排盐补淡对滨海盐碱土壤盐分变化的影响

张 谦，冯国艺，王树林，雷晓鹏，王 燕，梁青龙，林永增，祁 虹

(河北省农林科学院棉花研究所，农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，河北 石家庄 050051)

盐碱地是重要的后备耕施资源，改良和利用盐碱地对补充日益减少的耕地面积具有重要意义。河北省盐碱耕地面积78 万hm2，占总耕地面积的10.4%，主要分布于东部低平原区和滨海平原区[1]，是河北省主要的后备耕地资源，但该地区土壤含盐量高、春季积盐返盐严重，地下水埋深浅、矿化度高，开发利用难度大[2]。根据水盐分布规律及运移特征，通过排水降低地下水位、淡水淋盐是开发利用该区域盐碱地的重要措施。

目前，滨海盐碱土多通过明沟灌排、暗管排水等农田水利工程来控制地下水位，暗管排水排盐根据“盐随水来，盐随水去”的水盐运移规律，在降雨或灌溉进行淡水补充时，盐随水下移至暗管处后排出土体，同时将地下水位控制在临界深度，减少高矿化度地下水上移，减轻土壤盐渍化程度[3-5]，研究表明，在重渍化农田，暗管排水排盐效果远远优于明沟，地下水位及水质有明显改善，作物产量显著提高[6-8]。但机械埋管成本较高、投资回收年限较长也是影响暗管排水技术大面积推广的主要问题[9]。河北近滨海地区浅层地下水埋深浅，最浅地区年均埋深0.5～0.7 m[10]，浅层咸水的利用在采水技术、井群布局、 水质改良等方面研究表明，抽排浅层咸水可以降低地下水位、为降雨及地表水入渗腾出地下空间[11,12]。本文针对河北近滨海盐碱区地下水、土壤、降雨等区域特征[13-15]，通过浅层井进行咸水抽排明确排盐对地下水水位及土壤含盐量的影响，并对灌水和自然降雨对土壤淋洗脱盐效果进行了比较，积极探索易推广低成本、咸淡水资源合理利用的盐碱地改良途径，以期为拓展并提高该地区的盐碱地治理技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点位于河北省国营海兴农场，土壤含盐量范围为0.2%～1.0%，属滨海氯化物盐渍土类型，土壤质地为粉砂黏壤土，盐分组成以氯化钠为主，Cl-占阴离子总量的70%～80%，Na+和K+占阳离子总量的80%～90%，周年监测数据显示，地下水埋深0.8～2.2 m，浅层地下水年均矿化度5～15 g/L，季节性变化差异大，最高值在30.6 g/L。全年平均降雨量600 mm左右，其中7，8月份为集中降雨期，年平均水面蒸发量1 980 mm，深层地下水及降雨是主要淡水来源。地下水埋深浅、矿化度高、降雨分布不均且蒸发量大是引起该区域盐渍化的主要原因。

1.2 试验设计

试验设置中度(1 m土层平均含盐量0.2%～0.4%)和重度盐碱区(1 m土层平均含盐量0.2%～0.4%)各1个，南北长50 m、东西宽30 m，两区域间隔200 m左右，总面积约0.3 hm2，3月下旬分别在试验区中心设抽排浅井1眼，以抽提井为圆心，距离5、10、15 m设观测井12眼(井群分布如图1)，井深均为4 m，井径0.1 m，在抽排浅井利用小型自吸泵进行降水排盐(流量3 m3/h)，咸水经软管排入集水池用于咸淡混合水鱼虾养殖。

试验于2016年 4月18-21日排盐抽水，之后停止抽水，观测地下水水位变化及土层含盐量变化；5月初在水位回复一致水平后进行排盐补淡试验，5月7-13日抽水，停止抽水后立即利用深井水(矿化度1.2 g/L)进行灌溉，灌水量20 mm；7月2-8日抽水，浅井周围5、10、15 m处地下水水位分别降至3.02、2.73、2.61 m，8日降雨25 mm(降雨开始时停止抽水)，集中降雨时长3 h。

1.3 测定项目及方法

分别于排盐前、排盐后灌水(降雨)前、灌水(降雨)后4 d和10 d，在每个观测井0.5 m直径范围内3点取样，取样深度1 m，同一半径内的4眼观测井取平均值。土壤盐分含量测定采取电导法，利用试验区域内测定的含盐量与电导率的直线回归方程进行含盐量换算[16]；利用HOBO U-20水位温度记录仪对中度盐碱试验区5、10、15 m处观测井进行地下水位测定。采用Excel 2010进行数据整理与作图。

2 结果与分析

2.1 浅井排盐对浅层地下水埋深的影响

利用浅井排盐可以有效增加地下水埋深(图2)，与抽提井距离越小，水位下降幅度越大，经过连续84 h抽排，抽水区域地下水埋深围绕抽提井呈现“V”型。5 m观测井处地下水埋深由1.65 m增至2.50 m，降深为0.85 m、10 m处由1.63 m增至2.26 m，降深为0.63 m、15 m处由1.58 m增至2.06 m，降深为0.48 m。

图2 抽水排盐对地下水埋深的影响Fig.2 Effect of draining salt on groundwater depth

浅层咸水停止抽排后立即出现明显的水位回升(图3)，13 d左右回升至抽排前水位，7.5 d内回升速率较快，之后趋缓。回升过程中，受单井抽排产生的水力坡降影响，浅层咸水连续传递后汇向抽提井，故5、10、15 m各处的观测井水位回升过程中伴随“回升-下降-回升”现象，距井5m处变化幅度最大。

图3 回水对地下水埋深的影响Fig.3 Effect of recharging on groundwater depth

2.2 排盐降水位对土壤盐分的影响

利用浅井对试验区盐水进行抽排，对中度和重度盐碱土壤1 m土层盐分含量的影响存在差异。从表1数据可以看出，中度盐碱土有明显的积盐返盐(表层土为主)，排咸3d后，距离抽排井5、10、15 m处的1 m土层平均含盐量较排盐前分别增加2.75%、4.41%、5.12%，对照增加7.22%；排咸6 d后分别增加5.04%、6.98%、9.51%，对照增加11.56%。在中度盐碱地进行浅井排盐可以使盐分随着土壤水下移，直接降低深层土壤含盐量，同时通过增大地下水埋深来抑制土壤水向上运动，减少蒸发带来的盐分表聚，但随着与抽提井距离的增大，抑制效果趋缓。

表1 排盐对盐碱土壤1 m土层含盐量的影响Tab.1 Effect of draining salt on salt content in 1 m soil layer of coastal saline soil

注：同一盐分水平内含盐量数值后的小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著；变化率中正负值分别表示排咸后含盐量增加或降低百分数，后表同。

重度盐碱土壤受表层土壤孔隙度、容重等影响，较中度盐碱土壤蒸发量要小，增加地下水埋深对土壤盐分的抑制作用更加明显。抽水3d后，排盐区内距离抽提井5、10、15 m处的1 m土层平均含盐量较抽水前分别减少6.09%、4.01%、2.65%，对照增加3.44%；抽水6 d后分别减少11.79%、7.95%、6.75%，对照增加3.02%。

在排水排盐处理的影响下，重度盐碱土壤含盐量随着地下水位的下降而降低，表现为脱盐；中轻度盐碱土壤随水位下降并未表现出明显的脱盐，含盐量增加，但增加幅度趋缓，这可能与抽水形成的水力坡度或不同盐分水平土壤的容重、孔隙度、渗透特性等物理性状差异造成的土壤水的蒸发量大于下移量有关。

2.3 补淡洗盐对土壤盐分的影响

2.3.1 灌水洗盐效果

从表2可以看出，在停排回渗状态下，利用矿化度1.2 g/L的深井水进行灌水洗盐4 d后，中度盐碱土壤1 m土层脱盐率在10.78%～27.74%，表现为距抽提井越近，地下水埋深越深，排盐后腾出的土壤水库容越大，脱盐率越高，灌水10 d后脱盐率下降，盐分逐渐回升；重度盐碱土壤灌水4 d后脱盐率在49.53%～65.00%，且距抽提井距离越大，脱盐效果越明显， 10 d后仍脱盐效果明显，脱盐率在41.24%～43.45%。对照为直接灌溉洗盐(未进行排盐处理)，中度和重度盐碱土壤在灌水4 d后均表现为明显脱盐，脱盐率为14.02%和30.78%，10 d后分别表现为开始返盐和脱盐率明显下降，抽水降水位后补淡洗盐可以有效提高土壤脱盐率。

表2 灌水对盐碱土壤1 m土层含盐量的影响Tab.2 Effect of supplementing fresh water on salt content in 1 m soil layer of coastal saline soil

2.3.2 降雨洗盐效果

自然降雨对盐碱地具有的淋洗脱盐效果，该区域年平均降雨量600～700 mm，集中于7-8月份，占全年总降水量的60%～70%。本文研究了降雨对排盐腾出库容后土壤的脱盐影响，从表3可以看出，排盐腾库容可以加速土壤脱盐，提高1 m土体脱盐率。在接近的水量条件下，降雨对土壤的脱盐作用与灌水类似，但脱盐率不及灌水明显。

表3 降雨对盐碱土壤1 m土层含盐量的影响Tab.3 Effect of supplementing rainfall on salt content in 1 m soil layer of coastal saline soil

降雨4 d后，中度盐碱土壤脱盐率在9.23%～13.64%，距抽提井越近，脱盐率越高；重度盐碱土壤脱盐率在22.09%～31.05%，距抽提井距离越大，脱盐效果越明显；降雨10 d后，土壤脱盐率下降，但仍优于对照。

3 结语与讨论

排水携盐和灌水洗盐是盐碱地改良中主要的水利措施，增加地下水埋深、腾空土壤水库容可以有效抑制中度、重度盐碱土壤返盐并提高灌溉、降雨等淡水淋洗效率，加大土壤脱盐效果。排水是排除地表水、控制地下水、调节土壤水、改良盐碱地、防止土壤盐渍化的基础措施[17]，诸多学者在排水沟、暗管、竖井等排水设施的深度、间距、组合方式等方面进行了大量研究，本试验利用简易低成本浅井进行地下咸水抽排，结果表明，4m左右的浅井可以有效增加地下水埋深，抽水区域地下水水位围绕抽排井呈现“V”型变化，停止抽水后回水明显，排盐对在中度和重度盐碱地1 m土层含盐量的影响存在差异，分别表现为抑盐、降盐效果，且都随着抽提半径的增大，排盐效果减弱。如何持续有效地将地下水位保持在允许深度，周年盐分基本稳定，不影响作物正常生长是各种排盐措施需继续深入解决的问题。

补充淡水洗盐是盐碱地改良最有效的办法，本试验以深井水及雨水作为水源，比较了补充淡水对排盐降水位后盐碱地的脱盐效果，结果验证了腾空土壤水库容可以增加灌水洗盐效果，且接近水量的灌水处理要比降雨效果明显，脱盐率随着时间推移而下降。地下水位较深时，不需修筑排水工程，冲洗水量可将一部分土壤盐分淋洗到作物根系活动层以下，如山东内陆盐碱地采用无排水的淡水压盐植棉也能获得较好的效果[18,19]。但在滨海盐碱地区，地下水水位较高，如采取无排水冲洗，将使地下水位进一步提高，有可能加剧冲洗地块土壤返盐或引起灌溉区四周土壤盐渍化，所以条田宽度不宜太宽，一般为30～50 m，毛沟、支沟、干沟等农田工程及时修整清淤，形成有效的田间排水网。单纯排盐只对重度盐碱土壤有降盐效果，且效率不高，仍需淡水补充来实现有效脱盐，本试验中补淡洗盐过程都是在排盐中止情况下，存在水位和下层盐分回升，在持续排盐保持地下水埋深高位稳定状态下进行补淡压盐，其脱盐效果有待进一步研究。