不同微咸水灌水量条件下覆砂措施对土壤水盐运移的影响

谭军利，王西娜，田军仓，苏小林



不同微咸水灌水量条件下覆砂措施对土壤水盐运移的影响

谭军利1,2,3，王西娜4，田军仓1,2,3，苏小林1

（1. 宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021； 2. 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，银川 750021； 3. 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川 750021； 4. 宁夏大学农学院，银川 750021）

采用室内土柱模拟试验，对比研究了不同微咸水灌水量条件下覆砂与不覆砂对土壤水盐分布和运移的影响，以期为压砂地合理利用微咸水提供理论支持。结果表明，与不覆砂相比，覆砂增加了土壤水分下渗深度，最大增加深度可达8 cm；减少了试验期间土壤水分累计蒸发量，低、中、高3个灌水量分别减少了74%、54%和21%，减少幅度随灌水量增加有降低的趋势。在土壤水分再分布过程中，土壤剖面出现明显分界点，覆砂提高了分界点处土壤水分含量，增加量为2%～5%；保蓄了上层土壤水分含量，尤其是低灌水量时，不覆砂处理0～20 cm土壤水分含量在试验期间减少幅度达到34%，而覆砂处理仅减少了16.9%；增加了下层土壤水分含量。同时，覆砂明显抑制了表层土壤盐分累积，抑制幅度达到92.4%～95.2%；提高了土壤剖面盐分峰值处盐分含量，提高幅度在11.02%～37.55%；盐分峰值的位置随着试验时间延长不断向下运移。表明，微咸水灌溉条件下，覆砂措施通过减少土壤水分蒸发和增加土壤水分入渗而抑制表层土壤盐分累积，促进土壤盐分向下层运动。

土壤；灌溉；入渗；覆砂；水盐运移；微咸水；土柱试验

0 引 言

土表覆砂是干旱地区劳动人民应对干旱采取的一种古老的耕作方式，能大大减少土壤水分蒸发[1-3]，保蓄降水，进而提高土壤水分含量。研究表明，60 d内砂田累积蒸发量仅为裸田的18.3%[1]；覆盖5cm的砂砾可以保蓄80～85%的年降雨量[4]；而5a的新砂田土壤含水率比裸田的高76.2～98.4%[5]。原翠萍等[6]土柱试验结果显示，在连续41 d蒸发过程中，覆盖条件下的累计土壤蒸发量与时间呈近似线性关系，而裸土为对数关系。覆砂对土壤蒸发的抑制效果与砂层的粒径[7]及厚度[8]有关。研究发现，蒸发减小率与砾石粒径呈负相关[9]，随覆砂厚度的增加而增加。Diaz等[10]的结果显示，从覆盖2 cm到覆盖10 cm蒸发量减少量从52%增加到92%。覆砂减少水分蒸发是因为较干的覆盖层增大了其下方的水汽流动阻力[11-12]，该阻力的大小与覆盖层厚度和砂砾粒径有关[13]。

微咸水灌溉引起的土壤盐分累积是广大学者目前所关注的热点问题[14-16]，尤其是干旱及半干旱区。宁夏压砂地分布区主要集中于宁夏中部干旱带，年降雨量不足200 mm，且降雨年际变化大。压砂地种植的主要作物为西瓜，有限且波动的降水无法保证西瓜的高产和稳产。近年来瓜农为了保持较高且稳定的产量，在西瓜种植过程中普遍使用地下微咸水进行补充灌溉，在一定程度上提高了西瓜的产量。然而，地下微咸水灌溉除了给西瓜提供水分之外，也将盐分带入了压砂地。在压砂地分布区微咸水灌溉带入的盐分无法如华北平原有较多的降水可以淋洗微咸水灌溉带入的盐分[17-19]；同时该地区没有黄河水灌溉之便利，不能通过淡水灌溉来淋洗土壤盐分[14,20-21]。那么，带入到土壤中的盐分能否引起压砂地土壤的次生盐渍化进而影响压砂瓜产业的可持续发展？弄清这一问题的前提是了解覆砂条件下水分和盐分在土壤中的运移和分布情况。

土表覆砂可以压盐压碱已有广泛的认识[5,22-23]，但其机理尚不清楚。目前国内外许多学者对覆膜、秸秆覆盖条件下微咸水灌溉土壤水盐运移规律[15,24-29]进行了深入探讨，发现覆膜后改变了土壤蒸发的上边界，减少了土壤蒸发从而使膜内土壤盐分含量降低。但却促进了土壤水盐侧向运动，在膜侧和膜外产生盐分累积[30]，这些盐分在作物非生育期由于没有覆盖和灌溉作用，会随着土壤水分蒸发而重新聚集在土表[31]。秸秆覆盖也有类似的作用，在作物生育期覆盖有效减少了土表水分蒸发而抑制盐分在上层土壤聚集[28-29]，之后通过翻耕或者腐烂进入土壤，其保墒抑制盐分累积的作用也会消失。压砂地土表覆砂是全田面多年连续覆盖，完全不同于秸秆和地膜覆盖。但有关土表覆砂条件下微咸水灌溉对土壤水盐运移的研究鲜见报道。本研究通过室内土柱模拟试验探讨土表覆砂对微咸水灌溉土壤水盐运移及分布的影响，揭示覆砂压盐的机理及规律，为压砂地合理利用微咸水提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤的基本性质

供试土壤为淡灰钙土，采自宁夏压砂西瓜核心产区中卫香山乡红圈子村未覆砂的荒地，去除表层0～20 cm土层，采集20～40 cm土层作为供试土壤。土壤容重为1.3 g/cm3，田间持水量（质量）为22.3%，饱和含水量（质量）为29.4%。土壤晾干后过1 mm筛备用。供试土壤砂粒含量为22%，粉粒含量为49.5%，黏粒含量为28.5%，土壤质地为砂粉土。初始土壤盐分含量EC25为2.7 dS/m。

1.2 试验方法

试验采用透明有机玻璃土柱进行模拟，有机玻璃柱直径19.8 cm，高100 cm，底部为多孔有机玻璃板，装土之前在土柱内放置1张直径与土柱相当的滤纸，防止土粒堵塞多孔板。有机玻璃圆柱四周共有5排间距为10 cm，直径为1 cm的取样孔。按容重1.35 g/cm3分层装土，每层5 cm，填土至90 cm高。试验设计见表1，共设6个处理。土柱装填完成后过夜使土柱达到平衡，之后开始按照计划灌水量灌入人工配制的微咸水。试验所使用的微咸水依据宁夏香山地区机井水的盐分含量及组成人工配制，微咸水的矿化度为2 g/L，配制的盐分组成为NaCl:CaCl2:MgSO4=2:1:2（质量比）。

表1 土柱模拟试验处理及试验设计

覆砂处理在土表填入8 cm不同粒径混合的砂石混合物模拟压砂条件，砂石混合物容重按1.9 g/cm3计，共装砂石混合物4.68 kg，其级配如表2所示。不同粒径砂石在混合前用自来水清洗并晾干备用。

表2 试验砂层砂石级配

土柱模拟试验中微咸水灌水量采用不同计划湿润层深度作为计算依据，并根据（1）式进行计算

式中为土柱半径，取9.9 cm；为灌水深度，低、中、高灌水量处理灌水深度分别为40、60、80 cm；ρ为土壤容重，g/cm3，取1.35 g/cm3；θ为供试土壤田间持水量，质量含水量，%；0为供试土壤风干土含水量，质量含水量，%，取2%。

1.3 试验过程

在距离土柱上方20 cm处用100 W的白炽灯来模拟蒸发，同时在与土柱相同高度放置20 cm蒸发皿，在蒸发皿的上方同样放置灯泡。并在试验期间每天8:00、14:00和18:00用温湿度计测定试验环境的温度和湿度。

试验于4月28日开始，6个土柱同时进行灌水并保持水头在2 cm左右（裸土以土面为基准面，覆砂以砂层表面为基准面），记录入渗完成的时间和完成时的入渗深度。当土柱入渗完成后，4月29日开始蒸发试验至5月13日结束，试验期间，每日开灯持续时间10 h，试验共进行15 d。同时每天利用20 cm蒸发皿测定水面蒸发量和土柱的入渗深度。图1为土柱模拟试验布置图。

图1 土柱试验图

为了测定土柱中土壤的水分蒸发和盐分运移情况，分别在蒸发试验开始的第2、5、9、12、15天对土柱中的土壤进行取样。取样时通过取样孔采集土样并将取到的土样装入密封袋中。取完土样后在实验室测土壤水分含量，之后风干研磨过1 mm筛，用于测定土壤盐分含量。试验结束时，将覆砂处理的砂层取出，在砂层与土壤交界面刮取0～1 cm土壤，同时在未覆砂处理的表层刮取土壤，测定表层土壤盐分含量。

土壤水分：烘干法测定。

土壤盐分含量（EC25）：测定25 ℃时土水比为1:5的土壤浸提液的电导率，作为土壤盐分含量值。

土壤蒸发量依据前后两次测定的土壤水分含量，利用水量平衡方程计算蒸发量。

1.4 数据处理

试验数据采用EXCEL软件处理。

2 结果与分析

2.1 试验期间室内气温和湿度

图2为试验期间日平均气温及湿度。从图中可以看出，试验开始第7天到第10天（5月5日－5月8日），由于降雨导致环境温度突然降低而湿度增加，温度为19～22 ℃，相对湿度为65%～72%。试验期间其他时间气温和相对湿度变化较为平稳，温度保持在21～26 ℃之间，空气相对湿度在28～39%之间。总体而言，试验期间气温较高而空气湿度较低。

图2 试验期间室内气温及湿度

2.2 覆砂措施对累积蒸发量的影响

图3显示了不同处理及20 cm蒸发皿（D20）在试验期间的累计蒸发量。从中可以看出，无论覆砂与否，土壤蒸发量均随微咸水灌水量增加而增加。不覆砂时，低、中、高灌水量处理的15 d累计蒸发量分别为25.77、28.26和38.18 mm，覆砂处理相应灌水量的累计蒸发量分别为6.7、13.13和30.15 mm，比不覆砂的分别减少74%、54%和21%。可见，覆砂减少土壤蒸发量的幅度随着灌水量增加而减小。从图中亦可发现，不同灌水量处理土壤水分蒸发量之间的差异在试验开始时较小，随着试验时间延长差异越来越大，但不覆砂的差异较覆砂的差异明显。两者相同灌水量的累计蒸发量差值随微咸水灌水量增加而减小，低、中、高灌水量的差值分别为19.07、15.13和8.0 mm。试验结束时，D20的累计蒸发量达到30.4 mm，与覆砂高灌水量处理的蒸发量接近，但D20的蒸发量曲线呈持续升高趋势，因此，后期趋于超过覆砂和不覆砂的高灌水量处理。

注：D20指20 cm蒸发皿试验期间累计蒸发量。

2.3 压砂措施对土壤水分入渗的影响

图4是不同处理土壤水分入渗深度动态变化。从图中可以看出，无论覆砂与否，刚灌完水后土壤水分入渗深度随着灌水量增加而加深。但随着蒸发试验时间的延长，覆砂处理与不覆砂处理入渗深度之间的差异不断加大。试验结束时，两者中灌水量处理的差距最小，为2 cm，高灌水量处理差距最大，达到8 cm。原因可能是覆砂处理抑制了上层土壤水分蒸发，保蓄了较多的水分从而使其在土壤中进行再分布；而未覆砂处理由于土面持续蒸发作用使得土壤水分运动以向上蒸发和向下入渗为主，而随重力水的减少，土壤水分向下运动的驱动力会逐渐减弱。可见，地表覆砂可以通过抑制上层土壤水分的蒸发而促进了土壤水分向下运移。

图4 不同处理土壤水分入渗深度

2.4 压砂措施对土壤水分运动的影响

从土壤水分动态变化来看（图5），随着灌水量增加，土壤水分入渗深度随之增加。在水分再分布过程中，土壤剖面存在2个明显的分区和一个稳定的分界点，分界点以上土壤水分含量随着试验时间延长不断减少，称为水分含量降低区，分界点以下土壤水分含量增加，称为水分含量增加区。分界点的位置随着灌水量的增加而加深，低、中、高灌水量处理分界点分别在土表以下30、40和50 cm，且分界点位置在15 d试验期间基本不变。分界点处土壤水分含量因灌水量及覆砂与否存在较大差异，总体而言，随灌水量增加而增大，LNG、MNG及HNG处理的分别为12%、17%和20%左右。在相同灌水量条件下，覆砂处理的分界点土壤水分含量高于不覆砂处理的，低、中、高灌水量时分别提高5%、2%、2%。可见，这一分界点如同“瓶颈”，土壤含水量越高意味着“瓶颈”越宽，向下输送的水分越多。说明，覆砂处理可以促进更多土壤水分向下层运移。

从覆砂与不覆砂处理土壤水分动态变化来看，在整个试验期间，覆砂处理土壤水分降低区的水分含量变化幅度明显小于不覆砂处理的。低灌水量时，覆砂处理灌水后第2天0～20 cm平均土壤水分含量为24.2%，试验结束时为20.1%，变化幅度仅为16.9%；不覆砂处理的则分别为23.5%和15.5%，变化幅度为34%。中、高灌水量时，覆砂处理的水分变化幅度分别为23.6%和22.1%；不覆砂处理的分别为28.6%和21.0%。在水分含量增加区，覆砂处理水分含量有较大幅度增加，低灌水量40 cm、中灌水量50 cm和高灌水量70 cm深度从灌水后第2天到灌水后15天水分含量分别增加5.9%、9.6%和12.4%，并且高灌水量时70 cm深度处土壤水分含量一直处于不断增加趋势，从第5天的2%，到第9天的6.1%，第12天的12.3%和第15天的14.8%；而不覆砂处理低灌水量40 cm、中灌水量50 cm和高灌水量60 cm深度水分含量增加2.9%、7.4%和11.2%，高灌水量处理60 cm处水分含量增加较为缓慢，从第5天的5.0%，到第9天的12.3%，第12天的13.5%和第15天的13.2%。说明，覆砂明显减少了上层土壤水分的蒸发损失，增加了下层土壤水分含量，从而保蓄了更多的土壤水分。

图5 不同处理土壤水分动态分布

从图6可以看出，灌水后第2天，相同灌水量处理0～80 cm土层土壤的水分分布无明显差异，但覆砂处理的土壤水分含量略高于不覆砂处理。经过15 d蒸发后，覆砂处理土壤水分明显高于不覆砂处理。低灌水量时，两者在0～50 cm土壤剖面的水分含量存在较大差异，以0～20 cm处差异最大，差值为5%左右。中、高灌水量时，覆砂与不覆砂处理均存在较大差异，尤其是高灌水量时，在70 cm深度，两处理的土壤水分含量差值达1.6%。

图6 不同处理灌水后第2天和试验结束时土壤水分分布

进一步说明，在蒸发条件下，覆砂处理抑制了上层土壤水分的蒸发而保蓄了较多的水分，同时也促进了土壤水分向下运动，这为微咸水灌溉下土壤盐分向下迁移提供了动力。

2.5 压砂措施对土壤盐分运动的影响

从土壤盐分的动态变化（图7）来看，低灌水量时，覆砂处理的土壤盐分峰值随着时间推移向下层运移，灌水后第2 d、第5 d时土壤盐分含量峰值约在30 cm深处，后期土壤盐分峰值的位置下移至40 cm处。不覆砂处理土壤盐分峰值的位置在试验期间一直保持在30 cm处。从土壤盐分峰值的盐分含量高低来看，覆砂处理的峰值均比同时期不覆砂处理的高。如灌水后第9 d，即5月7日，覆砂处理盐分峰值为12.56 dS/m，比不覆砂处理的高19.96%。

中灌水量时，覆砂处理和不覆砂处理土壤盐分含量峰值出现的位置随着试验时间延长不断向下运移，灌水后第2 d和第15 d，土壤盐分峰值分别出现在40和50 cm。峰值盐分含量则随着试验时间延长有增加趋势。灌水第2 d和第15 d，覆砂处理的盐分峰值分别为8.89和13.35 dS/m，不覆砂处理的分别为6.44和10.91 dS/m，前者比后者分别高38%和22%。

高灌水量时，覆砂处理盐分峰值位置不断向下运移，从灌水2 d后的50 cm移动到第15 d的70 cm处。而不覆砂处理盐分峰值位置在整个试验期间迁移的范围较小，主要在50～60 cm之间。由于土壤水分在整个试验期间都在向下进行再分布，所以峰值处土壤盐分含量存在忽高忽低的现象。但从试验结束时峰值处土壤盐分含量来看，覆砂处理的盐分峰值为15.86 dS/m，而不覆砂处理的为11.53 dS/m，相差37%。

可见，覆砂措施由于促进了土壤水分的下渗以及抑制土壤水分蒸发，促使更多的土壤盐分向更深层土壤运动，并且随着灌水量增加土壤盐分向下迁移的速率更快。

图7 不同处理土壤盐分动态分布

从图8中可以看出，灌水后第2 d，低、中灌水量时，覆砂处理的土壤盐分含量峰值明显高于不覆砂处理，前者的盐分峰值分别为9.89和12.72 dS/m，而后者的仅分别为4.58和9.72 dS/m。高灌水量时，可能由于覆砂处理的盐分入渗更深，超出了取样范围，或者由于盐分均匀分布到了更多土层而出现峰值较低的现象。

图8 不同处理灌水后第2天和试验结束时土壤盐分分布

土壤盐分峰值出现的深度随着灌水量增加而加深。灌水后第15天，土壤剖面盐分的分布亦表现出覆砂处理的盐分峰值较高且位置更深，低、中、高灌水量的盐分峰值分别为8.36、13.35和15.86 dS/m，比不覆砂处理的相应值分别高11.02%，22.36%和37.55%。中灌水量处理下，覆砂与不覆砂土壤盐分峰值均出现在50 cm以下，低灌水量和高灌水量条件下，覆砂处理峰值出现的深度均比不覆砂处理的深10 cm。可见，在相同蒸发和微咸水灌水量条件下，地表覆砂可促使更多的盐分淋洗到更深层土壤，同时，覆砂大大减少了土壤表层水分蒸发量，从而也减少了土壤盐分向表层积聚的机会。

图9为试验结束（灌水后第15天）时不同处理土壤表层及0～20 cm土层土壤盐分含量。覆砂处理表层土壤盐分含量在0.29～0.32 dS/m之间，不覆砂处理的在4.23～6.1 dS/m之间，可见，覆砂处理明显减少了表层土壤盐分含量，抑制了土壤盐分表聚，抑制幅度在92.4%～95.2%之间。覆砂条件下不同灌水量处理之间表层盐分无明显差异。不覆砂条件下，不同灌水量处理之间的差异较大，低灌水量处理表层盐分含量最高达到6.1 dS/m，而中灌水量最低。这可能是因为低灌水量时土壤盐分淋洗深度浅，在蒸发的作用下容易迁移到表层。高灌水量时，水分蒸发量大，盐分随着水分的蒸发而出现大量累积现象。

从0～20 cm土层土壤盐分含量来看，低、中灌水量处理，覆砂与不覆砂之间无明显差异。但高水量时，覆砂处理比不覆砂处理的减少了0～20 cm土层盐分含量，减少幅度达到38.4%。

图9 不同处理表层及0～20 cm土层土壤电导率

3 讨 论

土表覆砂是国内外干旱半干旱区广泛采用保水蓄墒的耕作措施。研究表明，土表覆砂提高了土壤水分的入渗能力。王小燕等[32]发现，砾石覆盖小区土壤水分入渗速率是裸露小区的1.95～4.94倍；赵文举等[33]通过灰色关联法研究了不同种植年限老砂地与裸地入渗能力，结果表明无论新砂地还是老砂地入渗能力均大于裸地，相同入渗时间内压砂地的入渗量大于裸地[34]。王占军等[35]也发现，压砂地种植年限在1~5a时土壤初始入渗速率显著高于普通农田。谷博轩等[36]则从模拟降雨砂石覆盖对产流影响的研究中发现砂石覆盖减少了累计产流量，即增加了入渗量。而宋日权等[22]则认为覆砂抑制了土壤入渗能力，这可能与他们所用的覆砂材料<0.5 mm粒径砂粒含量达到73.25%有关，而大多数砂砾覆盖砂层级配中大粒径砾石含量较多。本研究发现相同微咸水灌水量处理刚入渗完时的入渗深度差异较小，但到灌水后第15天时，覆砂处理的入渗深度均比不覆砂处理的大，高灌水量处理两者入渗深度差距在8 cm左右。可见，一定比例的砂石覆盖促进了土壤水分的入渗，增加了入渗深度，从而为盐分向深层土壤移动提供了动力。

覆砂可以大幅度减少土面蒸发已被许多学者的研究结果所证明。原翠萍等[6]结果表明，0.5、2.5、4.5 cm 粒径砂石覆盖的土壤蒸发量相比裸土分别减少了83.6%、63.0%、49.1%。本研究中覆砂8cm低、中、高灌水量处理的蒸发量比不覆砂相应处理分别减少了74%、54%和21%。主要是因为低、中灌水量处理灌水量较少，水分通过砂层进入土壤，砂层中的水分含量较少，减少了土层与砂层的毛管联系。而高灌水量处理土壤层水分含量较高，与砂层孔隙中的水分相连接，使得砂层与土壤层之间保持了一定的毛管联系增加了蒸发量，使得覆砂抑制水分蒸发的作用减弱。说明，灌水量是影响覆砂措施减少土面蒸发作用大小的重要因素。

从土壤剖面水分分布来看，微咸水灌溉后土壤剖面水分分布可以分为2个区域，水分含量减少区和水分含量增加区，2个区域中间存在明显分界点。分界点位置随灌水量增大而加深，低中高灌水量分界点分别在土表下30、40和50 cm。覆砂处理增大了分界点处土壤水分含量，相比不覆砂的增加2%～5%。这与谷博轩等[35]的研究结果一致。表明，当分界点处土壤水分含量增加之后，土壤水分和溶质向下层运移的速度更快。具体体现在：与不覆砂相比，覆砂处理明显增加了下层土壤水分含量和下层土壤盐分峰值的大小。由于覆砂抑制了表层土壤水分蒸发，分界点以上土层水分含量高于不覆砂处理。覆砂处理的这种土壤水分“上减下增效应”使得土壤剖面水分状况整体优于不覆砂处理，同时为土壤盐分向下运动提供了动力。但是本试验只进行了15 d，且蒸发试验所用热源功率偏低，因此，没有观察到明显的水分向上运动过程。

“盐随水走”，由于覆砂抑制蒸发，促进水分下渗的作用，使得土壤剖面中盐分分布特征与不覆砂处理存在较大差异。覆砂明显抑制了表层0～1 cm土壤盐分累积，抑制程度在92.4～95.2%。这与宋日权等[22]、张瑞喜等[23]的研究结果一致。微咸水灌溉淋洗上层土壤盐分，淋洗的盐分在下层产生盐分累积，盐分含量的峰值因覆砂与否而异。在试验过程中，由于覆砂条件下高灌水量处理的水分不断向下层运动，而不覆砂条件下水分运动相对较为缓慢，导致某些时刻覆砂条件下土壤盐分峰值低于不覆砂处理的。但当土壤水分运动相对平缓后，即试验结束时，覆砂条件下低、中和高灌水量的峰值盐分含量比不覆砂条件下相应灌水量的高11.02%，22.36%和37.55%；而且土壤盐分峰值出现的深度比不覆砂条件下的深度更深，例如低和高灌水量处理盐分峰值出现的深度比不覆砂深10cm。另外，覆砂处理盐分峰值随着试验时间的延长不断向下运动。说明，在微咸水灌溉条件下，覆砂措施有利于土壤上层盐分的淋洗，促进了土壤盐分向下层运移。

4 结 论

1）相同微咸水灌水量下土表覆砂增加了水分入渗深度，最大增加深度达8 cm，在土壤水分再分布过程中土壤剖面存在明显分界点，而覆砂处理增加了分界点及以下土壤水分含量。

2）与不覆砂相比，土表覆砂大幅度减少了土壤水分累计蒸发量，减少幅度在21%~74%，减少幅度随微咸水灌水量增加而降低；抑制了盐分在土壤表层积聚，抑制程度在92%以上；增加了盐分峰值处盐分含量和峰值深度，盐分含量增加了11.02%~37.55%，峰值深度最大增加了10 cm，促进了土壤盐分向下层淋洗和迁移的过程。

由于本试验蒸发持续的时间只有15 d且无作物的蒸腾吸水作用，因此，没有观察到在持续蒸发及作物蒸腾条件下微咸水灌溉覆砂处理土壤盐分向上层运移的过程。这有待进一步研究。

[1] 刘谦和，李志强. 砂田土壤的水蒸发特征和温度变化[J]. 甘肃农业科技，1993，8：27－28.

Liu Qianhe, Li Zhiqiang. The evaporation characteristics of soil water and soil temperature change of gravel-mulched field[J]. Gansu Agricultural Technology, 1993, 8: 27－28. (in Chinese with English abstract)

[2] van Wesemael B, Poesen J W, Kosmas C S, et al. Evaporation from cultivated soils containing rock fragments[J]. Journal of Hydrology, 1996, 182: 65－82.

[3] Rasiah V, Imai M, Yamamoto T, et al. Evaporation losses from dune sand: Influence of column and gravel mulch size[J]. Journal of Arid Land Study, 2001, 11: 177－186.

[4] Kemper W D, Nicks A D, Corey A T. Accumulation of water in soils under gravel and sand mulches[J]. Soil Science Society of America Journal, 1994, 58: 56－63.

[5] 雒焕炘. 白银地区砂田的防旱作用及其耕作[J]. 干旱地区农业研究，1991，1：37－45.

Luo Huanxin. Drought resistance role of pebble-mulched lands and its tillage in Beiying prefecture[J]. Agricultural Research in Arid Areas, 1991, 1: 37－45. (in Chinese with English abstract)

[6] 原翠萍，张心平，雷廷武，等. 砂石覆盖粒径对土壤蒸发的影响[J]. 农业工程学报，2008，24(7)：25－28.

Yuan Cuiping, Zhang Xinping, Lei Tingwu, et al. Effects of mulching sand and gravel size on soil moisture evaporation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(7): 25－28.(in Chinese with English abstract)

[7] Xie Z K, Wang Y J, Cheng G D, et al. Particle-size effects on soil temperature, evaporation, water use efficiency and watermelon yield in fields mulched with gravel and sand in semi-arid Loess plateau of northwest China[J]. Agricultural Water Management, 2010, 97: 917－923.

[8] Wang Y J, Xie Z K, Malhi S S, et al. Gravel-sand mulch thickness effects on soil temperature, evaporation, water use efficiency and yield of watermelon in semi-arid Loess Plateau China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34: 261－265.

[9] Yuan C P, Lei T W, Mao L L, et al. Soil surface evaporation processes under mulches of different sized gravel[J]. Catena, 2009, 78: 117－121.

[10] Diaz F, Jimenez C.C. Tejedor M. Influence of the thickness and grain size of tephra mulch on soil water evaporation[J]. Agricultural Water Management, 2005, 74: 47－55.

[11] Yamanaka T, Inoue M, Kaihotsu I. Effects of gravel mulch on water vapor transfer above and below the soil surface[J]. Agricultural Water Management, 2004, 67: 145－155.

[12] Fuchs M, Hadas A. Mulch resistance to water vapor transport[J]. Agricultural Water Management, 2011, 98: 990－998.

[13] Qiu Y, Xie Z K , Wang Y J, et al. Influence of gravel mulch stratum thickness and gravel grain size on evaporation resistance[J]. Journal of Hydrology, 2014, 519: 1908－1913.

[14] 王卫光，王修贵，沈荣开，等. 河套灌区咸水灌溉试验研究[J]. 农业工程学报，2004，20(5)：92－96.

Wang Weiguang, Wang Xiugui, Shen Rongkai, et al. Experimental research on saline-water irrigation in Hetao Irrigation District[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2004, 20(5): 92－96. (in Chinese with English abstract)

[15] 何雨江，蔺文静，王贵玲. 膜下微咸水滴灌棉田盐分聚集特征[J]. 灌溉排水学报，2013，32(5)：51－54.

He Yujiang, Lin Wenjing, Wang Guiling. Accumulation characteristic of soil salinity in cotton field under mulched drip irrigation with brackish water[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2013, 32(5): 51－54. (in Chinese with English abstract)

[16] 孙林，罗毅. 长期滴灌棉田土壤盐分演变趋势预测研究[J]. 水土保持研究，2013，20(1)：186－192.

Sun Lin, Luo Yi. Study on the evolution trends of soil salinity in cotton field under long-term drip irrigation[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2013, 20(1): 186－192. (in Chinese with English abstract)

[17] 逄焕成，杨劲松，严惠峻. 微咸水灌溉对土壤盐分和作物产量影响研究[J]. 植物营养与肥料学报，2004，10(6)：599－603.

Pang Huangcheng, Yang Jingsong, Yan Huijun．Effects of irrigation with saline water on soil salinity and crop yield[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2004, 10(6): 599－603. (in Chinese with English abstract)

[18] 王丹，康跃虎，万书勤. 微咸水滴灌条件下不同盐分离子在土壤中的分布特征[J]. 农业工程学报，2007，23(2)：83－87.

Wang Dan, Kang Yuehu, Wan Shuqin. Distribution characteristics of different salt ions in soil under drip irrigation with saline water[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2007, 23(2): 83－87. (in Chinese with English abstract)

[19] 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)

[20] 栗现文，靳孟贵，袁晶晶，等. 微咸水膜下滴灌棉田漫灌洗盐评价[J]. 水利学报，2014，45(9): 1091－1098, 1105.

Li Xianwen, Jin Menggui, Yuan Jingjing, et al. Evaluation of soil salts leaching in cotton field after mulched drip irrigation with brackish water by freshwater flooding[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2014, 45(9): 1091－1098, 1105. (in Chinese with English abstract)

[21] 马文军，程琴娟，李良涛，等. 微咸水灌溉下土壤水盐动态及对作物产量的影响[J]. 农业工程学报，2010，26(1)：73－80.

Ma Wenjun, Cheng Qinjuan, Li Liangtao, at al. Effect of slight saline water irrigation on soil salinity and yield of crop[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(1): 73－80. (in Chinese with English abstract)

[22] 宋日权，褚贵新，张瑞喜，等. 覆砂对土壤入渗、蒸发和盐分迁移的影响[J]. 土壤学报，2011，49(2)：282－288.

Song Riquan, Chu Guixin, Zhang Ruixi, at al. Effect of sand mulching on soil infiltration, evaporation and salt distribution[J]. Acta Pedologica Sinica, 2011, 49(2): 282－288. (in Chinese with English abstract)

[23] 张瑞喜，褚贵新，宋日权，等. 不同覆砂厚度对土壤水盐运移影响的实验研究[J]. 土壤通报，2012，43(4)：849－853.

Zhang Ruixi, Chu Guixin, Song Riquan, et al. Research on the effects of sandy mulching thickness on soil salt and water movement[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2012, 43(4): 849－853. (in Chinese with English abstract)

[24] 王全九，毕远杰，吴忠东. 微咸水灌溉技术与土壤水盐调控方法[J]. 武汉大学学报：工学版，2009，42(5)：559－564.

Wang Quanjiu, Bi Yuanjie, Wu Zhongdong. Irrigation technique of saline water and regulation and control method of soil water and salt[J]. Engineering Journal of Wuhan University, 2009, 42(5): 559－564. (in Chinese with English abstract)

[25] 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)

[26] 孙林，罗毅，杨传杰，等. 不同灌溉量膜下微咸水滴灌土壤盐分分布与积累特征[J]. 土壤学报，2012，49(3)：428－436.

Sun Lin, Luo Yi, Yang Chuanjie, et al. Salt distribution and accumulation in soils different in rate of under-mulch drip irrigation with brackish water[J]. Acta Pedologica Sinica, 2012, 49(3): 428－436. (in Chinese with English abstract)

[27] 刘春卿，杨劲松，吴玉喜，等. 覆膜滴灌条件下土壤水盐运移规律[J]. 安徽工业大学学报，2010，27(1)：94－97.

Liu Chunqing, Yang Jinsong, Wu Yuxi, et al. Soil water and salt dynamic under film mulched drip irrigation[J]. Journal of Anhui University of Technology, 2010, 27(1): 94－97. (in Chinese with English abstract)

[28] 李新举，张志国. 秸秆覆盖对土壤水分蒸发及土壤盐分的影响[J]. 土壤通报，1999，30(6)：257－258.

Li Xinju, Zhang Zhiguo. Effects of straw mulch on the evaporation of soil water and soil salt[J]. Chinese Journal of Soil Science, 1999, 30(6): 257－258. (in Chinese with English abstract)

[29] 郑九华，冯永军，于开芹，等. 秸秆覆盖条件下微咸水灌溉棉花试验研究[J]. 农业工程学报，2002，18(4)：26－31.

Zheng Jiuhua, Feng Yongjun, Yu Kaiqin, et al, Yuan Xiujie. Irrigation with brackish water under straw mulching[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2002, 18(4): 26－31. (in Chinese with English abstract)

[30] 周和平，王少丽，姚新华，等. 膜下滴灌土壤水盐定向迁移分布特征及排盐效应研究[J]. 水利学报，2013，44(11)：1380－1388.

Zhou Heping, Wang Shaoli, Yao Xinhua, et al. Research on distribution characteristics and salt-discharging effect of directional migration of water and salt in soil through drip irrigation under plastic film[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2013, 44(11): 1380－1388. (in Chinese with English abstract)

[31] 于晓瑞，虎胆·吐马尔白，杨鹏年，等. 生育期膜下滴灌不同盐度棉田土壤水盐分布研究[J]. 新疆农业大学学报，2015，38(4)：334－338.

Yu Xiaorui, Hudan Tumarbay, Yang Pengnian, et al. A study on moisture and salt regime of cotton fields with different salt contents under film mulched drip irrigation during the growth period[J]. Journal of Xinjiang Agricultural University, 2015, 38(4): 334－338. (in Chinese with English abstract)

[32] 王小燕，李朝霞，蔡崇法. 砾石覆盖紫色土坡耕地水文过程[J]. 水科学进展，2012，23(1)：38－45.

Wang Xiaoyan, Li Zhaoxia, Cai Congfa. Hydrological processes on sloped farmland in purple soil regions with rock fragment cover. Advance in Water Science, 2012, 23(1): 38－45. (in Chinese with English abstract)

[33] 赵文举，李晓萍，范严伟，等. 西北旱区压砂地土壤水分入渗规律研究[J]. 土壤通报，2016，47(1)：150－155.

Zhao Wenju, Li Xiaoping, Fan Yanwei, et al. A study on soil water infiltration of gravel-mulched field in northwestern arid area[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2016, 47(1): 150－155. (in Chinese with English abstract)

[34] 赵文举，马宏，徐裕，等. 模拟降雨条件下压砂地土壤水分入渗规律研究[J]. 水土保持学报，2015，29(4)：79－84.

Zhao Wenju, Ma Hong, Xu Yu, et al. Study on water infiltration pattern of soil gravel-sand mulched field under simulated rainfall[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2015, 29(4): 79－84. (in Chinese with English abstract)

[35] 王占军，蒋齐，何建龙，等. 宁夏环香山地区压砂地土壤水分特征曲线及入渗速率的特征分析[J]. 土壤通报，2013，44(6)：1364－1368.

Wang Zhanjun, Jiang Qi, He Jianlong, et al. Analysis of soil water characteristic curve and infiltration rates of gravel-mulched land around Xiangshan Mountain area in Ningxia[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2013, 44(6): 1364－1368. (in Chinese with English abstract)

[36] 谷博轩，梁鹏锋，彭红涛，等. 砂田降雨入渗过程的模拟实验研究[J]. 中国农学通报，2011，27(32)：281－286.

Gu Boxuan, Liang Pengfeng, Peng Hongtao, et al. Rainfall simulation experimental study on infiltrability of soil under sand and gravel mulch[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2011, 27(32): 281－286. (in Chinese with English abstract)

Effect of gravel-sand mulching on movements of soil water and salts under different amounts of brackish water

Tan Junli1,2,3, Wang Xina4, Tian Juncang1,2,3, Su Xiaolin1

(1.750021; 2.750021,; 3.,750021,; 4.,,750021,)

Gravel-sand mulching is an effective agricultural measure to restrain soil water evaporation in arid and semiarid area. Watermelon as the main crop was planted on gravel-sand mulched field in Ningxia due to high quality of fruits. However, scarcity of rainfall and deficiency of fresh water resource were the limiting factors for the development and production of watermelon. More and more farmers irrigated watermelon with ground brackish water to increase and maintain fruit yield in recent years. Therefore, understanding the distribution and transportation of water and salt under gravel-sand mulch with brackish water irrigation played an important role to rationally use brackish water. A soil-column experiment was carried out to investigate the effects of gravel-sand mulching on the distribution and movement of soil water and salts with different amounts of brackish water irrigation under the condition of simulated evaporation with an incandescent lamp as heat source. Six treatments were set in this experiment including 3 irrigation water levels with and without gravel-sand mulching. Irrigation water amount was based on planned irrigation depth and difference of air dried soil moisture between field capacity. The planning depths of low, medium and high irrigation amount treatments were 40, 60 and 80 cm respectively and the salinity of brackish water was 2 g/L, similar with local ground water. Results showed that, compared with non-mulched treatment, gravel-sand mulching increased the infiltration depth, the maximum increasing range of depth being up to 8 cm, and reduced the accumulative evaporation of soil water by 74%, 54% and 21% with low, medium and high irrigation amount respectively during the experimental period of 15 days, and the reduction of accumulative evaporation was declined with the increase of irrigation amount. Moreover, there was an evident division point in the soil profile during the process of soil water redistribution, whose soil water contents increased by 2%-5% with gravel-sand mulches as compared with no mulches. Soil water content decreased above the point and increased below it. The decreasing ranges of soil water in the upper soil layer were narrowed with gravel-sand mulching compared to no mulches. For example, it was merely 16.9% with gravel-sand mulches while 34% with no mulches in low irrigation amount. At the same time, the accumulation of soil salt in the top surface soil was evidently restrained by 92.4%-95.2% with gravel-sand mulches while the peak value of soil salt content of soil profile increased by 11.02%-37.55%. The locations of salt content peaks in the soil profiles were moving downward with the prolonging of experimental time in gravel-sand mulching treatment and were deeper than those of without mulching. The salt peak location with gravel-sand mulched treatment was 10 cm deeper than that of without mulching at the end of experiment. It indicates that gravel-sand mulching restrains salt accumulation in the top surface soil and drives soil salt to move to deeper soil layer through reducing the evaporation of the upper soil water and increasing soil water infiltration and soil water content of deep soil layer under the condition of simulated evaporation and brackish water irrigation.

soils; irrigation; infiltration; gravel-sand mulching; movement of soil water and salt; brackish water; soil column experiment

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.17.014

S274.1

A

1002-6819(2018)-17-0100-09

2018-01-16

2018-06-26

国家自然科学基金项目（51309135，31460546），宁夏高等学校一流学科建设（水利工程）资助项目（NXYLXK2017A03）

谭军利，男，湖南茶陵人，博士，副教授，主要从事农业水资源高效利用研究。Email：tanjl@nxu.edu.cn

谭军利，王西娜，田军仓，苏小林. 不同微咸水灌水量条件下覆砂措施对土壤水盐运移的影响[J]. 农业工程学报，2018，34(17)：100－108. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.17.014 http://www.tcsae.org

Tan Junli, Wang Xina, Tian Juncang, Su Xiaolin. Effect of gravel-sand mulching on movements of soil water and salts under different amounts of brackish water[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(17): 100－108. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.17.014 http://www.tcsae.org