譚軍利，王西娜，田軍倉，蘇小林

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不同微咸水灌水量條件下覆砂措施對土壤水鹽運移的影響

譚軍利1,2,3，王西娜4，田軍倉1,2,3，蘇小林1

（1. 寧夏大學土木與水利工程學院，銀川 750021； 2. 旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心，銀川 750021； 3. 寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術研究中心，銀川 750021； 4. 寧夏大學農(nóng)學院，銀川 750021）

采用室內(nèi)土柱模擬試驗，對比研究了不同微咸水灌水量條件下覆砂與不覆砂對土壤水鹽分布和運移的影響，以期為壓砂地合理利用微咸水提供理論支持。結果表明，與不覆砂相比，覆砂增加了土壤水分下滲深度，最大增加深度可達8 cm；減少了試驗期間土壤水分累計蒸發(fā)量，低、中、高3個灌水量分別減少了74%、54%和21%，減少幅度隨灌水量增加有降低的趨勢。在土壤水分再分布過程中，土壤剖面出現(xiàn)明顯分界點，覆砂提高了分界點處土壤水分含量，增加量為2%～5%；保蓄了上層土壤水分含量，尤其是低灌水量時，不覆砂處理0～20 cm土壤水分含量在試驗期間減少幅度達到34%，而覆砂處理僅減少了16.9%；增加了下層土壤水分含量。同時，覆砂明顯抑制了表層土壤鹽分累積，抑制幅度達到92.4%～95.2%；提高了土壤剖面鹽分峰值處鹽分含量，提高幅度在11.02%～37.55%；鹽分峰值的位置隨著試驗時間延長不斷向下運移。表明，微咸水灌溉條件下，覆砂措施通過減少土壤水分蒸發(fā)和增加土壤水分入滲而抑制表層土壤鹽分累積，促進土壤鹽分向下層運動。

土壤；灌溉；入滲；覆砂；水鹽運移；微咸水；土柱試驗

0 引 言

土表覆砂是干旱地區(qū)勞動人民應對干旱采取的一種古老的耕作方式，能大大減少土壤水分蒸發(fā)[1-3]，保蓄降水，進而提高土壤水分含量。研究表明，60 d內(nèi)砂田累積蒸發(fā)量僅為裸田的18.3%[1]；覆蓋5cm的砂礫可以保蓄80～85%的年降雨量[4]；而5a的新砂田土壤含水率比裸田的高76.2～98.4%[5]。原翠萍等[6]土柱試驗結果顯示，在連續(xù)41 d蒸發(fā)過程中，覆蓋條件下的累計土壤蒸發(fā)量與時間呈近似線性關系，而裸土為對數(shù)關系。覆砂對土壤蒸發(fā)的抑制效果與砂層的粒徑[7]及厚度[8]有關。研究發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)減小率與礫石粒徑呈負相關[9]，隨覆砂厚度的增加而增加。Diaz等[10]的結果顯示，從覆蓋2 cm到覆蓋10 cm蒸發(fā)量減少量從52%增加到92%。覆砂減少水分蒸發(fā)是因為較干的覆蓋層增大了其下方的水汽流動阻力[11-12]，該阻力的大小與覆蓋層厚度和砂礫粒徑有關[13]。

微咸水灌溉引起的土壤鹽分累積是廣大學者目前所關注的熱點問題[14-16]，尤其是干旱及半干旱區(qū)。寧夏壓砂地分布區(qū)主要集中于寧夏中部干旱帶，年降雨量不足200 mm，且降雨年際變化大。壓砂地種植的主要作物為西瓜，有限且波動的降水無法保證西瓜的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。近年來瓜農(nóng)為了保持較高且穩(wěn)定的產(chǎn)量，在西瓜種植過程中普遍使用地下微咸水進行補充灌溉，在一定程度上提高了西瓜的產(chǎn)量。然而，地下微咸水灌溉除了給西瓜提供水分之外，也將鹽分帶入了壓砂地。在壓砂地分布區(qū)微咸水灌溉帶入的鹽分無法如華北平原有較多的降水可以淋洗微咸水灌溉帶入的鹽分[17-19]；同時該地區(qū)沒有黃河水灌溉之便利，不能通過淡水灌溉來淋洗土壤鹽分[14,20-21]。那么，帶入到土壤中的鹽分能否引起壓砂地土壤的次生鹽漬化進而影響壓砂瓜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展？弄清這一問題的前提是了解覆砂條件下水分和鹽分在土壤中的運移和分布情況。

土表覆砂可以壓鹽壓堿已有廣泛的認識[5,22-23]，但其機理尚不清楚。目前國內(nèi)外許多學者對覆膜、秸稈覆蓋條件下微咸水灌溉土壤水鹽運移規(guī)律[15,24-29]進行了深入探討，發(fā)現(xiàn)覆膜后改變了土壤蒸發(fā)的上邊界，減少了土壤蒸發(fā)從而使膜內(nèi)土壤鹽分含量降低。但卻促進了土壤水鹽側(cè)向運動，在膜側(cè)和膜外產(chǎn)生鹽分累積[30]，這些鹽分在作物非生育期由于沒有覆蓋和灌溉作用，會隨著土壤水分蒸發(fā)而重新聚集在土表[31]。秸稈覆蓋也有類似的作用，在作物生育期覆蓋有效減少了土表水分蒸發(fā)而抑制鹽分在上層土壤聚集[28-29]，之后通過翻耕或者腐爛進入土壤，其保墑抑制鹽分累積的作用也會消失。壓砂地土表覆砂是全田面多年連續(xù)覆蓋，完全不同于秸稈和地膜覆蓋。但有關土表覆砂條件下微咸水灌溉對土壤水鹽運移的研究鮮見報道。本研究通過室內(nèi)土柱模擬試驗探討土表覆砂對微咸水灌溉土壤水鹽運移及分布的影響，揭示覆砂壓鹽的機理及規(guī)律，為壓砂地合理利用微咸水提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤的基本性質(zhì)

供試土壤為淡灰鈣土，采自寧夏壓砂西瓜核心產(chǎn)區(qū)中衛(wèi)香山鄉(xiāng)紅圈子村未覆砂的荒地，去除表層0～20 cm土層，采集20～40 cm土層作為供試土壤。土壤容重為1.3 g/cm3，田間持水量（質(zhì)量）為22.3%，飽和含水量（質(zhì)量）為29.4%。土壤晾干后過1 mm篩備用。供試土壤砂粒含量為22%，粉粒含量為49.5%，黏粒含量為28.5%，土壤質(zhì)地為砂粉土。初始土壤鹽分含量EC25為2.7 dS/m。

1.2 試驗方法

試驗采用透明有機玻璃土柱進行模擬，有機玻璃柱直徑19.8 cm，高100 cm，底部為多孔有機玻璃板，裝土之前在土柱內(nèi)放置1張直徑與土柱相當?shù)臑V紙，防止土粒堵塞多孔板。有機玻璃圓柱四周共有5排間距為10 cm，直徑為1 cm的取樣孔。按容重1.35 g/cm3分層裝土，每層5 cm，填土至90 cm高。試驗設計見表1，共設6個處理。土柱裝填完成后過夜使土柱達到平衡，之后開始按照計劃灌水量灌入人工配制的微咸水。試驗所使用的微咸水依據(jù)寧夏香山地區(qū)機井水的鹽分含量及組成人工配制，微咸水的礦化度為2 g/L，配制的鹽分組成為NaCl:CaCl2:MgSO4=2:1:2（質(zhì)量比）。

表1 土柱模擬試驗處理及試驗設計

覆砂處理在土表填入8 cm不同粒徑混合的砂石混合物模擬壓砂條件，砂石混合物容重按1.9 g/cm3計，共裝砂石混合物4.68 kg，其級配如表2所示。不同粒徑砂石在混合前用自來水清洗并晾干備用。

表2 試驗砂層砂石級配

土柱模擬試驗中微咸水灌水量采用不同計劃濕潤層深度作為計算依據(jù)，并根據(jù)（1）式進行計算

式中為土柱半徑，取9.9 cm；為灌水深度，低、中、高灌水量處理灌水深度分別為40、60、80 cm；ρ為土壤容重，g/cm3，取1.35 g/cm3；θ為供試土壤田間持水量，質(zhì)量含水量，%；0為供試土壤風干土含水量，質(zhì)量含水量，%，取2%。

1.3 試驗過程

在距離土柱上方20 cm處用100 W的白熾燈來模擬蒸發(fā)，同時在與土柱相同高度放置20 cm蒸發(fā)皿，在蒸發(fā)皿的上方同樣放置燈泡。并在試驗期間每天8:00、14:00和18:00用溫濕度計測定試驗環(huán)境的溫度和濕度。

試驗于4月28日開始，6個土柱同時進行灌水并保持水頭在2 cm左右（裸土以土面為基準面，覆砂以砂層表面為基準面），記錄入滲完成的時間和完成時的入滲深度。當土柱入滲完成后，4月29日開始蒸發(fā)試驗至5月13日結束，試驗期間，每日開燈持續(xù)時間10 h，試驗共進行15 d。同時每天利用20 cm蒸發(fā)皿測定水面蒸發(fā)量和土柱的入滲深度。圖1為土柱模擬試驗布置圖。

圖1 土柱試驗圖

為了測定土柱中土壤的水分蒸發(fā)和鹽分運移情況，分別在蒸發(fā)試驗開始的第2、5、9、12、15天對土柱中的土壤進行取樣。取樣時通過取樣孔采集土樣并將取到的土樣裝入密封袋中。取完土樣后在實驗室測土壤水分含量，之后風干研磨過1 mm篩，用于測定土壤鹽分含量。試驗結束時，將覆砂處理的砂層取出，在砂層與土壤交界面刮取0～1 cm土壤，同時在未覆砂處理的表層刮取土壤，測定表層土壤鹽分含量。

土壤水分：烘干法測定。

土壤鹽分含量（EC25）：測定25 ℃時土水比為1:5的土壤浸提液的電導率，作為土壤鹽分含量值。

土壤蒸發(fā)量依據(jù)前后兩次測定的土壤水分含量，利用水量平衡方程計算蒸發(fā)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用EXCEL軟件處理。

2 結果與分析

2.1 試驗期間室內(nèi)氣溫和濕度

圖2為試驗期間日平均氣溫及濕度。從圖中可以看出，試驗開始第7天到第10天（5月5日－5月8日），由于降雨導致環(huán)境溫度突然降低而濕度增加，溫度為19～22 ℃，相對濕度為65%～72%。試驗期間其他時間氣溫和相對濕度變化較為平穩(wěn)，溫度保持在21～26 ℃之間，空氣相對濕度在28～39%之間?？傮w而言，試驗期間氣溫較高而空氣濕度較低。

圖2 試驗期間室內(nèi)氣溫及濕度

2.2 覆砂措施對累積蒸發(fā)量的影響

圖3顯示了不同處理及20 cm蒸發(fā)皿（D20）在試驗期間的累計蒸發(fā)量。從中可以看出，無論覆砂與否，土壤蒸發(fā)量均隨微咸水灌水量增加而增加。不覆砂時，低、中、高灌水量處理的15 d累計蒸發(fā)量分別為25.77、28.26和38.18 mm，覆砂處理相應灌水量的累計蒸發(fā)量分別為6.7、13.13和30.15 mm，比不覆砂的分別減少74%、54%和21%?？梢?，覆砂減少土壤蒸發(fā)量的幅度隨著灌水量增加而減小。從圖中亦可發(fā)現(xiàn)，不同灌水量處理土壤水分蒸發(fā)量之間的差異在試驗開始時較小，隨著試驗時間延長差異越來越大，但不覆砂的差異較覆砂的差異明顯。兩者相同灌水量的累計蒸發(fā)量差值隨微咸水灌水量增加而減小，低、中、高灌水量的差值分別為19.07、15.13和8.0 mm。試驗結束時，D20的累計蒸發(fā)量達到30.4 mm，與覆砂高灌水量處理的蒸發(fā)量接近，但D20的蒸發(fā)量曲線呈持續(xù)升高趨勢，因此，后期趨于超過覆砂和不覆砂的高灌水量處理。

注：D20指20 cm蒸發(fā)皿試驗期間累計蒸發(fā)量。

2.3 壓砂措施對土壤水分入滲的影響

圖4是不同處理土壤水分入滲深度動態(tài)變化。從圖中可以看出，無論覆砂與否，剛灌完水后土壤水分入滲深度隨著灌水量增加而加深。但隨著蒸發(fā)試驗時間的延長，覆砂處理與不覆砂處理入滲深度之間的差異不斷加大。試驗結束時，兩者中灌水量處理的差距最小，為2 cm，高灌水量處理差距最大，達到8 cm。原因可能是覆砂處理抑制了上層土壤水分蒸發(fā)，保蓄了較多的水分從而使其在土壤中進行再分布；而未覆砂處理由于土面持續(xù)蒸發(fā)作用使得土壤水分運動以向上蒸發(fā)和向下入滲為主，而隨重力水的減少，土壤水分向下運動的驅(qū)動力會逐漸減弱?？梢?，地表覆砂可以通過抑制上層土壤水分的蒸發(fā)而促進了土壤水分向下運移。

圖4 不同處理土壤水分入滲深度

2.4 壓砂措施對土壤水分運動的影響

從土壤水分動態(tài)變化來看（圖5），隨著灌水量增加，土壤水分入滲深度隨之增加。在水分再分布過程中，土壤剖面存在2個明顯的分區(qū)和一個穩(wěn)定的分界點，分界點以上土壤水分含量隨著試驗時間延長不斷減少，稱為水分含量降低區(qū)，分界點以下土壤水分含量增加，稱為水分含量增加區(qū)。分界點的位置隨著灌水量的增加而加深，低、中、高灌水量處理分界點分別在土表以下30、40和50 cm，且分界點位置在15 d試驗期間基本不變。分界點處土壤水分含量因灌水量及覆砂與否存在較大差異，總體而言，隨灌水量增加而增大，LNG、MNG及HNG處理的分別為12%、17%和20%左右。在相同灌水量條件下，覆砂處理的分界點土壤水分含量高于不覆砂處理的，低、中、高灌水量時分別提高5%、2%、2%?？梢姡@一分界點如同“瓶頸”，土壤含水量越高意味著“瓶頸”越寬，向下輸送的水分越多。說明，覆砂處理可以促進更多土壤水分向下層運移。

從覆砂與不覆砂處理土壤水分動態(tài)變化來看，在整個試驗期間，覆砂處理土壤水分降低區(qū)的水分含量變化幅度明顯小于不覆砂處理的。低灌水量時，覆砂處理灌水后第2天0～20 cm平均土壤水分含量為24.2%，試驗結束時為20.1%，變化幅度僅為16.9%；不覆砂處理的則分別為23.5%和15.5%，變化幅度為34%。中、高灌水量時，覆砂處理的水分變化幅度分別為23.6%和22.1%；不覆砂處理的分別為28.6%和21.0%。在水分含量增加區(qū)，覆砂處理水分含量有較大幅度增加，低灌水量40 cm、中灌水量50 cm和高灌水量70 cm深度從灌水后第2天到灌水后15天水分含量分別增加5.9%、9.6%和12.4%，并且高灌水量時70 cm深度處土壤水分含量一直處于不斷增加趨勢，從第5天的2%，到第9天的6.1%，第12天的12.3%和第15天的14.8%；而不覆砂處理低灌水量40 cm、中灌水量50 cm和高灌水量60 cm深度水分含量增加2.9%、7.4%和11.2%，高灌水量處理60 cm處水分含量增加較為緩慢，從第5天的5.0%，到第9天的12.3%，第12天的13.5%和第15天的13.2%。說明，覆砂明顯減少了上層土壤水分的蒸發(fā)損失，增加了下層土壤水分含量，從而保蓄了更多的土壤水分。

圖5 不同處理土壤水分動態(tài)分布

從圖6可以看出，灌水后第2天，相同灌水量處理0～80 cm土層土壤的水分分布無明顯差異，但覆砂處理的土壤水分含量略高于不覆砂處理。經(jīng)過15 d蒸發(fā)后，覆砂處理土壤水分明顯高于不覆砂處理。低灌水量時，兩者在0～50 cm土壤剖面的水分含量存在較大差異，以0～20 cm處差異最大，差值為5%左右。中、高灌水量時，覆砂與不覆砂處理均存在較大差異，尤其是高灌水量時，在70 cm深度，兩處理的土壤水分含量差值達1.6%。

圖6 不同處理灌水后第2天和試驗結束時土壤水分分布

進一步說明，在蒸發(fā)條件下，覆砂處理抑制了上層土壤水分的蒸發(fā)而保蓄了較多的水分，同時也促進了土壤水分向下運動，這為微咸水灌溉下土壤鹽分向下遷移提供了動力。

2.5 壓砂措施對土壤鹽分運動的影響

從土壤鹽分的動態(tài)變化（圖7）來看，低灌水量時，覆砂處理的土壤鹽分峰值隨著時間推移向下層運移，灌水后第2 d、第5 d時土壤鹽分含量峰值約在30 cm深處，后期土壤鹽分峰值的位置下移至40 cm處。不覆砂處理土壤鹽分峰值的位置在試驗期間一直保持在30 cm處。從土壤鹽分峰值的鹽分含量高低來看，覆砂處理的峰值均比同時期不覆砂處理的高。如灌水后第9 d，即5月7日，覆砂處理鹽分峰值為12.56 dS/m，比不覆砂處理的高19.96%。

中灌水量時，覆砂處理和不覆砂處理土壤鹽分含量峰值出現(xiàn)的位置隨著試驗時間延長不斷向下運移，灌水后第2 d和第15 d，土壤鹽分峰值分別出現(xiàn)在40和50 cm。峰值鹽分含量則隨著試驗時間延長有增加趨勢。灌水第2 d和第15 d，覆砂處理的鹽分峰值分別為8.89和13.35 dS/m，不覆砂處理的分別為6.44和10.91 dS/m，前者比后者分別高38%和22%。

高灌水量時，覆砂處理鹽分峰值位置不斷向下運移，從灌水2 d后的50 cm移動到第15 d的70 cm處。而不覆砂處理鹽分峰值位置在整個試驗期間遷移的范圍較小，主要在50～60 cm之間。由于土壤水分在整個試驗期間都在向下進行再分布，所以峰值處土壤鹽分含量存在忽高忽低的現(xiàn)象。但從試驗結束時峰值處土壤鹽分含量來看，覆砂處理的鹽分峰值為15.86 dS/m，而不覆砂處理的為11.53 dS/m，相差37%。

可見，覆砂措施由于促進了土壤水分的下滲以及抑制土壤水分蒸發(fā)，促使更多的土壤鹽分向更深層土壤運動，并且隨著灌水量增加土壤鹽分向下遷移的速率更快。

圖7 不同處理土壤鹽分動態(tài)分布

從圖8中可以看出，灌水后第2 d，低、中灌水量時，覆砂處理的土壤鹽分含量峰值明顯高于不覆砂處理，前者的鹽分峰值分別為9.89和12.72 dS/m，而后者的僅分別為4.58和9.72 dS/m。高灌水量時，可能由于覆砂處理的鹽分入滲更深，超出了取樣范圍，或者由于鹽分均勻分布到了更多土層而出現(xiàn)峰值較低的現(xiàn)象。

圖8 不同處理灌水后第2天和試驗結束時土壤鹽分分布

土壤鹽分峰值出現(xiàn)的深度隨著灌水量增加而加深。灌水后第15天，土壤剖面鹽分的分布亦表現(xiàn)出覆砂處理的鹽分峰值較高且位置更深，低、中、高灌水量的鹽分峰值分別為8.36、13.35和15.86 dS/m，比不覆砂處理的相應值分別高11.02%，22.36%和37.55%。中灌水量處理下，覆砂與不覆砂土壤鹽分峰值均出現(xiàn)在50 cm以下，低灌水量和高灌水量條件下，覆砂處理峰值出現(xiàn)的深度均比不覆砂處理的深10 cm?？梢?，在相同蒸發(fā)和微咸水灌水量條件下，地表覆砂可促使更多的鹽分淋洗到更深層土壤，同時，覆砂大大減少了土壤表層水分蒸發(fā)量，從而也減少了土壤鹽分向表層積聚的機會。

圖9為試驗結束（灌水后第15天）時不同處理土壤表層及0～20 cm土層土壤鹽分含量。覆砂處理表層土壤鹽分含量在0.29～0.32 dS/m之間，不覆砂處理的在4.23～6.1 dS/m之間，可見，覆砂處理明顯減少了表層土壤鹽分含量，抑制了土壤鹽分表聚，抑制幅度在92.4%～95.2%之間。覆砂條件下不同灌水量處理之間表層鹽分無明顯差異。不覆砂條件下，不同灌水量處理之間的差異較大，低灌水量處理表層鹽分含量最高達到6.1 dS/m，而中灌水量最低。這可能是因為低灌水量時土壤鹽分淋洗深度淺，在蒸發(fā)的作用下容易遷移到表層。高灌水量時，水分蒸發(fā)量大，鹽分隨著水分的蒸發(fā)而出現(xiàn)大量累積現(xiàn)象。

從0～20 cm土層土壤鹽分含量來看，低、中灌水量處理，覆砂與不覆砂之間無明顯差異。但高水量時，覆砂處理比不覆砂處理的減少了0～20 cm土層鹽分含量，減少幅度達到38.4%。

圖9 不同處理表層及0～20 cm土層土壤電導率

3 討 論

土表覆砂是國內(nèi)外干旱半干旱區(qū)廣泛采用保水蓄墑的耕作措施。研究表明，土表覆砂提高了土壤水分的入滲能力。王小燕等[32]發(fā)現(xiàn)，礫石覆蓋小區(qū)土壤水分入滲速率是裸露小區(qū)的1.95～4.94倍；趙文舉等[33]通過灰色關聯(lián)法研究了不同種植年限老砂地與裸地入滲能力，結果表明無論新砂地還是老砂地入滲能力均大于裸地，相同入滲時間內(nèi)壓砂地的入滲量大于裸地[34]。王占軍等[35]也發(fā)現(xiàn)，壓砂地種植年限在1~5a時土壤初始入滲速率顯著高于普通農(nóng)田。谷博軒等[36]則從模擬降雨砂石覆蓋對產(chǎn)流影響的研究中發(fā)現(xiàn)砂石覆蓋減少了累計產(chǎn)流量，即增加了入滲量。而宋日權等[22]則認為覆砂抑制了土壤入滲能力，這可能與他們所用的覆砂材料<0.5 mm粒徑砂粒含量達到73.25%有關，而大多數(shù)砂礫覆蓋砂層級配中大粒徑礫石含量較多。本研究發(fā)現(xiàn)相同微咸水灌水量處理剛?cè)霛B完時的入滲深度差異較小，但到灌水后第15天時，覆砂處理的入滲深度均比不覆砂處理的大，高灌水量處理兩者入滲深度差距在8 cm左右?？梢?，一定比例的砂石覆蓋促進了土壤水分的入滲，增加了入滲深度，從而為鹽分向深層土壤移動提供了動力。

覆砂可以大幅度減少土面蒸發(fā)已被許多學者的研究結果所證明。原翠萍等[6]結果表明，0.5、2.5、4.5 cm 粒徑砂石覆蓋的土壤蒸發(fā)量相比裸土分別減少了83.6%、63.0%、49.1%。本研究中覆砂8cm低、中、高灌水量處理的蒸發(fā)量比不覆砂相應處理分別減少了74%、54%和21%。主要是因為低、中灌水量處理灌水量較少，水分通過砂層進入土壤，砂層中的水分含量較少，減少了土層與砂層的毛管聯(lián)系。而高灌水量處理土壤層水分含量較高，與砂層孔隙中的水分相連接，使得砂層與土壤層之間保持了一定的毛管聯(lián)系增加了蒸發(fā)量，使得覆砂抑制水分蒸發(fā)的作用減弱。說明，灌水量是影響覆砂措施減少土面蒸發(fā)作用大小的重要因素。

從土壤剖面水分分布來看，微咸水灌溉后土壤剖面水分分布可以分為2個區(qū)域，水分含量減少區(qū)和水分含量增加區(qū)，2個區(qū)域中間存在明顯分界點。分界點位置隨灌水量增大而加深，低中高灌水量分界點分別在土表下30、40和50 cm。覆砂處理增大了分界點處土壤水分含量，相比不覆砂的增加2%～5%。這與谷博軒等[35]的研究結果一致。表明，當分界點處土壤水分含量增加之后，土壤水分和溶質(zhì)向下層運移的速度更快。具體體現(xiàn)在：與不覆砂相比，覆砂處理明顯增加了下層土壤水分含量和下層土壤鹽分峰值的大小。由于覆砂抑制了表層土壤水分蒸發(fā)，分界點以上土層水分含量高于不覆砂處理。覆砂處理的這種土壤水分“上減下增效應”使得土壤剖面水分狀況整體優(yōu)于不覆砂處理，同時為土壤鹽分向下運動提供了動力。但是本試驗只進行了15 d，且蒸發(fā)試驗所用熱源功率偏低，因此，沒有觀察到明顯的水分向上運動過程。

“鹽隨水走”，由于覆砂抑制蒸發(fā)，促進水分下滲的作用，使得土壤剖面中鹽分分布特征與不覆砂處理存在較大差異。覆砂明顯抑制了表層0～1 cm土壤鹽分累積，抑制程度在92.4～95.2%。這與宋日權等[22]、張瑞喜等[23]的研究結果一致。微咸水灌溉淋洗上層土壤鹽分，淋洗的鹽分在下層產(chǎn)生鹽分累積，鹽分含量的峰值因覆砂與否而異。在試驗過程中，由于覆砂條件下高灌水量處理的水分不斷向下層運動，而不覆砂條件下水分運動相對較為緩慢，導致某些時刻覆砂條件下土壤鹽分峰值低于不覆砂處理的。但當土壤水分運動相對平緩后，即試驗結束時，覆砂條件下低、中和高灌水量的峰值鹽分含量比不覆砂條件下相應灌水量的高11.02%，22.36%和37.55%；而且土壤鹽分峰值出現(xiàn)的深度比不覆砂條件下的深度更深，例如低和高灌水量處理鹽分峰值出現(xiàn)的深度比不覆砂深10cm。另外，覆砂處理鹽分峰值隨著試驗時間的延長不斷向下運動。說明，在微咸水灌溉條件下，覆砂措施有利于土壤上層鹽分的淋洗，促進了土壤鹽分向下層運移。

4 結 論

1）相同微咸水灌水量下土表覆砂增加了水分入滲深度，最大增加深度達8 cm，在土壤水分再分布過程中土壤剖面存在明顯分界點，而覆砂處理增加了分界點及以下土壤水分含量。

2）與不覆砂相比，土表覆砂大幅度減少了土壤水分累計蒸發(fā)量，減少幅度在21%~74%，減少幅度隨微咸水灌水量增加而降低；抑制了鹽分在土壤表層積聚，抑制程度在92%以上；增加了鹽分峰值處鹽分含量和峰值深度，鹽分含量增加了11.02%~37.55%，峰值深度最大增加了10 cm，促進了土壤鹽分向下層淋洗和遷移的過程。

由于本試驗蒸發(fā)持續(xù)的時間只有15 d且無作物的蒸騰吸水作用，因此，沒有觀察到在持續(xù)蒸發(fā)及作物蒸騰條件下微咸水灌溉覆砂處理土壤鹽分向上層運移的過程。這有待進一步研究。

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Effect of gravel-sand mulching on movements of soil water and salts under different amounts of brackish water

Tan Junli1,2,3, Wang Xina4, Tian Juncang1,2,3, Su Xiaolin1

(1.750021; 2.750021,; 3.,750021,; 4.,,750021,)

Gravel-sand mulching is an effective agricultural measure to restrain soil water evaporation in arid and semiarid area. Watermelon as the main crop was planted on gravel-sand mulched field in Ningxia due to high quality of fruits. However, scarcity of rainfall and deficiency of fresh water resource were the limiting factors for the development and production of watermelon. More and more farmers irrigated watermelon with ground brackish water to increase and maintain fruit yield in recent years. Therefore, understanding the distribution and transportation of water and salt under gravel-sand mulch with brackish water irrigation played an important role to rationally use brackish water. A soil-column experiment was carried out to investigate the effects of gravel-sand mulching on the distribution and movement of soil water and salts with different amounts of brackish water irrigation under the condition of simulated evaporation with an incandescent lamp as heat source. Six treatments were set in this experiment including 3 irrigation water levels with and without gravel-sand mulching. Irrigation water amount was based on planned irrigation depth and difference of air dried soil moisture between field capacity. The planning depths of low, medium and high irrigation amount treatments were 40, 60 and 80 cm respectively and the salinity of brackish water was 2 g/L, similar with local ground water. Results showed that, compared with non-mulched treatment, gravel-sand mulching increased the infiltration depth, the maximum increasing range of depth being up to 8 cm, and reduced the accumulative evaporation of soil water by 74%, 54% and 21% with low, medium and high irrigation amount respectively during the experimental period of 15 days, and the reduction of accumulative evaporation was declined with the increase of irrigation amount. Moreover, there was an evident division point in the soil profile during the process of soil water redistribution, whose soil water contents increased by 2%-5% with gravel-sand mulches as compared with no mulches. Soil water content decreased above the point and increased below it. The decreasing ranges of soil water in the upper soil layer were narrowed with gravel-sand mulching compared to no mulches. For example, it was merely 16.9% with gravel-sand mulches while 34% with no mulches in low irrigation amount. At the same time, the accumulation of soil salt in the top surface soil was evidently restrained by 92.4%-95.2% with gravel-sand mulches while the peak value of soil salt content of soil profile increased by 11.02%-37.55%. The locations of salt content peaks in the soil profiles were moving downward with the prolonging of experimental time in gravel-sand mulching treatment and were deeper than those of without mulching. The salt peak location with gravel-sand mulched treatment was 10 cm deeper than that of without mulching at the end of experiment. It indicates that gravel-sand mulching restrains salt accumulation in the top surface soil and drives soil salt to move to deeper soil layer through reducing the evaporation of the upper soil water and increasing soil water infiltration and soil water content of deep soil layer under the condition of simulated evaporation and brackish water irrigation.

soils; irrigation; infiltration; gravel-sand mulching; movement of soil water and salt; brackish water; soil column experiment

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.17.014

S274.1

A

1002-6819(2018)-17-0100-09

2018-01-16

2018-06-26

國家自然科學基金項目（51309135，31460546），寧夏高等學校一流學科建設（水利工程）資助項目（NXYLXK2017A03）

譚軍利，男，湖南茶陵人，博士，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)水資源高效利用研究。Email：tanjl@nxu.edu.cn

譚軍利，王西娜，田軍倉，蘇小林. 不同微咸水灌水量條件下覆砂措施對土壤水鹽運移的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2018，34(17)：100－108. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.17.014 http://www.tcsae.org

Tan Junli, Wang Xina, Tian Juncang, Su Xiaolin. Effect of gravel-sand mulching on movements of soil water and salts under different amounts of brackish water[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(17): 100－108. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.17.014 http://www.tcsae.org