滨海盐碱农田排水沟土壤水盐分布特征研究

孙池涛，张俊鹏，冯 棣，孙景生

(1.中国农业科学院农田灌溉研究所/农业部作物需水过程与调控重点实验室，河南 新乡 453002； 2.山东农业大学水利土木工程学院，山东 泰安 271018；3.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101)

0 引 言

盐碱地是我国重要的后备耕地资源，其合理开发利用对保障我国粮棉安全和生态环境建设具有重要战略意义[1]。当前，有关盐碱地土壤开发和利用的基础研究主要集中于水盐运移规律及其模拟、土壤水盐分布时空变异、不同改良措施下水盐调控机理等方面[2-4]。这些研究多是以平地或地表微地形较小的农田为研究对象。而有关地表地形起伏较大的沟渠、河道等不同坡位土壤水盐分布特征的研究报道相对较少[5]。排水沟作为盐碱地农田生态系统重要的组成部分，对盐碱地排水、排盐、控制地下水位和防治土壤次生盐渍化有重要作用[6,7]。以往学者针对排水沟尺寸、间距、布设方案等内容进行了深入探讨，并形成了针对不同地区的优化设计方案[7]。潘延鑫等[8,9]研究了蓄水条件下排水沟土壤盐分与水体盐分以及排水沟与农田土壤盐分之间的交换机理。在北方半干旱半湿润地区，排水沟在雨季主要起排水作用；雨季过后，排水沟内水体被排空，排水沟处于闲置状态。排水沟剖面土壤水分和盐分状况(碱化土面、盐壳等)直接影响排水沟边坡稳定和土壤表面冲刷情况，同时排水沟还可能对周围农田盐分分布情况产生重要影响。而有关排水沟土壤剖面内水盐分布特征未见研究报道。为了明确排水沟不同位置处土壤剖面水盐分布状况，于2015年棉花收获后分别对轻度和重度盐碱地排水沟土壤剖面水盐分布进行了取样调查，旨在分析土壤水分和盐分在排水沟土壤剖面的分布规律和特征，为盐碱地改良和利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本试验于2015年11月在河北省海兴国有农场(37°56′ N,117°50′ E)进行，该农场位于渤海湾西部40 km处，海拔6 m。该区域属于暖温带季风性气候，年降雨量为582 mm，约70%的降雨集中在7-8月份。该区域地下水位一般在0.5～2.5 m，且多为咸水，矿化度为25～35 g/L。

1.2 试验布置及取样方法

研究区占地面积约33.33 hm2，种植作物为棉花。研究区内排水沟长度约100 m，间距为50 m，深1 m，排水沟剖面为U型(图1)。排水沟运行5 a。棉花收获后，分别对轻度和重度盐碱地排水沟进行分层(每20 cm)取样(每个盐度水平设置3次重复)，测定土壤含水率(烘干法)和土壤电导率(电导率仪法测定土水质量比为1∶5土壤浸提液)，其中电导率用于表征土壤盐分状况。取样点分别位于排水沟顶部、半坡和底部(图1)。轻度和重度排水沟0～200 cm土层内土壤粒径分布见表1，土壤质地为粉质壤土(美国农业部)。

图1 排水沟尺寸及取样点示意图

1.3 数据统计与作图

文章中所有数据均在Excel-2016中统计处理，土壤含水率和电导率剖面二维分布图由Surfer9.0完成，土壤含水率和电导率垂向分布图由Excel-2016完成。

表1 排水沟土壤粒径分布情况

2 结果与分析

2.1 土壤含水率

轻度和重度盐碱地排水沟剖面内土壤水分分布基本相似，均是土壤含水率自顶部向底部逐渐增加，在半坡170 cm深处土壤含水率达到最大[图2(a)和图2(b)]。0～120 cm土层(三个取样位置含水率值加权平均)土壤含水率明显低于120～200 cm土层，轻度盐碱地排水沟低了12.19%，重度盐碱地排水沟低了9.74%。轻度盐碱地排水沟土壤水分含量总体低于重度盐碱地，平均低了2.38%。这主要是重度盐碱地较高的土壤盐分吸持了土壤水分所致。轻度和重度盐碱地排水沟底部和顶部含水率基本一致，但轻度盐碱地半坡处平均含水率比重度盐碱地低了4.36%。

图2 轻度和重度盐碱地排水沟剖面土壤含水率分布

2.2 土壤盐分

轻度和重度盐碱地排水沟的土壤盐分分布均是0～120 cm土层(三个取样位置电导率值加权平均)内土壤盐分含量相对较高，120 cm以下土层土壤盐分含量相对较低[图3(a)和图3(b)]。轻度盐碱地排水沟0～120 cm土层土壤盐分(三个取样位置电导率值加权平均)含量比120～200 cm高了3.28%，重度盐碱地排水沟高了19.24%。轻度盐碱地排水沟的顶部、半坡和底部土壤盐分含量相近，且分布相对较均匀，在土壤剖面上呈均匀型分布；重度盐碱地排水沟的顶部、半坡和底部的土壤盐分主要积聚在地表以下0～40 cm土层，土壤盐分呈表聚型分布。0～200 cm土壤剖面内，轻度盐碱地平均土壤盐分含量比重度盐碱地低了34.18%。

图3 轻度和重度盐碱地排水沟剖面土壤盐分分布

2.3 土壤水分和盐分的基本统计特征

对轻度和重度盐碱地排水沟不同取样位置土壤水分和盐分数据进行经典统计学分析(表2)可知，重度盐碱地排水沟土壤剖面含水率的最大值、最小值和平均值均高于轻度盐碱地，分别高了9.28%、7.18%和2.29%；重度盐碱地电导率最小值略低于轻度盐碱地，最大值和平均值比轻度盐碱地分别高了191.20%和51.94%。重度盐碱地排水沟剖面土壤电导率空间分布属于强变异性[3]，轻度盐碱地含水率和电导率空间分布均属于弱变异性。重度盐碱地土壤含水率和电导率变异系数均大于轻度盐碱地，这可能主要是由于重度盐碱地土壤盐分含量对土壤水分的吸持作用及其空间分布的不均匀所致[10,11]。

表2 轻度和重度盐碱地排水沟土壤剖面水分和盐分的统计特征值

3 结 论

轻度和重度盐碱地排水沟土壤剖面含水率分布特征相似；

重度盐碱地排水沟土壤剖面内土壤含水率含量及其空间分布变异系数总体略高于轻度盐碱地，属于弱变异性。轻度盐碱地排水沟剖面土壤盐分分布相对均匀，空间变异系数为7.70%，属于弱变异性；重度盐碱地排水沟剖面土壤盐分分布属于表聚型，土壤盐分主要积聚在土壤地表0～40 cm以内，土壤盐分空间分布变异系数为44.63%，属于中等变异性。

本文主要对滨海盐碱地排水沟剖面土壤水分、盐分及土壤溶液浓度分布特征及其变异性做了深入分析，研究结果可为盐碱地土壤生态环境管理提供依据。然而，有关排水沟土壤剖面土壤水分、盐分及土壤溶液浓度的周年运移特征及时空变异特征仍有待于进一步研究。

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