棉稈隔層對土壤水分入滲及水鹽分布的影響
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摘要 采用室內土柱試驗，研究了裸地、棉稈隔層表層放置及棉稈隔層15、30、45、60 cm處放置6個處理的土壤入滲特征及入滲后土壤水鹽分布。結果表明，棉稈隔層的設置降低了土壤入滲速率和累積入滲量，有利于棉稈隔層以上鹽分的淋洗;秸稈隔層的設置降低了土壤水分的蒸發，有利于隔層以下土壤水分的保持;各處理鹽分均出現表聚，其中秸稈表層覆蓋鹽分表聚最小。研究結果可以為鹽堿地改良提供依據。
關鍵詞 棉稈隔層;土壤入滲;土壤水鹽
中圖分類號 S152.72 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2019）10-0138-02
Abstract The indoor soil column infiltration experiments were carried out to study the effects of cotton straw interlayer on soil water infiltration and the distribution of soil water and salt.Six treatments were set in the experiment，including bare soil surface without cotton straw，soil surface with cotton straw，and different depths below soil surface（15 cm，30 cm，45 cm and 60 cm）.The results showed that cotton straw interlayer reduced soil infiltration rate and cumulative infiltration，which was benefit for soil salt leaching above the cotton straw interlayer.The cotton straw interlayer reduced the evaporation of soil moisture，which was benefit for maintain soil moisture below interlayer.Surface aggregetion of salt occurred in all treatments，the surface concentrdtion of soil salt was minimal in treatment of soil surface covered with cotton straw.
Key words cotton straw interlayer;soil infiltration;soil water and salt
新疆南疆是我國主要的優質棉生產基地，也是我國土壤鹽堿化最嚴重的地區之一。常規鹽分淋洗主要采用大定額的冬、春灌洗壓鹽，在鹽分淋洗過程中導致地下水位上升，地下水在毛細管作用下向土壤淺層運移，同時溶解在地下水中的鹽分也隨毛細管向土壤淺層遷移，水分蒸發后鹽分留在地表，尤其是在凍融過程中，土壤淺層尤其表層積鹽明顯[1]。
國內外很多學者研究表明，在地下埋設隔層可以打斷土壤毛細管，破壞其連續性，隔斷水鹽上移的通道，達到抑制鹽分表聚的目的[2]。隔層設置可以是砂層[3]、粉煤灰[4]、爐渣[5]、棉稈[6]等材料，均具有良好的隔鹽效果。南疆大面積棉稈還田模式下，不同棉稈埋深下土壤入滲特征及水鹽分布還需要進一步研究。因此，對南疆棉稈還田模式不同棉稈埋深土壤水分入滲和水鹽分布特征進行土柱試驗，探索不同棉稈埋深對土壤水分入滲參數的影響及阻鹽效果，為南疆水鹽調控提供依據。
1 材料與方法
1.1 試驗地點
試驗于2018年5月在塔里木大學試驗基地（東經79°23′33″～81°53′45″，北緯40°20′00″～41°47′18″，海拔高度1 020 m）進行。
1.2 試驗裝置
有機玻璃土柱（高110 cm、內直徑14.5 cm），土柱底部封閉并設有排氣孔，自底部向上10、20、30、40、50、60、70、80 cm處分別均勻設置9個取樣孔，孔徑均為2 cm，取樣孔在同一水平面上且相互錯開，便于取土進行水鹽動態分析，試驗時用橡皮塞堵住取樣孔。
1.3 試驗材料
試驗供試土壤取自試驗基地土樣，土壤質地為粉砂壤土，屬氯化物-硫酸鹽土。將取回的土壤曬干、磨碎，除去雜物后過1 mm土篩備用。
1.4 試驗方法
裝土前，先在土柱底部裝填干凈的砂石層作為反濾層，厚度約為5 cm，可為入滲過程提供一個氣流順暢的入滲環境。按1.4 g/cm3土壤干容重分層裝填試驗土柱，裝填至棉稈埋深高度時，先在土表平鋪2層尼龍布，然后均勻鋪設棉稈隔層。棉稈樣品取自阿拉爾塔里木大學水利與建筑工程學院試驗田，為當季風干棉花棉稈。將棉稈按1∶3∶6（葉∶桃∶稈）、長度3～5 cm進行鋪設，壓實后棉稈隔層厚度為5 cm，棉稈隔層上表面也平鋪2層尼龍布，再將進行分層裝填，裝填至85 cm高度時結束，土柱上部留有5 cm。棉稈埋深設計為裸地、表層覆蓋、埋深15 cm、埋深30 cm、埋深45 cm和埋深60 cm共6個處理。 土柱裝填好后讓土柱自平衡24 h后開始進行入滲試驗。灌水后開始連續記錄濕潤鋒位置。入滲水頭保持5 cm，入滲深度采用前密后疏的時間進行讀取。用乳膠管連接土柱底部排氣孔和容器接滲出液，記錄出水時刻及停止出水時刻，停止出水后，稱量滲出液重量并測定電導率。用土鉆在取樣孔取土，最后用塑料膜將土柱關口封住[7-9]。入滲完成后24 h取樣，土壤含水率采用烘干法測定;試驗用土樣初始含鹽量為2.5 g/kg，土壤含鹽量采用電導率法結合殘漬法測定。
2 結果與分析
2.1 棉稈隔層設置對土壤水分入滲特征的影響
各處理都經歷從入滲快速減少的入滲初期，先平緩減少直至緩慢達到穩定入滲。各處理平均入滲速率和累積入滲量見圖1。棉稈隔層埋置在15 cm和30 cm可明顯降低平均入滲速率，裸地和棉稈埋深60 cm土壤水分平均入滲速率最大且基本一致。由于棉稈隔層的存在，當水分入滲濕潤峰到達棉稈隔層時，棉桿隔層打斷了毛管的連續性，同時棉稈空隙較大，水分先填充棉桿空隙，棉稈和土壤2種不同材料使土壤水勢在土壤中分布連續性打斷，阻礙了土壤水分的下滲，所以使土壤水分平均入滲速率降低。而裸地和棉稈60 cm埋深土壤毛管打斷現象不明顯，致使土壤水分平均入滲速率最大。從累積入滲量看，裸地最大，其次為棉稈埋深60 cm，埋深30 cm最小，累積入滲量和平均入滲速率表現出同樣的結果。
入滲完成后土壤剖面鹽分含量分布見圖2。表層鹽分含量表現為棉稈隔層15、30、45 cm小于裸地、表層覆蓋和60 cm棉稈隔層;而在80 cm深度，埋深30 cm和45 cm土壤鹽分最大。可見棉稈隔層的設置不利于土壤水分的下滲而穿過隔離層，使水分在棉稈隔層以上停留時間增加，從而使土壤中的鹽分充分溶解，最后隨水分向下遷移，由于下滲速度較裸地和棉稈埋深60 cm小，鹽分還沒有排出土柱，在土柱下部進行沉積，所以導致設置棉稈隔層的處理底部鹽分較大，尤其是30、45 cm棉稈埋深。
分析可知，棉稈隔層的設置降低了土壤入滲速率和累積入滲量，使土壤水分在棉稈隔層以上停留時間增加，使隔層以上土壤鹽分得到充分溶解，有利于棉稈隔層以上鹽分的淋洗。
2.2 棉稈隔層設置對土壤水鹽分布的影響
入滲完成后10 d取樣，土壤剖面含水率和鹽分見表1。隨著土壤水分的蒸發，棉稈表層覆蓋不利于土壤水分的蒸發，阻礙土壤表層積鹽，土壤含鹽量最小為0.61 g/kg，其余處理土壤含水率均隨土壤深度的增加而增加。由于棉稈隔層的存在，下部水分難以通過毛細管上升到淺層，致使棉稈埋深15、30、45 cm時棉稈隔層以上含水量明顯降低，70、80 cm深層含水量各處理基本一致。各處理鹽分均出現表聚，不同棉稈隔層設置位置以上鹽分含量均小于裸地處理，其中秸稈表層覆蓋鹽分表聚最小，45 cm棉稈隔層設置鹽分表聚最大。主要是由于棉稈隔層的設置切斷了土壤毛細管的連續性，改變了土體的通透性和導水能力的連續性，形成一種不連續的水分運移通道，形成了土壤毛管水的上移障礙層，減弱了蒸發能力。
3 結論
?。?）棉稈隔層的設置，降低了土壤入滲速率和累積入滲量，使土壤水分在棉稈隔層以上停留時間增加，使隔層以上土壤鹽分得到充分溶解，從而有利于棉稈隔層以上鹽分的淋洗。
（2）秸稈隔層的設置降低了土壤水分的蒸發，有利于隔層以下土壤水分的保持。
?。?）各處理鹽分均出現表聚，不同棉稈隔層設置位置以上鹽分含量均小于裸地處理，其中秸稈表層覆蓋鹽分表聚最小。
4 參考文獻
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[9] 趙永敢.“上膜下秸”調控河套灌區鹽漬土水鹽運移過程與機理[D].北京：中國農業科學院，2014.
基金項目 國家大學生創新創業項目“膜-秸二元覆蓋阻減土壤蒸發和土壤返鹽實驗研究”（201810757047）。
*通信作者
收稿日期 2019-01-18
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