岳衛(wèi)峰，吳禮軍，郭夢申，劉 宇，楊麗清，徐 洋，劉曉麗

（1.北京師范大學水科學研究院，北京 100875；2.內(nèi)蒙古河套灌區(qū)水利發(fā)展中心義長分中心試驗站，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015100）

0 引言

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是全國較大的鹽堿化灌區(qū)，土壤剖面鹽分在年內(nèi)呈“春返、夏脫、秋積、冬儲”的運動特征，年際間具有相似的周期性變化規(guī)律[1]。秋澆是河套灌區(qū)在其特定的自然氣候條件下，每年10-11月份進行的一次大規(guī)模灌溉過程，既提供給植物生長必需的水分[2]，亦起到淋洗耕層土壤鹽分、改良土壤的作用。然而由于灌溉范圍大、灌溉時間集中，使得灌溉后農(nóng)田中的地下水位長時間保持高位，農(nóng)田中的鹽分隨地下水遷移到周邊荒地中，造成農(nóng)田局部排鹽，呈現(xiàn)荒地和耕地“插花分布”的交錯格局[3]，加之土壤于11月中下旬開始凍結(jié)，凍結(jié)過程中在水分變化不大的情況下出現(xiàn)鹽分積聚的現(xiàn)象[4,5]，也成為引起灌區(qū)土壤次生鹽堿化的因素之一。因此，研究灌溉和凍結(jié)交替作用對灌區(qū)不同土地類型土壤鹽分運移的影響，對于灌區(qū)土壤鹽漬化防治與水土資源可持續(xù)利用具有十分重要的意義。

目前眾多學者對干旱、半干旱地區(qū)不同土地類型土壤水鹽運移規(guī)律進行了大量研究，并取得了豐碩成果[6-9]。李亮等[10]利用水鹽平衡原理，在野外實測資料的基礎(chǔ)上，研究了河套灌區(qū)耕地與荒地間水鹽補排關(guān)系，發(fā)現(xiàn)荒地和低洼濕地有排水積鹽的作用，耕地每年平均有28.1%的灌溉水浸入荒地，荒地每年積鹽268.5 g/m2，為灌溉水鹽分的38.3%。富廣強等[11]對新疆瑪納斯河鹽漬土水、熱、鹽的分布進行了研究，發(fā)現(xiàn)凍融期土壤剖面含鹽量表現(xiàn)為“積鹽-脫鹽-再積鹽”的變化規(guī)律。陳乃嘉等[12]采用實地采樣與室內(nèi)模擬對比實驗相結(jié)合的方法，開展了土壤凍融實驗，發(fā)現(xiàn)影響水鹽運移的因素主要為溫度梯度和蒸發(fā)作用。王國帥等[13]通過對耕地-荒地-海子系統(tǒng)分別構(gòu)建水量和鹽量平衡模型，揭示了耕地-荒地-海子系統(tǒng)間水分和鹽分運移關(guān)系，結(jié)果表明，在灌溉條件下耕地地下水遷移給荒地的平均鹽量為3 231.9 kg/（hm2·a）。現(xiàn)有研究表明，不同土地類型水鹽運移涉及農(nóng)田灌溉淋洗鹽分到地下水、地下水從農(nóng)田到非耕地水平流動過程，以及不同類型土地鹽分在灌溉、蒸發(fā)和凍融等作用下在非飽和帶遷移累積等過程[14,15]。除此之外，土壤水鹽的遷移還受灌水量、灌水時間、氣象、地下水埋深、礦化度和土壤質(zhì)地等諸多因素的影響[16,17]。

為探討灌溉與凍結(jié)交互過程中土壤鹽分的連續(xù)動態(tài)變化，明晰灌溉與凍結(jié)過程對干旱灌區(qū)土壤鹽分運移的影響，本文以內(nèi)蒙河套灌區(qū)義長灌域一典型試驗區(qū)內(nèi)3個不同位置試驗點（代表不同土地類型）為研究對象，在田間連續(xù)監(jiān)測試驗的基礎(chǔ)上，分析了秋澆與凍結(jié)條件下不同土地類型的鹽分運動特性以及主要離子的變化，進而評估了秋澆淋洗鹽分的效果，為秋澆的合理開展提供一定的依據(jù)。

1 試驗區(qū)概況和研究方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于內(nèi)蒙河套灌區(qū)義長灌域的東北部，地理位置為N41°03'34″～41°04'15″，E108°24'20″～108°25'53″，地勢平坦開闊，西北高東南低，南北坡降1/8 000～1/10 000，東西坡降1/5 000～1/7 000，地貌形態(tài)為黃河沖積、湖積平原。試驗區(qū)引黃河水灌溉，區(qū)內(nèi)土壤肥沃，種植面積1.34 km2，分布有玉米、小麥、葵花等不同作物的耕地[17]，此外還有鹽荒地和居民用地等不同類型用地，基本反映了河套灌區(qū)的土地利用類型和水鹽交換條件，具有較好的典型性。氣候類型屬中溫帶大陸性氣候，冬季嚴寒干燥，夏季炎熱少雨，年平均氣溫6.1 ℃，年均降水量177.5 mm，四季分配不均勻，多集中在7-9月，蒸發(fā)強烈，年均蒸發(fā)量2 041.1 mm。全年盛行東北風，年均風速2.7 m/s，其中春季風力最強，且持續(xù)時間長，風速可達3.0 m/s。地下水以潛水為主，埋深較淺，約為2 m，地下水水平流動緩慢，以垂直運動為主。地下水埋深及化學特征受灌溉、蒸發(fā)影響較大[18]。

1.2 試驗數(shù)據(jù)

試驗區(qū)內(nèi)布置有3個監(jiān)測井試驗點（見圖1），其中1號試驗點位于耕地旁邊，靠近引水渠道，2號試驗點位于田間，接受灌溉補給，3號試驗點位于荒地中，靠近排水渠道，以此代表不同類型土地，其土壤以粉粘壤土、粉壤土和粉粘土為主，為河套灌區(qū)典型性土壤。試驗區(qū)監(jiān)測時間從2018年10月21日至2018年12月16日，灌溉時間為2018年11月6日至14日。監(jiān)測期內(nèi)對試驗區(qū)耕地-非耕地的地下水埋深、礦化度及土壤含鹽量進行了連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測情況如下：

圖1 典型試驗區(qū)監(jiān)測點位分布圖Fig.1 Layout of monitoring sites in the typical monitoring area

（1）土壤鹽分數(shù)據(jù)：分別于2018年10月21日、11月5、15、17、19、21、24 和29日、12月4、9 和16日，在1 號、2號和3 號各試驗點附近選擇1 個典型的觀測剖面取樣共11 次，取樣深度為150 cm，分為0～10，10～30，30～70，70～100 和100～150 cm 共5 個土層，并測定各層土壤pH、電導率和可溶性鹽分CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+、Na++K+的平均含量。

（2）地下水埋深和礦化度數(shù)據(jù)：地下水埋深每5日觀測一次，地下水樣品與土壤樣品的采集時間一致，在1 號、2 號和3 號各監(jiān)測井中重復3 次進行地下水取樣，測定每組樣品的地下水pH 和可溶性鹽分CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+、Na++K+的含量，取平均值。同時測量得到灌溉水礦化度為676.2 mg/L。

1.3 研究方法

依據(jù)水鹽平衡原理，計算了試驗點不同深度的土壤儲鹽量及鹽分通量，考慮到研究區(qū)域土壤鹽分遷移主要以垂直運動為主，分析鹽分垂向時空變異規(guī)律；同時應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法和相關(guān)分析法對影響土壤儲鹽量變化的主要離子進行了分析。

依據(jù)各土層含鹽量的測定值，采用下式計算土壤單位面積（1 m2）的儲鹽量。

式中：Si,j,k指第i種類型土地第j層土壤第k次取樣時的儲鹽量，g/m2；hi,j是第i種類型土地第j層土壤的厚度，cm；γi,j為第i種類型土地第j層土壤的干容重，取為1.49 g/cm3；Ci,j,k指第i種類型土地第j層土壤第k次取樣時所測定的含鹽量，g/kg。i=1，2，3（分別代表耕地、鹽荒地及耕地周邊其他區(qū)域）；j=1，2，…，5（分別為0～10 cm、10～30 cm、30～70 cm、70～100 cm、100～150 cm）。

那么前后2 次取樣時間段內(nèi)土壤各層和地下水中儲鹽量的變化率為：

式中：δi,j,k為第i種類型土地第j層土壤第k時段（從第k次取樣到第k+1次取樣的時間）土壤儲鹽量的變化率，%。

土壤中儲鹽量的變化量應(yīng)與其遷入遷出量之差相等，則：

式中：Qi,j,k分別為第i種類型土地第j層土壤第k時段下邊界的鹽分通量，g/m2，方向以向下為正；Qi,0,k為第i種類型土地第1層（j=1）土壤第k時段上邊界的鹽分通量，g/m2。

灰色關(guān)聯(lián)分析法是基于各因素變化曲線幾何形狀的相似相異程度來衡量其關(guān)聯(lián)度大小的量化方法，是對系統(tǒng)發(fā)展變化態(tài)勢的定量描述和比較。

原始數(shù)據(jù)變換：對原始數(shù)據(jù)消除量綱，將其轉(zhuǎn)化成可比較的數(shù)列，采用均值化變換，即用各數(shù)列數(shù)據(jù)除以各數(shù)列的平均值。

計算關(guān)聯(lián)系數(shù)：經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的參考序列記為{X0}，比較序列記為{Xi}，則在對應(yīng)時刻位置的關(guān)聯(lián)系數(shù)ki為：

式中：?min和?max分別表示所有比較序列與參考序列在所絕對差中的最小值和最大值；ρ為分辨系數(shù)，一般取值0.5；?0i表示對應(yīng)時刻位置參考序列和各比較序列的絕對差值。

計算關(guān)聯(lián)度：關(guān)聯(lián)度ri是對序列關(guān)聯(lián)性大小的量度，為各因子關(guān)聯(lián)系數(shù)的算術(shù)平均數(shù)。

式中：N為比較序列的長度。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽分變異特征

按照統(tǒng)計學的方法，利用SPSS 24.0 軟件對不同點位土壤的pH 值、土壤含鹽量、相關(guān)離子含量以及地下水的pH值、礦化度進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表1所示。一般情況下，變異系數(shù)Cv可以反映變量的離散程度，Cv<10%屬于弱變異性，10%≤Cv≤100% 屬于中等變異，Cv>100% 屬于強變異性[17]。

表1 土壤及地下水鹽分特征描述性統(tǒng)計Tab.1 Descriptive statistics of soil and groundwater salt characteristics

統(tǒng)計結(jié)果顯示，在整個試驗期內(nèi)，3 個試驗點土壤pH 值均在8.2 以上，呈弱堿性，pH 值的變異系數(shù)Cv<10%，屬于弱變異性。3 個試驗點的平均土壤含鹽量分別為2.7 g/kg、1.1 g/kg 和3.4 g/kg，荒地土壤含鹽量最高，耕地旁次之，田間的土壤含鹽量最低，含鹽量的變異系數(shù)分別為119.4%、28.6%、115.3%，田間的2號試驗點土壤含鹽量為中等變異，耕地旁的1 號試驗點和荒地的3 號試驗點土壤含鹽量表現(xiàn)出強變異性，說明非耕地的1 號和3 號試驗點受灌溉和凍結(jié)影響較大，耕地中的2號試驗點在灌溉和凍結(jié)作用下，鹽分呈現(xiàn)動態(tài)平衡。

將土壤分層統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，土壤的pH 值隨著土壤深度的增大而減小，1 號、2 號和3 號試驗點深層土壤（100～150 cm）pH 值平均分別為8.0、8.0 和8.1，相較于表層土壤（0～10 cm）pH 值降幅分別為2.2%、4.1%和16.1%，其中位于鹽荒地中的3 號試驗點表層土壤pH 值最大（平均為9.7），且在整個監(jiān)測期內(nèi)的pH 值變化幅度明顯；各層土壤pH 值的變異系數(shù)Cv<10%，均屬于弱變異性。土壤含鹽量隨著土壤深度的增加而減小，結(jié)合變異系數(shù)的波動情況（見圖2），除2號試驗點最底層土壤含鹽量變異系數(shù)Cv<10%外，其他土層均屬于中等變異。各試驗點表層土壤含鹽量變異系數(shù)普遍較大，這與史海濱、余根堅等[19,20]論述的“表層土壤含鹽量變異系數(shù)普遍較大”結(jié)論相似，說明表層土壤鹽分的變化更容易受到灌溉和氣候的影響。2號試驗點在100～150 cm土層中土壤含鹽量變異系數(shù)與0～100 cm 土層相比有了明顯變化，從中度變異變?yōu)槿踝儺?，說明灌溉與凍結(jié)的共同作用對于田間的淺-中層土壤鹽分均有所影響，對底層土壤鹽分影響很小?？偠灾?，灌溉和凍結(jié)對不同土地類型影響程度有所差別，非耕地土壤鹽分變異最小的土壤層為30～70 cm，而淺表層（0～30 cm）受影響最大；對于耕地其最小變異則為100～150 cm 土層，變異系數(shù)最大位于70～100 cm土層。

圖2 不同深度土壤含鹽量變異系數(shù)Fig.2 Variation coefficients of soil salinity at different depths

3 個試驗點的地下水pH 均為7.8，在試驗期內(nèi)地下水呈中性偏堿性，地下水pH 的變異系數(shù)Cv< 10%，屬于弱變異性。1號、2 號、3 號試驗點平均礦化度分別為953.5 mg/L、1 355.8 mg/L和1 213.7 mg/L，相比而言，2號和3號試驗點地下水礦化度高于1 號試驗點，這是由于1 號試驗點臨近引水渠道，受渠道側(cè)滲補給影響從而提升了地下水水質(zhì)，與陳愛萍[21]的研究結(jié)果一致。3個試驗點地下水礦化度的變異系數(shù)Cv分別為16.8%、6.2%、10.3%，耕地中的2 號試驗點地下水礦化度為弱變異特征，非耕地中的1 號和3 號試驗點礦化度均為中等變異，且耕地旁的1 號試驗點的變異系數(shù)最大，說明1 號試驗點受到灌溉水的影響較為明顯。此外，從整個監(jiān)測期來看，各試驗點鹽分的時間變異系數(shù)（28.6%～119.4%）大于水分的時間變異系數(shù)（6.2%～16.8%），說明鹽分的運移機制比水分的運移機制復雜[16]。

2.2 土壤儲鹽量變化規(guī)律

根據(jù)土壤含鹽量分析結(jié)果，采用式（1）得到各時段不同深度土層儲鹽量，經(jīng)過Origin 插值，繪制3 個試驗點土壤儲鹽量隨時間變化如圖3所示。同時，圖3 的柱狀圖表示3 個試驗點地下水礦化度在整個監(jiān)測期內(nèi)的變化情況，折線圖表示3個試驗點地下水埋深在整個監(jiān)測期內(nèi)的變化情況。

圖3 秋澆前后土壤儲鹽量變化Fig.3 Variation of soil salt storage before and after autumn irrigation

可以看出3個試驗點地下水礦化度隨時間波動不大，波動范圍為772.3～1 442.5 mg/L，由于臨近引水渠道，秋澆開始后1號試驗點地下水礦化度逐漸變小，秋澆后第15 d 之后礦化度有所提升；2 號試驗點地下水礦化度先增大，隨后又逐漸減小，這是因為秋澆在耕地中進行，表層土壤中大量的鹽淋濾到地下水中，隨后耕地中的鹽分隨水分不斷側(cè)向運移，但是整體來看，2 號試驗點的礦化度無顯著變化；3 號試驗點在水平側(cè)滲和蒸發(fā)的共同作用下，地下水礦化度總體呈增大的趨勢。

地下水埋深是區(qū)域鹽堿化的重要控制因素，土壤鹽分與地下水埋深有著緊密聯(lián)系。整個監(jiān)測期內(nèi)，1號、2號、3號試驗點平均地下水埋深分別為69.6 cm、136.0 cm 和126.8 cm，1號試驗點地下水埋深較淺，并且由于靠近引水渠道，灌溉后其地下水埋深不超過60 cm。3 個不同位置試驗點地下水埋深表現(xiàn)出一致的變化規(guī)律：在灌溉結(jié)束后一段時間埋深變淺，隨后埋深又逐漸增大，灌溉后整體地下水埋深相較于灌溉前地下水埋深較淺。但不同試驗點變化并不同步，1號試驗點在灌溉期地下水埋深迅速變小，之后長時間維持在接近地表位置；而2 號和3 號試驗點在灌溉結(jié)束3 d 內(nèi)地下水埋深逐漸變小，之后在排水作用下緩緩增大。

土壤儲鹽量隨土層深度變化規(guī)律：1 號和3 號試驗點100 cm 以上土層儲鹽量隨土層深度的增加而逐漸減小，但深層100～150 cm 土層的儲鹽量兩處試驗點隨時間變化并不一致。經(jīng)計算，1 號試驗點表層（0～10 cm）土壤儲鹽量平均為856.2 g/m2，0～150 cm 土層平均土壤儲鹽量為802.5 g/m2；3號試驗點表層（0～10 cm）土壤儲鹽量平均為1576.9 g/m2，0～150 cm 土層平均土壤儲鹽量為894.2 g/m2，表層土壤儲鹽量遠大于平均土壤儲鹽量，說明研究區(qū)干排鹽效果十分明顯。而2號試驗點土壤儲鹽量隨土層深度的增加而逐漸增大，其表層（0～10 cm）土壤儲鹽量平均為194.7 g/m2，0～150 cm 土層平均土壤儲鹽量為420.1 g/m2。3 個試驗點0～150 cm 土層平均土壤儲鹽量對比看出，位于荒地中的3號試驗點儲鹽量最大，位于耕地旁的1 號試驗點次之，位于田間的2 號試驗點最小?，F(xiàn)有研究表明[10,13]，大部分耕地土壤鹽分經(jīng)灌溉淋洗進入地下水中，并在水力梯度作用下遷移到臨近低洼地區(qū)，同時部分鹽分會隨著土壤水的側(cè)向運動向耕地旁、荒地滲透。因此，非耕地的1號和3 號試驗點土壤儲鹽量相較耕地的2 號試驗點土壤儲鹽量大，特別是在凍結(jié)作用下，鹽分表聚現(xiàn)象明顯。

各土層土壤儲鹽量隨時間變化規(guī)律：經(jīng)計算，秋澆期間灌水深度累計達到了260.5 mm，隨灌溉水而進入耕地的鹽分則達到176.2 g/m2。隨著11月中旬秋澆的進行，耕地嚴重積水，導致2號試驗點在秋澆期間無法進行取樣，但經(jīng)過插值分析，田間2 號試驗點的儲鹽量相較于非耕地1 號和3 號試驗點的儲鹽量要少。秋澆后10～20 d 內(nèi)，1 號試驗點土壤儲鹽量增加，秋澆后20 d 后表層（0～10 cm）儲鹽量達2400 g/m2左右；2 號試驗點在灌溉后10～20 d 內(nèi)，中層（0～100 cm）儲鹽量有所增加，在灌溉后25 d 后，30～70 cm、100～150 cm 土壤鹽分增加較為明顯；3號試驗點在灌溉后整體鹽分增加，尤其是第15 d后表層土壤儲鹽量達2 000 g/m2，但是由于臨近排水渠道，底層土壤鹽分隨水分排走，在灌溉后15 d 后中底層70～100 cm土壤儲鹽量下降較為明顯。

可以看出，秋澆期間連續(xù)大水量的灌溉使得耕地土壤發(fā)生脫鹽，鹽分隨地下水及土壤側(cè)滲遷移至耕地旁邊甚至荒地或通過排水溝排出灌區(qū)，起到了淋洗耕地土壤鹽分的作用，但是灌區(qū)鹽分并沒有被完全排出，部分鹽分遷移至非耕地土壤中，由于蒸發(fā)和凍結(jié)作用的存在，鹽分會重新積聚在表層或者中層，因此可以通過適當減少秋澆灌水量或進行間歇性灌溉[22]，從而減少返鹽量。

2.3 儲鹽量變化率及鹽分通量

結(jié)合試驗區(qū)秋澆時間和當?shù)貧鉁貤l件的影響，將試驗期分為秋澆前（2018年10月21日至2018年11月5日）、秋澆期（2018年11月5日至2018年12月9日）和凍結(jié)期（2018年12月9日至2018年12月16日）共3 個時段。為了定量表征不同時期不同試驗點土壤鹽分的變化以及垂向上的運動趨勢，采用式（2）和式（3）計算得到儲鹽量的變化率以及通量，如表2所示。

表2 各時段不同深度土壤儲鹽量變化率 %Tab.2 Change rate of soil salt storage at different depths during the different periods

從整個試驗期看，3個試驗點整體0～150 cm土壤儲鹽量相較初始時均有不同程度的增加，1 號試驗點增幅59.8%，2 號試驗點增幅13.8%，3 號試驗點增幅20.1%。非耕地的1 號和3號試驗點在淺中層（0～70 cm）土壤儲鹽量變化率均為正，在深層（70～150 cm）土壤儲鹽量變化率為負，表層土壤鹽分不斷積聚，深層土壤鹽分有所減少；耕地中的2號試驗點僅在表層（0～10 cm）土壤儲鹽量變化率為負，其他各層儲鹽量變化率均為正，表層土壤鹽分不斷減少，中深層土壤鹽分則有所增加。

在秋澆期，田間的2號試驗點在各層土壤儲鹽量變化率均為負，各層土壤鹽分均減少，整體0～150 cm 土壤儲鹽量降幅達10.7%，可見秋澆基本達到了減少耕地土壤鹽分和將鹽分淋洗至根系層以下的目的；非耕地的1 號和3 號試驗點在0～70 cm 土壤儲鹽量變化率為正，在70～150 cm 土壤儲鹽量變化率為負，在水平側(cè)滲和所處位置地下水埋深較淺的影響下，土壤中的鹽分隨水分不斷向土表運移，“水去鹽留”導致表層土壤鹽分積聚，深層土壤鹽分減少，但整體0～150 cm 土壤儲鹽量增幅達48.6%和11.5%，由此可見，灌區(qū)鹽分并沒有被完全排出，并且由于秋澆水中含有一定量的鹽分，且排水排鹽量有限，導致灌水后整體的土壤儲鹽量有所增加，為了更有益于排鹽，需加強灌期土壤和地下水的排泄工作。

在凍結(jié)期，1 號和2 號試驗點各層儲鹽量變化率幾乎均為正，絕大部分土壤層的鹽分均在增加，整體0～150 cm 土壤儲鹽量增幅達25.1%和24.4%，其中，1 號試驗點底層儲鹽量變化率最大達70.1%，2 號試驗點10～30 cm 儲鹽量變化率最大達43.9%。3 號試驗點由于靠近排水渠道，在凍結(jié)和排水的共同作用下，各深度土壤儲鹽量有增有減，主要表現(xiàn)為中層30～100 cm 儲鹽量增加，底層和淺表層儲鹽量減少，但整體0～150 cm土壤儲鹽量降幅達8.5%。

計算各土層土壤鹽分通量如表3所示，其中上邊界通量Q0即為灌溉水入滲所帶入的鹽分，在已知Q0的條件下，從第1層往下可以推求每一層上下邊界的鹽分通量，以向下為正。

表3 各時段不同深度界面鹽分通量Tab.3 Salt flux at different depths during the different periods

從表3 可以看出，在整個試驗期內(nèi)，非耕地的1 號和3 號試驗點各界面通量均為負，說明灌溉、蒸發(fā)和凍結(jié)的共同作用使得非耕地的土壤鹽分垂直向上遷移，從而造成表層土壤鹽分不斷積聚，深層土壤鹽分不斷減少。耕地中的2號試驗點在0、10、30、70、100 cm 土壤界面通量為正，150 cm 土壤界面通量為負，鹽分以向下遷移為主，表層土壤鹽分不斷減少，使耕作層土壤含鹽量保持在適宜水平。秋澆期，非耕地的1號和3 號試驗點各土壤層鹽分遷移方向與整個試驗期保持一致，鹽分呈現(xiàn)表聚現(xiàn)象。而耕地的2號試驗點各土壤層下界面通量均為正，土壤鹽分向下遷移，說明秋澆起到了積極的壓鹽作用。同時這個時期3 個試驗點的鹽分通量相比其他時期較大，平均分別占整個試驗期通量的64.1%、52.8%和60.3%，由此可見，灌區(qū)內(nèi)不同土地類型的鹽分垂向遷移在這個時期的運動最為活躍。

在凍結(jié)期，由于毛細和凍結(jié)作用的存在，1 號和2 號試驗點各土壤層下界面通量均為負，土壤鹽分向上遷移，開始出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象，結(jié)合儲鹽量變化率可以看到1號試驗點底層儲鹽量變化率最大達70.1%，底部返鹽現(xiàn)象明顯，2 號試驗點10～30 cm儲鹽量變化率最大達43.9%，淺中層返鹽現(xiàn)象明顯。3號試驗點各土壤層下界面通量均為正，土壤鹽分向下遷移，在溶質(zhì)梯度和排水的作用下，鹽分從淺層土壤向深層土壤運移，盡管整體0～150 cm 土壤儲鹽量降幅達8.5%，但進入下層土壤鹽分多于排出下層的土壤鹽分，導致中層30～100 cm 儲鹽量增加，底層和淺表層（0～30 cm）儲鹽量減少。

通過以上分析可以看出，秋澆淋洗鹽分是一個持續(xù)時間較長的過程，灌溉對于耕地的土壤排鹽起到了一定的積極作用，但由于受到凍結(jié)的影響，出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象，因此秋澆后很長時間內(nèi)才是排水排鹽的關(guān)鍵時期[23]。同時，灌溉會將耕地的鹽分隨土壤和地下水側(cè)向遷移至非耕地（耕地旁邊甚至荒地），而非耕地中的鹽分受到側(cè)向運移和凍結(jié)的影響，表層鹽分有所積聚，進入凍結(jié)期后受到凍結(jié)和毛細作用的影響，鹽分仍然以向上運移為主，僅會因為靠近排水渠道，受到排水作用影響才可能表現(xiàn)出鹽分的向下遷移現(xiàn)象。因此為提高排水排鹽的效果，建議秋澆的時間應(yīng)提前至9月末或10月初，或者至少應(yīng)在封凍前完成秋澆排水排鹽工作。

2.4 土壤鹽分主要離子變化分析

為明晰影響整個監(jiān)測期內(nèi)不同試驗點土壤儲鹽量變化的主要離子，采用玫瑰圖繪制秋澆前、秋澆期和凍結(jié)期3個典型時期內(nèi)不同深度土壤中離子變化情況（見圖4）。結(jié)果顯示，影響不同試驗點土壤鹽分變化的陽離子主要為Na++K+，陰離子主要為。

圖4 灌溉前后不同土層土壤離子比例變化（單位：%）Fig.4 Changes in proportion of soil salt ions in different soil layers before and after autumn irrigation

圖5 主要離子與土壤儲鹽量關(guān)系Fig.5 Relationship between main ions and soil salt storage

為進一步定量確定上述離子對土壤儲鹽量的影響，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法將不同試驗點土壤儲鹽量作為參考序列，將對應(yīng)時間深度的各離子含量作為比較序列，采用式（4）和式（5）計算得到3個試驗點主要離子與土壤儲鹽量關(guān)聯(lián)度。與參考數(shù)列關(guān)聯(lián)度越大的比較數(shù)列，其發(fā)展方向和速率與參考數(shù)列越接近，與參考數(shù)列的關(guān)系越緊密[17]。計算得到，對1號試驗點土壤儲鹽量的影響程度排序為：對2 號試驗點土壤儲鹽量的影響程度排序為：(0.600)，對3 號試驗點土壤儲鹽量的影響程度排序為：綜合相關(guān)分析和灰色關(guān)聯(lián)分析法得到，對非耕地的1號和3號試驗點土壤儲鹽量的影響較大，對耕地的2 號試驗點土壤儲鹽量的影響較大。

由上述關(guān)聯(lián)分析結(jié)果再結(jié)合圖4 可知，進入秋澆期，1 號試驗點Cl-減少增加；凍結(jié)期Cl-和都增加，尤其是30～150 cm。2 號試驗點在秋澆期和凍結(jié)期減少增加，各層基本均呈現(xiàn)出相反的變化趨勢。3 號試驗點各時期以增加為主，各層Cl-和也表現(xiàn)出相反的趨勢，秋澆期在排水作用下底層排出的鹽分主要是凍結(jié)期底層排出鹽分主要是Cl-。整體來看，耕地和非耕地在秋澆期和凍結(jié)期增加，非耕地內(nèi)部的Cl-維持動態(tài)平衡，耕地內(nèi)的維持動態(tài)平衡。

3 結(jié)論

（1）整個試驗期，3 個試驗點的地下水pH 值均為7.8，平均礦化度分別為953.5 mg/L、1 355.8 mg/L 和1 213.7 mg/L。無論是pH 值還是礦化度，其變異性均不大，因此，就此次試驗監(jiān)測而言，秋澆對地下水水質(zhì)的影響不十分明顯。不同位置試驗點的地下水埋深變化表現(xiàn)較強的一致性，灌溉對于非耕地地下水埋深變化影響的滯后性不明顯，僅表現(xiàn)在增幅強度不同。對于土壤而言，3 個試驗點土壤pH 值均為8.2，屬于弱變異。平均土壤含鹽量分別為2.7 g/kg、1.1 g/kg、3.4 g/kg，非耕地土壤含鹽量表現(xiàn)出強變異性，隨著土層深度的增加而減小，耕地土壤含鹽量為中等變異，含鹽量隨土壤深度的增加而增大，表明灌溉和凍結(jié)對不同類型土地鹽分運移的影響有所差別。

（2）秋澆期間，對于非耕地1 號和3 號試驗點，土壤鹽分變化呈現(xiàn)較強的一致性，表現(xiàn)在70 cm 以上土層處于積鹽狀態(tài)，而70 cm 以下土層呈現(xiàn)脫鹽狀態(tài)，鹽分表聚現(xiàn)象尤為明顯。而對于耕地2號試驗點，秋澆起到了積極的壓鹽作用，使得耕地在整個秋澆期間處于脫鹽狀態(tài)。綜合來看，干排鹽的效果之所以較為顯著，應(yīng)該同時存在著地下水和土壤水側(cè)滲排鹽，至于兩部分的排鹽貢獻則有待進一步研究。

（3）秋澆和凍結(jié)影響土壤鹽分變化的陽離子主要為Na++K+，陰離子主要為。受側(cè)向運移和凍結(jié)作用的影響，對非耕地的土壤儲鹽量的影響較大；受灌溉淋洗和凍結(jié)作用的影響，對耕地土壤儲鹽量的影響較大。整體耕地和非耕地在秋澆期和凍結(jié)期增加，非耕地內(nèi)部的Cl-維持動態(tài)平衡，耕地內(nèi)的維持動態(tài)平衡。