殷小琳，丁國棟，張維城

(北京林業(yè)大學水土保持與荒漠化防治教育部重點實驗室，100083，北京)

近年來，濱海區(qū)成為我國經(jīng)濟活動頻繁的地區(qū)，加強和完善濱海區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設，越來越重要。我國濱海鹽漬土面積增長快，1974—1984年，每年增長約60.68 km2，1984年至今，平均每年新增20～23 km2［1］。土壤鹽漬化現(xiàn)象也日益突出，土地鹽漬化即由于自然或人為因素的影響，鹽堿成分在土體中積聚，使其他土壤類型逐步向鹽堿土轉(zhuǎn)變的一種成土過程［2］。濱海鹽堿地植物的生長條件相對較為惡劣，土壤含鹽量較高及季節(jié)性土壤返鹽是沿海灘涂植物立苗的限制因子，土壤物理和化學性狀不良是植物生長發(fā)育的主要障礙［3］。較高的地下水位、強烈的水分蒸發(fā)、強烈的鹽分表聚等使濱海鹽堿地造林成活率低、保存率低，樹木生長緩慢，同時也是限制濱海鹽堿地區(qū)林業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。為開發(fā)和利用這一土地資源，進行了不懈的努力，開展了各種形式的植樹造林、土壤改良和農(nóng)田開墾，取得了一定的成績;但對濱海鹽堿地造林和水鹽運動規(guī)律相關(guān)關(guān)系的研究相對較少［4］。土壤中水鹽運動是一個非常復雜的過程［5］，為了使鹽堿地的造林取得良好經(jīng)濟社會和生態(tài)效益，首先要了解土壤水鹽運動的基本規(guī)律，這是采取一切改良鹽堿地措施的重要前提條件［6］。

本試驗于2007年在河北滄州黃驊濱海鹽堿造林地內(nèi)展開，試驗樹種為白蠟(Fraxinus chinensis)。種植白蠟時在樹穴底部設置爐渣和沙子隔鹽層處理，通過5個月的觀測與記錄，研究隔鹽層不同處理措施對不同深度(表層(0～5 cm)、30和60 cm)土壤水鹽運動變化規(guī)律的影響，旨在闡明不同隔鹽層及植物生長過程對濱海鹽堿地土壤含鹽量和造林的影響，為濱海鹽堿地林業(yè)的發(fā)展提供有效的治理方法。

1 試驗地概況

試驗地位于河北省東南部的河北滄州臨港經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，東臨黃驊港，北依京津，西接華北平原，區(qū)域總面積268 km2，人口4.2萬。試驗地地處E 117°23'～117°39'，N 38°19'～38°29'。境內(nèi)地勢平坦，自西南向東北微微傾斜，海拔1.8～7.5 m。氣候?qū)偌撅L型大陸性氣候，多年均降水量624.4 mm，降水分布不均，年降雨量的74.8%集中在夏季，僅7、8月的降雨量就占年降雨量的63.2%。降水強度大，24 h最大降雨量達286.8 mm，陸地年均蒸發(fā)量為461.6 mm，全年平均風速4.2 m/s。無霜期為209 d左右，研究區(qū)地下水位在1.0～3.0 m，土壤類型為中度鹽漬化土壤。平均凍土層深0.478 m，最大凍土層深0.64 m。土壤多為潮土類型(黏質(zhì)、輕質(zhì)鹽化)，含鹽量0.06% ～0.18%，有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)0.8% ～2.0%，地下淡水層320～600 m，礦化度1.5 g/L。選取試驗地有代表性的地段，挖剖面實測試驗地土壤狀況，具體見表1。

表1 試驗地土壤基本性狀Tab.1 Basic soil properties of coastal saline land

2 資料與方法

2.1 試驗區(qū)樹木處理方式及布設

所選試驗區(qū)遠離城鎮(zhèn)和道路，北邊是1條東西走向排水斗渠，南鄰農(nóng)地，東西兩側(cè)為南北走向排水支渠，大約深3 m，大體為長方形，面積約1.3 hm2。試驗在4月下旬開始，首先進行全面整地而后開挖樹穴，樹穴底部分別設置爐渣和沙子隔鹽層，以進行抑制鹽分運動的實驗研究，樹穴規(guī)格為1 m×1 m×1 m。隔鹽層的2個處理分別為:1)處理Ⅰ，20 cm爐渣+10 cm秸稈+10 cm農(nóng)家肥:2)處理Ⅱ，20 cm沙子+10 cm秸稈+10 cm農(nóng)家肥(圖1);并設對照處理，其中每個處理3個重復，共18個樣本。

2.2 氣象條件及測量方法

圖1 隔鹽層布設示意圖Fig.1 Arrangement diagram of salt layers

實驗區(qū)中心地帶布設1口4.5 m深的潛水井，4月下旬開始觀測地下水位的變化，此后每個月中下旬各觀測1次，每逢降雨加測地下水位的變化，每2天1次，連續(xù)觀測1周時間。采用Vantage Pro2全自動氣象站(美國產(chǎn))觀測實驗區(qū)各水文及氣象因子，用“WET SENSOR土壤水分溫度電導率速測儀”(英國產(chǎn))進行土壤水分和鹽分的測定，電導率誤差為±10 ms/m，土壤含水量誤差為±0.03。從4月開始，以后每月下旬測1次土壤剖面不同深度(表層、30和60 cm)的電導率和水分含量。采用挖土壤剖面和取土器采集相結(jié)合的方法進行土壤剖面電導率、水分及溫度的測定。每個隔鹽層處理觀測8個點，相鄰2點的距離間隔為6 m，各觀測點隨機排列，同一隔鹽層處理每層土壤取2個點，對照觀測與上同。每次數(shù)據(jù)采完后，用烘干法進行水分原位測定結(jié)果的誤差校正，數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS16.0進行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 地下水位對降雨的動態(tài)響應

試驗區(qū)距海岸有20 km，區(qū)內(nèi)排水系統(tǒng)為干、支、斗、農(nóng)、毛渠中的斗渠和支渠。試驗區(qū)遠離城鎮(zhèn)和道路，無人為干擾活動，排除地下水位的變化中人為等因素影響。結(jié)果顯示，所在試驗區(qū)地下潛水位不存在周期性，且與降雨因素有較大關(guān)聯(lián)，基本排除本區(qū)地下水位的變化受海潮的影響。至2007年雨季結(jié)束，降雨量為392.7 mm，遠少于多年平均降雨量624.24 mm，為干旱年份。

通過定期觀測發(fā)現(xiàn)，區(qū)域地下水位在觀測季平均深度1.97 m，每月的變異系數(shù)較大，最大變異系數(shù)達到1.9，此時恰為降雨量最高的時候，地下水位月相變化劇烈，說明試驗區(qū)地下水位與降雨量存在較大關(guān)聯(lián)性。由圖2分析整個5、6、7月可以發(fā)現(xiàn)，5月降雨量最大值達到24 mm，此時地下潛水位的變化量僅為0.2 m。，5和6月降雨稀少，地下水位也基本維持在2.3～2.5 m之間。7月初由于強降雨，地下水位急劇抬高，變化劇烈，達到最小觀測期0.68 m，此時鹽分隨地下水一起上移，對深根性植物產(chǎn)生較大影響，另外還說明降雨與地下水埋深雖然相關(guān)，但并不是每次降雨都會影響地下水位的變化。因為當降雨量較小時，由于地面的強烈蒸發(fā)作用，降雨無法有效補給，地下水即已損失殆盡，只有當降雨強度和降雨量達到一定程度后，才會顯著影響地下水位;因此，在一定的降雨強度下，地下水位具有穩(wěn)定性。在試驗地觀測發(fā)現(xiàn)，當單次降雨或短期內(nèi)間歇性降雨累計達到80 mm或以上時，地下水位迅速抬高，80 mm降雨量即為該地區(qū)能引起地下水位產(chǎn)生較大變化的臨界值。同期觀測支渠和斗渠積水均有較大深度，說明在自然排水條件下，尤其在雨季降雨無法及時排出，需要通過水泵等人為措施排水排鹽，避免發(fā)生澇災和因水位上升而引起的土壤返鹽。

圖2 降雨量及地下水位年變化Fig.2 Changes of rainfall and underground water

3.2 土壤含水量及電導率隨時間變化分析

3.2.1 表層 因為試驗區(qū)內(nèi)不同部位土壤鹽分存在較大差異，所以在分析土壤鹽分變化時，可以有效分析有隔鹽層和無隔鹽層對土壤剖面鹽分變化的趨勢，而無法準確分析有無隔鹽層對土壤鹽分的改變程度。根據(jù)土壤水動力學原理，土壤水吸力能夠反映非飽和土壤中土壤水的運動規(guī)律，是非飽和土壤水運動的驅(qū)動力［7］。由圖3可以看出，在土壤表層，土壤含水量與降雨強度有密切關(guān)系，在7、8、10月爐渣、沙子和對照處理措施下土壤含水量普遍都較高，相同觀測時間中各處理之間的差異性并不大。7月出現(xiàn)1次127 mm的最大降雨量，恰好在此時表層土壤含水量達到觀測期中的最高值。在5月由于白蠟栽植后進行了灌溉，壓鹽后強烈的地表蒸發(fā)使土壤的鹽分發(fā)生表聚，反映在電導率上有較高的電導率值。到7月由于強降雨，地下水位急劇抬高，達到觀測期最小的0.68 m;但是土壤表層的鹽分卻大幅下降，說明此時降雨的淋洗對表層土壤鹽分的降低起了主導作用。土壤表層的平均鹽分含量僅136.67 ms/m，是5月份的1/4。到8、9月由于氣溫較高，蒸發(fā)量大，而此時降雨相對減少，從圖中可以看出，土壤鹽分含量有較大程度的升高，說明隨著水分的蒸發(fā)，鹽分源源不斷地從底層得到補給。由于隔鹽層距地面有一段距離，在土壤表面含鹽量可能也會受臨近地段鹽分橫向運動的影響，所以各處理層之間鹽分變化差異性不大。圖中反映出表層土壤含水量主要受蒸發(fā)的控制，基本不受隔鹽層的影響。

圖3 2007年土壤表層土壤含水量和電導率隨時間的變化Fig.3 Diagram of changes of soil moisture content and electric conductivity over time on surface soil in 2007

3.2.2 距地表30 cm處 由圖4可以得出，在30 cm深處各種處理措施下土壤含水量的變化受降雨影響的程度比在地表處受到的影響小，其變化程度與土壤表層有一定差異性。在7月由于強降雨的淋洗作用，鹽分隨水分下移，雖然地下水位在上升，但是有隔鹽層的阻隔，鹽分隨地下水的上升并未對該層電導率產(chǎn)生較大影響，所以總體上看總的含鹽量是下降的。8、9月由于地面強烈的蒸發(fā)及白蠟葉片的蒸騰作用，使深層次土壤鹽分有上升的趨勢。在這個層次深度的土壤中，鹽分含量的變化與地下水位的升降是有關(guān)聯(lián)的。從圖中還可以看出，有隔鹽層處理的土壤中鹽分變化幅度要小于對照組，并且經(jīng)過1個雨季后，土壤總的含鹽量在下降，爐渣隔鹽層處理的電導率從5月的591 ms/m下降到了10月的493 ms/m，沙子隔鹽層處理的電導率從558 ms/m下降到501 ms/m，對照組則從384 ms/m略有上升，達到394 ms/m，在此深度爐渣的隔鹽效果要好于沙子隔鹽層。隔鹽層的存在延緩了降雨的下滲過程，使水分下滲過程中能夠溶解更多鹽分，從而使淋洗效果加強。強降雨和隔鹽層的存在能夠起到洗鹽和阻鹽作用，這對于根系深度在30 cm左右的植物比較有利。

圖4 2007年30 cm深度土壤含水量和電導率隨時間的變化Fig.4 Diagram of changes of soil moisture content and electric conductivity over time at 30 cm depth in 2007

3.2.3 距地表60 cm處 如圖5所示，由于60 cm深度土層的土壤剖面與隔鹽層相銜接，水分一定程度上受降雨入滲深度和地水位及隔鹽層的三重影響。由于土壤界面存在水分張力，當土壤含水量未達到飽和時，隨土壤水分的增大，該層土壤水分出現(xiàn)積累的狀況，土壤含水量要比地表和30 cm處都要大。7月降雨量最大，表層土壤鹽分隨著雨水的下滲下滲，到達底層隔鹽層時，較深層的鹽分隨水被排出，引起土壤電導率下降。而對照組由于缺少了隔鹽層的存在，鹽分可以隨水分繼續(xù)上升，而此時的地下水位僅有0.64 m，使得60 cm土壤深度土壤鹽分有上升的趨勢，說明該層次土壤中鹽分受地下水位和降雨淋洗的雙重作用影響強烈。從圖中還可以看出，在整個雨季中不同隔鹽層作用下鹽分的變化規(guī)律是不一樣的，爐渣隔鹽層從810 ms/m下降到582 ms/m，沙子隔鹽層從607 ms/m下降到560 ms/m，從減小鹽分的上升幅度上來看，爐渣的隔鹽效果要好于沙子。到了8、9月隨著地面強烈的蒸發(fā)和白蠟旺盛的蒸騰作用土壤鹽分逐漸往地面富集，而地下水位下降，地下水攜帶的鹽分隨之下降，使在60 cm深處土壤鹽分逐漸下降，地表和30 cm處的鹽分卻上升。

圖5 2007年60 cm深度土壤含水量和電導率隨時間的變化Fig.5 Diagram of changes of soil moisture content and electric conductivity over time at 60 cm depth in 2007

4 結(jié)論與討論

1)試驗區(qū)降雨強度和降雨量對地下水位有一定的影響。該區(qū)蒸發(fā)作用強烈，少量的降雨并不能有效補給地下水位，無法使水位抬高;但當單次降雨或短期內(nèi)間歇性降雨累計達到80 mm時，這種影響極顯著，地下水位迅速上升。說明:此時已經(jīng)達到渠道排水能力極限，需要人為干預強排，以減小深層土壤鹽分水地下水上移帶來的危害。

2)由于區(qū)域鹽堿分布不均勻，爐渣隔鹽層處理和無隔鹽層土壤剖面含鹽量本底值不同，因此不再作對照比較。但在30及60 cm處其變化的程度和趨勢卻表現(xiàn)出明顯的不同，有隔鹽層處理鹽分隨降雨及蒸發(fā)變化程度要明顯小于對照，在年變化中隔鹽層對鹽分的排出和抑制返鹽作用明顯，對照組則出現(xiàn)了返鹽現(xiàn)象。

3)沙子隔鹽層與爐渣隔鹽層對土壤水分和鹽分的影響一致，都能起到增加土壤含水量和隔鹽作用，土壤剖面水分含量與對照比都有明顯增加。從抑制返鹽效果的土壤鹽分年內(nèi)變化來看，爐渣要好于沙子。

4)在旱季，土壤表層的返鹽作用強烈，因此淺根性植物此時一定要做好排鹽措施。在鹽堿地植樹造林時，最好要布設隔鹽層，實驗發(fā)現(xiàn)在30到60 cm深層土壤鹽分也有變化;但變化幅度不大，且總體上有相對減小的趨勢。

降雨量、土壤鹽分和地下水位之間有一定的關(guān)聯(lián)，本實驗未涉及相關(guān)實驗內(nèi)容，有條件的單位和個人可布置相關(guān)實驗研究。此外，實驗發(fā)現(xiàn)隔鹽層厚度與土壤鹽分的變化也有一定關(guān)系，也可進行相關(guān)研究，找出隔鹽層厚度的最佳比例，為今后提高鹽堿地造林成活率提供技術(shù)支撐。

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