生化黃腐酸對(duì)鹽堿土水鹽運(yùn)移特征及鹽基離子組成的影響

孫 燕，王春宏，王全九，曲 植，王 建，張曦元

(西安理工大學(xué)省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710048)

鹽堿土是我國(guó)重要的后備耕地土壤資源，土壤鹽堿化趨勢(shì)的不斷擴(kuò)大，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的提高。因此，針對(duì)我國(guó)土壤鹽堿化程度日益加重、耕地資源日趨短缺以及糧食需求日益高漲的現(xiàn)狀，改良鹽堿地以保證農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。利用化學(xué)措施(如施加腐殖酸等改良劑)是改良鹽堿地的重要途徑之一，其通過改變鹽堿土壤膠體吸附性陽(yáng)離子的組成，改善土壤結(jié)構(gòu)和土壤養(yǎng)分狀況，以達(dá)到改良土壤的目的。

黃腐酸(fulvic acid, FA)可被認(rèn)為是腐殖酸的一種，具備腐殖酸的所有特性，但相比于腐殖酸，其相對(duì)分子質(zhì)量更小、生理活性更大、水溶性更高。FA根據(jù)其來源不同，可分為礦源黃腐酸(mineral fulvic acid, MFA)和生化黃腐酸(biochemical fulvic acid, BFA)。MFA生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本較高，其制備原料多為風(fēng)化煤、褐煤、泥炭等不可再生資源，且過度開采會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境；BFA是從作物秸稈中利用微生物技術(shù)提取得到，相比于MFA具有更高的生理活性，充分利用作物秸稈既可以為BFA生產(chǎn)提供充足原料，又可以為農(nóng)業(yè)廢棄物再利用提供有效途徑。此外，BFA在土壤中較短的礦化周轉(zhuǎn)時(shí)間對(duì)維護(hù)地球碳儲(chǔ)存以及對(duì)溫室氣體的間接減排有著重要意義。

有研究表明，在土壤改良中施用FA能夠促進(jìn)土壤中礦物質(zhì)溶解，增加土壤中有效養(yǎng)分含量，提高養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度和肥料利用率，且FA能夠顯著提高葡萄、馬鈴薯、小麥等作物的抗逆抗鹽脅迫能力，有效防治植物病害。BFA自身具有膠體特性，含有豐富的活性官能團(tuán)和較高的化學(xué)和生物活性，通過吸附和緩沖作用可減輕重金屬等物質(zhì)對(duì)土壤和作物的危害。向土壤中添加適量的BFA可增加土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量，增大Zeta電位的絕對(duì)值和累積入滲量，菜田鹽堿土施用一定量的BFA可以明顯改善鹽堿土壤結(jié)構(gòu)，降低鹽分含量。目前，針對(duì)BFA的作用機(jī)理研究，一方面集中于對(duì)其自身化學(xué)組成性質(zhì)的研究；另一方面集中于BFA促進(jìn)作物生理生長(zhǎng)和增產(chǎn)提質(zhì)方面，并通過探討作物生長(zhǎng)過程中土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分含量的變化來反映BFA對(duì)土壤的改良效果，而缺乏針對(duì)添加BFA條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)和溶質(zhì)運(yùn)移過程的研究。因此，本研究考慮到BFA在改良鹽堿土和促進(jìn)作物生長(zhǎng)的過程中必然會(huì)涉及到土壤水分入滲與水鹽運(yùn)移過程這一重要因素的變化，且探究以土壤為介質(zhì)的水鹽運(yùn)移過程對(duì)于土壤鹽堿化防治、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)土壤中溶質(zhì)的時(shí)空分布和變化至關(guān)重要，從而開展一維垂直土柱入滲試驗(yàn)，設(shè)置不同水平的BFA添加量處理，研究其在鹽堿土水分入滲條件下的水鹽分布特征及其對(duì)入滲模型參數(shù)的影響，明晰BFA對(duì)土壤水分運(yùn)移和鹽分降低的作用效果，并通過對(duì)比分析不同BFA添加量條件下交換性鹽基總量(total exchangeable base, TEB)及其組成的變化情況，以期為進(jìn)一步明確BFA作用機(jī)理和鹽堿土改良與可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土樣于2021年5月取自新疆巴州試驗(yàn)田表層0—20 cm土壤，土壤容重為1.56 g/cm，初始含水率為0.01 cm/cm，飽和含水率為0.38 cm/cm，初始含鹽量為3.88 g/kg，pH為8.19，屬于輕度鹽堿土。土樣的黏粒、粉粒和砂粒體積分?jǐn)?shù)分別為1.81%，21.78%，76.41%，根據(jù)國(guó)際制土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)判定供試土樣為砂質(zhì)壤土。

供試BFA是山東廊坊松本科技有限公司生產(chǎn)的BFA-POWDER，其BFA≥90%，pH為6～8，棕色粉末狀，水溶性≥99%，比表面積為43.781 m/g，是一種水溶性好、生理活性較高的大分子物質(zhì)，其C、H、O、N元素組成分別為38.59%，4.83%，35.82%，1.60%，其H/C、O/C、N/C原子比分別為1.50，0.70，0.04。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2021年5月在西安理工大學(xué)省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。由于目前有關(guān)BFA一維垂直土柱入滲試驗(yàn)研究的相關(guān)報(bào)道較少，試驗(yàn)開始前依據(jù)BFA吸水特性，參考有關(guān)γ—聚谷氨酸(Poly—γ—glutamic acid, γ—PGA)、聚丙烯酰胺(polyacrylamide, PAM)、羧甲基纖維素鈉(carboxymethylcellulose sodium, CMC)等相關(guān)研究文獻(xiàn)，通過BFA吸水性能試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，BFA吸水倍數(shù)約為10 g/g，進(jìn)一步參考王全九等的研究結(jié)果，將BFA添加量設(shè)定為0，0.1%，0.2%，0.4%和0.8%。因此，本試驗(yàn)共設(shè)5組處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，BFA添加量分別為0(CK)，1，2，4，8 g/kg。

試驗(yàn)所用的裝填土柱采用厚度為0.5 cm的有機(jī)玻璃材料制成，內(nèi)徑8 cm，高50 cm，外側(cè)貼有刻度紙，作為試驗(yàn)前裝土的參照依據(jù)以及讀取濕潤(rùn)鋒讀數(shù)，土柱底端設(shè)有固定法蘭式透氣板。供水裝置為馬氏瓶，內(nèi)徑8 cm，厚度0.5 cm，高45 cm，主要為試驗(yàn)提供穩(wěn)定的入滲水頭，側(cè)壁貼有刻度紙，便于記錄試驗(yàn)過程中馬氏瓶?jī)?nèi)水量隨時(shí)間的變化。

試驗(yàn)先將BFA與土樣按質(zhì)量比混合均勻，按容重1.56 g/cm裝填土柱。裝填土柱前，在有機(jī)玻璃土柱底部放置濾紙，以防止入滲過程中土壤顆粒流失堵塞出流孔口。將混合均勻的土樣按每5 cm土分層裝入有機(jī)玻璃土柱中，層與層之間打毛銜接，土層深度共45 cm，裝土完畢后在土壤最上層表面放置濾紙，以防止入滲水流沖擊破壞土壤表面。試驗(yàn)前向土柱頂部倒入定量的試驗(yàn)用水，以減小累積入滲量的初始誤差，并調(diào)整馬氏瓶與土柱的位置，控制土壤表層積水在2 cm左右。在試驗(yàn)過程中，采取先密后疏的原則用秒表計(jì)時(shí)，記錄各處理入滲時(shí)間、馬氏瓶中水柱高度、土柱中濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離的變化數(shù)據(jù)，當(dāng)濕潤(rùn)鋒運(yùn)移深度達(dá)到31 cm(垂直入滲模擬有限元入滲，入滲深度需達(dá)到土柱深度2/3以上，即入滲率達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài))時(shí)，停止計(jì)時(shí)和供水，同時(shí)用吸管吸出土柱頂部積水。將入滲后的土柱從底部拆開，去除水分未入滲到的干土部分，再利用土錘將剩余土壤推出以采取土樣。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

將土樣放置在陰涼處自然風(fēng)干、碾壓，去除雜物過2 mm篩后進(jìn)行各種指標(biāo)的測(cè)定。土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定，土壤機(jī)械組成采用激光粒度分析儀(Mastersizer 2000型，馬爾文儀器有限公司，英國(guó))測(cè)定，BFA比表面積采用ASAP2020M型比表面積分析儀(MICROMERITICS公司，美國(guó))測(cè)定，BFA所含C、H、O、N等元素采用Vario EL型元素分析儀(Element公司，德國(guó))測(cè)定。

土壤含水量采用烘干法測(cè)定。每個(gè)土柱取樣7次，取樣土層深度分別為0—1，5—6，10—11，15—16，20—21，25—26，30—31 cm，取樣后放入鋁盒中并立即稱重，然后放入烘箱中烘干至恒重并稱重，計(jì)算得到土壤含水量。

土壤含鹽量采用電導(dǎo)法測(cè)定。將風(fēng)干后的每層土樣進(jìn)行研磨，按照1∶5的土水比稱取18 g，并加入90 mL純水浸提，充分?jǐn)嚢璨㈧o置8 h后采用DDS-307型電導(dǎo)率儀測(cè)定電導(dǎo)率，通過供試土壤與電導(dǎo)率與含鹽量關(guān)系轉(zhuǎn)換得到土壤含鹽量。

交換性鹽基離子(K、Na、Ca、Mg)的測(cè)定以乙酸銨為土壤交換劑，將浸出液中的交換性Ca、Mg采用原子吸收分光光度法測(cè)定，土壤交換性K、Na采用火焰光度法測(cè)定。

交換性鹽基總量(total exchangeable base, TEB)(cmol/kg)采用加和法計(jì)算各交換性鹽基離子總和得到，即：

TEB=K+Na+Ca+Mg

(1)

1.4 入滲模型

入滲模型可分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c理論模型，Kostiakov經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算方便，能較好地反映土壤入滲特征；理論模型中，Philip理論模型相比Kostiakov模型多一個(gè)常數(shù)項(xiàng)，其物理意義明確，廣泛應(yīng)用于均質(zhì)土壤垂直入滲的情況。此外，王全九等提出的垂直一維非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)代數(shù)模型物理意義明確，通過累積入滲量和濕潤(rùn)鋒深度易求得模型參數(shù)。因此，選用上述3種模型對(duì)比分析，通過模型參數(shù)變化反映BFA對(duì)入滲特性的影響。

Kostiakov入滲公式為：

=1-

(2)

式中：為累積入滲量(cm)，反映土壤水分入滲前期的入滲能力；為入滲時(shí)間(min)；為經(jīng)驗(yàn)入滲指數(shù)；為經(jīng)驗(yàn)入滲系數(shù)(cm/min)。

Philip入滲公式可簡(jiǎn)化為：

=05

(3)

式中：為吸滲率(cm/min)。

代數(shù)模型可用水分運(yùn)動(dòng)特征量進(jìn)行表征，模型中累積入滲量的表達(dá)式為：

(4)

式中：為飽和含水率(%)；為滯留含水率(%)；為初始含水率(%)，由于初始含水率較低，取滯留含水率等于初始含水率=，將公式(4)變形為

(5)

式中：為濕潤(rùn)鋒深度(cm)；為土壤水分特征曲線和非飽和導(dǎo)水率綜合形狀系數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖，SPSS 22.0 軟件進(jìn)行顯著性分析和相關(guān)性分析，Matlab 2018a軟件進(jìn)行模型參數(shù)擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 BFA添加量對(duì)鹽堿土壤水分入滲特征的影響

累積入滲量隨入滲時(shí)間的變化趨勢(shì)在一定程度上能夠反映土壤水分入滲能力的大小，濕潤(rùn)鋒深度能夠反映水流入滲時(shí)的垂向運(yùn)動(dòng)特征。不同BFA添加量處理供試土壤累積入滲量和濕潤(rùn)鋒深度隨入滲時(shí)間的變化過程見圖1。由圖1可知，各處理之間累積入滲量和濕潤(rùn)鋒深度在入滲初期差異不明顯，但從50 min后出現(xiàn)明顯差異。當(dāng)對(duì)照組入滲至31 cm時(shí)，BFA為1，2，4，8 g/kg添加量處理的濕潤(rùn)鋒深度相比對(duì)照組分別減少26.07%，34.98%，31.35%，13.86%，且差異顯著(<0.05)；全部試驗(yàn)土柱入滲至31 cm時(shí)，BFA為1，2，4，8 g/kg添加量處理的累積入滲量相比對(duì)照分別增加12.36%，14.75%，9.08%，5.17%，且差異顯著(<0.05)；BFA添加量為2 g/kg入滲歷時(shí)最長(zhǎng)，累積入滲量最大。

圖1 BFA對(duì)鹽堿土壤水分入滲特征的影響

入滲初期各BFA添加量下濕潤(rùn)鋒深度和累積入滲量曲線重合度較高，這是由于BFA在短歷時(shí)內(nèi)發(fā)揮作用效果較小，直到入滲50 min后BFA的作用效果才逐漸明顯。入滲中后期，相同入滲時(shí)間條件下，各添加量處理相比于對(duì)照組，累積入滲量和濕潤(rùn)鋒深度均減小，呈現(xiàn)出減幅隨添加量先增大后減小的變化趨勢(shì)；相同濕潤(rùn)鋒深度條件下，各添加量處理相比于對(duì)照組，累積入滲量均增加，呈現(xiàn)出增量隨添加量先增大后減小的變化趨勢(shì)。這一方面是由于BFA不僅具有膠體特性，而且其自身元素組成中C、H、O、N元素占主要成分，可作為一種有機(jī)質(zhì)進(jìn)入土壤，能夠促進(jìn)土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成和提高土壤膠體的穩(wěn)定性；另一方面，BFA分子鏈中的大量羧基與水分子形成氫鍵，使之與水分子發(fā)生結(jié)合而有較高的水溶性，同時(shí)BFA苯環(huán)含量較少，含有豐富的親水基團(tuán)，具有較高的吸水性能，吸水倍數(shù)較高，使得BFA不易成粒，而是通過自身吸水膨脹，影響土壤水的黏滯性，使得土壤孔隙和通透性發(fā)生變化，在相同土層入滲深度時(shí)，提高土壤儲(chǔ)存的水量，較多的水分得以保留在土壤中，降低土壤入滲速率，使水分入滲更均勻，這對(duì)于促進(jìn)根系吸水、改善砂土保水性等方面具有重要意義。另外，相同入滲時(shí)間條件下，當(dāng)BFA添加量>2 g/kg時(shí)，累積入滲量和濕潤(rùn)鋒深度的變化幅度均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，這可能是由于土壤團(tuán)粒含量并非隨著BFA添加量的增加而增加，添加量過高對(duì)改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)的效果并不明顯，當(dāng)BFA添加量過多時(shí)自身會(huì)發(fā)生聚合吸水膨脹，土壤孔隙相對(duì)增大，土壤水溶液的黏滯性相對(duì)降低，反而相對(duì)減小土壤水分入滲阻力，表現(xiàn)出BFA添加量為4，8 g/kg時(shí)對(duì)累積入滲量和濕潤(rùn)鋒深度的影響程度減弱。

2.2 BFA添加量對(duì)入滲模型參數(shù)的影響

為分析和驗(yàn)證BFA對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)的影響，分別采用Philip模型、Kostiakov入滲模型和代數(shù)模型對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，求解能夠反映水分入滲能力的水力參數(shù)，各參數(shù)大小與土壤結(jié)構(gòu)和孔隙狀況有關(guān)。由表1可知，各擬合方程的決定系數(shù)較高，3個(gè)入滲模型均能較好地描述土壤中添加BFA的入滲過程。

表1 Kostiakov、Philip、代數(shù)入滲模型參數(shù)擬合結(jié)果

對(duì)于Kostiakov入滲模型，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)()表示入滲開始后第1個(gè)單位時(shí)段末的累積入滲量，在數(shù)值上和第1個(gè)單位時(shí)段平均入滲速率相等，是表征入滲初始階段土壤入滲能力的主要參數(shù)，經(jīng)驗(yàn)指數(shù)()可反映土壤水分入滲能力的衰減速率，能夠表征土壤入滲能力隨入滲時(shí)間的變化過程。隨著BFA添加量的增加，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)()呈先減小后增大的變化趨勢(shì)，且均小于對(duì)照組，經(jīng)驗(yàn)指數(shù)()呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，且均大于對(duì)照組，表明添加BFA能夠降低土壤水分入滲速率，且隨著BFA添加量的增加，初始時(shí)的入滲速率呈先減小后增大、土壤水分入滲能力的衰減速率呈先增大后減小的變化規(guī)律。對(duì)于Philip入滲模型，模型中的吸滲率()反映土壤依靠毛管力吸收或者放出水分的能力。隨著BFA添加量的增加，吸滲率()呈先減小后增大的變化趨勢(shì)，但都小于對(duì)照組，表明添加BFA后土壤毛管作用力對(duì)土壤水分吸持能力呈現(xiàn)先降低后上升的變化規(guī)律。對(duì)于代數(shù)模型，土壤水分特征曲線和非飽和導(dǎo)水率綜合形狀系數(shù)()是由累積入滲量和濕潤(rùn)鋒深度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到，能夠反映累積入滲量對(duì)濕潤(rùn)鋒深度變化的響應(yīng)程度。隨著BFA添加量的增加，綜合形狀系數(shù)()呈先減小后增大的變化趨勢(shì)，但均小于對(duì)照組，表明添加BFA后單位濕潤(rùn)鋒深度的變化條件下累積入滲量的變幅均增大，增幅隨BFA添加量呈先增大后減小的變化規(guī)律，亦即土壤持水量隨BFA添加量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律。

2.3 BFA添加量對(duì)土壤剖面含水率的影響

不同BFA添加量入滲條件下，不同土層深度(0—30 cm)土壤體積含水率變化見圖2。由圖2可知，土壤體積含水率隨土層深度的增加而減少。由于入滲時(shí)間較長(zhǎng)，入滲至31 cm土層深度處所需的最小時(shí)間為180 min，最大時(shí)間為420 min，表層土壤含水率最大且接近飽和含水率。不同BFA添加量條件下土壤體積含水率相比對(duì)照均有所增加，在0—20 cm土層范圍內(nèi)，BFA添加量為1，2，4，8 g/kg的土壤平均體積含水率分別為34.45%，36.00%，35.02%，33.57%，呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)，相比對(duì)照處理分別增加1.82%，3.38%，2.39%，0.95%，且差異顯著(<0.05)。定義不同BFA添加量處理下一定土層深度內(nèi)的土壤體積含水率與對(duì)照組土壤體積含水率之差和對(duì)照組土壤體積含水率的比值為土層持水效率。由表2可知，土層持水效率隨土層深度的增大而增大，BFA添加量為2 g/kg時(shí)土層持水效率最高，在0—20 cm土層范圍內(nèi)平均持水效率達(dá)10.65%，且與1，4，8 g/kg BFA添加量處理差異顯著(<0.05)。

圖2 不同BFA添加量下土壤體積含水率分布

表2 不同BFA添加量下土層持水效率

不同BFA添加量入滲條件下土壤體積含水率的變化響應(yīng)了濕潤(rùn)鋒深度和累積入滲量的變化，一方面是由于BFA自身較好的吸水性使得土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量和非毛管孔隙數(shù)量增加，有利于土壤水分儲(chǔ)存；另一方面，BFA自身化學(xué)性質(zhì)也發(fā)揮一定作用。當(dāng)土壤呈堿性時(shí)，BFA的酸性功能團(tuán)釋放出的H與Ca和Na等鹽基離子進(jìn)行交換，H與OH生成HO，在降低土壤堿性的同時(shí)可使土壤保水透水性能增強(qiáng)，土壤吸持水量增加，提高了土壤體積含水率。但當(dāng)BFA添加量過多時(shí)，土壤有機(jī)酸含量過大，可能影響土壤顆粒中離子的溶解，使砂質(zhì)壤土中形成的細(xì)小顆粒減少，同時(shí)由于BFA吸膨作用增大土壤孔隙，導(dǎo)致水分傳導(dǎo)度增加，土壤最大吸持水量發(fā)生變化，因而在4，8 g/kg BFA添加量作用下的土壤含水率和持水效率雖有所增加，但增幅量降低。綜上所述，不同BFA添加量均對(duì)土壤剖面含水率分布有顯著影響，BFA的添加能夠改善土壤水分分布狀況，提高土壤的保水持水能力，儲(chǔ)存更多水分在作物根部的土層深度處。

2.4 BFA添加量對(duì)土壤剖面含鹽量的影響

由圖3可知，不同BFA添加量下土壤剖面含鹽量均隨著土層深度的增加而增加。在0—20 cm土層，與對(duì)照相比，添加1，2，4，8 g/kg BFA的平均含鹽量均比對(duì)照減小0.99，1.42，0.70，0.27 g/kg，且差異顯著(<0.05)；在20 cm以下土層，添加1，2，4，8 g/kg BFA的平均含鹽量均比對(duì)照增加6.71，4.75，5.81，2.74 g/kg，各處理間差異顯著(<0.05)。將添加BFA入滲下的土壤含鹽量減去對(duì)照組土壤含鹽量后與對(duì)照組含鹽量的比值為負(fù)時(shí)，定義為相對(duì)脫鹽率，反之為相對(duì)積鹽率。由于各處理在0—20 cm土層范圍內(nèi)表現(xiàn)出含鹽量減少的趨勢(shì)，因此計(jì)算得出0—20 cm土層深度內(nèi)不同BFA添加量入滲條件下的土壤相對(duì)脫鹽率。由表3可知，在0—20 cm土層，添加1，2，4，8 g/kg BFA的平均相對(duì)脫鹽率呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)，平均相對(duì)脫鹽率分別為18.0%，36.3%，25.8%，8.6%，各處理之間差異顯著(<0.05)。

表3 不同BFA添加量入滲時(shí)的土壤相對(duì)脫鹽率

圖3 不同BFA添加量下土壤含鹽量分布

土壤水分入滲的過程也是土壤中溶質(zhì)隨水分遷移的過程，在初始條件相同的前提下，入滲歷時(shí)的延長(zhǎng)使土壤溶質(zhì)隨著土壤水分的運(yùn)動(dòng)向土壤深層遷移而發(fā)生淋洗，淋洗程度由累積入滲量的大小和土壤離子的活動(dòng)性強(qiáng)弱所決定，水分在土壤中的滲透流速越慢，壓鹽、排鹽效果越好，此為鹽堿地土壤中“以水壓鹽”降低土壤鹽分的機(jī)理。0—20 cm土層內(nèi)不同BFA添加量下的含鹽量均小于對(duì)照組，基本處于脫鹽范圍，這與水分入滲過程有關(guān)。不同添加量BFA作用于鹽堿土后，土壤水分入滲歷時(shí)相比對(duì)照均有所延長(zhǎng)，在相同濕潤(rùn)鋒深度處，添加BFA為1，2，4，8 g/kg的累積入滲量均大于對(duì)照組(<0.05)，鹽分隨水分入滲的發(fā)生向土層深處遷移，且水分含量越大，鹽分離子在水中溶解更充分，壓鹽效果越好，脫鹽效率越高。劉小媛等亦研究發(fā)現(xiàn)，添加黃腐酸能夠顯著降低0—10 cm土層含鹽量。此外，20 cm以下土層的含鹽量均大于對(duì)照組，這是由于上層鹽分淋洗到下層后形成累積，致使更多鹽分向濕潤(rùn)鋒處遷移的結(jié)果。因此，添加BFA能夠顯著影響土壤水鹽分布。

2.5 BFA添加量對(duì)TEB及其組成的影響

土壤交換性鹽基總量(TEB)在很大程度上反映土壤尤其是非酸性土壤的保肥、緩沖能力，TEB越高，代表土壤具有更多的H交換位點(diǎn)與更強(qiáng)的緩沖能力。土壤交換性鹽基離子(K、Na、Ca、Mg)組成是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，關(guān)系到植物的生長(zhǎng)過程，直接影響土壤中團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成過程及團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的組成分布狀況，其中Ca、Mg可以改善土壤結(jié)構(gòu)，K可以作為作物生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素，而Na含量的增加通常會(huì)破壞土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使土壤結(jié)構(gòu)性變差，鹽堿土中Na含量降低有利于改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤透水性能。圖4為不同BFA添加量條件下TEB的剖面分布情況。由圖4可知，在添加量為2，4 g/kg時(shí)TEB逐漸增加，特別是在添加量為2 g/kg時(shí)差異極顯著(<0.01)；但在添加量為1，8 g/kg時(shí)TEB雖然表現(xiàn)出一定的增加趨勢(shì)，但處理之間差異并不顯著(>0.05)。這可能與TEB組成(包括K、Na、Ca和Mg)的變化有關(guān)，選擇與對(duì)照處理TEB含量差異最為顯著的2 g/kg添加量處理進(jìn)行分析(圖5)可知，在0—30 cm土層中，與對(duì)照組相比，在2 g/kg添加量處理下Ca、Mg、K平均濃度分別增加20.94%，9.54%，10.54%，Na平均濃度減少14.72%，其中Ca濃度相對(duì)最高，占TEB組成的90%以上。

圖4 不同BFA添加量下土壤交換性鹽基總量變化

圖5 2 g/kg BFA添加量時(shí)土壤交換性鹽基離子變化

TEB及其組成的變化，一方面與BFA自身結(jié)構(gòu)特性有關(guān)，其較大的比表面積為離子交換、吸附、絡(luò)合等反應(yīng)的發(fā)生提供了豐富的位點(diǎn)，在一定程度上能夠促進(jìn)鹽基離子之間的交換；另一方面，與BFA的生理活性有關(guān)。有研究表明，BFA是含有芳香結(jié)構(gòu)和羧基、酚羥基等諸多基團(tuán)的有機(jī)物質(zhì)，其自身所擁有的含氧酸性官能團(tuán)、離子交換結(jié)構(gòu)和活潑的氫鍵結(jié)合體系使得BFA的化學(xué)和生物活性較高，作用于土壤中對(duì)土壤鹽分組成中的陽(yáng)離子能以離子鍵和共價(jià)鍵的形式起到吸附和離子交換的作用。由于土壤膠體表面吸附著的陽(yáng)離子一般可被其他類型的陽(yáng)離子交換而從膠體表面解吸，置換能力順序?yàn)镃a>Mg>K>Na，因此添加BFA可能促進(jìn)Ca、Mg、K與有害離子Na的置換作用，其中以Ca為主，將鈉膠體轉(zhuǎn)變?yōu)殁}膠體，該轉(zhuǎn)變過程以間接提供二價(jià)陽(yáng)離子源(Ca)來置換土壤膠體中的交換性Na，有利于土壤膠體進(jìn)一步發(fā)生凝聚；同時(shí)本研究中當(dāng)BFA添加量為8 g/kg時(shí)，TEB及其組成含量與對(duì)照組相比差異并不顯著(>0.05)，說明該轉(zhuǎn)變過程可能并非隨著BFA添加量的增加而愈加明顯。另外，Na濃度的降低也可作為對(duì)土壤表層鹽分含量減少的解釋，鄭敏娜等亦研究表明，添加黃腐酸能降低土壤中Na含量。

當(dāng)具備良好結(jié)構(gòu)特性和更高生理活性的BFA作用于鹽堿土后，土壤膠體上的交換性Ca濃度增加，交換性Na濃度降低，這可能與BFA促進(jìn)土壤膠體上陽(yáng)離子的置換作用有關(guān)，使得土壤TEB得到提高。結(jié)合在鹽堿土中添加BFA能夠延長(zhǎng)土壤水分入滲歷時(shí)，增大土壤累積入滲量和降低土壤表層含鹽量的顯著效果，表明BFA在增強(qiáng)鹽堿化土壤保肥和緩沖能力，以及改善土壤水鹽分布等方面具有積極作用，從而為BFA改良鹽堿化土壤和提升土壤質(zhì)量提供理論參考。

3 結(jié) 論

(1)在鹽堿土中添加BFA能夠顯著影響土壤水鹽運(yùn)移特征和影響入滲模型參數(shù)。當(dāng)對(duì)照組入滲至31 cm時(shí)，BFA為1，2，4，8 g/kg添加量處理的濕潤(rùn)鋒深度相比對(duì)照組分別減少26.07%，34.98%，31.35%，13.86%；全部試驗(yàn)土柱入滲至31 cm時(shí)，BFA為1，2，4，8 g/kg添加量處理的累積入滲量相比對(duì)照分別增加12.36%，14.75%，9.08%，5.17%。Kostiakov模型、Philip模型和代數(shù)模型參數(shù)中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)()、吸滲率()和綜合形狀系數(shù)()均小于對(duì)照處理，經(jīng)驗(yàn)指數(shù)()均大于對(duì)照處理。

(2)在鹽堿土中添加BFA能夠改善土壤水鹽分布狀況，對(duì)鹽堿土具有較好的保水和脫鹽效果。與對(duì)照相比，添加BFA均能提高土壤持水效率和相對(duì)脫鹽率，在2 g/kg BFA添加量條件下，0—20 cm土層內(nèi)土壤平均體積含水率提高3.38%，平均持水效率提高10.65%，相對(duì)脫鹽率提高36.32%。

(3)在鹽堿土中添加BFA后土壤TEB顯著增加，能夠顯著改善土壤交換性鹽基離子組成，提升土壤質(zhì)量。BFA促進(jìn)土壤中交換性Ca、Mg、K與有害離子Na的置換作用，在2 g/kg添加量時(shí)交換性Ca平均濃度增加20.94%，交換性Na平均濃度減少14.72%。