含水率高于5%左右時所對應的平均鹽分表聚速率分別是8.18、10.82、10.34、12.51（g·kg）/h；出現鹽分表聚速率峰值時所對應的土壤質量含水率分別為18.02%、16.73%、17.11%、10.73%。對于壤土而言，35、40、45 ℃處理下，土壤質量含水率在低于10%左右時所對應的平均鹽分表聚速率分別是3.75、2.67、3.91（g·kg）/h；土壤質量含水率在高于10%左右時所對應的平均鹽分表聚速率分別是9.81、11.70、14.85（g·kg）/h，出現鹽分表聚速率峰值時所對應的土壤質量含水率分別為19.51%、17.76%、14.18%。

另外，試驗表明，在溫度較低時，鹽分離析速率受土質及土壤含水率的影響不大；但溫度較高時，鹽分離析速率突變。沙土在30 ℃時鹽分聚集加速，說明水分易汽化散失；壤土在高于35 ℃時鹽分聚集才加速，說明壤土中的水分受顆粒和毛管的吸附作用而不易汽化散失。

3 討論

水汽擴散導致水分子逐漸脫離土體而蒸發散失，一方面使土體表面基質吸力增大，促進土壤中的液態水分帶動鹽分向蒸發面（土-氣界面）遷移，另一方面使到達土-氣界面的鹽溶液失去水分而逐漸形成固態結晶鹽。土壤鹽分遷移速度的快慢受土壤質地、溶液濃度及溫度等綜合因素的控制[22-23]，從而對土壤表聚含鹽量產生影響。

研究結果顯示，相同蒸發強度處理下，壤土的表層含鹽量明顯高于沙土（圖3）。由Penmann公式可知[24]，潛在蒸發強度與溫度成正相關，與風速也成正相關，而且二者所產生的蒸發強度近似呈疊加狀態。本試驗中通風輻射處理的蒸發強度大于通風處理的蒸發強度。蒸發作用迫使土壤毛管水上升，并攜帶鹽分上升，使鹽分最終聚集在土壤表層。當蒸發強度增大時，水分蒸發速度加快，毛管水攜帶到地表的鹽分也增多[25]；因此，隨著地表蒸發強度的增大，膜外地表的積鹽量增大。在蒸發強度一定的情況下，土壤毛管孔徑越小，其毛管水上升的高度越大，攜帶到地表的鹽分也越多。壤土的毛管孔徑小于沙土的值，且壤土的毛管數量大于沙土的值[26]。因此，壤土的表層鹽分含量比沙土高。另外，相同處理下，沙土濕潤鋒前緣出現明顯的鹽分聚集帶，而壤土的鹽分分布區較為均勻（圖6）。這是由于沙土的顆粒表面吸附力小[25]，在蒸發作用下水分汽化快，當水分散失到剩余的分子數很小的時候，沙土表面就會出現較為強烈的鹽分聚集。而壤土顆粒的表面吸附力大，在蒸發作用下水分汽化慢，所以，壤土的鹽分表聚分布可能較為均勻。各溫度處理下（20、25、30、35、40、45 ℃），測得沙土中的水分汽化速率分別為1.19、1.68、2.67、3.38、5.08、5.56 mm/h，壤土中水分的汽化速率分別比沙土低5.46%、13.59%、14.89%、13.44%、42.86%、15.45%。

圖6 不同土質表土固態結晶鹽形成示意圖

表3顯示，土壤表層含鹽量與溫度正相關，與土壤含水率負相關，且土壤含水率對表層含鹽量的影響大于溫度對表層含鹽量的影響。這是由于在土壤含鹽量一定的情況下，含水率決定了溶液濃度[14]，而蒸發強度決定了水汽擴散速率[27]，當水汽擴散速率所導致的最大蒸發力（水分汽化速率）小于土壤水分對鹽分的溶解度時，鹽分仍然以溶解態存在于土壤溶液中；只有當相應的最大蒸發力大于溶解度時，才能夠促使鹽分在水汽散失作用下從鹽溶液中離析出來。

鹽分離析速率出現的峰值現象表明土壤水分有最小溶解度。當含水率較高時，土壤鹽分易被溶解，也容易隨著水分上升到土面；但是表土的鹽溶液濃度增大將導致溶質向下部濃度低處擴散，影響了鹽分離析速率。當土壤含水率低時，表土溶解能力降低；如果此時土壤水分對鹽分的溶解能力仍大于該溫度下的蒸發力（水分汽化速率），水分仍然可以攜帶鹽分運移[28-30]；上升到表層的鹽分很快離析，難以再向下部做分子擴散運動，使離析速率提高。土壤含水率持續降低時，整個土層的溶解能力下降，鹽分難以隨水分上升到土面，表土鹽分離析速率降低。

另外，鹽分表聚過程除了對生產有負面作用以外，在治理鹽堿地的技術研發方面有一定的啟發作用，特別是在新疆干旱的盆地地區，水利改良鹽堿地存在難找排水出路的問題[31]，因此，區域“干排鹽”或“干排水”技術受到重視[32]。“干排鹽”技術就是在有限區域內的低洼地點利用土壤水蒸發作用將鹽分表聚在地表，然后將其清除，其相應的技術指標需要依據鹽分表聚理論和影響因素來設計[33-34]。因此，對該問題進行深入研究很有必要。

本研究表明，在鹽分表聚的過程中，土壤水分起著溶解、攜帶、脫離鹽分的作用；而環境溫度及蒸發強度起著使水分由液態變為氣態的作用，同時溫度也可使土壤水分對鹽分的溶解度有所升高，增加其攜帶鹽分的能力。在土壤含鹽量一定的情況下，土壤含水率的增加可提高其對鹽分的溶解度；而在土壤含水率一定的情況下，如果土壤含鹽量不超過溶液的最大溶解度，鹽分可隨水分遷移（淋洗）。在覆膜滴灌條件下，膜內土壤中的水分無法蒸散，且淺層土壤中水分的溫度較高；相對于膜間土壤，膜內土壤水分可以溶解的鹽分也較多，從而間接提高了灌溉水對土壤鹽分的淋洗效率。

4 結論

1）覆膜滴灌條件下，2種土質的表層含鹽量隨距滴頭水平距離呈指數函數分布；膜外土壤垂直剖面上的含鹽量呈“Γ”型分布，鹽分主要聚集在表層土壤中。其中，高蒸發強度處理下，沙土表層（0～2 cm）的平均含鹽量是2 cm以下土層平均含鹽量的7.3倍，壤土表層（0～2 cm）的平均含鹽量是2 cm以下土層平均含鹽量的8.4倍，低蒸發強度處理下，沙土和壤土的對應數值分別是7.2倍和7.9倍。

2）影響土壤鹽分表聚的主要因素是土壤水分的蒸發速率；土壤含水率、環境溫度和蒸發強度的提高都可以增大土壤水分蒸發速率，導致土壤表面鹽分聚集量增加，其中，土壤含水率所起的作用最大。

3）土壤蒸發過程中鹽分表聚速率存在峰值，而且峰值與環境溫度呈正相關。蒸發作用下，壤土的鹽分表聚速率比沙土的鹽分表聚速率高。

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Salt Accumulation and Distribution under Mulched Drip Irrigation

CHEN Wenjuan1, LI Mingsi2*, LI Qinglin2, LI Dongwei2

(1. College of Sciences, Shihezi University, Shihezi 832000, China;2. College of Water Conservancy and Architectural Engineering,Shihezi University, Shihezi 832000, China)

【Background and objective】Mulched drip irrigation can push salt out of the root zone to sustain crop growth, but evaporation from soil outside the mulching film drives the salt to redistribute. Understanding salt accumulation and redistribution under mulched drip irrigation is important to alleviate soil salinization. Taking Xinjiang as an example, the objective of this paper is to experimentally study salt accumulation and redistribution in soil under mulched drip irrigation.【Method】 The experiment was conducted in a laboratory using repacked sandy soil and loamy soil. For each soil, we compared high evaporation and low evaporation both adjusted by temperature. Salt distribution in the horizontal and vertical directions was measured in each treatment. 【Result】 Regardless of soil type, salt content in the soil surface decreases exponentially along the distance away from the emitter. In the vertical direction, salt content in the soil outside the mulching film is distributed in a “Γ” type, and the salt mainly accumulates in the soil proximal to the surface. Under high evaporation, the average salt content in the surface (0～2 cm) of the sandy soil is 7.3 times that in the subsoil below the depth of 2 cm, while the average salt content in the surface (0～2 cm) of the loamy soil is 8.4 times that in the subsoil below the depth of 2 cm. At low evaporation, the associated salt content in the surface of the sandy and loamy soils is 7.2 times and 7.9 times, respectively, that in the subsoils. Soil evaporation is the main determinant of salt accumulation in the soil surface. Increasing soil moisture content, temperature or evaporation enhances evaporation, leading to an increase in salt accumulation in the soil surface. Because salt solubility drops when soil water content decreases, there is a peak in salt accumulation rate during the evaporation process, which is positively correlated with temperature. 【Conclusion】The evaporation of soil water leads to salt precipitation around the soil surface. Salt accumulation at the loamy soil surface is higher than that at the sandy soil surface. These results can help design mulched drip irrigation for crops in salt-affected soils.

mulched drip irrigation; soil texture; salt accumulation; accumulate rate

1672 - 3317（2022）09 - 0093 - 08

S-3

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021389

陳文娟, 李明思, 李清林, 等. 覆膜滴灌條件下的土壤鹽分表聚特征研究[J]. 灌溉排水學報, 2022, 41(9): 93-100.

CHEN Wenjuan, LI Mingsi, LI Qinglin, et al. Salt Accumulation and Distribution under Mulched Drip Irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(9): 93-100.

2021-08-21

國家自然科學基金重大項目（51790533），石河子大學高層次人才科研啟動項目（RCZK2021B05）

陳文娟（1992-），女，新疆庫爾勒人。講師，博士，主要從事旱區節水灌溉理論與技術研究。E-mail: ChenWJ513@163.com

李明思（1965-），男，新疆烏蘇人。教授，博士生導師，博士，主要從事灌溉原理與新技術應用研究。E-mail: leemince-709@163.com

責任編輯：趙宇龍