打孔灌沙促进漫灌下盐碱土水分下渗提高脱盐效果

张翼夫，李洪文，胡 红，王宪良，陈婉芝



打孔灌沙促进漫灌下盐碱土水分下渗提高脱盐效果

张翼夫，李洪文※，胡 红，王宪良，陈婉芝

（中国农业大学工学院，北京 100083）

针对现有盐碱土改良措施工程量大，农业生产成本高等问题，提出打孔灌沙的盐碱土防治措施。该文以天津滨海盐碱土为研究对象，通过野外小区灌溉试验，研究在灌溉条件下打孔灌沙对盐碱土水盐运移规律的影响，旨在探索打孔灌沙减少盐碱地表层积盐的可行性。试验设计3种灌溉量（600、900和1 200 m3/hm2），3种打孔深度（5、10和15 cm）和3种打孔密度（30、60和90 孔/m2），并以无打孔灌沙处理为对照组（CK）。结果表明：灌溉量影响盐碱土洗盐效果，在600～1 200 m3/hm2灌溉量处理下，灌溉量越大，表层土壤脱盐效果越好。同时，打孔灌沙能够促进水分下渗，提高脱盐效果，在1 200 m3/hm2灌溉量下，灌后25 d，打孔深度≥10 cm时较CK降低表层0～30 cm土壤水分8.7%～16.1%，提高脱盐总量50.7%～98.8%。打孔密度增加能够促进脱盐效果，但随打孔深度而不同。打孔深度≤10 cm时，30和60 孔/m2打孔密度处理间脱盐总量差异不显著（>0.05）。打孔深度为15 cm时，60和90 孔/m2打孔密度处理间脱盐总量差异不显著（>0.05）。考虑到过深的打孔深度处理会降低打孔灌沙效率、提高配套打孔灌沙机具的研发难度，结合试验区农艺规范，推荐10 cm打孔深度、30 孔/m2打孔密度作为合适的打孔灌沙处理方案，该研究可为滨海区盐碱土的开发利用提供新的思路和方法。

灌溉；脱盐；入渗；盐碱土；打孔灌沙；水盐运移

0 引 言

土壤盐碱化是世界干旱、半干旱农业区突出的生态环境问题[1-3]。据统计，盐碱土广泛分布于世界100多个国家，总面积达1.0×109hm2[4]。盐碱土的开发利用与土壤盐碱化的防治已成为社会经济化、可持续发展的重要研究内容[5-6]。

盐碱土改良的根本目的是改善土壤理化性状，使之有利于作物生长发育，实现高产高效[7]。在现有的盐碱土农艺改良措施中，平整土地可使水分均匀下渗，使盐分不易集中于地表，防止土壤斑状盐碱化[8]；暗管排水能够提高灌溉淋洗效果，对土壤返盐有明显抑制作用[9-11]，但是措施工程量大、费用高，加大了农业生产成本，不利于大规模推广运用。盐分在土壤中的分布情况为地表层多，下层少。翻耕可把表层土壤中盐分翻扣到耕层下边，把下层含盐较少的土壤翻到表面，从而疏松耕作层，切断土壤毛细管，减弱土壤水分蒸发，有效地控制土壤返盐[12]，但是翻耕能耗较大。因此，寻找一种成本低、便于大规模推广利用的改良措施尤为重要。

打孔是养护管理草坪的重要措施之一[13]，Atkinson等[14]研究表明打孔有益于提高土壤的物理性状，刘晓波等[15-16]研究表明打孔能够疏松土壤，促进土壤有机质分解，增加根系对养分的吸收，改善土壤环境。而铺沙压碱作为盐碱土改良的重要措施，能提高土壤通透性，抑制深层土壤盐分上移[17]。张长生等[18]通过大田试验研究表明，掺沙有利于大直径土壤微粒的形成，能够显著改善盐碱地耕层土壤的性状。

针对现有盐碱土改良措施工程量大，农业生产成本高等问题，结合打孔和掺沙，提出打孔灌沙的盐碱土防治措施。为研究打孔灌沙措施对盐碱土表层积盐的实际影响，本文以天津滨海盐碱土为研究对象，进行野外小区灌溉试验，分析在灌溉条件下打孔灌沙对盐碱土水盐运移规律的影响，旨在为滨海盐碱土治理与开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验设置在世纪田园农机服务专业合作社，于2016年5—6月进行。合作社位于天津市滨海新区中塘镇（117°13′E、38°46′N），属于暖温带半湿润大陆性季风气候，全年平均日照时数为2 618 h，平均气温为12.3 ℃，无霜期约211 d，年平均降水量为570～690 mm，降雨集中在6－9月。试验区耕层土质地为粉黏壤，其中＜0.002 mm黏粒质量分数为28.4%，0.002～＜0.05 mm粉粒61%，0.05～＜2 mm砂粒10.6%。试验小区耕层平均土壤容重1.39 g/cm3，田间持水量28.4%，饱和质量含水率36.9%，土壤pH值8.35，盐分质量分数2.44 g/kg，有机质质量分数17.9 g/kg，碱解氮质量分数55.6 mg/kg，速效磷质量分数12.1 mg/kg，速效钾质量分数97.8 mg/kg。

试验区在地质上属华北平原滨海沉积区，质地黏重，是中国典型的盐碱土区之一[19]。据统计，该区域年平均蒸发量约1 980 mm，为年降水量的3倍多，尤其是在4—6月，较高的温度和季风导致该区域返盐、积盐现象严重[19-20]。天津滨海盐碱土，在整个滨海盐碱土区具有典型性和代表性。

1.2 试验设计

试验共布设小区90个，各小区面积4.5 m2（1.8 m´2.5 m），小区四周埋设0.6 m深塑料布以防止水分侧渗，上方筑有15 cm高垄台以便行走和灌溉，各小区之间相隔≥40 cm。

刘晓波等[15]研究表明对土壤环境产生积极影响的打孔深度不超过10 cm，参照现有打孔设备的技术参数[21]，试验设计3种打孔深度：5、10、15 cm，以及3种打孔密度：30、60、90 孔/m2，具体设计分组见表1，其中不做打孔处理为对照组CK。供试沙粒取自试验区外固定沙丘，质地为细砂，配备过程如下：将沙样过1 mm孔径筛后剔除石砾，再依次通过0.25和0.05 mm孔径筛。为了减少物理性黏粒对沙粒渗透性能的影响，剔除筛分后的黏性颗粒（＜0.05 mm），将0.05～＜0.25 mm细砂粒（质量分数为70%）和0.25～＜1 mm粗砂粒（质量分数为30%）混合均匀搅拌。沙粒本身不含盐分。

表1 试验设计方案

试验区干旱缺水，淡水资源匮乏，地下浅层微咸水资源丰富[22-23]，虽然微咸水利用的积极效应已有相关报道[24-25]，但是吴忠东等[26]研究表明微咸水灌溉会造成土壤表层盐分的累积，结合本文的研究目的，选取淡水作为灌溉水，以减少灌溉水盐分对试验结果的影响。参照当地常规灌溉设计，试验设定3种水平的灌溉量：600、900、1 200 m3/hm2。总计30组小区试验，每组试验重复3次。

1.3 试验过程

试验前对小区进行平整，以确保水分均匀下渗，防止土壤斑状盐碱化。平整后按照设计的打孔方案进行打孔处理，打孔时采用自制打孔管，外径16 mm。根据成孔尺寸量取相同体积的细沙，倒入孔内。打孔过程中带出的土块置于小区外侧。打孔灌沙设置完毕后，按照设计的灌水比例和小区面积准备好各小区所需的灌溉水，统一以漫灌的方式将灌溉水导入小区内。漫灌前在出水口附近铺上塑料膜，以减少灌溉过程中水流对地表土壤的冲刷，灌溉结束后撤除塑料膜。

水盐监测在灌水后5、10、15、20和25 d采土样分析。参照曾礼[27]的研究方法，整个试验观测25 d。取样层次为8层，分别为0～5、＞5～10、＞10～15、＞15～20、＞20～30、＞30～40、＞40～50和＞50～60 cm。试验期间无降水。

1.4 测试项目及方法

土壤含水率：采用烘干法进行土壤含水率测定[28]。

土壤含盐量：称取过2 mm孔径筛的风干土样20.0 g，置于150 mL锥形瓶中，加入100 mL去除CO2的蒸馏水（1:5土水质量比），振荡5 min后，过滤得土壤样品提取液[28]。其中去除CO2的蒸馏水通过将蒸馏水煮沸15 min，冷却后即用。用电导法测定各土样提取液的电导率，并根据经验公式式（1）换算土壤盐分[29-30]，并计算土壤盐分总量。

式中为土壤盐分总量，g/m2；y为第层土壤含盐量，g/kg；v为土层的容积密度，g/cm3；z为土层的厚度，cm；为25 ℃时提取液的电导率，mS/cm。

选用雷磁DDS-11A型数显电导率仪（上海雷磁创益仪器仪表有限公司）进行提取液电导率的测定，该仪器可通过温度补偿自动实现25 ℃下提取液电导率的测定，测量范围0.001～20 mS/cm，分辨率为0.001 mS/cm。

土壤贮水量：参照何进等[31]的方法计算。

式中为土壤贮水量，mm；r为土层的土壤含水率，%；为水的密度，g/cm3。

1.5 数据处理

为了减少试验误差，提高试验数据的准确性，试验数据采用3次重复试验的平均值。采用Origin 8.0绘制图形，使用DPS数据处理系统（Data Processing System，7.05版）进行统计分析，多重比较基于最小显著差法（least significant difference，LSD）进行。

2 结果与分析

2.1 灌溉量对无打孔灌处理土壤水盐运移特征的影响

2.1.1 灌溉量对土壤水分的影响

以对照组CK（无打孔灌沙措施）为研究对象，对比不同灌溉量下土壤水分、盐分的运移规律。不同灌溉量处理下，各土层含水率随时间的变化情况见图1。

图1 不同灌溉量处理下各土层含水率

1 200 m3/hm2灌溉量处理下（图1c），在灌后5 d，土壤含水率总体上随着土层深度先增大后减小，并趋于稳定，30～60 cm土层含水率集中在26.3%～27.4%之间。灌后10 d，0～20 cm土层含水率明显减少，30～60 cm土层含水率集中在27.5%～30.3%之间。灌后15 d表层0～20 cm含水率持续减少，30～60 cm土层含水率集中在26.5%～28.3%之间。灌后20 d，各土层含水率均出现减小的变化趋势，30～60 cm土层含水率集中在22.1%～24.2%之间。在灌后25 d，土壤含水率随着深度增加，先增大后上下波动并趋于稳定，30～60 cm土层含水率集中在19.6%～21.0%之间。600和900 m3/hm2灌溉量处理下的水分运移呈现相似的变化趋势（图1a～b）：随着时间推迟，表层0～20 cm土壤含水率逐渐减小；而在灌后25 d，土壤含水率均先增大后趋于稳定。综上所述，无打孔灌沙措施时，灌溉后水分在重力作用下由表层逐渐下渗，表层土壤含水率逐渐减小。由于水分的运移伴随着盐分变化，灌溉后水分的运移过程为盐分的变化情况提供了依据。

2.1.2 灌溉量对土壤盐分的影响

不同灌溉量条件下，各土层盐分随时间的变化情况见图2。灌溉前，0～60 cm土层随着深度增加，土壤盐分先减小后增大，说明表层土壤存在明显的积盐现象，其中0～20 cm土层盐分集中在1.93～2.44 g/kg之间。

1 200 m3/hm2灌溉量处理下（图2c），水分下渗明显，灌后5 d 0～30 cm土层盐分较灌溉前明显减少，而40～60 cm土层盐分有所增加。而随着水分不断下渗，灌后10～15 d， 40～60 cm土层盐分逐渐减少。灌后25 d，0～20 cm土层含盐量质量分数集中在1.75～2.09 g/kg之间，表层土壤出现了返盐。900 m3/hm2灌溉量处理下（图2b），盐分随时间的变化过程与1 200 m3/hm2处理相似：灌后 20 d，表层出现了返盐；而在灌后25 d，0～20 cm土层含盐量质量分数集中在1.88～2.31 g/kg之间，较灌溉前有所减少。在600 m3/hm2灌溉量处理下（图2a），灌后20 d出现了明显的返盐，在灌后25 d，0～20 cm土层含盐量质量分数集中在2.09～2.60 g/kg之间，超过了灌溉前的盐分水平。

图2 不同灌溉量条件下各土层含盐量变化

综上所述，灌溉后5 d内，表层0～30 cm土壤盐分有所降低，40～60 cm土层盐分变高，这是因为在重力作用下上层土壤水分下渗至下层，通过土层剖面单位面积的水量增加，土壤盐分伴随水分不断下渗，使表层土壤盐分不断运移至深层。在灌后20～25 d，0～20 cm表层土壤出现了返盐，说明在此阶段土壤水分开始往表层运移，这个可能是因为随着水分下渗减弱，蒸发作用逐渐明显，使盐分向表层土壤迁移。

2.1.3 灌溉量对脱盐效果的影响

灌溉后25 d与灌溉前各土层盐分的差异如图3所示。脱盐率即灌溉后25 d与灌前含盐量的差值与灌前含盐量的比值，%。1 200 m3/hm2灌溉量处理下，在灌后25 d，0～60 cm土层脱盐率均为正值（2.2%～14.3%），其中表层0～20 cm土壤脱盐率较高（9.3%～14.3%）。随着土层深度增加，脱盐率逐渐降低至2.2%左右，这是因为表层盐分经过淋洗后，随着水分下渗至下层，而30～60 cm土层在淋洗盐分的同时，也积聚了部分来自表层的盐分。900 m3/hm2灌溉量处理下，表层0～20 cm土壤脱盐率为正值，但在30 cm土层深度处脱盐率为-4.4%，说明该土层出现了少量的返盐，40～60 cm土层脱盐率集中在4.0%～12.9%之间。600 m3/hm2灌溉量处理下，0～30 cm土层脱盐率为负值（-6.9%～-11.5%），较灌溉前发生了更加严重的盐分表聚。40～60 cm土层脱盐率在3.5%～7.1%之间，脱盐率高于0～30 cm土层，这可能是因为该土层有部分盐分上返至表层。

图3 灌溉后25 d各土层脱盐效果

综上所述，在灌后25 d，600 m3/hm2灌溉量处理下0～30 cm土层脱盐率为负值（-6.9%～-11.5%），1 200 m3/hm2处理下0～30 cm土层脱盐率为正值（2.2%～14.3%），说明灌溉量影响脱盐效果，灌溉量越大，0～30 cm土层脱盐效果越好。

2.2 打孔灌沙对水盐运移特征的影响

2.2.1 打孔灌沙对土壤水分的影响

试验周期内（25 d），1 200 m3/hm2灌溉量处理下的脱盐效果最好，所以选择1 200 m3/hm2灌溉量对比打孔灌沙措施对水盐运移的影响。与CK相比，打孔灌沙对各土层水分的影响如图4所示。在灌后5 d（图4a），随着土层深度增加，各打孔灌沙处理下的土壤含水率总体上呈现先增大后减小的变化趋势，但土壤含水率的峰值区域存在差异。CK含水率峰值区域在10～15 cm土层，这与打孔深度为5 cm的打孔灌沙处理（T1）接近，而打孔深度为10、15 cm的打孔灌沙处理（T4、T7）下土壤含水率峰值区域分别在20～30 cm和30～40 cm土层，这说明在灌后5 d，随着打孔深度增加，土壤含水率峰值区域逐渐下移。同时，≥10 cm打孔深度处理（T4、T7）较CK降低0～15 cm土层含水率10.1%～15.7%（<0.05）。在30～60 cm土层范围内， CK含水率集中在26.3%～27.4%之间，而T4、T7处理下的含水率在27.5%～29.9%之间，呈现增大的趋势。结果表明，打孔灌沙处理能够降低表层土壤含水率，提高水分入渗，使更多的灌溉水从表层往下层土壤迁移。这可能是因为对照组土壤内存在黏性颗粒，故通透性较差，入渗较慢；打孔后，将不含有黏性颗粒的细沙灌入孔内，使沙粒与沙粒之间，以及沙粒与原土壤之间产生大量连续的大孔隙，灌溉后水分通过孔隙可直接下渗至较深土层。

图4 1 200 m3·hm-2灌溉量条件下各土壤含水率

在灌后25 d（图4b），随着土层深度增加，不同打孔深度处理下的土壤含水率总体上呈现先增大后趋于稳定的变化趋势。表层0～15 cm土壤含水率在不同的打孔深度处理下存在差异：T1处理下的含水率与CK组差异不显著，而≥10 cm打孔深度处理（T4、T7）土壤含水率较CK降低了10.7%～20.6%（<0.05）。另外，20～60 cm土层范围内，土壤含水率范围集中在19.6%～22.8%之间，而各打孔灌沙处理间的差异不显著。

为了进一步对比打孔灌沙措施对盐碱土水分运移过程的影响，计算试验结束时（灌后25 d）表层0～30 cm土壤的贮水量（表2）。总体上随着打孔深度增加，表层0～30 cm土壤贮水量呈现逐渐减小的变化趋势。打孔深度为5 cm时，贮水量与CK组差异不显著；而当打孔深度≥10 cm时，打孔灌沙处理下的贮水量较CK减少了8.7%～16.1%（<0.05）。这说明随着打孔深度不断增加，打孔灌沙对表土水分的影响不断增加。同时，在相同的打孔深度条件下，打孔密度的增加对贮水量的影响不显著。

表2 1 200 m3·hm-2灌溉25 d 后0～30 cm土层贮水量、盐分总量和脱盐总量

注：表格2数据为3次重复试验的平均值，同列数据后标有不同字母表示差异显著（<0.05）。

Note: Data in Table 2 are averages of 3 repeated experiments, values in a column followed by different letters are significantly different (<0.05).

综上所述，1 200 m3/hm2灌溉量条件下，在灌后5 d，打孔灌沙促进水分下渗，在灌后25 d，打孔灌沙措施能够减少表层0～30 cm土壤贮水量，当打孔深度≥10 cm时，打孔灌沙处理较CK减少贮水量8.7%～16.1%（<0.05）。

2.2.2 打孔灌沙对土壤盐分的影响

灌溉量为1 200 m3/hm2时，在灌后25 d，打孔灌沙对土壤盐分的影响如图5a所示，总体上随着土层深度增加，盐分先减少后增多。在0～15 cm土层范围内，随着打孔深度增加，土壤盐分呈现逐渐减少的变化趋势，5 cm打孔深度处理（T1）与CK组土壤盐分差异不显著，而当打孔深度为15 cm时（T7），打孔灌沙处理较CK减少土壤盐分13.2%～19.1%（<0.05）。在20～60 cm土层范围内，随着土层深度增加，土壤盐分逐渐增大，各打孔灌沙处理下的盐分质量分数集中在1.78～2.18 g/kg之间，而处理间的差异不显著。结果表明，打孔灌沙处理影响表层土壤盐分，其中≥10 cm的打孔深度下盐分较少。

不同打孔深度处理下各土层脱盐率如图5b所示，总体上脱盐率大部分为正值，而随着土层深度增加，脱盐率逐渐减小。0～10 cm土层，打孔处理（T1、T4和T7）下的脱盐率均大于CK；15～20 cm土层，5 cm打孔深度处理下的脱盐率较CK有所减小，而≥10 cm的打孔深度处理依旧高于CK；30 cm土层深度处，脱盐率较浅层土壤明显减小，其中T7处理出现少量的返盐，这可能是受到表层盐分向下运移的影响。而在40～60 cm土层范围内，各处理下的脱盐率基本集中在1%～10%之间。可见，打孔灌沙处理对表土脱盐有促进作用，其中打孔深度≥10 cm时的脱盐效果较好。

图5 1 200 m3·hm-2灌后25 d各土层含盐量及脱盐率

为了分析滨海盐碱土区灌溉条件下打孔灌沙对土壤脱盐效果的影响，计算了灌后25 d表层0～30 cm土壤脱盐总量（表2），总体上随着打孔深度不断增加，表层土壤盐分总量逐渐减少。与CK相比，不同打孔灌沙处理下的脱盐总量存在差异：随着打孔深度的增加，表土积盐不断减少，脱盐总量随之增加。打孔深度为5 cm时，30和60孔/m2打孔密度处理（T1、T2）与CK差异不显著，而打孔密度90孔/m2的打孔灌沙措施（T3）较CK提高脱盐总量29.4%（<0.05）；打孔深度为10 cm时，打孔灌沙处理（T4、T5和T6）较CK提高脱盐总量50.7%～62.0%（<0.05）；当打孔深度为15 cm时，T7～T9处理较CK提高了脱盐总量81.7%～98.8%（<0.05），说明打孔深度越高，脱盐效果越好。

打孔密度对脱盐总量影响随打孔深度而不同。打孔深度为5 cm时，30和60 孔/m2打孔密度处理间脱盐总量差异不显著，而90 孔/m2打孔密度处理较30和60 孔/m2处理分别提高脱盐总量22.4%、18.7%（<0.05）。打孔深度为10 cm时，30和60 孔/m2打孔密度处理间脱盐总量差异不显著，而90 孔/m2打孔密度处理较30和 60 孔/m2处理分别提高脱盐总量7.0%、7.5%（<0.05）。打孔深度为15 cm时，60和90 孔/m2打孔密度处理较 30 孔/m2处理分别提高脱盐总量6.8%，9.4%（<0.05），60和90 孔/m2打孔密度处理间差异不显著。

综上所述，增加打孔深度能够提高脱盐效果，打孔深度≥10 cm时打孔灌沙处理较CK提高0～30 cm土层脱盐总量50.7%～98.8%（<0.05）。同时，打孔密度对脱盐效果有积极影响，打孔密度越大，脱盐效果越好。其中在所有的打孔深度处理中，90 孔/m2打孔密度处理与 30 孔/m2处理相比，能显著提高脱盐总量。

3 讨 论

3.1 灌溉量对无打孔灌处理土壤水盐运移过程的影响

灌溉后，随着水分不断下渗，土壤含水率峰值逐渐下移，当水分下渗减弱，蒸发作用在水分运移过程中逐渐明显，土壤盐分随着水分运移而逐渐迁移，本试验灌溉后20～25 d出现了明显的返盐，这与李卫等[32]研究结果一致。但是巨龙等[33]通过大田试验研究发现返盐现象出现在灌水后60 d，比本试验推迟了接近40 d。造成这种差异的原因可能是该大田试验分3次灌溉，使试验周期内前40 d土壤盐分保持在较低水平，且该时间段内（3—4月）土壤温度较低，蒸发不强烈，而本试验期间温度较高（5—6月），且试验区地属暖温带大陆性季风气候，在干燥、高温的气候环境及较高的土壤温度下，蒸发强烈；其次是大田种植作物后，作物根系对盐分的吸收也会延缓土壤返盐的时间。

600～1 200 m3/hm2灌溉量处理下，灌溉量越大，0～30 cm土层脱盐效果越好，当灌溉量过小时，则达不到洗盐的效果，该结果与逄焕成等[7]研究一致。本试验未设计灌溉量较大时的洗盐过程，是因为考虑到已有研究表明灌溉量过大会导致水分利用效率的降低[34]，这与试验区高效用水，节水灌溉的原则相悖，所以灌溉定额围绕当地常规灌溉量设计。

3.2 打孔灌沙对水盐运移过程的影响

打孔灌沙处理能够提高土壤通透性能，提高入渗，抑制水分上返，这主要体现在2个方面：1）是促进灌溉后水分的下渗，加快土表水分往下运移；2）是在蒸发作用明显的条件下，减弱下层水分向土表的迁移。其原因可能是在试验中，将不含有黏性颗粒的细沙灌入竖直孔后，沙粒与沙粒之间，以及沙粒与供试土壤之间存在大量连续的大孔隙，灌溉后水分通过孔隙可直接下渗至较深土层。而在蒸发条件下，土壤水分以液态和气态的形式在土壤剖面中运移，水蒸气在土壤中向着气压梯度减小的方向（即土壤表层）运移[30]，打孔灌沙通过用细沙置换原有土壤，将下层土壤剖面与表层气相贯通，促使水分向成孔处迁移，而水蒸汽在颗粒空隙中移动缓慢[35]，因此土壤水分蒸发减少。同时，土壤含水率也是影响水分蒸发的重要因素：随着土壤含水率的降低，导水率随之减小[36]，从而导致土壤水分向上运移的吸力梯度呈现减小的变化趋势，因而流向地表的土壤水通量逐渐减小，使表层土壤消耗的水分得不到补充，含水率进一步减小；另一方面，随着表土含水率的持续减小，地表处的水汽压也降低，蒸发强度随之减弱。因此打孔灌沙降低表土含水率，使土壤导水率下降，进而减弱了表土蒸发强度。

土壤盐分的运移与水分运动相关，结果表明，≥10 cm打孔深度下的打孔灌沙处理对表层土壤盐分运移影响显著，考虑到生产实践中，过深的打孔深度处理会降低打孔灌沙效率、提高配套打孔灌沙机具的研发难度，所以推荐10 cm为合适的打孔深度方案。另一方面，试验区农业生产以玉米、油葵等为主，其植株间距为30 cm左右[37]，过于密集的打孔灌沙处理会对其产生影响。而30 孔/m2打孔密度条件下，打孔行距30 cm，每行的打孔间距11 cm，这能够与试验区的种植要求相适应，所以推荐30 孔/m2为合适的打孔密度方案。

本研究是探索打孔灌沙措施作为一种新的改良措施来防治土壤盐碱化的可行性，结果表明打孔灌沙可以作为一种有效的改良措施来提高盐碱土洗盐效果，抑制土表返盐，因此打孔灌沙防治土壤盐碱化有其应用前景。但由于本研究的主要目的是探索打孔灌沙措施能否起到促进洗盐、抑制返盐的作用，主要侧重点是灌溉条件下的水盐运移和影响运移规律的适宜打孔深度，对打孔灌沙影响土壤理化性状、影响作物生长等问题暂未涉及，在后续的研究实践中将会逐步考虑。

4 结 论

本文以天津滨海盐碱土为研究对象，通过野外小区灌溉试验，研究灌溉量和打孔灌沙对盐碱土水盐运移规律的影响，结果表明：

1）灌溉量影响盐碱土洗盐效果，灌溉量越大，表层土壤脱盐效果越好。在灌后25 d，600 m3/hm2灌溉量处理下0～30 cm土层脱盐率为负值（-6.9%～-11.5%）， 1 200 m3/hm2处理下0～30 cm土层脱盐率为正值（2.2%～14.3%）。

2）本文提出滨海盐碱土打孔灌沙的改良方法，结果表明打孔灌沙措施对表层土壤水盐运移影响显著：打孔灌沙能够促进水分下渗，提高脱盐效果，在1 200 m3/hm2灌溉量下，灌后25 d，打孔深度≥10 cm时较CK降低表层0～30 cm土壤贮水量8.7%～16.1%（<0.05），提高脱盐总量50.7%～98.8%（<0.05）。

3）在相同的打孔深度条件下，打孔密度对贮水量的影响不显著（>0.05）。打孔密度对脱盐影响随打孔深度而不同。打孔深度≤10 cm时，30和60 孔/m2打孔密度处理间脱盐总量差异不显著，但均显著低于90 孔/m2打孔密度脱盐总量（<0.05）。打孔深度为15 cm时，60和90 孔/m2打孔密度处理间脱盐总量差异不显著（>0.05），但显著高于30 孔/m2处理脱盐总量（<0.05）。

打孔灌施处理对土壤淋洗结果有明显影响，因此本试验的研究结果对滨海盐碱土区的开发利用有参考意义。考虑到过深的打孔深度处理会降低打孔灌沙效率、提高配套打孔灌沙机具的研发难度，结合试验区种植农艺规范，推荐10 cm打孔深度、30 孔/m2打孔密度作为合适的打孔灌沙处理方案。

[1] 杨劲松. 中国盐渍土研究的发展历程与展望[J]. 土壤学报，2008，45(5)：837－845. Yang Jingsong. Development and prospect of the research on salt-affected soil in China[J]. Acta Pedologica Sinica, 2008, 45(5): 837－845. (in Chinese with English abstract)

[2] 牛东玲，王启基. 盐碱地治理研究进展[J]. 土壤通报，2002，33(6)：449－455. Niu Dongling, Wang Qiji. Research progress on saline-alkali field control[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2002, 33(6): 449－455. (in Chinese with English abstract)

[3] 张博. 北方滨海盐土高效改良技术研究[D]. 北京林业大学，2013. Zhang Bo. Study on The Technology in Efficiently Improving the Northern Coastal Saline Soil[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2013. (in Chinese with English abstract)

[4] 王遵亲. 中国盐渍土[M]. 北京：科学出版社，1993.

[5] 李彬，王志春，孙志高，等. 中国盐碱地资源与可持续利用研究[J]. 干旱地区农业研究，2005，23(2)：154－158. Li Bin, Wang Zhichun, Sun Zhigao, et al. Resources and sustainable resources exploitation of salinized land in China[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2005, 23(2): 154－158. (in Chinese with English abstract)

[6] 梁建财，史海滨，李瑞平，等. 覆盖对盐渍土壤冻融特性与秋浇灌水质量的影响[J]. 农业机械学报，2015，46(4)：98－105. Liang Jiancai, Shi Haibin, Li Ruiping, et al. Effect of mulching on salinized soil freezing and thawing characteristics and autumn irrigation quality[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(4): 98－105. (in Chinese with English abstract)

[7] 逄焕成，李玉义. 西北沿黄灌区盐碱地改良与利用[M]. 北京：科学出版社，2014.

[8] 王建红，丁能飞，傅庆林，等. 浙北砂性海涂土壤盐分运动定位观测研究[J]. 浙江农业学报，2001，13(5)：298－301. Wang Jianhong, Ding Nengfei, Fu Qinglin, et al. Orientation observation of salinity content movement in coastal saline soil in north Zhejiang province[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2001, 13(5): 298－301. (in Chinese with English abstract)

[9] 张洁，常婷婷，邵孝侯. 暗管排水对大棚土壤次生盐渍化改良及番茄产量的影响[J]. 农业工程学报，2012，28(3)：81－86. Zhang Jie, Chang Tingting, Shao Xiaohou. Improvement effect of subsurface drainage on secondary salinization of greenhouse soil and tomato yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(3): 81－86. (in Chinese with English abstract)

[10] 张金龙，张清，王振宇，等. 排水暗管间距对滨海盐土淋洗脱盐效果的影响[J]. 农业工程学报，2012，28(9)：85－89. Zhang Jinlong, Zhang Qing, Wang Zhenyu, et al. Effect of subsurface drain spacing on elution desalination for coastal saline soil[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(9): 85－89. (in Chinese with English abstract)

[11] 刘玉国，杨海昌，王开勇，等. 新疆浅层暗管排水降低土壤盐分提高棉花产量[J]. 农业工程学报，2014，30(16)：84－90. Liu Yuguo, Yang Haichang, Wang Kaiyong, et al. Shallow subsurface pipe drainage in Xinjiang lowers soil salinity and improves cotton seed yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(16): 84－90. (in Chinese with English abstract)

[12] Guo G, Araya K, Jia H, et al. Improvement of salt-affected soils, part 1: Interception of capillarity[J]. Biosystems Engineering, 2006, 94(1): 139－150.

[13] 安渊，孙明，胡雪华. 受损沟叶结缕草草坪修复技术研究[J]. 草业学报，2005，14(4)：94－101. An Yuan, Sun Ming, Hu Xuehua. The study of restoring methods for improvinglawn subjected to traffic[J]. Acta Prataculture Sinica, 2005, 14(4): 94－101. (in Chinese with English abstract)

[14] Atkinson J L, Mccarty L B, Bridges W C. Effect of core aerification frequency, area impacted, and topdressing rate on turf quality and soil physical properties[J]. Agronomy Journal, 2012, 104(6): 1710－1715.

[15] 刘晓波，杨春华，徐耀华，等. 打孔对草坪枯草层及坪床土壤微生物活性和有机质含量的影响[J]. 草地学报，2013，21(1)：174－179. Liu Xiaobo, Yang Chunhua, Xu Yaohua, et al. Effect of aeration on turf and the microbial activity and organic matter of soil[J]. Acta Agrestia Sinica, 2013, 21(1): 174－179. (in Chinese with English abstract)

[16] 李志强，韩建国，陈怀，等. 打孔和施肥处理对草地早熟禾草坪质量的影响[J]. 草业科学，2000，17(6)：71－76, 80. Li Zhiqiang, Han Jianguo, Chen Huai, et al. Effects of perforation and fertilization on the turf quality of kentucky bluegrass[J]. Pratacultural Science, 2000, 17(6): 71－76, 80. (in Chinese with English abstract)

[17] 史文娟，沈冰，汪志荣，等. 蒸发条件下浅层地下水埋深夹砂层土壤水盐运移特性研究[J]. 农业工程学报，2005， 21(9)：23－26. Shi Wenjuan, Shen Bing, Wang Zhirong, et al. Water and salt transport in sand-layered soil underevaporation with the shallow under ground water table[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2005, 21(9): 23－26. (in Chinese with English abstract)

[18] 张长生，融晓萍，杨满红，等. 掺沙对盐碱地耕层土壤结构和离子含量的影响[J]. 内蒙古农业科技，2014(6)：1－4. Zhang Changsheng, Rong Xiaoping, Yang Manhong, et al. Influence of adding sand on soil structure and ionic contents of till layer of salinized-alkalinized soil[J]. Inner Mongolia Agricultural Science and Technology, 2014(6): 1－4. (in Chinese with English abstract)

[19] 张璐，孙向阳，尚成海，等. 天津滨海地区盐碱地改良现状及展望[J]. 中国农学通报，2010，26(18)：180－185. Zhang Lu, Sun Xiangyang, Shang Chenghai, et al. Review and prospect of improvement present situation on coastal saline-alkali area in Tianjin[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(18): 180－185. (in Chinese with English abstract)

[20] 张涛. 天津滨海盐渍土改良及植被修复的研究[D]. 北京：中国农业大学，2016. Zhang Tao. The Research on the Amendment and the Vegetation Restoration in Coastal Saline Soil in Tianjin[D]. Beijing: China Agricultural University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[21] 张翼夫，李洪文，胡红，等. 盐碱地后悬挂随动式打孔通气机的设计与试验[J]. 农业工程学报，2016，32(18)： 42－49. Zhang Yifu, Li Hongwen, Hu Hong, et al. Design and experiment on rear suspended passive aerator in saline-alkali land[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(18): 42－49. (in Chinese with English abstract)

[22] 天津市土壤普查办公室. 天津土种志[M]. 天津：天津科学技术出版社，1990：1－15.

[23] 李建华，刘仲齐. 天津滨海地区可持续发展的生态建设策略[J]. 天津农业科学，2008，14(6)：1－5. Li Jianhua, Liu Zhongqi. Ecological construction strategy for sustainable development in Tianjin Binhai area[J]. Tianjin Agricultural Sciences, 2008, 14(6): 1－5. (in Chinese with English abstract)

[24] 万书勤，康跃虎，王丹，等. 微咸水滴灌对黄瓜产量及灌溉水利用效率的影响[J]. 农业工程学报，2007，23(3)： 30－35. Wan Shuqin, Kang Yuehu, Wang Dan, et al. Effects of saline water on cucumber yields and irrigation water use efficiency under drip irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2007, 23(3): 30－35. (in Chinese with English abstract)

[25] 王全九，单鱼洋. 微咸水灌溉与土壤水盐调控研究进展[J]. 农业机械学报，2015，46(12)：117－126. Wang Quanjiu, Shan Yuyang. Review of research development on water and soil regulation with brackish water irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(12): 117－126. (in Chinese with English abstract)

[26] 吴忠东，王全九. 微咸水连续灌溉对冬小麦产量和土壤理化性质的影响[J]. 农业机械学报，2010，41(9)：36－43. Wu Zhongdong, Wang Quanjiu. Effect of saline water continuous irrigation on winter wheat yield and soil physicochemical property[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2010, 41(9): 36－43. (in Chinese with English abstract)

[27] 曾礼. 设施土壤水盐运移特性研究[D]. 雅安：四川农业大学，2009. Zeng Li. Characteristics of Soil Water and Salt Movement of Greenhouse Soil[D]. Yaan: Sichuan Agricultural University, 2009. (in Chinese with English abstract)

[28] 全国农业技术推广服务中心. 土壤分析技术规范：第2版 [M]. 北京：农业出版社，2014.

[29] 中国科学院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海：上海科学技术出版社，1978：196－208.

[30] 杜社妮，于健，耿桂俊，等. 定植孔密封方式对土壤水热盐及番茄苗存活率的影响[J]. 农业工程学报，2012，28(12)：110－116. Du She’ni, Yu Jian, Geng Guijun, et al. Effects of planting hole sealing methods on soil moisture, temperature, salinity and survival rate of tomato seedling[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(12): 110－116. (in Chinese with English abstract)

[31] 何进，王庆杰，李洪文，等. 华北一年两熟区免耕开沟种床对农田作物生长的影响[J]. 农业机械学报，2013，44(8)：50－56. He Jin, Wang Qingjie, Li Hongwen, et al. Effects of no-till opening seedbed on crop growth in annual double cropping areas in northern China[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013, 44(8): 50－56. (in Chinese with English abstract)

[32] 李卫，郑子成，李廷轩，等. 设施灌溉条件下不同次生盐渍化土壤盐分离子迁移特征[J]. 农业机械学报，2011，42(5)：92－99. Li Wei, Zheng Zicheng, Li Tingxuan, et al. Effects of salt ions transport on different levels of secondarysalinization soil under greenhouse irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2011, 42(5): 92－99. (in Chinese with English abstract)

[33] 巨龙，王全九，王琳芳，等. 灌水量对半干旱区土壤水盐分布特征及冬小麦产量的影响[J]. 农业工程学报，2007，23(1)：86－90. Ju Long, Wang Quanjiu, Wang Linfang, et al. Effects of irrigation amounts on yield of winter wheat and distribution characteristics of soil water-salt in semi-arid region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2007, 23(1): 86－90. (in Chinese with English abstract)

[34] 李宝富，熊黑钢，张建兵，等. 干旱区不同灌溉量下后备耕地土壤水盐动态变化规律研究[J]. 地理科学，2013，33(6)：763－768. Li Baofu, Xiong Heigang, Zhang Jianbing, et al. Dynamic of soil water-salt of reserve farmland in arid area under different irrigation conditions[J]. Scientia Geographica Sinica, 2013, 33(6): 763－768. (in Chinese with English abstract)

[35] 杜社妮，白岗栓，于健，等. 沙封覆膜种植孔促进盐碱地油葵生长[J]. 农业工程学报，2014，30(5)：82－90. Du She’ni, Bai Gangshuan, Yu Jian, et al. Planting hole sealed by sand promoting growth of oil sunflower in saline-alkaline fields mulched with plastic film[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(5): 82－90. (in Chinese with English abstract)

[36] 王卫华，王全九，樊军. 原状土与扰动土导气率、导水率与含水率的关系[J]. 农业工程学报，2008，24(8)：25－29. Wang Weihua, Wang Quanjiu, Fan Jun. Relationship between air permeability, water conductivity and water content for undisturbed and disturbed soils[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(8): 25－29. (in Chinese with English abstract)

[37] 毕远杰，王全九，雪静. 覆盖及水质对土壤水盐状况及油葵产量的影响[J]. 农业工程学报，2010，26(增刊1)： 83－89. Bi Yuanjie, Wang Quanjiu, Xue Jing. Effects of ground coverage measure and water quality on soil water salinity distribution and helianthus yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(Supp. 1): 83－89. (in Chinese with English abstract)

Punching and filling sand method increasing water infiltration and desalting rate of saline-alkali soil under flooding irrigation

Zhang Yifu, Li Hongwen※, Hu Hong, Wang Xianliang, Chen Wanzhi

(100083)

The purpose of improving saline-alkali soil is to enhance soil physical and chemical properties, benefit crop growth, and ultimately realize high efficient and productivity. However, the current improving methods are faced with challenges of heavy workload, high cost, etc., which limit the promotion and application of saline-alkali soil at a large scale. In order to overcome above shortages, a modified method named punching and filling sand (PFS) was proposed. This research aimed at studying the influence of PFS method on water and salt transport process by irrigation experiments, and exploring the feasibility of PFS as an efficient measure of desalinization. The PFS method was divided into 2 steps, firstly punching vertical holes in the experiment fields, and secondly filling sand into the holes. From May to June in 2016, a series of irrigation experiments were carried out, and the experimental field was located at Shiji Countryside Cooperative in Zhongtang town, Binhai district, Tianjin (38°46′N, 117°13′E). The experimental site belonged to the coastal saline-alkali soil area, which was typical in northern China. The soil in experimental site was classified as coastal solonchak with a bad structure and permeability. Under 3 kinds of irrigation amount (600, 900 and 1 200 m3/hm2) condition, 3 kinds of punching depth (5, 10, and 15 cm, respectively) and 3 kinds of punching density (30, 60, and 90 holes/m2, respectively) were considered as 2 independent variables in the experimental design (3 replicates). Meanwhile, the irrigation experiments without punching treatment were also tested as the control group (CK). The outer diameter of the punching tube was 16 mm. Soil samples were respectively collected after 5, 10, 15, 20 and 25 days of irrigation, i.e. the duration of each monitoring period was 25 days. The soil water content was determined by oven drying method and the soil salinity was measured by a DDS-11A type conductivity meter. The results showed that the desalinization rate increased with the increasing of irrigation amount. After 25 days, in 600 m3/hm2irrigation amount condition, the desalinization rate of 0-30 cm soil layer was negative (from-11.5% to-6.9%), and in 1200 m3/hm2irrigation amount condition, the desalinization rate of 0-30 cm soil layer was positive (2.2%-14.3%). The PFS method affected water infiltration, after 25 days of 1 200 m3/hm2irrigation, ≥10 cm punching depth treatment decreased water storage of 0-30 cm soil layer by 8.7%-16.1%(<0.05), compared with CK (without punching treatment). In addition, compared with CK, the PFS method with ≥10 cm punching depth treatments increased total desalinization amount by 50.7%-98.8% in top 0-30 cm soil layer after 25 days of irrigation. The punching density had no significantly influence on water storage under the same punching depth(>0.05). However, the total desalination amount was greatly affected by the punching density. At the punching depth of 5 and 10 cm, the punching density of 30 and 60 holes/m2was not significantly (>0.05) different in total desalination amount, and the total desalination amount of both treatments was lower than that at 90 holes/m2(<0.05). However, at the punching depth of 15 cm, the total desalination amount for the punching density of 90 and 60 holes/m2was not significantly different (>0.05) but significantly higher than that at 30 holes/m2(<0.05). The results indicated that the PFS method affected water and salt transport significantly, and the PFS method had been proved to be an effective measure to improve coastal saline land in northern China. Considering current agricultural machinery equipment and local agronomic standard, 10 cm punching depth and 30 holes/m2punching density were recommended as an adaptable PFS project. This study can provide valuable information for the agricultural practice of farmland incoastal saline-alkali soil area.

irrigation; desalination; infiltration; saline-alkali soil; punching and filling sand; water and salt transport

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.010

S156.4+2

A

1002-6819(2017)-06-0076-08

2016-08-02

2016-12-07

教育部创新团队发展计划项目（IRT13039）；公益性行业（农业）科研专项（201503136）

张翼夫，男，江苏扬州人，博士生，主要从事盐碱土改良技术与装备研究。北京中国农业大学工学院，100083。Email：zyfu@cau.edu.cn

李洪文，男，江苏泗阳人，教授，博士生导师，主要从事保护性耕作研究。北京中国农业大学工学院，100083。Email：lhwen@cau.edu.cn