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第 30 卷 第 22 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.22 102 2014 年 11 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov.2014 不同改良措施下新疆重度盐渍土壤盐分变化与脱盐效果 王海江1,2，石建初1，张花玲1，盛建东3，马兴旺4，武红旗3，任少亭2，左 强1，李保国1（1.中国农业大学资源与环境学院，北京 100094；2.石河子大学农学院，石河子 832003；3.新疆农业大学草业与环境科学学院，乌鲁木齐 830052；4.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830052）摘 要：为了比较盐渍化土壤不同改良措施的治理效果，以新疆新开垦的重度盐渍化农田为研究对象，设置 5 个处理分别为农业改良措施、根区隔盐+农业改良措施、暗管排盐+农业改良措施、化学改良+农业改良措施和天然对照区，通过 3 a 的试验研究土壤盐分运移的影响因素、动态变化与不同改良措施脱盐效果。结果表明：人为灌溉、农田蒸散量、地下水埋深与土壤盐分均达到极显著相关，生育期灌水对耕层土壤盐分影响最大，相关系数为0.871。整个改良过程中农业改良措施处理表层和底层盐分含量较高，根区隔盐处理盐分表聚现象明显，暗管排盐、化学改良处理均表现出底层盐分明显高于表层。从各处理 3a 的脱盐效果来看，第 1 年脱盐效果均不理想，第 2 年脱盐率显著提升，其中根区隔盐和暗管排盐处理各土层脱盐率均超过 44%，改良效果最好，由于土壤总盐分含量减少第 3 年各措施脱盐率明显降低。总体来看，各改良措施均能够有效降低耕层土壤盐分，根区隔盐、暗管排盐处理在 080 cm 耕层脱盐率分别为 61.33%、59.37%，优于其他处理；化学改良处理 040 cm 土层脱盐效果优于底层，其脱盐率为 55.32%，明显高于农业改良处理的脱盐率 45.42%，但 080 cm 土层脱盐率 2 处理间差异不大。新疆盐碱化程度重，农田根区隔盐、暗管排盐工程改良结合农业深耕、秸秆还田、增施有机肥等措施是综合治理重度盐渍化土壤的有效途径，研究结果能够为新疆干旱区盐渍化土壤有效改良和合理开发利用提供理论依据和参考。关键词：土壤；盐分；灌溉；改良措施；地下水埋深；脱盐率 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.22.013 中图分类号：S156.4+4 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2014)-22-0102-10 王海江，石建初，张花铃，等.不同改良措施下新疆重度盐渍土壤盐分变化与脱盐效果J.农业工程学报，2014，30(22)：102111.Wang Haijiang,Shi Jianchu,Zhang Hualing,et al.Soil salinity dynamic change and desalting effect under different improvement measures in severe salinity soil in XinjiangJ.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2014,30(22):102111.(in Chinese with English abstract)0 引 言 盐渍土是在一定的气候、地形、土壤、水文地质等自然条件下形成的，极端干旱的气候条件造就了新疆成为中国土壤盐碱化、次生盐渍化的主要分布区1，该区盐碱化程度重，种类繁多，被称为世界盐碱土的博物馆2，土壤盐分含量高和不合理灌溉引起的土壤次生盐渍化问题已成为该区绿洲农业可持续性发展的主要障碍。收稿日期：2014-03-19 修订日期：2014-11-13 基金项目：国家公益性行业（农业）科研专项经费项目（200903001）；新疆兵团科技计划（2014AB002）作者简介：王海江，男，河南偃师人，博士，主要从事土壤盐渍化方面究。北京 中国农业大学资源与环境学院，100094。Email：whj- 通信作者：李保国，男，山西人，教授，博士生导师，主要从事水土资源利用与资源信息技术研究。北京 中国农业大学资源与环境学院，100094。Email： 盐渍土是一个巨大的土地资源，是关系到国计民生的重大问题，世界上许多国家都很重视关于盐渍土治理的科学研究3-4。土壤盐渍化的治理主要包括物理、化学、水利工程、农业措施和生物改良，国内外学者针对这一问题很早就开始相关研究5-6。农田水利工程措施一直以来都被认为是盐碱土改良的根本措施，该措施能够稳定、持久的降低土壤盐分含量，并能改善土壤物理性质7-10。农田增施有机肥、秸秆覆盖、深耕松土都能够有效改良土壤盐渍化，有机肥能够促进土壤团粒结构的形成与稳定，能快速增加土壤养分，有利于盐渍化土壤保水、淋盐促进作物生长11-14。盐渍化土壤的形成是一个长期而复杂的过程，单一的盐碱治理模式已经无法满足改良的需 要15，水利工程措施和农业生物措施必须紧密结合才能更好的治理、改良土壤盐渍化16，以往国内外研究大多是针对某一单项治理措施开展研究工作，第 22 期 王海江等：不同改良措施下新疆重度盐渍土壤盐分变化与脱盐效果 103 由于不同区域的成土母质、自然环境等因素差异性较大，各改良措施间脱盐效果可比性较差。本研究选取新疆干旱区地下水位较高、水质差、土壤盐渍化程度重的新开垦农田为研究对象，针对试验区的水文、土壤条件，以农业常规改良盐渍化措施为基础，对比分析了农业改良措施和根区隔盐、暗管排盐和化学改良，探讨不同盐碱土改良措施下土壤盐分动态变化及改良效果，以期为新疆地区盐渍化土壤改良利用提供理论参考与技术依据。1 材料和方法 1.1 研究区概况 研究区位于新疆省昌吉回族自治州玛纳斯县的北五岔镇试验基地，约在 4435N，8615E 附近。北五岔镇处于玛纳斯河流域冲积平原北部，试验地西南部地势较高，为已经开垦 510 a 的棉田，由于种植农户管理措施差异较大，部分棉田仍然采用大水漫灌方式进行灌溉；在试验区的东北侧有 1 条排碱渠，因渠道淤积，深度 1 m 左右，排碱渠东北侧是公路。当地土层较厚，地下水位较高，年季地下水埋深在 0.53.0 m 之间，地下水矿化度大于 30 g/L，土壤盐渍化严重。研究区土壤质地主要为中壤土，初始盐分表现为表层和底层盐分含量较高，中间层盐分含量较低，080 cm 土层盐分质量分数为 19.8324.25 g/kg，从盐分分布来看西北侧和东南侧盐分含量较高，中间区域相对较低。由于研究区水资源紧缺和地下水埋深较浅，竖井排灌措施已在当地实施多年，竖井位于试验地点的西南侧和东南侧 12 km 附近。试验区的地理位置见图 1。注：T1T5 分别表示农业改良、根区隔盐、暗管排盐、化学改良和天然对照。Note:T1-T5 indicates agricultural improvement,salt-isolation to root zone,subsurface pipe drainage,chemical improvement and control without any human activity,respectively.图 1 研究区布置示意图 Fig.1 Map of study area 1.2 气象数据 试验区的气象数据来源于新疆石河子市气象局莫索湾站点，气象站点位于试验区西侧 45 km，20112013 年试验区年降水量分别为 173、147、165.3 mm，降水主要集中在 48 月，其最大降水量分别在 68 月，占全年降水量的 65.9%、63.3%、87.4%，温度最高值出现在 67 月，48 月的平均温度均22，降水集中时间和温度较高时间基本吻合（如图 2）。图 2 20112013 年试验区温度和降水 Fig.2 Temperature and precipitation of study area in years of 2011-2013 1.3 试验设计 选取目前国内外常用的盐碱土改良措施，在同一地下水埋深浅、土壤盐渍化严重的新开垦地设置4 种改良措施，分别为农业改良措施（T1）、根区隔盐处理+农业改良措施（T2，简称根区隔盐）、暗管排盐处理+农业改良措施（T3，简称暗管排盐）、化学改良处理+农业改良措施（T4，简称化学改良）和天然对照（CK，无任何改良措施、耕作及种植）。农业改良措施：选用当地棉花主栽品种覆膜种植，农事操作均按照当地普遍采用的田间管理措施，棉花年施用纯氮、纯磷（P2O5）、钾肥（K2O）分别为 450、150、75 kg/hm2，20%氮肥和所有的磷农业工程学报 2014 年 104 钾肥一次性施入做基肥，80%的氮肥随水在后 6 次滴水随水做追肥施入。当年作物收获后深翻、秸秆还田，同时施入有机肥料（牛厩肥）40 m3/hm2。5 月上中旬灌生育期的第一水，8 月 25 日灌生育期的最后 1 水，每次灌水定额为 450675 m3/hm2，一般 15 d 左右灌 1 次水，累计灌水 8 次，生育期灌溉定额 4 800 m3/hm2（表 1），由于研究区 78月温度较高、作物生长旺盛处于灌水高峰期，灌水量不能够完全满足生长需要，试验中灌水频率、灌水时间和灌水量与当地农田基本保持一致，灌溉水源为水库水，矿化度在 0.41.0 g/L。棉花种植方式为覆膜栽培，1 膜 4 行，行距 30+60+30 cm，种植密度 22.2104株/hm2。灌溉方式为膜下滴灌，1 膜2 管，滴头间距 40 cm，滴头流量 2.6 L/h。表 1 20112013 年研究区滴灌农田灌水定额 Table 1 Irrigation amount of drip irrigation field in study area in years of 2011-2013 时间 Date 灌水定额 Irrigation amount/(m3hm-2)05-10 450 05-23 600 06-10 600 06-25 675 07-08 675 07-20 675 08-10 675 08-25 450 合计 Total 4 800 根区隔盐处理：根区隔盐是在土壤耕层以下设置盐分隔离层，隔离层能够抑制毛管水上升，促进重力水向下渗透，使隔盐层以上部分土壤脱盐系数增大。工程采用分层挖出 1 m 深土方，按照自然坡降南高北低保证底坡度 1500，晒干后土坑底部铺遮阴布，侧面铺防水塑料布，然后铺 15 cm 厚 2 4 cm 粒径的石子，石子上再铺 1 层土工布，最后将080 cm 挖出土方按层回填，保证耕层土壤深度大致为 80 cm。暗管排盐处理：暗管排盐采用南北铺设 D110（管内径 110 mm）波纹排水管，波纹管表面打孔，外包土工布，在参考暗管埋设理论公式17和农田排水工程技术规范（SL/T4-1999）的基础上，确定试验区暗管埋深在 0.81.0 m，间隔 10 m，坡度为 1500，排水管南端接 D50（管径 50 mm）排气阀，露出地表与排水管相接，北端接 D160PVC 集水管，相连处有闸阀控制，并修建集水池，直接可排入试验区北侧排碱渠。化学改良：采用北京红都嘉业科技发展公司自主创新的国家专利产品盐碱土壤改良剂（酸碱平衡护理液），该产品在新疆多个地区施用效果良好，本研究根据试验区土壤盐分含量采用推荐施用量30 kg/hm2，施用方式采用随水滴灌施入，播种后先滴水到膜边行种孔见水湿透后，再按照公顷用量将酸碱平衡护理剂以 1150 倍稀释后加入到滴灌施肥罐中进行滴施 1.52 h18。各试验区南北宽 70 m，东西长约 550 m，总面积 3.85 hm2，海拔在 380.1381.2 m，在各处理试验地设有地下水位埋深观测井，T1、T2、T3、T4处理小区面积均为 100 m70 m，CK 对照为 150 m 70 m。各处理的布置如图 1。1.4 样品采集 20112013 年，在整个作物生育期（39 月）分别在不同改良措施试验区采集样品，拍摄照片并记录地表土壤盐分变化、作物生长和水分（地表水、地下水和暗管排水）状况。土壤样品：每次采集样点尽可能选择作物能够正常生长区、较大盐斑中心无苗区、盐斑与作物正常生长的边缘区，各处理每次采集 10 个样点，土层深度分为 020、2040、4060、6080 cm。室内用电导率仪（DDS-307 型，上海雷磁）测定其土水质量比 15 浸提液电导率值，其中土壤浸提液电导率与土壤全盐量之间的关系为：SCC=3.51EC1:50.38(R2=0.95，P0.01)（1）式中：SCC 为全盐量，g/kg；EC1:5为土壤浸提液的电导率，mS/cm。水样采集：采集各处理地下水观测井水样，测量地下水埋深，详细记录采集日期和对应处理，采集灌溉水和暗管排水水样，如暗管无排水则记录 为 0。1.5 数据测定与处理 月平均气温、月降水量和月蒸发量数据来自当地莫索湾气象站点，灌水量以每次灌水的水表计数，采用电导率仪法测定土壤和水样的盐分含量，烘干法测定样品总盐含量和土壤含水率，重量法测定地下水矿化度，初始土壤盐分和生育期末盐分分别在棉花播种前和收获后测定，土壤脱盐率19 （%）=(初始土壤盐分-生育期末盐分)/初始土壤盐分100%2 结果与分析 2.1 土壤盐分影响因素 土壤中盐分的积累和变化是特定的气候、成土母质、地形地貌、水文等自然条件和人为的耕作、灌溉等农事活动的产物20，是各种环境因子叠加综合影响的反映21。试验收集农业改良措施 3 a 的气候资料和地下水观测数据，分析影响土壤盐分运移的主要因素（表 2）。从分析结果表明土壤中盐分第 22 期 王海江等：不同改良措施下新疆重度盐渍土壤盐分变化与脱盐效果 105 含量主要受试验区蒸发量、灌水量和地下水埋深的影响，与灌水量和地下水埋深呈极显著负相关，其中与灌水量相关系数为0.871，与月蒸发量呈显著正相关，说明当地土壤盐分受人为灌溉和地下水位影响较大。地下水埋深与月降水量相关性不显著，主要是因为试验区降水量偏少，降水量大的月份平均气温也较高，月蒸发量大，对地下水埋深影响不大；由于试验区地势相对较低，灌水季节有大量地势高的漫灌农田出现跑水和深层渗漏现象，造成地下水埋深与灌水量呈极显著负相关。月平均气温与月蒸发量呈显著的正相关关系，但土壤盐分含量与平均气温相关性并不显著，主要是因为气温较高的月份农田灌溉较为频繁，此时生育期灌水对土壤盐分含量影响较大。表 2 影响土壤盐分变化相关因素分析 Table 2 Correlation analysis to influencing factors of soil salinity 因素 Factors 月平均气温 Monthly averagetemperature 月降水量 Monthly precipitation 月蒸发量 Monthly evaporation 灌水量 Irrigation amount 地下水埋深 Groundwater depth 地下水矿化度Groundwater mineralization月平均气温 Monthly average temperature 1 月降水量 Monthly precipitation 0.747*1 月蒸发量 Monthly evaporation 0.845*0.595*1 灌水量 Irrigation amount 0.673*0.579*0.834*1 地下水埋深 Groundwater depth-0.537*0.308-0.648*-0.828*1 地下水矿化度 Groundwater mineralization 0.235 0.298 0.311-0.371-0.761*1 土壤含盐量 Soil salinity 0.203-0.418 0.754*-0.871*-0.831*0.502 注：*显著性水平为 0.01，*显著性水平为 0.05。Note:*significant at 0.01 level,*significant at 0.05 level.2.2 不同改良措施土壤盐分含量变化分析 图 3 为不同改良措施土壤盐分含量变化，T1、T2、T3 和 T4 处理 20112013 年土壤盐分质量分数总体呈缓慢降低趋势，080 cm 土层年平均盐分含量分别为 22.67、17.23 和 15.37 g/kg（T1），19.96、11.88 和 9.73 g/kg（T2），20.04、12.49 和 8.7 g/kg（T3），19.47、14.63 和 11.79 g/kg（T4），天然对照区 CK 080 cm 土层 3 a 的盐分质量分数为23.83、21.83 和 20.56 g/kg。2011 年各处理土层含盐量降幅均不大，生育后期土壤盐分略有增加，一方面是因为地下水埋深浅，矿化度高、蒸发量大，深层土壤盐分受地表强烈蒸发随水上移到耕层22；另一方面是由于第 1年开垦农田土壤盐分背景值较高，理化性质差，透水性不好，淋洗效果不明显，滴水过程中多处出现地表积水现象；T1 处理表层 020 cm 盐分变化较大，4080 cm 盐分变化较为平缓，随着 6 月地下水埋深变浅，020 cm、6080 cm 盐分含量增加，020 cm 含盐量高是蒸发量显著大于降雨量地区土壤盐分原始分布的典型形式23，底层高盐分含量主要是受高矿化度、浅地下水埋深的原因引起24，2040 cm 土层盐分含量并没有升高，或许是取样时底层盐分还没有上移到该土层的缘故；T2 处理表层 040 cm 土壤含盐量较低，整个生育期有一个比较明显的降低趋势，盐分主要集中在4080 cm 土层，与 T1 处理不同的是 6 月地下水埋深变浅使得底层盐分含量增加，040 cm土层盐分含量仍然降低，说明采用根区隔盐措施能够有效阻隔深层土壤水盐与耕层的联系25，上层盐分随灌溉水淋洗到底层，底层盐分部分被排出在隔离层以下；T3 处理与 T2 处理盐分变化趋势相似，6080 cm 土层盐分含量最高，土体盐分明显底聚，位于暗管上方的土层能够通过排水降低土壤盐分含量，但暗管附近土层含盐量较高8；T4处理施入化学改良剂 040 cm 土层含盐量减少更为明显，与其他处理最大的区别是 040 cm 土层盐分持续降低，4080 cm 土层盐分含量持续增加，可能是新开垦农田土壤透水透气性差，随水施入化学改良剂很难作用到深层土壤，对上层土壤起到了改变可溶性盐基成分，增加盐基代换容量，调节土壤酸碱度，降低土壤盐分含量的作用18。2012 年度土壤含盐量明显低于 2011 年，一方面是地下水位低，高矿化度地下水对耕层土壤含盐量影响较小，另一方面农田耕作措施增加有机质和各种养分含量，改善土壤结构和理化性状，低灌量、高频次的膜下滴灌能够有效的将土壤盐分淋洗到更深土层26-27；T1 处理盐分呈现降低-升高-降低的趋势，各土层含盐量均有不同程度的减少，底层 4080 cm 土层盐分下降幅度较为平缓；T2 处理 080 cm 土层 49 月盐分含量呈迅速下降趋势，020 cm 土层盐分含量高于其他土层，这与2011 年盐分低聚特征反差较大，说明本年度根区隔盐措施有效阻断土壤毛管，耕层土壤盐分只有向下淋洗而无底层向上补给，农田蒸散驱动土壤盐分随水分在上层土壤积累；T3 处理生育期土壤含盐量降幅也较大，8 月 23 日各层土壤盐分含量均升农业工程学报 2014 年 106 高，可能是此时温度高和长时间未灌水，导致盐分上行26，8 月 25 日灌水后，土壤盐分随水下行，6080 cm 土层含盐量最高表明在暗管埋设深度附近形成盐分积累区9,28；T4 处理 020 cm、2040 cm 土层由 4 月初的 18.1、15.58 g/kg 分别降到 9 月份的 7.22、6.77 g/kg，表层降幅最为明显，040 cm 土层盐分表现出降低-升高-降低的趋势，4080 cm 土层则表现出升高-缓慢降低的趋势，可能是农业改良措施实施 2 a 后逐步改善了土壤结构，促进了团粒结构的形成，使土壤空隙度增大、通透性增强29，土壤中增施化学改良剂，可通过置换、络合分解土壤中的有害离子，逐步作用到深层土壤30。2013 年根区隔盐和暗管排盐措施含盐量变化基本稳定，原有的自然平衡状态下盐分平衡被打破，转而趋向于一种新的平衡状态，由于灌溉水本身含有盐分，加上蒸发作用始终存在，所以田间土壤盐分不可能完全淋洗掉，在频繁灌溉和不断蒸发作用下，土壤盐分含量最终稳定在一个较低的水平附近，并有小幅波动；农业改良盐分表现出上下波动缓慢降低，化学改良本年度在 0 60 cm 土层含盐量均呈现降低的趋势。从 3 a 的试验结果可以看出，通过多年的改良能够降低土壤盐分含量，但受地下水条件影响土壤盐分状态并不稳定，耕层土壤存在返盐的风险31。a.农业改良措施 a.Agricultural improvement b.根区隔盐措施 b.Salt-isolation to root zone c.暗管排盐措施 c.Subsurface pipe drainage d.化学改良措施 d.Chemical improvement e.天然对照区 e.Control without any human activity 图 3 不同处理 20112013 年土壤含盐量变化 Fig.3 Change in soil salinity at different treatment in 2011-2013 20112013 年天然对照区盐分含量总体变化不大，各层盐分变化比较平稳，土壤剖面表层和底层盐分含量较高，020 cm 土体含盐量最高，3 a 土壤盐分质量分数分别为 25.09、23.58 和 20.81 g/kg，第 22 期 王海江等：不同改良措施下新疆重度盐渍土壤盐分变化与脱盐效果 107 这与研究区 39 月平均温度高、降雨少有直接关系，显现出强烈的表聚特征，底层土壤盐分含量主要是受地下水状况影响。2.3 各措施对土层脱盐率的影响 不同处理的脱盐效果随土层和年份有较大差别（表 3）：2011 年 020 cm 土层 T2、T3、T4 处理含盐量均有所减少，其中 T2 处理脱盐率最高为21.42%，略高于 T3、T4 处理，T3、T4 处理间差异不大分别为 16.45%、16.24%，T1 处理脱盐率为4.96%表现出表层积盐特征；2040 cm 土层 T2处理脱盐率仍然高于其他处理，T1 处理脱盐率为9.29%，盐分含量减少，T3、T4 处理在2040 cm土层脱盐率低于 020 cm 土层；4080 cm 土层T1 处理脱盐率稳定在 9%左右，T2 处理该层脱盐率明显低于 040 cm，T3、T4 处理在6080 cm 土层含盐量有所增加，脱盐率分别为1.71%、18%。表 3 不同土层盐分含量变化与脱盐率 Table 3 Salt content and desalination rate in different soil layers 2011 年 2012 年 2013 年 土层 Soils/cm 处理 Treatment 初始盐分 Initial soil salinity/(gkg-1)生育期末盐分Soil salinity in growth period end/(gkg-1)脱盐率 Desalinationrate/%初始盐分Initial soil salinity/(gkg-1)生育期末盐分Soil salinity in growth period end/(gkg-1)脱盐率Desalination rate/%初始盐分Initial soil salinity/(gkg-1)生育期末盐分 Soil salinity in growth period end/(gkg-1)脱盐率 Desalinationrate/%2011-2013年脱盐率Desalination rate in 2011-2013/%CK 24.56 26.78 -9.14 22.77 23.05 -1.33 22.07 19.90 9.95 19.3 T1 23.02 24.14 -4.96 19.93 9.37 54.13 14.60 13.51 7.61 41.98 T2 22.18 17.51 21.42 18.84 6.14 68.82 10.73 9.16 15.15 59.69 T3 20.67 17.33 16.45 16.84 4.98 72.07 7.89 6.63 17.05 69.24 020 T4 19.40 16.32 16.24 18.10 7.22 61.16 11.72 9.26 21.63 53.3 CK 24.63 23.51 4.63 24.32 19.54 19.88 22.32 20.07 10.19 18.77 T1 23.79 21.62 9.29 20.77 12.67 39.79 12.35 12.35 -0.17 48.86 T2 21.58 16.39 24.5 17.37 6.10 66.32 8.94 8.80 1.31 60.21 T3 20.35 18.95 7.12 15.19 8.66 44.24 9.75 9.19 5.93 55.8 2040 T4 18.56 16.49 11.45 15.58 6.77 58.03 9.65 8.14 16.21 57.34 CK 22.28 24.84 -11.7 22.21 19.72 11.41 21.23 23.16 -9.27-3.93 T1 24.04 21.76 9.64 18.00 15.89 11.86 14.31 15.23 -6.57 37.31 T2 23.44 20.95 10.81 14.95 7.05 54.22 9.61 9.19 4.61 61.81 T3 21.62 19.76 8.84 18.63 9.89 48.01 8.77 9.16 -4.94 58.6 4060 T4 20.25 23.62 -16.96 19.16 11.33 41.65 14.17 13.09 7.81 36.04 CK 21.02 26.14 -24.83 22.21 21.90 1.45 22.53 23.05 -2.35-9.84 T1 26.11 23.65 9.55 23.48 19.05 19.16 17.09 16.60 2.83 36.97 T2 24.67 21.69 12.28 18.56 6.35 67.18 8.73 9.23 -5.88 63.58 T3 22.98 23.37 -1.71 18.84 9.58 50.16 10.84 10.80 0.23 53.83 6080 T4 21.12 24.88 -18 16.35 18.00 -10.41 17.65 17.72 -0.39 16.37 注：CK 天然对照，T1 农业改良措施，T2 根区隔盐+农业改良措施，T3 暗管排盐+农业改良措施，T4 化学改良+农业改良措施。Note:CK control without any human activity,T1 agricultural improvement,T2 salt-isolation to root zone and agricultural improvement,T3 subsurface pipe drainage and agricultural improvement,T4 chemical improvement and agricultural improvement.2012 年，各层土壤脱盐效果明显优于 2011 年，T2、T3 在 020 cm 土层脱盐率分别达到 68.82%、72.07%，高于 T1、T4 处理，但两处理间差异不大；2040 cm 土层脱盐率 T2T4T3T1，该层盐分减少量略低于 020 cm 土层；4060 cm 土层T2、T3、T4 处理仍然表现出较好的脱盐效果，脱盐率均40%，T1 处理脱盐率降幅较大为 11.86%；6080 cm 土层各处理脱盐率均小于上层土壤。080 cm 土层平均脱盐率 T2 处理最高为 64.14%，高于其他处理，T1 与 T4 处理间差异不大。2013 年各处理脱盐率均低于上年，仍然表现为上层土壤脱盐率高于底层，T4 处理在 020 cm、2040 cm 土层脱盐率分别为 21.63%、16.21%，高于其他各处理，主要是跟 T2、T3 处理在 2013 年的初始含盐量较低有关。对比 2013 年生育期末与2011 年初始盐分含量，T2、T3 处理在各层土壤脱盐率均超过 53%，080 cm 脱盐率分别为 61.33%、59.37%，优于其他各处理，两处理土层间脱盐率差异并不大，说明根区隔盐、暗管排盐结合农业改良措施以排水为基础，培肥改土为根本，水利措施与农业改良相结合能够快速、有效的治理土壤盐渍化16,23；T4处理表层脱盐效果较好，040 cm 土层脱盐率为55.32%，4080 cm 脱盐率为 26.21%，上层土壤脱盐效果要优于下层；T1 在 040 cm 土层脱盐率为 45.42%低于其他处理，在4080 cm 土层脱盐率为 37.14%高于 T4 处理，也表现出上层土壤脱盐农业工程学报 2014 年 108 效果要优于底层。综上，从脱盐率来看农业措施配合根区隔盐、暗管排盐和化学改良均优于单一的农业改良措施，根区隔盐脱盐效果最优，但与暗管排盐措施差异不大，3 a 的改良试验后根区隔盐和暗管排盐试验区土壤由重度盐渍化变为中度（10 g/kg），农业改良和化学改良土壤盐分也得到了有效降低。年际间脱盐率的差异或许是由于第 1 年农业改良措施对盐渍化土壤理化性质并未产生好的改良效果，土壤通气透水性差，导致第 1 年脱盐效果不理想，另一方面也说明农业改良措施能够有效提高土地生产力，消减土壤盐碱障碍因子，促进作物生长，也为其他改良措施发挥功效奠定了良好的土壤理化基础32。3 讨 论 盐渍土是在一定的气候、地形、土壤、水文地质等自然条件下形成，人类的活动对土壤盐渍化的发生、发展产生重大影响29。王雪梅等20研究新疆渭干河-库车河三角洲绿洲，认为土壤盐渍化影响因子呈现为多因子共存的局面，而人类活动的影响则是其关键因子；有学者认为盐渍土含盐量主要受地下水位31、矿化度、土壤养分状况13和人为耕作12等的影响，在区域尺度上地形因素也是土壤盐分空间分布的影响因子33。本研究试验区气候干燥少雨，农田蒸散量大，地势低洼，地下水埋深浅且矿化度高，加上区域不合理灌溉，是典型的自然因素和人为因素共同作用的结果，土壤盐分与灌水量、地下水埋深和农田蒸散量达到极显著相关，这与前人的研究结果基本一致22,34-35。不同盐碱土改良措施对土壤剖面盐分分布特征有着直接的影响，张金龙等36研究表明暗管排盐措施与淋洗前土壤含盐量比较，020、2040、4060、6080、80100 cm 土层土壤含盐量分别下降了 90.51%、82.86%、65.73%、39.23%、15.94%，张洁等8研究也表明暗管排盐随土层深度的增加土壤脱盐效果明显降低，本研究中 20112013 年 T3 处理 020、2040、4060、6080 cm 的脱盐率分别为 69.24%、55.8%、58.6%和 53.83%，表层脱盐效果最好，这与其他研究结果一致，但本研究中2080 cm 的脱盐率也 50%，可能是由于经过 3 a 的改良，农业措施改善了土壤的理化性质，生育期灌水使得 080 cm土层盐分都产生深层淋洗，盐分通过暗管或向更深层土壤排出。盐碱土化学改良剂的施用对上层土壤改良效果最佳30,37-38，这与本文研究的结论相同。根区隔盐阻断了上下土层间的水力联系，使得土壤水分运行到隔离层下界面时发生停滞，从而隔盐层上层土壤的积累减少，一定程度上能够减缓盐分积聚39，本研究中根区隔盐措施耕层含盐量增加的 主要原因可能是试验设置根区隔盐层在80 100 cm，由于附近部分农田仍然采用大水漫灌引起地下水埋深变浅40，另外根区隔盐工程施工的误差，造成地下水和耕层底部接触，部分月份因地下水埋深0.8 m 耕层盐分含量有所增加。试验中农业改良措施、根区隔盐处理、暗管排盐处理和化学改良处理均能够有效改良重度盐渍化土壤。王应求6研究认为在盐碱荒地及重盐碱地上，平整土地，种植绿肥，秸秆还田，能辅助农田工程较快地降低土壤盐分，不仅增加土壤肥力，改善土壤结构，提高作物产量，而且能发挥农田水利工程改土的效益，这与本文的研究结果一致。农业改良结合其他改良措施的盐渍土改良效果均优于单一的农业改良措施，在实际应用过程中，可根据土壤盐分和生产需要选取根区隔盐或暗管排盐措施，在实施改良前 2 a 重点放在农业改良措施如：深耕11-12、覆膜、秸秆还田27、增施有机肥13-15等改善土壤结构和理化性质，而后可充分发挥根区隔盐或暗管排盐的功效，快速、持久的降低重度盐渍化土壤盐分；对种植根系较浅的作物，农业改良结合化学改良措施也是一种可选的方法，能够对浅层土壤起到较好的改良效果。本文仅从盐渍化土壤各种改良措施的脱盐效果进行了比较，并未分析各种措施的投入和产出经济效益，从脱盐率数据来看，农田水利工程结合农业改良措施对新疆重度盐渍化土壤仍是行之有效的方法。4 结 论 本研究在同一地区重度盐渍化土壤上，综合应用农业改良措施和基于农业改良措施的根区隔盐、暗管排盐、化学改良，比较分析了各改良措施3 a 的土壤盐分含量变化，对比了各措施的脱盐效果得到以下结论：1）土壤含盐量与灌水量、地下水埋深和农田蒸散量达到极显著相关，尤其是生育期灌水对土壤盐分影响最大，相关系数达0.871，地下水埋深与土壤盐分变化关系密切，埋深变浅、地下水矿化度高和强烈的蒸发是试验区土壤返盐的主要原因。2）各处理措施在 20112013 年土壤盐分减少量呈现慢-快-慢的趋势，在改良过程中，农业改良措施表层和底层盐分含量较高，根区隔盐处理表现出土壤盐分明显的表聚特征，暗管排盐底层盐分含量高，底聚现象明显，化学改良措施对表层土壤的改良效果要明显优于底层，在无灌溉时间农业改良、暗管排盐和化学改良措施的耕层土壤均有较为第 22 期 王海江等：不同改良措施下新疆重度盐渍土壤盐分变化与脱盐效果 109 明显的返盐现象。3）根区隔盐和暗管排盐处理能有效的降低耕层 080 cm 土壤盐分，20112013 年 080 cm土壤脱盐率均 50%，其改良效果明显优于其他各处理，两处理间脱盐率差异不大；农业措施在各土层的脱盐率相近，表层盐分减少量略多于底层，化学改良表现出表层脱盐效果优于底层，040 cm 土层平均脱盐率达 55.32%，4080 cm 土层平均脱盐率为 26.21%，两者有较大差异。参 考 文 献 1 田长彦，周宏飞，刘国庆.21 世纪新疆土壤盐渍化调控与农业持续发展研究建议J.干旱区地理，2000(2)：177181.Tian Changyan,Zhou Hongfei,Liu Guoqing.The proposal on control of soil salinizing and agricultural sustaining development in 21s century in XinjiangJ.Arid Land Geography,2000(2):177181.(in Chinese with English abstract)2 文振旺.新疆土壤地理M.北京：科学出版社，1965.3 王遵亲.中国盐渍土M.北京：科学出版社，1993.4 石元春.盐渍土的水盐运动M.北京：农业大学出版社，1986.5 李保国，李韵珠，石元春.水盐运动研究 30 年(1973-2003)J.中国农业大学学报，2003(增刊 S1)：519.L