土壤淺溝排鹽對不同類型土壤持水效果的對比研究

土壤淺溝排鹽對不同類型土壤持水效果的對比研究

由于灌木引起的土壤鹽分積累已引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。為了找到改進(jìn)和防止二次鹽漬的方法，中國科學(xué)家進(jìn)行了各種研究。國內(nèi)學(xué)者如李顯溦等人研究了新疆膜下滴灌下的暗管排鹽技術(shù)1材料和方法1.1灌溉兵團(tuán)試驗(yàn)基地成果田間試驗(yàn)于2017年在新疆維吾爾自治區(qū)石河子市現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)試驗(yàn)室試驗(yàn)基地暨石河子節(jié)水灌溉試驗(yàn)站中進(jìn)行。試驗(yàn)站位于新疆維吾爾自治區(qū)石河子市西郊大學(xué)農(nóng)試場二連，年均蒸發(fā)量1660mm，多年平均降水量為207mm。1.2功能1及觀測點(diǎn)位田間試驗(yàn)共為兩個(gè)測坑（A和B），排鹽淺溝上口寬度分別設(shè)置為40cm，底寬均為25cm，高為30cm。觀測點(diǎn)分別為滴灌帶、排鹽溝溝坡及排鹽溝溝底下方10、20、30、40、60、80、100cm。試驗(yàn)測坑示意圖見圖1，土壤初始含水量及含鹽率見表1，灌水量見表2。1.3顆粒分析試驗(yàn)試驗(yàn)土壤取自新疆石河子節(jié)水灌溉試驗(yàn)站，并帶到河海大學(xué)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室中采用LSI3320型號(hào)的顆粒分析儀進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)。田間土壤的試驗(yàn)結(jié)果按照卡慶斯分類法所得土壤的顆粒分析如表3所示。1.4實(shí)際灌溉區(qū)域邊界條件設(shè)置根據(jù)田間測坑尺寸在HYDRUS-2D在HYDRUS中根據(jù)圖2建立模型，并根據(jù)實(shí)際田間情況設(shè)置各邊界的水分運(yùn)動(dòng)條件。其中BC邊界處中間位置設(shè)立2cm滴灌管入滲區(qū)域，其邊界條件為變流量邊界條件，流量設(shè)置與實(shí)際灌溉一致。上邊界BC處為變流量邊界條件，變量情況結(jié)合氣象站觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定；因?qū)嵉赜^測地下水埋深超過3m，即下邊界AF處設(shè)為自由排水邊界，左右邊界AB、EF處為零通量邊界條件，DE、CD邊界處為大氣邊界條件，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)定2結(jié)果與分析2.1不同含水率土壤的水分蒸發(fā)規(guī)律圖3～圖6顯示的是兩種不同類型土壤含水率在不同生育期的剖面分布圖。土壤類型分別為壤土及粉壤土，其具體物理組成成分見表3。兩組模擬所選擇的土壤初始含水率、降雨、蒸發(fā)、邊界條件及根系吸水模型均相同。圖3顯示的是5月10日土壤剖面含水率，為播種后第21天，氣象站記錄環(huán)境平均溫度為21.6℃，且有少量降雨。從圖3可以看出，土壤中整體含水率較大，主要是由于2016年冬季降雪量較大，導(dǎo)致春季播種時(shí)土壤含水率較高。播種之后，土壤中水分隨著下方自由排水邊界遷移，土壤中水分呈現(xiàn)水平方向上的下降趨勢，同時(shí)由于當(dāng)?shù)馗稍锏臍夂?，土壤表層的水分發(fā)生了較為均勻的蒸發(fā)現(xiàn)象。對比圖3，粉壤土的土壤整體含水率高于壤土的含水率，且其排鹽溝和底部自由排水界面土壤含水率變化量明顯小于壤土。綜合圖3和圖4、圖（a）中壤土的含水率小于圖（b）中粉壤土含水率，這是由于在相同含水率條件下，粉壤土的非飽和導(dǎo)水率小于壤土，體現(xiàn)為粉壤土的持水性能較好。因此，在蒸發(fā)條件相同的情況下，粉壤土中的水分蒸發(fā)速度小于壤土，同理，粉壤土的下滲速度緩于壤土，導(dǎo)致粉壤土中整體含水率高于壤土。圖5為6月4日的土壤含水率圖，需結(jié)合6月3日為第一次灌水日作為條件進(jìn)行分析。灌水后，相比與壤土，粉壤土中水分運(yùn)動(dòng)速率較慢，土壤含水率在水平方向和豎直方向上變化較為緩慢。且粉壤土由于其物理性質(zhì)，其飽和土壤含水率較高，則灌水后最大含水率能達(dá)到0.28cm圖6顯示的8月31日的土壤剖面含水率，為吐絮期最后一次灌水后2日。此時(shí)，土壤中含水率分布受到排鹽淺溝影響較為明顯，整體土壤含水率等值線偏向豎直分布，并且在排鹽溝底出現(xiàn)明顯的集中。2.2不同時(shí)期土壤鹽分分布規(guī)律由于粉壤土的性質(zhì)，導(dǎo)致其中的水分運(yùn)動(dòng)能力比壤土差，也使水中的溶質(zhì)運(yùn)動(dòng)能力相較于壤土更差。圖7～圖10顯示的是不同類型土壤在生育期內(nèi)土壤鹽分電導(dǎo)率的分布情況以及變化情況。生育期內(nèi)，土壤中的鹽分受到蒸發(fā)作用向大氣邊界移動(dòng)；受到灌溉水的影響，滴灌帶下方的鹽分隨著每次灌水不斷向周邊土壤區(qū)域中運(yùn)動(dòng)，使得土壤根系范圍的鹽分受到了淋洗作用；同時(shí)，作物根系在生長過程中不斷吸收水分及鹽分以供作物生長。三種運(yùn)動(dòng)共同作用了生育期內(nèi)土壤鹽分的運(yùn)動(dòng)和變化。圖7及圖8顯示的5月10日及6月2日土壤電導(dǎo)率的分布情況，即灌溉初期未灌水時(shí)土壤中鹽分分布的基本規(guī)律。圖片顯示，土壤中的鹽分水平方向上呈現(xiàn)出較為均勻地分布，在排鹽溝溝底部有少量的積聚現(xiàn)象，但是在排鹽溝溝坡附近，呈現(xiàn)的是較為均勻的水平分布。此階段未灌水，但會(huì)出現(xiàn)部分少量降雨，因此，土壤邊坡的土壤鹽分可能較滴頭下方略小，但排鹽溝底部隨著蒸發(fā)導(dǎo)致的水分上升，其下方鹽分存在一定的積聚現(xiàn)象。對比分析圖7～圖10，顯示的是壤土和粉壤土的在生育期不同時(shí)期土壤剖面電導(dǎo)率的分布情況。土壤中鹽分分布與水分分布基本一致。圖9至圖10分別是灌水后1天、3天后土壤中鹽分的分布情況。通過對比（a）、（b）圖，粉壤土土壤電導(dǎo)率在水平方向上的變化小于壤土，滴頭正下方處集中部位的土壤鹽分淋洗效果不明顯，而壤土滴灌帶下方有明顯的折線，表面此部位電導(dǎo)率下降明顯。對比（a）、（b）兩圖，壤土土壤電導(dǎo)率在排鹽溝附近未能呈現(xiàn)較好的積聚現(xiàn)象，而粉壤土電導(dǎo)率在水平方向上整體呈現(xiàn)下降趨勢，且在排鹽溝邊坡處有明顯的積聚現(xiàn)象。則對于分析可得，由于粉壤土對水分的黏滯性，土壤中鹽分不易通過水分沖刷而進(jìn)行排鹽，但其鹽分主要集中于排鹽溝坡及排鹽溝底部，因此，可以主要選擇排鹽溝溝坡較陡的排鹽溝，并且考慮通過機(jī)械刮土的方式進(jìn)行排鹽。3粉土壤鹽分沉積特點(diǎn)(1）根據(jù)壤土及粉壤土土壤組成及土壤性質(zhì)可以看出，粉壤土黏粒及粉粒含量較高，導(dǎo)致土壤的非飽和導(dǎo)水率較差，相對于壤土，其持水性能更好；根據(jù)土壤導(dǎo)水率及模擬對比結(jié)果可以看出，粉壤土中鹽分積聚相對于壤土較強(qiáng)，導(dǎo)致各土層土壤鹽分在水分變化邊界積聚較明顯，土壤鹽分淋洗效果略差。(2）對比壤土和粉壤土在不同時(shí)期的水分變化情況及鹽分變化情況可以得出：相對于壤土，粉壤土的鹽分更偏向于積聚在土壤邊坡上，且其鹽分積聚效果比壤土更為明