曾玉霞，孫兆軍,，李興強(qiáng)，何 俊

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏大學(xué)環(huán)境工程研究院，銀川 750021；3.教育部中阿旱區(qū)特色資源與環(huán)境治理國際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，銀川 750021；4.寧夏(中阿)旱區(qū)資源評(píng)價(jià)與環(huán)境調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750021)

0 引 言

土壤鹽堿化與農(nóng)業(yè)發(fā)展有密不可分的聯(lián)系[1]。鹽堿地廣泛分布于世界各個(gè)地區(qū)，面積達(dá)10 億hm2[2]。我國寧夏引黃灌區(qū)降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，自然條件加不合理灌溉等人為因素，該區(qū)存在大面積次生鹽堿地，土壤堿化度和全鹽含量較高，生態(tài)環(huán)境脆弱，土地常因積鹽嚴(yán)重而棄荒[3]。

暗溝排鹽是改良鹽堿地的重要措施之一，其優(yōu)點(diǎn)有不占耕地、無污染、便于機(jī)械化操作[4]等，該技術(shù)不僅能控制地下水位，有效避免漬害和土壤返鹽，而且在暗溝底部填埋稻草、秸稈、礫石、粗砂混合物[5]、爐渣[6]等材料能促使土體重力水加速下滲進(jìn)而排走土壤中水溶性鹽分，從而協(xié)調(diào)土壤水鹽環(huán)境，提高土地生產(chǎn)效率[7]。任玉民等[8]采用田菁草及稻草等作為溝底墊層，發(fā)現(xiàn)溝距愈窄，土壤脫鹽效果愈好；王旭等[9]針對(duì)甘肅靖遠(yuǎn)堿化鹽土，采用礫石暗溝改良技術(shù)，研究不同暗溝間距及脫硫石膏用量對(duì)堿化鹽土理化性質(zhì)和枸杞產(chǎn)量的影響，研究發(fā)現(xiàn)暗溝之間的距離設(shè)為6 m，脫硫石膏22 t/hm2處理下預(yù)期效果最好。近年來，暗溝排鹽改良鹽堿地在我國寧夏、江蘇濱海[10]、甘肅等多個(gè)地區(qū)運(yùn)用，但不同埋深暗溝對(duì)鹽堿地一次灌水后水鹽變化影響的研究鮮有報(bào)道。

本研究選用礫石(厚度30 cm)、秸稈(厚度10 cm)為暗溝回填材料[11]，設(shè)置了暗溝埋深1.5、1.2、0.9、0.6 m及無暗溝(CK)共5個(gè)處理，通過觀測(cè)灌水后不同處理對(duì)土壤中水鹽含量變化和向日葵生長的影響，確定最佳暗溝埋深，為同類地區(qū)改良與利用鹽堿地提供理論性的參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2019年在寧夏回族自治區(qū)青銅峽市樹新林場(chǎng)進(jìn)行(38°1′44″N，105°56′36″E)。該地位于黃河上游，寧夏平原中部，海拔1 140 m，屬中溫帶干旱大陸性氣候，降水量少而蒸發(fā)強(qiáng)，晝夜溫差較大。試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)低平，0～100 cm土層為砂質(zhì)壤土且pH平均值大于9.0，鹽分含量0.4%～0.9%，土壤容重為1.41～1.56 g/cm3，有機(jī)質(zhì)0.5%左右，地下水的埋藏深度約1.5 m，地表有鹽霜或結(jié)皮。2019年試驗(yàn)區(qū)向日葵全生育期內(nèi)降水量為113.3 mm，其中本試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)段內(nèi)降水量為10.9 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

試驗(yàn)共設(shè)置了5個(gè)處理，即暗溝埋深分別為1.5、1.2、0.9、0.6 m，無暗溝(對(duì)照，CK)，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，分為5個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，暗溝間距為300 cm，溝寬均為100 cm，暗溝底部鋪厚30 cm的礫石層，其上再鋪厚10 cm的秸稈層，暗溝比降1%。不同埋深暗溝相鄰處豎直鋪設(shè)高1.5 m的雙層塑料布，使得各試驗(yàn)小區(qū)互不影響。試驗(yàn)區(qū)的南側(cè)布置了與暗溝方向垂直的明溝進(jìn)行排水，明溝深2.0 m。為了充分淋洗鹽分，用黃河水作為水源進(jìn)行大水漫灌，其礦化度為0.5 g/L。供試驗(yàn)作物選用向日葵(HelianthusannuusL)，品種為LD5009。5月中旬進(jìn)行灌水，播前兩天完成深翻和旋耕，播種方式為人工點(diǎn)播，行距、株距確定為80 cm和40 cm，以后分別在現(xiàn)蕾期、開花期及灌漿期灌水。

在向日葵灌水后的第5、15、25 d用土鉆以“隨機(jī)”、“等量3點(diǎn)混合”原則在各小區(qū)采集土樣，灌水日期為7月29日(開花期)，取樣日期分別為8月3日、13日、23日，每個(gè)點(diǎn)均分5層取樣，深度分別為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm，將樣本帶回室內(nèi)，去除其中的雜質(zhì)，混合均勻并風(fēng)干后過1 mm篩，然后逐項(xiàng)測(cè)試分析。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目

土壤水分含量的測(cè)定：為烘干法測(cè)定的質(zhì)量含水率。

土壤鹽分含量的測(cè)定：土樣與去離子水以1:5混合后，充分震蕩并靜置澄清，用梅特勒S230臺(tái)式電導(dǎo)率儀測(cè)定電導(dǎo)率(EC)，利用電導(dǎo)率值計(jì)算出土壤水溶鹽含量[12]。

向日葵生長指標(biāo)及產(chǎn)量的測(cè)定：于2019年8月14日，選取每個(gè)處理小區(qū)長勢(shì)相似的3株向日葵測(cè)定其株高、莖粗、盤徑，所用工具為數(shù)顯游標(biāo)卡尺及卷尺，2019年9月11日收獲花盤，脫粒曬干后計(jì)算產(chǎn)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

試驗(yàn)中所獲得的數(shù)據(jù)采用Excel 2010作圖；用SPSS Statistics 17.0軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同埋深暗溝土壤水鹽含量變化

2.1.1 土壤水分含量變化

圖1和表1反映了灌水后第5、15、25 d不同處理對(duì)0～100 cm土層水分含量的影響。由圖1(a)、(b)、(c)可知，0～60 cm土層土壤水分含量隨灌水后時(shí)間的增加均有不同程度的降低。對(duì)于0～20 cm土層，T1、T2、T3、T4及CK土壤水分含量在灌水后15 d和25 d較第5 d分別降低了27%～70%、36%～78%，其中CK降幅最大，其他處理次之。這可能是由于CK向日葵的地表覆蓋率較其他處理低，而地表蒸發(fā)效率高所致。由圖1(a)、(b)數(shù)據(jù)可知，對(duì)于0～40 cm土層，灌水后15 d較第5 d，T1、T2、T3、T4及CK土壤水分含量分別降低了36.07%、35.30%、20.89%、30.96%、40.62%。灌水后25 d較第5 d，各處理土壤水分含量則分別降低了53.9%、58.11%、31.08%、41.48%、50.26%。對(duì)于60～80 cm土層，T2、T3土壤水分含量在灌后第5、15、25 d呈先減少后增加趨勢(shì)，T1、T4及CK土壤水分則呈持續(xù)增加趨勢(shì)，且T1、T2、T4及CK在灌水后25 d較第5 d土壤水分含量分別增加了12.75%、21.36%、51.77%、5.10%，T3則降低了4.29%。對(duì)于80～100 cm土層，處理兩兩之間沒有顯著差異，T1、T2、T3、T4灌水后25 d較第5 d土壤水分含量分別降低了7.63%、9.78%、9.41%、5.72%，CK增加了39.75%。由表1可知，各處理在灌水后25 d較第5 d 0～100 cm土層土壤水分含量分別降低了28.92%、30.16%、19.18%、8.84%、12.89%，其中T2降幅最大，T4降幅最小。

2.1.2 土壤鹽分含量變化

圖2和表2反映了灌水后第5、15、25 d不同處理對(duì)0～100 cm土層鹽分含量的影響。由圖2可知，隨灌水后時(shí)間的增加，T1、T2、T3、T4土壤鹽分含量均與CK差異顯著。由圖2(a)、(b)可知，對(duì)于0～40 cm土層，各處理土壤鹽分在灌水后均呈先減少后增加的趨勢(shì)。灌后15 d較第5 d，T1、T2、T3、T4及CK土壤鹽分含量分別降低了12.86%、23.58%、21.05%、9.70%、10.24%。灌后25 d較第5 d，T1、T3、T4及CK土壤鹽分含量呈一定程度增加，且CK的增加值最大，T2土壤鹽分含量則降低了7.12%。對(duì)于40～60 cm土層，T1、T2及CK土壤鹽分含量在灌后第5、15、25 d呈持續(xù)增加趨勢(shì)，T3、T4土壤鹽分則先減少后增加，且T3在灌水后25 d較第5 d增加值最小。對(duì)于60～80 cm土層，除CK在灌水后土壤鹽分含量持續(xù)增加外，其余處理均呈先降低后增加趨勢(shì)。對(duì)于80～100 cm土層，各處理土壤鹽分在灌水后均處于增加狀態(tài)，且CK增幅最大。由表2可知，各處理在灌水后25較第5 d 0～100 cm土層土壤鹽分含量分別增加了28.85%、14.65%、23.69%、31.62%、55.52%，其中T2增幅最小，CK增幅最大。

圖1 灌水后不同處理0～100 cm土層土壤水分含量

表1 不同處理0～100 cm土層土壤水分含量變化 %

表2 不同處理0～100 cm土層土壤鹽分含量變化 %

圖2 灌水后不同處理0～100 cm土層土壤鹽分含量

2.2 不同埋深暗溝對(duì)向日葵生長的影響

向日葵的生長指標(biāo)與產(chǎn)量反映了試驗(yàn)區(qū)鹽堿地改良情況，農(nóng)田中不同埋深暗溝對(duì)向日葵的株高、莖粗、盤徑以及收獲后產(chǎn)量的影響如表3所示。由表3分析結(jié)果可知，T1～T4向日葵長勢(shì)和產(chǎn)量均顯著高于CK。其中T2向日葵產(chǎn)量比CK高21.43%。各處理株高大小表現(xiàn)為T3>T2>T1>T4，T3與其他處理差異顯著，T1、T2、T4之間沒有顯著差異。莖粗大小表現(xiàn)為T2>T3>T1>T4，T2與T4差異顯著。盤徑大小表現(xiàn)為T2>T3>T1>T4，T2與T4差異顯著。籽粒產(chǎn)量大小表現(xiàn)為T2>T1>T3>T4，T2與T3、T4之間差異顯著，以上結(jié)果表明暗溝處理能改善鹽堿地作物生長環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，本試驗(yàn)中T2(即1.2m埋深暗溝)向日葵生長得最好。

表3 不同處理對(duì)向日葵生長及產(chǎn)量的影響

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。

3 討 論

青銅峽低洼鹽堿地的顯著特點(diǎn)是地下水位高，透氣透水性差，僅用當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的大水漫灌淋洗鹽分，不但浪費(fèi)水資源，而且洗鹽效果不佳，在該地區(qū)降雨少及強(qiáng)烈的地表蒸發(fā)條件下，水散鹽留，返鹽現(xiàn)象明顯。因而考慮采用何種方式調(diào)控該試驗(yàn)區(qū)鹽堿地水鹽含量，進(jìn)而改善作物生長環(huán)境，提高作物產(chǎn)量是該區(qū)鹽堿土壤改良的重中之重。

土壤水溶性鹽是鹽堿地中限制作物生長的主要障礙因素，而鹽堿地中水分是鹽分遷移的重要載體，其運(yùn)移或入滲方式對(duì)土壤中鹽分變化有著直接影響。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，0～60 cm土層各處理土壤水分含量在灌后第5、15、25 d均呈降低趨勢(shì)，且較CK降低幅度大。這表明鹽堿地中埋設(shè)暗溝，可以增加土壤水分入滲速率，排出土壤滯水。這與王旭等[4]研究的設(shè)置礫石暗溝有利于提高土壤水分滲透性能的結(jié)論一致。本試驗(yàn)60～80 cm土層，T2、T3土壤水分含量在灌后第5、15、25 d呈先減少后增加趨勢(shì)，T1、T4及CK土壤水分則持續(xù)增加，這可能是因?yàn)樯蠈酉聺B的土壤水分會(huì)在下層土壤有所聚積。80～100 cm土層中T1、T2、T3、T4處理土壤水分含量值兩兩間沒有顯著差異，這說明暗溝埋設(shè)深度對(duì)該層土壤水分含量影響不大。

相比對(duì)照組CK，灌水后25 d，0～60 cm土層各處理鹽分含量均有顯著差異，表明暗溝的埋設(shè)可以顯著降低鹽堿土壤中的鹽分含量，這與茍宇波等[3]的研究結(jié)果一致。其中0～40 cm土層各處理土壤鹽分在灌后第5、15、25 d均呈先減少后增加的趨勢(shì)，主要是強(qiáng)烈的地表蒸發(fā)和土壤毛細(xì)管作用，促使水溶性鹽分發(fā)生了表聚現(xiàn)象。80～100 cm土層各處理土壤鹽分含量在灌后第5、15、25 d呈持續(xù)增加趨勢(shì)，主要是由于上層土壤淋洗的鹽分聚積在下層土壤所致。

鹽堿脅迫會(huì)在一定程度上抑制植物的生長發(fā)育[13]。鹽堿地中埋設(shè)暗溝，可以促進(jìn)土壤中的易溶性鹽分加速隨水排出從而使植物免受鹽害。宋莎莎等[14]研究發(fā)現(xiàn)暗溝可以有效排出鹽堿土壤中的鹽分，并提高垂柳的各項(xiàng)生長指標(biāo)。本研究表明暗溝處理下的向日葵生長狀況顯著高于CK，這是因?yàn)榘禍咸幚?～40 cm向日葵根區(qū)土層土壤的鹽分含量均低于CK，使向日葵的生長處于較低的土壤鹽溶質(zhì)濃度環(huán)境中，從而保持較好的生長態(tài)勢(shì)和較高的籽粒產(chǎn)量。T2小區(qū)的向日葵產(chǎn)量高于其他處理，這說明要根據(jù)鹽堿地實(shí)際情況設(shè)計(jì)適宜的暗溝埋設(shè)深度。

對(duì)于排水排鹽效果，暗溝并不是越深越好，這與張佩華[11]的得出的鹽堿地灌溉前后排水排鹽效果表現(xiàn)為：暗溝埋深1.2 m>1.0 m> 0.8 m>無暗溝的研究結(jié)果不一致，主要與暗溝深度、地下水位、礫石厚度、秸稈厚度等有很大的關(guān)系。比如說，理論上暗溝底層埋設(shè)礫石、秸稈不僅能與土壤交界處形成孔隙差異界面來顯著改善土壤滲透性，而且能破壞原土毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，減緩地下水上升至上層土壤，但如果秸稈層過厚且位于地下水位以下，土壤水不但不能下滲，反之會(huì)被秸稈層阻礙而累積，從而失去暗溝排水的效果[15]。因此，在鹽堿地中埋設(shè)暗溝要綜合考慮氣候條件、地下水埋深、土的種類及其滲透系數(shù)、植物根系對(duì)水位的要求、填埋濾料的種類等等。

4 結(jié) 論

(1)在低洼鹽堿地中合理鋪設(shè)暗溝能加快土壤排水速率。本試驗(yàn)中，暗溝對(duì)80～100 cm土層土壤水分變化影響不大，且灌水后25 d較第5 d各處理0～100 cm土層土壤水分含量相對(duì)變化率表現(xiàn)為：T2>T1>T3>CK>T4，依次為-30.16%，-28.92%，-19.18%，-12.89%，-8.84%。

(2)在低洼鹽堿地中合理鋪設(shè)暗溝能加快土壤排鹽速率。灌水后25 d較第5 d各處理0～100 cm土層土壤鹽分含量相對(duì)變化率表現(xiàn)為：T2>T3>T1>T4>CK，依次為14.65%，23.69%，28.85%，31.62%，55.52%。

(3)暗溝能通過加快鹽堿地水溶性鹽排出，從而改善作物生長環(huán)境，提高土地生產(chǎn)率。

由于本研究只是觀測(cè)了灌水后第5、15、25 d暗溝的排水排鹽效果，不能代表暗溝具體排水排鹽規(guī)律，故今后需要細(xì)化灌水前后時(shí)間間隔，連續(xù)幾年測(cè)定不同埋深暗溝改良試驗(yàn)區(qū)低洼鹽堿地的效果。