微咸水微潤(rùn)灌溉下土壤水鹽運(yùn)移特性研究

張珂萌 牛文全，2 汪有科，2 薛萬(wàn)來(lái) 張子卓

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院， 陜西楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所， 陜西楊凌 712100；3.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院， 北京 100048)

微咸水微潤(rùn)灌溉下土壤水鹽運(yùn)移特性研究

張珂萌1牛文全1，2汪有科1，2薛萬(wàn)來(lái)2，3張子卓1

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院， 陜西楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所， 陜西楊凌 712100；3.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院， 北京 100048)

為探明土壤水分和鹽分在利用微咸水進(jìn)行微潤(rùn)灌溉條件下的運(yùn)移情況，采用室內(nèi)土箱模擬試驗(yàn)方式，設(shè)置2.0、2.5、3.0、3.5、5.0 g/L 5種不同礦化度處理，以蒸餾水處理作對(duì)照，共入滲72 h。結(jié)果表明：入滲結(jié)束時(shí)在不同方向上的最大運(yùn)移距離隨礦化度增大呈先增大后減小趨勢(shì)，在3.0 g/L處理下達(dá)到最大值，且微咸水處理的濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離均大于蒸餾水處理；將累積入滲量代入Kostiakov入滲公式，入滲系數(shù)隨礦化度的增大呈先增大后減小趨勢(shì)，入滲指數(shù)不斷減??；土壤電導(dǎo)率以微潤(rùn)帶為軸心向四周不斷增大，在濕潤(rùn)鋒處達(dá)到最大值，脫鹽區(qū)與濕潤(rùn)體形狀相關(guān)，呈圓環(huán)狀分布；入滲結(jié)束后土壤剖面平均含鹽量與蒸餾水處理之間無(wú)顯著性差異，脫鹽半徑隨礦化度的增大呈線性遞減趨勢(shì)；利用微潤(rùn)灌進(jìn)行灌溉，土壤鹽分存在表聚和底聚現(xiàn)象，且表層積鹽更為嚴(yán)重。

礦化度； 入滲； 水鹽分布； 微潤(rùn)灌溉

引言

我國(guó)人均淡水資源不足且污染嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)用水利用效率低下[1]致使灌溉水資源日益短缺，而微咸水分布廣、儲(chǔ)量大[2]，已成為重要的灌溉水源[3]，在淡水十分緊缺的華北和西北地區(qū)有著廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景，如何合理利用微咸水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉對(duì)于緩解我國(guó)淡水資源緊缺具有重要意義。近年來(lái)，部分學(xué)者利用微咸水針對(duì)不同灌溉方式[4-8]、土壤質(zhì)地以及作物[9-13]開(kāi)展了大量研究，普遍認(rèn)為：①微咸水灌溉對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在土壤交換性鈉和土壤溶液電導(dǎo)率2個(gè)方面，提高土壤鹽分濃度有利于促進(jìn)土壤顆粒的紊凝作用和團(tuán)聚性、加強(qiáng)土壤穩(wěn)定性、增加土壤中大孔隙、增強(qiáng)滲透性能；同時(shí)，Na+過(guò)量會(huì)造成土壤顆粒松散，降低土壤滲透能力[14-18]，利用微咸水灌溉存在礦化度臨界值。②利用微咸水灌溉產(chǎn)生輕微的鹽分脅迫可以在一定程度上提高小麥[9]、棉花[10-11]、甜瓜[12]等作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，但對(duì)番茄[13]沒(méi)有顯著影響，不同作物對(duì)鹽分的耐受性呈現(xiàn)差異，應(yīng)將植物根區(qū)的鹽分控制在植物對(duì)鹽分的耐受范圍內(nèi)，才不至造成減產(chǎn)。③滴灌、涌泉灌溉等間歇灌溉對(duì)土壤鹽分淋洗效果較漫灌、溝灌等一次灌溉淋洗效果明顯，鹽分在濕潤(rùn)鋒處累積[19]，脫鹽區(qū)的形狀根據(jù)不同灌溉方式下濕潤(rùn)區(qū)形狀呈現(xiàn)差異，如漫灌呈淺寬式、滴灌為寬窄式[20]；另有研究者對(duì)微咸水進(jìn)行磁化處理，發(fā)現(xiàn)磁化處理后的微咸水可以有效增益鹽敏植物對(duì)鹽漬化土壤環(huán)境的適應(yīng)性[21]。微潤(rùn)灌溉屬于連續(xù)灌溉，通過(guò)地埋微潤(rùn)管，減小地表蒸發(fā)并將水緩慢輸送到作物根區(qū)土壤[18]，形成近似圓柱體形[22-23]濕潤(rùn)體以滿足植物需水。然而目前有關(guān)利用微咸水進(jìn)行微潤(rùn)灌溉時(shí)土壤中水-鹽運(yùn)移過(guò)程、脫鹽區(qū)域的大小、鹽分累積位置等研究尚不足。本文通過(guò)室內(nèi)土箱模擬試驗(yàn)，分析不同礦化度微咸水微潤(rùn)灌溉下土壤水-鹽運(yùn)移特性、濕潤(rùn)土壤脫鹽區(qū)域等，以期為微咸水微潤(rùn)灌溉提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)土壤

試驗(yàn)用土取自陜西楊凌渭河三級(jí)階地農(nóng)田塿土。取土深度為0～40 cm，將取得的土壤經(jīng)風(fēng)干、碾壓、過(guò)篩(孔徑2 mm)、均勻混合制成室內(nèi)試驗(yàn)土樣。試驗(yàn)土壤的顆粒組成采用MS2000型激光分析粒度儀(英國(guó)馬爾文公司)測(cè)定，按國(guó)際制土壤質(zhì)地三角形分類，粉粒(粒徑0.002～0.02 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%以上，粘粒(粒徑0～0.002 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于15%，試驗(yàn)所用土壤類型為粉質(zhì)粘壤土。供試土壤的具體理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土樣的理化性質(zhì)
Tab.1 Physical and chemical properties of soil

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)

研究灌溉水水質(zhì)對(duì)土壤入滲的影響主要有灌溉水礦化度和鈉吸附比(Sodium adsorption ratio,SAR)2個(gè)指標(biāo)，NIKOS等[24]發(fā)現(xiàn)礦化度小于等于3 g/L條件下，可以認(rèn)為入滲水的SAR對(duì)土壤鹽分分布無(wú)顯著影響，肖振華等[25]通過(guò)試驗(yàn)初步提出了引起堿害的SAR臨界值為14(mmol/L)1/2，為避免堿害發(fā)生，本次試驗(yàn)用水的SAR采用14(mmol/L)1/2。礦化水根據(jù)蒲城鹵陽(yáng)湖地區(qū)地下微咸水鹽分組成特點(diǎn)，由NaHCO3、Na2SO4、MgSO4、MgCl2、CaCl2配制而成，各礦化度下基本離子濃度如表2所示。

1.3 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置由土箱和供水裝置2部分組成。試驗(yàn)土箱尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為120 cm×50 cm×50 cm，由厚度為10 mm有機(jī)玻璃制成。土箱兩側(cè)打有直徑為25 mm的對(duì)稱小孔(距土箱上沿250 mm側(cè)沿15 mm)為微潤(rùn)帶穿過(guò)該土箱供水的進(jìn)出口。供水裝置為馬氏瓶，提供恒定水頭，其橫截面積25 cm2，高70 cm。微潤(rùn)帶為雙層結(jié)構(gòu)，直徑25 mm，內(nèi)層厚度0.06 mm，微孔直徑10～900 nm不等，外層為無(wú)紡布保護(hù)層以增加微潤(rùn)帶強(qiáng)度。微潤(rùn)帶長(zhǎng)度與土箱長(zhǎng)度均為120 cm，進(jìn)口端連接供水系統(tǒng)，出口端封閉，試驗(yàn)土箱與馬氏瓶利用橡皮軟管連接，土箱表面塑封，如圖1所示。

表2 試驗(yàn)配置不同礦化度微咸水的基本離子濃度Tab.2 Ion content of water with different mineralization degrees mol/L

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic of experimental equipment1.馬氏瓶 2.輸水軟管 3.可移動(dòng)支架 4.微潤(rùn)帶 5.試驗(yàn)土箱

1.4 試驗(yàn)方法及測(cè)定內(nèi)容

試驗(yàn)共設(shè)定5種礦化度，分別為2.0、2.5、3.0、3.5、5.0 g/L作微咸水處理，以蒸餾水(0 g/L)處理作為對(duì)照。本次試驗(yàn)設(shè)置微潤(rùn)帶埋深為15 cm[22]，壓力水頭設(shè)置為180 cm。將試驗(yàn)土樣(容重1.35 g/cm3，風(fēng)干含水率2.9%)裝入土箱，層間打毛，以便于充分接觸，表面用塑料膜覆蓋，防止土壤水分蒸發(fā)。試驗(yàn)過(guò)程中記錄不同時(shí)刻馬氏瓶的水位線。微潤(rùn)帶充水埋入土后，立即開(kāi)始用秒表記錄灌水時(shí)間，按照先密后疏的原則，入滲72 h后停止供水，用1 cm土鉆取樣，取樣點(diǎn)位置沿管帶的水平和垂直方向同時(shí)進(jìn)行，間距為5 cm。

用干燥法測(cè)定土壤含水率，將測(cè)定完含水率的土壤按照土水質(zhì)量比1∶5進(jìn)行浸提，使用哈納多參數(shù)分析儀Hi-4522型(意大利)測(cè)定土壤浸提液電導(dǎo)率。試驗(yàn)結(jié)束后，累積入滲量根據(jù)馬氏瓶刻度和橫截面積計(jì)算，平均入滲率為單位時(shí)間內(nèi)累積入滲量。

各處理重復(fù)3次，分析數(shù)據(jù)時(shí)取平均值，采用SPSS 17.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙尾-t檢驗(yàn)和Duncan多重比較分析，用Excel進(jìn)行圖形繪制。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 微咸水對(duì)土壤入滲特征的影響

2.1.1 微咸水對(duì)土壤濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離的影響

圖2是連續(xù)入滲0.5、30、72 h時(shí)，土壤濕潤(rùn)鋒在水平、垂直向上和垂直向下3個(gè)方向的運(yùn)移距離隨入滲水礦化度增加的變化趨勢(shì)。圖2a表明灌水初期(0.5 h)不同礦化度下的微咸水在水平方向的運(yùn)移距離大于其他2個(gè)方向，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離在3個(gè)方向上基本隨入滲水礦化度的增加而呈先增大后減小的趨勢(shì)；圖2b、2c表明灌水中期(30 h)和灌水后期(72 h)礦化度為3.0 g/L處理的濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離在不同運(yùn)移方向上均大于2.5 g/L和3.5 g/L，達(dá)到最大，說(shuō)明在相同的土壤質(zhì)地、容重、初始含水率和入滲時(shí)間下利用微咸水進(jìn)行微潤(rùn)灌溉時(shí)濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離的最大值處于3.0 g/L附近，本次試驗(yàn)中3.0 g/L處理的濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)為最大值；入滲72 h末3.0 g/L處理在垂直向下方向的濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離較蒸餾水處理隨灌水增加的百分比分別為50%、30%和25%，微咸水在連續(xù)灌溉下的濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離的增加程度逐漸降低。

圖2 入滲0.5、30、72 h時(shí)濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離與礦化度之間的變化曲線Fig.2 Changing curves of maximum wetting front with different mineralization degrees of saline water in different time

表3為入滲72 h后不同礦化度濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離。垂直向下、向上和水平方向上不同礦化度濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離的標(biāo)準(zhǔn)差分別為1.50、1.51和1.07，對(duì)樣本均值雙尾-t檢驗(yàn)，P≤0.05，垂直向下和向上方向的決定系數(shù)R2為0.825，垂直向上和水平方向的決定系數(shù)R2為0.946，垂直向下和水平方向的決定系數(shù)R2為0.875，表明當(dāng)?shù)V化度相同時(shí)，濕潤(rùn)鋒在不同方向上的運(yùn)移距離差異較小，礦化度對(duì)不同方向運(yùn)移距離的影響不顯著，利用微潤(rùn)灌進(jìn)行微咸水灌溉的濕潤(rùn)體近似圓形；不同礦化度對(duì)濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離影響的顯著性分析結(jié)果表明0、3.5、5.0 g/L之間的差異不顯著，2.0、2.5、3.5 g/L之間的差異不顯著，但3.0 g/L礦化度條件下濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離顯著高于其他處理，并在表層出現(xiàn)一定的積水，積水深小于1 cm。

表3 入滲72 h濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離Tab.3 Transport distance of wetting front under different salinities in different directions after 72 h cm

注：同列數(shù)值后不同字母表示差異顯著，P<0.05，下同。

2.1.2 微咸水對(duì)土壤入滲參數(shù)的影響

土壤入滲參數(shù)是反映入滲條件下入滲速率的重要參數(shù)，受土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、容重等因素的影響。對(duì)于同一土壤，入滲水礦化度也影響土壤的入滲性能，進(jìn)而影響其入滲參數(shù)。

Kostiakov經(jīng)驗(yàn)入滲公式能很好地描述微咸水的土壤入滲特征[26-27]，即土壤累積入滲量與入滲時(shí)間的關(guān)系，擬合決定系數(shù)R2在0.99 以上。Kostiakov經(jīng)驗(yàn)入滲公式為

I=kta

(1)

式中I——累積入滲量,cmt——入滲時(shí)間，hk——入滲系數(shù)a——入滲指數(shù)

由表4可以得到，入滲系數(shù)k隨礦化度的增加呈先增加后減小趨勢(shì)，并在3.0 g/L處達(dá)到最大值，且微咸水處理的k值均大于蒸餾水處理，灌溉水的礦化度對(duì)入滲系數(shù)k具有顯著影響。入滲指數(shù)a隨著礦化度的增大呈先減小后在5.0 g/L時(shí)與蒸餾水處理相近。利用微咸水灌溉時(shí)，存在一個(gè)礦化度的臨界值，隨礦化度的增大，k值逐漸增大，a值逐漸減小，但超過(guò)該臨界值時(shí)，隨著礦化度的繼續(xù)增大k值呈遞減趨勢(shì)，本次試驗(yàn)驗(yàn)證該值在微潤(rùn)灌條件下位于3.0 g/L附近，表中a值在5.0 g/L時(shí)增大，說(shuō)明當(dāng)微咸水礦化度增加到5.0 g/L時(shí)不再促進(jìn)微潤(rùn)灌溉條件下微咸水的入滲。

表4 礦化度對(duì)Kostiakov 入滲參數(shù)的影響
Tab.4 Effect of mineralization of saline water on infiltration parameters of Kostiakov model

礦化度/(g·L-1)kaR202.086a0.850a0.9992.03.162b0.801b0.9972.54.162c0.791c0.9993.05.546d0.775d0.9983.53.391e0.773d0.9945.02.748f0.834e0.999

2.2 微咸水入滲對(duì)土壤脫鹽區(qū)的影響

入滲72 h后，沿微潤(rùn)管垂直方向上取樣測(cè)土壤電導(dǎo)率，當(dāng)不同深度實(shí)測(cè)電導(dǎo)率低于初始電導(dǎo)率時(shí)稱為脫鹽，脫鹽區(qū)域邊沿與微潤(rùn)管的距離為脫鹽半徑。圖3為灌溉水礦化度與脫鹽半徑的關(guān)系。

圖3 礦化度與脫鹽半徑的關(guān)系Fig.3 Relationship between salinity and radius of desalination in soil

從圖3可以看出，微潤(rùn)灌脫鹽半徑隨礦化度的增加呈線性遞減趨勢(shì)，蒸餾水處理的脫鹽半徑最大，但礦化度2.5 g/L與3.0 g/L處理的差異較小，而礦化度3.0 g/L與3.5 g/L的差異較大，分析其原因是處理3.0 g/L和處理3.5 g/L之間含鹽量差異并不大，但3.0 g/L的入滲量遠(yuǎn)大于3.5 g/L，鹽隨水運(yùn)移而造成3.0 g/L處理的脫鹽半徑大于3.5 g/L。從脫鹽半徑的變化趨勢(shì)分析，礦化度為3.0 g/L是一個(gè)拐點(diǎn)，當(dāng)?shù)V化度小于3.0 g/L時(shí)，濕潤(rùn)體脫鹽占優(yōu)，反之則積鹽占優(yōu)。

2.3 微咸水入滲對(duì)土壤剖面鹽分積累的影響

土壤電導(dǎo)率與土壤含鹽量之間存在正相關(guān)關(guān)系，可用電導(dǎo)率反映土壤含鹽量的變化情況[26]。圖4是距離微潤(rùn)管帶水平方向5 cm處，垂直方向上不同礦化度條件下入滲72 h時(shí)土壤電導(dǎo)率的變化。

圖4 不同礦化度下土壤電導(dǎo)率隨土壤深度的變化Fig.4 Changes of soil EC value with soil depth for different mineralization degrees of saline water

由圖4可知，微潤(rùn)灌土壤電導(dǎo)率分布以微潤(rùn)帶(埋深15 cm處)為軸心向四周逐漸增大，在濕潤(rùn)鋒處達(dá)到最大值。微潤(rùn)帶以上部分(0～15 cm)，相同深度的濕潤(rùn)土壤電導(dǎo)率隨著灌溉水礦化度的增大而增大；微潤(rùn)帶以下部分(15～30 cm)，總體與上部相似，相同深度濕潤(rùn)土壤電導(dǎo)率隨著灌溉水礦化度的增大而增大，但3.0 g/L處理下的電導(dǎo)率變化曲線與2.5 g/L處理出現(xiàn)交叉，3.0 g/L處理的脫鹽區(qū)域略大于2.5 g/L處理，在2.5～3.0 g/L之間即使增加灌溉水的礦化度也不會(huì)造成進(jìn)一步積鹽。不同礦化度(0～5.0 g/L)濕潤(rùn)鋒垂直向下與表層運(yùn)移距離分別為26.8、28.82、29.93、31.94、28.47、27.65 cm，對(duì)照?qǐng)D4垂直向下土壤電導(dǎo)率隨礦化度變化情況發(fā)現(xiàn)濕潤(rùn)土壤中的電導(dǎo)率隨微咸水的入滲向濕潤(rùn)鋒附近增大，即鹽分隨入滲向濕潤(rùn)鋒處累積，垂直向上的變化情況與之一致，微咸水微潤(rùn)灌鹽分分布與濕潤(rùn)體形狀。圖中分界線267 μS/cm為土壤初始電導(dǎo)率，不同深度濕潤(rùn)土壤的電導(dǎo)率大于土壤初始電導(dǎo)率視為積鹽，隨灌溉水礦化度的增加表層積鹽深度也隨之增加并分布在距表層11.9 cm內(nèi)，底部同時(shí)存在積鹽且蒸餾水處理較其他微咸水處理輕微，微潤(rùn)灌溉鹽分隨水上移和底層遷移同時(shí)存在，但淺層土壤更易積鹽。

由圖5試驗(yàn)結(jié)束時(shí)不同礦化度下水平距離微潤(rùn)帶5 cm處土壤剖面平均電導(dǎo)率分布，可進(jìn)一步分析礦化度對(duì)土壤剖面電導(dǎo)率的影響。由圖5可知，蒸餾水處理的平均電導(dǎo)率低于土壤初始電導(dǎo)率，具有一定的洗鹽作用，而利用微咸水灌溉則不同程度地增加了土壤的含鹽量。單因素方差分析得到不同礦化度條件下土壤電導(dǎo)率變化不顯著(P=0.149)，在礦化度小于等于5.0 g/L且距表層25 cm內(nèi)土壤中的平均電導(dǎo)率受礦化度影響有升高的趨勢(shì)，但之間的差異不顯著，說(shuō)明利用微咸水進(jìn)行灌溉礦化度在2.0～5.0 g/L以內(nèi)對(duì)土壤總含鹽量的影響差異不大，但在微潤(rùn)灌溉入滲的方式下不同深度土層鹽分分布存在一定的差異(表5)。

表5為不同深度土層5個(gè)礦化度的平均電導(dǎo)率?？煽闯霾煌疃韧翆又g的電導(dǎo)率有顯著性差異(P≤0.05)，5 cm處平均電導(dǎo)率最大，與其他各土層差異顯著，其次是25 cm處，而15 cm和20 cm差異不顯著，20 cm和10 cm差異不顯著。隨微咸水的入滲，鹽分隨水分以埋管15 cm處為中心呈對(duì)稱分布，在5 cm和25 cm處積鹽較為嚴(yán)重，10～20 cm內(nèi)的電導(dǎo)率均小于初始電導(dǎo)率(表1，267 μS/cm)，說(shuō)明位于濕潤(rùn)體內(nèi)鹽分降低，得到淋洗；鹽分在濕潤(rùn)鋒處積累最為嚴(yán)重，產(chǎn)生鹽分表層和深層雙聚的現(xiàn)象，且鹽分的表聚程度大于底層聚集情況。

圖5 礦化度對(duì)土壤剖面平均電導(dǎo)率的影響Fig.5 Effects of different mineralization degrees on averaged EC value in soil profile

土層深度/cm510152025平均電導(dǎo)率/(μS·cm-1)335.00a259.00c222.08d244.44cd298.90b

3 討論

(1)微潤(rùn)灌條件下，入滲水礦化度對(duì)入滲及濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離的影響

濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離、入滲系數(shù)k通常受土壤質(zhì)地[28]、灌溉水水質(zhì)[29]、初始含水率[14]、供水壓力[26]等的影響；而入滲指數(shù)a主要與土壤的機(jī)械組成、結(jié)構(gòu)、供水強(qiáng)度和初始含水率等因素有關(guān)，當(dāng)土壤結(jié)構(gòu)改變，孔隙度增大，導(dǎo)水性增強(qiáng)時(shí)濕潤(rùn)峰運(yùn)移距離和k值就會(huì)增大[30]，土壤骨架發(fā)生一定的變形，使得入滲界面的土壤結(jié)構(gòu)密實(shí)，入滲指數(shù)則減小[25]。微咸水的水鹽運(yùn)移特征主要是由入滲水的礦化度和土壤中Na+濃度共同決定的[25,31]，在礦化度小于等于3.0 g/L時(shí)，礦化度占主要作用，能夠增強(qiáng)土壤的凝絮作用[14]，增加土壤的有效孔隙，改善導(dǎo)水性能，故k值和濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離隨礦化度的增大而增大；當(dāng)?shù)V化度繼續(xù)增加到大于3.0 g/L時(shí)，Na+濃度由表2中的0.644 7 mol/L增加到1.074 5 mol/L，土壤結(jié)構(gòu)主要由Na+作用，使得土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分散膨脹，連通性孔隙變小和阻塞[26]，降低導(dǎo)水性能，土壤更加密實(shí)，此時(shí)k值和濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離會(huì)逐漸減小，a值減小。表4中蒸餾水處理和5.0 g/L處理a值相近，說(shuō)明當(dāng)?shù)V化度升高到5.0 g/L時(shí)，土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變[32]，發(fā)生崩解等現(xiàn)象造成土壤松動(dòng)致使a值升高。

(2)微潤(rùn)灌溉條件下，入滲水礦化度對(duì)濕潤(rùn)體含鹽量及脫鹽半徑的影響

微咸水本身含有一定的鹽分，利用微咸水灌溉必然會(huì)給土壤帶來(lái)額外的鹽分積累，鹽分在土壤中的分布狀況對(duì)植物生長(zhǎng)有極重要的影響[33]。土壤鹽分的表聚現(xiàn)象在地表灌溉方式下主要受土壤表面蒸發(fā)和植物根系作用[10]，而在微潤(rùn)灌溉方式下濕潤(rùn)土壤中鹽分隨水分入滲以微潤(rùn)帶為圓心向四周擴(kuò)散，與濕潤(rùn)體形狀相關(guān)，呈圓環(huán)狀分布[34]，故加劇了鹽分的表聚。

4 結(jié)論

(1)微潤(rùn)灌溉條件下，微咸水入滲結(jié)束時(shí)的土壤濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離、入滲系數(shù)k值隨礦化度的增大先增大再減小，入滲指數(shù)a值逐漸減小，灌溉水礦化度存在臨界值3.0 g/L使?jié)駶?rùn)鋒運(yùn)移距離和k值達(dá)到最大。

(2)利用微潤(rùn)灌進(jìn)行灌溉時(shí)，土壤鹽分分布存在向表層和土壤深層聚積現(xiàn)象，且表層更易積鹽。

(3)微咸水微潤(rùn)灌溉土壤鹽分以微潤(rùn)帶為中心對(duì)稱分布且逐漸增大，并在濕潤(rùn)鋒處達(dá)到最大值；微咸水灌溉增加土壤的含鹽量，且同一土層深度土壤含鹽量隨礦化度的增大而增大，土壤平均含鹽量在不同礦化度處理之間無(wú)顯著性差異，微咸水入滲對(duì)不同土層鹽分分布影響顯著；脫鹽半徑與灌溉水礦化度呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系；脫鹽區(qū)圍繞微潤(rùn)帶分布，積鹽區(qū)在濕潤(rùn)鋒附近，濕潤(rùn)體外側(cè)，呈圓環(huán)狀分布。

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Characteristics of Water and Salt Movement in Soil under Moistube-irrigation with Brackish Water

ZHANG Kemeng1NIU Wenquan1,2WANG Youke1,2XUE Wanlai2,3ZHANG Zizhuo1

(1.CollegeofWaterResourcesandArchitecturalEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China2.InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China
3.BeijingWaterScienceandTechnologyInstitute,Beijing100048,China)

In order to explore the movement characteristics of water and salt in soil under moistube-irrgation with brackish water, an indoor soil box simulation experiment was conducted under five different mineralization degree treatments with distilled water as control in 72 h. The results showed that with the rise of mineralization degree, the maximum migration distance presented a trend of first increase and then decrease in different directions and reached the highest when the degree of mineralization was 3.0 g/L. And the distances of wetted front under treatments of brackish water were all greater than that of distilled water. Then the cumulative infiltration was substituted into the Kostiakov infiltration equation and the infiltration coefficient showed a trend of rise first and then fall with the increase of mineralization degree, while infiltration index continued to decline. The soil conductivity was increased constantly to all around with the moistube-irrgation zone as axis and reached the peak at the wet front. The desalting area was related to the shape of the wetted body and distributed in circular shape. There was no significant difference in the average salt content of soil profile between brackish and distilled water after infiltration. The desalination radius was decreased linearly with the increase of mineralization degree. Both surface and bottom convergence phenomenon existed and the salification in soil surface was more serious under moistube-irrgation.

mineralization degree; infiltration; distributions of water and salt; moistube-irrigation

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.023

2016-07-05

2016-10-28

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BAC01B03)和陜北水蝕區(qū)植被功能調(diào)控技術(shù)與示范項(xiàng)目(2015BAC01B03)

張珂萌(1989—)，女，博士生，主要從事水土資源高效利用研究，E-mail： zkmsummerfool@163.com

汪有科(1956—)，男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事作物高效用水和水土保持研究，E-mail： gjzwyk@vip.sina.com

S152.7

A

1000-1298(2017)01-0175-08