土壤盐结皮人工培育及其破损程度对土壤蒸发的影响

张建国，李红伟，李雅菲，李雨诺，马 悦，田乐乐，张宇新

土壤盐结皮人工培育及其破损程度对土壤蒸发的影响

张建国1,2，李红伟1，李雅菲1，李雨诺1，马 悦1，田乐乐1，张宇新1

（1. 西北农林科技大学资源环境学院，农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，杨凌 712100；2. 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，杨凌 712100）

土壤盐结皮在干旱半干旱区广泛发育，对地表土壤水文过程具有重要影响，而外力对盐结皮的机械破损干扰现象普遍存在。该文以塔克拉玛干沙漠流动风沙土为例，通过室内试验利用不同矿化度(5、10、20和30 g/L)的不同盐溶液（NaCl、Na2SO4、CaCl2、KCl）模拟咸水灌溉下盐结皮的形成发育过程，根据盐结皮理化性质确定了其最适人工培育条件，并在此基础上模拟了盐结皮不同破损程度（破损100%、破损50%、破损25%和无破损）影响下的土壤蒸发过程。结果表明：盐结皮的硬度、抗剪切力、pH值和电导率通常随着灌溉水矿化度的增加而增大，采用30 g/L NaCl溶液培养盐结皮厚度和硬度均较大；土壤日蒸发量随盐结皮破损程度的增加而增加，并随灌水天数呈递减趋势；土壤累积蒸发量随灌水天数以及破损程度的增加而增大，盐结皮破损100%的土壤日蒸发量和累积蒸发量与其他各处理之间有显著性差异；盐结皮对土壤蒸发的累积蒸发抑制效率随灌水时间的延长呈递增趋势，随破损程度的增加而降低，盐结皮无破损处理的累积蒸发抑制效率最高达58.84%，而破损50%的处理最大仅为30.20%。总之，土壤盐结皮的人工培育在方法上是可行的，其对土壤水分蒸发具有明显的抑制作用，且其破损程度对蒸发过程具有显著影响。这对于揭示干旱半干旱区盐渍土壤水文过程和指导水土资源的合理利用具有重要意义。

土壤；盐；蒸发；结皮；人工培育；理化性质；破损程度

0 引 言

在气候条件较为干旱的地下水浅埋区，由于土壤水分的蒸发使得易溶性盐分聚集与地表土壤颗粒结晶胶结形成土壤盐结皮[1]。盐结皮多形成于降水稀少、蒸发强烈的气候环境[2]，具有盐分含量高、硬度大、抗风蚀能力强等特点[3]。此外，土壤盐结皮在咸水灌溉条件下同样也可以广泛发育，如塔克拉玛干沙漠公路防护林由于采用高矿化度地下咸水（矿化度范围为2~28 g/L）灌溉形成了盐分含量很高的盐结皮层[4]。

学者们对于盐结皮的形成发育、影响因素、盐结皮覆盖对植被生长的作用以及其对土壤水分蒸发、土壤风蚀等进行了多方面研究。Langston等[5]研究发现，影响土壤风蚀能力的主要因素有盐结皮的硬度、抗剪切能力以及形状大小，而且其硬度、厚度、抗剪切能力和形状会随盐分类型、含量多少、土壤质地、温度等条件表现出差异性。张建国等[6]研究结果表明，盐结皮对咸水滴灌防护林土壤蒸发过程具有明显的延缓和抑制作用，其根本原因在于盐结皮会堵塞土壤孔隙，阻断毛管作用，增加水汽向大气扩散的阻力，并通过增加反照率而降低土表温度进一步降低土壤蒸发。Dai等[7]发现矿物底物的表面特性和土壤蒸发速率影响析出盐的形态和晶体尺寸，特别是底物疏水性和低蒸发率会抑制盐的扩散。孔德庸等[8]通过对罗布泊干盐湖表层盐结皮含水率的季节性变化及吸水特性的研究发现，盐结皮表层含水率存在一定的差异。也有研究表明地表水分蒸发速率会受到土壤中的盐分类型的影响[9-11]。

已有相关研究主要集中于自然状态下发育的盐结皮，也有学者开始对盐结皮进行人工培育，发现不同盐分形成的盐结皮表面特征存在明显差异[12]。但是土壤盐结皮在风蚀、野生动物踩踏或人类活动的干扰下很容易发生不同程度的机械破损，因而难以利用野外采集的盐结皮进行室内模拟试验。探讨盐结皮的人工培育方法，对于进一步通过模拟试验揭示其影响下的地表过程至关重要。此外，关于盐结皮机械破损对土壤蒸发过程的影响，目前未见相关报道。土壤盐渍化和水资源短缺是影响干旱区农业和生态环境可持续发展的主要问题，且两者往往同时出现。因此，本文根据塔里木沙漠公路防护林实际地下水矿化度范围来设置灌溉水矿化度梯度，根据前人对于盐结皮盐分组成研究以及该区盐分组成来确定模拟盐分类型。通过模拟不同盐分组成的高矿化度咸水灌溉进行土壤盐结皮的人工培育，以确定人工培育盐结皮的最适水质条件，然后在此基础上探究了不同破损程度盐结皮影响下的土壤水分蒸发过程。该研究对于进一步认识干旱区盐渍土壤的地表水文过程和指导水土资源的合理利用具有重要意义。

1 材料和方法

1.1 供试土样

供试土壤为采自于塔克拉玛干沙漠公路防护林（39º00′N，84º10′E，海拔1 100 m 左右）的流动风沙土，养分含量极低，含盐量为1.26～1.63 g/kg，机械组成以细沙与极细沙为主，自然含水率极低，仅为0.02%。供试土样黏粒、粉沙、极细沙、细沙、中沙、粗沙分别占0.27%、12.35%、52.04%、30.79%、2.12%、2.42%，pH值为8.26、电导率为0.437 mS/cm、容重1.49、全盐量1.309 g/kg，离子组成以Na+、Cl˗和HCO3˗为主。

1.2 试验设计

1.2.1 土壤盐结皮的人工培育

试验于2017年5月在实验室条件下进行。试验所用的自制微型蒸发器（micro-Lysimeters，MLS）由内径为10.45 cm，高25 cm，底部用塑料薄膜封住的PVC管制作而成。首先将供试沙土风干过1 mm筛以剔除杂物，混匀装入MLS内，每桶装土3 kg。为保持与沙漠公路防护林灌溉水矿化度（矿化度范围为2～28 g/L）的一致性，并综合考虑盐分组成的影响，分别用NaCl、Na2SO4、CaCl2和KCl共4种盐配成不同矿化度梯度（5、10、20和30 g/L）的咸水，将同等体积（1 200 mL）的咸水均匀喷洒于MLS土壤表面，让其自然蒸发形成盐结皮。每个处理设3个重复，共形成48个盐结皮样本。盐结皮培育期间日平均气温26.8 ℃，日平均相对湿度48.1%。盐结皮形成后测定结皮厚度、硬度、pH值、电导率等。，确定硬度和厚度最大的结皮所对应的矿化度和盐分类型为最适培育条件。

1.2.2 土壤蒸发试验

根据盐结皮培育结果，按照最适培育方案进行盐结皮的人工培育，待MLS内的土壤水分充分蒸发形成盐结皮之后，人为破损盐结皮，破损面积分别为0、25%、 50%和100%，每个处理设3个重复。将MLS底部的塑料薄膜用直径为0.5 mm的钢丝均匀穿孔（20个）后，小心放入盛有淡水的塑料盆内通过底部的小孔上渗进行缓慢灌水，每个MLS灌水400 mL。灌水完成后每日08:00用精度为0.01 g的天平称取MLS的质量，持续称质量12 d。期间每日08:00、12:00和18:00用温湿度计记录气温和相对湿度，求三者的日平均值，土壤蒸发试验期间的空气温湿度如图1所示。

1.3 指标测定及计算

利用MarCal 16 GN型游标卡尺（德国马尔，精度0.05 mm）测定结皮厚度，TYD-1型土壤硬度仪（浙江托普，精度0.01N）测定结皮硬度，H-4212MH型土壤剪切测试仪（北京剑灵，精度0.01 kg/cm2）测定结皮抗剪切力，雷磁PhS-3C型pH计（上海仪电，精度0.01）测定结皮pH值（体积比水:土=2.5:1）、雷磁DDS-307A型电导率仪（上海仪电，精度0.1 mS/cm）测定结皮电导率（体积比水:土=5:1）。

图1 土壤蒸发试验期间气温和相对湿度(RH)状况

MLS内土壤日蒸发量、累积蒸发量和蒸发抑制效率计算方法[13]:

ED=10×(WE-WE-1)/（1）

EC=SED（2）

=π2（3）

=(EC0-EC)/EC0×100% （4）

式中为天数，=1,2,3，…，12 d；ED为第天的土壤日蒸发量，mm；WE为第天MLS的总质量，g；EC为第天的土壤累积蒸发量，mm；WE0为MLS的初始总质量，g；为MLS内桶截面积，cm2；为MLS内桶半径，cm；为盐结皮对土壤蒸发的抑制效率，%；EC0为对照土壤累积蒸发量，mm；为水的密度1 g/cm3。

采用Excel2010和SPSS20.0对数据进行统计分析，运用Origin8.0作图。

2 结果与分析

2.1 人工培育盐结皮的物理性质

2.1.1 硬度

由图2可以看出，随着灌溉水矿化度的增加，不同盐分所形成盐结皮的硬度均逐渐增大。除KCl外，其他盐分的盐结皮硬度之间线性关系拟合性较好（2>0.90，<0.05），均呈现出明显的正相关关系，其中NaCl盐结皮斜率最大，Na2SO4盐结皮拟合性最好（2=0.99）。从表1可以看出，当灌溉水矿化度为5、10或30 g/L时，不同盐分所形成盐结皮的硬度之间无显著差异（>0.05）；灌溉水矿化度为20 g/L时，KCl所形成的盐结皮硬度显著低于其他3种盐分（<0.05）。对于同种盐分来说，当灌溉水矿化度分别为5、10和20 g/L时，NaCl、Na2SO4盐结皮硬度无显著性差异（>0.05），而灌溉水矿化度为30 g/L时NaCl形成的结皮硬度显著高于5 g/L时（<0.05）而Na2SO4形成的结皮硬度显著高于5和10 g/L时（<0.05）；不同浓度KCl盐结皮硬度间无显著差异（>0.05）；CaCl2盐结皮在灌溉水矿化度为20和30 g/L时显著高于5 g/L，30 g/L显著高于10 g/L（<0.05）。因此在5~30 g/L矿化度范围内，在5~30 g/L矿化度范围内矿化度对硬度影响达极显著水平（<0.01），盐分类型影响达显著水平（=0.02），而矿化度和盐分交互对盐结皮硬度影响不显著。比较而言，矿化度对硬度影响更大盐分类型及灌溉水矿化度对NaCl盐结皮硬度的影响最大，矿化度为30 g/L时硬度最大（24.17 kg/cm2）。

图2 灌溉水矿化度与盐结皮硬度之间的关系

表1 不同盐分类型（ST）及矿化度（MD）处理下盐结皮的硬度和抗剪切力多重比较结果

注：不同大写字母表示同一矿化度不同盐分类型处理间差异性显著；不同小写字母表示同种盐分不同矿化度处理间差异性显著(<0.05)，下同。

Note: Different uppercase letters indicated significant differencesamong different salt types at the same concentration; and different lowercase letters indicated significant differences among the same salt treatments with different salinity(<0.05), the same below.

2.1.2 抗剪切力

由图3可以看出，随着灌溉水矿化度的增加，不同盐分所形成的盐结皮抗剪切力逐渐增大。除Na2SO4外，其他盐分的盐结皮抗剪切力之间线性关系拟合性较好（2>0.90，<0.05），均呈现出明显的正相关关系，NaCl盐结皮斜率最大，拟合性最好(2=0.96)。由表1可以看出，灌溉水矿化度同为5、10 g/L时，Na2SO4盐结皮抗剪切力显著与高于其他3种盐（<0.05）；灌溉水矿化度同为20 g/L时，4种盐的盐结皮抗剪切力之间无显著差异（>0.05）；灌溉水矿化度为30 g/L时，NaCl、KCl、Na2SO4所形成的盐结皮抗剪切力之间无显著性差异（>0.05），而CaCl2所形成的盐结皮抗剪切力显著低于这3种盐（<0.05）。对于同种盐分而言，随灌溉水矿化度升高，KCl盐结皮抗剪切力无显著差异（>0.05）；而NaCl和Na2SO4盐结皮在灌溉水矿化度为30 g/L显著高于5、10、20 g/L（<0.05），CaCl2盐结皮在5 g/L抗剪切力显著低于其他矿化度（<0.05）。盐分类型和灌溉水矿化度对盐结皮抗剪切力均有一定的影响，矿化度对NaCl盐结皮抗剪切力的影响更为显著，当矿化度增加到30 g/L时抗剪切力最大（6.73 kg/cm2）。

图3 灌溉水矿化度与盐结皮抗剪切力之间的关系

2.1.3 pH值

由表2可以看出，对于不同盐分而言，灌溉水矿化度同为5、10g/L时， CaCl2盐结皮pH值显著低于其他3种盐分（<0.05）；灌溉水矿化度为20、30 g/L时，4种盐所形成的盐结皮pH值之间无显著性差异。对于同一种盐分而言，随灌溉水矿化度升高，KCl、Na2SO4盐结皮pH值无显著性差异；随灌溉水矿化度升高，NaCl盐结皮在灌溉水矿化度为30 g/L时显著高于5 g/L；CaCl2盐结皮在灌溉水矿化度为5 g/L时pH值显著低于20、30 g/L（<0.05）。在5~30 g/L矿化度范围内矿化度和盐分类型对抗剪切力影响达极显著水平（<0.01），而矿化度和盐分交互对盐结皮硬度影响不显著（0.05）。相对而言，4种矿化度下CaCl2的盐结皮pH值均最小，而Na2SO4盐结皮pH值均最大，在矿化度30 g/L时最高（7.86）。

表2 不同盐分类型（ST）及矿化度（MD）下盐结皮的pH值和电导率关系多重比较结果

2.1.4 电导率

由表2可以看出，同一矿化度下，当灌溉水矿化度为5 g/L时，CaCl2盐结皮电导率显著低于其他盐分；灌溉水矿化度为10 g/L时，KCl盐结皮显著高于NaCl、CaCl2；灌溉水矿化度为20 g/L时，CaCl2与KCl显著低于NaCl与Na2SO4的电导率；灌溉水矿化度为30 g/L时，CaCl2与Na2SO4显著低于NaCl与KCl电导率。对于同种盐分，NaCl盐结皮在灌溉水矿化度为20和30 g/L时显著高于5和10 g/L；KCl盐结皮在灌溉水矿化度30 g/L时显著高于5 g/L；CaCl2盐结皮在灌溉水矿化度30 g/L时显著高于5、10和20 g/L；而随灌溉水矿化度升高，Na2SO4盐结皮电导率无显著性差异。不同的盐分类型和灌溉水矿化度的改变对盐结皮电导率均有一定影响（<0.01），其中电导率的最大值为30 g/L的NaCl盐结皮(3.77 mS/cm)。

综上所述，室内培育最适盐结皮的方案是选择矿化度为30 g/L的NaCl进行培育。

2.2 盐结皮破损程度对土壤水分蒸发过程的影响

2.2.1 盐结皮不同破损程度对土壤日蒸发量的影响

由图4可以看出，随着灌水天数增加，不同破损程度处理间土壤日蒸发量均逐渐降低，随着破损程度增加土壤日蒸发量也增加。整个灌水过程中，不同破损程度处理的土壤日蒸发量明显低于对照处理（破损100%）。表明盐结皮的破损会显著降低土壤日蒸发量。前2 天破损100%的处理土壤水分日蒸发量的降低程度远高于其他各处理，第2 天以后对照土壤水分日蒸发量的下降幅度逐渐减少。第2 天以后对照土壤日蒸发量的下降幅度逐渐减小。灌水第5 天以后4个处理日蒸发量逐渐接近，不同破损程度的处理日蒸发量均小于1.00 mm，灌水最后一天不同破损程度处理的盐结皮日蒸发量均达到最低值。

2.2.2 盐结皮不同破损程度对土壤累积蒸发量的影响

从图4b可以看出，随灌水天数的增加，各处理土壤累积蒸发量逐渐增大，盐结皮破损0、25%和50%的土柱累积蒸发量均一直远低于盐结皮破损100%的土柱，且随着时间的延长差距越明显。不同破损程度各处理土壤累积蒸发量随灌水后天数呈线性增加趋势，盐结皮覆盖对土壤蒸发的抑制效应明显。随着破损程度的增加，土壤累积蒸发量逐渐增加，从灌水第4 天开始，土壤累积蒸发量增速变缓。盐结皮无破损的累积蒸发量与破损0、50%和25%的土柱之间差异显著，最终累积蒸发量分别为8.38 （破损0）、14.1 （破损100%）、9.08（破损50%）和8.55 （破损25%）mm。与对照相比，破损率不同的盐结皮覆盖均会使土壤累积蒸发量显著降低，进而使土壤含水率提高，这有利于土壤水分的保持。

2.2.3 盐结皮破损程度对土壤水分累积蒸发抑制效率的动态影响

蒸发抑制效率是指在土壤蒸发过程中某些指标抑制土壤水分蒸发的能力[14]。由图5可以看出，在初始含水率相同条件下，随破损程度的增加，累积蒸发抑制效率降低，盐结皮破损50%的土柱，累积蒸发抑制效率最小。随着灌水天数的增加，盐结皮破损0、25%和50%的累积蒸发抑制效率均先增加后基本稳定；破损50%处理从灌水开始直至灌水第7天，累积蒸发抑制效率逐渐增加，灌水第7 天至灌水最后1天，累积蒸发抑制效率基本不变，维持最大值（30.20%）。其次是破损25%处理，累积蒸发抑制效率较高，灌水开始直至灌水第4 天，累积蒸发抑制效率逐渐增加，灌水第4 天至灌水最后1天，累积蒸发抑制效率基本不变，维持最大值（44.04%）。盐结皮无破损处理累积蒸发抑制效率最高，从灌水开始直至灌水第4 天，累积蒸发抑制效率逐渐增加，灌水第4 天至灌水最后1天，累积蒸发抑制效率基本不变。第7 天达到最大值（58.84%）。盐结皮覆盖可以明显抑制土壤水分蒸发，起到节水保墒的作用。

注：不同字母表示不同处理间土壤累积蒸发量差异显著(P<0.05).

图5 盐结皮不同破损程度下蒸发抑制效率的动态变化

3 讨 论

3.1 灌溉水质对盐结皮理化性质的影响

从本文研究结果来看，不同矿化度对于盐结皮的硬度、抗剪切力、pH值、电导率的影响均较小，盐分类型对盐结皮硬度、pH值影响较大，对抗剪切力、电导率影响较小，矿化度和盐分类型交互对盐结皮的硬度、抗剪切力、pH值、电导率的影响均比较大，其中对于硬度的影响最大。这说明盐结皮的基本理化性质受矿化度和盐分类型共同影响。盐结皮的形成是由于水分和可溶性盐分汇聚在地表后水分蒸发，盐分结晶和土壤颗粒结聚而成，不同盐分形成的盐结皮结晶数量也不同。矿化度同为5、10、30 g/L时不同盐分所形成的盐分结晶数量相差不大，因此各盐结皮硬度之间无显著性差异。20 g/L KCl盐结皮形成的结晶数量较少，因此硬度显著低于其他盐分。随着灌溉水矿化度的增加，晶体几乎会填满土表所有孔隙，同种盐分所形成的盐结皮硬度逐渐增大。不同盐分之间NaCl盐结皮硬度变化最大，灌溉水矿化度30 g/L时不同盐分盐结皮硬度均达到最大。王大环等[2]利用古尔班通古特沙漠的细沙进行了盐结皮的培育，分析发现随着浓度的增加，Na2SO4盐结皮晶体数量增加，硬度增大，本研究结果发现随着矿化度的增加，30 g/L 时Na2SO4盐结皮硬度显著高于5和10 g/L，与其结果相一致。其抗风蚀能力也会随着硬度的增大而增强。

土壤抗剪切力的大小会受到土壤物理性质的影 响[15]，在土壤水分蒸发的过程中，土壤盐溶液逐渐饱和最终使得不同类型的盐分晶体逐渐析出，从而填满土壤孔隙，从而对抵抗剪切破坏起到一定作用。而且土柱中盐晶体会改变土壤颗粒之间的受力结构，因此会影响到盐结皮的抗压能力[16]。本研究的结果表明，除KCl之外，其他三种盐分随着矿化度的升高，不同盐分结晶和土壤颗粒形成的土壤内部结构稳定性均增强，因此抗剪切力也逐渐增大。不同盐分之间NaCl盐结皮抗剪切力变化最大，且灌溉水矿化度越高其抗剪切力越大，盐结皮抵抗外力压实和破碎的能力也最强。在矿化度同为20 g/L时不同盐分所形成的盐结皮抗剪切力之间无显著性差异。史东梅等[17]研究表明，土壤越紧实，抗剪切力越大，更能有效阻止水分的蒸发。

盐分增加可能导致土壤盐渍化。随灌溉水矿化度的增高，同一盐分离子含量的相对比例发生变化，因而会影响其pH值[18]。本研究结果表明，NaCl盐结皮pH值在30 g/L时显著高于5 g/L，CaCl2盐结皮20、30 g/L时显著高于5、10 g/L，跟盐的水解能力有关。矿化度为5 、10 g/L时，CaCl2盐结皮pH与其他盐分有显著差异性。郭全恩等[18]研究发现，土壤pH值与SO42-、Cl-在全盐中的比例呈极显著负相关关系，与Ca2+、Na+在全盐中的比例呈极显著正相关关系，这与本研究的结果相一致。

土壤盐分、水分、有机质含量、土壤压实度、质地、结构和孔隙率等都不同程度地影响着土壤电导率[19]。本研究结果表明，矿化度增加对盐结皮电导率有不同程度的影响，同一矿化度下，不同盐分电离的离子不同，导电性存在较大差异；随着矿化度的升高电导率也逐渐增大。张越等[20]研究发现盐结皮电导率与灌溉水矿化度均呈线性正相关，与本研究的结果相一致。因此，根据土壤盐结皮人工培育结果，综合分析确定灌溉水矿化度为30 g/L的NaCl溶液为最优盐结皮人工培育条件。

3.2 盐结皮对土壤水分蒸发的影响

不同的气候条件和土壤特性均会影响土壤水分蒸发速率[21]。此外，土壤水分蒸发速率也会受到土壤水分运移速率以及土壤蒸发面的影响[22]。而盐结皮的存在改变了土壤蒸发的界面条件。土壤水分蒸发后可溶性盐离子会在地表结晶，这样不仅会使土壤毛管作用阻断，阻碍水汽向大气扩散，同时还会引起地表反照率发生改变而降低土表温度，从而进一步降低土壤蒸发[13]，因此而导致水分蒸发速率变慢，日蒸发量减少。试验开始前灌水补给充分，蒸发初始阶段各处理土壤含水率一致，MLS内土壤表层水吸力较大，加快了盐溶液的上行速率，使得土壤表面盐分大量聚积，土壤水分在毛管力作用下上升到表层而产生稳定的失水过程。也有研究表明由于气温与土体温度差异较大，所以使得土壤表面水气压梯度较大，造成水蒸气从土柱中逐渐向空气中扩散[23]。不同破损程度的盐结皮土壤水分蒸发损失需要经过一定覆盖面的盐结皮层，如果盐结皮破损程度越大，水分则可以沿毛管上升至土壤表层，该阶段水分蒸发损失较快，日蒸发量较大，土壤累积蒸发量快速增加，土壤水分累积蒸发抑制效率越小。因而破损100%的处理土壤日蒸发量最高，累积蒸发量也最大，而盐结皮无破损处理土壤日蒸发量和累积蒸发量均最小。本研究结果与Shokri-Kuehni等[24]的研究结果一致。因此盐结皮覆盖可以减少土壤水分蒸发，抑制土壤盐分在表层的积累，起到节水保墒和抑盐的作用。

在蒸发过程中，土柱表层不同破损程度的盐结皮含水率逐渐降低，刚开始日蒸发量较高，损失的土壤水分以毛管水为主，蒸发后期主要以水汽扩散为主，因此日蒸发量缓慢降低，土壤累积蒸发量增加变慢，累积蒸发抑制效率基本不变。Zhang等[25]研究发现裸地土壤日蒸发量高于有盐结皮覆盖的土壤，随着灌水后天数的增加土壤累积蒸发量逐渐增大。本研究结果与其基本一致。盐结皮破损100%的处理土壤累积蒸发量与其他处理之间有显著性差异，表明土壤累积蒸发量会因盐结皮破损程度的变化而变化，盐结皮覆盖对于保持较高的土壤含水量以及维持干旱区植物的生长具有积极的意义。

在风沙危害极为严重的干旱荒漠区，盐结皮的存在还可以抵抗风蚀危害[1]，有利于旱区植物的生长发育。此外，荒漠地区没有足够的水分满足植物生长需要，而且干旱的气候条件所导致的土壤强蒸发过程会使盐渍化大面积出现。盐结皮含盐量高，它的存在对于植物也是一个潜在威胁[6]。如何充分发挥盐结皮的保水抑盐功能，降低其危害风险，达到水盐相互协调，有关这方面的问题值得进一步探究。

4 结 论

通过室内人工培育土壤盐结皮理化指标的分析，确定了盐结皮的最适培育方法，并对其不同破损程度影响下的土壤蒸发过程进行分析，得出以下主要结论：

1）土壤盐结皮的人工培育是可行的。随着灌溉水矿化度的升高，不同盐分所培育的盐结皮硬度、抗剪切力、pH、电导率均有不同程度的增加，综合分析确定矿化度为30 g/L的NaCl盐溶液进行盐结皮的人工培育为最适培育条件，此时培育的结皮的硬度为24.17 kg/cm2，抗剪切力为6.73 kg/cm2，pH 值为7.45，电导率为3.77 mS/cm。

2）盐结皮对土壤水分蒸发具有明显的抑制作用，且随着破损率的增加抑制作用逐渐减弱。日蒸发量随盐结皮破损程度的增加而增加，并随灌水后天数的增加而逐渐降低；土壤累积蒸发量随灌水后天数以及盐结皮破损程度的增加而逐渐增加，不同处理之间土壤累积蒸发量均呈线性递增变化关系；土壤累积蒸发抑制效率随盐结皮破损程度的增加而降低，随灌水后天数呈先递增后基本不变，破损50%和无破损在第7天达到最大值（30.20%和58.84%），破损25%在第4天达到最大值（44.04%）。

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Artificial cultivation of soil salt crust and effects of its damage rate on soil evaporation

Zhang Jianguo1,2, Li Hongwei1, Li Yafei1, Li Yunuo1, Ma Yue1, Tian Lele1, Zhang Yuxin1

(17121002712100)

Soil salt crust is widely developed in arid and semi-arid areas, which has great impacts on earth surface soil hydrological processes, and interference of external forces on mechanical damage of salt crust is common. Shifting aeolian sandy soil in the Taklimakan Desert was taken as an example, different salt solutions (NaCl, Na2SO4, CaCl2, KCl) of different salinities (5, 10, 20, 30 g/L) were used to simulate the formation and development of salt crust under saline water irrigation.The air temperature and humidity during the salt crust cultivation were recorded. The optimum artificial cultivation conditions were determined based on the physiochemical properties analysis results of salt crust. Furthermore, the soil evaporation process under the influence of different damage degree of salt crust (damage rates of 100%, 50%, 25% and 0) was monitored. The results showed that the hardness, shear resistance, pH and EC of the salt crust generally increased with the increasing salinity of irrigation water. The thickness and hardness of the crust were the largest for 30 g/L NaCl solution,and its hardness was 24.17 kg/cm2, shear resistance was 6.73 kg/cm2, pH value was 7.45, and EC was 3.77 mS/cm. Daily soil evaporation in micro-lysimeters (MLS) increased with the increasing damage degree of salt crust and decreased with the days after irrigation. Soil accumulative evaporation increased with the days after irrigation and the degree of damage. During the soil moisture evaporation, soluble salts gradually crystallized on the soil surface, which not only blocked soil capillary action, but also inhibited diffusion of water vapor into the atmosphere. Meanwhile, it changed and lowered surface soil temperature, thus further reduced soil evaporation. Thus, the evaporation rate of water gradually slowed down and the amount of evaporation per day reduced. Daily evaporation and cumulative evaporation with 100% soil salt crust were significantly different from the other treatments. Cumulative evaporation inhibition efficiency of salt crust on soil evaporation increased with the increasing time after irrigation, and decreased with the increasing damage degree, which indicated that soil cumulative evaporation would change due to the change of salt crust damage. The cover of salt crust had positive effect on maintaining high soil moisture and plant growth in arid regions. Cumulative evaporation inhibition efficiency of salt crust increased with the days after irrigation, and decreased with the increasing damage rate. When the crust was damaged by 50% or 0, the cumulative evaporation inhibition efficiency reached the maximum on the 7thday. When the crust damage rate was 25%, the maximum evaporation inhibition efficiency was on the 4thday.The maximum cumulative evaporation inhibition efficiency of salt crust without damage was 58.84%, while it was only 30.20% under damaged rate of 50%.In summary, soil salt crust could be artificially cultivated, and it has obvious inhibitory effects on soil evaporation, and its damage degree has significant impacts on soil evaporation process. It is of great significance to reveal the hydrological processes of saline soils and to guide the rational utilization of soil and water resources in arid and semi-arid areas.

soils; salts; evaporation; crust; artificial cultivation; physiochemical properties; damage degree

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.015

S161.4

A

1002-6819(2019)-13-0138-07

2019-04-01

2019-06-10

国家自然科学基金项目(41877541、41471222)；中科院水土保持研究所青年人才专项（A315021528）；陕西省大学生科创重点项目（201803141）

张建国，副教授，博士生导师，主要研究方向为土壤水盐运移和荒漠化防治。Email：zhangjianguo21@nwafu.edu.cn

张建国，李红伟，李雅菲，李雨诺，马 悦，田乐乐，张宇新.土壤盐结皮人工培育及其破损程度对土壤蒸发的影响[J]. 农业工程学报，2019，35(13)：138－144. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.015 http://www.tcsae.org

Zhang Jianguo, Li Hongwei, Li Yafei, Li Yunuo, Ma Yue, Tian Lele, Zhang Yuxin.Artificial cultivation of soil salt crust and effects of its damage rate on soil evaporation [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(13): 138－144. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j. issn.1002- 6819.2019.13.015 http://www.tcsae.org