河套灌區(qū)不同摻沙量對(duì)重度鹽堿土壤水鹽運(yùn)移的影響

周利穎，李瑞平，苗慶豐，竇 旭，田 峰，于丹丹，孫晨云

河套灌區(qū)不同摻沙量對(duì)重度鹽堿土壤水鹽運(yùn)移的影響

周利穎，李瑞平※，苗慶豐，竇 旭，田 峰，于丹丹，孫晨云

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018）

采用室內(nèi)土柱模擬試驗(yàn)，研究不同摻沙量對(duì)土壤入滲特征與水鹽運(yùn)移的影響。共設(shè)置了CK（不摻沙）、S1（摻沙2%）、S2（摻沙4%）、…、S15（摻沙30%）16個(gè)試驗(yàn)處理，測(cè)定不同處理試驗(yàn)期間土壤含水率和含鹽量的變化。結(jié)果表明：1）隨著土壤表層摻沙量的增加，土壤的累積入滲量與濕潤(rùn)峰運(yùn)移速度都呈逐漸增加的趨勢(shì)；當(dāng)摻沙比例為18%～24%時(shí)，土壤穩(wěn)定入滲速率在0.065～0.091 mm/min之間；摻沙比例為26%～30%時(shí)，土壤穩(wěn)定入滲速率大于0.1 mm/min，土壤持水能力較低。2）不同處理在7、11、15 d的土壤平均含水率差異顯著（<0.05），適當(dāng)增大摻沙量可以有效促進(jìn)土壤水分向下運(yùn)移，摻沙比例過(guò)大會(huì)降低土壤的持水能力。3）當(dāng)摻沙比例小于24%時(shí)，不同處理7 d的土壤含鹽量差異顯著（<0.05）；S9～S12處理在20 d時(shí)30 cm土層的土壤含鹽量相比不摻沙的處理降低90%以上，能夠同時(shí)保證土壤的脫鹽能力和持水能力。4）Kostiakov模型能夠很好地在本研究中對(duì)土壤水分入滲過(guò)程進(jìn)行模擬。該研究結(jié)果可為表層土壤摻沙改良河套灌區(qū)重度鹽堿地提供理論支持。

入滲；鹽分；土壤；重度鹽堿地；摻沙；水鹽運(yùn)移；模型模擬

0 引 言

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)的土壤鹽漬化問(wèn)題嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，灌區(qū)的鹽漬化耕地面積約為39.4萬(wàn)hm2，占總耕地面積的68.65%[1]。土壤鹽漬化影響作物的生長(zhǎng)和發(fā)育，因此需要進(jìn)行合理的耕作措施，通過(guò)改變土壤鹽分運(yùn)動(dòng)來(lái)改善作物的生長(zhǎng)環(huán)境[2-3]。近年來(lái)針對(duì)鹽堿土壤的改良措施有很多，例如覆蓋秸稈和枯草等措施能夠有效抑制蒸發(fā)，有利于土壤生態(tài)過(guò)程逐漸向良性轉(zhuǎn)化[4-8]，但不能達(dá)到土壤快速脫鹽的目的。地下埋設(shè)秸稈或砂層的脫鹽系數(shù)較大，需要的淋洗定額小[9-10]，但具有埋設(shè)距離過(guò)小時(shí)工作量大、距離過(guò)大時(shí)脫鹽不均的缺點(diǎn)。深耕深松措施可以降低淋洗后鹽堿土壤的含鹽量，使土壤的理化性狀得到改善[11-12]，但對(duì)于重度鹽堿地所需的淋洗時(shí)間較長(zhǎng)。灌區(qū)的重度鹽堿地主要分布于總干、總排干兩側(cè)和烏梁素海周邊、套區(qū)地勢(shì)低洼的地帶，土壤具有粉粒含量大、物理性質(zhì)差的特點(diǎn)，采用土壤摻沙的方法能夠通過(guò)改變土壤的機(jī)械組成來(lái)提高土壤的入滲速率，從而達(dá)到使土壤快速脫鹽的目的。

目前有許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)摻沙條件下土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律做了深入研究，發(fā)現(xiàn)表層摻沙能夠增大土壤的有效孔隙度，從而使鹽堿土壤的水鹽運(yùn)移規(guī)律發(fā)生改變[13-15]。另一方面，摻沙可以使土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，增大保水、蓄水能力[16-17]。土壤表層摻沙不僅能夠增大土壤的入滲能力，還可以提高摻沙層以下的土壤含水率，可有效地抑制土壤水分的蒸發(fā)和表層鹽分的累積[18-20]，從而顯著提高作物產(chǎn)量。因此，灌區(qū)表層摻沙可以有效解決土壤粉粒含量多、入滲速度慢的問(wèn)題，研究不同摻沙量條件下土壤入滲與水鹽運(yùn)移機(jī)理，是改良重度鹽堿地的重要依據(jù)。

鹽堿土壤的成因類型不同，其治理方法也多種多樣。摻沙壓鹽的方法目前雖已被眾多學(xué)者認(rèn)可，但是合理?yè)缴橙匀皇沁@一措施的核心問(wèn)題，摻沙量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致工作量大、成本高，摻沙量過(guò)小不起作用。因此，本文針對(duì)河套灌區(qū)緊鄰排干溝的土壤粉粒含量高、鹽漬化程度嚴(yán)重的問(wèn)題，以烏拉特前旗田間排干溝附近的一塊荒地為研究對(duì)象，采用室內(nèi)一維垂直定水頭法探討不同摻沙量對(duì)重度鹽堿化土壤入滲與水鹽運(yùn)移的影響，研究不同時(shí)間段土壤水鹽動(dòng)態(tài)變化、土壤累積入滲量和濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離等入滲特征指標(biāo)，分析摻沙后土壤水鹽變化及其入滲規(guī)律，評(píng)價(jià)Philip模型、Kostiakov模型、Horton模型3種入滲模型的適用性，旨在揭示摻沙壓鹽的機(jī)理，為河套灌區(qū)重度鹽堿土壤改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取巴彥淖爾市烏拉特前旗西山咀農(nóng)場(chǎng)田間緊鄰排干溝的重度鹽堿棄耕地，采集0～40 cm土層作為供試土壤，土壤晾干粉碎后過(guò)1 mm篩備用，試驗(yàn)土壤的物理性質(zhì)如表1所示。試驗(yàn)選用的沙子為風(fēng)積沙，砂粒體積分?jǐn)?shù)為96.71%，粉粒體積分?jǐn)?shù)為2.95%，黏粒體積分?jǐn)?shù)為0.34%，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.89 g/kg。

表1 試驗(yàn)地土壤物理性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)方法

采用有機(jī)玻璃土柱對(duì)表層摻沙試驗(yàn)進(jìn)行模擬，有機(jī)玻璃柱直徑9 cm，高45 cm，底端為多孔有機(jī)玻璃板，土柱裝土之前先放置1張與土柱相同直徑的濾紙，可以防止多孔板被土粒堵塞，土柱四周共有8個(gè)間距為5 cm的采樣孔。每隔5 cm按照容重大小分層裝土，0～30 cm按照設(shè)計(jì)摻沙量進(jìn)行摻沙，30～40 cm裝填原狀土，參考李文斌等[14]的研究成果將摻沙量設(shè)計(jì)為不摻沙（CK）、2%（S1）、4%（S2）、…、30%（S15），共設(shè)16個(gè)試驗(yàn)處理，設(shè)置3組重復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置如圖1所示。頂部預(yù)留5 cm灌水，裝土深度為40 cm。裝土完成后將土柱過(guò)夜放置以達(dá)到平衡狀態(tài)，然后利用蒸餾水對(duì)土柱進(jìn)行定水頭灌水。土柱上方覆蓋保鮮膜防止蒸發(fā)，以不摻沙土柱入滲完成的時(shí)間為試驗(yàn)結(jié)束的時(shí)間。

試驗(yàn)于2019年10月15日開(kāi)始進(jìn)行，48個(gè)土柱同時(shí)利用馬氏瓶灌水并保持5 cm水頭，土柱和馬氏瓶表面均標(biāo)有刻度，便于觀測(cè)濕潤(rùn)峰深度和馬氏瓶水位。為測(cè)定土柱中土壤水鹽運(yùn)移情況，分別在開(kāi)始的3、7、11、15 d對(duì)土柱中的土壤進(jìn)行采樣。通過(guò)取樣孔采集土樣，并將土樣裝入密封袋中。采用烘干法[21]測(cè)得土壤質(zhì)量含水率，同時(shí)測(cè)定25 ℃時(shí)土水質(zhì)量比為1:5的土壤浸提液的電導(dǎo)率，然后按下式計(jì)算土壤鹽分含量[22]：

=3.471EC+0.015（1）

式中EC為土壤電導(dǎo)率，mS/cm；為土壤含鹽量，g/kg。

圖1 土柱試驗(yàn)圖

1.3 入滲模型

1）Philip入滲模型

()=0.5-0.5+f（2）

式中()為土壤入滲速率，mm/min；為時(shí)間，min；f為模型參數(shù)，代表土壤穩(wěn)定入滲速率，mm/min；為模型參數(shù)，代表土壤吸滲率，mm/min1/2。

2）Kostiakov入滲模型

()=at（3）

式中為模型參數(shù)，指入滲開(kāi)始后第1個(gè)單位時(shí)段末的累積入滲量，在數(shù)值上等于第1個(gè)單位時(shí)段內(nèi)的平均入滲率，mm/min；為模型參數(shù)，表示土壤水分入滲速率隨時(shí)間變化的快慢程度，無(wú)量綱。

3）Horton入滲模型

()=f+(0?f)e-kt（4）

式中0為土壤初始入滲速率，mm/min；為模型參數(shù)，代表衰減指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在Origin 2018軟件中進(jìn)行繪圖。利用SPSS 20.0軟件對(duì)土壤含水率和含鹽量進(jìn)行顯著性分析，顯著性水平為0.05。應(yīng)用Matlab 2016軟件進(jìn)行土壤水分入滲的擬合。模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)為均方根誤差和決定系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 摻沙量對(duì)重度鹽堿化土壤水分入滲的影響

2.1.1 摻沙量對(duì)累積入滲量的影響

圖2為不同摻沙量鹽堿土壤的累積入滲量隨時(shí)間的變化過(guò)程線。由圖2可以看出，每個(gè)處理的累積入滲量都是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，在初期累積入滲量增加速度較快，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)入滲速度逐漸變緩。任一時(shí)刻，摻沙量越大的處理累積入滲量越大，22 d的土壤累積入滲量在56.8～127.1 cm之間。入滲結(jié)束時(shí)（22 d），S1、S2、S3、…、S15處理的累積入滲量相比于CK處理分別增加了5%、11%、18%、22%、28%、34%、41%、48%、57%、65%、72%、80%、89%、105%、124%，表明摻沙處理不同程度地增加了水體在土壤中的入滲量，可使單位時(shí)間內(nèi)濕潤(rùn)鋒體內(nèi)的儲(chǔ)水量增大

2.1.2 摻沙量對(duì)濕潤(rùn)鋒的影響

由圖3可知，土壤的濕潤(rùn)峰深度隨著時(shí)間的變化趨勢(shì)與累積入滲量相似，開(kāi)始時(shí)濕潤(rùn)峰運(yùn)移速度較快，不同處理隨著時(shí)間的增加濕潤(rùn)峰運(yùn)移的速度逐漸變緩，摻沙比例越大的處理濕潤(rùn)峰到達(dá)40 cm越快。CK入滲40 cm歷時(shí)22 d，S15歷時(shí)3 d。

注：CK為不摻沙，S1、S2、…、S15分別代表?yè)缴?%、4%、…、30%。下同。

圖3 各處理濕潤(rùn)峰運(yùn)移距離隨時(shí)間的變化曲線

2.1.3 摻沙量對(duì)入滲速率的影響

入滲速率受土壤含水率、質(zhì)地和構(gòu)造等多種因素的影響[23]。圖4為不同摻沙量條件下土壤入滲速率隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，各處理入滲速率隨時(shí)間的變化趨勢(shì)相同，都呈先快速減小后趨于穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。這是因?yàn)槿霛B初期的土壤含水率很低，土壤水的吸力較高，從而使得初始入滲速率較大[24]。隨著時(shí)間的推移，土壤水吸力隨著含水率的增加逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定。由圖4可知，任一時(shí)刻，土壤的入滲速率都隨摻沙量的增加逐漸增大。不同摻沙處理的土壤入滲速率均大于CK處理，各處理的入滲速率隨摻沙量的增加呈逐漸遞增的趨勢(shì)，尤其在0～40 min較為明顯，摻沙可以起到提高土壤入滲速率的作用。所有處理的初始入滲速率在1.61～6.72 mm/min之間，30 min的土壤入滲速率在0.42～1.06 mm/min范圍內(nèi)，S1、S2、S3、…、S15處理的土壤穩(wěn)定入滲速率分別是CK處理的1.1、1.3、1.5、1.8、2.1、2.3、2.7、3.1、3.6、4.1、4.5、5.1、5.7、6.2、6.8倍，由此可見(jiàn)，土壤穩(wěn)定入滲速率隨著摻沙比例的增大效果逐漸顯著，摻沙比例較小時(shí)的土壤穩(wěn)定入滲速率增加較慢，S9處理的穩(wěn)定入滲速率為0.065 mm/min，達(dá)到了1 a秸稈全量深翻還田的效果[25]。S9～S12處理的土壤穩(wěn)定入滲速率在0.065～0.091 mm/min之間，S13～S15處理的土壤穩(wěn)定入滲速率大于0.1 mm/min，相當(dāng)于3～4 a秸稈全量深翻還田的改良措施[25]，土壤的排水能力與釋水能力雖然增強(qiáng)，但土壤的持水性能會(huì)降低。

圖4 各處理入滲速率隨時(shí)間的變化

2.2 摻沙量對(duì)重度鹽堿化土壤水分和鹽分淋洗效果的影響

2.2.1 摻沙量對(duì)土壤水分的影響

從土壤水分動(dòng)態(tài)變化來(lái)看（圖5），在3 d時(shí)，CK～S4處理在25～30 cm土層的土壤含水率均為風(fēng)干含水率，S5～S10處理在30 cm土層的土壤含水率為風(fēng)干含水率，而S11～S15處理土壤水分含量已高于風(fēng)干含水率。不同處理在7、11、15 d的土壤平均含水率差異顯著（<0.05），3 d時(shí)不同摻沙量土壤15 cm土層的含水率存在顯著差異（<0.05），含水率在26.09%～28.43%范圍內(nèi)，此時(shí)土壤含水率隨著摻沙量的增大呈逐漸增加的變化趨勢(shì)，說(shuō)明摻沙增加了土壤水分向下運(yùn)移的速度，這是因?yàn)閾缴炒胧┦雇寥乐械纳傲：吭黾樱寥烙行Э紫抖仍黾覽14]，從而加快了土壤水分的入滲速度，快速入滲會(huì)使土壤水分滯留在土壤表面的時(shí)間減少，使得表層水分更快地滲入深層土壤。由圖5可知，在15 d時(shí)，CK～S6處理5 cm土層含水率為33.61%～36.23%，S7～S11處理5 cm土層含水率為30.06%～31.82%，S12～S15處理5 cm土層含水率為27.35%～29.55%，說(shuō)明灌水后期土壤含水率隨著摻沙量的增加呈降低的趨勢(shì)，因此適當(dāng)增大摻沙量可以有效促進(jìn)土壤水分向下運(yùn)動(dòng)，也為土壤鹽分向下遷移提供了動(dòng)力，但土壤表層摻沙過(guò)量會(huì)使土壤的持水性能下降，這是因?yàn)橥寥乐械纳傲１缺砻娣e小，影響了土壤的蓄水能力，從而使土壤的持水能力下降。所以對(duì)鹽堿地表層適量摻沙可以增加土壤水分入滲速度，從而達(dá)到快速脫鹽的目的，過(guò)度的摻沙量會(huì)降低土壤的持水能力，另一方面從經(jīng)濟(jì)狀況考慮，向鹽堿土地大量運(yùn)送沙子的成本也是昂貴的。

2.2.2 摻沙量對(duì)鹽分淋洗效果的影響

土壤鹽分分布主要受土壤結(jié)構(gòu)和含水率的影響，表層摻沙能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，提高了土壤水分入滲速率，從而提高了淋洗效率[26]。圖6為不同摻沙量土壤鹽分隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)分布過(guò)程。試驗(yàn)采樣區(qū)為重度鹽堿土，鹽漬化程度極其嚴(yán)重?！胞}隨水走”，所有處理的土壤鹽分峰值都隨著時(shí)間的推移向下運(yùn)移。不摻沙處理CK的土壤鹽分運(yùn)移速度最慢，在15 d時(shí)30 cm土層處的土壤含鹽量為71.88 g/kg，當(dāng)摻沙量小于8%（CK～S4）時(shí)，在7 d時(shí)30 cm土層的含鹽量均在67 g/kg以上，此時(shí)土柱的表層含鹽量最低，并且含鹽量隨土層深度增加而增大，各處理不同土層的鹽分含量均以0～15 cm土層最低，在15 cm土層以后的增加趨勢(shì)明顯，這是因?yàn)橥寥利}分隨著土壤水分逐漸由上向下運(yùn)移，并累積在濕潤(rùn)峰附近，造成了上層脫鹽、下層積鹽的現(xiàn)象。當(dāng)摻沙比例小于24%（CK～S12）時(shí)，7 d的土壤含鹽量差異顯著（<0.05），15 cm土層的含鹽量在1.00～13.45 g/kg范圍內(nèi)，S10處理的含鹽量為3.85 g/kg。在3 d的土壤積鹽層隨摻沙比例的增加逐漸下降，CK～S4處理的土壤鹽分累積在20 cm土層，S5～S9處理在25 cm土層累積，S10～S15處理的土壤鹽分累積層在30 cm，S10～S15處理的30 cm土層3d時(shí)的土壤含鹽量在21.95～73.38 g/kg之間，并且呈逐漸減小的變化趨勢(shì)，S10處理的下層鹽分逐漸降低標(biāo)志著脫鹽過(guò)程的開(kāi)始，說(shuō)明土壤表層摻沙能夠有效促進(jìn)土壤淋鹽過(guò)程，摻沙措施通過(guò)改善土壤結(jié)構(gòu)而影響土壤水分的運(yùn)移和分布，進(jìn)一步影響土壤鹽分的分布。

圖5 各處理土壤水分動(dòng)態(tài)分布

綜合土壤入滲與水鹽運(yùn)移的動(dòng)態(tài)變化分析可知，灌區(qū)重度土壤表層適宜的摻沙比例在18%～24%（S9～S12）之間，摻沙比例26%～30%的土壤穩(wěn)定入滲速率較大，會(huì)導(dǎo)致土壤的持水能力下降。S9～S12處理在20 d時(shí)30 cm土層的土壤含鹽量比不摻沙的處理降低90%以上，能夠同時(shí)保證土壤的脫鹽能力和持水能力。當(dāng)摻沙比例為18%～24%時(shí)，此時(shí)土壤的持水能力較大，脫鹽效果較為顯著。土壤鹽分降低的原因包括2個(gè)方面：1）由于摻沙本身會(huì)降低灌水前土壤含鹽量的初始值；2）土壤水分的遷移速度隨著摻沙量的增大而增加，土壤鹽分的淋洗速度加快，這是土壤摻沙比例增加會(huì)使得脫鹽速度加快的主要原因，表明表層摻沙具有改良重度鹽堿地的潛力。

圖6 各處理土壤鹽分動(dòng)態(tài)分布

2.3 不同摻沙量條件下重度鹽堿化土壤入滲模型分析

為了進(jìn)一步探索不同摻沙量條件下土壤入滲速率與時(shí)間的關(guān)系以及各入滲模型的適用性，將入滲速率隨時(shí)間變化的過(guò)程利用Philip模型、Kostiakov模型和Horton模型3個(gè)入滲模型進(jìn)行擬合，不同模型擬合結(jié)果如表2所示。其中決定系數(shù)2越接近1，表明方程變量對(duì)時(shí)間與土壤入滲速率的擬合程度越好；均方根誤差RMSE越趨近于0，說(shuō)明方程變量對(duì)土壤入滲速率的解釋能力越強(qiáng)，模型的擬合度越佳。由表2可知，Philip模型的2在0.933～0.997之間，RMSE在0.063～0.931 mm/min之間，說(shuō)明Philip模型對(duì)時(shí)間與土壤水分入滲速率的關(guān)系擬合程度較好，土壤吸濕率在6.465～22.16 mm/min1/2之間，隨著土壤摻沙量的增大而逐漸增加，這是因?yàn)橥寥罁缴吃黾恿送寥赖拿芸紫?，從而提高了土壤的吸水性能。穩(wěn)定入滲速率f在?0.157～?0.030 mm/min范圍內(nèi)，不僅與實(shí)際的f符號(hào)相反，而且與真實(shí)值相差較多，說(shuō)明Philip模型對(duì)重度鹽堿地?fù)缴吃囼?yàn)的適用性較低。Kostiakov模型的2在0.993～0.998之間，各處理的RMSE在0.042～0.341 mm/min范圍內(nèi)，2個(gè)參數(shù)的擬合精度都較高，說(shuō)明該模型對(duì)于入滲速率隨時(shí)間的變化的擬合度良好。Horton模型擬合的f過(guò)高，實(shí)際的f在0.018～0.123 mm/min范圍內(nèi)，其模擬值與真實(shí)值不符。綜上可知，Kostiakov模型適合于分析河套灌區(qū)重度鹽堿地不同摻沙量條件下土壤水分的入滲過(guò)程。

由表2可知，Kovstiakov入滲模型的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)呈現(xiàn)顯著增大的變化趨勢(shì)（<0.05），的變化范圍在4.011～15.443 mm/min之間，說(shuō)明摻沙可使參數(shù)代表的第1個(gè)單位時(shí)段末的累積入滲量明顯增加，表明摻沙對(duì)增加土壤水分入滲效果明顯。參數(shù)隨著摻沙量的增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，大小在?0.685～?0.612（無(wú)量綱）范圍內(nèi)，變化幅度較小。

表2 各處理3種土壤水分入滲模型擬合結(jié)果

注：f代表土壤穩(wěn)定入滲速率；代表土壤吸滲率；指入滲開(kāi)始后第1個(gè)單位時(shí)段末的累積入滲量；表示土壤水分入滲速率隨時(shí)間變化的快慢程度；代表衰減指數(shù)。2為決定系數(shù)，RMSE為均方根誤差。

Note: fis stable infiltration rate of soil;is soil permeability;is cumulative infiltration amount during the first time duration after infiltration;is change rate of soil moisture infiltration rate with time;is attenuation index.2indicates determination coefficient, RMSE indicates root mean square error.

3 討 論

本文針對(duì)重度鹽堿土壤粉粒含量大、物理性質(zhì)差的特點(diǎn)，將風(fēng)積沙當(dāng)作物理調(diào)理劑在表層摻加，結(jié)果表明5 cm定水頭條件時(shí)的適宜摻沙比例在18%～24%之間，這與李文斌等[14]的試驗(yàn)結(jié)論一致，摻沙20％時(shí)的黏質(zhì)土壤呼吸強(qiáng)度大于摻沙10%、30%和40%[14]，且本文側(cè)重于對(duì)土壤入滲、水鹽運(yùn)移進(jìn)行研究。但試驗(yàn)結(jié)論存在2點(diǎn)不足：1）僅考慮到了將表層土壤鹽分淋洗到深層，而沒(méi)有考慮土壤表層返鹽的現(xiàn)象，可結(jié)合暗管排水排鹽技術(shù)，排出深層土壤鹽分，從而達(dá)到改良重度鹽堿土地的效果；2）本文是在5 cm定水頭條件下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的灌溉淋洗，試驗(yàn)條件在實(shí)際中難以實(shí)現(xiàn)，河套灌區(qū)對(duì)鹽堿地進(jìn)行大水淋洗的壓力水頭通常在0～5 m之間[27]，土壤的入滲速率會(huì)隨著壓力水頭的增加而降低，壓力水頭對(duì)粉壤土的影響程度相比于砂壤土更大[28]。在實(shí)際應(yīng)用中，不同作物的適宜壓力水頭不同，水頭增大時(shí)可通過(guò)適當(dāng)減少摻沙量來(lái)降低土壤水分入滲速度，這有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

本文以河套灌區(qū)重度鹽堿化土壤為研究對(duì)象，采用室內(nèi)土柱灌溉試驗(yàn)，研究了表層不同摻沙量條件下重度鹽堿化土壤入滲與水鹽運(yùn)移過(guò)程，以及入滲模型的適用性，結(jié)論如下：

1）土壤表層摻沙會(huì)提高土壤水分入滲性能，入滲速度和濕潤(rùn)峰深度都隨摻沙比例的增大而增加。

2）不同處理在7、11、15 d的土壤平均含水率差異顯著（<0.05）。當(dāng)摻沙比例為18%～24%時(shí)，土壤穩(wěn)定入滲速率在0.065～0.091 mm/min之間；摻沙比例為26%～30%時(shí)，土壤穩(wěn)定入滲速率大于0.1 mm/min，土壤持水能力較低。

3）當(dāng)摻沙比例小于24%時(shí)，不同處理在7 d的土壤平均含鹽量差異顯著（<0.05）；摻沙比例為18%～24%的處理在20 d時(shí)，30 cm土層的土壤含鹽量比不摻沙的處理降低90%以上，能夠同時(shí)保證土壤的脫鹽能力和持水能力。

4）Kostiakov模型可以很好地模擬本研究中的土壤水分入滲過(guò)程，模型擬合的2較高（0.993～0.998），RMSE最?。?.042～0.341 mm/min），摻沙會(huì)使第1個(gè)單位時(shí)段末的累積入滲量明顯增加。

綜上可知，河套灌區(qū)改良重度鹽堿地表層摻沙適宜的比例為18%～24%。由于土壤鹽漬化程度過(guò)于嚴(yán)重，宜采用表層摻沙脫鹽與暗管排水排鹽技術(shù)相結(jié)合的措施，以達(dá)到變荒地為耕地的目的，這有待進(jìn)一步研究。

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Effects of different sand ratios on infiltration and water-salt movement of heavy saline-alkali soil in Hetao irrigation area

Zhou Liying, Li Ruiping※, Miao Qingfeng, Dou Xu, Tian Feng, Yu Dandan, Sun Chenyun

(010018,)

Sand mixing measures can change the mechanical composition and texture of soil, thereby improving the efficiency of fertilizer utilization. The surface sand mixing in irrigation area can effectively solve the problem of soils with high silt content. This study explored the water-salt transport mechanisms of heavy saline-alkali soils with different contents of sand. Laboratory soil column experiments were carried out to compare the effects of different sand ratio on infiltration characteristics and water-salt transport under continuous distilled water irrigation. The soil samples were taken from 0-40 cm abandoned heavy saline-alkali farmland in Bayannur City of Inner Mongolia, China. It was located in Hetao irrigation area. In the laboratory experiments, a total of 16 treatments were set up: CK (without sand), S1(2%), S2(4%), S3(6%)…S15(30%). The results showed that: 1) With the increase of sand ratio at the surface layer of soil, the cumulative infiltration and the rate of wetting front were increased at the same time. Compared with the treatment of CK, the steady infiltration rate of soil increased by 1.1, 1.3, 1.5, 1.8, 2.1, 2.3, 2.7, 3.1, 3.6, 4.1, 4.5, 5.1, 5.7, 6.2 and 6.8 times, respectively. It indicated that the steady infiltration rate of soil increased significantly with the increase of sand mixing ratio. When the sand mixing ratio was 18%-24%, the stable infiltration rate was 0.065-0.091 mm/min; when the sand mixing ratio was 26%-30%, the stable infiltration rate was more than 0.1 mm/min, and the water holding capacity of soil was low. 2) The mean soil moisture among treatments was significant different (<0.05) at 7, 11 and 15 days, the rate of water infiltration could be increased by increasing the proportion of soil sand, and a large proportion of sand would reduce the water holding capacity of soil. 3) When the sand-mixing ratio were less than 24%, the total salt content of the soil at day 7 was significantly different among treatments (<0.05). The total salinity content at day 3 was 21.95-73.38 g/kg in 30 cm soil layer, showing a decreasing trend. 4) the Kostiakov model could well fit the infiltration process of soil water in this study.The empirical coefficient in Kostiakov infiltration model showed a significant increase trend. Its change range was between 4.011 and 15.443 mm/min, which indicated that the average infiltration rate during the first period was increased when sand ratio was increased. The effects of adding sand in soils on increasing soil water infiltration was obvious. Therefore, the measures of mixing sand in the surface layer of heavy saline-alkali farmland would be an effective way to alleviate soils salinization.

infiltration; salt; soils; heavy saline-alkali soil; sand mixing; water-salt transport; model simulation

周利穎，李瑞平，苗慶豐，等. 河套灌區(qū)不同摻沙量對(duì)重度鹽堿土壤水鹽運(yùn)移的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36(10)：116-123.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.10.014 http://www.tcsae.org

Zhou Liying, Li Ruiping, Miao Qingfeng, et al. Effects of different sand ratios on infiltration and water-salt movement of heavy saline-alkali soil in Hetao irrigation area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(10): 116-123. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.10.014 http://www.tcsae.org

2020-01-30

2020-05-10

內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大專項(xiàng)（zdzx2018059）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51839006、51769021）。

周利穎，主要從事灌溉理論與新技術(shù)研究。Email：1475531298@qq.com

李瑞平，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事節(jié)水灌溉與農(nóng)業(yè)水利信息化技術(shù)研究。Email：nmglrp@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.10.014

S156.4

A

1002-6819(2020)-10-0116-08