黃河三角洲不同土地利用類型土壤微觀結(jié)構(gòu)特征

劉傳孝，李克升，耿雨晗，李全新

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，泰安271018）

0 引 言

世界鹽堿土面積約占土地總面積的25%，廣泛分布在100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)[1-2]。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，中國(guó)鹽堿地面積約34萬(wàn)km2[3]，土壤鹽堿化程度逐年增加，特別是以黃河水為主要灌溉水源的黃河三角洲地區(qū)，土壤鹽堿化更為嚴(yán)重。中國(guó)人口的持續(xù)增長(zhǎng)帶來(lái)了對(duì)糧食需求的增加，利用鹽堿化的土地進(jìn)行作物種植尤為迫切，因此修復(fù)該地區(qū)鹽堿化的土壤格外重要[4-5]。黃河三角洲土地資源豐富，但土壤鹽堿化嚴(yán)重且滲透性差，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展；由于該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的演變和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)工作者不合理的開(kāi)發(fā)利用，導(dǎo)致土地資源開(kāi)發(fā)利用狀況產(chǎn)生較大變化，因而出現(xiàn)了多種土地利用類型[6]。不同土地利用類型的土壤具有不同的結(jié)構(gòu)特征，導(dǎo)致其化學(xué)元素、離子含量乃至水鹽運(yùn)移方式差異性較大，因此研究黃河三角洲鹽堿土的微觀結(jié)構(gòu)、分析其對(duì)土壤性質(zhì)的影響，探索黃河三角洲不同土地利用類型土壤新的修復(fù)途徑迫在眉睫。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于不同土地利用類型鹽堿地的物理、化學(xué)和水文特性做了大量研究。張鵬銳等[7]研究表明，黃河三角洲不同土地利用類型土壤的水分、含鹽量、pH值和離子組成均存在明顯的差異；楚楊等[8]和劉博洋[9]分別對(duì)瑪納斯河流域中下游地區(qū)和吉林地區(qū)不同土地利用類型鹽堿土進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)土壤的有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率、pH值和離子組成存在較大差異。高娃[10]通過(guò)對(duì)土默川平原鹽堿土進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同土地利用類型鹽堿土的容重、毛細(xì)管孔隙度、pH值、堿化度和土壤微生物等方面均存在較大區(qū)別。上述的研究為不同土地利用類型鹽堿地的改良提供了指導(dǎo)，但是局限于鹽堿土的物理、化學(xué)和水文特性方面，較少涉及土壤結(jié)構(gòu)方面。土壤的結(jié)構(gòu)特性對(duì)其物理、水文和力學(xué)等性質(zhì)的顯著影響已經(jīng)被許多學(xué)者所證實(shí)[11-16]。張先偉等[17]研究表明，湛江黏土微觀結(jié)構(gòu)為開(kāi)放式絮凝結(jié)構(gòu)，其孔隙結(jié)構(gòu)為具有較高強(qiáng)度和空間穩(wěn)定性的空間網(wǎng)架系統(tǒng)，獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其具有不良的物理特性。李麗華等[18]研究發(fā)現(xiàn)，沼澤土的礦物成分與蜂窩狀的微觀結(jié)構(gòu)能很好地解釋其壓縮性大、抗剪強(qiáng)度低、流變性和觸變性顯著的工程特性。Jha等[19]研究了不同礦物和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)石灰改良土膨脹性、壓縮性和滲透性的影響。Ahmed[20]利用掃描電鏡和X射線衍射儀對(duì)軟黏土的微觀結(jié)構(gòu)和礦物進(jìn)行了鑒定，并對(duì)其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定。Liu等[21]基于掃描電鏡與力學(xué)試驗(yàn)，研究了察爾汗鹽湖區(qū)不同含鹽量鹽漬土的顆粒間的骨架連接形式與力學(xué)性能的關(guān)系。方祥位等[22-23]針對(duì)陜西蒲城黃土微觀結(jié)構(gòu)提出了骨架顆粒連接的4種接觸形式，并發(fā)現(xiàn)了黃土微觀結(jié)構(gòu)特征與其濕陷性有較好的相關(guān)性。上述文獻(xiàn)主要對(duì)黏土、軟土及黃土的微觀結(jié)構(gòu)與其物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了分析，而對(duì)鹽堿土微觀結(jié)構(gòu)的研究較少，且對(duì)不同土地利用類型土壤微觀結(jié)構(gòu)的研究鮮有涉及。

本文以東營(yíng)市農(nóng)田、草地與灘地鹽堿土為研究對(duì)象，結(jié)合粒度分析、X射線衍射、壓汞和掃描電鏡試驗(yàn)，分析各類鹽堿土的粒度組成、礦物組成、孔隙分布、顆粒排列和孔隙結(jié)構(gòu)特征，揭示各類型鹽堿土微觀結(jié)構(gòu)特性的差異，為黃河三角洲不同土地利用類型鹽堿土的修復(fù)與開(kāi)發(fā)提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黃河三角洲位于黃河入海口處，北臨渤海，東靠萊州灣，地理范圍為東經(jīng) 118o07"～119o10"，北緯 37o14"～38o12"，面積約5 400 km2，大部分位于東營(yíng)境內(nèi)。黃河多次改道形成了崗、坡、洼相間排列的微地貌類型，地勢(shì)西南高東北低，自然比降為1/8 000～1/12 000，海拔低于15 m[24]。該地區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫11.7～12.6℃，極端最高氣溫41.9℃，極端最低氣溫-23.3℃；年平均日照時(shí)數(shù)為2 590～2 830 h；無(wú)霜期211 d；年均降水量為530～630 mm，70%分布在夏季；年平均蒸發(fā)量為750～2 400 mm。

黃河三角洲地區(qū)土地利用類型主要分為耕地、林地、草地、自然濕地、建設(shè)用地和裸地6種類型[6]。耕地、裸地、自然濕地和草地是黃河三角洲地區(qū)最主要的4種土地利用類型，其中耕地面積占該地區(qū)總面積的38.93%，裸地面積占總面積的26.59%，自然濕地和草地分別占總面積的13.14%和8.37%。黃河三角洲林地和建筑用地的面積僅占總面積的12.97%。除幾乎無(wú)植物生長(zhǎng)的裸地外，黃河三角洲地區(qū)的土地類型以耕地、草地與自然濕地為主，因此本文選取此3種土地利用類型鹽堿土作為研究對(duì)象。

1.2 試驗(yàn)材料及方法

1.2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)土樣分別取自山東省東營(yíng)市的農(nóng)田、草地和濕地。滲透試驗(yàn)表明，該地區(qū)鹽堿土的滲透系數(shù)在0.01～10 mm/h之間，具有較低的滲透性能。課題組前期對(duì)當(dāng)?shù)佧}堿土進(jìn)行了大量微觀試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)鹽堿土粒度組成在0～20，＞20～50和＞50～60 cm 3個(gè)土層間差別較大。為保證所取樣本點(diǎn)具有充分的代表性，對(duì)3個(gè)土層分別進(jìn)行取樣。試驗(yàn)采用環(huán)刀取樣，取樣深度為60 cm。前期預(yù)試驗(yàn)結(jié)果表明，在同一土層內(nèi)，不同深度土樣的微觀試驗(yàn)結(jié)果相差很小，因此，分別取0～5、25～30和55～60 cm的均質(zhì)鹽堿土作為微觀分析樣品，分析黃河三角洲不同土地利用類型鹽堿土表層、中層和下層的微觀結(jié)構(gòu)特征。

1.2.2 檢測(cè)方法

將土樣在105℃下烘干、碾碎、過(guò)直徑2 mm篩，進(jìn)行粒度分析試驗(yàn)和X射線衍射試驗(yàn)。壓汞試驗(yàn)和掃描電鏡的供試土樣均采用液氮真空冷凍干燥法制樣[25-27]。首先，將取出的土樣用涂有凡士林的鋼鋸切割成20 mm×20 mm×20 mm的立方體，然后將其切割成8 mm×8 mm×15 mm的長(zhǎng)方體，在試樣的中部預(yù)制深度約為1 mm的凹槽，制成掃描電鏡（SEM）試樣。取同一土樣，切割成5 mm×5 mm×10 mm的壓汞試驗(yàn)（MIP）試樣。

將制成的土樣放入離心管內(nèi)，為了保證土樣受凍均勻，避免土樣成為“夾心餅”，向離心管內(nèi)加入一定量的異戊烷，然后將離心管置于液氮中低溫冷凍30 min，液氮使異戊烷迅速達(dá)到其冰點(diǎn)-140℃，使土樣中的液態(tài)水變成非晶態(tài)的冰，將試樣取出后迅速放入LGJ-12N真空冷凍干燥機(jī)內(nèi)，在-80℃的溫度下連續(xù)抽空48 h。

將干燥好的SEM土樣沿原先刻有槽的位置斷開(kāi)，用吸球輕輕吹走表面的顆粒，選取較為平整的斷面為檢測(cè)斷面。干燥后的MIP試樣無(wú)需處理，可以直接用于壓汞試驗(yàn)的研究。

采用丹東百特儀器有限公司生產(chǎn)的BT-9300S激光粒度分析儀對(duì)土的粒度組成進(jìn)行分析；采用丹東通達(dá)科技有限公司生產(chǎn)的TD-3500 X射線衍射儀對(duì)土中的礦物進(jìn)行定性定量分析，掃描方式采用步進(jìn)掃描，測(cè)試條件：靶材為Cu(Kα1)，波長(zhǎng)為1.54×10-10m，激發(fā)電壓/電流為40 kV/30 mA，掃描范圍為5°～60°，步寬為0.02°，掃描速度為2°/min；采用美國(guó)康塔儀器公司生產(chǎn)的PM-33-18全自動(dòng)壓汞儀進(jìn)行壓汞試驗(yàn)，對(duì)土樣的孔隙特征進(jìn)行定量分析[28-31]；土樣的表面結(jié)構(gòu)則采用FEI公司生產(chǎn)的Quanta250掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用類型鹽堿土的粒度組成

根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》[32]，將該地區(qū)鹽堿土粒組按粒徑D分為3類：黏粒（D≤5μm）、粉粒（5＜D≤75μm）和砂粒（75＜D≤2000μm）。對(duì)黃河三角洲不同土地利用類型鹽堿土進(jìn)行粒度分析試驗(yàn)，其機(jī)械組成如表1所示。

表1 不同土地利用類型土壤粒度組成Table 1 Soil particle size distribution of different land use types %

不同土地利用類型鹽堿土的粒度組成均以粉粒為主，其粉粒含量占總含量的60%以上；但其黏粒與砂粒含量存在一定差異，農(nóng)田黏粒平均含量高達(dá)31.34%，遠(yuǎn)大于草地和灘地，草地砂粒平均含量為17.43%，大于農(nóng)田和灘地。由于不同土地利用類型鹽堿土的機(jī)械組成存在差異，導(dǎo)致其工程性質(zhì)的不同。黃河三角洲農(nóng)田、草地與灘地鹽堿土的黏粒含量處于較低水平，而當(dāng)?shù)佧}堿土卻具有較低的滲透性能，因此鹽堿土的粒度分布不是造成該地區(qū)鹽堿土低滲透性的原因。

2.2 不同土地利用類型鹽堿土的礦物組成

為準(zhǔn)確反映黃河三角洲不同類型鹽堿土的礦物成分，利用X射線衍射試驗(yàn)對(duì)農(nóng)田、草地和灘地的鹽堿土礦物成分分析。通過(guò)K值法、絕熱法以及RIR值法等理論方法，采用MDI jade6.0軟件對(duì)農(nóng)田、草地和灘地鹽堿土中所含礦物進(jìn)行定量分析，其結(jié)果如表2所示。

表2 不同土地利用類型鹽堿土各礦物成分比例Table 2 Proportion of mineral components in saline alkali soil of different land use types %

農(nóng)田、草地與灘地鹽堿土的礦物組成相同，三者礦物組成均以原生礦物為主，其平均含量占總礦物含量的85%以上，而黏土礦物平均含量所占總礦物含量的比例不足15%，這說(shuō)明農(nóng)田、草地與灘地鹽堿土的風(fēng)化程度較低。

農(nóng)田、草地與灘地鹽堿土的黏土礦物均以伊利石為主，但農(nóng)田黏土礦物平均含量為13.56%，遠(yuǎn)高于草地與灘地，這與粒度分析結(jié)果相一致。黃河三角洲鹽堿土具有較低的滲透性能，然而該地區(qū)鹽堿土的黏土礦物含量卻較低，故鹽堿土的礦物成分不是造成黃河三角洲鹽堿地具有較差滲透性的主要因素。

2.3 不同土地利用類型鹽堿土的孔隙特征

為準(zhǔn)確反映農(nóng)田、草地與灘地鹽堿土的孔隙結(jié)構(gòu)特征，本文采用壓汞法測(cè)定土樣的孔隙分布和孔隙比表面積。為便于分析不同利用類型鹽堿土孔隙的分布情況，本文根據(jù)Shear的孔徑劃分理論[33]，結(jié)合黃河三角洲地區(qū)鹽堿土微觀結(jié)構(gòu)孔徑特性，將該地區(qū)鹽堿土的孔隙分為大孔隙 （d≥20μm）、中孔隙 （10≤d＜20μm）、小孔隙（2≤d＜10μm）、微孔隙 （0.1≤d＜2μm） 和超微孔隙 （d＜0.1μm）5級(jí)。根據(jù)上述鹽堿土孔徑劃分標(biāo)準(zhǔn)，可得到不同孔隙組的體積占比和比表面積占比，分別如表3和表4所示。

鹽堿土孔隙體積占比是指土壤某孔隙組的體積與土壤總孔隙體積的比值。由表3可知，農(nóng)田鹽堿土孔徑d＜2μm的孔隙體積占總孔隙體積的比例為81.67%，這說(shuō)明農(nóng)田鹽堿土孔隙主要由微孔和超微孔組成；草地與灘地鹽堿土孔徑0.1≤d＜10μm的孔隙占總孔隙的體積比例分別為76.65%、82.18%，這說(shuō)明草地與灘地鹽堿土孔隙主要由小孔和微孔組成。農(nóng)田、草地與灘地鹽堿土孔徑d≥20μm的孔隙占總孔隙的體積比例分別為11.20%，5.89%和5.03%，由此可知，農(nóng)田鹽堿土的大孔隙率大于草地和灘地鹽堿土。鹽堿土的大孔隙率越小，鹽堿地的治理越困難，因此灘地和草地鹽堿地的治理難度大于農(nóng)田鹽堿地，這也就導(dǎo)致了灘地和草地鹽堿土中的含鹽量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于農(nóng)田鹽堿土。

表3 不同土地利用類型鹽堿土孔隙體積占比Table 3 Proportion of pore volume of different land use types of saline-alkali soil %

表4 不同土地利用類型鹽堿土孔隙比表面積占比Table 4 Proportion of pore specific surface area of different land use types of saline-alkali soil %

鹽堿土孔隙比表面積占比是指土壤某孔隙組的比表面積與土壤總孔隙比表面積的比值。由表4可知，農(nóng)田、草地與灘地鹽堿土孔隙比表面積主要由微孔隙和超微孔隙貢獻(xiàn)，其微孔隙與超微孔隙比表面積占總孔隙比表面積的比例分別為99.93%，93.36%，97.26%。由于鹽堿土中的鹽分主要附著在孔隙表面，因此該地區(qū)鹽堿土中的鹽分主要附著在鹽堿土的微孔隙和超微孔隙的表面。當(dāng)降雨或灌溉時(shí)，水分通過(guò)土壤孔隙僅能帶走大孔隙、中孔隙和微孔隙中的鹽分，而極難清洗微孔隙和超微孔隙中附著的鹽分，這也是該地區(qū)鹽堿地長(zhǎng)期難以修復(fù)的重要原因。

土壤的孔隙率是指土壤顆粒之間的孔隙體積占土壤總體積的比率。本文通過(guò)壓汞試驗(yàn)測(cè)定不同深度農(nóng)田、草地與灘地鹽堿土的孔隙率，其結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，農(nóng)田鹽堿土的孔隙率集中在25%左右，草地鹽堿土孔隙率在40.84%～46.16%之間，灘地鹽堿土孔隙率在32.58%～39.94%之間；隨著深度變化，草地與灘地鹽堿土的孔隙率呈上升趨勢(shì)，而農(nóng)田鹽堿土孔隙率變化不明顯。

圖1 不同深度農(nóng)田、草地和灘地鹽堿土孔隙率Fig.1 Porosity of saline-alkali soil in different depths of farmland,grassland and beach land

2.4 不同土地利用類型鹽堿土的微觀形態(tài)

鹽堿土的微觀結(jié)構(gòu)特征可以通過(guò)顆粒組成、骨架顆粒的表面特性、骨架顆粒形狀及排列、顆粒之間的膠結(jié)程度和孔隙性等描述，其中土顆粒形態(tài)、膠結(jié)程度和孔隙特征最具代表性[22-23]。利用掃描電鏡對(duì)不同深度農(nóng)田、草地和灘地鹽堿土樣進(jìn)行觀察，得到了61幅掃描電鏡圖片。通過(guò)觀察各土樣微觀形態(tài)，選出了農(nóng)田、草地和灘涂鹽堿土中具有代表性的掃描電鏡圖片，如圖2所示。

圖2 不同土地利用類型鹽堿土掃描電鏡照片F(xiàn)ig.2 SEM photos of different land use types of saline-alkali soil

2.4.1 骨架顆粒形態(tài)

農(nóng)田鹽堿土的骨架顆粒之間形成了紊流結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)單元以扁平狀和片狀顆粒為主；結(jié)構(gòu)單元有一定程度的定向趨勢(shì)。草地鹽堿土的骨架顆粒以直徑為20～30μm的塊狀顆粒為主，骨架顆粒之間排列整齊規(guī)則，顆粒間距較大，粒徑分布相對(duì)集中，骨架顆粒形狀以規(guī)則半圓形和圓形為主。灘地鹽堿土的骨架顆粒之間形成了粒狀堆積結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)單元以聚集體和單粒體為主，其骨架顆粒直徑遠(yuǎn)小于草地，顆粒之間致密有序，粒徑分布集中，骨架顆粒形狀以規(guī)則條形為主。

2.4.2 骨架顆粒連接形式

鹽堿土骨架之間的連接形式，即土顆粒間的接觸關(guān)系和膠結(jié)方式，它對(duì)鹽堿土的物理、力學(xué)性質(zhì)有直接影響。土壤骨架顆粒的接觸方式有4類，即直接點(diǎn)接觸、直接面接觸、間接點(diǎn)接觸和間接面接觸[22-23]；顆粒間的膠結(jié)方式有3種，即孔隙膠結(jié)、鑲嵌膠結(jié)和薄膜膠結(jié)[34]。

農(nóng)田鹽堿土顆粒間的接觸方式主要為間接面接觸，骨架顆粒之間排列有序且致密，顆粒之間通過(guò)大量膠結(jié)物相連，形成了典型的孔隙膠結(jié)，這使得農(nóng)田鹽堿土的滲透性很差。草地鹽堿土顆粒間的接觸方式主要為直接面接觸，骨架顆粒之間排列緊密且無(wú)明顯的定向排列特征，顆粒間無(wú)膠結(jié)，土壤骨架基本由顆粒間的穿插和鑲嵌構(gòu)成。灘地鹽堿土顆粒間的接觸方式主要為直接點(diǎn)接觸，含有少量的直接面接觸，土壤骨架表面無(wú)碎屑物，土壤骨架完全靠土顆粒間的堆積，骨架顆粒間不靠膠結(jié)物相連。

2.4.3 孔隙特征

鹽堿土中存在各種各樣的孔隙，即大孔隙、架空孔隙、粒間孔隙和粒內(nèi)孔隙[22-23]。農(nóng)田鹽堿土是由致密結(jié)構(gòu)和裂隙組合而成的結(jié)構(gòu)體，顆粒間不存在架空孔隙，僅能發(fā)現(xiàn)細(xì)小的微裂隙，且微裂隙呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，縱橫交錯(cuò)，裂隙面粗糙且復(fù)雜。草地鹽堿土顆粒呈交錯(cuò)排列，孔隙主要為架空孔隙呈長(zhǎng)條縫隙狀，但在架空孔隙下面又會(huì)出現(xiàn)塊狀顆粒，孔隙之間沒(méi)有連接通道，這使得土壤的孔隙連通性差，會(huì)阻礙降雨或灌溉后土壤中水鹽的運(yùn)輸。灘地鹽堿土顆粒之間聯(lián)結(jié)緊密，其孔隙主要為粒間孔隙，孔隙直徑較小，水分難以攜帶鹽分從土壤孔隙中流走。

由上述分析可知，農(nóng)田鹽堿土結(jié)構(gòu)致密，灘地鹽堿土次之，草地鹽堿土顆粒排列較為松散，這與壓汞試驗(yàn)所得結(jié)果一致。農(nóng)田鹽堿土顆粒之間靠膠結(jié)物連接，而草地與灘地鹽堿土顆粒間無(wú)膠結(jié)，由于膠結(jié)物主要由黏土礦物承擔(dān)，因此農(nóng)田鹽堿土黏土礦物較多，這與X射線衍射所測(cè)結(jié)果一致。

3 討 論

本文從土壤顆粒級(jí)配、礦物組成、孔隙分布及顆粒形態(tài)等方面研究了不同土地利用類型鹽堿土的微觀結(jié)構(gòu)特征，為各類型鹽堿土的修復(fù)提供了微觀理論支持。

農(nóng)田、草地與灘地鹽堿土的顆粒組成均以粉粒為主，而農(nóng)田鹽堿土黏粒含量遠(yuǎn)大于草地與灘地鹽堿土，3類土壤砂粒含量均處于較低水平。在黃河三角洲地區(qū)，現(xiàn)有改良鹽堿土較為有效的技術(shù)是采用摻沙來(lái)改變土壤原有的顆粒級(jí)配，改良其滲透性，使鹽分在一定條件下易從土中排出，從而達(dá)到修復(fù)效果。Mao等[35-36]通過(guò)大田試驗(yàn)證明了采用黃河泥沙修復(fù)當(dāng)?shù)佧}堿土具有良好的效果。張翼夫等[37]提出了打孔灌沙的防治措施，并證明了其技術(shù)手段對(duì)表層土壤水鹽運(yùn)移和脫鹽效果有著顯著的影響。本文的試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了黃河三角洲各類鹽堿土砂粒含量極低，通過(guò)摻砂和灌沙等手段改變土壤顆粒級(jí)配從而治理當(dāng)?shù)佧}堿土是可行的。

通過(guò)研究農(nóng)田、草地與灘地鹽堿土的礦物組成發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田鹽堿土的黏土礦物高于草地和灘地鹽堿土，但該地區(qū)各類鹽堿土的黏土礦物均不足15%，因此當(dāng)?shù)佧}堿土的礦物組成不是造成其不良物理性質(zhì)的決定因素。本文研究結(jié)果表明，在該地區(qū)鹽堿地修復(fù)過(guò)程中，改變土壤的黏土礦物從而修復(fù)鹽堿土的實(shí)際效果較小。不同土地利用類型鹽堿土的微觀結(jié)構(gòu)存在較大差異，農(nóng)田鹽堿土的孔隙主要由土壤中的微裂隙構(gòu)成，當(dāng)灌溉或降水時(shí)，一部分水通過(guò)微裂隙流走，大部分水分通過(guò)蒸發(fā)散發(fā)到大氣中，這對(duì)鹽堿地的改良極其不利。草地和灘地鹽堿土的顆粒排列緊密，且灘地的致密程度大于草地，兩者土壤中的孔隙均不連通，這使得水分難以從孔隙中下滲。本文研究發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)各類型鹽堿土的結(jié)構(gòu)致密，滲透性差，僅靠灌溉和降水等方式難以改良，因此今后研究的重點(diǎn)應(yīng)著眼于土壤結(jié)構(gòu)特征方面。

本研究是探索黃河三角洲不同土地利用類型鹽堿土的微觀結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果表明，農(nóng)田、草地與灘地鹽堿土砂粒和黏土礦物含量較低，顆粒之間排列緊密且滲透性極差，因此通過(guò)各種措施來(lái)改變鹽堿土的微觀結(jié)構(gòu)具有實(shí)際的研究?jī)r(jià)值。黃河三角洲鹽堿土修復(fù)措施主要有摻沙、秸稈、生物炭和石膏，改良效果已經(jīng)得到了證實(shí)[1,3,35-39]，但已有措施能否改變鹽堿土的原始微觀結(jié)構(gòu)，從根本上治理鹽堿土將是未來(lái)研究的重點(diǎn)所在。

4 結(jié) 論

本文以山東省東營(yíng)市農(nóng)田、草地和灘地鹽堿土為研究試樣，以激光粒度分布、X射線衍射、壓汞與掃描電鏡為技術(shù)手段，對(duì)黃河三角洲不同利用類型鹽堿土的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論：

1）農(nóng)田、草地和灘地鹽堿土的顆粒組成均以粉粒為主，但農(nóng)田黏粒含量遠(yuǎn)大于草地和灘地。農(nóng)田、草地和灘地鹽堿土的黏土礦物以伊利石為主，平均含量不足15%，且農(nóng)田黏土礦物含量大于草地與灘地。

2）農(nóng)田鹽堿土孔隙比表面積遠(yuǎn)大于草地與灘地鹽堿土，因此農(nóng)田鹽堿土對(duì)鹽分的吸附能力更強(qiáng)。農(nóng)田鹽堿土孔隙由微孔和超微孔構(gòu)成，而草地與灘地鹽堿土孔隙由小孔和微孔構(gòu)成。草地鹽堿土孔隙率最高，灘地鹽堿土次之，農(nóng)田鹽堿土最低。

3）農(nóng)田鹽堿土由致密結(jié)構(gòu)與微裂隙構(gòu)成，骨架顆粒之間形成了紊流結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)單元以扁平狀和片狀顆粒為主，骨架顆粒間連接形式以間接面接觸為主，顆粒間靠黏土礦物膠結(jié)。草地鹽堿土由緊密鑲嵌的塊狀顆粒和架空孔隙構(gòu)成，顆粒間的連接形式以直接面接觸為主，骨架顆粒之間無(wú)膠結(jié)，孔隙呈長(zhǎng)條縫隙狀。灘地鹽堿土的骨架顆粒之間形成了緊密的粒狀堆積結(jié)構(gòu)，顆粒間的連接形式以直接點(diǎn)接觸為主，孔隙以粒間孔隙為主。

4）黃河三角洲鹽堿土具有較低的滲透性，這是其長(zhǎng)期難以治理的主要原因。通過(guò)上述微觀試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粒度和礦物組成不是造成黃河三角洲鹽堿地具有較差的滲透性的因素，而鹽堿土的孔隙特征和顆粒排列是造成當(dāng)?shù)佧}堿土低滲透性的主要原因。