棉秆隔层对土壤水分入渗及水盐分布的影响

来源:用户上传      作者:

　　摘要    采用室内土柱试验，研究了裸地、棉秆隔层表层放置及棉秆隔层15、30、45、60 cm处放置6个处理的土壤入渗特征及入渗后土壤水盐分布。结果表明，棉秆隔层的设置降低了土壤入渗速率和累积入渗量，有利于棉秆隔层以上盐分的淋洗;秸秆隔层的设置降低了土壤水分的蒸发，有利于隔层以下土壤水分的保持;各处理盐分均出现表聚，其中秸秆表层覆盖盐分表聚最小。研究结果可以为盐碱地改良提供依据。
　　关键词    棉秆隔层;土壤入渗;土壤水盐
　　中图分类号    S152.72        文献标识码    A        文章编号   1007-5739（2019）10-0138-02
　　Abstract    The indoor soil column infiltration experiments were carried out to study the effects of cotton straw interlayer on soil water infiltration and the distribution of soil water and salt.Six treatments were set in the experiment，including bare soil surface without cotton straw，soil surface with cotton straw，and different depths below soil surface（15 cm，30 cm，45 cm and 60 cm）.The results showed that cotton straw interlayer reduced soil infiltration rate and cumulative infiltration，which was benefit for soil salt leaching above the cotton straw interlayer.The cotton straw interlayer reduced the evaporation of soil moisture，which was benefit for maintain soil moisture below interlayer.Surface aggregetion of salt occurred in all treatments，the surface concentrdtion of soil salt was minimal in treatment of soil surface covered with cotton straw.
　　Key words    cotton straw interlayer;soil infiltration;soil water and salt
　　新疆南疆是我国主要的优质棉生产基地，也是我国土壤盐碱化最严重的地区之一。常规盐分淋洗主要采用大定额的冬、春灌洗压盐，在盐分淋洗过程中导致地下水位上升，地下水在毛细管作用下向土壤浅层运移，同时溶解在地下水中的盐分也随毛细管向土壤浅层迁移，水分蒸发后盐分留在地表，尤其是在冻融过程中，土壤浅层尤其表层积盐明显[1]。
　　国内外很多学者研究表明，在地下埋设隔层可以打断土壤毛细管，破坏其连续性，隔断水盐上移的通道，达到抑制盐分表聚的目的[2]。隔层设置可以是砂层[3]、粉煤灰[4]、炉渣[5]、棉秆[6]等材料，均具有良好的隔盐效果。南疆大面积棉秆还田模式下，不同棉秆埋深下土壤入渗特征及水盐分布还需要进一步研究。因此，对南疆棉秆还田模式不同棉秆埋深土壤水分入渗和水盐分布特征进行土柱试验，探索不同棉稈埋深对土壤水分入渗参数的影响及阻盐效果，为南疆水盐调控提供依据。
　　1    材料与方法
　　1.1    试验地点
　　试验于2018年5月在塔里木大学试验基地（东经79°23′33″～81°53′45″，北纬40°20′00″～41°47′18″，海拔高度1 020 m）进行。
　　1.2    试验装置
　　有机玻璃土柱（高110 cm、内直径14.5 cm），土柱底部封闭并设有排气孔，自底部向上10、20、30、40、50、60、70、80 cm处分别均匀设置9个取样孔，孔径均为2 cm，取样孔在同一水平面上且相互错开，便于取土进行水盐动态分析，试验时用橡皮塞堵住取样孔。
　　1.3    试验材料
　　试验供试土壤取自试验基地土样，土壤质地为粉砂壤土，属氯化物-硫酸盐土。将取回的土壤晒干、磨碎，除去杂物后过1 mm土筛备用。
　　1.4    试验方法
　　装土前，先在土柱底部装填干净的砂石层作为反滤层，厚度约为5 cm，可为入渗过程提供一个气流顺畅的入渗环境。按1.4 g/cm3土壤干容重分层装填试验土柱，装填至棉秆埋深高度时，先在土表平铺2层尼龙布，然后均匀铺设棉秆隔层。棉秆样品取自阿拉尔塔里木大学水利与建筑工程学院试验田，为当季风干棉花棉秆。将棉秆按1∶3∶6（叶∶桃∶秆）、长度3～5 cm进行铺设，压实后棉秆隔层厚度为5 cm，棉秆隔层上表面也平铺2层尼龙布，再将进行分层装填，装填至85 cm高度时结束，土柱上部留有5 cm。棉秆埋深设计为裸地、表层覆盖、埋深15 cm、埋深30 cm、埋深45 cm和埋深60 cm共6个处理。 　　土柱装填好后让土柱自平衡24 h后开始进行入渗试验。灌水后开始连续记录湿润锋位置。入渗水头保持5 cm，入渗深度采用前密后疏的时间进行读取。用乳胶管连接土柱底部排气孔和容器接渗出液，记录出水时刻及停止出水时刻，停止出水后，称量渗出液重量并测定电导率。用土钻在取样孔取土，最后用塑料膜将土柱关口封住[7-9]。入渗完成后24 h取样，土壤含水率采用烘干法测定;试验用土样初始含盐量为2.5 g/kg，土壤含盐量采用电导率法结合残渍法测定。
　　2    结果与分析
　　2.1    棉秆隔层设置对土壤水分入渗特征的影响
　　各处理都经历从入渗快速减少的入渗初期，先平缓减少直至缓慢达到稳定入渗。各处理平均入渗速率和累积入渗量见图1。棉秆隔层埋置在15 cm和30 cm可明显降低平均入渗速率，裸地和棉秆埋深60 cm土壤水分平均入渗速率最大且基本一致。由于棉秆隔层的存在，当水分入渗湿润峰到达棉秆隔层时，棉杆隔层打断了毛管的连续性，同时棉秆空隙较大，水分先填充棉杆空隙，棉秆和土壤2种不同材料使土壤水势在土壤中分布连续性打断，阻碍了土壤水分的下渗，所以使土壤水分平均入渗速率降低。而裸地和棉秆60 cm埋深土壤毛管打断现象不明显，致使土壤水分平均入渗速率最大。从累积入渗量看，裸地最大，其次为棉秆埋深60 cm，埋深30 cm最小，累积入渗量和平均入渗速率表现出同样的结果。
　　入渗完成后土壤剖面盐分含量分布见图2。表层盐分含量表现为棉秆隔层15、30、45 cm小于裸地、表层覆盖和60 cm棉秆隔层;而在80 cm深度，埋深30 cm和45 cm土壤盐分最大。可见棉秆隔层的设置不利于土壤水分的下渗而穿过隔离层，使水分在棉秆隔层以上停留时间增加，從而使土壤中的盐分充分溶解，最后随水分向下迁移，由于下渗速度较裸地和棉秆埋深60 cm小，盐分还没有排出土柱，在土柱下部进行沉积，所以导致设置棉秆隔层的处理底部盐分较大，尤其是30、45 cm棉秆埋深。
　　分析可知，棉秆隔层的设置降低了土壤入渗速率和累积入渗量，使土壤水分在棉秆隔层以上停留时间增加，使隔层以上土壤盐分得到充分溶解，有利于棉秆隔层以上盐分的淋洗。
　　2.2    棉秆隔层设置对土壤水盐分布的影响
　　入渗完成后10 d取样，土壤剖面含水率和盐分见表1。随着土壤水分的蒸发，棉秆表层覆盖不利于土壤水分的蒸发，阻碍土壤表层积盐，土壤含盐量最小为0.61 g/kg，其余处理土壤含水率均随土壤深度的增加而增加。由于棉秆隔层的存在，下部水分难以通过毛细管上升到浅层，致使棉秆埋深15、30、45 cm时棉秆隔层以上含水量明显降低，70、80 cm深层含水量各处理基本一致。各处理盐分均出现表聚，不同棉秆隔层设置位置以上盐分含量均小于裸地处理，其中秸秆表层覆盖盐分表聚最小，45 cm棉秆隔层设置盐分表聚最大。主要是由于棉秆隔层的设置切断了土壤毛细管的连续性，改变了土体的通透性和导水能力的连续性，形成一种不连续的水分运移通道，形成了土壤毛管水的上移障碍层，减弱了蒸发能力。
　　3    结论
　　（1）棉秆隔层的设置，降低了土壤入渗速率和累积入渗量，使土壤水分在棉秆隔层以上停留时间增加，使隔层以上土壤盐分得到充分溶解，从而有利于棉秆隔层以上盐分的淋洗。
　　（2）秸秆隔层的设置降低了土壤水分的蒸发，有利于隔层以下土壤水分的保持。
　　（3）各处理盐分均出现表聚，不同棉秆隔层设置位置以上盐分含量均小于裸地处理，其中秸秆表层覆盖盐分表聚最小。
　　4    参考文献
　　[1] 姚宝林，李光永，王峰.冻融期灌水和覆盖对南疆棉田水热盐的影响[J].农业工程学报，2016，7（32）：114-120.
　　[2] 赵永敢，王婧，李玉义，等.秸秆隔层与地覆膜盖有效抑制潜水蒸发和土壤返盐[J].农业工程学报，2013，29（23）：109-117.
　　[3] 史文娟，沈冰，汪志荣，等.蒸发条件下浅层地下水埋深夹砂层土壤水盐运移特性研究[J].农业工程学报，2005，21（9）：23-26.
　　[4] 刘玉涛，董志，李红丽，等.不同隔盐措施对滨海盐碱地白蜡光合作用日变化的影响[J].水土保持研究，2011，18（3）：126-131.
　　[5] 殷小琳，丁国栋，张维城.降雨及隔盐层对滨海盐碱地水盐运动的影响[J].中国水土保持科学，2011，9（3）：40-44.
　　[6] 卢闯，逄焕成，张宏媛，等.春灌结合秸秆隔层促进土壤脱盐增加微生物多样性[J].2017，33（18）：87-94.
　　[7] 王曼华，陈为峰，宋希亮，等.秸秆双层覆盖对盐碱地水盐运动影响初步研究[J].土壤学报，2017，54（6）：1395-1403.
　　[8] 卢闯.玉米秸秆隔层对土壤溶液盐浓度与离子运动的影响[D].北京：中国农业科学院，2017.
　　[9] 赵永敢.“上膜下秸”调控河套灌区盐渍土水盐运移过程与机理[D].北京：中国农业科学院，2014.
　　基金项目   国家大学生创新创业项目“膜-秸二元覆盖阻减土壤蒸发和土壤返盐实验研究”（201810757047）。
　　*通信作者
　　收稿日期   2019-01-18
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-14893964.htm