吉林西部鹽漬土鹽分季節(jié)變化研究

丁澤遠，陳曉更

(吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130021)

吉林省西部松嫩平原分布有大面積的鹽漬土，是東北地區(qū)典型的季凍土分布區(qū)，吉林西部可以說是我國鹽堿化最嚴重和對農(nóng)業(yè)影響最大的地區(qū)之一。季節(jié)變化導致環(huán)境溫度也在變化，由溫度梯度引起的土中水分及鹽分的遷移是影響該地區(qū)土壤鹽漬化的重要原因。從總體上看，鹽分在土壤中積聚的數(shù)量和類型，在很大程度上和氣候相關，“鹽隨水來，水去鹽留”，蒸發(fā)越盛，土壤積鹽過程越強，這是一般的規(guī)律。地下水埋深越淺，在土壤毛管水上升高度越高的過程中就將地下水中的鹽分帶到土壤表面和土體中。這不僅給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了嚴重的危害，更重要的是，由于鹽漬土不良的工程性質(zhì)，給穿越其中的公路帶來了嚴重的路基病害，例如該地區(qū)公路常出現(xiàn)的翻漿、不均勻沉陷等道路病害均與季凍土中水分遷移有直接的聯(lián)系，而該區(qū)土體的性質(zhì)是影響水分遷移的重要因素。前人對吉林西部地區(qū)碳酸鹽漬土研究較多的是從農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境領域，但對該區(qū)鹽漬土的物理化學組成以及鹽分隨季節(jié)變化的遷移規(guī)律的研究還較少。在吉林西部鹽漬區(qū)，在蒸發(fā)和降水的雙重作用下，土壤鹽分運動出現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，即春季蒸發(fā)積鹽，雨季淋溶脫鹽，秋季蒸發(fā)積鹽，冬季相對穩(wěn)定。因此為深入了解吉林西部季凍區(qū)鹽漬土的性質(zhì)，有必要研究鹽漬土的粒度組成，并通過試驗得到吉林西部鹽漬土鹽分隨季節(jié)變化的規(guī)律，從而為解決該地區(qū)鹽漬土路基病害提供一定的理論依據(jù)。

1 土樣的物理化學性質(zhì)研究

2013年在吉林西部地區(qū)農(nóng)安縣進行了4次現(xiàn)場考察和野外取樣。鹽漬化比較嚴重的地區(qū)，干燥的地表往往含有大量的易溶鹽結晶而呈灰白色，在地表以下潮濕時鹽漬土一般為黑褐色或灰色。鹽漬土含水量低時手感堅硬，含水率高時手感松軟滑膩，本區(qū)屬于松嫩平原的半濕潤-半干旱斑狀蘇打草甸堿化鹽漬土分布區(qū)，縱向上鹽漬土具有明顯的分層特點:地表以下0～40cm，一般為黑褐色富含腐殖質(zhì)的含鹽量較高的堿土層;地表以下40～100cm，一般為呈銀灰色的不含腐殖質(zhì)的堿土層。本次取土范圍為地表下0～40cm，取樣點位置經(jīng)緯度坐標為N44°22.717′；E124°58.070′。

1.1 土樣的物理性質(zhì)

實驗采用了第一次取得的土樣進行顆分實驗用以分析其顆粒大小分布并定名。試驗中1、2、3、4號土樣分別代表深度為0cm、15cm、25cm、35cm的土樣，其物理性質(zhì)見表1。各土樣含量最高的粒徑區(qū)間是0.075～0.005mm，黏粒組<0.005mm含量次之，按照地礦部DT92分類定名：4號為粉質(zhì)輕亞黏土，其余3個土樣均為粉質(zhì)中亞黏土。在加入分散劑之后，粉粒組含量有不同程度的減少，黏粒組含量相應的增加，這說明土樣有輕微的“假粉性”。

表1 不同深度土樣的粒度組成及定名

注：否—不加分散劑，是—加分散劑

按照SL237- 1999《土工試驗規(guī)程》規(guī)范試驗得到4次取樣的含水率變化規(guī)律如圖1中曲線所示。5月初所取土樣中地表含水率最小，此時處于吉林西部的春季，地面降水補給較少，但通過冬季融雪下滲導致地面以下15～35cm范圍內(nèi)土樣的含水率比其它3組大，其中深度25cm左右的土樣含水率最大，高達32%左右。地表土在6月末取得土樣含水率最大，其次是10月初取土樣和11月中旬所取土樣，而6月末取得土樣地表以下土樣含水率都較10月初和11月中旬大，這說明隨著地面降水的徑流補給，表層土體含水率大大提高，地表以下土體的含水率都小于地表土。

圖1 4次取土含水率隨深度的變化曲線

本次實驗采取液塑限聯(lián)合測定儀對每次取得樣品進行測定，得到不同季節(jié)0～40cm范圍內(nèi)土樣的液塑限，由表2可知，土樣多為堅硬狀態(tài)，部分呈硬塑狀態(tài)。按照塑性圖分類得到該點土樣屬于低液限黏土。

表2 4次取土液塑限及稠度狀態(tài)

1.2 土樣的化學性質(zhì)

本次研究依據(jù)GBT50123- 1999《土工試驗方法標準》對土樣的部分化學性質(zhì)進行了測試。酸堿度測試采用電極法。

對4次所取土壤滲出液進行了測試，試驗結果列于表3中。由表3可知，土樣的pH值在9.0～10.5之間，土壤滲出液均呈現(xiàn)弱堿性。春季和夏季表層土體pH值低于地面以下土體pH值，秋冬季節(jié)表層土體pH值較高。由于地域及成土條件的不同，我國土樣的pH值從3.5～10均較常見。由于吉林省地區(qū)夏季降雨量多小于蒸發(fā)量，冬季受到凍融作用的影響，使其土壤多呈堿性。

表3 4次取土pH值

對于鹽漬土很重要的一個性質(zhì)是易溶鹽含量，此次研究測得4次取樣的易溶鹽總量和分量見表4，研究區(qū)深度為0～15cm的土中易溶鹽總量都在0.31%～0.70%范圍內(nèi)，可以確定該點的土體為鹽漬土，而深度范圍小于15cm的土樣易溶鹽總量在0.1%～0.28%之間，在地表0～40cm范圍內(nèi)，易溶鹽含量隨著深度的增大而減小，如圖2所示。

表4 4次取土易溶鹽含量

圖2 不同時間易溶鹽總量隨時間變化曲線

2 試驗結果分析

在蒸發(fā)和降水的雙重作用下，吉林西部農(nóng)安縣研究區(qū)鹽漬土鹽分和水分存在明顯的季節(jié)變化。春季降水補給較少，地面含水量并不大，由于冬季的融雪下滲導致地面以下含水量較大，在深度為25cm的時候達到最大含水率，高達31%左右，此時春季降雨和蒸發(fā)綜合作用導致表層土體含鹽量大約為0.5%，而下部各層土體含鹽量小于表層土體；夏季6月末所取土樣，表層土體含水量最大，下部土體含水量遠小于表層土體含水量，降水作用大于蒸發(fā)作用，此階段的淋溶作用較強烈，導致該階段表層土體中易溶鹽含量較其他階段低，尤其是深度為25cm和35cm的土樣，易溶鹽含量僅為0.1%左右，這說明大量的降雨帶走了地表及地表以下土體所含的鹽分，使得土體中的易溶鹽含量降低；但降水充沛導致地下水潛水面升高，又會有鹽分隨著毛細作用被帶到上層土體，所以土中的易溶鹽含量有一個逐漸增長的趨勢，可以看出10月初土樣中的鹽分總體高于6月末土樣中的鹽含量；在11月中旬時進行第4次取土樣，此時吉林西部地區(qū)基本已進入了初冬，此時降雨已經(jīng)大大減少，蒸發(fā)量遠大于降雨量，鹽分逐漸在土體內(nèi)部累積，此階段測得表層以下土體的易溶鹽含量也是4次取土中最高的。

總體來說，春季蒸發(fā)大于降雨作用，表層土體含水率小，含鹽量較大，夏季降雨作用大于蒸發(fā)作用，土體內(nèi)部含水率增加，但由于淋溶作用，土中含鹽量有所降低，而進入秋冬以后，農(nóng)安地區(qū)地面以下鹽漬土的含水率趨于穩(wěn)定，在15%～22%之間，這個階段土體內(nèi)部有一個累積鹽分的過程，尤其是表層土體積鹽現(xiàn)象明顯。

圖2中20cm深度總鹽量數(shù)據(jù)反常，一般來說植物根系在15～25cm深度區(qū)間內(nèi)，受植物根系影響，在6月份降雨增加，由于淋溶作用土中的鹽分隨水分向下遷移，但若有大量植物根系分布在此深度，就會使得鹽分在地面以下20cm處聚集，導致鹽分在6月份在20cm處較高。但因為取樣點為旱地，實際植被發(fā)育量一般，所以試驗結果在深度為20cm處鹽分有聚集現(xiàn)象，但并不十分明顯。

3 結語

農(nóng)安地區(qū)鹽漬土的水鹽運移主要是受到蒸發(fā)和降雨作用以及溫度梯度的影響，表層土體含鹽量較大，隨著深度增大，含鹽量逐漸減小春秋季節(jié)，由于強烈的蒸發(fā)作用使得土壤中水鹽由深層向地表淺層運移。夏季降雨，使得鹽分隨水由地勢高處向地勢低洼處遷移。冬季土體內(nèi)水鹽成分受溫度梯度影響鹽分隨水分向凍結鋒面遷移。植物根系的保水吸水作用20cm深度范圍內(nèi)鹽分在夏季脫鹽期反常增高。

對吉林西部地區(qū)鹽漬土的理化特性及水鹽運移規(guī)律尚需進一步研究，今后考慮設置多個典型鹽漬土取樣點，通過室內(nèi)試驗和野外調(diào)查全面反映該區(qū)鹽漬土的空間分布以及時間變異特性。