暗沟对低洼盐碱地水盐变化及向日葵生长的影响

曾玉霞，孙兆军,，李兴强，何 俊

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.宁夏大学环境工程研究院，银川 750021；3.教育部中阿旱区特色资源与环境治理国际合作联合实验室，银川 750021；4.宁夏(中阿)旱区资源评价与环境调控重点实验室，银川 750021)

0 引 言

土壤盐碱化与农业发展有密不可分的联系[1]。盐碱地广泛分布于世界各个地区，面积达10 亿hm2[2]。我国宁夏引黄灌区降水稀少，蒸发强烈，自然条件加不合理灌溉等人为因素，该区存在大面积次生盐碱地，土壤碱化度和全盐含量较高，生态环境脆弱，土地常因积盐严重而弃荒[3]。

暗沟排盐是改良盐碱地的重要措施之一，其优点有不占耕地、无污染、便于机械化操作[4]等，该技术不仅能控制地下水位，有效避免渍害和土壤返盐，而且在暗沟底部填埋稻草、秸秆、砾石、粗砂混合物[5]、炉渣[6]等材料能促使土体重力水加速下渗进而排走土壤中水溶性盐分，从而协调土壤水盐环境，提高土地生产效率[7]。任玉民等[8]采用田菁草及稻草等作为沟底垫层，发现沟距愈窄，土壤脱盐效果愈好；王旭等[9]针对甘肃靖远碱化盐土，采用砾石暗沟改良技术，研究不同暗沟间距及脱硫石膏用量对碱化盐土理化性质和枸杞产量的影响，研究发现暗沟之间的距离设为6 m，脱硫石膏22 t/hm2处理下预期效果最好。近年来，暗沟排盐改良盐碱地在我国宁夏、江苏滨海[10]、甘肃等多个地区运用，但不同埋深暗沟对盐碱地一次灌水后水盐变化影响的研究鲜有报道。

本研究选用砾石(厚度30 cm)、秸秆(厚度10 cm)为暗沟回填材料[11]，设置了暗沟埋深1.5、1.2、0.9、0.6 m及无暗沟(CK)共5个处理，通过观测灌水后不同处理对土壤中水盐含量变化和向日葵生长的影响，确定最佳暗沟埋深，为同类地区改良与利用盐碱地提供理论性的参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2019年在宁夏回族自治区青铜峡市树新林场进行(38°1′44″N，105°56′36″E)。该地位于黄河上游，宁夏平原中部，海拔1 140 m，属中温带干旱大陆性气候，降水量少而蒸发强，昼夜温差较大。试验区地势低平，0～100 cm土层为砂质壤土且pH平均值大于9.0，盐分含量0.4%～0.9%，土壤容重为1.41～1.56 g/cm3，有机质0.5%左右，地下水的埋藏深度约1.5 m，地表有盐霜或结皮。2019年试验区向日葵全生育期内降水量为113.3 mm，其中本试验进行时段内降水量为10.9 mm。

1.2 试验设计与样品采集

试验共设置了5个处理，即暗沟埋深分别为1.5、1.2、0.9、0.6 m，无暗沟(对照，CK)，每个处理3个重复，分为5个试验小区，暗沟间距为300 cm，沟宽均为100 cm，暗沟底部铺厚30 cm的砾石层，其上再铺厚10 cm的秸秆层，暗沟比降1%。不同埋深暗沟相邻处竖直铺设高1.5 m的双层塑料布，使得各试验小区互不影响。试验区的南侧布置了与暗沟方向垂直的明沟进行排水，明沟深2.0 m。为了充分淋洗盐分，用黄河水作为水源进行大水漫灌，其矿化度为0.5 g/L。供试验作物选用向日葵(HelianthusannuusL)，品种为LD5009。5月中旬进行灌水，播前两天完成深翻和旋耕，播种方式为人工点播，行距、株距确定为80 cm和40 cm，以后分别在现蕾期、开花期及灌浆期灌水。

在向日葵灌水后的第5、15、25 d用土钻以“随机”、“等量3点混合”原则在各小区采集土样，灌水日期为7月29日(开花期)，取样日期分别为8月3日、13日、23日，每个点均分5层取样，深度分别为0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm，将样本带回室内，去除其中的杂质，混合均匀并风干后过1 mm筛，然后逐项测试分析。

1.3 测试项目

土壤水分含量的测定：为烘干法测定的质量含水率。

土壤盐分含量的测定：土样与去离子水以1:5混合后，充分震荡并静置澄清，用梅特勒S230台式电导率仪测定电导率(EC)，利用电导率值计算出土壤水溶盐含量[12]。

向日葵生长指标及产量的测定：于2019年8月14日，选取每个处理小区长势相似的3株向日葵测定其株高、茎粗、盘径，所用工具为数显游标卡尺及卷尺，2019年9月11日收获花盘，脱粒晒干后计算产量。

1.4 统计方法

试验中所获得的数据采用Excel 2010作图；用SPSS Statistics 17.0软件进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同埋深暗沟土壤水盐含量变化

2.1.1 土壤水分含量变化

图1和表1反映了灌水后第5、15、25 d不同处理对0～100 cm土层水分含量的影响。由图1(a)、(b)、(c)可知，0～60 cm土层土壤水分含量随灌水后时间的增加均有不同程度的降低。对于0～20 cm土层，T1、T2、T3、T4及CK土壤水分含量在灌水后15 d和25 d较第5 d分别降低了27%～70%、36%～78%，其中CK降幅最大，其他处理次之。这可能是由于CK向日葵的地表覆盖率较其他处理低，而地表蒸发效率高所致。由图1(a)、(b)数据可知，对于0～40 cm土层，灌水后15 d较第5 d，T1、T2、T3、T4及CK土壤水分含量分别降低了36.07%、35.30%、20.89%、30.96%、40.62%。灌水后25 d较第5 d，各处理土壤水分含量则分别降低了53.9%、58.11%、31.08%、41.48%、50.26%。对于60～80 cm土层，T2、T3土壤水分含量在灌后第5、15、25 d呈先减少后增加趋势，T1、T4及CK土壤水分则呈持续增加趋势，且T1、T2、T4及CK在灌水后25 d较第5 d土壤水分含量分别增加了12.75%、21.36%、51.77%、5.10%，T3则降低了4.29%。对于80～100 cm土层，处理两两之间没有显著差异，T1、T2、T3、T4灌水后25 d较第5 d土壤水分含量分别降低了7.63%、9.78%、9.41%、5.72%，CK增加了39.75%。由表1可知，各处理在灌水后25 d较第5 d 0～100 cm土层土壤水分含量分别降低了28.92%、30.16%、19.18%、8.84%、12.89%，其中T2降幅最大，T4降幅最小。

2.1.2 土壤盐分含量变化

图2和表2反映了灌水后第5、15、25 d不同处理对0～100 cm土层盐分含量的影响。由图2可知，随灌水后时间的增加，T1、T2、T3、T4土壤盐分含量均与CK差异显著。由图2(a)、(b)可知，对于0～40 cm土层，各处理土壤盐分在灌水后均呈先减少后增加的趋势。灌后15 d较第5 d，T1、T2、T3、T4及CK土壤盐分含量分别降低了12.86%、23.58%、21.05%、9.70%、10.24%。灌后25 d较第5 d，T1、T3、T4及CK土壤盐分含量呈一定程度增加，且CK的增加值最大，T2土壤盐分含量则降低了7.12%。对于40～60 cm土层，T1、T2及CK土壤盐分含量在灌后第5、15、25 d呈持续增加趋势，T3、T4土壤盐分则先减少后增加，且T3在灌水后25 d较第5 d增加值最小。对于60～80 cm土层，除CK在灌水后土壤盐分含量持续增加外，其余处理均呈先降低后增加趋势。对于80～100 cm土层，各处理土壤盐分在灌水后均处于增加状态，且CK增幅最大。由表2可知，各处理在灌水后25较第5 d 0～100 cm土层土壤盐分含量分别增加了28.85%、14.65%、23.69%、31.62%、55.52%，其中T2增幅最小，CK增幅最大。

图1 灌水后不同处理0～100 cm土层土壤水分含量

表1 不同处理0～100 cm土层土壤水分含量变化 %

表2 不同处理0～100 cm土层土壤盐分含量变化 %

图2 灌水后不同处理0～100 cm土层土壤盐分含量

2.2 不同埋深暗沟对向日葵生长的影响

向日葵的生长指标与产量反映了试验区盐碱地改良情况，农田中不同埋深暗沟对向日葵的株高、茎粗、盘径以及收获后产量的影响如表3所示。由表3分析结果可知，T1～T4向日葵长势和产量均显著高于CK。其中T2向日葵产量比CK高21.43%。各处理株高大小表现为T3>T2>T1>T4，T3与其他处理差异显著，T1、T2、T4之间没有显著差异。茎粗大小表现为T2>T3>T1>T4，T2与T4差异显著。盘径大小表现为T2>T3>T1>T4，T2与T4差异显著。籽粒产量大小表现为T2>T1>T3>T4，T2与T3、T4之间差异显著，以上结果表明暗沟处理能改善盐碱地作物生长环境，从而实现增产，本试验中T2(即1.2m埋深暗沟)向日葵生长得最好。

表3 不同处理对向日葵生长及产量的影响

注：同列不同小写字母表示在0.05水平差异显著。

3 讨 论

青铜峡低洼盐碱地的显著特点是地下水位高，透气透水性差，仅用当地传统的大水漫灌淋洗盐分，不但浪费水资源，而且洗盐效果不佳，在该地区降雨少及强烈的地表蒸发条件下，水散盐留，返盐现象明显。因而考虑采用何种方式调控该试验区盐碱地水盐含量，进而改善作物生长环境，提高作物产量是该区盐碱土壤改良的重中之重。

土壤水溶性盐是盐碱地中限制作物生长的主要障碍因素，而盐碱地中水分是盐分迁移的重要载体，其运移或入渗方式对土壤中盐分变化有着直接影响。对比发现，0～60 cm土层各处理土壤水分含量在灌后第5、15、25 d均呈降低趋势，且较CK降低幅度大。这表明盐碱地中埋设暗沟，可以增加土壤水分入渗速率，排出土壤滞水。这与王旭等[4]研究的设置砾石暗沟有利于提高土壤水分渗透性能的结论一致。本试验60～80 cm土层，T2、T3土壤水分含量在灌后第5、15、25 d呈先减少后增加趋势，T1、T4及CK土壤水分则持续增加，这可能是因为上层下渗的土壤水分会在下层土壤有所聚积。80～100 cm土层中T1、T2、T3、T4处理土壤水分含量值两两间没有显著差异，这说明暗沟埋设深度对该层土壤水分含量影响不大。

相比对照组CK，灌水后25 d，0～60 cm土层各处理盐分含量均有显著差异，表明暗沟的埋设可以显著降低盐碱土壤中的盐分含量，这与苟宇波等[3]的研究结果一致。其中0～40 cm土层各处理土壤盐分在灌后第5、15、25 d均呈先减少后增加的趋势，主要是强烈的地表蒸发和土壤毛细管作用，促使水溶性盐分发生了表聚现象。80～100 cm土层各处理土壤盐分含量在灌后第5、15、25 d呈持续增加趋势，主要是由于上层土壤淋洗的盐分聚积在下层土壤所致。

盐碱胁迫会在一定程度上抑制植物的生长发育[13]。盐碱地中埋设暗沟，可以促进土壤中的易溶性盐分加速随水排出从而使植物免受盐害。宋莎莎等[14]研究发现暗沟可以有效排出盐碱土壤中的盐分，并提高垂柳的各项生长指标。本研究表明暗沟处理下的向日葵生长状况显著高于CK，这是因为暗沟处理0～40 cm向日葵根区土层土壤的盐分含量均低于CK，使向日葵的生长处于较低的土壤盐溶质浓度环境中，从而保持较好的生长态势和较高的籽粒产量。T2小区的向日葵产量高于其他处理，这说明要根据盐碱地实际情况设计适宜的暗沟埋设深度。

对于排水排盐效果，暗沟并不是越深越好，这与张佩华[11]的得出的盐碱地灌溉前后排水排盐效果表现为：暗沟埋深1.2 m>1.0 m> 0.8 m>无暗沟的研究结果不一致，主要与暗沟深度、地下水位、砾石厚度、秸秆厚度等有很大的关系。比如说，理论上暗沟底层埋设砾石、秸秆不仅能与土壤交界处形成孔隙差异界面来显著改善土壤渗透性，而且能破坏原土毛细管结构，减缓地下水上升至上层土壤，但如果秸秆层过厚且位于地下水位以下，土壤水不但不能下渗，反之会被秸秆层阻碍而累积，从而失去暗沟排水的效果[15]。因此，在盐碱地中埋设暗沟要综合考虑气候条件、地下水埋深、土的种类及其渗透系数、植物根系对水位的要求、填埋滤料的种类等等。

4 结 论

(1)在低洼盐碱地中合理铺设暗沟能加快土壤排水速率。本试验中，暗沟对80～100 cm土层土壤水分变化影响不大，且灌水后25 d较第5 d各处理0～100 cm土层土壤水分含量相对变化率表现为：T2>T1>T3>CK>T4，依次为-30.16%，-28.92%，-19.18%，-12.89%，-8.84%。

(2)在低洼盐碱地中合理铺设暗沟能加快土壤排盐速率。灌水后25 d较第5 d各处理0～100 cm土层土壤盐分含量相对变化率表现为：T2>T3>T1>T4>CK，依次为14.65%，23.69%，28.85%，31.62%，55.52%。

(3)暗沟能通过加快盐碱地水溶性盐排出，从而改善作物生长环境，提高土地生产率。

由于本研究只是观测了灌水后第5、15、25 d暗沟的排水排盐效果，不能代表暗沟具体排水排盐规律，故今后需要细化灌水前后时间间隔，连续几年测定不同埋深暗沟改良试验区低洼盐碱地的效果。