微咸水淋洗对苏打盐渍土土壤理化性状的影响_图文

1、微咸水淋洗对苏打盐渍土土壤理化性状的影响吴乐知1,李取生2,刘长江3(1.中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室,江苏南京210008;2.暨南大学环境工程系,广东广州510632;3.中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林长春130012摘要:在轻度盐碱化和中度盐碱化2种苏打盐渍土上,分别设置对照、补充灌溉、低额淋洗和高额淋洗4个处理,对经微咸水淋洗的苏打盐渍土的土壤渗透性、土壤容重以及土壤盐碱含量的分析结果表明,在高额淋洗区,微咸水在中度苏打盐渍土中渗透速率约为对照区的3倍,在轻度苏打盐渍土中约为对照区的2倍。与对照区相比,中度和轻度苏打盐渍土高额淋洗区土壤容重分别

2、降低10.1%和9.5%。在高额淋洗区,中度苏打盐渍土60c m 深度内的含盐量降至1.0g kg -1,碱化度降低17.4百分点;轻度苏打盐渍土120c m 深度内含盐量均降至0.6g kg -1以下,碱化度也降低7.9百分点。苏打盐渍土土壤理化性状得到明显改善。认为适合中、轻度苏打盐渍土的淋洗定额分别为400和150mm 。关键词:微咸水;淋洗;苏打盐渍土;土壤渗透性;土壤容重;土壤盐碱含量中图分类号:S156.4文献标识码:A 文章编号:1673-4831(200602-0011-05Effects of L each i n g W ith M ildly Sa li n e W a

3、ter on the Physi ca l and Che m i ca l Properti es of Sa li n e 2Sod i c So il .WUL e 2zhi 1,L I Q u 2sheng 2,L I U Chang 2jiang 3(1.State Key Laborat ory of Soil and Sustainable Agriculture /I nstitute of Soil Sci 2ence,Chinese Acade my of Sciences,Nanjing 210008,China;2.Depart m ent of Envir on me

4、ntal Engineering,J inan Universi 2ty,Guangzhou 510632,China;3.Northeast I nstitute of Geography and Agricultural Ecol ogy,Chinese Acade my of Sci 2ences,Changchun 130012,China Abstract:An experi m ent of leaching saline 2s odic s oil with brackish water was conducted f or analysis of changes in phys

5、i 2cal and che m ical p r operties of the s oil,such as s oil infiltrati on,bulk density,salt and alkali content,etc .There were t w o subject s oils,slightly salinized s oil (SS and moderately salinized s oil (M S ,and four treat m ents,1CK,2supp lementary irrigati on,3l ow 2rate leaching and 4high

6、 2rate leaching .Results indicate that the infiltrati on rate of brackish water in Treat m ent 4was about 3ti m es as high as in CK in M S,and about t w ice in SS .I n MS the salt content within the dep th of 60c m was reduced t o 1.0g kg -1,and the ESP by 17.4percentage point,whereas in SS with the

7、 dep th of 120cm it was de 2creased t o 0.6g kg-1,and the ESP by 7.9percentage point .The bulk density of MS and SS reduced by 10.1%and915%res pectively,i m p r oving the s oil conditi ons significantly .It is hence concluded that the suitable volu me of leaching in moderately 2and slightly 2saliniz

8、ed s oils is 400mm and 150mm res pectively,for ameli orati on of the l ocal saline 2s odic s oils .Key words:brackish water;leaching;saline 2s odic s oil;s oil infiltrati on;s oil bulk density;s oil salt and alkali content我国松嫩平原西部是世界3大苏打盐碱地集中分布区之一,其中吉林西部盐碱化土地面积153万h m 2,是我国盐碱化最严重的地区之一1。近几十年来,土地盐碱化一直

9、在迅速发展。根据最新卫星遥感调查量算,松嫩平原西部已有67万hm 2土地由优质草原沦为盐碱荒漠,成为基本无利用价值的碱斑地,而且这一数字仍以年平均1.2%1.4%的速度增加,预计2010年将达到87万h m 22。土地盐碱化已成为当地农业发展和生态建设的难点,成为农业可持续发展的严重障碍。笔者利用当地微咸水资源对苏打盐渍土旱田进行淋洗改良试验,试图从土壤理化性状的变化中检验淋洗效果,为大面积淋洗改良苏打盐渍土提供科学依据。1材料与方法1.1研究区概况试验地点为大安市查干镇民乐村,位于吉林省西北部,松嫩平原中部低平原上。地理坐标为北纬44°5745°46,东经123°

10、;09124°21,海拔高度127.7160.8m 。该区020c m 土层含盐量为基金项目:国家科技攻关课题(2001BA508B05收稿日期:2005-11-20通讯联系人生态与农村环境学报2006,22(2:11-15Journal of Ecology and Rural Environm ent0.62.6gkg-1;2040c m土层含盐量为0.7 4.0gkg-1;120c m深度内土壤平均碱化度(ESP为17.5%37.0%,盐碱化程度高,改良前多数地块主要种植向日葵,单产500kgh m-2左右。该村浅层地下水比较丰富,含水层埋深2030m,矿化度12gL-1,属微

11、咸地下水3。2003年4月中旬至10月中旬,大安市10积温为3252,降水量449mm,比同期多年平均多降49.7mm,但是降水主要集中在7月和8月,日降水量最大为63.3mm。而4月中旬至5月下旬各旬降水量均小于多年平均,导致春旱,使得作物的播种延后4。1.2试验处理选择典型的苏打盐碱化旱田,分轻度盐碱化和中度盐碱化2种情况进行试验。在轻度盐碱化土地上种植玉米,品种为四单十九;在中度盐碱化土地上种植高粱,品种为吉杂76。用微咸水淋洗苏打盐渍土区试验地,玉米和高粱2种试验地均设对照、补充灌溉、低额淋洗和高额淋洗4个处理方式,每个处理重复3次,共24个小区。2种试验地位于民乐村不同地点,各个处理

12、之间有自然地块隔开,以避免不同地块、不同处理之间的相互干扰。联合国粮农组织建议,对于轻度盐碱地和非盐碱地,为防止次生盐渍化的发生,淋洗定额一般为灌溉定额的20%左右;而对于需改良的盐渍化土壤,淋洗比例应大些。土壤盐渍化程度不同,其淋洗定额也不一样。本试验对照区不使用微咸水进行人工灌溉与淋洗,入渗水分来源为自然降水;补充灌溉是指为了弥补作物水分亏缺,根据测得的土壤含水量和田间持水量,计算二者之间的差值,按照差值用微咸水进行人工补充灌溉,没有附加淋洗定额;低额淋洗是指在补充灌溉的基础上再附加低额微咸水进行淋洗;高额淋洗是指在补充灌溉的基础上再附加高额微咸水进行淋洗。依据李取生等5-7对淋洗制度的设

13、计,结合作物的生长时期确定淋洗方案为:分4次淋洗(2003年6月至8月,轻度盐碱地(玉米试验地低额淋洗4次,为40,40,40和30mm,共计150mm;高额淋洗4次,为80,80,80和60mm,共计300mm。中度盐碱地(高粱试验地低额淋洗4次,为60,60,60和70mm,共计250mm;高额淋洗4次,均为100mm,共计400mm。1.3试验采样和测定每次淋洗前以及作物收获后,进行钻孔取样,每个小区1个剖面,取样深度120c m,每隔20c m取样1个。每次取样均在同一地点钻孔,以尽量保持取样的可比性。烘干法测定土壤水分,计算补充灌溉水量和淋洗量。环刀法测定土壤容重。样品测定前混合均匀

14、,风干后按中国土壤学会推荐的方法8测定土壤含盐量和碱化度。采用电导仪测定样品的电导率(EC,再换算成土壤含盐量;采用原子吸收光谱法测定可溶性Na+、Ca2+和Mg2+含量,测定样品为3次重复的混合样。采用双圈法9测定旱田土壤入渗速率,分别测定淋洗区和对照区的土壤入渗速率。2结果与讨论2.1土壤渗透性经过400mm定额微咸水的淋洗,高梁试验地土壤渗透性得到改善。由图1可知,淋洗区入渗速率整体高于对照区,经t检验,差异均达极显著水平(P<0.01。400mm淋洗区初始入渗速率和稳定入渗速率分别为(163.5±13.76mmh-1和(41.0±3.98mmh-1,高于对照区

15、的初始入渗速率(117.3±34.12mmh-1和稳定入渗速率(12.2±1.95mmh-1。在前60m in内,400mm 淋洗区入渗速率下降为(62.2±9.18mmh-1,降至初始入渗速率的38%;而对照区约降至初始入渗速率的1/6。可见,经过400mm微咸水淋洗,土壤渗透性能得到较大改善,高粱试验地微咸水的稳定入渗速率由12.2mmh-1上升为41.0mmh-1 。图1高粱试验地对照区和400mm淋洗区入渗速率比较F i g.1I nf iltra ti on veloc ity of brack ish wa teri n4002mm2leach i n

16、 g plot and CK i n a sorghu m f i eld由图2可知,玉米试验地淋洗区土壤渗透性能比对照区有所增强,经t检验,差异达极显著水平(P<0.01。300mm淋洗区稳定入渗速率为21生态与农村环境学报第22卷(48.4±4.33mm h -1,是对照区的近2倍;并且在前60m in 内,入渗速率下降幅度小于对照区。可见,微咸水淋洗措施能够显著增强苏打盐渍土的渗透性,促进土壤物理特性的进一步改善 。图2玉米试验地对照区和300mm 淋洗区入渗速率比较F i g .2I nf iltra ti on veloc ity of brack ish wa te

17、r i n 3002mm 2leach i n g plot and CK i n a corn f i eld定入渗速率分别为(41.0±3.98mm h -1和(48.4±4.33mm h -1。本试验结果表明,苏打盐渍土地区微咸水的渗透性能远大于雨水;而经微咸水淋洗后的高粱试验地,雨水的渗透性能也有较大改善。根据李取生10的试验研究,盐碱化旱田代表性地块水分入渗速率开始较高,达11mm h -1,然后逐渐下降,入渗3h 以后,稳定在2mm h -1左右。高粱试验地400mm 淋洗区土壤经淋洗后的雨水入渗速率见图3 。图3高粱试验地400mm 淋洗区淋洗后雨水的入渗速率

18、F i g .3I nf iltra ti on veloc ity of ra i n wa ter i n leached4002mm 2leach i n g plot i n the sorghu m f i eld由图3可知,雨水稳定入渗速率达(38.9±7.99mm h -1。在黄土丘陵地区,一般农地的稳定入渗速率为67.7mm h -1,草地、果园、灌木和林地mm h -111-13。由此可见,高粱试验地400mm 淋洗区的土壤渗透性能得到改善,已经比较接近一般农用地的稳定入渗速率。土壤渗透性能得到显著改善,这就有效地减少了进入土壤表面的降雨或灌溉水的流失,为加速土壤盐

19、分淋溶洗脱、巩固脱盐效果和促进土壤理化性状的改善创造了有利条件14。2.2土壤容重土壤容重是土壤的重要特性,它的变化能够综合反映土壤通气透水性。一般来说,土壤容重提高,土壤硬度也增大,土壤呈现退化趋势;反之土壤容重降低,土壤得到改良。微咸水淋洗能够增强苏打盐渍土的渗透性能,从而改善土壤的疏松程度,盐渍土板结等性状将会得到改变。试验区各处理不同层次的土壤容重变化见表1。表1试验区2种作物各处理不同层次土壤容重的变化Table 1Bulk den siti es of d i fferen t so il l ayers under two d i fferen t crops w ith d i

20、 fferen t trea t m en ts i n the exper i m en t f i eld 地块类型深度/cm土壤容重/(g cm -3对照区补充灌溉区低额淋洗区高额淋洗区高粱地0201.57±0.061.33±0.040120数据为平均值±标准差。由表1可知,在土壤剖面120c m 深度内,补充灌溉区土壤容重较之对照区差别并不明显,可见补充灌溉量并不能真正起到淋洗土壤盐分的效果。然而淋洗区土壤容重却有明显变化。与对照区相比,高粱试验地低额淋洗区和高额淋洗区的土壤容重分别降低6.0%和10.1%;玉米试验地对应淋洗区土壤容重分别降低4.1%和9

21、.5%。因此无论是轻度苏打盐渍土的玉米地,还是中度苏打盐渍土的高粱地,微咸水淋洗区的土壤容重都有比较明显的降低。31第2期吴乐知等:微咸水淋洗对苏打盐渍土土壤理化性状的影响这说明随着微咸水的淋洗,土壤的渗透性能得到增强 高梁试验地各处理的土壤含盐量见图4 。图4高粱试验地各处理的土壤含盐量F i g .4So il s a li n ity of each trea t m en t i n the sorghu m exper i m en t f i eld由图4可知,在高粱地120c m 土层深度内,250mm 淋洗区和400mm 淋洗区的土壤含盐量较对照区明显降低,而补充灌溉区没有明显

22、变化。250mm淋洗区各层次的土壤含盐量均下降到2.0g kg -1以下,极大地降低了土壤含盐量;在400mm 淋洗区,60c m 深度内土层含盐量均在1.0g kg -1以下,适合于大多数作物的正常生长发育,表现出极佳的淋洗效果。补充灌溉区的土壤含盐量较对照区没有明显变化,这是因为按照试验设计,补充灌溉仅仅是为了保证作物生长过程中水分的充分供应,并不能起到淋洗土壤盐碱的作用。从高粱试验地的微咸水淋洗效果来看,250mm 淋洗定额能够极大地降低土壤含盐量,但是还不能够达到彻底改良中度苏打盐渍土的要求。由图4可知,250mm 淋洗区土壤含盐量较对照区降低程度较大,400mm 淋洗区土壤含盐量较2

23、50mm 淋洗区仍然有一定程度降低,但是降低程度呈现减弱趋势。可见,对于高粱试验地这类中度苏打盐渍土而言,400mm 淋洗定额已经能够充分降低120c m 深度内的土壤含盐量,基本接近淋洗定额上限。因此,经过400mm 微咸水淋洗后,土壤盐分不会成为高粱生长发育的阻碍因子。由于玉米的耐盐性较差,因此选择在轻度苏打盐渍土区种植玉米,进行微咸水淋洗改良试验。玉米试验地各处理的土壤含盐量见图5。由图5可知,淋洗区土壤含盐量较对照区有所降低,各土层含盐量均下降到0.6g kg -1以下。从土壤含盐量来看,经过微咸水淋洗改良的玉米试验地已成为非盐渍化土壤,淋洗效果明显。仅就降低玉米试验地土壤含盐量而言,

24、150mm 淋洗定额已经足够 。图5玉米试验地各处理的土壤含盐量F i g .5So il s a li n ity of each trea t m en ti n the corn exper i m en t f i eld与全国其他地区盐渍土相比,吉林西部地区苏打盐渍土含盐量普遍不高,但是碱化现象严重,土壤碱性较强成为该区盐渍土独有的特点。因此,土壤含盐量的降低仅仅是微咸水淋洗改良效应得到体现的一个方面,而土壤碱化度则反映土壤碱性的降低与否,土壤碱化度通常以交换性钠百分率(ESP 表示。经过微咸水淋洗后的高粱试验地,其土壤ESP 有较大改变(图6。与对照区相比,400mm 淋洗区土壤E

25、SP 由原来的23.2%下降为5.8%,降低17.4百分点;250mm 淋洗区土壤ESP 下降为12.2%,降低11.0百分点;补充灌溉区ESP 为25.1%,较对照区升高2.0百分点。从高粱试验地淋洗后土壤ESP 的变化来看,250mm 淋洗定额已经足以降低土壤碱性,达到改良效果;400mm 淋洗定额是高粱试验地41生态与农村环境学报第22卷淋洗量的上限 。图6高粱试验地各处理的土壤碱化度(ESPF i g .6Exchangeable sod i u m percen t age of each trea t m en t i n the sorghu m exper i m en t f

26、 i eld 。图7玉米试验地各处理的土壤碱化度(ESPF i g .7Exchangeable sod i u m percen t age of eachtrea t m en t i n the corn exper i m en t f i eld3结论微咸水淋洗非常有利于苏打盐渍土土壤盐碱含量的降低和土壤物理特性的改善。在高额淋洗区,中度和轻度苏打盐渍土土壤渗透速率分别约为对照区的3倍和2倍,均基本接近一般农用地的稳定入渗速率。中度苏打盐渍土60c m 深度内的含盐量降至1.0g kg -1,碱化度降低17.4百分点;而轻度苏打盐渍土各层次含盐量均降至0.6g kg -1以下,碱化度也降低7.9百分点,充分降低了土壤盐碱含量,达到淋洗效果。中度和轻度苏打盐渍土高额淋洗区的土壤容重分别降低10.1%和9.5%,进一步说明微咸水淋洗极大地改善了土壤物理特性。只要合理监测和调控地下水位,避免水位大幅升高而造成土壤返盐,就可以根据本试验结果,初步确定中、轻度苏打盐渍土的淋洗定额,对于中度苏打盐渍土应以400mm 淋洗定额为主,而轻度苏打盐渍土只需150mm 淋洗定额。因此,微咸水淋洗试验为吉林西部地区充分利用当