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干旱区滴灌条件下盐碱土壤盐基离子运移特征
摘 要：本文通过室内土柱模拟试验,分析了滴灌条件下盐碱土壤水盐运移过程.结果表明：干旱区强蒸发条件土壤水盐运移主要发生在0 ~ 40 cm土层中,土壤盐分运移表现为频繁而剧烈的波动变化和盐分表聚特性；不同土层K+、Na+、Ca2+、Mg2+均有不同程度升高,土壤中仍存在盐分累积的现象.与滴灌前相比,土壤中Ca2+增加了56.9％、Mg2+增加了56.0％、Na+增加了14.3％、K+增加了6.5％；干旱区强烈土壤蒸发和盐分淋洗作用同时存在,加之滴灌间歇灌溉的特点,土壤盐分分布呈现积盐 - 脱盐的反复过程.
关键词：土柱模拟；盐基离子；水盐运移；滴灌
土壤盐渍化一直是人类在全球土地资源与生态环境领域内急需解决的重要问题之一.特别是在内陆干旱和半干旱地区,土壤盐渍化是制约人类生活的重要障碍性因素[1].研究盐分运动规律是有效防治土壤次生盐渍化的前提和基础[2].土壤中的盐分离子处在一个物理、化学、生物相互联系和连续变化的系统之中[3].了解土壤盐分及离子变化动态,对制定合理的防治土壤盐渍化措施、保证土地质量等具有重要意义[4].因此,本文选取了我国内陆干旱区新疆的典型盐碱土,利用室内土柱模拟试验,研究盐碱土壤盐基离子运移特征,探讨土壤水盐运移的机理和特征,从而为盐碱化区域农业生态安全的管理提供技术支持和理论依据.
1材料与方法
1.1试验材料
供试土样取自新疆生产建设兵团第八师一四七团的弃耕地（东经86°08′43″,北纬44°37′39″）.取0 ~ 20 cm土壤,经自然风干后,再进行磨细、去杂,过2 mm筛并混合均匀后,按照水土比5 ∶ 1制备浸提液.
试验所用滴灌水源为一四七团灌溉用渠水（EC 等于 1.21 mS/cm）,利用水泵直接从灌溉水渠中抽取.试验土柱由直径16 cm、高90 cm（灌水预留10 cm + 装土主体60 cm + 基座20 cm）的硬质PVC管构成.管底由下至上铺设粒径由大变小的石英砂20 cm作为反滤层[5].为了便于取样,土柱一侧从顶部10 cm开始按照0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm分层,每层中部打取样口.
1.2试验方法
将装填好的土柱静置24 h,然后将土柱放入人工气候室中,设置光照强度为2 800 lx,用马氏瓶供水,灌溉周期为11 d,每次灌量约为3 kg.开始灌水后,每隔1 d从取样孔取出土样,土样经自然风干、过1 mm筛后,按水土比5 ∶ 1混合震荡、过滤.采用火焰光度计法测定K+、Na+含量,采用EDTA滴定法测定Ca2+、Mg2+含量.利用Spec Ware水盐传感器进行土壤含水量、电导率的实时自动监测.
2结果与分析
2.1土壤水分的动态变化
从图1可以看出,土柱饱水后,0 ~ 20 cm,20 ~ 40 cm土层水分波动变化较为明显,土壤水分日变化为8％ ～ 10％,相比较而言,40 ~ 60 cm土层土壤含水率比较稳定,处于持续饱和状态.由此可见,土壤水盐运移主要发生在0 ~ 40 cm土层中,尤其是0 ~ 20 cm土层,而40 ~ 60 cm土层土壤含水率变幅不大.这说明强烈蒸发条件下,水分发生强烈的向上运移,使土壤表层容易形成明显的积盐层.
2.2土壤盐分的动态变化
从图2可以看出,土柱各层盐分的变化具有相似的趋势,且各土层土壤的盐分随滴灌时间的增加而增加,盐分总体呈现升高趋势.这是因为灌水后土壤中的可溶性盐分随着水分的进入不断溶解并进行了随水重新分布.整个灌溉周期内,盐分波动变化的结果是20 ~ 40 cm > 40 ~ 60 cm > 0 ~ 20 cm.
2.3土壤盐基离子的变化
2.3.1Na+的变化
由表1可以看出,各土层Na+含量呈波动上升趋势,土壤滴灌淋洗7 ~ 11 d,Na+含量波动幅度最大.与滴灌前相比,0 ~ 20 cm土层土壤Na+含量随时间变化不明显,Na+含量在0.1 g/kg左右波动；20 ~ 40 cm土层Na+含量增加了9％；40 ~ 60 cm土层Na+含量增加了33.8％.
2.3.2K+的变化
由表1可以看出,不同土层K+的迁移状况差异不大且变化趋势一致,与Na2+相比,同是易溶性阳离子的K+在水盐运移过程中波动性不明显.与滴灌前相比,0 ~ 20 cm土层K+含量增加9.1％,20 ~ 40 cm土层K+含量增加了4.3％,40 ~ 60 cm土层K+含量增加了5.9％.
2.3.3Ca2+的变化
由表1可以看出,在0 ~ 11 d内,Ca2+明显进行了重新分布,0 ~ 20 cm土层Ca2+含量高于中下层,土壤滴灌淋洗至11 d后,土壤Ca2+含量变化趋于稳定.这是因为在土壤的稳定流场建立前,土壤Ca2+不断随水溶解并随水入渗下移或者随水分蒸发上移,当水盐运移的毛细管通道建立后,土壤Ca2+成为稳定的络合离子,其含量变化将不再出现明显的波动.与滴灌前相比,0 ~ 20 cm土层Ca2+含量增加了80.8％,20 ~ 40 cm土层Ca2+含量增加了71.4％,40 ~ 60 cm土层Ca2+含量增加了15.8％.
2.3.4Mg2+的变化
由表1可以看出,与Ca2+的变化相同,在0 ~ 11 d内Mg2+进行随水重新分布,0 ~ 20 cm和40 ~ 60 cm土层的波动较大.在土壤滴灌淋洗11 d后不同土层的Mg2+含量有所下降并趋于稳定,在0.025 ~ 0.05 g/kg范围内波动.与滴灌前相比,0 ~ 40 cm土层Mg2+的含量呈现波动上升的趋势,其中0 ~ 20 cm土层Mg2+含量增加了136.1％,20 ~ 40 cm土层Mg2+含量增加了37.5％；而40 ~ 60 cm土层Mg2+的含量基本保持不变,在0.015 g/kg左右波动.
3小结
土壤水盐运移主要发生在0 ~ 40 cm土层中,尤其是0 ~ 20 cm土层,0 ~ 20 cm土层含水率与20 ~ 40 cm土层含水率差异很大,说明强烈蒸发条件下,水分发生强烈的向上运移,盐随水上行,因此,土壤表层容易形成明显的积盐层.
与滴灌前相比,土壤中Ca2+增加了56.9％；Mg2+增加了56％；Na+增加了14.3％；K+增加了6.5％.说明滴灌条件下土壤中的盐分仍然在累积且有表聚现象.盐分升高的原因是由于土壤吸附态盐基离子随滴灌的进行,不断溶解并随水重新分配导致的.
参考文献
[1]张飞,塔西甫拉提·特依拜,丁建丽,等.干旱区绿洲土壤盐渍化程度遥感定量评价[J].生态环境学报, 2009（5）：1822-1829.
[2]杨劲松,姚荣江.黄河三角洲地区土壤水盐空间变异特征研究[J].地理科学,2007,27（3）：348-353.
[3]徐力刚,杨劲松, 徐南军,等.农田土壤中水盐运移理论与模型的研究进展[J].干旱区研究,2004（3）： 254-258.
[4]张慧文,马剑英,张自文,等.地统计学在土壤科学中的应用[J].兰州大学学报（自然科学版）,2009（6）： 14-20,27.
[5]刘广明,杨劲松.地下水作用条件下土壤积盐规律研究[J].土壤学报,2003（1）：65-69.
土壤论文范文结:
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