微咸水滴灌对添加生物炭土壤水盐分布的影响

雷傲云， 王宇航， 郭 阳， 牛延伟， 孙婷婷

(塔里木大学 水利与建筑工程学院， 新疆 阿拉尔 843300)

土壤盐渍化是指土壤底层或地下水的盐分随毛管水上升到地表，水分蒸发后，使盐分积累在表层土壤中的过程。盐渍化土壤改良方法有通过设置排碱沟、暗管、大水漫灌等技术的水利改良措施和施入脱硫石膏等化学改良措施、种植耐盐碱作物的生物改良措施和加沙等物理改良措施。秸秆、树木等材料在高温缺氧或低氧条件下裂解产生的生物炭具有较强的离子吸附和离子交换性能，同时生物炭具有较大的比表面积，施入土壤可以降低土壤容重，改善土壤入渗速率和水盐迁移过程[1-2]，在盐碱地中具有很好的使用效果[3-5]。新疆南疆具有大量的盐碱地和丰富的(微)咸水资源，盐碱化破坏土壤团粒结构，使土壤板结进而对土壤的通气、保水、持水等能力产生影响，导致作物根系吸收水分和养分困难，进而影响土壤适耕性和作物产量。为此，对添加生物炭土壤不同矿化度水滴灌土壤水盐分布开展试验研究，为南疆盐碱地改良和微咸水利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在塔里木大学水利与建筑工程学院校内实习基地进行，供试土壤类型为砂壤土，初始含盐量为2.66 g/kg，灌溉水由盐碱土经溶解、沉淀、过滤后的浸提液和淡水进行配制。生物炭碾磨过0.5 mm筛后待用。

1.2 试验方法

试验土箱由厚度6 mm的有机玻璃制成，长×宽×高为120 cm×60 cm×60 cm，有机玻璃土箱紧贴在由角钢焊接框架的内侧。田间0～30 cm深度土壤风干、去杂、过1 mm土筛，每5 cm一层按照土壤干容重1.4 g/cm3进行装填，装填时每层土壤之间进行打毛防止土层间出现分层现象。装填至土箱30 cm厚度时进行生物炭添加，生物炭添加量按照土样上层0～30 cm深度干土重(120 cm×60 cm×30 cm×1.4 g/cm3=302.4 kg)的百分比进行添加，试验设计2个水平的生物炭添加质量，分别为土箱0～30 cm以上干土质量的0.2%(604.8 g)和0.4%(1 209.6 g)，装填时生物炭和土样人工多次搅拌使其混合均匀。灌溉水矿化度设计3个水平，分别为淡水(矿化度0.6 g/L)、微咸水(矿化度2.1 g/L)和咸水(矿化度5.5 g/L)。共计6个处理， 3次重复。装土完成静止24 h后进行滴灌入渗试验。

试验时用塑料桶装5 L试验水样悬挂在试验土箱上部50 cm位置，医用注射器一端插入塑料桶，一端放置在有机玻璃土箱侧面10 cm处，模拟滴灌空气中滴头流量为1.8 L/h。试验过程湿润体如图1所示。

图1 试验土壤湿润体

1.3 测定指标

各处理入渗后相同时间段分别在有机玻璃土箱侧面描绘水平和垂向湿润锋运移位置。入渗完成后以滴头位置为中心向下和水平方向分别进行取样，取样方式为自制直径1 cm的土钻，每隔5 cm取一个点，取至湿润体边缘。烘干法测定土壤含水率，用DDS-308A雷磁电导率仪测定土壤电导率值。

2 结果与分析

2.1 不同生物炭添加量微咸水滴灌土壤的水分分布

从图2可知，滴头埋深10 cm时各处理土壤剖面水分分布特征基本一致，土壤含水率从滴头附近向湿润体外侧逐渐降低。对于淡水和微咸水滴灌，生物炭添加量有利于改善土壤结构，增加土壤导水性能，淡水和微咸水滴灌0.4%生物炭添加量较0.2%生物炭促进水分扩散的效果好。当矿化度增加到5.5 g/L(咸水)时，0.4%生物炭添加量降低水分水平和竖向扩散，主要是灌溉水矿化度增加使水中钠离子含量增加，而钠离子具有分散土壤颗粒的作用，降低土壤团粒结构的形成，减小土壤孔隙，使土壤导水能力减小。

注：A、B、C分别为淡水、咸水、咸水滴灌0.2%生物炭土壤，D、E、F分别为淡水、咸水、咸水滴灌0.4%生物炭土壤。

生物炭添加量为0.2%和0.4%时，淡水灌溉入渗后滴头附近10 cm×10 cm湿润体内土壤含水率基本一致，生物炭并未表现出土壤水分的持水能力，但随灌溉水矿化度增加，灌溉水中盐分离子增加，生物炭添加对滴头附近土壤水分的持水能力增加，微咸水灌溉0.4%生物炭添加量滴头附近10 cm×10 cm湿润体内土壤平均含水率比0.2%生物炭添加量增加1.75%，咸水灌溉增加40.63%。可见随生物炭添加量和灌溉水矿化度增加滴头附近湿润体内土壤含水率增加，土壤持水能力增强。

2.2 不同生物炭添加量下微咸水滴灌土壤的电导率分布

滴灌盐分淋洗作用使滴头附近土壤电导率值降低，盐分向湿润体边缘集聚，随灌溉水矿化度增加滴头附近盐分淋洗效果减弱。添加生物炭有利于土壤盐分的淋洗，淋洗效果随灌溉水矿化度增加而减弱，0.2%生物炭添加量淡水、微咸水、咸水灌溉时湿润体边缘15 cm处0～30 cm土壤深度盐分积盐率分别为79.02%、20.99%和15.56%，0.4%生物炭添加量淡水、微咸水、咸水灌溉时湿润体边缘15 cm处0～30 cm土壤深度盐分积盐率分别为50.22%、15.98%和1.25%。土壤湿润体内电导率值随灌溉水矿化度增加而增加，0.2%生物炭添加量微咸水、咸水灌溉时湿润体内平均土壤电导率值分别比淡水灌溉时增加37.15%和118.68%，0.4%生物炭添加量分别增加42.25%和123.70%。

淡水灌溉时生物炭添加量的增加有利于盐分淋洗，但是随着矿化度增加，微咸水灌溉入渗后滴头附近10 cm×10 cm湿润体内0.4%生物炭添加量的电导率值比0.2%生物炭添加量的增加7.49%，咸水灌溉时增加20.21%。原因可能是由于生物炭具有较强的吸附作用，将Na+吸附并固定于生物炭聚合物中[6-7]，从而增加滴头附近10 cm×10 cm湿润体内土壤平均电导率值。

3 小结

添加生物炭滴灌条件下土壤含水率从滴头附近向湿润体外侧逐渐降低，土壤电导率从滴头附近向湿润体外侧逐渐增加。添加生物炭淡水和微咸水滴灌可以促进土壤水分的运动，咸水滴灌不利于土壤水分的扩散。生物炭添加有利于土壤盐分的淋洗，淋洗效果随灌溉水矿化度增加而减弱。盐渍化土壤添加生物炭随灌溉水矿化度增加土壤水分扩散和盐分淋洗作用减弱。