河套平原不同水源灌溉條件下土壤鹽分分布與運移規律

摘要：河套平原地處黃河中上游，廣泛存在土壤鹽堿化現象。本文以河套平原為研究區，通過實地取樣、室內模擬試驗與理化分析，探究鹽分在土壤中的垂向遷移規律。室內模擬試驗以黃河水、地下水和純水灌溉當地農用土壤，分析灌溉水質對土壤鹽分分布與運移規律的影響。試驗結果表明，長期采用黃河水、地下水灌溉會帶入以Na+為主的鹽分，鹽分在灌溉過程中向下運移并積累。

關鍵詞：河套平原；灌溉；黃河水；地下水；土壤鹽分

中圖分類號：S156.4 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）03-000-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.001

Abstract： The Hetao Plain is located in the middle and upper reaches of the Yellow River， where soil salinization is widespread. Taking the Hetao Plain as the research area， this paper explores the vertical migration of salinity in soil through field sampling， indoor simulation experiment and physical and chemical analysis. The indoor simulation experiment irrigates the local agricultural soil with Yellow River water， groundwater and pure water， and analyzes the influence of irrigation water quality on the distribution and migration of soil salinity. The experiment results show that the long-term use of the Yellow River water and groundwater irrigation will bring in the salinity dominated by Na+， and the salinity will migrate downward and accumulate during the irrigation process.

Keywords： Hetao Plain; irrigation; Yellow River water; groundwater; soil salinity

土壤鹽堿化是一種易溶性鹽分在土壤表層積累的現象，一直是我國農業生產發展的重要問題。河套平原地處黃河中上游，當地農業主要依賴引黃灌溉[1]。近年來，國家加大了對引黃灌溉量的調控力度，河套灌區也利用地下水來緩解水資源短缺問題[2-3]。為改良鹽堿化土壤和防治土壤鹽堿化，前人對河套平原展開較多的研究，分析不同灌溉水質對土壤含鹽量變化和水鹽運移特征的影響。殷志剛[3]通過鹽分傳感器測定不同處理對不同深度土壤溶液鹽分累積的影響，表明田間處理對土壤溶液鹽分累積有抑制作用。孫紅英等[4]開展室內模擬試驗，發現灌溉用水不同，土壤鹽堿化程度不同。土壤鹽堿化是土壤鹽分累積的結果，為解決這一問題，要明確土壤水鹽運移機理。趙然杭等[5]運用HYDRUS模型模擬了邢家渡灌區玉米生育期內不同灌水定額下土壤的水鹽運移過程。史曉楠等[6]研究了微咸水水質對土壤水鹽運移特征的影響。

探究土壤鹽堿化形成機制和科學防治土壤鹽堿化的基礎是研究鹽分在土壤中的分布與運移規律。筆者在查閱文獻時發現，較少研究通過模擬灌溉試驗分析土壤鹽分離子的分布與運移規律。因此，本文采用室內模擬試驗，研究不同灌溉條件下鹽分在土壤各層中的分布與運移規律，以探究黃河水與土壤的水土作用過程，進而分析灌溉水質因素對土壤鹽堿化的影響，為探明當地土壤發生嚴重鹽堿化的原因及防治提供科學依據。

1 試驗材料

1.1 試驗樣品

試驗土樣采自河套平原當地農戶的種植用地，去除表層的植物根系，取樣深度為0～20 cm。灌溉水有3種，一是黃河水，二是河套平原地下水，三是純水。灌溉用水的理化性質如表1所示。

1.2 試驗設備

一是內空塑料柱（硬質聚氯乙烯管），內徑為1.10 cm，橫截面面積為85 cm2，長度為30 cm；二是塑料蓋，內徑為12 cm，高度為10 cm。

2 試驗方法

2.1 制作土柱

將2 500 g過50目篩的風干土樣（密度約1.25 g/cm3）裝入塑料柱（共9根），裝土高度約為20 cm，保證土體均勻，在柱內底部提前鋪好約4 cm厚的石英砂層，用尼龍紗布包裹塑料柱底部，塑料蓋封閉底部。試驗過程中，將土柱放到塑料容器內，以盛接淋溶下來的水分，供土壤返鹽并保證土壤穩定直立。

2.2 試驗設計

將9根土柱分為A、B、C三組，分別使用黃河水、地下水和純水灌溉。同時，每組分成3個小組，分別進行1～3次灌溉，每次灌溉量為500 mL，灌水周期為21 d。每組在灌水結束后分層取出土樣，室內風干，過篩，混合均勻保存。

2.3 指標測定方法

分別取4 g土樣，與不同水樣混合，制備浸取液（土水比1∶10）。將土樣浸取液離心、過濾，得到標準浸提液，用于各項指標的測定分析。使用電導率測量儀測定浸提液的電導率，使用pH測量儀測定浸提液的pH。將浸提液稀釋，每份取5 mL與等體積純水混合均勻。使用電感耦合等離子體原子發射光譜儀（ICP-AES）測定樣品的Na+、K+、Ca2+與Mg2+含量。

3 結果與分析

3.1 金屬離子分布特征及運移規律

表1數據顯示，黃河水和地下水都含有較多的金屬離子，使用二者灌溉會給土壤帶入鹽分，這是土壤各層金屬離子含量上升的主要原因。不同灌溉條件下，土壤各層金屬離子的分布如圖1所示，其中，H代表黃河水灌溉，D代表地下水灌溉，C代表純水灌溉。灌溉3次后，土壤金屬離子含量反而下降，這是因為灌溉水鹽分過多，使土壤團粒結構分散膨脹，導致連通孔隙變小和阻塞，降低土壤導水性，使土壤結皮板結，影響后續灌溉過程中鹽分的帶入，其逐漸在表層累積。

黃河水灌溉條件下，Na+含量在第2次灌溉后達到最大值，其他金屬離子含量在第1次灌溉后達到最大值。地下水灌溉條件下，各金屬離子含量均在第2次灌溉后達到最大值。結合灌溉用水理化性質可知，黃河水中金屬離子含量更高，在灌溉過程中更容易使土壤板結。純水灌溉條件下，金屬離子一直富集于土壤下層，未發生明顯運移。在黃河水和地下水灌溉條件下，各金屬離子運移方向基本一致，Na+均呈現向下運移的特征，K+均呈現向上運移的特征。在黃河水和地下水灌溉條件下，Mg2+分別呈現向上和向下的運移特征，但最終富集情況較為接近，其相對均勻地分布在土壤各層。

黃河水和地下水灌溉帶入鹽分，鹽分向下運移、積累，而水分蒸發會帶出土壤原有鹽分，使其上移。兩者的交替作用決定土壤各層金屬離子的分布特征和運移規律。黃河水和地下水含有鹽分，其與土壤顆粒發生一定的物理化學作用，改變土壤孔隙結構和化學性質，影響土壤水鹽分布。Na+和K+呈現出較為明顯的運移傾向，且含量遠大于其他金屬離子，因此此處僅對Na+和K+的運移規律進行分析。

隨著灌溉次數增加，Na+呈現向下運移的規律。對Na+向下運移起主導作用的是灌溉用水的鹽分帶入作用，灌溉帶入的鹽分與土壤原有成分發生交換，增強土壤膠體的絮凝作用，改變土壤團粒結構，使土壤導水能力增加，大量Na+隨灌水向下層聚集，使高含鹽量土壤不斷向下層拓展[7-8]。但是，金屬離子含量過高會引起土壤板結，影響后續灌溉過程中鹽分的帶入，起到相反的效果。經試驗測定，Na+含量遠遠高于其他金屬離子，因此Na+的分布特征決定土壤鹽分分布。

隨著灌溉次數增加，K+呈現向上運移的規律。對K+向上運移起主導作用的是土壤中水分的蒸發作用，水分蒸發帶走土壤中的鹽分，并使其向上運移。K+與Na+呈現出不同的運移規律，說明兩種金屬離子受入滲和蒸發作用的影響程度不同。K+受蒸發作用的影響更為顯著，因此整體呈現出向上運移的特征。但K+含量遠小于Na+含量，對土壤鹽分的貢獻較小。

3.2 鹽分分布變化特征

以電導率作為評價土壤各層鹽分分布的指標，不同灌溉條件下土壤各層鹽分分布變化如圖2所示。隨著灌溉次數增加，鹽分更傾向于向下層富集，即鹽分向下運移，導致土壤上層脫鹽、深層積鹽。在純水灌溉條件下，下層土壤鹽分增加，中層土壤經歷先增加后減少的變化過程，而上層土壤鹽分一直減少。純水的洗脫作用使土壤鹽分不斷向下運移、積累。在黃河水和地下水灌溉條件下，隨著灌溉次數增加，土壤各層鹽分分布變化趨勢大致相同，下層鹽分增加，在第1次灌溉后達到最大值。其他各層都經歷了減少、增加又減少的變化過程。原因是灌溉用水的鹽分帶入作用和蒸發作用在灌溉過程中交替處于主導地位。地下水灌溉的土壤鹽分分布差異更明顯，下層積累更多的鹽分。黃河水和地下水灌溉條件下，土壤下層鹽分增加。黃河水和地下水的灌溉為土壤帶來以Na+為主的鹽分，提高了土壤含鹽量。

4 結論

不同灌溉用水的鹽分含量不同，灌溉會引起土壤各層不同程度的鹽分積累。水分運動會導致土壤鹽分遷移，使土壤各層鹽分含量不同。黃河水和地下水含有鹽分，其進入土壤后和土壤原有成分發生物理化學作用，改變土壤結構和孔隙分布特征，最終影響土壤中的鹽分分布。純水灌溉條件下，灌溉用水的淋洗作用居于主導地位，土壤上層脫鹽，下層積鹽；黃河水和地下水灌溉條件下，灌溉用水的鹽分帶入作用使土壤鹽分下移、積累，蒸發作用使鹽分上移，兩者共同決定鹽分運移規律。隨著灌溉次數增加，土壤鹽分整體向下運移，鹽分富集于土壤下層，土壤深層積累較多的鹽分。若土壤鹽分過多，則會導致后期土壤滲透能力變弱，灌溉用水的鹽分帶入作用影響減弱。試驗結果表明，長期采用黃河水、地下水灌溉會帶入以Na+為主的鹽分，鹽分在灌溉過程中向下運移并積累。

參考文獻

1 賈麗敏.河套平原供水現狀及治理方案的探索[J].軟件（教育現代化），2014（5）：291-292.

2 梁永利，彭曉虹.河套灌區合理利用農業地下水路徑探索[J].南方農業，2022（12）：235-237.

3 殷志剛.土壤鹽堿改良的對比分析研究[J].新疆農業科學，2002（3）：157-160.

4 孫紅英，于紅偉.不同灌溉用水對土壤堿化影響的室內模擬[J].天津農學院學報，2007（4）：25-28.

5 趙然杭，劉開印，張擴成，等.引黃灌溉對土壤含鹽量的影響研究[J].人民黃河，2020（11）：147-151.

6 史曉楠，王全九，蘇 瑩.微咸水水質對土壤水鹽運移特征的影響[J].干旱區地理，2005（4）：516-520.

7 朱成立，舒慕晨，張展羽，等.咸淡水交替灌溉對土壤鹽分分布及夏玉米生長的影響[J].農業機械學報，2017（10）：220-228.

8 居雯雯，邵夢璇，劉海軍，等.地面灌溉和滴灌下覆膜對土壤鹽分和氮素空間分布的影響[J].農業工程學報，2022（1）：68-75.