不同種植年限壓砂地土壤鹽分變化規(guī)律研究

趙文舉，唐學(xué)芬，范嚴(yán)偉，張繼義

(蘭州理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院， 甘肅 蘭州 730050)

土壤表層壓砂作為一種古老的覆蓋制度，在我國已有300多年的歷史[1-2]。壓砂地是旱區(qū)勞動(dòng)人民為了克服惡劣的自然環(huán)境，利用河湖沉積或溝壑沖積產(chǎn)生的卵石、礫石和粗細(xì)砂混合體，在土壤表面鋪設(shè)10～20 cm厚的砂石覆蓋層，以蓄水保墑、隔熱保溫、保持土壤肥力、抑制雜草滋生、減輕病蟲危害、協(xié)調(diào)土壤水肥熱氣狀況而創(chuàng)造出的一種以砂石覆蓋和免耕為核心的保護(hù)性耕作模式[3-5]。大量研究表明，壓砂地能有效協(xié)調(diào)和改善土壤水、熱、氣、肥等狀況，達(dá)到土壤和作物之間的生理協(xié)調(diào)，可有效提高降水利用效率，活化土壤潛在肥力，改善土壤的透水性、蓄水能力及通氣性，增加土壤的緩沖性等，為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造較好的環(huán)境條件，最終提高作物產(chǎn)量等[6-9]。由于砂礫層切斷了土壤的毛細(xì)管，減少了土壤水分蒸發(fā)，導(dǎo)致土壤鹽分不能上移，這樣就有效地控制了土壤鹽漬化[10]。

干旱少雨的西北旱區(qū)通過砂石覆蓋來提高天然降水利用率，增加農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，防止土壤鹽漬化，進(jìn)一步發(fā)揮生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益是值得積極探索的課題，加之壓砂地生態(tài)農(nóng)業(yè)促進(jìn)了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了恢復(fù)和改善自然生態(tài)與穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有效統(tǒng)一，故研究砂石覆蓋在鹽堿地改良和綠洲荒漠過渡帶植被恢復(fù)等方面具有重大意義。為此，我們基于野外大田試驗(yàn)，選取不同種植年限、不同土層深度的壓砂地為研究對(duì)象，以裸地為對(duì)比，探討了不同種植年限壓砂地土壤鹽分的運(yùn)移規(guī)律，以期為西北旱區(qū)土壤鹽漬化防治提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于景泰縣蘭州理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地附近。景泰縣位于甘肅省中部，河西走廊東端，甘、內(nèi)蒙古、寧三省(區(qū))交界處，黃土高原與騰格里沙漠的過渡地帶。土壤類型主要為洪積灰棕荒漠土和灰鈣土。景泰縣地處季風(fēng)區(qū)與非季風(fēng)區(qū)過渡地帶，縣境內(nèi)氣候呈現(xiàn)出明顯的大陸性氣候特征，年均降水量185 mm， 7—9月降水量占全年降水量的61.4%，年均蒸發(fā)量3 038 mm，是降水量的16倍。光熱資源豐富，年日照時(shí)數(shù)約為2 725 h，日照百分率62%，年平均太陽輻射約617.8 kJ/cm2，≥0 ℃的活動(dòng)積溫3 614.8 ℃，≥1 0 ℃的有效積溫3 038 ℃，無霜期141 d，年均溫度8.2 ℃，極端最高氣溫36.6 ℃，極端最低氣溫-27.3 ℃。

1.2 試驗(yàn)方法

采用野外實(shí)地試驗(yàn)，根據(jù)壓砂地地理?xiàng)l件、土地利用方式的不同，依托地形，在水平方向上運(yùn)用二維矩形取樣與典型塊取樣相結(jié)合的方法，區(qū)分典型點(diǎn)、例外點(diǎn)和邊界點(diǎn)，在垂直方向上運(yùn)用單一分層取樣和疊加分層取樣相結(jié)合的方法，選擇具有典型代表性的樣地，進(jìn)行樣地土壤的調(diào)查和測(cè)定。

壓砂地的劃分以種植年限為基準(zhǔn)：新壓砂地種植年限為5～10年，中壓砂地種植年限為25～30年。

土壤取土范圍：從地表依次向下，第Ⅰ層0—10 cm、第Ⅱ?qū)?0—20 cm、第Ⅲ層20—30 cm、第Ⅳ層30—50 cm。

測(cè)試方法：采用電導(dǎo)儀法進(jìn)行測(cè)定，以裸地(無植被覆蓋)為對(duì)照組。

1.3 壓砂地的砂石顆粒級(jí)配

不同種植年限壓砂地砂石顆粒級(jí)配見表1。

表1 壓砂地砂石顆粒級(jí)配

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植年限壓砂地的含鹽量分析

土壤表層壓砂可減小地表產(chǎn)流、抑制土壤蒸發(fā)、防止土壤次生鹽漬化、改善土壤理化性質(zhì)。裸地、新壓砂地、中壓砂地各土層含鹽量變化如圖1所示。

圖1 不同種植年限壓砂地各土層電導(dǎo)率變化趨勢(shì)

由圖1可得，裸地、新壓砂地、中壓砂地各土層的電導(dǎo)率都隨土層深度的增加而增加，各土層電導(dǎo)率與土層深度呈指數(shù)正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)變化范圍0.948 6～0.964 7。就裸地而言，電導(dǎo)率隨土層深度增加幅度較大，每一層較前一層分別增加了84%、16%和28%；新壓砂地電導(dǎo)率隨土層深度增加趨近平緩, 增加率分別為10%、23%和44%；中壓砂地各土層電導(dǎo)率變化幅度不大，每層較前一層只增加了5%。土壤表層壓砂對(duì)土壤表層的鹽分聚積具有較強(qiáng)的抑制作用，從而影響土壤鹽分的遷移。隨著土層深度的增加，表層壓砂的作用減弱，對(duì)土壤鹽分轉(zhuǎn)移的抑制作用也減弱，所以隨著土壤深度的增加，土壤鹽分反而增加。

裸地和不同種植年限壓砂地在相同土層內(nèi)電導(dǎo)率變化趨勢(shì)為：裸地>新壓砂地>中壓砂地。隨種植年限的增加，壓砂地土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，對(duì)土壤鹽分轉(zhuǎn)移的抑制作用加強(qiáng)，所以土壤電導(dǎo)率隨之減小。

2.2 不同種植年限壓砂地各土層含鹽量分析

通過比較裸地和不同種植年限壓砂地各土層電導(dǎo)率(圖2)，可得出隨著種植年限的增加，壓砂地土壤鹽分明顯下降，各層均低于裸地，這與許強(qiáng)等的研究是一致的[11]。

圖2 不同種植年限壓砂地不同土層平均電導(dǎo)率比較

2.3 不同種植年限壓砂地平均電導(dǎo)率分析

裸地與不同種植年限壓砂地土壤平均電導(dǎo)率見表2。

表2 各地類平均電導(dǎo)率 ms/cm

表2說明，從裸地演變到中壓砂地的過程就是壓砂地土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的過程，就是說隨種植年限的增加，土壤表面壓砂有抑制鹽分聚積作用，從而導(dǎo)致土壤鹽分降低、電導(dǎo)率下降。

3 結(jié)論與討論

通過野外大田試驗(yàn)，探討了壓砂地土壤鹽分的變化規(guī)律，可得出以下結(jié)論：

(1)新壓砂地、中壓砂地與裸地的電導(dǎo)率隨著土壤土層深度的增加而增加，各土層平均電導(dǎo)率排序?yàn)槁愕?新壓砂地>中壓砂地。隨著土層深度增加裸地呈現(xiàn)出明顯的增加趨勢(shì)，而中壓砂地和新壓砂地的增加相對(duì)平緩。土壤表層壓砂對(duì)土壤表層的鹽分聚積具有較強(qiáng)的抑制作用，從而抑制了土壤鹽分的轉(zhuǎn)移，可有效防止土壤鹽漬化。

(2)各類壓砂地與裸地土壤鹽分綜合相比，裸地>新壓砂地>中壓砂地。隨著壓砂地種植年限的增加，壓砂地土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生演變，壓砂地土壤鹽分明顯下降；土壤表層壓砂使土壤鹽分轉(zhuǎn)移能力下降，從而導(dǎo)致土壤鹽分降低。

(3)壓砂厚度對(duì)各土層電導(dǎo)率或土壤鹽分的影響有待進(jìn)一步研究。

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