李品芳，楊永利，蘭 天，郭世文，張 凱，韓紀委，張 清

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100193；2. 農(nóng)業(yè)部華北耕地保育重點實驗室，北京 100193；3. 天津泰達綠化集團有限公司，天津 300457）

天津濱海鹽漬土客土改良后的土壤理化性質(zhì)與持水特性

李品芳1,2，楊永利3，蘭 天1,2，郭世文1※，張 凱3，韓紀委1，張 清3

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100193；2. 農(nóng)業(yè)部華北耕地保育重點實驗室，北京 100193；3. 天津泰達綠化集團有限公司，天津 300457）

為了解天津濱海新區(qū)鹽漬土采用客土法改良后的土壤理化性質(zhì)的變化情況，該研究選取濱海新區(qū)漢沽區(qū)的濱海鹽漬土以及采用客土改良后歷經(jīng)5 a的土壤（配制客土）作為研究對象，測定分析這2種土壤0～60 cm不同土層土樣的基本理化性質(zhì)、土壤水分特征曲線，探討了理化性質(zhì)和土壤水分參數(shù)的差異。結(jié)果表明：客土改良后歷經(jīng)5 a的配制客土電導率遠低于未改良的濱海鹽漬土，降幅約為97%，有效含水量以及田間持水量明顯低于濱海鹽漬土。有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)和陽離子交換量分別增加了29.65%和8.36%，pH值和容重變化不大。綜合分析后認為，濱海鹽漬土經(jīng)配制的客土改良后，鹽漬化程度減弱，有機質(zhì)增大，但持水特性和物理性質(zhì)卻沒有明顯的改善。土壤質(zhì)地黏重是影響該地區(qū)土地資源開發(fā)利用的主要因素之一。

土壤；pH；有機質(zhì)；濱海鹽漬土；客土；理化性質(zhì)；水分特征曲線；持水特性

李品芳，楊永利，蘭 天，郭世文，張 凱，韓紀委，張 清. 天津濱海鹽漬土客土改良后的土壤理化性質(zhì)與持水特性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33(7)：149－156.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.019 http://www.tcsae.org

Li Pinfang, Yang Yongli, Lan Tian, Guo Shiwen, Zhang Kai, Han Jiwei, Zhang Qing. Physicochemical properties and water holding characteristics of Tianjin coastal saline soil improved by foreign soil[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 149－156. (in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.019 http://www.tcsae.org

0 引 言

鹽漬土作為一種重要的土地資源，在地球上廣泛分布。目前全世界鹽堿土面積大約有9.5×109hm2，主要分布在亞歐大陸、美洲西部和非洲等世界各大洲的干旱地區(qū)。中國的鹽漬土總面積達3.7×108hm2，占世界鹽堿地總面積的1/28，廣泛分布于中國濱海以及內(nèi)陸各地[1-2]。但脆弱的生態(tài)環(huán)境，不良的氣候、地質(zhì)、地貌和水文等自然條件，是目前鹽漬化地區(qū)的主要特征。如能合理改良、利用鹽漬土，則可有效緩解土地資源不足、提升土地生產(chǎn)力，并改善生態(tài)環(huán)境的窘境。鹽漬土的改良利用是不可輕視的資源、環(huán)境與生態(tài)問題[3-5]。

鹽堿土改良利用的方法有采用客土、地面覆蓋、化學改良劑以及暗管排鹽、種植耐鹽或鹽生植物等多種類型。其中的客土改良法，是將鹽漬土移走回填適合植物生長、理化性質(zhì)較好的客土，與其他改良技術(shù)相比，能在短時間達到預期效果，有著獨特的優(yōu)勢。有研究報道采用沙質(zhì)客土的方法可以有效改善龜裂堿土水分狀況，顯著促進作物生長，提高作物產(chǎn)量[6]。中國福建平海灣地區(qū)利用客土改良法，已經(jīng)使1 267 hm2沙堿鹽土得到了改良，與原生土壤相比，有機質(zhì)含量有了明顯提升，土壤質(zhì)地也得到了改善[7]。但往往由于不同水文、氣候環(huán)境的影響，改良后客土的持水性以及理化性質(zhì)會區(qū)別于原土以及用于改良的客土，呈現(xiàn)出新的特征[8-10]。

天津濱海新區(qū)位于中國天津市中心的東部，前身是一片淤泥質(zhì)鹽漬土灘涂，土表含鹽達 7%以上[10-11]，是典型的濱海重鹽漬荒漠化地區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，綠化異常艱難。隨著天津濱海新區(qū)的開發(fā)、開放及城市化進程，鹽堿地綠化及土地的可持續(xù)利用成為制約濱海新區(qū)發(fā)展的重要因素之一，開展鹽漬土資源的持續(xù)利用與優(yōu)化管理的研究至關(guān)重要。已有研究報道，在濱海重鹽堿地區(qū)采用客土基盤技術(shù)進行苗木培育，抗鹽、阻鹽、排鹽效果非常明顯，能夠為苗木生長提供良好的環(huán)境條件，對種植穴以外區(qū)域的土壤按照客土∶山皮砂∶草炭=3∶1∶1（體積比）進行改良的新改土工藝更適合楊樹的生長[9]。暗管排鹽與客土改良技術(shù)被大規(guī)模應用于天津濱海新區(qū)綠地建植工程中，在濱海重鹽漬地區(qū)一次性種植大規(guī)模的楊樹林總面積達4.75×105m2[9]。但隨著濱海新區(qū)綠化建設(shè)規(guī)模的擴大，時間的推進，客土的土壤性能質(zhì)量是否能夠長期維系濱海地區(qū)園林綠地的可持續(xù)利用和發(fā)展亟待探究[12-14]。

為此，本研究選取天津濱海新區(qū)十三大街道路邊的原生鹽漬土（濱海鹽漬土）和漢沽區(qū)泰達現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)區(qū)楊樹林客土改良后利用 5 a客土土壤（客土∶山皮砂∶草炭= 3∶1∶1）為研究對象，測定分析其理化性質(zhì)和水分特征曲線，并比較分析土壤水分特征曲線模型的擬合情況，分析 2種土壤水分物理特性的差異，評價土壤質(zhì)量及客土改良效果。以期為濱海地區(qū)客土配制技術(shù)以及綠地灌溉、施肥管理的改進提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究樣地概況及土樣采集

試驗采樣地選取濱海重鹽堿淺潛水區(qū)域，位于天津市濱海新區(qū)漢沽區(qū)（117°79′E，39°21′N）。該區(qū)域原始地貌為海積平原，海拔高程 1.0～2.5 m，坡降0.1‰，地下水位0.5～1.5 m，常引起海水倒灌。該地區(qū)屬于暖溫帶半干旱季風氣候區(qū)，年平均氣溫 12.3 ℃，年平均降水量589 mm，年平均蒸發(fā)量達1 931 mm。原始土體0～100 cm土層全鹽質(zhì)量分數(shù)達39.5 g/kg，地下水礦化度高達70～100 g/L[9]。

在天津濱海新區(qū)十三大街道路附近選取無植被覆蓋處的原生鹽漬土（以下簡稱濱海鹽漬土），在漢沽區(qū)的泰達現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)區(qū)楊樹林行間選取2008年客土改良施工后利用5 a的土壤（以下簡稱配制客土）。2013年5月，在2種土壤類型地的地勢平坦處選擇采樣地點，各6處樣點，挖長×寬×深為2 m×1.5 m×1 m的剖面，按0～10、＞10～20、＞20～30、＞30～40和＞40～60 cm層次取樣，用于土壤容重、水分特征曲線的測定，另取超過500 g的土樣用于其他理化指標的測定，3個重復。

配制客土是由購進的客土土壤、山皮砂、草炭配制而成，配制比為：客土∶山皮砂∶草炭=3∶1∶1（體積比），表 1是配制客土時原材料的基本理化性質(zhì)?？屯粮牧紖^(qū)域采用土壤置換與“淺潛水暗管排鹽法”配合的方式，土壤置換深度為100 cm，客土下面為爐渣墊層和回填層，其下埋設(shè)內(nèi)徑為60 mm波紋塑料盲管作為排水通道，排水盲管上的孔隙密度為1×10-3m2/m，盲管鋪設(shè)間距為8 m。在客土改良區(qū)域的植被，喬木以2009年10月栽植的毛白楊和 107楊為主，灌木為大葉黃楊，地被植物使用蛇莓、五葉地棉、二月蘭、紫花苜蓿以及波斯菊等。濱海鹽漬土區(qū)采用了同樣的“淺潛水暗管排鹽法”，即在距地表1 m以下鋪設(shè)爐渣層、回填層、排水通道等。濱海鹽漬土區(qū)與客土區(qū)采用相同的灌水制度，土表的植被種植情況也相同。

表1 客土配制摻拌材料的基本理化性質(zhì)Table1 Physical and chemical properties of adminding materials

1.2 樣品測定方法

土壤水分特征曲線采用砂箱法-壓力薄膜儀法測定。砂箱法測定土壤低吸力段對應的體積含水率，依次施加的水吸力為2、4、6、8、10、30、50、100 kPa。壓力膜儀法測定高吸力段對應的含水率，依次施加的水吸力為100、300、500、1 500 kPa[15]。

土壤容重采用烘干法，土粒密度采用比重瓶法測定，總孔隙度利用土壤容重和土粒密度計算而得。土壤質(zhì)地采用移液管法測定，土壤水穩(wěn)性團聚體含量采用濕篩法測定。用酸堿度計測定 pH值，陽離子交換量(cation exchange capacity，CEC)采用乙酸鈉-火焰光度法測定。土壤電導率EC采用電導率儀測定，有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定[16-17]。

1.3 土壤水分特征曲線模型擬合

水分特征曲線分別采用下列4種模型進行擬合。1）van Genuchten模型（簡稱VG模型）[18]

式中θ(h)為土壤體積含水率，θs為土壤飽和體積含水率，cm3/cm3；θr為殘余土壤體積含水率，cm3/cm3；h為負壓，kPa，α是進氣值的倒數(shù)，m與n是土壤孔隙尺寸分布參數(shù)，m=1?1/n或m=1?2/n。α、m、n均是影響土壤水分特征曲線形態(tài)的經(jīng)驗參數(shù)。

2）Dual-porosity模型（簡稱DP模型）[19]

式中Se為飽和度；w1、w2分別為2個區(qū)域的權(quán)重因子；α1、α2為各自區(qū)域進氣值的倒數(shù)，m1、m2、n1、n2為土壤孔隙尺寸分布參數(shù)，它們均為影響土壤水分特征曲線的經(jīng)驗參數(shù)，其余符號含義同（1）式。

3）Lognormal distribution模型（簡稱LND模型）[20]

式中θ為土壤體積含水率，erfc為高斯誤差函數(shù)(error function or Gauss error function)。

4）Brooks and Corey模型（簡稱BC模型）[21]

式中λ是土壤孔隙尺寸分布參數(shù)，影響土壤水分特征曲線的斜率，其余符號含義同（1）、（2）式。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本文應用Origin8.0軟件進行數(shù)據(jù)處理、圖表繪制，SPSS17.0進行方差分析和非線性擬合，采用Duncan新復極差法進行顯著性檢驗（P＜0.05），應用 RETC軟件進行土壤水分特征曲線參數(shù)的計算及擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 濱海鹽漬土與配制客土的基本理化性質(zhì)

2.1.1 物理性質(zhì)

表2是濱海鹽漬土和配制客土不同土層的物理性質(zhì)測定結(jié)果。從表2中可以看出，2種土壤不同層次的土壤顆粒組成存在一定差異。從砂粒含量來看，相同土層濱海鹽漬土的砂粒含量均大于配制客土，2種土壤砂粒質(zhì)量分數(shù)的平均值分別為38.31%和20.92%，不同土層砂粒質(zhì)量分數(shù)的變化范圍分別為29.43%～52.12%和17.84%～26.56%，2種土壤砂粒含量最高的土層深度均為0～10 cm。2種土壤在 10～20 cm土層的砂粒比 0～10 cm土層分別降低了43.53%和29.52%。在10～20 cm以下的土層，2種土壤砂粒含量隨土層深度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢。

濱海鹽漬土和配制客土不同土層粉粒質(zhì)量分數(shù)的變化范圍分別為23.43%～28.21%和15.32%～26.70%，平均值分別為25.75%和20.23%。相同土層濱海鹽漬土的粉粒含量均大于配制客土，2種土壤粉粒含量最高的土層深度均為40～60 cm。濱海鹽漬土和配制客土黏粒質(zhì)量分數(shù)的變化范圍分別為24.45%～46.16%和53.66%～65.96%，平均值分別為35.94%和58.85%。相同土層濱海鹽漬土的黏粒含量均小于配制客土，2種土壤黏粒質(zhì)量分數(shù)的最小值均出現(xiàn)在0～10 cm土層，分別為24.45%和53.66%；在10～20 cm土層 2種土壤的黏粒質(zhì)量分數(shù)最高，分別為46.16%和65.96%。

濱海鹽漬土和配制客土0～10 cm土層黏粒含量低于砂粒含量，而在＞10～20 cm土層黏粒含量高于砂粒含量。這可能是由于在土壤表層發(fā)生了黏粒淋淀作用，導致0～10 cm土層的黏粒含量減少，＞10～20 cm土層的黏粒含量增大。

濱海鹽漬土和配制客土容重的變化范圍分別為1.38～1.54和1.30～1.50 g/cm3。在0～10 cm土層，濱海鹽漬土的容重顯著高于配制客土，2種土壤不同土層之間的容重值差異不顯著，除配制客土0～10 cm土層之外，其他均未達到《園林栽植土質(zhì)量標準》中園林建植上容重低于1.30 g/cm3 [22]的建議值。

表2 濱海鹽漬土與配制客土不同土層的物理性質(zhì)Table2 Physical properties of costal saline soil and blending foreign soil in different soillayer

濱海鹽漬土和配制客土總孔隙度的變化范圍分別為39.06～45.07和41.19～49.56。除0～10 cm土層之外，2種土壤相同土層之間孔隙度差異不顯著。濱海鹽漬土40～60 cm土層的孔隙度顯著高于30～40 cm土層，其他土層之間的孔隙度差異不顯著。配制客土0～10 cm土層的孔隙度顯著高于其他 4個土層，這是由于表層土壤砂粒含量較高所致。同時，2種土壤0～60 cm土層總孔隙度的平均值分別為43.44%和41.19%，客土改良措施雖然將濱海鹽漬土的總孔隙度有所提高，但仍未達到《園林栽植土質(zhì)量標準》中園林栽植土要求的合理范圍 50%～55%[22]。從團聚體組成來看，配制客土 0～60 cm 土層＞0.25 mm團聚體的平均質(zhì)量分數(shù)為18.56 %，是濱海鹽漬土的1.74倍，客土改良措施提高了土壤中大團聚體的含量。

2.1.2 化學性質(zhì)

不同土層濱海鹽漬土和配制客土的化學性質(zhì)見表3。2種土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的平均值分別為 9.31和12.07 g/kg。隨土層深度的增加，濱海鹽漬土的有機質(zhì)含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，而配制客土的有機質(zhì)含量卻基本呈下降的趨勢。除40～60 cm土層配制客土的有機質(zhì)含量低于濱海鹽漬土外，其他土層配制客土有機質(zhì)含量均高于濱海鹽漬土，0～60 cm土層平均有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)平均值增加了29.65%。整體上，配制客土的有機質(zhì)高于濱海鹽漬土。這可能是由于配制客土中含有較高有機質(zhì)含量的草炭，提升了配制客土的有機質(zhì)含量，同時，配制客土取樣于楊樹林區(qū)域，上層土壤中存在較多的包括諸如植物殘茬、根類物質(zhì)等活性有機質(zhì)所致。但各層土壤有機質(zhì)都尚未達《園林栽植土質(zhì)量標準》要求的有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)＞20 g/kg的土壤質(zhì)量標準[22]。

對于土壤的pH值變化情況，由表3可見，濱海鹽漬土不同土層之間pH值的差異不顯著，而配制客土的pH值的變化是0～40 cm隨著土層深度增加而降低，到底層的40～60 cm又有所反彈，其中10～20 cm土層的pH值最高，30～40 cm土層的pH值最低。配制客土0～10 cm和＞10～20 cm土層的pH值分別比同土層濱海鹽漬土高4.03%和6.25%，但30～40 cm土層的pH值卻比濱海鹽漬土低 4.39%。不同土層濱海鹽漬土和配置客土的pH值變化范圍分別為7.79～7.97和7.62～8.29。2種土壤0～60 cm土層pH值的平均值分別為7.89和8.00，差異不大，配制客土改良總體上沒有使土壤pH值明顯降低，基本上都略高于《園林栽植土質(zhì)量標準》中園林種植土pH值為6.0～7.8的建議標準[22]。

表3 濱海鹽漬土與配制客土的化學性質(zhì)Table3 Chemical properties of costal saline soil and blending foreign soil

濱海鹽漬土和配制客土的電導率變化范圍分別為4.74～7.61和0.14～0.23 mS/cm，配制客土的電導率遠低于濱海鹽漬土。天津濱海鹽漬土經(jīng)客土改良后，0～60 cm土層平均電導率由 6.2降低至 0.18 mS/cm，降低幅度為97%，這表明客土改良手段大幅度降低了濱海鹽漬土的電導率，鹽漬化程度得到了明顯緩解，在土壤鹽度上滿足《園林栽植土質(zhì)量標準》中園林種植土 EC值小于1.2 mS/cm的建議標準[22]]。配制客土10～20 cm的陽離子交換量為 10.65 cmol/kg，比相同土層深度濱海鹽漬土的陽離子交換量低12.47%，而其他土層的陽離子交換量均比相同土層濱海鹽漬土的陽離子交換量大。配制客土陽離子交換量平均值比濱海鹽漬土高8.36%，這可能是土壤肥力改善機制之一。

2.2 土壤水分特征曲線模型擬合比較

應用RETC軟件中的VG模型、BC模型、DP模型、LND模型對各實測值土壤水分特征曲線進行擬合，確定土壤水分特征曲線參數(shù)。VG模型、BC模型、DP模型和LND模型幾何平均數(shù)的變化范圍分別為1.002～1.005 7、1.002～1.005 8、1.001～1.004 5和1.001～1.004 2，均大于1，說明4種擬合模型所得擬合值的總體上高于實測值。

4種擬合模型決定系數(shù)平均值的大小順序為LND(R2=0.949 6)＞VG(R2=0.934 9)＞DP(R2=0.934 7)＞BC (R2=0.884 5)。LND模型除配制客土的20～30 cm土層外，對濱海鹽漬土和配制客土 2種土壤其他土層土壤水分特征曲線擬合決定系數(shù)最高，分別在 0.967 6～0.986 3和0.866 4～0.991 2之間（不含20～30 cm土層），且均方根誤差最?。?.002 6±0.003 7）。DP模型對配制客土20～30 cm 土層的土壤水分特征曲線的擬合決定系數(shù)為0.796 6，高于其他擬合模型，在這一土層擬合值與實測值的均方根誤差也是最小的。而LND模型在這一土層擬合方程決定系數(shù)以及擬合值與實測值的均方根誤差與DP模型非常接近，從總體上看LND模型對于濱海鹽漬土和配制客土的土壤水分特征曲線的擬合效果最好。圖 1是利用LND模型對濱海鹽漬土和配制客土不同土層水分特征曲線的擬合效果圖。

圖1 濱海鹽漬土和配制客土最優(yōu)擬合土壤水分特征曲線Fig.1 Costal saline soil and blending foreign soil with optimal soil moisture characteristic curve

2.3 2種土壤的孔隙特征與持水特性

2.3.1 土壤孔隙特征

利用擬合效果最優(yōu)的土壤水分特征LND模型推算出土壤中不同孔徑孔隙的體積分數(shù)，根據(jù)Greenland的方法將 0～500μm范圍內(nèi)的孔隙分為：結(jié)合孔隙（0～0.005μm）、殘余孔隙（0.005～0.5μm）、存儲孔隙（0.5～50μm）和結(jié)構(gòu)孔隙（50～500μm）[23]。圖2是基于該分類方法繪制的2種土壤不同土層孔隙的分布情況。

由圖2分析得出，濱海鹽漬土0～60 cm土層存儲孔隙的平均體積分數(shù)為11.93 %。30～40 cm土層的存儲孔隙度最低，比0～10 cm土層的減少了42.76%(圖2a)。配制客土存儲孔隙的變化情況比較復雜，其變化范圍是8.76%～19.25%，0～60 cm土層存儲孔隙的平均孔隙度為13.86%（圖2b）。土壤存儲孔隙中的水密切關(guān)系到根系生長以及土壤微生物活性，客土改良措施提高了土壤存儲孔隙的含量，這會對土壤中微生物活性以及植物根系生長有一定的改善與促進作用。

土壤結(jié)構(gòu)孔隙對水分在土體中的遷移以及根系伸長有很大的影響，配制客土20～30 cm土層的結(jié)合孔隙的孔隙度驟然增大，殘余孔隙和存儲孔隙的下降幅度也很明顯，這可能是由于配制客土摻混不均勻而引起的。配制客土除 20～30 cm土層外，其他土層結(jié)合孔隙的含量均低于濱海鹽漬土對應土層深度結(jié)合孔隙的含量。2種土壤的結(jié)合孔隙的孔隙度都大于其他類型的孔隙，說明無效水孔隙比較多。

圖2 濱海鹽漬土和配制客土土壤的當量孔徑分布Fig.2 Pore size distribution of costal saline soil and blending foreign soil

2.3.2 土壤持水特性

參照G??b等[24-25]研究者關(guān)于土壤水分的研究方法，將土壤水分參數(shù)分為：1）田間持水量-土壤水吸力在 10 kPa條件下的土壤含水量；2）凋萎系數(shù)-土壤水吸力在1500 kPa條件下的土壤含水量；3）速效水-土壤田間持水量與土壤水吸力在490 kPa條件下的土壤含水量的差值；4）有效水-田間持水量與凋萎系數(shù)的差值；5）相對田間持水量-田間持水量與飽和含水量的比值。

圖3是2種土壤不同土層田間持水量、凋萎系數(shù)、速效水含量的變化情況。濱海鹽漬土（圖3a）和配制客土（圖3b）不同土層的田間持水量變化分別在0.44～0.53和0.38～0.47 cm3/cm3之間，平均值分別為0.48和0.43 cm3/cm3，濱海鹽漬土的田間持水量總體上高于配制客土。但濱海鹽漬土的凋萎系數(shù)也處在相對較高的水平，變化范圍在 0.30～0.38 cm3/cm3之間，平均值為0.35 cm3/cm3，比配制客土凋萎系數(shù)平均值0.30 cm3/cm3大17%左右。由于配制客土凋萎系數(shù)在 20～30 cm土層急劇增大，導致其變化范圍較大（0.24～0.41 cm3/cm3）。濱海鹽漬土和配制客土速效水的變化范圍均為0.07～0.14 cm3/cm3，不同土層速效水的平均值都是0.10 cm3/cm3?？梢?，本研究中的客土改良措施對土壤速效水的含量影響不大。

圖3 濱海鹽漬土和配制客土中不同土壤水分參數(shù)的剖面變化Fig.3 Soil moisture parameters variety in profiles of costal saline soil and blending foreign soil

圖4是不同土層濱海鹽漬土和配制客土有效水和相對田間持水量的變化情況。2種土壤的有效水體積分數(shù)隨土層深度增加呈相反的變化趨勢，變化范圍分別為0.10～0.17和0.07～0.17 cm3/cm3，平均值均約為0.13 cm3/cm3。配制客土在10～20 cm以及30～40 cm土層有效水與速效水含量均高于濱海鹽漬土相同土層的相應指標（圖3、圖4），在其他土層相應指標的大小均低于濱海鹽漬土。不同土層配制客土有效水含量的變化幅度較濱海鹽漬土大，這可能是配制客土原料摻混不均勻所致?？傮w上看，這種客土改良措施沒能使土壤有效水的含量顯著提升。不同土層濱海鹽漬土和配制客土相對田間持水量的變化范圍分別為85.81%～93.66%和67.12%～85.19%，整體上配制客土相對田間持水量略低于濱海鹽漬土。

圖4 2種類型土壤中不同土層土壤相對田間持水量及有效水含量Fig.4 Soil relative field water capacity and available water content of 2 kinds of soils

3 討 論

土壤黏粒是影響土壤基質(zhì)特征最具有決定意義的粒級，與砂粒、粉粒不同的是黏粒具有巨大的比表面積，且具有膠體的性質(zhì)，在土壤的物理化學過程中極為活躍，黏粒表面可吸附大量的水分和離子等，明顯影響土壤的結(jié)構(gòu)、孔隙度和鹽分組成及含量等，這在土壤干燥和濕潤交替過程中尤為明顯。本研究中的配制客土土壤土樣均為黏土，這些土壤的黏粒質(zhì)量分數(shù)均在 50%以上，有的土樣甚至高達66%（表2）。而濱海鹽漬土的黏粒質(zhì)量分數(shù)也基本在 40%左右（大多屬壤質(zhì)黏土類），不同土層的配制客土黏粒質(zhì)量分數(shù)的平均值比濱海鹽漬土高63.75%，經(jīng)5 a利用后的配制客土的質(zhì)地比濱海鹽漬土更為黏重，屬于重黏土。一般當土壤中黏粒質(zhì)量分數(shù)在15%～30%，有機碳質(zhì)量分數(shù)小于15 g/kg時土壤就極易板結(jié)[26]。并且濱海鹽漬土和配制客土0～60 cm土層總孔隙度的平均值分別為43.44%和41.19%，都低于園林栽植土要求的適宜范圍 50～55%。配制客土和濱海鹽漬土的容重總體上沒有太大差異，除配制客土0～10 cm土層土壤容重值為1.30 g/cm3外，2種土壤其他土層的容重值都大于1.4 g/cm3（表2），均超過《園林栽植土質(zhì)量標準》中容重＜1.30 g/cm3的建議值[22]。大量研究表明，當容重在1.4～1.6 g/cm3之間時，會對根系在土壤中的伸長產(chǎn)生阻礙從而影響植物正常生長[27]。由此可見，土壤質(zhì)地黏重是影響該地區(qū)土壤資源開發(fā)利用的主要因素之一，也是土壤改良中的難點。

土壤電導率能夠簡單、快捷地反映土壤鹽度和鹽漬化程度[28-29]。本調(diào)查研究結(jié)果顯示，濱海鹽漬土和配制客土 0～60 cm土層電導率變化范圍分別在 4.74～7.61 mS/cm和0.14～0.23 mS/cm之間(表3)。很明顯，配制客土的平均電導率0.18 mS/cm比濱海鹽漬土的6.2 mS/cm降低了97%，滿足《園林栽植土質(zhì)量標準》中土壤EC值小于1.2 mS/cm的建議值[22]。另外，總體上配制客土陽離子交換量平均值 11.54 cmol/kg，比濱海鹽漬土高8.36%（表 3）的原因，可能是由于客土中摻拌的草炭的陽離子交換量較高所致（表1）。不同土層配制客土有機質(zhì)的平均質(zhì)量分數(shù)比濱海鹽漬土高 29.65%（表 3），這可能也是由于配制客土在摻混過程中加入的占總體積 1/5的草炭的有機質(zhì)含量較高所致（表1）。這些指標的提升可認為是土壤肥力改善的機制之一。但本研究中 2種土壤樣品有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)最高為16.13 g/kg，仍低于《園林栽植土質(zhì)量標準》中花壇土、花境土、樹壇土以及草坪土的有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)≥20 g/kg的標準[22]。由此可見，該地區(qū)土壤需要進一步改善有機質(zhì)含量。

2種土壤0～60 cm土層pH的平均值分別為7.89和8.00，差異不大（表3），但都略高于《園林栽植土質(zhì)量標準》的pH為6.0～7.8的建議值[22]。配制客土總體上沒有使土壤pH值降低，反而0～20 cm土層8.28左右的pH值比其下層和同層的濱海鹽漬土還要高，這與以前的研究結(jié)果呈相同趨勢[11]。這可能與配制客土的黏粒含量較高有關(guān)，因土壤中黏粒膠體的交換性和其他固體顆粒的陽離子交換性有關(guān)，也與外部土壤溶液中相應離子的交換性相關(guān)。而可交換性陽離子的表面性質(zhì)取決于兩個相反的過程： 1）可交換性陽離子吸附于弱交換性的黏粒礦物表面；2）在可交換性陽離子離子濃度較高時，會從黏粒礦物表面解吸下來，進入濃度低的主體溶液中。正是這 2個相反過程的作用，導致陽離子從黏粒礦物表面解吸，其濃度以指數(shù)形式下降，并進入主體溶液中。2價陽離子，如鈣、鎂緊密吸附于黏粒礦物表面，其吸附力大約是鈉離子或其他1價離子的2倍[26]，使得土壤中1價離子的鹽分在淋溶、暗管排鹽后鹽度降低，但強力吸附在土壤黏粒表面的鈣、鎂離子與酸根結(jié)合致使土壤pH值有所升高。這有待在下一步研究中對土壤中各離子的變化情況進行深入、詳細的測定后給予綜合分析判斷。

土壤中有效水是土壤田間持水量與凋萎系數(shù)的差值，是土壤中可以被植物吸收利用的水分。當土壤中有效水的體積分數(shù)小于0.15 cm3/cm3時，植物根系的生長以及其他各項生理功能會受到限制[30]。本研究中，配制客土的有效水含量與濱海鹽漬土相比并沒有顯著提高，平均值反而比濱海鹽漬土下降了 4%左右，如果去掉位于20～30 cm層次的特殊低點值（可能是由于配制客土摻混不均勻所致），其平均值比濱海鹽漬土高出6.7%（圖4b）。但 2種土壤的有效水平均值都約為 0.13 cm3/cm3，小于0.15 cm3/cm3，說明調(diào)查的客土對土壤的水分條件改善效果并不理想。

相對田間持水量是反映土壤水、氣平衡狀況的重要指標，通常最佳的土壤的相對田間持水量范圍是 60%～70%。當相對田間持水量的值超過70%，土壤中微生物的活性會由于土壤通氣度降低而受到影響，進而影響植物生長[30]。配制客土與濱海鹽漬土相比，相對田間持水量的值總體上有所降低，但是除0～10 cm土層的相對田間持水量從87.23%下降的67.12%之外，配制客土其他土層相對田間持水量值仍在70%以上（圖4a）。因此，本文中客土改良措施對鹽漬土的水、氣平衡狀況的改善效果還有待進一步分析研究。

本研究采用VG模型、BC模型、DP模型及LND模型對濱海鹽漬土和配制客土不同土層的水分特征曲線進行擬合，通過比較擬合模型的決定系數(shù)、擬合值與實測值的均方根誤差以及幾何平均數(shù)來評價不同擬合模型的適用性，結(jié)果顯示LND模型對2種土壤不同土層水分特征曲線的幾何效果最佳（圖1）。一些研究人員曾通過擬合模型的比較，將VG模型作為土壤水分特征曲線的最優(yōu)擬合模型[31-32]。栗現(xiàn)文等人利用淡水以及礦化度分別為30、100和250 g/L的水樣對土體進行飽和處理后，利用不同擬合模型對脫濕過程的水分特征曲線進行擬合并比較適用性，得出上述處理的最優(yōu)擬合模型分別為 VG模型、DP模型、LND模型以及DP模型[33]。目前尚無圓滿的數(shù)學模型可以全面描述土壤水分特征曲線，如何從機理上解釋擬合模型的優(yōu)劣，需要更加深入的研究。

綜上所述，本研究中的客土改良措施使土壤 0～60 cm土層的有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)、陽離子交換量平均值分別提高了29.65%和8.36%，但土壤容重、孔隙度、pH值、持水特性等并沒有明顯的改善效果?？梢?，天津濱海鹽漬土的改良不僅要重視鹽漬化的問題，同時不能輕視土壤的其他理化性質(zhì)與持水特性[34]。土壤中各理化指標之間存在相互影響的作用機制，而各自的影響機理又存在差異，本文只是將 2種土壤作為研究對象進行的初步探討研究，且采樣點和測定指標有限，諸多問題和機理，需進一步擴充樣本數(shù)量和測定分析的指標，并將土壤物理、土壤化學中的多指標聯(lián)系起來進行深入的分析研究。

4 結(jié) 論

本文選取濱海新區(qū)漢沽區(qū)的濱海鹽漬土以及采用客土改良后歷經(jīng)5 a的土壤（配制客土）作為研究對象，測試分析 2種土壤0～60 cm不同土層土樣的基本理化性質(zhì)、土壤水分特征曲線，探討改良后客土的理化性質(zhì)和土壤水分參數(shù)的差異，得到以下結(jié)論。

改良后的客土鹽漬化程度明顯降低，有機質(zhì)含量增大，但土壤pH值沒有得以改善。土壤電導率由6.2降低至0.18 mS/cm，降低幅度為97%；有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)和陽離子交換量平均提高了29.65%和8.36%，但有機質(zhì)含量仍低于《園林栽植土質(zhì)量標準》中的建議值；土壤的容重僅0～10 cm土層值降低到1.30 g/cm3，但與原土壤容重差異不大，且都在1.4 g/cm3以上，尚未達到《園林栽植土質(zhì)量標準》的相關(guān)要求；相對田間持水量值除 0～10 cm土層有所降低之外，其他土層并無明顯變化，基本仍都在70%以上。

綜合分析后認為，濱海鹽漬土經(jīng)配制的客土改良后，鹽漬化程度減弱，有機質(zhì)增大，但持水特性和物理性質(zhì)卻沒有明顯的改善。土壤質(zhì)地黏重是影響該地區(qū)土地資源開發(fā)利用的主要因素之一。本研究對象是使用5 a的客土，所呈現(xiàn)的物理化學特征機理及代表性有待深入探討。

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Physicochemical properties and water holding characteristics of Tianjin coastal saline soil improved by foreign soil

Li Pinfang1,2, Yang Yongli3, Lan Tian1,2, Guo Shiwen1※, Zhang Kai3, Han Jiwei1, Zhang Qing3
(1.College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing100193,China; 2.Key Laboratory of Arable Land Conservation(North China),Ministry of Agriculture,Beijing100193,China;3.Tianjin TEDA Green Group Co. ltd., Tianjin300457,China)

The method of soil replacement removes saline alkali soil and backfills with the soil, which has excellent physical and chemical properties and is suitable for plant growth, and this method can achieve the purpose of soil improvement in a short time compared with other technologies. Studying the physical and chemical properties of the soil, which has been amended with the method of soil replacement, has a very important meaning to the evaluation of soil improvement effect, the establishment of irrigation system in the improved area, and the improvement of soil replacement technologies. This study focuses on the physicochemical properties and water holding characteristics in the 5 sampled layers of the costal saline soil and the soil after foreign soil amelioration in Hangu District, Binhai New Area, Tianjin. Towards these 2 kinds of soil, the basic physicochemical properties of different layers within the depth of 0-60 cm are analyzed, as well as the soil water characteristic curve. In addition, The van Genuchten model (VG), the dual-porosity model (DP), the Brooks and Corey model (BC) and the lognormal distribution model (LND) were used to fit the soil water characteristic curve, respectively. The applicability of these models and the variety of soil moisture parameters were compared and evaluated. Upon the achievement of the optimal fitting model, more details were given, such as field water capacity, available water content, rapidly available water content, and permanent wilting point. The results showed that the conductivity of the soil after foreign soil amelioration was much lower than that of the costal saline soil, which was decreased by up to 97%. The average value of the conductivity in different soil layers was only 2.82% of that of the coastal saline soil. The density values of the 2 kinds of soil in all layers were estimated to exceed 1.4 g/cm3, only except 0-10 cm layer of the soil after foreign soil amelioration which was 1.30 g/cm3. The available water content in different layers of the soil after foreign soil amelioration was about 4% lower than that of the coast saline soil. Compared with the costal saline soil, the relative field water capacity value of the soil after foreign soil amelioration generally decreases, especially down to 67% in term of relative field water capacity in 0-10 cm layer. However, it still exceeded 70% at other layers. The rapidly available water contents of coastal saline soil and soil after foreign soil amelioration both vary from 0.07 to 0.14 cm3/cm3, and the average rapidly available water contents in different soil layers were both 0.10 cm3/cm3. The available water content in different layers of the soil after foreign soil amelioration was about 4% lower than that of the coast saline soil. The soil amendment measure in this study does not significantly improve the rapidly available water content and the available water content of coastal saline soil. The mean value of determination coefficient for fitting model follows the sequence as LND (0.949 6) ＞ VG (0.934 9) ＞ DP (0.934 7) ＞ BC (0.884 5). Generally, the lognormal distribution model was the best one for fitting the water characteristic curve of both the costal saline soil and the soil after foreign soil amelioration. The salinization degree of the costal saline alkali soil after foreign soil amelioration decreased significantly compared to that before soil replacement, with the relative field water capacity of the costal saline soil slightly varying. Considering the relative field water capacity, the soil after foreign soil amelioration is still not suitable for plant growth, except the 0-10 cm layer soil. And there was no obvious improvement in water holding characteristics and physical properties, which had not reached the recommended value in the quality standard of garden planting soil. The heavy clay soil texture is an important factor to restrict the soil quality, which affects soil resources development and utilization in this area.

soils; pH; organic matter; coastal saline soil; foreign soil; physicochemical properties; soil water characteristic curve; water holding characteristics

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.019

S156.4+2

A

1002-6819(2017)-07-0149-08

2016-09-26

2017-01-20

天津市科技計劃項目（14RXHZSF00142）

李品芳，女(漢族)，內(nèi)蒙古人，博士，教授，主要從事水土資源可持續(xù)利用，鹽土與鹽生植物的開發(fā)與利用研究。北京 中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，100193。

Email：pfli@cau.edu.cn

※通信作者：郭世文，男，漢族，北京人，農(nóng)學博士，副教授，主要從事水土資源利用與規(guī)劃設(shè)計，水利工程規(guī)劃與設(shè)計，農(nóng)業(yè)生態(tài)工程等方面的研究。北京 中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，100193。

Email：guosw@cau.edu.cn