丁澤遠(yuǎn)，陳曉更

(吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130021)

吉林省西部松嫩平原分布有大面積的鹽漬土，是東北地區(qū)典型的季凍土分布區(qū)，吉林西部可以說(shuō)是我國(guó)鹽堿化最嚴(yán)重和對(duì)農(nóng)業(yè)影響最大的地區(qū)之一。季節(jié)變化導(dǎo)致環(huán)境溫度也在變化，由溫度梯度引起的土中水分及鹽分的遷移是影響該地區(qū)土壤鹽漬化的重要原因。從總體上看，鹽分在土壤中積聚的數(shù)量和類型，在很大程度上和氣候相關(guān)，“鹽隨水來(lái)，水去鹽留”，蒸發(fā)越盛，土壤積鹽過(guò)程越強(qiáng)，這是一般的規(guī)律。地下水埋深越淺，在土壤毛管水上升高度越高的過(guò)程中就將地下水中的鹽分帶到土壤表面和土體中。這不僅給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重的危害，更重要的是，由于鹽漬土不良的工程性質(zhì)，給穿越其中的公路帶來(lái)了嚴(yán)重的路基病害，例如該地區(qū)公路常出現(xiàn)的翻漿、不均勻沉陷等道路病害均與季凍土中水分遷移有直接的聯(lián)系，而該區(qū)土體的性質(zhì)是影響水分遷移的重要因素。前人對(duì)吉林西部地區(qū)碳酸鹽漬土研究較多的是從農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，但對(duì)該區(qū)鹽漬土的物理化學(xué)組成以及鹽分隨季節(jié)變化的遷移規(guī)律的研究還較少。在吉林西部鹽漬區(qū)，在蒸發(fā)和降水的雙重作用下，土壤鹽分運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，即春季蒸發(fā)積鹽，雨季淋溶脫鹽，秋季蒸發(fā)積鹽，冬季相對(duì)穩(wěn)定。因此為深入了解吉林西部季凍區(qū)鹽漬土的性質(zhì)，有必要研究鹽漬土的粒度組成，并通過(guò)試驗(yàn)得到吉林西部鹽漬土鹽分隨季節(jié)變化的規(guī)律，從而為解決該地區(qū)鹽漬土路基病害提供一定的理論依據(jù)。

1 土樣的物理化學(xué)性質(zhì)研究

2013年在吉林西部地區(qū)農(nóng)安縣進(jìn)行了4次現(xiàn)場(chǎng)考察和野外取樣。鹽漬化比較嚴(yán)重的地區(qū)，干燥的地表往往含有大量的易溶鹽結(jié)晶而呈灰白色，在地表以下潮濕時(shí)鹽漬土一般為黑褐色或灰色。鹽漬土含水量低時(shí)手感堅(jiān)硬，含水率高時(shí)手感松軟滑膩，本區(qū)屬于松嫩平原的半濕潤(rùn)-半干旱斑狀蘇打草甸堿化鹽漬土分布區(qū)，縱向上鹽漬土具有明顯的分層特點(diǎn):地表以下0～40cm，一般為黑褐色富含腐殖質(zhì)的含鹽量較高的堿土層;地表以下40～100cm，一般為呈銀灰色的不含腐殖質(zhì)的堿土層。本次取土范圍為地表下0～40cm，取樣點(diǎn)位置經(jīng)緯度坐標(biāo)為N44°22.717′；E124°58.070′。

1.1 土樣的物理性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)采用了第一次取得的土樣進(jìn)行顆分實(shí)驗(yàn)用以分析其顆粒大小分布并定名。試驗(yàn)中1、2、3、4號(hào)土樣分別代表深度為0cm、15cm、25cm、35cm的土樣，其物理性質(zhì)見(jiàn)表1。各土樣含量最高的粒徑區(qū)間是0.075～0.005mm，黏粒組<0.005mm含量次之，按照地礦部DT92分類定名：4號(hào)為粉質(zhì)輕亞黏土，其余3個(gè)土樣均為粉質(zhì)中亞黏土。在加入分散劑之后，粉粒組含量有不同程度的減少，黏粒組含量相應(yīng)的增加，這說(shuō)明土樣有輕微的“假粉性”。

表1 不同深度土樣的粒度組成及定名

注：否—不加分散劑，是—加分散劑

按照SL237- 1999《土工試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)范試驗(yàn)得到4次取樣的含水率變化規(guī)律如圖1中曲線所示。5月初所取土樣中地表含水率最小，此時(shí)處于吉林西部的春季，地面降水補(bǔ)給較少，但通過(guò)冬季融雪下滲導(dǎo)致地面以下15～35cm范圍內(nèi)土樣的含水率比其它3組大，其中深度25cm左右的土樣含水率最大，高達(dá)32%左右。地表土在6月末取得土樣含水率最大，其次是10月初取土樣和11月中旬所取土樣，而6月末取得土樣地表以下土樣含水率都較10月初和11月中旬大，這說(shuō)明隨著地面降水的徑流補(bǔ)給，表層土體含水率大大提高，地表以下土體的含水率都小于地表土。

圖1 4次取土含水率隨深度的變化曲線

本次實(shí)驗(yàn)采取液塑限聯(lián)合測(cè)定儀對(duì)每次取得樣品進(jìn)行測(cè)定，得到不同季節(jié)0～40cm范圍內(nèi)土樣的液塑限，由表2可知，土樣多為堅(jiān)硬狀態(tài)，部分呈硬塑狀態(tài)。按照塑性圖分類得到該點(diǎn)土樣屬于低液限黏土。

表2 4次取土液塑限及稠度狀態(tài)

1.2 土樣的化學(xué)性質(zhì)

本次研究依據(jù)GBT50123- 1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)土樣的部分化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試。酸堿度測(cè)試采用電極法。

對(duì)4次所取土壤滲出液進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果列于表3中。由表3可知，土樣的pH值在9.0～10.5之間，土壤滲出液均呈現(xiàn)弱堿性。春季和夏季表層土體pH值低于地面以下土體pH值，秋冬季節(jié)表層土體pH值較高。由于地域及成土條件的不同，我國(guó)土樣的pH值從3.5～10均較常見(jiàn)。由于吉林省地區(qū)夏季降雨量多小于蒸發(fā)量，冬季受到凍融作用的影響，使其土壤多呈堿性。

表3 4次取土pH值

對(duì)于鹽漬土很重要的一個(gè)性質(zhì)是易溶鹽含量，此次研究測(cè)得4次取樣的易溶鹽總量和分量見(jiàn)表4，研究區(qū)深度為0～15cm的土中易溶鹽總量都在0.31%～0.70%范圍內(nèi)，可以確定該點(diǎn)的土體為鹽漬土，而深度范圍小于15cm的土樣易溶鹽總量在0.1%～0.28%之間，在地表0～40cm范圍內(nèi)，易溶鹽含量隨著深度的增大而減小，如圖2所示。

表4 4次取土易溶鹽含量

圖2 不同時(shí)間易溶鹽總量隨時(shí)間變化曲線

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在蒸發(fā)和降水的雙重作用下，吉林西部農(nóng)安縣研究區(qū)鹽漬土鹽分和水分存在明顯的季節(jié)變化。春季降水補(bǔ)給較少，地面含水量并不大，由于冬季的融雪下滲導(dǎo)致地面以下含水量較大，在深度為25cm的時(shí)候達(dá)到最大含水率，高達(dá)31%左右，此時(shí)春季降雨和蒸發(fā)綜合作用導(dǎo)致表層土體含鹽量大約為0.5%，而下部各層土體含鹽量小于表層土體；夏季6月末所取土樣，表層土體含水量最大，下部土體含水量遠(yuǎn)小于表層土體含水量，降水作用大于蒸發(fā)作用，此階段的淋溶作用較強(qiáng)烈，導(dǎo)致該階段表層土體中易溶鹽含量較其他階段低，尤其是深度為25cm和35cm的土樣，易溶鹽含量?jī)H為0.1%左右，這說(shuō)明大量的降雨帶走了地表及地表以下土體所含的鹽分，使得土體中的易溶鹽含量降低；但降水充沛導(dǎo)致地下水潛水面升高，又會(huì)有鹽分隨著毛細(xì)作用被帶到上層土體，所以土中的易溶鹽含量有一個(gè)逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，可以看出10月初土樣中的鹽分總體高于6月末土樣中的鹽含量；在11月中旬時(shí)進(jìn)行第4次取土樣，此時(shí)吉林西部地區(qū)基本已進(jìn)入了初冬，此時(shí)降雨已經(jīng)大大減少，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量，鹽分逐漸在土體內(nèi)部累積，此階段測(cè)得表層以下土體的易溶鹽含量也是4次取土中最高的。

總體來(lái)說(shuō)，春季蒸發(fā)大于降雨作用，表層土體含水率小，含鹽量較大，夏季降雨作用大于蒸發(fā)作用，土體內(nèi)部含水率增加，但由于淋溶作用，土中含鹽量有所降低，而進(jìn)入秋冬以后，農(nóng)安地區(qū)地面以下鹽漬土的含水率趨于穩(wěn)定，在15%～22%之間，這個(gè)階段土體內(nèi)部有一個(gè)累積鹽分的過(guò)程，尤其是表層土體積鹽現(xiàn)象明顯。

圖2中20cm深度總鹽量數(shù)據(jù)反常，一般來(lái)說(shuō)植物根系在15～25cm深度區(qū)間內(nèi)，受植物根系影響，在6月份降雨增加，由于淋溶作用土中的鹽分隨水分向下遷移，但若有大量植物根系分布在此深度，就會(huì)使得鹽分在地面以下20cm處聚集，導(dǎo)致鹽分在6月份在20cm處較高。但因?yàn)槿狱c(diǎn)為旱地，實(shí)際植被發(fā)育量一般，所以試驗(yàn)結(jié)果在深度為20cm處鹽分有聚集現(xiàn)象，但并不十分明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)安地區(qū)鹽漬土的水鹽運(yùn)移主要是受到蒸發(fā)和降雨作用以及溫度梯度的影響，表層土體含鹽量較大，隨著深度增大，含鹽量逐漸減小春秋季節(jié)，由于強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用使得土壤中水鹽由深層向地表淺層運(yùn)移。夏季降雨，使得鹽分隨水由地勢(shì)高處向地勢(shì)低洼處遷移。冬季土體內(nèi)水鹽成分受溫度梯度影響鹽分隨水分向凍結(jié)鋒面遷移。植物根系的保水吸水作用20cm深度范圍內(nèi)鹽分在夏季脫鹽期反常增高。

對(duì)吉林西部地區(qū)鹽漬土的理化特性及水鹽運(yùn)移規(guī)律尚需進(jìn)一步研究，今后考慮設(shè)置多個(gè)典型鹽漬土取樣點(diǎn)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和野外調(diào)查全面反映該區(qū)鹽漬土的空間分布以及時(shí)間變異特性。