李王成,趙 研,王 帥，田軍倉，王 霞,王雙濤,李 晨,王 興,董亞萍

（1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川750021；2.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心,銀川750021；3.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）

0 引言

中國西北大部分地區(qū)處于干旱、半干旱地帶，降水稀少，蒸發(fā)量為降水量的4～10倍。為了減少土壤水分的蒸發(fā)，當(dāng)?shù)厝罕姲l(fā)展了一種以砂石作為覆蓋材料的旱作覆蓋技術(shù)[1]。壓砂礫石是指在海拔1 200～1 800 m，坡度≤25°，土層厚度≥80 cm，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.6% 的灰鈣土或沙壤土上鋪壓的10～15 cm 礫砂混合物[2]。從2000 年以來，寧夏地區(qū)壓砂地的面積逐年增加，截至2016 年，當(dāng)?shù)貕荷懊娣e已有5 萬hm2。壓砂地種植枸杞、紅棗、西瓜等作物，為當(dāng)?shù)厝嗣駝?chuàng)造的經(jīng)濟(jì)收入相當(dāng)可觀，已成為發(fā)展寧夏地區(qū)經(jīng)濟(jì)不可或缺的一部分[3]。壓砂地持續(xù)利用問題引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注，目前國內(nèi)外學(xué)者對壓砂地的研究主要集中在抑制土壤風(fēng)蝕和蒸發(fā)[4]、增溫保溫[5]、蓄水保墑[6]、改善土壤理化性質(zhì)[7]以及土壤微生物[8]等方面。而對于壓砂地覆砂材料在水分、鹽分以及溫度等影響下元素淋溶過程的研究較少。

淋溶作用是指一種由于雨水下滲或人工灌溉，上層礫石中的某些礦物鹽類或有機(jī)物質(zhì)溶解并轉(zhuǎn)移到下層土壤中的作用[9-13]。張晴等通過現(xiàn)場分批采樣檢測粉煤灰復(fù)墾的土壤淋溶液，發(fā)現(xiàn)隨著復(fù)墾土壤距離的增加，元素的濃度呈現(xiàn)規(guī)律性變化：在不同淋濾時間下，砷元素和鋅元素的淋濾濃度排序均為14 h＞2 h＞8 h，鉻元素和銅元素的淋濾濃度排序均為2 h＞8 h＞14 h，硒元素的淋濾濃度排序?yàn)?4 h＞8 h＞2 h，而銻元素的淋濾濃度排序?yàn)? h＞2 h＞14 h[14]。周福來等模擬研究了淮河淮南段河道沉積物中Cr、Zn、Cu的淋溶規(guī)律，表明重金屬元素在河道沉積物中具有向下游遷移的能力，Cr、Cu 溶出量隨著河道沉積物粒徑的減小而減小，Zn 反而增大[15]。馮志剛等選擇黔中地區(qū)的一條白云巖原位風(fēng)化剖面作為研究對象，通過對巖-土界面淋溶過程的研究，發(fā)現(xiàn)在碳酸鹽巖風(fēng)化過程中，元素的地球化學(xué)惰性由強(qiáng)到弱的順序依次為Zr＞Hf＞Nb＞Sc＞Th＞Ta＞Ti＞Y[16]。目前針對巖石以及粉煤灰復(fù)墾土壤的元素淋溶已取得一定的研究成果，但尚缺乏針對寧夏當(dāng)?shù)貕荷暗卦亓苋芤?guī)律的試驗(yàn)研究。

寧夏環(huán)香山地區(qū)覆蓋土壤的礫石在不同補(bǔ)水水平、鹽分以及溫度等因素的影響下發(fā)生淋溶作用，其淋溶元素可能會隨灌溉水的淋溶作用下滲到土壤中去，對當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境以及壓砂地的可持續(xù)利用產(chǎn)生一定的影響。因此本文通過分析當(dāng)?shù)馗采八玫[石風(fēng)化產(chǎn)物的元素組成，研究不同補(bǔ)水量、鹽分以及溫度等因素影響下壓砂礫石元素淋溶規(guī)律，明確各種影響因素對其元素淋溶量的影響大小。研究對壓砂地土壤環(huán)境的影響至關(guān)重要，同時也與壓砂地土壤健康與可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)點(diǎn)概況

寧夏壓砂區(qū)主要分布在中部干旱帶，包括中衛(wèi)香山地區(qū)，中寧丘陵山區(qū)和海原北部黃土丘陵地帶。該地區(qū)是溫帶沙漠地區(qū)，屬典型大陸性氣候，年降水量在220～300 mm之間[17]。試驗(yàn)點(diǎn)位于寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市香山鄉(xiāng)（36°06′N，105°15′E），海拔1 697.8 m，地下水埋深在100 m以下[18]。該地山勢起伏，十年九旱，水資源匱乏，平均溫度7～8.5℃，年均降水量200 mm 左右，5—8月降水量占全年降水量的59%，年均蒸發(fā)量2 300 mm以上，無霜期140～150 d，具有干旱少雨且蒸發(fā)量大的典型氣候特點(diǎn)[19]。當(dāng)?shù)刂脖粸榘牖哪突哪脖唬脖桓采w度低，草地稀薄，水土流失嚴(yán)重，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)作物主要為壓砂瓜和枸杞等。

圖1 試驗(yàn)點(diǎn)位置Fig.1 Test point location

1.2 試驗(yàn)材料與方法

1.2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選取寧夏中衛(wèi)當(dāng)?shù)?種壓砂礫石進(jìn)行研究，灰綠-深灰色板巖，地質(zhì)年代為奧陶系，結(jié)合水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%；磚紅色間夾灰白色-厚層-粗粒長石石英砂巖，地質(zhì)年代為白堊系，結(jié)合水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%[20]。采用美國伊諾斯科技有限公司生產(chǎn)的X-衍射儀以及ZSX Primus ⅡX 熒光光譜儀檢測2種壓砂礫石的礦物組成，綠色板巖的主要礦物組成為石英（44%）、云母以及斜長石；紅色長石石英砂巖的主要礦物組成為石英（＞75%）2種壓砂礫石如圖2所示。

圖2 寧夏中衛(wèi)2種壓砂礫石Fig.2 Two kinds of gravel in Zhongwei,Ningxia

本研究采用的壓砂礫石樣品均采自當(dāng)?shù)刂饕獕荷暗兀瑯悠凡杉^程中選取不同地勢、不同區(qū)域的壓砂礫石，進(jìn)行混樣，確保所收集的壓砂礫石具有代表性，同時參照當(dāng)?shù)貕荷暗靥卣?，將采集的壓砂礫石過10～30 mm篩，確保粒徑均一性后，用塑料桶運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室分析[21]。試驗(yàn)開始前半個月，用蒸餾水將2 種礫石樣品沖洗3 遍，并放在濾紙上自然風(fēng)干備用。待礫石樣品晾干后，將其隨機(jī)裝入洗凈并晾干的有機(jī)玻璃筒中，參照當(dāng)?shù)乩相l(xiāng)習(xí)慣確定壓砂厚度為12 cm，各桶以（1 000±3）g 控制礫石裝入量。

1.2.2試驗(yàn)裝置

淋溶試驗(yàn)設(shè)置在1 個5 m×1.2 m×2.5 m 的半封閉式自動化模擬操作間，室內(nèi)主要的增溫設(shè)備是光暖加熱器以及紅外線石英輻射燈，同時還設(shè)置了風(fēng)暖加熱器以及PTC 陶瓷發(fā)熱元件進(jìn)行輔助增溫，增溫設(shè)備安裝于操作間頂部的中間區(qū)域。降溫設(shè)備為機(jī)械控制制冷式電冰箱，用溫度傳感器插座控制加熱制冷設(shè)備，達(dá)到模擬試驗(yàn)區(qū)溫度的目的，精度為0.5℃[22]。采用溫濕度自動記錄儀監(jiān)測記錄溫濕度變化過程。同時還采用推桿和往復(fù)器連接，結(jié)合定時器設(shè)置固定時間間隔，實(shí)現(xiàn)對模擬操作間的自動化運(yùn)行，模擬自然環(huán)境下的晝夜交替過程。半封閉式自動化模擬操作間布置圖如圖3所示。

圖3 半封閉式自動化模擬操作間布置立面圖Fig.3 Layout of semi-closed automated simulated operating room

1.2.3 試驗(yàn)設(shè)計

研究選取寧夏中衛(wèi)香山地區(qū)興仁堡氣象站最近30 a氣象資料，以年降水量為依據(jù)，通過P-Ⅲ型曲線擬合，并查閱相關(guān)規(guī)定，確定豐水年（20%）、平水年（50%）、枯水年（80%）3 個水平年，并選取2007 年、1988 年、1986 年分別作為豐水年、平水年、枯水年的3個典型年，并以各典型年月降水量控制豐、平、枯這3 組模擬試驗(yàn)過程中的補(bǔ)水量[23]。由于當(dāng)?shù)啬杲邓枯^少，且年內(nèi)分布極為不均，只有通過灌溉補(bǔ)水才能滿足當(dāng)?shù)刂еa(chǎn)業(yè)壓砂瓜產(chǎn)業(yè)的需求，除設(shè)置豐、平、枯3個天然降水水平以外，還參照寧夏中衛(wèi)香山地區(qū)以及附近區(qū)域的壓砂瓜灌溉制度的研究資料并結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓喔攘?xí)慣設(shè)置了充分灌溉、75%充分灌溉和非充分灌溉3個水平，共計6個試驗(yàn)水平[24]，每個水平3個重復(fù)。寧夏當(dāng)?shù)貕荷暗毓喔扔梦⑾趟柠}分，模擬壓砂地不同鹽分條件的灌溉水對礫石元素淋溶的影響，不同鹽分水平設(shè)置2、3、4、5 g/L 的NaCl溶液模擬不同的鹽分環(huán)境，探索鹽分參與對壓砂礫石元素淋溶的影響。

淋溶試驗(yàn)通過圖4 所示的裝置進(jìn)行。根據(jù)試驗(yàn)裝置尺寸面積和補(bǔ)水量，將其換算為相應(yīng)體積，用量筒量取蒸餾水直接倒入有機(jī)玻璃桶中，淋溶過程中，水分從入水口進(jìn)入有機(jī)玻璃桶中，對其中的壓砂礫石產(chǎn)生淋溶作用，其后淋溶液從出水口排除，在出水口處收集壓砂礫石元素淋溶液。取淋溶液存儲于塑料儲樣瓶，冷藏保存以備檢測。

圖4 淋溶試驗(yàn)裝置Fig.4 Leaching test device

1.3 觀測內(nèi)容及方法

1.3.1 淋溶液元素檢測

1）觀測內(nèi)容：試驗(yàn)前測定2 種壓砂礫石的元素含量基底值，以期與后期的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對照。試驗(yàn)開始后，測定淋溶液的電導(dǎo)率，以及對淋溶液進(jìn)行全元素檢測，檢測淋溶元素的種類及含量。

2）測定方法：

檢測采用美國安捷倫科技公司生產(chǎn)的ICP-OES Agilent 7700 全元素掃描儀、美國賽默科技公司生產(chǎn)的EAThermo 2000元素分析儀、IC-Thermo Fisher ICS 5000離子色譜儀（精度0.2×10-6）檢測壓砂礫石元素淋溶液元素種類及含量。

溫度變化采用德國德圖儀器有限公司生產(chǎn)的溫濕度記錄儀進(jìn)行記錄，精度0.1℃。

1.3.2 礫石風(fēng)化指標(biāo)計算

目前常用的風(fēng)化指標(biāo)有帕克風(fēng)化指數(shù)[25]、威格特殘積指數(shù)[26]、化學(xué)蝕變指數(shù)[27]、化學(xué)風(fēng)化指數(shù)[28]、斜長石蝕變指數(shù)[29]和硅鋁比等。這些指標(biāo)被廣泛應(yīng)用于地表風(fēng)化產(chǎn)物風(fēng)化程度的研究中，風(fēng)化指標(biāo)計算公式及其判別依據(jù)見表1。

表1 風(fēng)化指標(biāo)及其計算公式Table 1 Weathering indices and their calculating formulas

化學(xué)風(fēng)化勢指數(shù)WPI 對風(fēng)化程度、時間和深度的變化都顯示出明顯的單調(diào)性和敏感性，可作為評價巖石風(fēng)化程度和確定風(fēng)化深度的依據(jù),選取化學(xué)風(fēng)化指數(shù)WPI來定性的描述2種覆砂材料的風(fēng)化程度。

1.3.3 壓砂礫石元素淋溶影響因素相對貢獻(xiàn)率分析

本試驗(yàn)采用多元回歸法分析各影響因子對元素淋溶量的貢獻(xiàn)率，利用SPSS 軟件建立回歸方程，對各影響因子數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，分析各影響因子對元素淋溶量變化的相對貢獻(xiàn)率大小。具體計算方法如下：

式中Y 為淋溶量的標(biāo)準(zhǔn)值，a1～an分別為各個影響因子標(biāo)準(zhǔn)化后的回歸系數(shù)，X1～Xn分別為各個影響因子標(biāo)準(zhǔn)化后對應(yīng)的數(shù)值，Ki為某影響因子（Xi）對Y的相對貢獻(xiàn)率。

2 結(jié)果與分析

2.1 當(dāng)?shù)?種壓砂礫石及其淋溶釋放元素組成分析

2種壓砂礫石元素組成及含量見表2。由表可知，綠色板巖中含有元素25種，其中金屬元素15種，非金屬元素10種。O、Si元素含量最高，占礫石元素總量的80%，F(xiàn)e、Al、K等金屬元素次之。紅色石英砂巖中含有元素23種，其中金屬元素13種，非金屬元素10種。同樣是O、Si元素含量最高，占礫石元素總量的90%，Ca、C、Cl等非金屬元素次之。

壓砂地的覆砂材料是地表風(fēng)化殼的松散碎屑的風(fēng)化產(chǎn)物，不同覆砂材料其風(fēng)化程度也不盡相同，風(fēng)化指數(shù)可以很好地反映巖石的風(fēng)化程度，可通過計算這些風(fēng)化指數(shù)來定性的描述2 種壓砂礫石的風(fēng)化程度。根據(jù)式（1），綠色板巖的化學(xué)風(fēng)化指數(shù)為WPI=18.00，遠(yuǎn)高于紅色砂巖的化學(xué)風(fēng)化指數(shù)（WPI=2.70），說明綠色板巖的風(fēng)化程度要高于紅色砂巖。2種壓砂礫石的其他風(fēng)化指標(biāo)見表3。綠色板巖威格特殘積指數(shù)為12.85，高于紅色砂巖（0.047）；綠色板巖化學(xué)蝕變指數(shù)為26.37，大于紅色砂巖（3.467）；綠色板巖化學(xué)風(fēng)化指數(shù)為80.477，大于紅色砂巖（3.506）；綠色板巖斜長石蝕變指數(shù)為118.56，大于紅色砂巖（2.408）；綠色板巖硅鋁比為10.977，遠(yuǎn)小于紅色砂巖，即風(fēng)化程度較高。綜上，綠色板巖的風(fēng)化程度高于紅色石英砂巖。

2.2 不同補(bǔ)水量下壓砂礫石元素淋溶規(guī)律分析

2.2.1 元素淋溶量與水分關(guān)系分析

水是自然界最常見也是最廣泛的一種溶劑，壓砂礫石覆蓋在土壤表層，在天然降雨或者人工灌溉的情況下，壓砂礫石的元素會隨著淋溶作用發(fā)生遷移。將2 種壓砂礫石在自然狀態(tài)下與其水分淋溶作用下的元素淋溶量進(jìn)行對比，結(jié)果如表4。補(bǔ)水狀態(tài)下2種礫石的元素淋溶量明顯高于自然狀態(tài)下，表明水分的參與可以促進(jìn)壓砂礫石的元素淋溶。

表2 綠色板巖、紅色砂巖元素組成及含量表Table 2 Element composition and its content of green slate and red sandstone

表3 2種壓砂礫石風(fēng)化指標(biāo)對比Table 3 Comparison of 2 weathering indices of 2 types of gravels

表4 綠色板巖、紅色砂巖補(bǔ)水與自然狀態(tài)下淋溶元素比較Fig.4 Comparison of leaching elements in green slate and red sandstone under water replenishment and natural conditions (mg·L-1)

為了明確壓砂礫石元素淋溶量與補(bǔ)水量的函數(shù)關(guān)系，對不同補(bǔ)水量下2 種壓砂礫石元素淋溶量進(jìn)行擬合分析，結(jié)果如圖5 所示。通過擬合方程發(fā)現(xiàn)，壓砂礫石元素淋溶量與補(bǔ)水量呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系，且擬合度較高（R2＞0.99）。在相同補(bǔ)水量下，紅色砂巖的元素淋溶量要略高于綠色板巖，其原因可能是紅色砂巖的風(fēng)化程度不高，在水分的參與下，加強(qiáng)了礫石的風(fēng)化作用與淋洗作用，而綠色板巖的風(fēng)化程度高，其中的元素可能已經(jīng)隨著之前的風(fēng)化作用發(fā)生遷移或淋失，因此在相同補(bǔ)水量下，紅色砂巖的元素淋溶量要略高于綠色板巖。

圖5 補(bǔ)水量與元素淋溶總量的關(guān)系Fig.5 Relationship between leaching amount of elements andwater replenishment

2.2.2不同補(bǔ)水量下各元素釋放量變化分析

作物在生長發(fā)育過程中需要不斷地從外界吸取養(yǎng)分，根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的推薦,作物需要營養(yǎng)元素共16種，其中大量元素有C、H、O、N、P、S、K、Mg、Ca，微量元素有Fe、Mn、Cu、B、Zn、Mo、Cl，有益元素有：Na、Si、Co[30]。這些元素雖然在植株體內(nèi)的含量有多有少，但各有其獨(dú)特作用，他們對植物的生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用，是植物生長過程中必不可少的元素。各元素的水溶性、活動性具有較大差異，在本試驗(yàn)中,不同元素的淋溶量也具有較大的差異。為了深入了解各個元素淋溶量與補(bǔ)水量的關(guān)系，分析2 種壓砂礫石淋溶元素中的微量元素在不同補(bǔ)水條件下的淋溶規(guī)律，進(jìn)行2 種壓砂礫石微量元素淋溶量試驗(yàn)，其結(jié)果如圖6所示。

由圖6 可以看出，綠色板巖淋溶出4 種微量元素Fe、Mn、Ba、Cl，隨著補(bǔ)水量增加，各元素淋溶量呈增加趨勢。其中Cl元素的淋溶量最大。紅色砂巖淋溶出3種微量元素Mn、Ba、Cl，其中Cl 元素的淋溶量最大。隨著補(bǔ)水量增加，Cl 元素淋溶量呈波動增加趨勢。其中紅色砂巖Mn、Ba元素淋溶量在補(bǔ)水量為397 mL時出現(xiàn)峰值，隨后淋溶量減小，分析原因認(rèn)為隨著補(bǔ)水量進(jìn)一步增大，淋溶液被稀釋，因此呈現(xiàn)減小趨勢。對2 種壓砂礫石淋溶元素中的有益元素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)綠色板巖淋溶出2 種有益元素Na、Si，隨著補(bǔ)水量的增加，各元素淋溶量呈增加趨勢。其中Na 元素的淋溶量大。紅色砂巖淋溶出2 種有益元素Na、Si，同綠色板巖壓砂礫石一樣，隨著補(bǔ)水量增加，各元素淋溶量呈波動性增加趨勢。

圖6 2種壓砂礫石微量元素淋溶量Fig.6 Leaching amounts of trace elements in 2 kinds of compressed gravel

于此同時，綠色板巖淋溶微量元素較紅色砂巖多1種Fe元素，其原因是綠色板巖原有元素中Fe元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（42 136.7 mg/kg）遠(yuǎn)高于紅色砂巖原有元素中Fe 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（3 016.0 mg/kg），使得前者的Fe 元素更易淋溶?？梢姷[石本身的元素含量也會對壓砂礫石元素淋溶量產(chǎn)生影響

2.3 不同鹽分條件下壓砂礫石礦質(zhì)元素淋溶規(guī)律分析

2.3.1 元素淋溶總量與鹽分關(guān)系分析

微咸水是指含鹽量0.2%～0.5%的水或礦化度在2～5 g/L 的水[31]，寧夏當(dāng)?shù)毓喔扔梦⑾趟}分濃度較高，鹽分對元素淋溶的影響不可忽略，但微咸水中元素含量較多，為了避免過多外源元素的引入，選用不同礦化度的（2、3、4、5 g/L）NaCl 溶液來模擬不同的鹽分環(huán)境，探索不同水平的鹽分環(huán)境與壓砂礫石元素淋溶的關(guān)系。圖7為不同礦化度NaCl 溶液處理下的元素淋溶量，由圖可知，隨著礦化度的增加，元素淋溶量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且在礦化度為3 g/L 左右時的NaCl溶液處理下元素淋溶量達(dá)到最大值，然后逐漸減小，即當(dāng)鹽分溶液的礦化度在3 g/L 左右時，鹽分對壓砂礫石元素淋溶的影響最小，后隨著鹽分的增加，其對元素淋溶的抑制作用愈大。曲線擬合結(jié)果表明，壓砂礫石元素淋溶量與鹽分呈3 次多項(xiàng)式關(guān)系，且擬合度較高。

2.3.2 微量元素淋溶量與鹽分關(guān)系分析

選取Fe、Mn 2 種微量元素分析元素淋溶量與鹽分的關(guān)系，結(jié)果如圖8 所示。由圖可知，隨著礦化度的增加，F(xiàn)e 元素和Mn 元素淋溶量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且在3 g/L 左右時達(dá)到最大值，即當(dāng)鹽分溶液的礦化度在3 g/L 左右時，鹽分對壓砂礫石元素淋溶的影響最大，后隨著鹽分的增加，其對元素淋溶的抑制作用愈大。在相同鹽分條件下，綠色板巖的元素淋溶量略高于紅色砂巖，這可能是由于綠色板巖風(fēng)化程度較高，其內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)較多，在鹽分的鹽蝕作用下，鹽蝕作用的接觸面積更大，風(fēng)化加劇，元素淋溶量增大。

圖7 不同礦化度鹽分下元素淋溶量Fig.7 Leaching amount of element under different salinity

圖8 Fe、Mn元素在不同鹽分處理下淋溶量Fig.8 Leaching amount of Fe and Mn elements under different salt treatment

2.4 壓砂礫石元素淋溶影響因素相對貢獻(xiàn)率分析

影響元素淋溶量的因素有補(bǔ)水量、溫度、鹽分等。為了明確各種影響因素在淋溶過程中對元素淋溶量影響的大小，采用多元回歸法分析各影響因子對元素淋溶量變化的影響，運(yùn)用SPSS 軟件進(jìn)行多元回歸分析，得到多元回歸方程擬合優(yōu)度評價指標(biāo)R2=0.976，認(rèn)為此多元回歸模型可以較好的適用于分析寧夏中衛(wèi)地區(qū)各影響因子對元素淋溶量的相對貢獻(xiàn)率。根據(jù)式（2）得出2 種礫石的擬合方程如下：

式中YL表示綠色板巖壓砂礫石元素淋溶量的標(biāo)準(zhǔn)值，YH表示紅色砂巖壓砂礫石元素淋溶量的標(biāo)準(zhǔn)值。用Kw、Kt、Ks分別表示補(bǔ)水量、溫度、鹽分影響因子對淋溶量的貢獻(xiàn)率，各影響因子對元素淋溶量的相對貢獻(xiàn)率如表5 所示，溫度和補(bǔ)水量對綠色板巖元素淋溶的影響最大，相對貢獻(xiàn)率分別為42.5%、48.6%，鹽分次之；溫度和補(bǔ)水量對紅色砂巖元素淋溶的影響最大，相對貢獻(xiàn)率分別為43.0%、41.9%，鹽分次之?？梢娝?、溫度對壓砂礫石元素淋溶的影響極大。因此剔除鹽分因素，選擇補(bǔ)水量與溫度2個因素進(jìn)一步探索對壓砂礫石元素淋溶的影響。

表5 各影響因子對元素淋溶量的相對貢獻(xiàn)率Table 5 Relative contribution rates of influencing factors to leaching amount of elements

運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行多元回歸分析，得到多元回歸方程擬合優(yōu)度評價指標(biāo)R2=0.982，故認(rèn)為此多元回歸模型可以較好地適用于分析補(bǔ)水量、溫度影響因子對元素淋溶量的相對貢獻(xiàn)率。根據(jù)式（2）擬合方程如下：

式中YL表示綠色板巖壓砂礫石元素淋溶量的標(biāo)準(zhǔn)值，YH表示紅色砂巖壓砂礫石元素淋溶量的標(biāo)準(zhǔn)值。

表5 中，在剔除鹽分因素下，補(bǔ)水量對綠色板巖元素淋溶的影響最大，相對貢獻(xiàn)率為99.4%，溫度次之，相對貢獻(xiàn)率為0.6%；同樣地，補(bǔ)水量對紅色砂巖元素淋溶的影響最大，相對貢獻(xiàn)79.2%，溫度次之，相對貢獻(xiàn)率為20.8%?？梢娧a(bǔ)水量對壓砂礫石元素淋溶的影響大于溫度的影響。

通過以上的擬合以及相對貢獻(xiàn)率的計算，可以發(fā)現(xiàn)，影響寧夏中衛(wèi)地區(qū)元素淋溶量影響因子（補(bǔ)水量、溫度、鹽分）中，補(bǔ)水量對其元素淋溶量的影響最大，溫度次之，鹽分最小。即對寧夏中衛(wèi)地區(qū)元素淋溶量的影響大小的因子依次為：補(bǔ)水量＞溫度＞鹽分。

3 結(jié)論與討論

本文針對寧夏中衛(wèi)香山地區(qū)壓砂地元素淋溶問題，以當(dāng)?shù)? 種主要壓砂礫石（綠色板巖、紅色砂巖）為研究對象，在了解當(dāng)?shù)貧庀蟓h(huán)境因素和灌溉習(xí)慣的基礎(chǔ)上，通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)，設(shè)置了不同補(bǔ)水和鹽分水平，觀測不同補(bǔ)水水平以及鹽分水平下，寧夏當(dāng)?shù)? 種壓砂礫石在水分參與下的元素淋溶規(guī)律，主要得到以下結(jié)論：

1）水分的參與對壓砂礫石元素淋溶有促進(jìn)作用。隨著補(bǔ)水量的增加，綠色板巖各元素淋溶量呈波動增加趨勢，紅色砂巖Na、Si、Cl元素淋溶量隨補(bǔ)水量的增加逐漸增大，Mn、Ba 元素淋溶量在補(bǔ)水量為397 mL 時出現(xiàn)峰值，隨后淋溶量減小，分析原因認(rèn)為隨著補(bǔ)水量進(jìn)一步增大，淋溶液被稀釋，因此呈現(xiàn)減小趨勢。通過擬合方程發(fā)現(xiàn)壓砂礫石元素淋溶量與補(bǔ)水量呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系

2）隨著礦化度的增加，元素淋溶量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且在礦化度為3 g/L 左右時的NaCl 溶液處理下元素淋溶量達(dá)到最大值，然后逐漸減小，即當(dāng)鹽分溶液的礦化度在3 g/L左右時，鹽分對壓砂礫石元素淋溶的影響最小，后隨著鹽分的增加，其對元素淋溶的抑制作用越來越大。且通過擬合方程發(fā)現(xiàn)，壓砂礫石元素淋溶量與鹽分呈2次多項(xiàng)式關(guān)系。

3）影響寧夏中衛(wèi)地區(qū)元素淋溶量影響因子（補(bǔ)水量、溫度、鹽分）中，補(bǔ)水量對其元素淋溶量的影響最大，溫度次之，鹽分最小。即對寧夏中衛(wèi)地區(qū)元素淋溶量的影響為：補(bǔ)水量＞溫度＞鹽分。

壓砂礫石淋溶元素會隨著天然降水或者灌溉進(jìn)一步下滲進(jìn)入土壤，可能對壓砂地原有的土壤體系產(chǎn)生影響。在本試驗(yàn)條件下，壓砂礫石元素淋溶量隨著補(bǔ)水量的增加呈波動增加趨勢，這是由于水分能夠深入礫石內(nèi)部的裂隙結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)礫石內(nèi)部的風(fēng)化作用和淋洗作用，使礫石元素淋溶量增大。在補(bǔ)水量相同時，隨著鹽分的增加，壓砂礫石元素淋溶量先增大后減小，在3 g/L左右時元素淋溶量最大。3 g/L 以下的鹽分環(huán)境中，可能會導(dǎo)致壓砂礫石的鹽蝕作用加強(qiáng)，風(fēng)化加劇，從而使元素淋溶量增大。而大于3 g/L的鹽分溶液離子濃度較高，元素的溶解度降低，元素淋溶量波動性減小。

本試驗(yàn)選取的2 種壓砂礫石粒徑均為10～30 mm，考慮粒徑過小的壓砂礫石覆蓋在土壤上，并不能有效阻斷土壤的毛細(xì)管作用，起到抑制蒸發(fā)的作用，而粒徑過大的壓砂礫石不方便于耕作種植，且其比表面積各不相同，可能會對元素淋溶量產(chǎn)生一定影響。

本試驗(yàn)研究了壓砂礫石元素淋溶，并沒有將壓砂地土壤和元素淋溶結(jié)合起來。為了進(jìn)一步了解元素淋溶對壓砂地土壤發(fā)育以及種植作物的影響，在今后的研究過程中，可將壓砂礫石元素淋溶過程和壓砂地土壤環(huán)境以及壓砂地特色作物種植聯(lián)系起來，通過大田實(shí)際試驗(yàn)進(jìn)一步探索壓砂地元素淋溶對土壤環(huán)境和對植株生長發(fā)育的影響。