秸稈排水體埋深對鹽漬土水鹽分布的影響及排水抑鹽效果

陸培榕，張展羽，馮根祥，萬長宇，史栩帆

秸稈排水體埋深對鹽漬土水鹽分布的影響及排水抑鹽效果

陸培榕，張展羽※，馮根祥，萬長宇，史栩帆

（1. 南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210098；2. 河海大學(xué)水利水電學(xué)院，南京 210098）

為探究秸稈排水體對鹽漬土水鹽運(yùn)移的影響及其排水排鹽效果，通過室內(nèi)土柱試驗(yàn)，研究在淡水（CK）和微咸水灌水情況下秸稈排水體埋深為40和60 cm時(shí)供試土壤的水鹽分布狀況。結(jié)果表明，入滲階段，濕潤鋒與入滲時(shí)間呈冪函數(shù)關(guān)系，累積入滲量與入滲時(shí)間則可采用Kostiakov模型進(jìn)行擬合；蒸發(fā)階段，秸稈排水體對埋設(shè)深度以下的土體具有明顯的保水作用，40 cm埋深的處理在40～70 cm土層范圍以及60 cm埋深的處理在50～70 cm土層范圍土壤水分變化的相對變化量均＞0；秸稈排水體有利于保持灌水后土壤的脫鹽狀態(tài)，40 cm埋深處理和60 cm埋深處理比無埋設(shè)的對照處理分別減少了19.61%和15.68%的鹽分變化量；秸稈體的排水排鹽效果與灌水礦化度和秸稈排水體埋深密切相關(guān)，灌溉水礦化度適當(dāng)?shù)脑黾雍徒斩掦w的埋設(shè)加深將有利于排水效果的提升，低灌溉水礦化度結(jié)合秸稈體深埋具有更好的排鹽效果。該研究為微咸水灌溉及鹽漬土的開發(fā)利用提供依據(jù)和參考。

排水；入滲；土壤水分；秸稈排水體；鹽漬土；微咸水；水鹽分布

0 引 言

隨著糧食生產(chǎn)的需求量和土地資源的供給壓力不斷增大，合理開發(fā)和利用鹽漬土資源已成為各國農(nóng)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)方向。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國鹽漬土總面積達(dá)3630萬hm2，占可利用土地面積的4.88%，這些鹽漬土中，僅有576.6萬hm2已被開墾[1]。同時(shí)，鹽漬土資源較多的華北、西北等地區(qū)存在大量的微咸水資源[2]。因地制宜地利用微咸水灌溉結(jié)合鹽漬土改良將具有巨大的發(fā)展?jié)摿同F(xiàn)實(shí)意義。

鹽漬土改良試驗(yàn)的主要目的是降低土壤水分蒸發(fā)，抑制或減緩?fù)寥利}漬化，從而使其更適合農(nóng)作物生長[3]。使用隔離層來抑制蒸發(fā)和返鹽是目前常用的田間工程措施，主要包括地表隔離層和地下隔離層2種不同類型。常用的隔離層材料主要包括作物秸稈、地膜、砂石等[4]。秸稈隔層的方式具有取材就近、成本低廉、利用率高、可再生性強(qiáng)、綠色環(huán)保等綜合優(yōu)點(diǎn)，在改良鹽漬土的研究中被廣泛應(yīng)用。Zribi等[5]研究表明秸稈覆蓋降低了土壤鹽分的表面聚集，減輕了鹽分脅迫對作物生長的抑制。Aimr等[6]研究表明在特殊氣候下鋪設(shè)秸稈將提升土壤連續(xù)耕作的能力；李芙榮等[7]研究發(fā)現(xiàn)在土壤表面下30 cm采用秸稈深層覆蓋會(huì)在土壤中形成毛細(xì)管障礙層，破壞土壤結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，對于調(diào)控土壤水分變化抑制土壤鹽分上移具有積極的作用；Bhatt等[8]研究表明，秸稈埋設(shè)方式、覆蓋深度和覆蓋量的不同會(huì)對土壤保墑和抑制鹽分產(chǎn)生影響。

作物秸稈在先前的研究中所采用的諸多埋設(shè)形式，雖具有一定的改良效果，但實(shí)際操作起來比較復(fù)雜，在大田中的可行性不高。探究一種行之有效且操作簡單的秸稈布設(shè)方式將有利于秸稈還田的工作的進(jìn)一步普及。本試驗(yàn)在使用作物秸稈的基礎(chǔ)上增加其排水的作用，模擬暗管排水的方式，研究不同微咸水礦化度灌溉條件和不同秸稈體埋設(shè)深度對江蘇濱海地區(qū)鹽漬土水鹽運(yùn)移的影響，以期為作物秸稈和微咸水資源的開發(fā)利用及鹽堿化防治提供技術(shù)和理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)為河海大學(xué)南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，位于南京市江寧區(qū)（31°86′ N、118°60′ E），氣候類型為北亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均降水量為1 021.3 mm，年平均蒸發(fā)量約為900 mm，年平均日照時(shí)數(shù)為2 212.8 h，年平均氣溫15.7 ℃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

土壤取自河海大學(xué)節(jié)水灌溉園區(qū)，取土深度為40 cm，土壤粒徑組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為砂粒（＞0.02～2 mm）21.06%，粉粒（＞0.002～0.02 mm）36.98%，黏粒（0～0.002 mm）41.96%，土壤質(zhì)地為黏土。用環(huán)刀法測得土壤的飽和含水率為33.61%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。土壤取回后均勻摻拌，自然風(fēng)干，并過5 mm篩，風(fēng)干后含水率為8%。測其初始含鹽量并按比例摻加NaCl模擬含鹽量為5 g/kg的鹽土。

本試驗(yàn)裝置采用長方體有機(jī)玻璃透明土槽，土槽高120 cm，長寬均為40 cm，土槽底部留有10 cm儲(chǔ)水層，水層上用鑿洞有機(jī)玻璃板分隔并覆蓋0.5 cm厚無紡布防止土壤浸滲。將土樣按容重1.40 g/cm3分層填裝，裝土?xí)r選擇每次控制深度為10 cm，壓實(shí)完畢用刷毛梳理土壤表層后再裝填下一層，以保證裝填土層接觸良好。在土槽的兩側(cè)分別開有2排口徑為1 cm間距10 cm的測量孔，用于儀器探針的插入。灌水時(shí)用橡膠塞封口，防止水分和土壤的流失。在土槽底部通過馬氏瓶連接橡膠軟管對底部水層持續(xù)供給含鹽量為5 g/L的水，并保持地下水埋深穩(wěn)定在土壤表面以下80 cm處。試驗(yàn)中使用干枯水稻秸稈，用雙層無紡布將水稻秸稈外包成底面直徑15 cm、高40 cm的圓柱體，并用細(xì)塑料繩捆綁定形，測得其平均質(zhì)量為2.7 kg。試驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Equipment sketch of experiment

試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table1 Experimental design

為探究灌溉水的入滲特性以及秸稈體的排水脫鹽效果，控制灌水量為35 L，以模擬發(fā)生漬澇災(zāi)害時(shí)的土壤條件。試驗(yàn)的模擬作物為小麥，其根系多分布于0～40 cm的土層中，為發(fā)揮排水作用以及不影響作物根系的正常生長，選擇40和60 cm共2種埋設(shè)深度，0、3、5 g/L 3種灌水礦化度，選不埋設(shè)秸稈且淡水灌溉為對照（CK），共設(shè)7種處理，每種處理重復(fù)3次（表1）。試驗(yàn)灌水時(shí)使用高120 cm、底面積為225 cm2的大馬氏瓶對每組灌入對應(yīng)礦化度的水，并記錄入滲時(shí)間。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤含水率和含鹽量

記錄各組處理灌水后的濕潤鋒運(yùn)移狀況及入滲量，當(dāng)濕潤鋒達(dá)到地下水位時(shí)停止記錄。記錄單位時(shí)間內(nèi)大馬氏瓶的水位下降高度，灌水過程中控制試驗(yàn)的入滲水頭為2 cm，當(dāng)濕潤峰運(yùn)移到秸稈體埋設(shè)深度時(shí)停止記錄。灌水后1、25 d在土槽各取土孔處利用TDR-MUS鹽分傳感器（波蘭農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院）測量不同深度土層的電導(dǎo)率值和含水率，測量范圍為土柱表層至70 cm深度，通過經(jīng)驗(yàn)公式[9]將電導(dǎo)率換算成土壤含鹽量，g/kg。

為深入了解秸稈體的保水情況，利用式（1）計(jì)算埋設(shè)秸稈體處理相對于對照的土壤水分變化的相對變化量R（%）：

式中B1為對照處理某一土層灌后1 d的含水率減去灌后25 d的含水率，g/kg；B2為埋設(shè)秸稈體處理的某一土層灌后1 d的含水率減去灌后25 d的含水率，g/kg。R＞0說明該土層范圍內(nèi)埋設(shè)秸稈體處理的保水效果優(yōu)于對照處理，R＜0則不如對照處理。

1.3.2 秸稈排水體排水排鹽

秸稈排水體的排水出口通過塑料軟管連接到塑料桶中，通過量杯測量各處理的排水量，L；排水過程結(jié)束后，每組處理取1 L的排水水樣通過蒸發(fā)結(jié)晶法測出水樣的含鹽量，然后計(jì)算各處理全部排水中的排鹽量，g。

1.3.3 排水效率和排鹽效率

式中Rs為排水效率；VD為秸稈體排水量，L；VI為灌水量，L。

式中Rsi為排鹽效率；Y1為灌溉水含鹽量，g；Y2為秸稈排水體排出的鹽分，g；Y3為秸稈體埋設(shè)深度以上土層含鹽量，g。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用EXCEL和SPSS 20處理系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈體埋設(shè)對土壤水分入滲的影響

圖2表明在相同秸稈排水體埋設(shè)深度，不同灌水礦化度的處理濕潤鋒和累積入滲量隨時(shí)間的變化。當(dāng)濕潤鋒推進(jìn)至60 cm處時(shí)T1～T6分別歷時(shí)128、163、247、144、157、289 min，濕潤鋒推進(jìn)速率表現(xiàn)為T1＞T2＞T3，T4＞T5＞T6；當(dāng)入滲過程結(jié)束時(shí)T1～T6分別歷時(shí)205、265、370、200、280、385 min。入滲速率表現(xiàn)為T1＞T2＞T3，T4＞T5＞T6。說明在秸稈體埋深相同的情況下，各處理濕潤鋒達(dá)到相同深度或累積入滲量達(dá)到相同數(shù)量時(shí)，灌水礦化度越高的處理需要的時(shí)間越少，而在灌水礦化度一致時(shí)，濕潤鋒推進(jìn)速率和入滲率均表現(xiàn)為T1＞T4，T2＞T5，T3＞T6說明秸稈排水體埋深40 cm的處理比60 cm的處理具有更快的濕潤鋒推進(jìn)速率以及入滲率。40 cm埋深的處理先接觸到埋設(shè)秸稈排水體的土層，加快了濕潤鋒的推進(jìn)速率，此外，秸稈體本身具有蓄水性能[10]，對土壤水的入滲起到促進(jìn)作用。

圖2 不同處理濕潤鋒及累積入滲量隨時(shí)間的變化Fig.2 Dynamic change of wetting front and cumulative infiltration under different treatments

擬合6組處理濕潤鋒的推進(jìn)距離與入滲時(shí)間之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)其符合冪函數(shù)分布：

式中l(wèi)為濕潤鋒的推進(jìn)深度，cm；t為入滲歷時(shí)，min；a、b為擬合參數(shù)。

采用Kostiakov入滲公式[11]，對入滲量進(jìn)行擬合：

式中L為累積入滲量，cm；A、B為擬合參數(shù)。

各組處理濕潤鋒的推進(jìn)距離和累積入滲量與入滲時(shí)間的擬合結(jié)果見表2。表2中擬合R2＞0.9，說明對于濕潤鋒的與時(shí)間的關(guān)系擬合以及Kostiakov入滲公式對埋設(shè)秸稈體的土體具有較好的適用性，特別是對灌水礦化度低的處理R2更高。

表2 濕潤鋒、累積入滲量與時(shí)間的擬合參數(shù)值Table2 Parameter fitting of wetting front and cumulative infiltration versus time

2.2 秸稈體埋設(shè)對土壤水鹽垂直運(yùn)移的影響

2.2.1 土壤水分垂直分布

在土壤水鹽垂直方向運(yùn)移的過程中，由于灌溉水的不同礦化度會(huì)對土壤水鹽運(yùn)移存在影響。本文選擇CK、T3、T6這3組灌溉水礦化度為0的處理進(jìn)行分析研究。圖3為T3、T6和CK在灌后1 d和灌后25 d的各土層土壤含水率分布。灌后1 d在0～70 cm土層，含水率大小表現(xiàn)為CK＞T3＞T6。3組處理灌后1 d的含水率均呈現(xiàn)出先減小后增大的現(xiàn)象，其含水率的最大值出現(xiàn)在土壤表層，最低值出現(xiàn)在10～20 cm土層中。在相同的灌水條件下，由于秸稈體可以向外排出水分，T3和T6處理在灌后1 d土壤含水率較沒有秸稈埋設(shè)的CK處理低。由于秸稈排水體的排水條件是當(dāng)?shù)叵滤惶浇斩掦w處時(shí)才會(huì)有水排出，所以埋設(shè)較深的T6會(huì)先與T3排出水分，故T6的土壤含水率低于T3。灌后25 d各組處理的含水量分布情況上的差異主要體現(xiàn)在0～30 cm的土層，為CK＞T6＞T3，在30～70 cm的土層范圍中，3組處理差異明顯減少，這是由于在均質(zhì)的土壤中埋設(shè)秸稈體破壞了原有土壤毛細(xì)管的連續(xù)性，從而抑制下層土壤的水分對上層土壤的補(bǔ)給，也降低了秸稈層以下土壤水分的蒸發(fā)和散失[2]。

圖3 灌后1和25 d不同處理土壤水分分布Fig.3 Soil moisture distribution after 1 and 25 d of irrigation for different treatments

2.2.2 不同處理土壤水分變化的比較

為了解不同埋設(shè)深度的秸稈體對土壤含水率變化量的影響，計(jì)算不同埋設(shè)方式下土壤水分變化的相對變化量，如圖4所示。

圖4 埋設(shè)秸稈體處理灌后25 d土壤水分變化的相對變化量Fig.4 Relative change of soil moisture variation under treatments with straw draining piece after 25 d of irrigation

圖4 a表明T3處理在0～30 cm土層范圍土壤水分變化的相對變化量率為負(fù)值，在40～70 cm范圍內(nèi)為正值。圖4b表明T6處理在0～40 cm土層范圍土壤水分變化的相對變化量為負(fù)值，在50～70 cm范圍內(nèi)為正值。2組處理土壤水分變化的相對變化量均隨土壤剖面呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，在10～30 cm土層的保水效果最低T3（-32.81%～-6.78%）、T6(-34.62%～-14.24%)，在50～70 cm的保水效果最佳T3(15.41%～37.21%)、（42.55%～71.08%），可見，秸稈體具有在蒸發(fā)階段保持土壤含水率的作用，但這個(gè)作用主要體現(xiàn)在其埋設(shè)深度以下的土層中，埋設(shè)深度越淺則保水范圍越大，深度越深保水效果越明顯。

2.2.3 土壤鹽分的垂直分布影響

圖5a中可以看出土層0～60 cm范圍內(nèi)各土層得到了不同程度的淋洗，表層脫鹽程度最大CK為79%，T3為80%，T6為82%，3組處理均表現(xiàn)為土壤含鹽量隨著土層深度增加而增大，并在60～70 cm范圍出現(xiàn)了鹽分累積（土壤含鹽量大于初始值）。灌后1 d各土層土壤含鹽量大小為CK＞T3＞T6，含鹽量差異主要體現(xiàn)在埋設(shè)了秸稈排水體的30～60 cm土層。從圖5b可以看出，由于蒸發(fā)導(dǎo)致的土壤返鹽，使得3組處理的脫鹽范圍和脫鹽程度均有所下降，各土層含鹽量大小仍為CK＞T3＞T6。對比灌后1和25 d，3組處理各土層平均鹽分變化量為CK（0.51 g/kg）、T3（0.41 g/kg）、T6（0.43 g/kg），T3、T6平均鹽分變化量比CK減小19.61%和15.68%?？梢?，埋設(shè)秸稈排水體的處理更有利于保持灌水后土壤的脫鹽狀態(tài)，抑制地下水的返鹽。

圖5 灌后1和25 d不同處理土壤鹽分分布Fig.5 Soil salinity distribution of 1 and 25 d after irrigation under different treatments

2.3 排水排鹽效果影響分析

表3反映了6組埋設(shè)秸稈體的處理在灌水后的排水狀況。多因素方差分析表明，埋設(shè)深度與灌水礦化度對排水狀況相關(guān)指標(biāo)的互作效應(yīng)均不顯著（P＞0.05）。除灌水礦化度對排鹽量的影響不顯著外（P＞0.05），秸稈體埋設(shè)深度與灌水礦化度對排水狀況有關(guān)指標(biāo)的影響均達(dá)到顯著水平（P＜0.05），且埋設(shè)深度對排水狀況相關(guān)指標(biāo)的影響均高于灌水礦化度對排水狀況相關(guān)指標(biāo)的影響。由表3可知，T6、T5、T4的排水量分別比T3、T2、T1高65%、68%、60%（P＜0.05），且前者排鹽量分別比后者高148%、125%、95%（P＜0.05），這可能是由于秸稈體60 cm埋設(shè)的處理相比于40 cm埋設(shè)的處理可以調(diào)控更多埋設(shè)深度以上土層的水分和鹽分。在相同埋深不同礦化度的灌溉條件下，灌水礦化度為5 g/L的處理比3和0 g/L的處理多7%～25.6%的排水量（P＜0.05），而灌水礦化度對排鹽量的影響并不顯著。

表3 不同處理的排水排鹽狀況Table3 Drainage and salt removal results under different treatments

不同處理排水效率為T4＞T1、T5＞T2、T3＞T2（P＜0.05），說明排水效率隨秸稈體埋深的減小而減小。在60 cm埋深的處理中，T6排水效率比T4、T5分別低19.5%和13.5%（P＜0.05），說明增加灌溉水礦化度，加深秸稈體埋深將提升排水效率。在排鹽效率方面，秸稈埋深為40 cm時(shí)，T3＞T2＞T1，排鹽效率隨灌溉水礦化度增加而減?。≒＜0.05）。對于同一礦化度的處理，秸稈埋深60 cm時(shí)排鹽效率顯著高于秸稈埋深為40 cm的處理（P＜0.05），可見排鹽效率隨秸稈體埋深增加而增加。因此，降低灌溉水礦化度、增加秸稈體埋深將提高排鹽效率。

3 討 論

本試驗(yàn)中，由于秸稈體孔隙度高于土壤，將會(huì)加快濕潤鋒的推進(jìn)速率，提升入滲速率，這與有關(guān)砂石夾層和秸稈夾層的研究[12-13]結(jié)果一致，這是由于秸稈排水體并未將某一土層完全充斥，所以不會(huì)徹底切斷土體之間的聯(lián)系，但秸稈體會(huì)破壞埋設(shè)深度范圍內(nèi)土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，增強(qiáng)土壤的滲透性，加快了灌溉水的入滲速率，且秸稈體所控制的地下水位以上土層范圍越廣則入滲速率越明顯。此外采用微咸水入滲時(shí)的累積入滲量及濕潤鋒推進(jìn)深度均大于淡水入滲情況，與李芙榮等[7]研究結(jié)果一致。

在灌后蒸發(fā)階段，試驗(yàn)中埋設(shè)秸稈體的處理在土壤耕作層范圍內(nèi)的含水率比無埋設(shè)的CK處理低，秸稈排水體能顯著減緩秸稈體埋設(shè)深度以下土壤的水分散失，但不能減緩上層土壤的蒸發(fā)。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是秸稈體具有大于土壤的孔隙率，使得秸稈體周圍土壤內(nèi)的水分匯集于秸稈體內(nèi)，秸稈體埋設(shè)位置附近土壤的含水率降低，低含水率土層的存在將促進(jìn)地下水的上滲，使得秸稈體埋設(shè)深度以下的土層含水率維持穩(wěn)定，上部土層由于沒有水分的持續(xù)供給，導(dǎo)致土壤水分變化的相對變化量出現(xiàn)了負(fù)值。T3、T6這2組處理的土壤含鹽量在灌水后均出現(xiàn)明顯下降，并在0～60 cm內(nèi)形成了脫鹽區(qū)，含鹽量比CK低，這與楊東等[14-15]關(guān)于秸稈覆蓋可以降低土壤鹽分的研究結(jié)果相似；在蒸發(fā)過程中，秸稈體能有效抑制地下水上升而引起的土壤返鹽，T3和T6的土壤平均鹽分變化量分別比CK低19.61%和15.68%，說明埋設(shè)秸稈排水體的處理具有更強(qiáng)的保持土壤脫鹽狀態(tài)的能力，這與喬海龍等[4,16]關(guān)于秸稈深層覆蓋的研究結(jié)果一致?？芍?，秸稈排水體繼承了秸稈覆蓋和秸稈深埋相應(yīng)的改良土質(zhì)的特性。

當(dāng)灌水礦化度一致時(shí)，埋設(shè)深度較深的處理具有更高的排水量、排鹽量、排水效率和排鹽效率，這與艾天成等[17]對排水機(jī)理相同的排水暗管的研究結(jié)果相似。在相同的埋設(shè)深度下，礦化度越高則排水效率隨之提升，這與陳陽等[18]關(guān)于暗管排水條件下微咸水灌溉特性的研究結(jié)果相一致。高礦化度的微咸水能在一定程度上改變土壤的結(jié)構(gòu)特征[19-20]，土壤結(jié)構(gòu)對土壤的入滲能力，溶質(zhì)遷移等有直接的影響[21-22]，低礦化度的入滲水淋洗的時(shí)間較長，土壤中的可溶性鹽的溶解更充分，而灌水礦化度大的處理排鹽效率相對較低可能是由于當(dāng)入滲水礦化度較高時(shí)，水分的入滲的能力強(qiáng)，但過高的滲透能力使得鹽分尚未充分溶解，水分已入滲完畢的情況[23]?？梢娸^高礦化度的微咸水灌溉雖然顯著提升了排水效果但并不利于土壤鹽分的淋洗。

排水模式的設(shè)計(jì)初衷是保證作物生長的土壤水分，減少養(yǎng)分的流失[24]。鹽漬土的改良根本措施是“洗鹽排鹽”[25-27]，秸稈排水體在減小秸稈隔層埋設(shè)范圍的同時(shí)模仿暗管排水的方式，對鹽漬土進(jìn)行洗鹽排鹽，達(dá)到改良土質(zhì)的目的。秸稈排水體作為一種有機(jī)排水材料，埋入土壤后會(huì)隨時(shí)間自動(dòng)降解，進(jìn)而保證作物根系范圍土壤的養(yǎng)分，加之其具有滯留水分的作用，從而使得秸稈排水體具有在提升土壤養(yǎng)分的同時(shí)保證作物生長所需的土壤水分的作用。

4 結(jié) 論

1）濕潤鋒推進(jìn)速率和灌溉水入滲速率隨灌水礦化度增加而增加，隨秸稈排水體埋設(shè)深度加深而減小。濕潤鋒與入滲歷時(shí)符合冪函數(shù)分布，Kostiakov入滲公式在埋設(shè)了秸稈排水體的土壤中具有較好的適應(yīng)性。

2）秸稈排水體具有明顯的保水的作用，該作用主要體現(xiàn)在埋設(shè)深度以下土壤，埋深越淺保水作用發(fā)揮的范圍越大，深度越深則保水效果越明顯。秸稈體的存在將有利于保持灌水土壤的脫鹽狀態(tài)，抑制土壤的返鹽。在淡水灌溉的條件下，40 cm埋深處理和60 cm埋深處理比對照可分別降低蒸發(fā)過程中19.61%與15.68%的鹽分增加量。

3）秸稈排水體埋設(shè)深度和灌水礦化度對排水狀況產(chǎn)生顯著影響，在微咸水礦化度范圍內(nèi)，加深秸稈體埋深將提升排水效率；降低灌水礦化度、增加秸稈體埋設(shè)深度將提升土壤的排鹽效果。

由于農(nóng)田試驗(yàn)存在較大的變異性和隨機(jī)性，本文尚未對秸稈排水體在實(shí)際農(nóng)田中的應(yīng)用效益進(jìn)行試驗(yàn)，在后期的研究中將會(huì)開展多年的田間試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)，可考慮運(yùn)用相關(guān)的土壤水鹽運(yùn)移模型進(jìn)行模擬驗(yàn)證，探究秸稈排水體的多年效應(yīng)及可行性。

[1] 付騰飛. 濱海典型地區(qū)土壤鹽漬化時(shí)空變異及監(jiān)測系統(tǒng)研究應(yīng)用[D]. 青島：中國科學(xué)院研究生院，2015.

Fu Tengfei, The Temporal and Spatial Variation of Soil Salinization in Typical Coastal Area and Application Research of the Monitoring System[D]. Qingdao: University of Chinese Academy of Science, 2015. (in Chinese with English abstract)

[2] 王全九，單魚洋. 微咸水灌溉與土壤水鹽調(diào)控研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，46(12)：117－126.

Wang Quanjiu, Shan Yuyang. Review of research development on water and soil regulation with brackish water irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(12): 117－126. (in Chinese with English abstract)

[3] 張士功，邱建軍，張華. 我國鹽漬土資源及其綜合治理[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2000，21(1)：54－58.

Zhang Shigong, Qiu Jianjun, Zhang Hua. Salinized soil resources in china and their comprehensive harnessing[J]. Journal of China Agricultural Resources and Regional Planning, 2000, 21(1): 54－58. (in Chinese with English abstract)

[4] 喬海龍，劉小京，李偉強(qiáng)，等. 秸稈深層覆蓋對土壤水鹽運(yùn)移及小麥生長的影響[J]. 土壤通報(bào)，2006，37(5)：885－889.

Qiao Hailong, Liu Xiaojing, Li Weiqiang, et al. Effect of deep straw mulching on soil water and salt movement and wheat growth[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2006, 37(5): 885－889. (in Chinese with English abstract)

[5] Zribi W, Faci J M, Aragues R. Mulching effects on moisture, temperature, structure and salinity of agricultural soils[J]. Itea-informacion Tecnica Economica Agraria, 2011, 107(2): 148－162.

[6] Amir J, Sinclair T R. A straw mulch system to allow continuous wheat production in an arid climate[J]. Field Crops Research, 1996, 47(1): 21－31.

[7] 李芙榮，楊勁松，吳亞坤，等. 不同秸稈埋深對蘇北灘涂鹽漬土水鹽動(dòng)態(tài)變化的影響[J]. 土壤，2013，45(6)：1101－1107.

Li Furong, Yang Jingsong, Wu Yakun, et al. Effects of straw mulch at different depths on water-salt dynamic changes of coastal saline soil in North Jiangsu Province[J]. Soil, 2013, 45(6): 1101－1107. (in Chinese with English abstract)

[8] Bhatt R, Khera K L. Effect of tillage and mode of straw mulch application on soil erosion in the submontaneous tract of Punjab, India[J]. Soil & Tillage Research, 2006, 88(1/2): 107－115.

[9] 萬長宇，張展羽，馮根祥，等. 暗管排水條件下微咸水灌溉對土壤水鹽運(yùn)移特征的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2016，35(3)：37－41.Wan Changyu, Zhang Zhanyu, Feng Genxiang, et al. Transport feature of soil water-salt by saline water irrigation under subsurface pipe drainage[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2016, 35(3): 37－41. (in Chinese with English abstract)

[10] 史文娟，沈冰，汪志榮，等. 蒸發(fā)條件下淺層地下水埋深?yuàn)A砂層土壤水鹽運(yùn)移特性研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21(9)：23－26.

Shi Wenjuan, Shen Bing, Wang Zhirong, et al. Water and salt transport in sand-layered soil underevaporation with the shallow under ground water table[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2005, 21(9): 23－26. (in Chinese with English abstract)

[11] 羅朋，張富倉，李曉軍，等. 入滲水頭對鹽堿土水鹽運(yùn)移影響的試驗(yàn)研究[J]. 節(jié)水灌溉，2008，154(6)：4－7，11.

Luo Peng, Zhang Fucang, Li Xiaojun, et al. Experimental Study on influence of infiltration head on water and salt transportation in Saline-Alkali soil[J]. Water Saving Irrigation, 2008, 154(6): 4－7, 11. (in Chinese with English abstract)

[12] 張金珠，王振華，虎膽·吐馬爾白. 具有秸稈夾層層狀土壤一維垂直入滲水鹽分布特征[J]. 土壤，2014，45(5)：954－960.

Zhang Jinzhu, Wang Zhenhua, Hudan. Tumaerbai. Distribution characteristics of one-dimensional vertical infiltration water and salt in layered soil with subsurface straw layer[J]. Soil, 2014, 45(5): 954－960. (in Chinese with English abstract)

[13] 曲晨曉，王煒. 土壤剖面中砂質(zhì)夾層的儲(chǔ)水作用及機(jī)理研究[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，16(5)：43－50.

Qu Chenxiao, Wang Wei. Mechanisms of water reserved by sand interlayer in soil profile[J]. Journal of Huazhong Agricultural University, 1997, 16(5): 43－50. (in Chinese with English abstract)

[14] 楊東，李新舉，王梅. 秸稈覆蓋對濱海鹽漬土土壤養(yǎng)分的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2016，30(3)：159－164.

Yang Dong, Li Xinju, Wang Mei. Effects of straw mulching on soil nutrients of the coastal saline soil[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2016, 30(3): 159－164. (in Chinese with English abstract)

[15] 鄭九華，馮永軍，于開芹，等. 秸稈覆蓋條件下微咸水灌溉棉花試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18(4)：26－31.

Zheng Jiuhua, Feng Yongjun, Yu Kaiqin, et al. 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)

[16] 王婧，逄煥成，任天志，等. 地膜覆蓋與秸稈深埋對河套灌區(qū)鹽漬土水鹽運(yùn)動(dòng)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(15)：52－59.

Wang Jing, Pang Huancheng, Ren Tianzhi, et al. Effect of plastic film mulching and straw buried on soil water-salt dynamic in Hetao plain[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(15): 52－59. (in Chinese with English abstract)

[17] 艾天成，李方敏. 暗管排水對澇漬地耕層土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 長江大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，4(2)：4－5，8.

Ai Tiancheng, Li Fangmin. Effect of subsurface drainage on physical and chemical properties of cultivated strata on water-logged land[J]. Journal of Yangtze University, 2007, 4(2): 4－5, 8. (in Chinese with English abstract)

[18] 陳陽，張展羽，馮根祥，等. 濱海鹽堿地暗管排水除鹽效果試驗(yàn)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2014，33(3)：38－41.

Chen Yang, Zhang Zhanyu, Feng Genxiang, et al. Desalination of subsurface pipe drainage in saline-alkali land of coastal areas[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2014, 33(3): 38－41. (in Chinese with English abstract)

[19] 喬冬梅，吳海卿，齊學(xué)斌，等. 不同潛水埋深條件下微咸水灌溉的水鹽運(yùn)移規(guī)律及模擬研究[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2007，21(6)：7－10，15.

Qiao Dongmei, Wu Haiqing, Qi Xuebin, et al. Simulation and movement regularity of soil water and soil salt by brackish water irrigation under condition of different groundwater depth[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2007, 21(6): 7－10, 15. (in Chinese with English abstract)

[20] DeLaune R D, Kongchum M, White J R, et al. Freshwater diversions as an ecosystem management tool for maintaining soil organic matter accretion in coastal marshes[J]. Catena, 2013, 107(7): 139－144.

[21] 張潔，常婷婷，邵孝侯. 暗管排水對大棚土壤次生鹽漬化改良及番茄產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(3)：81－86.

Zhang Jie, Chang Tingting, Shao Xiaohou. Improvement effect of subsurface drainage on secondary salinization of greenhouse soil and tomato yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(3): 81－86. (in Chinese with English abstract)

[22] Bhardwaj A K, Mandal U K, Bar-Tal A, et al. Replacing saline-sodic irrigation water with treated wastewater: Effects on saturated hydraulic conductivity, slaking, and swelling[J]. Irrigation Science, 2008, 26(2): 139－146.

[23] 張展羽，馮根祥，馬海燕, 等. 微咸水膜孔溝灌土壤水鹽分布與灌水質(zhì)量分析[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44(11)：112－116.

Zhang Zhanyu, Feng Genxiang, Ma Haiyan, et al. Analysis of soil water-salt distribution and irrigation performance under brackish water film hole furrow irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013, 44(11): 112－116. (in Chinese with English abstract)

[24] 王少麗. 基于水環(huán)境保護(hù)的農(nóng)田排水研究新進(jìn)展[J]. 水利學(xué)報(bào)，2010，39(6)：697－702.

Wang Shaoli. Advancement of study on farmland drainage technology based on water environment protection[J].Journal of Hydraulic Engineering, 2010, 39(6): 697－702. (in Chinese with English abstract)

[25] Li Xiaobin, Kang Yaohu, Wan Shuqin, et al. Response of symphyotrichum novi-belgii and dianthus chinensis L. tosaline water irrigation in a coastal saline soil[J]. Scientia Horticulturae, 2016, 203(4): 32－37.

[26] 吳文勇，劉洪祿，陳鴻漢，等. 再生水灌區(qū)調(diào)蓄工程對地下水鹽分的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25(12)：22－25.

Wu Wenyong, Liu Honglu, Chen Honghan, et al. Nitrate pollution from agriculture in different hydrogeological zones of the regional groundwater flow system in the North China Plain[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2009, 25(12): 22－25. (in Chinese with English abstract)

[27] 樊修武，池寶亮，焦曉燕，等. 鹽堿地秸稈覆蓋改土增產(chǎn)措施的研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1993，11(4)：13－18.

Fan Xiuwu, Chi Baoliang, Jiao Xiaoyan, et al. Soil improvement and yield increment in salt-alkalined fields by straw mulching[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 1993, 11(4): 13－18. (in Chinese with English abstract)

Effect of straw draining piece depth in soil on water-salt distribution in saline soil and its drainage-salt inhibiting performance

Lu Peirong, Zhang Zhanyu※, Feng Genxiang, Wan Changyu, Shi Xufan
(1. Key Laboratory of Efficient Irrigation-Drainage and Agricultural Soil-Water Environment in Southern China of Ministry of Education, Nanjing 210098, China; 2. College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China)

To explore the drainage performance of straw draining piece and the soil water-salt movement in saline soil, a soil column experiment was established at an indoor laboratory in Hohai University. The soil water salt distribution under the irrigation condition of different salinity of brackish water with the straw draining pieces buried in 40 and 60 cm depth in the soil was investigated. A cylinder drainage body of 40 cm in height and 15 cm in diameter was made using rice straws, enveloped in 5 cm thick non-woven fabric and bound into shape using a plastic cord. The irrigation water was available in 3 gradients by design (0, 3 and 5 g/L) for better simulating a saline soil irrigation area. Irrigation amount of each treatment was 35 L to simulate the waterlogging soil condition. The soil column simulated a soil having an initial salinity of 5 g/kg. The groundwater depth was maintained at 80 cm by connecting to an external Markov bottle and the groundwater salt content was set at 5 g/L. The test was conducted to determine, in the irrigation process, the wetting front distance and cumulative infiltration. Soil salinity and moisture (by mass) in different soil layers at 1 and 25 d after irrigation were determined. Relative change of soil moisture variation after 25 d of irrigation was calculated to reveal the ability of inhibiting soil evaporation or leakage of straw piece. In the drainage process, the drainage, salt removal, drainage efficiency and salt removal efficiency were then estimated from these measurements. The results showed that the infiltration duration and the wetting front distance conformed to a power function, the infiltration rates of soils with straw draining piece could be simply fitted by Kostiakov equation. Straw piece had the ability to inhibit soil moisture variation and groundwater reverse osmosis effect, the relative change of soil moisture variation in the soil depths below the straw piece was above 0 both in the treatment with 40 or 60 cm burial depth. Straw piece also helped keep the desalination state after irrigation and reduce the salt accumulation, and the treatments with 40 cm and 60 cm burial depth could reduce the salinity variation by 19.61% and 15.68%, respectively, compared to the treatments of CK. When the brackish water was used to irrigate, the salinity of irrigation water and the depth of straw piece buried both had impact on the effect of drainage and desalination. Increasing the salinity of irrigation water or burying straw pieces deeper could improve the performance of drainage and decreasing the salinity of water combined with straw piece deeply buried body could show better desalting effect. The research provides a new way of straw utilization in field and also a reliable technique for the development and utilization of brackish water irrigation in saline soil.

drainage; infiltration; soil moisture; straw draining piece; saline soil; brackish water; water-salt distribution

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.05.017

S156.4+2

A

1002-6819(2017)-05-0115-07

陸培榕，張展羽，馮根祥，萬長宇，史栩帆. 秸稈排水體埋深對鹽漬土水鹽分布的影響及排水抑鹽效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(5)：115－121.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.05.017 http://www.tcsae.org

Lu Peirong, Zhang Zhanyu, Feng Genxiang, Wan Changyu, Shi Xufan. Effect of straw draining piece depth in soil on water-salt distribution in saline soil and its drainage-salt inhibiting performance[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(5): 115－121. (in Chinese with English abstract)

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.05.017 http://www.tcsae.org

2016-08-20

2016-12-10

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51579069）；高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃項(xiàng)目（B12032）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（2015B42314）

陸培榕，男，博士生，江蘇揚(yáng)州人，主要從事灌溉排水理論及技術(shù)研究。南京 河海大學(xué)水利水電學(xué)院，210098。

Email：lupeirongaaron@126.com

※通信作者：張展羽，男，教授，江蘇泰州人，博士生導(dǎo)師，主要從事灌溉排水理論及技術(shù)研究。南京 河海大學(xué)水利水電學(xué)院，210098。

Email：zhanyu@hhu.edu.cn