祝榛，王海江，蘇挺，史曉艷，宋江輝，朱永琪，鄭琦

(1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆石河子 832003； 2.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】新疆土壤鹽分組成類型多種多樣，是我國鹽堿土分布面積最大的區(qū)域[1-2]。耕地土壤鹽漬化已成為新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)發(fā)展的重要限制因素，南疆墾區(qū)這一問題更為突出，嚴(yán)重制約兵團(tuán)南疆墾區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展[3]。有效開展鹽漬化土壤改良和治理，對實現(xiàn)鹽漬土資源的高效和可持續(xù)利用有實際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】暗管排鹽技術(shù)在國外應(yīng)用相對較早，荷蘭最早采用暗管排鹽技術(shù)并治理鹽堿地取得成功，之后在西方國家進(jìn)行迅速推廣[4]。我國從20世紀(jì)80年代開始采用塑料暗管降漬脫鹽技術(shù)，在天津、新疆、山東、甘肅等干旱半干旱區(qū)和地下水埋深淺的鹽堿地區(qū)陸續(xù)開始實施[5,6]，暗管排鹽技術(shù)主要依據(jù)“鹽隨水來，鹽隨水去”的水分轉(zhuǎn)化與水鹽運移規(guī)律，通過埋設(shè)地下暗管，配合地面灌水，排出土壤中多余的鹽分[7-9]。且暗管排水可以降低地下水位[10,11]，抑制高礦化度的地下水因上升造成土壤返鹽，從而減輕土壤次生鹽漬化，達(dá)到改良鹽堿地的目的[12,13]。陳陽等[14]通過設(shè)置不同暗管間距(10、14、20 m)，對濱海鹽堿地進(jìn)行排鹽實驗，結(jié)果表明暗管埋深1.2 m時，間距越小，排鹽效果越好，表層0～20 cm脫鹽率均超過45 %。王海江等[15]設(shè)置不同暗管埋深(0.8～1 m)，間距均為10 m，對新疆重度鹽漬土進(jìn)行脫鹽實驗，得出暗管排鹽處理可以有效降低耕層0～80 cm土壤鹽分，且土壤脫鹽率大于50 %。劉玉國等[16]實驗(暗管間距70～100 m)表明，實施暗管排水技術(shù)以后，0～20 cm土層鹽分下降最多，脫鹽率達(dá)到90.89 %，且淺層暗管排水與膜下滴管技術(shù)配合使用，能更有效的治理農(nóng)田鹽堿土壤。李曉華[17]在黃河三角洲設(shè)置不同間距暗管(30、45、50、80 m)進(jìn)行脫鹽實驗，暗管埋深2.5 m時，暗管間距在最優(yōu)距離時(45、50 m)，土壤脫鹽效果最好。周明耀等[5]在濱海鹽土地區(qū)設(shè)置不同埋深(0.9、1.1 m)，不同間距(15、20 m)暗管進(jìn)行脫鹽實驗，暗管間距15 m，埋深1.1 m時，脫鹽效率最好?！颈狙芯壳腥朦c】暗管埋設(shè)的深度和間距與實施區(qū)域的土壤條件、地質(zhì)地貌、地下水等因素密切相關(guān)，不同的區(qū)域其自然條件的差異暗管鋪設(shè)的深度和間距也不相同。研究暗管排鹽技術(shù)與農(nóng)業(yè)灌溉種植方式結(jié)合的土壤脫鹽效果?！緮M解決的關(guān)鍵問題】對新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第三師喀什紅旗農(nóng)場土壤鹽漬化狀況調(diào)查，實施暗管排鹽技術(shù)實驗，分析不同暗管埋設(shè)深度對土壤含鹽量的影響，比較不同埋深暗管對鹽堿土的脫鹽效果，為合理設(shè)計紅旗農(nóng)場鹽堿土改良工程、降低鹽堿土鹽分含量確定紅旗農(nóng)場暗管最佳布設(shè)方案提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗區(qū)位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第三師紅旗農(nóng)場一連(39°47′29.21″N～39°48′00.24″N，76°30′50.15″E～76°31′29.04″E)，試驗區(qū)總面積70.03 hm2。紅旗農(nóng)場地處中緯度西風(fēng)帶，典型的大陸性干旱氣候。全年日照長，年日照時數(shù)2 000～3 000 h，輻射強(qiáng)，熱量豐富，蒸發(fā)量大，年平均氣溫12.91 ℃，極端高溫41.22 ℃，極端低溫-24.41 ℃，≥10 ℃年積溫4 669.42 ℃，年無霜期225 d，年平均降雨量47.82 mm，屬南疆干旱氣候區(qū)。試驗區(qū)地面坡度小于1%，地下水埋深在0.50～1.20 m，地下水礦化度較高，土壤次生鹽漬化嚴(yán)重，土壤含鹽量較高為18.62 g/kg，按照土壤中陰離子組成劃分土壤鹽漬化類型，0～100 cm土層Cl-/SO42-比值在1.2～1.6，屬于典型的硫酸鹽-氯化物型鹽土；按照新疆土壤鹽分分級標(biāo)準(zhǔn)[18]，試驗區(qū)土壤為重度鹽漬化土，抑制作物生長，導(dǎo)致試驗區(qū)作物低產(chǎn)。

試驗區(qū)1 m深土層內(nèi)土壤以中壤土為主，土壤養(yǎng)分含量較低，腐殖層較薄，0～100 cm土層含有機(jī)質(zhì)5.67 g/kg，含速效磷21.53 mg/kg，速效鉀127.91 mg/kg，堿解氮10.76 mg/kg，pH 7.72。由于土壤含有粘土夾層，阻止了灌溉水的下滲，雨季洪水?dāng)y帶鹽堿排入，造成土壤鹽堿增加，耕作層鹽漬化較普遍。

1.2 方 法

1.2.1 暗管埋設(shè)

試驗區(qū)埋設(shè)3種不同深度的暗管系統(tǒng)，試驗共設(shè)置3個處理：T1(暗管埋深1.2 m)、T2(暗管埋深1.5 m)、T3(暗管埋深1.8 m)和CK(未鋪設(shè)暗管，天然對照)，每個處理3個重復(fù)。各處理區(qū)暗管平均間距均設(shè)為25 m，試驗暗管采用PVC打孔波紋管，管徑110 mm，比降為0.5‰，為防止土壤細(xì)顆粒進(jìn)入管道造成淤堵，增加管道周圍的透水性，暗管周圍要包裹一層厚8 cm左右的砂濾料，試驗區(qū)占地總面積為47.01 hm2。

試驗自2014年1月開始在紅旗農(nóng)場一連開始鋪設(shè)暗管，至2014年底暗管鋪設(shè)完成，鋪設(shè)暗管區(qū)域種植棉花，每年漫灌4次，其中生育期灌溉3次(6、7、8月)，每次灌溉定額為3 000 m3/hm2，冬灌(11～12月)1次9 000 m3/hm2，棉花供試品種、施肥和其他田間管理措施各處理均保持一致。暗管鋪設(shè)坡降低處有排堿渠，試驗區(qū)設(shè)置有地下水觀測井。

1.2.2 樣品采集

(1)土壤樣品：采樣時間在暗管埋設(shè)前(2014年1月)、棉花種植1年后(2015年11月冬灌前)和棉花種植2年后(2016年11月冬灌前)，在試驗區(qū)3個處理，T1、T2和T3的不同水平距離采集土樣，距離暗管0 m、6.25 m、12.5 m處分別計為D1、D2和D3，采集0～100 cm深度土樣(每20 cm一層)，土壤剖面采集分層土樣。每個土壤樣品采集點重復(fù)三次，為了保證測定數(shù)據(jù)的可比性，采集樣點位置相對固定。

(2)地下水埋深觀測：在試驗區(qū)設(shè)置3.5 m深地下水埋深觀測點。觀測點埋設(shè)水位管采用Ф200 mm PVC塑料管，水位管底部設(shè)50 cm沉淀段，沉淀段外部進(jìn)行扎捆處理，50 cm沉淀段用砂石料回填，水位管四周用砂石料進(jìn)行回填，水位管高出地面20 cm，用塑料袋進(jìn)行封口。

1.2.3 測試

(1)土樣采集以后測定土壤電導(dǎo)率，對所取土樣烘干后稱取10 g過1 mm篩后放入三角瓶中，加入50 mL蒸餾水，振蕩10 min，靜置20 min以后過濾，得到土水比1∶5的浸提液，通過電導(dǎo)率儀測定浸提液電導(dǎo)率(EC)，而后用干燥法標(biāo)定出含鹽量與電導(dǎo)率之間的關(guān)系：

SCC=3.51×EC+0.38 (R2=0.951 7**)

其中，SCC為全鹽量，g/kg；EC為電導(dǎo)率，mS/cm。

土壤脫鹽率的計算公式：

式中：N為土壤脫鹽率，%；E1為土壤鹽分初始值，g/kg；E2為灌后土壤鹽分終值，g/kg用 Microsoft Excel 2007、SPSS17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SigmaPlot12.5完成制圖。

(2)觀測地下水埋深：將卷尺深入水位管，至沉淀段，拿出卷尺查看水位段水位高度=卷尺深入水位管長度-卷尺沾水長度，同時每一次對灌溉時間進(jìn)行登記。

試驗區(qū)地下水埋深在0.50～1.20 m，由上圖可知，暗管埋設(shè)以后，試驗區(qū)的地下水埋深呈下降趨勢，地下水埋深在1.68～2.50 m，平均在1.98 m左右。圖1

圖1 試驗期間地下水埋深變化
Fig.1 Ground water depth changes during the exp eriment

2 結(jié)果與分析

2.1 暗管鋪設(shè)對土壤鹽分的變化

研究表明，CK、T1、T2、T3的耕層土壤鹽分含量在暗管埋設(shè)前分別為19.23、19.16、19.26、19.12 g/kg，2015年和2016年所測定的土壤鹽分含量都明顯的下降，年份間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05，下同)；CK在時間尺度上變化幅度不大，差異不顯著；T1處理2015、2016年土壤鹽分分別降低了3.71、4.17 g/kg，T2處理分別降低了4.66、4.24 g/kg，T3處理分別降低了3.93、4.20 g/kg，T2處理在2015年和2016年測定的土壤鹽分含量降幅均優(yōu)于T1、T3處理，且2015年測定的土壤鹽分含量降幅高于2016年，而T1、T3處理則低于2016年，暗管埋設(shè)以后，隨著灌溉水的淋洗，3個埋設(shè)暗管處理土壤鹽分下降明顯，脫鹽效果較好，但下降趨勢不一致。圖2

圖2 不同處理下2014～2014年土壤鹽分變化
Fig.2 Changes of soil salinity at different treatments in 2014-2016

2.2 暗管埋深對各土層土壤鹽分的影響

研究表明，暗管埋設(shè)前2014年，各土層土壤鹽分含量都較高，1 m土層平均含鹽量大于12 g/kg，為重度鹽漬土；從剖面鹽分含量來看表層0～20 cm土壤鹽分含量較高，在20～40 cm土層，土壤含鹽量隨土層深度增加而降低；在中層40～80 cm，鹽分又出現(xiàn)積聚，土壤鹽分含量隨土層深度增加而增加均超過20 g/kg；80～100 cm土層土壤鹽分含量有所降低，最低值在17 g/kg左右。1 m土層總體呈現(xiàn)出表層和中層土壤含鹽量高，20～40 cm、80～100 cm土層含鹽量低的趨勢。

隨著暗管的埋設(shè)和灌溉水的淋洗，2015年3個暗管處理的各土層土壤含鹽量顯著下降且變化趨勢一致，1 m土層平均含鹽量仍大于12 g/kg，為重度鹽漬土；從剖面鹽分含量來看，0～40 cm土層土壤鹽分含量較低，土壤含鹽量隨土層深度增加而降低，在40～80 cm土層土壤含鹽量隨土層深度增加而增加，在60～80 cm土層土壤含鹽量達(dá)到最大值，為17 g/kg左右，底層80～100 cm土層，土壤鹽分含量有所降低，但高于表層。2016年3個暗管處理各土層土壤含鹽量較2015年仍下降，1 m土層平均含鹽量降至小于12 g/kg，鹽漬土類型變?yōu)橹卸塞}漬土；在0～40 cm土層，土壤含鹽量隨土層深度增加而降低，40～80 cm土層，土壤含鹽量隨土層深度增加而增加，在60～80 cm土層出現(xiàn)鹽分積聚，達(dá)到最大值，為12 g/kg左右，底層80～100 cm土層土壤含鹽量有所下降，但仍高于表層。

2014、2015和2016年土壤剖面鹽分的分布特征相似，但是，暗管鋪設(shè)后結(jié)合地面灌溉，鹽分含量在垂直方向上的變化幅度變小，1 m土層鹽分含量差異減小。圖3

注：T1為暗管埋深1.2 m，T2為暗管埋深1.5 m，T3JgH音管埋深1.8 m，T4為天然對照
Note：T1 buried depth of 1.2 meters，T2 buried depth of l.5 meters，T3 buried depth of l.8 meters，T4 control without any human activity

圖3 不同處理下2014～2014年各土層含鹽量變化
Fig.3 Changes in soil salinity at different treatments soil layersin 2014-2016

2.3 暗管埋設(shè)對水平方向上土壤鹽分的影響

暗管埋設(shè)后，不同暗管處理均表現(xiàn)出土壤含鹽量降低的趨勢，2015年較暗管埋設(shè)前，T1處理，D1、D2、D3土壤鹽分含量分別降低了3.84、3.73、3.58 g/kg；T2處理，D1、D2、D3分別降低了4.62、4.67、4.70 g/kg；T3處理，D1、D2、D3分別降低了4.02、4.09、3.70 g/kg。2016年較于2015年，T1處理，D1、D2、D3土壤鹽分含量分別降低了4.22、4.15、4.13 g/kg；T2處理，D1、D2、D3分別降低了4.19、4.09、4.31 g/kg；T3處理，D1、D2、D3分別降低了4.18、4.00、4.40 g/kg。2016年較暗管埋設(shè)前，T1處理，D1、D2、D3土壤鹽分含量降低了8.06、7.88、7.71 g/kg；T2處理，D1、D2、D3分別降低了8.80、8.76、9.01 g/kg；T3處理，D1、D2、D3分別降低了8.20、8.09、8.09 g/kg。

暗管埋設(shè)以后，隨著地面灌溉水的淋洗，整個研究區(qū)土壤鹽分含量下降明顯，水平方向上距同一暗管不同距離的土壤鹽分含量均有所降低，但差異不顯著 。圖4

圖4 不同埋深暗管水平方向土壤鹽分變化
Fig.4 The soil salinity changes in the horizontal direction of different buried depth

2.4 暗管埋深對各土層脫鹽率的影響

暗管埋設(shè)后，隨著灌溉水的淋洗，各土層土壤含鹽量下降迅速，不同暗管處理的脫鹽效果在不同土層有較大的差別，而對照區(qū)CK總體表現(xiàn)平穩(wěn)。2015年0～20 cm土層，T2處理脫鹽率最高為27.66 %，高于T1、T3處理，T1、T3處理脫鹽率差別不大，分別為23.13%、23.49%；20～40 cm土層T2處理脫鹽率仍然高于T1、T3處理，T1、T3處理脫鹽率差異不大，3個處理脫鹽率均低于0～20 cm土層；40～60 cm土層，3個處理脫鹽率均達(dá)到最大值，其中T2處理最高為30.30%，高于T3、T1處理；60～80 cm土層，3個處理脫鹽率有所下降，T2處理高于其余2個處理；80～100 cm土層，3個處理脫鹽率均降至最低，最低小于15 %，T2處理脫鹽率高于T1、T3處理。2014～2015年，3個處理在各土層的土壤脫鹽率整體呈現(xiàn)上層優(yōu)于下層，呈遞減趨勢，但在40～60 cm土層，土壤脫鹽率最高。

2015～2016年，各土層土壤脫鹽率較上一年略有提高，各土層脫鹽率均超過20%，變化趨勢與上一年相似，整體表現(xiàn)仍為上層優(yōu)于下層，0～60 cm土層脫鹽率高于60～100 cm土層，其中40～60 cm土層脫鹽率最高。3個處理中T2處理高于T1、T3處理，T1、T3在40～60 cm土層脫鹽率差異不大，T1處理脫鹽率在0～20 cm、40～60 cm土層高于T3處理；60～100 cm土層3個處理脫鹽率均有所下降，T2處理仍高于T1、T3處理，T1處理在80～100 cm土層脫鹽率降至最低為20.06%。

對比暗管埋設(shè)前與2016年土壤鹽分含量，T2處理在各土層土壤脫鹽率均超過了34 %，0～100 cm土層平均脫鹽率為45.79%，優(yōu)于T1、T3處理，T1、T3處理脫鹽率差異不大，T3處理略高于T1處理。3個處理均在40～60 cm土層脫鹽率最高，整體表現(xiàn)出表層優(yōu)于下層。表1

表1 不同處理不同土層的土壤脫鹽率Table 1 Soil desalination rate at different treatment and different soil layers

注：CK天然對照，T1暗管埋深1.2 m，T2暗管埋深1.5 m，T3暗管埋深1.8 m
Note: CK control without any human activity,T1 buried depth of 1.2 meters,T2 buried depth of 1.5 meters,T3 buried depth of 1.8 meters

3 討 論

鹽分是影響植物生長的一種重要環(huán)境因素，鹽漬土是在一定氣候和地質(zhì)等自然條件下形成的，人類的活動也會對鹽漬土的形成和發(fā)展起重要作用[19]。有研究表明，鹽漬土含鹽量受地下水埋深、地下水礦化度、土壤養(yǎng)分情況以及耕種制度等多重因素導(dǎo)致，而人類活動占據(jù)主導(dǎo)地位[20,21]。試驗區(qū)位于南疆喀什紅旗農(nóng)場，地勢低洼，多旱少雨，農(nóng)田蒸發(fā)量大，地下水埋深淺，地表水和地下水礦化度高，加上排水不暢和過度灌溉造成灌溉區(qū)土壤鹽漬化程度加重[16,22-26]，是典型的自然因素和人為因素共同作用產(chǎn)生的土壤鹽漬化現(xiàn)象。

經(jīng)過2年暗管排水試驗，研究表明，暗管排鹽工程能夠有效降低土壤鹽分含量，距暗管不同距離，土壤剖面鹽分含量降幅差異不大。張潔等[24]研究認(rèn)為同一暗管，距暗管越近，改良效果越好，劉永等[25]的研究也表明，暗管間距相同，距暗管越近，土壤脫鹽效果越好。而研究中距暗管不同距離采樣點鹽分降幅差異不大，這可能是因為試驗區(qū)受水資源調(diào)配和灌溉技術(shù)落后的限制，采用大水漫灌，且冬灌和生育期灌溉定額較大，對土壤鹽分淋洗充分，導(dǎo)致距暗管不同距離土壤鹽分降幅差異不明顯，使暗管間各點均勻脫鹽。

不同的暗管埋設(shè)深度對土壤剖面鹽分分布特征有著重大的影響，萬長宇等[26]的試驗結(jié)果表明在不同埋深的暗管處理下，土壤剖面和水平方向土壤的鹽分分布情況也是有很大差別。張金龍等[27]研究不同暗管鋪設(shè)間距對濱海鹽漬土排鹽效果發(fā)現(xiàn)，不同暗管鋪設(shè)間距對土壤剖面都表現(xiàn)為表層土壤脫鹽率要高于底層，王海江等[15]在新疆對比了不同工程措施對土壤鹽分變化的影響，其中根區(qū)隔鹽處理表層土壤脫鹽率要高于底層，但暗管排鹽措施40～60 cm土層脫鹽率要高于20～40 cm和60～80 cm，研究中3個暗管處理都能夠有效降低土壤含鹽量，在1 m土層均表現(xiàn)出上層優(yōu)于底層，40～60 cm土層脫鹽率高于其他土層，這或許是因為試驗區(qū)灌水停止時間為8月，采樣時間為11月，南疆地表強(qiáng)烈的蒸發(fā)和暗管有效的排水共同造成40～60 cm土層的脫鹽率最大。

傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，暗管排鹽效果隨暗管鋪設(shè)深度而降低，以淺埋式排鹽較好[28]，衡通等[29]的試驗結(jié)果表明，相同管徑，相同間距條件下，暗管埋深0.6 m土壤脫鹽效果要優(yōu)于暗管埋深1.4 m。而研究表明，3種暗管處理，脫鹽效果為T2>T3>T1，有研究表明，隨著灌溉水的淋洗，地下水位埋深增加，土壤含鹽量也逐漸減少[30,31]，試驗區(qū)地下水埋深在暗管埋設(shè)前為0.5～1.2 m，暗管埋設(shè)以后，地下水埋深在1.68～2.50 m，平均在1.98 m。張萬鈞[32]、牛麗霞等[33]的研究表明暗管的埋深與地下水位有著密切的關(guān)系，提出了暗管埋深的計算公式：

hq=he+He+h0.

式中hq—暗管埋設(shè)深度，m；

he—作物允許輕微積鹽的地下水“允許埋深”，m；

He—兩暗管間排水地塊中部地下水位與暗管中水位之差，一般取0.1～0.2 m，m；

h0—暗管中水深，一般取暗管半徑，m。

根據(jù)計算公式和農(nóng)場實際情況，暗管埋深為1.5 m最好，且研究結(jié)果表明，暗管埋深在1.5 m時，土壤脫鹽率最高，脫鹽效果最佳。

暗管排水改良鹽堿地的效果受多種因素影響，長期埋設(shè)暗管對土壤進(jìn)行脫鹽處理，雖然能夠有效降低土壤的含鹽量，但是受區(qū)域地下水和暗管排水效果的影響具有反復(fù)性，針對不同程度的鹽漬化土壤，制定合理的暗管埋設(shè)深度和間距，達(dá)到有效的脫鹽效果，還有待進(jìn)一步探討。

4 結(jié) 論

4.1 不同埋深暗管配合地面灌溉均能夠有效降低土壤鹽分，T1、T2、T3處理分別降低了7.88 g/kg、8.90 g/kg、8.13 g/kg；不同土層脫鹽效果存在差異，3個處理0～60 cm土層土壤脫鹽率均在40%以上，優(yōu)于60～100 cm土層，其中40～60 cm土層土壤脫鹽率最高，高于50%。

4.2 不同埋深暗管水平方向土壤鹽分含量均有所下降，但距離暗管各點降幅差異較小，T1處理降幅在7.71～8.06 g/kg，T2處理降幅在8.80～9.01 g/kg，T3處理降幅在8.09～8.20 g/kg。

4.3 管埋深在1.5 m時，1 m土層土壤鹽分含量平均降低了8.90 g/kg，土壤脫鹽率最高為45.79%，脫鹽效果最好。