滨海盐渍土原土滴灌水盐调控对土壤水力性质的影响.pdf

第 28 卷第 3 期农 业 工 程 学 报Vol.28No.32012 年2 月Transactions of the CSAEFeb.2012107滨海盐渍土原土滴灌水盐调控对土壤水力性质的影响孙甲霞1,2，康跃虎1，胡伟1，万书勤1（1.中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室，北京 100101；2.中国科学院研究生院，北京 100049）摘要：为研究滨海盐渍土滴灌原土水盐调控不同处理对土壤导水率（K）、土壤孔隙大小分布常数（Gardner ）、土壤孔隙对水流贡献率等水力性质的影响，在滨海盐渍土上进行滤层及基质势（-5、-10、-15、-20、-25 kPa）处理的原土水盐调控试验。用圆盘入渗仪在-15、-6、-3、0 cm 4 个连续增大的负压下进行入渗测定，并计算不同负压下导水率、土壤孔隙大小分布常数、孔隙级别对水流的贡献率。结果表明：经原土水盐调控后，各处理的饱和导水率、土壤孔隙大小分布常数较对照增大，在-6 和-15 cm 水头下的导水率较对照减少，在-3 cm 水头下的导水率无明显变化规律。滤层处理下土壤的饱和导水率、-6 cm 水头下的导水率、土壤孔隙大小分布常数较无滤层处理有显著提高；各处理土壤大孔隙对水流的贡献率大于对照处理，中等孔隙 2 及小孔隙对水流的贡献率小于对照处理。滤层处理是不同级别土壤孔隙对水流贡献率大小的主要影响因素，其中滤层的土壤大孔隙、中等孔隙 1 对水流的贡献率显著高于无滤层。可见，经原土水盐调控后，土壤饱和导水率、-6 cm 水头下的导水率、土壤孔隙大小分布常数明显增加，土壤大孔隙增加，小孔隙减少，土壤结构得到改善。关键词：土壤，含水率，灌溉，原土水盐调控，滤层处理，土壤基质势，Gardner ，土壤水力性质，圆盘入渗doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.03.019中图分类号：S152.7文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-03-0107-06孙甲霞，康跃虎，胡伟，等.滨海盐渍土原土滴灌水盐调控对土壤水力性质的影响J.农业工程学报，2012，28(3)：107112.Sun Jiaxia,Kang Yuehu,Hu Wei,et al.Effect of water and salt regulations under drip irrigation on soil hydraulic properties inlocal coastal saline soilJ.Transactions of the CSAE,2012,28(3):107112.(in Chinese with English abstract)0引言中国海岸线长约1.8万km，滨海盐渍土总面积约3.57万 km2。大部分地区仍不断淤积成陆，滩涂面积不断增加，每年新增滩涂面积约 2 万 km21-3。在滨海地区，传统的绿化方法是客土法，即将绿化带 01 m 深的土壤换为非盐渍土，然后种植非耐盐碱或者低耐盐碱的绿化树种。客土法虽可在短时间内保证植被生长良好，但从长期来看，由于滨海地区地下水位较浅（1 m 左右），加上地下水与海水成分相同，随着蒸发及地下水上升毛管水的运动，非盐渍土变为盐渍土4-5，最终影响植被生长，不利于绿化的持续发展。再是客土法成本较高，在中度、重度盐碱地区的绿化成本达 200300 元/m2，有的甚至高达 500 元/m2，不利于大面积推广。针对传统绿化中存在的问题，提出了“滴灌垄作覆盖滤层”与“滴灌垄作覆盖”2 种模式的滴灌精确施肥灌溉水盐调控原土水盐调控方法。地表滴灌点收稿日期：2011-04-12修订日期：2011-10-15基金项目：国家科技支撑计划项目（2009BAC55B07）；中国科学院支持天津滨海新区建设科技行动计划项目（TJZX1-YW-12）；中国科学院知识创新工程重要方向项目（KZCX2-YW-359）。作者简介：孙甲霞（1982），女，山东济南人，博士生，主要从事盐渍土水盐调控方面的研究。北京朝阳区安外大屯路甲 11 号中国科学院地理科学与资源研究所，100101。Email:源扩散，将土壤中的盐分离子淋洗到植物根系分布范围以外。而其流量小、时间长、频率高的灌溉特点，不仅使土壤盐分长期处于淋洗状态，还可维持较高的土壤基质势来弥补因灌溉水中含盐量增加而降低的土壤渗透势，使植物根系分布层的土壤总水势维持在较高的水平，有利于植物根系吸水。在滴灌过程中进行精确施肥，将肥料相对均匀的输送到根层土壤中，满足不同深度根系生长需要6-10。当地下水位较浅时，在土壤中铺设滤层，当地下水较深时，不铺设滤层。经过 1 年左右的原土绿化水盐调控，已取得显著成效。绿化植被如女贞、木槿、高羊茅、月季、彩叶草、五角枫、玉兰、龙爪槐等长势良好。且该方法的成本只有 80 元/m2，有利于推广应用。土壤导水率 K、土壤孔隙大小分布 Gardner 常数等水力性质是反映土壤入渗能力的重要参数。影响导水率的土壤性质是孔隙的几何形状，即总孔隙度、孔隙大小分布等。田间土壤导水率受多种因素的影响，因此有很大的时间和空间变异性11-12，但通过合适的方法和多次重复测定，可以反映土壤结构的变化13。近年来，圆盘入渗法因其用水少、测定快、结果可靠等优点被广泛用来测定土壤导水率14-16。本文通过圆盘入渗测定土壤导水率等相关参数，以期揭示滨海盐渍土原土绿化滴灌水盐调控中土壤水力性质的变化，从而为滨海盐渍土的治理提供理论依据。农业工程学报2012 年1081材料与方法1.1试验区概况本研究在天津市大港区港西街联盟村道路绿化带进行。大港区濒临渤海（38 41 58N，117 26 9E），属暖温带半湿润大陆性季风气候，多年平均降水量 593.6 mm，多集中在 69 月。多年平均气温 12.1，多年平均无霜期 211 d。土壤为滨海盐渍土，土壤饱和泥浆提取液矿化度在 5.461.6 g/L 之间，pH 值为 7.68.5。植被多为芦苇、盐蒿，呈斑状分布。1.2原土绿化试验处理将道路绿化带分无滤层、滤层 2 个处理，同时将未处理空白地作为对照。无滤层只将土壤深翻 4060 cm。滤层是将土壤挖深约 80 cm，在底部填入直径 47 cm 的粗石子，厚约 15 cm，上覆细沙约 5 cm，最后将土回填。在无滤层、滤层上分别起宽为 4 m，高为 25 cm 的大垄。后在无滤层、滤层各设 5 个基质势（-5、-10、-15、-20、-25 kPa）处理，每个处理 3 个重复，每个重复为一个小区，共 30 个小区，小区长 2.8 m，宽 4 m，各基质势处理随机分布。在每个基质势处理的第 2 个重复内距树 15 cm处安装负压计，埋深为 20 cm（陶土头中间位置至地表），用以观测土壤基质势，为灌溉提供依据。灌溉方式为重力式滴灌。滴灌带间距为 60 cm，滴头间距为 20 cm。道路绿化带种植植被为木槿、紫叶李、高羊茅、月季、女真。由于本文测定的土壤导水率为土壤表层导水率，因此无滤层、滤层处理的挖深对导水率测定无明显影响；1.3圆盘入渗与水力性质计算用圆盘入渗仪（入渗半径 50 mm，储水管半径 1.7 cm）在 4 个依次升高的压力水头（-15、-6、-3、0 cm）下测定土壤入渗率17-18。每个基质势处理测 3 个重复。测定点位于垂直于滴灌带滴头 5 cm 处。为不破坏土壤结构，将地面上的草皮割掉，使根部留在土壤中，将地面整平，经处理的土壤表面直径为 1215 cm。然后在土壤表面覆盖过 1 mm 筛的细沙厚约 1 cm，将其抹平。测定时记录每分钟的入渗量直至连续 5 min 的入渗量基本一致时停止入渗。利用非线性回归分析方法19计算导水率 K 和土壤孔隙大小分布的 Gardner 常数，拟合方程为112()4exp()exp()xfQ hKshKshRR（1）式中，Qx(hf)为在压力水头为 hf(cm)下的稳定入渗率，cm3/s；R 为圆盘入渗半径，cm；为表征土壤孔隙大小分布的 Gardner 常数，1/cm；Ks 为土壤饱和导水率，cm/s。基于饱和导水率 Ks 和 ，通过 Gardner 指数方程可以求出其他负压下的导水率，记为()exp()fK hKsh（2）为表述方便起见，将无滤层、有滤层各基质势处理-5、-10、-15、-20、-25 kPa 分别记为 C5、C10、C15、C20、C25，对照记为 CK。-15、-6、-3、0 cm 下的导水率分别记为 K15、K6、K3、Ks，各相应基质势处理的Gardner 分别记为 5、10、15、20、25。根据毛管水理论，在水运动过程中，-3、-6、-15 cm水头下的入渗将分别排除当量半径大于 0.5、0.25、0.1 mm中的水流。因此，将孔隙分为 4 个等级：孔隙半径0.5 mm为大孔隙，0.250.5 mm 为中等孔隙 1，0.10.25 mm 为中等孔隙 2，0.5 mm），中等孔隙 1（0.250.5 mm），中等孔隙2（0.10.25 mm），小孔隙（0.5 mm)to flow of filter and soil matric potential treatments was higher thanCK,and the contribution of mesopores2(0.25-0.1 mm)and micropores(0.5 mm)and mesopores1(0.5-0.25 mm)to flow under filter treatment had a significantly difference to the non-filtertreatment(sig:0.038,0.014,respectively).The soil hydraulic conductivity Ks,K6 and Gardener had a significantlyincrease,the contribution of large pore classes to flow increased too.The contributions of small pore classes to flowdecreased after local soil salt-water regulation,so it was concluded that the soil structure was getting better aftersalt-water regulation.Key words:soils,moisture,irrigation,local soil salt-water regulation,filter layer treatment,soil matric potential,Gardner ,soil hydraulic properties,disc infiltrometer