土壤浅沟排盐对不同类型土壤持水效果的对比研究

土壤浅沟排盐对不同类型土壤持水效果的对比研究

由于灌木引起的土壤盐分积累已引起国内外学者的关注。为了找到改进和防止二次盐渍的方法，中国科学家进行了各种研究。国内学者如李显溦等人研究了新疆膜下滴灌下的暗管排盐技术1材料和方法1.1灌溉兵团试验基地成果田间试验于2017年在新疆维吾尔自治区石河子市现代节水灌溉兵团重点试验室试验基地暨石河子节水灌溉试验站中进行。试验站位于新疆维吾尔自治区石河子市西郊大学农试场二连，年均蒸发量1660mm，多年平均降水量为207mm。1.2功能1及观测点位田间试验共为两个测坑（A和B），排盐浅沟上口宽度分别设置为40cm，底宽均为25cm，高为30cm。观测点分别为滴灌带、排盐沟沟坡及排盐沟沟底下方10、20、30、40、60、80、100cm。试验测坑示意图见图1，土壤初始含水量及含盐率见表1，灌水量见表2。1.3颗粒分析试验试验土壤取自新疆石河子节水灌溉试验站，并带到河海大学国家重点试验室中采用LSI3320型号的颗粒分析仪进行颗粒分析试验。田间土壤的试验结果按照卡庆斯分类法所得土壤的颗粒分析如表3所示。1.4实际灌溉区域边界条件设置根据田间测坑尺寸在HYDRUS-2D在HYDRUS中根据图2建立模型，并根据实际田间情况设置各边界的水分运动条件。其中BC边界处中间位置设立2cm滴灌管入渗区域，其边界条件为变流量边界条件，流量设置与实际灌溉一致。上边界BC处为变流量边界条件，变量情况结合气象站观测数据进行设定；因实地观测地下水埋深超过3m，即下边界AF处设为自由排水边界，左右边界AB、EF处为零通量边界条件，DE、CD边界处为大气边界条件，根据气象数据进行相关设定2结果与分析2.1不同含水率土壤的水分蒸发规律图3～图6显示的是两种不同类型土壤含水率在不同生育期的剖面分布图。土壤类型分别为壤土及粉壤土，其具体物理组成成分见表3。两组模拟所选择的土壤初始含水率、降雨、蒸发、边界条件及根系吸水模型均相同。图3显示的是5月10日土壤剖面含水率，为播种后第21天，气象站记录环境平均温度为21.6℃，且有少量降雨。从图3可以看出，土壤中整体含水率较大，主要是由于2016年冬季降雪量较大，导致春季播种时土壤含水率较高。播种之后，土壤中水分随着下方自由排水边界迁移，土壤中水分呈现水平方向上的下降趋势，同时由于当地干燥的气候，土壤表层的水分发生了较为均匀的蒸发现象。对比图3，粉壤土的土壤整体含水率高于壤土的含水率，且其排盐沟和底部自由排水界面土壤含水率变化量明显小于壤土。综合图3和图4、图（a）中壤土的含水率小于图（b）中粉壤土含水率，这是由于在相同含水率条件下，粉壤土的非饱和导水率小于壤土，体现为粉壤土的持水性能较好。因此，在蒸发条件相同的情况下，粉壤土中的水分蒸发速度小于壤土，同理，粉壤土的下渗速度缓于壤土，导致粉壤土中整体含水率高于壤土。图5为6月4日的土壤含水率图，需结合6月3日为第一次灌水日作为条件进行分析。灌水后，相比与壤土，粉壤土中水分运动速率较慢，土壤含水率在水平方向和竖直方向上变化较为缓慢。且粉壤土由于其物理性质，其饱和土壤含水率较高，则灌水后最大含水率能达到0.28cm图6显示的8月31日的土壤剖面含水率，为吐絮期最后一次灌水后2日。此时，土壤中含水率分布受到排盐浅沟影响较为明显，整体土壤含水率等值线偏向竖直分布，并且在排盐沟底出现明显的集中。2.2不同时期土壤盐分分布规律由于粉壤土的性质，导致其中的水分运动能力比壤土差，也使水中的溶质运动能力相较于壤土更差。图7～图10显示的是不同类型土壤在生育期内土壤盐分电导率的分布情况以及变化情况。生育期内，土壤中的盐分受到蒸发作用向大气边界移动；受到灌溉水的影响，滴灌带下方的盐分随着每次灌水不断向周边土壤区域中运动，使得土壤根系范围的盐分受到了淋洗作用；同时，作物根系在生长过程中不断吸收水分及盐分以供作物生长。三种运动共同作用了生育期内土壤盐分的运动和变化。图7及图8显示的5月10日及6月2日土壤电导率的分布情况，即灌溉初期未灌水时土壤中盐分分布的基本规律。图片显示，土壤中的盐分水平方向上呈现出较为均匀地分布，在排盐沟沟底部有少量的积聚现象，但是在排盐沟沟坡附近，呈现的是较为均匀的水平分布。此阶段未灌水，但会出现部分少量降雨，因此，土壤边坡的土壤盐分可能较滴头下方略小，但排盐沟底部随着蒸发导致的水分上升，其下方盐分存在一定的积聚现象。对比分析图7～图10，显示的是壤土和粉壤土的在生育期不同时期土壤剖面电导率的分布情况。土壤中盐分分布与水分分布基本一致。图9至图10分别是灌水后1天、3天后土壤中盐分的分布情况。通过对比（a）、（b）图，粉壤土土壤电导率在水平方向上的变化小于壤土，滴头正下方处集中部位的土壤盐分淋洗效果不明显，而壤土滴灌带下方有明显的折线，表面此部位电导率下降明显。对比（a）、（b）两图，壤土土壤电导率在排盐沟附近未能呈现较好的积聚现象，而粉壤土电导率在水平方向上整体呈现下降趋势，且在排盐沟边坡处有明显的积聚现象。则对于分析可得，由于粉壤土对水分的黏滞性，土壤中盐分不易通过水分冲刷而进行排盐，但其盐分主要集中于排盐沟坡及排盐沟底部，因此，可以主要选择排盐沟沟坡较陡的排盐沟，并且考虑通过机械刮土的方式进行排盐。3粉土壤盐分沉积特点(1）根据壤土及粉壤土土壤组成及土壤性质可以看出，粉壤土黏粒及粉粒含量较高，导致土壤的非饱和导水率较差，相对于壤土，其持水性能更好；根据土壤导水率及模拟对比结果可以看出，粉壤土中盐分积聚相对于壤土较强，导致各土层土壤盐分在水分变化边界积聚较明显，土壤盐分淋洗效果略差。(2）对比壤土和粉壤土在不同时期的水分变化情况及盐分变化情况可以得出：相对于壤土，粉壤土的盐分更偏向于积聚在土壤边坡上，且其盐分积聚效果比壤土更为明