雷傲云， 王宇航， 郭 陽， 牛延偉， 孫婷婷

(塔里木大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院， 新疆 阿拉爾 843300)

土壤鹽漬化是指土壤底層或地下水的鹽分隨毛管水上升到地表，水分蒸發(fā)后，使鹽分積累在表層土壤中的過程。鹽漬化土壤改良方法有通過設(shè)置排堿溝、暗管、大水漫灌等技術(shù)的水利改良措施和施入脫硫石膏等化學(xué)改良措施、種植耐鹽堿作物的生物改良措施和加沙等物理改良措施。秸稈、樹木等材料在高溫缺氧或低氧條件下裂解產(chǎn)生的生物炭具有較強的離子吸附和離子交換性能，同時生物炭具有較大的比表面積，施入土壤可以降低土壤容重，改善土壤入滲速率和水鹽遷移過程[1-2]，在鹽堿地中具有很好的使用效果[3-5]。新疆南疆具有大量的鹽堿地和豐富的(微)咸水資源，鹽堿化破壞土壤團粒結(jié)構(gòu)，使土壤板結(jié)進而對土壤的通氣、保水、持水等能力產(chǎn)生影響，導(dǎo)致作物根系吸收水分和養(yǎng)分困難，進而影響土壤適耕性和作物產(chǎn)量。為此，對添加生物炭土壤不同礦化度水滴灌土壤水鹽分布開展試驗研究，為南疆鹽堿地改良和微咸水利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院校內(nèi)實習(xí)基地進行，供試土壤類型為砂壤土，初始含鹽量為2.66 g/kg，灌溉水由鹽堿土經(jīng)溶解、沉淀、過濾后的浸提液和淡水進行配制。生物炭碾磨過0.5 mm篩后待用。

1.2 試驗方法

試驗土箱由厚度6 mm的有機玻璃制成，長×寬×高為120 cm×60 cm×60 cm，有機玻璃土箱緊貼在由角鋼焊接框架的內(nèi)側(cè)。田間0～30 cm深度土壤風(fēng)干、去雜、過1 mm土篩，每5 cm一層按照土壤干容重1.4 g/cm3進行裝填，裝填時每層土壤之間進行打毛防止土層間出現(xiàn)分層現(xiàn)象。裝填至土箱30 cm厚度時進行生物炭添加，生物炭添加量按照土樣上層0～30 cm深度干土重(120 cm×60 cm×30 cm×1.4 g/cm3=302.4 kg)的百分比進行添加，試驗設(shè)計2個水平的生物炭添加質(zhì)量，分別為土箱0～30 cm以上干土質(zhì)量的0.2%(604.8 g)和0.4%(1 209.6 g)，裝填時生物炭和土樣人工多次攪拌使其混合均勻。灌溉水礦化度設(shè)計3個水平，分別為淡水(礦化度0.6 g/L)、微咸水(礦化度2.1 g/L)和咸水(礦化度5.5 g/L)。共計6個處理， 3次重復(fù)。裝土完成靜止24 h后進行滴灌入滲試驗。

試驗時用塑料桶裝5 L試驗水樣懸掛在試驗土箱上部50 cm位置，醫(yī)用注射器一端插入塑料桶，一端放置在有機玻璃土箱側(cè)面10 cm處，模擬滴灌空氣中滴頭流量為1.8 L/h。試驗過程濕潤體如圖1所示。

圖1 試驗土壤濕潤體

1.3 測定指標(biāo)

各處理入滲后相同時間段分別在有機玻璃土箱側(cè)面描繪水平和垂向濕潤鋒運移位置。入滲完成后以滴頭位置為中心向下和水平方向分別進行取樣，取樣方式為自制直徑1 cm的土鉆，每隔5 cm取一個點，取至濕潤體邊緣。烘干法測定土壤含水率，用DDS-308A雷磁電導(dǎo)率儀測定土壤電導(dǎo)率值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物炭添加量微咸水滴灌土壤的水分分布

從圖2可知，滴頭埋深10 cm時各處理土壤剖面水分分布特征基本一致，土壤含水率從滴頭附近向濕潤體外側(cè)逐漸降低。對于淡水和微咸水滴灌，生物炭添加量有利于改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤導(dǎo)水性能，淡水和微咸水滴灌0.4%生物炭添加量較0.2%生物炭促進水分?jǐn)U散的效果好。當(dāng)?shù)V化度增加到5.5 g/L(咸水)時，0.4%生物炭添加量降低水分水平和豎向擴散，主要是灌溉水礦化度增加使水中鈉離子含量增加，而鈉離子具有分散土壤顆粒的作用，降低土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，減小土壤孔隙，使土壤導(dǎo)水能力減小。

注：A、B、C分別為淡水、咸水、咸水滴灌0.2%生物炭土壤，D、E、F分別為淡水、咸水、咸水滴灌0.4%生物炭土壤。

生物炭添加量為0.2%和0.4%時，淡水灌溉入滲后滴頭附近10 cm×10 cm濕潤體內(nèi)土壤含水率基本一致，生物炭并未表現(xiàn)出土壤水分的持水能力，但隨灌溉水礦化度增加，灌溉水中鹽分離子增加，生物炭添加對滴頭附近土壤水分的持水能力增加，微咸水灌溉0.4%生物炭添加量滴頭附近10 cm×10 cm濕潤體內(nèi)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%?？梢婋S生物炭添加量和灌溉水礦化度增加滴頭附近濕潤體內(nèi)土壤含水率增加，土壤持水能力增強。

2.2 不同生物炭添加量下微咸水滴灌土壤的電導(dǎo)率分布

滴灌鹽分淋洗作用使滴頭附近土壤電導(dǎo)率值降低，鹽分向濕潤體邊緣集聚，隨灌溉水礦化度增加滴頭附近鹽分淋洗效果減弱。添加生物炭有利于土壤鹽分的淋洗，淋洗效果隨灌溉水礦化度增加而減弱，0.2%生物炭添加量淡水、微咸水、咸水灌溉時濕潤體邊緣15 cm處0～30 cm土壤深度鹽分積鹽率分別為79.02%、20.99%和15.56%，0.4%生物炭添加量淡水、微咸水、咸水灌溉時濕潤體邊緣15 cm處0～30 cm土壤深度鹽分積鹽率分別為50.22%、15.98%和1.25%。土壤濕潤體內(nèi)電導(dǎo)率值隨灌溉水礦化度增加而增加，0.2%生物炭添加量微咸水、咸水灌溉時濕潤體內(nèi)平均土壤電導(dǎo)率值分別比淡水灌溉時增加37.15%和118.68%，0.4%生物炭添加量分別增加42.25%和123.70%。

淡水灌溉時生物炭添加量的增加有利于鹽分淋洗，但是隨著礦化度增加，微咸水灌溉入滲后滴頭附近10 cm×10 cm濕潤體內(nèi)0.4%生物炭添加量的電導(dǎo)率值比0.2%生物炭添加量的增加7.49%，咸水灌溉時增加20.21%。原因可能是由于生物炭具有較強的吸附作用，將Na+吸附并固定于生物炭聚合物中[6-7]，從而增加滴頭附近10 cm×10 cm濕潤體內(nèi)土壤平均電導(dǎo)率值。

3 小結(jié)

添加生物炭滴灌條件下土壤含水率從滴頭附近向濕潤體外側(cè)逐漸降低，土壤電導(dǎo)率從滴頭附近向濕潤體外側(cè)逐漸增加。添加生物炭淡水和微咸水滴灌可以促進土壤水分的運動，咸水滴灌不利于土壤水分的擴散。生物炭添加有利于土壤鹽分的淋洗，淋洗效果隨灌溉水礦化度增加而減弱。鹽漬化土壤添加生物炭隨灌溉水礦化度增加土壤水分?jǐn)U散和鹽分淋洗作用減弱。