殘膜對土壤水分滲吸過程中濕潤鋒的影響

李玥，王春霞，金嫣婧，何新林

(石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832000)

新疆瑪納斯河流域[1-2]自1996年推廣使用膜下滴灌技術(shù)種植棉花，現(xiàn)已成為國內(nèi)地膜使用時(shí)間最長、使用量最大的產(chǎn)棉基地之一，地膜殘留也逐漸成為該流域土地污染的主要來源之一，且隨著殘留年限的增加，殘膜呈現(xiàn)碎裂化并均勻分布的趨勢[3]，且隨著地膜的不間斷使用逐年增加.土壤中地膜殘留破壞了土壤原有孔隙，導(dǎo)致了土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而對土壤水力參數(shù)造成了顯著影響[4].農(nóng)田耕作層土壤的滲透性和保水性直接影響著農(nóng)田土壤含水量在時(shí)空上的分布情況和農(nóng)作物的生長生產(chǎn)[5].因此，針對長期使用地膜覆蓋種植地區(qū)，研究地膜殘留對土壤水分滲吸的影響是必要的.

土壤滲吸試驗(yàn)用于分析短歷時(shí)水在土壤中入滲的濕潤鋒運(yùn)移過程與滲吸速度時(shí)間變化規(guī)律，土壤滲吸速度是反映土壤透水性能的重要指標(biāo)[6-7]，而濕潤鋒隨著時(shí)間的運(yùn)移過程是反映土壤滲吸速度的重要指標(biāo)之一，研究土壤中濕潤鋒的運(yùn)移過程對農(nóng)田灌溉與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有指導(dǎo)性的意義.近年來，國內(nèi)外學(xué)者對殘膜影響下的濕潤鋒運(yùn)移過程做了大量的研究：李仙岳等[8]采用粉砂壤土混合4 cm2的殘膜試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著土壤中殘膜量增加，在相同時(shí)間內(nèi)滴灌濕潤鋒的運(yùn)移距離明顯變小.鄒小陽等[9]發(fā)現(xiàn)，一定入滲時(shí)間內(nèi)濕潤鋒運(yùn)移距離與入滲時(shí)間呈冪函數(shù)增長關(guān)系,但濕潤鋒運(yùn)移距離隨殘膜量增加而遞減.王志超等[3]發(fā)現(xiàn)，粉砂壤土中不同殘膜埋深對土壤水分入滲總體上產(chǎn)生阻礙效果.同時(shí)學(xué)者們研究發(fā)現(xiàn)，隨著殘膜增加，土壤中毛管水的運(yùn)移路徑易于被殘膜阻斷，從而造成土壤導(dǎo)水性能降低，濕潤鋒垂直運(yùn)移速率和累積入滲量逐漸減少，即濕潤鋒運(yùn)移速度隨殘膜量增加呈顯著減小趨勢[10-11]，殘膜量與土壤水分運(yùn)移速率呈對數(shù)遞減關(guān)系.且在滴灌條件下，隨著殘膜量增加滴灌濕潤峰運(yùn)移距離和濕潤體顯著變小.但丁宏偉等[5]發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤中殘膜量達(dá)到720 kg/hm2時(shí)，土壤大孔隙比例增加，土壤優(yōu)勢流明顯，濕潤鋒運(yùn)移加快.曹俊豪[12]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤干容重較大時(shí)，隨著殘膜量的增加，濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間反而減少.因此認(rèn)為研究殘膜對土壤濕潤鋒運(yùn)移過程的影響應(yīng)立足于地區(qū)的農(nóng)田土壤現(xiàn)狀，不能一概而論，同時(shí)發(fā)現(xiàn)以往的研究大多集中在4 cm2較大地膜碎片對土壤水分入滲的影響研究，但隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和覆膜耕作年限的增長，殘膜在土體內(nèi)的破損，從而研究分析殘膜碎片的大小，尤其是面積小于4 cm2殘膜對于土壤垂直入滲的影響和土壤保水性是必要的.

因此，文中擬通過對瑪納斯河流域農(nóng)田合理采取土樣，選取分布最廣泛的黏壤土，通過室內(nèi)土壤滲吸試驗(yàn)研究不同大小、不同密度殘膜對土壤短歷時(shí)入滲的影響，分析殘膜影響下的土壤滲透性和保水性，為殘膜影響下土壤水分運(yùn)移提供理論基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤為新疆瑪納斯河流域(85°01′～86°32′E，43°27′～45°21′N)2019年初春(3月)52塊農(nóng)田的耕作層(0～40 cm深)土壤，經(jīng)環(huán)刀法測定平均容重為1.53 g/cm3，去除大粒徑雜質(zhì)，挑取土壤中殘留地膜后，將土樣充分混合、風(fēng)干、碾細(xì)，過2 mm標(biāo)準(zhǔn)土篩，確保土質(zhì)均勻，最后將處理好的土樣裝入不透水袋中備用，經(jīng)新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所測定，顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為黏粒17.88%、粉砂粒32.00%、砂粒50.12%，查美國農(nóng)業(yè)部質(zhì)地三角形圖確定土壤質(zhì)地為黏壤土.考慮到該流域運(yùn)用膜下滴灌技術(shù)的平均年限較大，供試塑料農(nóng)膜選用新疆天業(yè)集團(tuán)早期生產(chǎn)的聚乙烯吹塑農(nóng)用地面覆蓋薄膜，平均膜厚為0.008 mm.試驗(yàn)在石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院水利大廳進(jìn)行.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

在流域已有研究農(nóng)田殘膜存在的相對含量范圍基礎(chǔ)上[13]，設(shè)置5個(gè)殘膜密度處理，分別為0,60,180,300,420 kg/hm2；根據(jù)以往研究基礎(chǔ)，隨著多年覆膜耕作后和殘膜回收機(jī)的推廣，殘留地膜會(huì)逐漸破碎化、細(xì)小化并趨于均勻化的趨勢，故在殘膜的密度水平下均設(shè)置6個(gè)單片殘膜面積水平，分別為0.25，0.50，1.00，2.00，4.00,8.00 cm2，即在同一密度水平下，土柱中加入的殘膜總量是確定的，隨著單片殘膜的面積增加，殘膜的總片數(shù)減少，不同殘膜密度下每個(gè)殘膜面積處理重復(fù)3次，具體試驗(yàn)處理見表1，其中ρ為殘膜密度,S為單片殘膜面積.

表1 不同殘膜水平對黏壤土滲吸影響的試驗(yàn)處理編號

土壤滲吸儀由有機(jī)玻璃馬氏瓶、支架板和小型土柱等組成，如圖1所示.

圖1 土壤滲吸裝置示意圖

馬氏瓶截面面積3 cm×5 cm=15 cm2、高25 cm，馬氏瓶上方有高5 cm的供水槽，土柱直徑5 cm、高18 cm，裝土高度為11.5 cm，土柱底部3 cm高設(shè)有出水口的預(yù)留空間，用有機(jī)玻璃多孔隔水底板隔離土樣，用于排水排氣，不會(huì)在土柱中產(chǎn)生積水.該儀器能夠在短時(shí)間內(nèi)測定濕潤峰在不同處理土壤中移動(dòng)過程，按照不同的處理將不同殘膜量和不同殘膜大小的農(nóng)用地膜與土壤混合均勻，并根據(jù)田間調(diào)查結(jié)果，按照1.53 g/cm3的容重，將均勻混合的殘膜土樣分層裝入土柱內(nèi)，每3 cm分1層，層間打毛.入滲開始前記錄馬氏瓶內(nèi)水位和土樣高度，開始入滲水頭高度保持在2 cm，并根據(jù)入滲速率變化設(shè)置讀數(shù)間隔和梯度，在設(shè)置的時(shí)間點(diǎn)讀取記錄馬氏瓶和濕潤鋒讀數(shù)，至濕潤鋒移動(dòng)到11.5 cm，保持供水，直至發(fā)生滲透，且土柱下端出水口出水穩(wěn)定時(shí)停止供水.

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)初步整理分析，并使用Origin作圖，以及模型參數(shù)擬合，利用標(biāo)準(zhǔn)誤差Standard Error、剩余卡方Reduced Chi-Sqr和決定系數(shù)R2作為擬合結(jié)果的評價(jià)指標(biāo)，采用SPSS24進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn).

2 結(jié)果與分析

水分入滲過程同時(shí)受到單片殘膜面積和殘膜片數(shù)的影響，且在不同殘膜密度和面積處理下，對照土壤(不加膜)的平均運(yùn)移時(shí)間始終大于各個(gè)不同加膜處理土壤.

2.1 不同殘膜密度下殘膜大小對濕潤鋒的影響

表2為不同殘膜密度水平下各殘膜面積處理濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間，其中t為入滲歷時(shí).圖2為不同殘膜密度水平下各殘膜面積處理濕潤鋒隨時(shí)間變化,其中d為深度.

表2 不同殘膜密度水平下各殘膜面積處理濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間

分析圖2、表2發(fā)現(xiàn)殘膜密度水平對濕潤鋒的影響如下：

圖2 不同殘膜密度水平下各殘膜面積處理濕潤鋒隨時(shí)間變化

1) 殘膜密度水平為60 kg/hm2時(shí)，整個(gè)入滲時(shí)段內(nèi)，殘膜面積處理與對照處理的濕潤鋒運(yùn)移距離差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，當(dāng)不同處理土樣的濕潤鋒運(yùn)移至11.5 cm時(shí)，對照處理的濕潤鋒平均運(yùn)移時(shí)間是歷時(shí)最短的殘膜面積處理B的296.1%，是歷時(shí)最長的殘膜面積處理C的137.1%.而不同殘膜面積處理間，在入滲初期，濕潤鋒面的水勢梯度大，入滲前5 min濕潤鋒運(yùn)移距離差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，5 min后不同殘膜面積處理間濕潤鋒運(yùn)移的差異性，隨著土壤水分入滲速率的減小逐漸顯現(xiàn)，殘膜面積處理A(0.25 cm2)、B(0.50 cm2)、C(1.00 cm2)、D(2.00 cm2)間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，D,E(4.00 cm2)、F(8.00 cm2)處理間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且有顯著性差異的處理間入滲歷時(shí)從小到大依次為B，D，A，C，W.即殘膜密度在水平60 kg/hm2時(shí)，當(dāng)單片殘膜面積小于2.00 cm2(D)時(shí)，不同殘膜面積處理的入滲時(shí)長隨單片殘膜面積的增大呈波浪狀變化；單片殘膜面積大于2.00 cm2(D)后，入滲時(shí)長趨于穩(wěn)定.

2) 殘膜密度水平為180 kg/hm2時(shí)，與水平60 kg/hm2類似，對照處理與不同殘膜面積處理土樣的濕潤鋒運(yùn)移過程差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，運(yùn)移時(shí)間分別是歷時(shí)最短處理A的185.3%、歷時(shí)最長處理E的125.1%.不同面積處理間，入滲開始后的17 min濕潤鋒運(yùn)移過程差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與水平60 kg/hm2相比該時(shí)段增加了12 min，有明顯的增長.隨后不同處理間開始逐漸呈現(xiàn)不同的差異性，殘膜面積處理A,B,E間平均濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中從小到大依次為A，B，E，W，同時(shí)A，F(xiàn)；B，C，D；D，E處理間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.殘膜密度水平180 kg/hm2中，面積處理F與處理E比較，其濕潤鋒平均運(yùn)移時(shí)間降低了31.2%，降低幅度較大，可能是由于試驗(yàn)儀器尺寸小，造成單片殘膜面積越大，加入土樣中的殘膜片數(shù)極少，入滲時(shí)少量的大片殘膜在小土柱中形成較大的優(yōu)勢流.

3) 殘膜密度水平為300 kg/hm2時(shí)，不同殘膜面積處理的濕潤鋒運(yùn)移隨時(shí)間的變化向無膜處理趨近，且入滲初期2 min，不同處理間的濕潤鋒運(yùn)移差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.入滲結(jié)束，處理F，A，C平均運(yùn)移時(shí)間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，從小到大依次為C，A，F(xiàn)，同時(shí)W，F(xiàn)；F，E，B；E，B，A；A，D處理間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.在同一密度水平下，土柱中加入的殘膜總量是確定的，隨著單片殘膜的面積增加，殘膜的總片數(shù)減少，濕潤鋒運(yùn)移過程同時(shí)受到單片殘膜面積和殘膜片數(shù)的影響.該密度水平下，隨著單片殘膜面積的增大，濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間總體上呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，在處理C(1.00 cm2)處達(dá)到最小值，在處理F(8.00 cm2)處與無膜處理最接近，即當(dāng)殘膜面積大于1.00 cm2時(shí)，隨著殘膜面積的增加，殘膜對濕潤鋒的阻滯效果越明顯.

4) 殘膜密度水平為420 kg/hm2時(shí)，不同殘膜面積處理的濕潤鋒隨時(shí)間運(yùn)移過程進(jìn)一步向無膜處理靠近，在入滲的前25 min各處理濕潤鋒隨時(shí)間變化曲線幾乎重合，差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.入滲結(jié)束，只有處理A，D間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，從小到大依次為D，A，其他處理W，A，F(xiàn)，E；A，F(xiàn)，E，B，C；B，C，D間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.該密度水平下，與水平“3”類似，隨單片殘膜面積的增大，平均濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間先減小后增大，但最低點(diǎn)后移，在處理D(2.00 cm2)處達(dá)到最小值.

根據(jù)不同殘膜密度水平下濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間隨單片殘膜面積的變化情況(見表3)，可發(fā)現(xiàn)在容重為1.53 g/cm3的黏壤土中摻入一定量的殘膜提高了土壤的孔隙率，從而加快土壤入滲過程.且隨著殘膜密度的增加，不同殘膜面積處理入滲歷時(shí)的最低值和最高值逐漸增大，差值減小，范圍縮小，殘膜在土樣中的促滲效應(yīng)逐漸減弱，即隨著殘膜密度的增加，入滲時(shí)間最小值：35.8<57.2<62.8<83.3，入滲時(shí)間最大值：77.3<84.7<97.3<100.3.同時(shí)，同一殘膜密度水平中入滲歷時(shí)的最大值和最小值對應(yīng)的殘膜面積處理，隨著密度水平的增長而增大，且隨著殘膜密度水平的增大中，濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間在單片殘膜面積達(dá)到一定值之前總是呈減小趨勢，尤其是在水平3(300 kg/hm2)和水平4(420 kg/hm2)中，分別在面積處理C(1.00 cm2)和D(2.00 cm2)處達(dá)到最小值，然后隨單片殘膜面積的增大入滲歷時(shí)增加，并呈現(xiàn)逐漸穩(wěn)定的趨勢.

表3 不同殘膜面積水平下各殘膜密度處理濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間

對于不同的面積處理，處理A(0.25 cm2)的單片殘膜面積極小，數(shù)量較大，均勻摻入土壤中，形成類似于在土壤中摻入粗砂?；蚴[新構(gòu)土壤，新構(gòu)土壤的孔隙度大于原土樣，從而加快土壤入滲，而不是通過形成較大的裂隙加快土壤入滲，而殘膜的特性與粗砂粒和石礫不同，決定了摻有殘膜的新構(gòu)土壤與摻有砂石粒的土體滲透性有差異；處理F(8.00 cm2)單片殘膜面積較大，密度較小時(shí)能夠在土樣中形成明顯的裂隙，形成優(yōu)勢流，密度較大時(shí)由于殘膜的不透水性且單片面積較大，較其他面積處理出現(xiàn)明顯的阻水效應(yīng)，入滲時(shí)間增長.

2.2 不同殘膜面積下密度處理對濕潤鋒的影響

圖3為不同殘膜面積水平下各殘膜密度處理濕潤鋒隨時(shí)間變化圖，表3為不同殘膜面積水平下各殘膜密度處理濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間.分析圖3、表3發(fā)現(xiàn)不同殘膜面積水平對濕潤鋒的影響如下：

圖3 不同殘膜面積水平下各殘膜密度處理濕潤鋒隨時(shí)間變化圖

1) 殘膜面積水平為A(0.25 cm2)時(shí)，殘膜密度處理1，2，3之間，以及和無膜處理間的濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，處理間從小到大依次為2，1，3，W，處理4與無膜處理間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.針對土壤中均勻摻入單片殘膜面積極小(0.25 cm2)的新構(gòu)土壤，當(dāng)殘膜密度小于180 kg/hm2(處理2)時(shí)，該新構(gòu)土壤的濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間特點(diǎn)與摻入粗砂?；蚴[的土壤類似，隨著摻入量的增大，新構(gòu)土壤的孔隙度增大，入滲用時(shí)縮減；但殘膜密度大于180 kg/hm2后，由于殘膜的輕薄特點(diǎn)、不透水性和在土壤中性狀的不確定性等物理特性與砂石粒(礫)不同，導(dǎo)致隨著殘膜密度的增加，濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間增長，相對出現(xiàn)阻水效應(yīng).

2) 殘膜面積水平為B(0.50 cm2)時(shí)，殘膜密度處理1，2，3之間，以及和無膜處理之間的入滲歷時(shí)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，處理間從小到大依次為1，2，3，W，處理4，3之間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.即單片殘膜面積為0.50 cm2時(shí)，隨著殘膜密度的增大，濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間變長，且最終趨于穩(wěn)定.

3) 殘膜面積水平為C(1.00 cm2)時(shí)，殘膜密度處理1，3，4之間，以及和無膜處理之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，處理間從小到大依次為3,1,4,W，處理1和2，2和4之間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.即單片殘膜面積為1 cm2時(shí)，隨著殘膜密度的增大，濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間先減小后增大，并在殘膜密度為300 kg/hm2時(shí)達(dá)到最小值，入滲歷時(shí)最短.

4) 殘膜面積水平≥D(2.00 cm2)時(shí)：當(dāng)殘膜面積水平為F(2.00 cm2)時(shí)殘膜密度處理1，2之間，以及和無膜處理之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，處理間從小到大依次為1，2，W，處理2，3，4之間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；殘膜面積水平為E(4.00 cm2)時(shí)，殘膜密度處理1，2，4之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，處理間從小到大依次為1，2，4，處理2和3，3和4，4和W之間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；殘膜面積水平為F(8.00 cm2)時(shí)，殘膜密度處理1，2，3之間，以及和無膜處理之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，處理間從小到大依次為1，2，3，W，處理3和4，4和W之間差異不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.可見單片殘膜面積大于等于2.00 cm2時(shí)，隨著殘膜密度的增大，濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間先減小后增大，并趨于穩(wěn)定.

根據(jù)不同殘膜面積水平下濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間隨殘膜密度的變化情況(見表3)，可以進(jìn)一步確定當(dāng)殘膜面積水平處于水平D及以上(單片殘膜面積≥2.00 cm2)時(shí)，濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間隨殘膜密度的增加先減小后增大并趨于穩(wěn)定，并都在殘膜密度為處理1(60 kg/hm2)時(shí)濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間最短，密度為處理4(420 kg/hm2)時(shí)運(yùn)移時(shí)間最長，同時(shí)濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間最小值隨著單片殘膜面積的增加而減小，最大值隨之增大.因此，單片殘膜面積大于等于2.00 cm2，殘膜密度較小時(shí)單片殘膜面積越大，在土柱中形成的裂隙越明顯，而殘膜密度較大時(shí)單片殘膜面積越大，在土柱中的相對阻水效果越明顯.殘膜面積水平B，C的濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間隨殘膜密度處理的變化，在處理1之后變化趨勢相反.觀察整體發(fā)現(xiàn)，當(dāng)殘膜密度為420 kg/hm2時(shí)，濕潤鋒運(yùn)移時(shí)間隨著殘膜面積水平的增大先減小后增大，在水平A，F(xiàn)處最大為100.3 min.

2.3 不同殘膜處理的濕潤鋒擬合結(jié)果

濕潤鋒隨時(shí)間的變化曲線如圖2所示，通過觀察，采用Kostiakov入滲模型的類似形式(見式(1))擬合曲線.所有擬合結(jié)果的剩余卡方Reduced Chi-Sqr<0.02趨近0，決定系數(shù)R2>0.99趨近1，擬合參數(shù)α的標(biāo)準(zhǔn)誤差Standard Error<0.02趨近0，β的標(biāo)準(zhǔn)誤差Standard Error<0.005趨近0，說明該冪函數(shù)能夠高度準(zhǔn)確地?cái)M合濕潤鋒隨時(shí)間的變化曲線，擬合參數(shù)見表4.

表4 各處理濕潤鋒擬合參數(shù)

L(t)=α·tβ，

(1)

式中：L(t)為濕潤鋒隨時(shí)間的變化；α，β為擬合參數(shù).

2.4 不同殘膜處理對濕潤鋒的交互作用

根據(jù)擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn)，指數(shù)模型可以較為準(zhǔn)確地?cái)M合濕潤鋒隨時(shí)間變化曲線，因此采用該模型的擬合參數(shù)結(jié)果，預(yù)測入滲結(jié)束后各處理的濕潤鋒運(yùn)移距離，并根據(jù)不同時(shí)間下濕潤鋒運(yùn)移距離，分析殘膜密度和殘膜面積交互作用下對濕潤鋒影響，如圖4所示.

分析圖4發(fā)現(xiàn)，隨著入滲時(shí)間的推移，殘膜密度、面積雙因素對濕潤鋒運(yùn)移深度影響的差異性逐漸增強(qiáng).且同一時(shí)間下當(dāng)殘膜面積大于60 kg/hm2時(shí)，隨著殘膜密度的增加，濕潤鋒運(yùn)移深度大致呈現(xiàn)逐漸減小趨勢；同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)殘膜密度小于200 kg/hm2時(shí)，濕潤鋒深度的變化可根據(jù)殘膜面積分為3個(gè)區(qū)間，分別是[0.25,1]，(1,5]和(5,8] cm2，在前2個(gè)區(qū)間內(nèi)濕潤鋒深度總是隨殘膜面積的增大呈先深后淺的趨勢，而當(dāng)殘膜面積大于5.00 cm2時(shí)，隨著殘膜面積的增大，濕潤鋒運(yùn)移距離增大，且3個(gè)區(qū)間內(nèi)濕潤鋒深度的最大值和變化坡度逐漸減??；當(dāng)殘膜密度大于200 kg/hm2時(shí)，隨著殘膜面積的增加，濕潤鋒深度先增加后減小，在殘膜面積為1～2 cm2中達(dá)到最大值，同時(shí)發(fā)現(xiàn)殘膜面積大于2.00 cm2時(shí)，濕潤鋒運(yùn)移深度較淺且較為穩(wěn)定.綜合分析發(fā)現(xiàn)，土壤中殘膜密度較低時(shí)(<200 kg/hm2)，殘膜面積對濕潤鋒運(yùn)移深度的影響程度大于殘膜密度；殘膜密度較高時(shí)(>200 kg/hm2)，殘膜密度的影響力大于殘膜面積，且殘膜面積大于2.00 cm2時(shí)該現(xiàn)象更為明顯.

圖4 不同殘膜密度、面積處理對濕潤鋒的交互影響

3 討 論

文中試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土壤中加入殘膜加快了濕潤鋒的運(yùn)移速度，起到促滲作用，這與李仙岳等[8]的研究結(jié)果不同，分析認(rèn)為造成該結(jié)果的原因：① 研究區(qū)域不同，所使用的供試土壤和裝填容重不同，研究的供試土壤為黏壤土，裝填容重為1.53 g/cm3，造成對照土壤中的孔隙率較小，孔隙直徑較小，而均勻混入的殘膜增加了土壤的大孔隙量、孔隙率，從而加快了土壤入滲；② 試驗(yàn)方法不同，該試驗(yàn)采用定水頭供水的方式研究殘膜對短歷時(shí)入滲的濕潤鋒的影響.

同時(shí)文中研究發(fā)現(xiàn)，隨著殘膜密度的增加(≥60 kg/hm2)，濕潤鋒運(yùn)移距離降低，運(yùn)移速度減緩，這與大部分學(xué)者[4-5,8-9]的研究成果相同，殘膜對土壤入滲的影響，主要通過改變土壤孔隙及其連貫程度、過水能力實(shí)現(xiàn)的[11]，殘膜密度較大時(shí)由于其不透水性，降低了孔隙連貫程度，截?cái)嗨魍ǖ?，減弱過水能力.

文中研究認(rèn)為，在土壤中均勻混入殘膜面積為0.25 cm2的殘膜后，形成了新構(gòu)土壤，結(jié)合顯著性分析發(fā)現(xiàn)，隨著殘膜密度的增加，其濕潤鋒運(yùn)移速度與入滲歷時(shí)變化不同于其他殘膜面積處理，殘膜密度較小時(shí)，類似于均勻混入石礫或粗砂粒等物質(zhì)，增強(qiáng)了土壤的過水能力[14]，殘膜密度較大時(shí)，由于殘膜不透水、輕薄等特性，不同于粗砂粒等物質(zhì)，入滲特征發(fā)生改變.因此認(rèn)為，土壤中均勻混入0.25 cm2殘膜時(shí)，土壤具有其獨(dú)特的入滲特征，形成新構(gòu)土壤，但該土壤其他理化特征需要進(jìn)一步研究確定.

4 結(jié) 論

研究了不同殘膜密度和殘膜大小對土壤水分滲吸過程中的影響，分析了不同殘膜密度、尺寸對濕潤鋒的運(yùn)移以及入滲歷時(shí)的影響，發(fā)現(xiàn)在容重為1.53 g/cm3的黏壤土中摻入一定量的殘膜加快土壤入滲過程.得到如下結(jié)論：

1) 隨著殘膜密度的增加，不同殘膜面積處理入滲歷時(shí)的最小值和最大值逐漸增大，且差值減小，殘膜在土樣中的促滲效應(yīng)逐漸減弱，入滲歷時(shí)最小值：35.8<57.2<62.8<83.3，入滲歷時(shí)最大值：77.3<84.7<97.3<100.3.同一殘膜密度水平中，入滲歷時(shí)的最大值和最小值對應(yīng)的殘膜面積，隨著密度水平的增長而增大.

2) 土壤中殘膜密度較低時(shí)(<200 kg/hm2)，殘膜面積對濕潤鋒運(yùn)移深度的影響程度大于殘膜密度；殘膜密度較高時(shí)(>200 kg/hm2)，殘膜密度的影響力大于殘膜面積.

3) 在土壤中均勻混入單片面積小于等于0.25 cm2的殘膜后，形成了新構(gòu)土壤，具有獨(dú)特的物理性質(zhì)，同時(shí)隨著光解膜的應(yīng)用、地膜回收機(jī)的進(jìn)一步創(chuàng)新推廣及連年耕作，該種新構(gòu)土壤會(huì)成為現(xiàn)階段長時(shí)間進(jìn)行覆膜耕作土地的主要類型之一，因此研究其理化性質(zhì)對農(nóng)業(yè)和種植業(yè)的發(fā)展有決定性作用.

致謝：感謝“石河子大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目：基于土壤物理性質(zhì)變化的殘膜限值研究(SRP2019177)”成員金嫣婧、黃新月、常玉榮、梁永輝、陳濤的幫助.