微咸水淋洗對蘇打鹽漬土土壤理化性狀的影響_圖文

1、微咸水淋洗對蘇打鹽漬土土壤理化性狀的影響吳樂知1,李取生2,劉長江3(1.中國科學(xué)院南京土壤研究所/土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室,江蘇南京210008;2.暨南大學(xué)環(huán)境工程系,廣東廣州510632;3.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,吉林長春130012摘要:在輕度鹽堿化和中度鹽堿化2種蘇打鹽漬土上,分別設(shè)置對照、補(bǔ)充灌溉、低額淋洗和高額淋洗4個處理,對經(jīng)微咸水淋洗的蘇打鹽漬土的土壤滲透性、土壤容重以及土壤鹽堿含量的分析結(jié)果表明,在高額淋洗區(qū),微咸水在中度蘇打鹽漬土中滲透速率約為對照區(qū)的3倍,在輕度蘇打鹽漬土中約為對照區(qū)的2倍。與對照區(qū)相比,中度和輕度蘇打鹽漬土高額淋洗區(qū)土壤容重分別

2、降低10.1%和9.5%。在高額淋洗區(qū),中度蘇打鹽漬土60c m 深度內(nèi)的含鹽量降至1.0g kg -1,堿化度降低17.4百分點;輕度蘇打鹽漬土120c m 深度內(nèi)含鹽量均降至0.6g kg -1以下,堿化度也降低7.9百分點。蘇打鹽漬土土壤理化性狀得到明顯改善。認(rèn)為適合中、輕度蘇打鹽漬土的淋洗定額分別為400和150mm 。關(guān)鍵詞:微咸水;淋洗;蘇打鹽漬土;土壤滲透性;土壤容重;土壤鹽堿含量中圖分類號:S156.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1673-4831(200602-0011-05Effects of L each i n g W ith M ildly Sa li n e W a

3、ter on the Physi ca l and Che m i ca l Properti es of Sa li n e 2Sod i c So il .WUL e 2zhi 1,L I Q u 2sheng 2,L I U Chang 2jiang 3(1.State Key Laborat ory of Soil and Sustainable Agriculture /I nstitute of Soil Sci 2ence,Chinese Acade my of Sciences,Nanjing 210008,China;2.Depart m ent of Envir on me

4、ntal Engineering,J inan Universi 2ty,Guangzhou 510632,China;3.Northeast I nstitute of Geography and Agricultural Ecol ogy,Chinese Acade my of Sci 2ences,Changchun 130012,China Abstract:An experi m ent of leaching saline 2s odic s oil with brackish water was conducted f or analysis of changes in phys

5、i 2cal and che m ical p r operties of the s oil,such as s oil infiltrati on,bulk density,salt and alkali content,etc .There were t w o subject s oils,slightly salinized s oil (SS and moderately salinized s oil (M S ,and four treat m ents,1CK,2supp lementary irrigati on,3l ow 2rate leaching and 4high

6、 2rate leaching .Results indicate that the infiltrati on rate of brackish water in Treat m ent 4was about 3ti m es as high as in CK in M S,and about t w ice in SS .I n MS the salt content within the dep th of 60c m was reduced t o 1.0g kg -1,and the ESP by 17.4percentage point,whereas in SS with the

7、 dep th of 120cm it was de 2creased t o 0.6g kg-1,and the ESP by 7.9percentage point .The bulk density of MS and SS reduced by 10.1%and915%res pectively,i m p r oving the s oil conditi ons significantly .It is hence concluded that the suitable volu me of leaching in moderately 2and slightly 2saliniz

8、ed s oils is 400mm and 150mm res pectively,for ameli orati on of the l ocal saline 2s odic s oils .Key words:brackish water;leaching;saline 2s odic s oil;s oil infiltrati on;s oil bulk density;s oil salt and alkali content我國松嫩平原西部是世界3大蘇打鹽堿地集中分布區(qū)之一,其中吉林西部鹽堿化土地面積153萬h m 2,是我國鹽堿化最嚴(yán)重的地區(qū)之一1。近幾十年來,土地鹽堿化一直

9、在迅速發(fā)展。根據(jù)最新衛(wèi)星遙感調(diào)查量算,松嫩平原西部已有67萬hm 2土地由優(yōu)質(zhì)草原淪為鹽堿荒漠,成為基本無利用價值的堿斑地,而且這一數(shù)字仍以年平均1.2%1.4%的速度增加,預(yù)計2010年將達(dá)到87萬h m 22。土地鹽堿化已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)的難點,成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重障礙。筆者利用當(dāng)?shù)匚⑾趟Y源對蘇打鹽漬土旱田進(jìn)行淋洗改良試驗,試圖從土壤理化性狀的變化中檢驗淋洗效果,為大面積淋洗改良蘇打鹽漬土提供科學(xué)依據(jù)。1材料與方法1.1研究區(qū)概況試驗地點為大安市查干鎮(zhèn)民樂村,位于吉林省西北部,松嫩平原中部低平原上。地理坐標(biāo)為北緯44574546,東經(jīng)1230912421,海拔高度127.7

10、160.8m 。該區(qū)020c m 土層含鹽量為基金項目:國家科技攻關(guān)課題(2001BA508B05收稿日期:2005-11-20通訊聯(lián)系人生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報2006,22(2:11-15Journal of Ecology and Rural Environm ent0.62.6gkg-1;2040c m土層含鹽量為0.7 4.0gkg-1;120c m深度內(nèi)土壤平均堿化度(ESP為17.5%37.0%,鹽堿化程度高,改良前多數(shù)地塊主要種植向日葵,單產(chǎn)500kgh m-2左右。該村淺層地下水比較豐富,含水層埋深2030m,礦化度12gL-1,屬微咸地下水3。2003年4月中旬至10月中旬,大安

11、市10積溫為3252,降水量449mm,比同期多年平均多降49.7mm,但是降水主要集中在7月和8月,日降水量最大為63.3mm。而4月中旬至5月下旬各旬降水量均小于多年平均,導(dǎo)致春旱,使得作物的播種延后4。1.2試驗處理選擇典型的蘇打鹽堿化旱田,分輕度鹽堿化和中度鹽堿化2種情況進(jìn)行試驗。在輕度鹽堿化土地上種植玉米,品種為四單十九;在中度鹽堿化土地上種植高粱,品種為吉雜76。用微咸水淋洗蘇打鹽漬土區(qū)試驗地,玉米和高粱2種試驗地均設(shè)對照、補(bǔ)充灌溉、低額淋洗和高額淋洗4個處理方式,每個處理重復(fù)3次,共24個小區(qū)。2種試驗地位于民樂村不同地點,各個處理之間有自然地塊隔開,以避免不同地塊、不同處理之間

12、的相互干擾。聯(lián)合國糧農(nóng)組織建議,對于輕度鹽堿地和非鹽堿地,為防止次生鹽漬化的發(fā)生,淋洗定額一般為灌溉定額的20%左右;而對于需改良的鹽漬化土壤,淋洗比例應(yīng)大些。土壤鹽漬化程度不同,其淋洗定額也不一樣。本試驗對照區(qū)不使用微咸水進(jìn)行人工灌溉與淋洗,入滲水分來源為自然降水;補(bǔ)充灌溉是指為了彌補(bǔ)作物水分虧缺,根據(jù)測得的土壤含水量和田間持水量,計算二者之間的差值,按照差值用微咸水進(jìn)行人工補(bǔ)充灌溉,沒有附加淋洗定額;低額淋洗是指在補(bǔ)充灌溉的基礎(chǔ)上再附加低額微咸水進(jìn)行淋洗;高額淋洗是指在補(bǔ)充灌溉的基礎(chǔ)上再附加高額微咸水進(jìn)行淋洗。依據(jù)李取生等5-7對淋洗制度的設(shè)計,結(jié)合作物的生長時期確定淋洗方案為:分4次淋洗

13、(2003年6月至8月,輕度鹽堿地(玉米試驗地低額淋洗4次,為40,40,40和30mm,共計150mm;高額淋洗4次,為80,80,80和60mm,共計300mm。中度鹽堿地(高粱試驗地低額淋洗4次,為60,60,60和70mm,共計250mm;高額淋洗4次,均為100mm,共計400mm。1.3試驗采樣和測定每次淋洗前以及作物收獲后,進(jìn)行鉆孔取樣,每個小區(qū)1個剖面,取樣深度120c m,每隔20c m取樣1個。每次取樣均在同一地點鉆孔,以盡量保持取樣的可比性。烘干法測定土壤水分,計算補(bǔ)充灌溉水量和淋洗量。環(huán)刀法測定土壤容重。樣品測定前混合均勻,風(fēng)干后按中國土壤學(xué)會推薦的方法8測定土壤含鹽量

14、和堿化度。采用電導(dǎo)儀測定樣品的電導(dǎo)率(EC,再換算成土壤含鹽量;采用原子吸收光譜法測定可溶性Na+、Ca2+和Mg2+含量,測定樣品為3次重復(fù)的混合樣。采用雙圈法9測定旱田土壤入滲速率,分別測定淋洗區(qū)和對照區(qū)的土壤入滲速率。2結(jié)果與討論2.1土壤滲透性經(jīng)過400mm定額微咸水的淋洗,高梁試驗地土壤滲透性得到改善。由圖1可知,淋洗區(qū)入滲速率整體高于對照區(qū),經(jīng)t檢驗,差異均達(dá)極顯著水平(P0.01。400mm淋洗區(qū)初始入滲速率和穩(wěn)定入滲速率分別為(163.513.76mmh-1和(41.03.98mmh-1,高于對照區(qū)的初始入滲速率(117.334.12mmh-1和穩(wěn)定入滲速率(12.21.95m

15、mh-1。在前60m in內(nèi),400mm 淋洗區(qū)入滲速率下降為(62.29.18mmh-1,降至初始入滲速率的38%;而對照區(qū)約降至初始入滲速率的1/6?？梢?經(jīng)過400mm微咸水淋洗,土壤滲透性能得到較大改善,高粱試驗地微咸水的穩(wěn)定入滲速率由12.2mmh-1上升為41.0mmh-1 。圖1高粱試驗地對照區(qū)和400mm淋洗區(qū)入滲速率比較F i g.1I nf iltra ti on veloc ity of brack ish wa teri n4002mm2leach i n g plot and CK i n a sorghu m f i eld由圖2可知,玉米試驗地淋洗區(qū)土壤滲透性能比

16、對照區(qū)有所增強(qiáng),經(jīng)t檢驗,差異達(dá)極顯著水平(P0.01。300mm淋洗區(qū)穩(wěn)定入滲速率為21生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報第22卷(48.44.33mm h -1,是對照區(qū)的近2倍;并且在前60m in 內(nèi),入滲速率下降幅度小于對照區(qū)?？梢?微咸水淋洗措施能夠顯著增強(qiáng)蘇打鹽漬土的滲透性,促進(jìn)土壤物理特性的進(jìn)一步改善 。圖2玉米試驗地對照區(qū)和300mm 淋洗區(qū)入滲速率比較F i g .2I nf iltra ti on veloc ity of brack ish wa ter i n 3002mm 2leach i n g plot and CK i n a corn f i eld定入滲速率分別為(41.

17、03.98mm h -1和(48.44.33mm h -1。本試驗結(jié)果表明,蘇打鹽漬土地區(qū)微咸水的滲透性能遠(yuǎn)大于雨水;而經(jīng)微咸水淋洗后的高粱試驗地,雨水的滲透性能也有較大改善。根據(jù)李取生10的試驗研究,鹽堿化旱田代表性地塊水分入滲速率開始較高,達(dá)11mm h -1,然后逐漸下降,入滲3h 以后,穩(wěn)定在2mm h -1左右。高粱試驗地400mm 淋洗區(qū)土壤經(jīng)淋洗后的雨水入滲速率見圖3 。圖3高粱試驗地400mm 淋洗區(qū)淋洗后雨水的入滲速率F i g .3I nf iltra ti on veloc ity of ra i n wa ter i n leached4002mm 2leach i n

18、 g plot i n the sorghu m f i eld由圖3可知,雨水穩(wěn)定入滲速率達(dá)(38.97.99mm h -1。在黃土丘陵地區(qū),一般農(nóng)地的穩(wěn)定入滲速率為67.7mm h -1,草地、果園、灌木和林地的穩(wěn)定入滲速率依次為51.6、68.1、59.9和19.5mm h -111-13。由此可見,高粱試驗地400mm 淋洗區(qū)的土壤滲透性能得到改善,已經(jīng)比較接近一般農(nóng)用地的穩(wěn)定入滲速率。土壤滲透性能得到顯著改善,這就有效地減少了進(jìn)入土壤表面的降雨或灌溉水的流失,為加速土壤鹽分淋溶洗脫、鞏固脫鹽效果和促進(jìn)土壤理化性狀的改善創(chuàng)造了有利條件14。2.2土壤容重土壤容重是土壤的重要特性,它的變

19、化能夠綜合反映土壤通氣透水性。一般來說,土壤容重提高,土壤硬度也增大,土壤呈現(xiàn)退化趨勢;反之土壤容重降低,土壤得到改良。微咸水淋洗能夠增強(qiáng)蘇打鹽漬土的滲透性能,從而改善土壤的疏松程度,鹽漬土板結(jié)等性狀將會得到改變。試驗區(qū)各處理不同層次的土壤容重變化見表1。表1試驗區(qū)2種作物各處理不同層次土壤容重的變化Table 1Bulk den siti es of d i fferen t so il l ayers under two d i fferen t crops w ith d i fferen t trea t m en ts i n the exper i m en t f i eld 地

20、塊類型深度/cm土壤容重/(g cm -3對照區(qū)補(bǔ)充灌溉區(qū)低額淋洗區(qū)高額淋洗區(qū)高粱地0201.370.031.300.021.300.031.320.0120401.410.021.450.031.300.011.350.0240601.500.041.490.051.300.031.260.0260801.520.031.540.041.440.021.330.03801001.580.041.580.051.570.041.450.021001201.570.061.540.051.510.041.330.0401201.490.091.480.101.400.121.340.06玉米地0

21、201.300.021.210.011.250.031.190.0120401.520.041.440.031.470.021.260.0340601.470.031.500.061.380.031.280.0160801.480.041.520.031.440.021.350.02801001.550.061.600.071.460.021.470.011001201.530.051.540.031.500.041.510.0301201.480.091.470.131.420.091.340.13數(shù)據(jù)為平均值標(biāo)準(zhǔn)差。由表1可知,在土壤剖面120c m 深度內(nèi),補(bǔ)充灌溉區(qū)土壤容重較之對照區(qū)差

22、別并不明顯,可見補(bǔ)充灌溉量并不能真正起到淋洗土壤鹽分的效果。然而淋洗區(qū)土壤容重卻有明顯變化。與對照區(qū)相比,高粱試驗地低額淋洗區(qū)和高額淋洗區(qū)的土壤容重分別降低6.0%和10.1%;玉米試驗地對應(yīng)淋洗區(qū)土壤容重分別降低4.1%和9.5%。因此無論是輕度蘇打鹽漬土的玉米地,還是中度蘇打鹽漬土的高粱地,微咸水淋洗區(qū)的土壤容重都有比較明顯的降低。31第2期吳樂知等:微咸水淋洗對蘇打鹽漬土土壤理化性狀的影響這說明隨著微咸水的淋洗,土壤的滲透性能得到增強(qiáng) ,土壤的通氣透水性得到改善,其作用相當(dāng)于疏松土壤,改善了土壤的物理特性。從表1還可以看出,微咸水淋洗對土壤容重的影響主要是土壤上層080c m 深度范圍內(nèi)

23、,隨著淋洗量的增加,土壤容重相應(yīng)減少。2.3土壤鹽堿含量土壤鹽分運動是鹽漬土形成的主要過程,鹽隨水來、鹽隨水去是土壤水鹽運動的本質(zhì)特征。因此,土壤鹽堿含量的變化就成為淋洗效應(yīng)的重要標(biāo)志,也是蘇打鹽漬土改良的核心內(nèi)容。2.3.1土壤含鹽量高梁試驗地各處理的土壤含鹽量見圖4 。圖4高粱試驗地各處理的土壤含鹽量F i g .4So il s a li n ity of each trea t m en t i n the sorghu m exper i m en t f i eld由圖4可知,在高粱地120c m 土層深度內(nèi),250mm 淋洗區(qū)和400mm 淋洗區(qū)的土壤含鹽量較對照區(qū)明顯降低,而補(bǔ)

24、充灌溉區(qū)沒有明顯變化。250mm淋洗區(qū)各層次的土壤含鹽量均下降到2.0g kg -1以下,極大地降低了土壤含鹽量;在400mm 淋洗區(qū),60c m 深度內(nèi)土層含鹽量均在1.0g kg -1以下,適合于大多數(shù)作物的正常生長發(fā)育,表現(xiàn)出極佳的淋洗效果。補(bǔ)充灌溉區(qū)的土壤含鹽量較對照區(qū)沒有明顯變化,這是因為按照試驗設(shè)計,補(bǔ)充灌溉僅僅是為了保證作物生長過程中水分的充分供應(yīng),并不能起到淋洗土壤鹽堿的作用。從高粱試驗地的微咸水淋洗效果來看,250mm 淋洗定額能夠極大地降低土壤含鹽量,但是還不能夠達(dá)到徹底改良中度蘇打鹽漬土的要求。由圖4可知,250mm 淋洗區(qū)土壤含鹽量較對照區(qū)降低程度較大,400mm 淋洗

25、區(qū)土壤含鹽量較250mm 淋洗區(qū)仍然有一定程度降低,但是降低程度呈現(xiàn)減弱趨勢?？梢?對于高粱試驗地這類中度蘇打鹽漬土而言,400mm 淋洗定額已經(jīng)能夠充分降低120c m 深度內(nèi)的土壤含鹽量,基本接近淋洗定額上限。因此,經(jīng)過400mm 微咸水淋洗后,土壤鹽分不會成為高粱生長發(fā)育的阻礙因子。由于玉米的耐鹽性較差,因此選擇在輕度蘇打鹽漬土區(qū)種植玉米,進(jìn)行微咸水淋洗改良試驗。玉米試驗地各處理的土壤含鹽量見圖5。由圖5可知,淋洗區(qū)土壤含鹽量較對照區(qū)有所降低,各土層含鹽量均下降到0.6g kg -1以下。從土壤含鹽量來看,經(jīng)過微咸水淋洗改良的玉米試驗地已成為非鹽漬化土壤,淋洗效果明顯。僅就降低玉米試驗地

26、土壤含鹽量而言,150mm 淋洗定額已經(jīng)足夠 。圖5玉米試驗地各處理的土壤含鹽量F i g .5So il s a li n ity of each trea t m en ti n the corn exper i m en t f i eld2.3.2土壤堿化度與全國其他地區(qū)鹽漬土相比,吉林西部地區(qū)蘇打鹽漬土含鹽量普遍不高,但是堿化現(xiàn)象嚴(yán)重,土壤堿性較強(qiáng)成為該區(qū)鹽漬土獨有的特點。因此,土壤含鹽量的降低僅僅是微咸水淋洗改良效應(yīng)得到體現(xiàn)的一個方面,而土壤堿化度則反映土壤堿性的降低與否,土壤堿化度通常以交換性鈉百分率(ESP 表示。經(jīng)過微咸水淋洗后的高粱試驗地,其土壤ESP 有較大改變(圖6。與

27、對照區(qū)相比,400mm 淋洗區(qū)土壤ESP 由原來的23.2%下降為5.8%,降低17.4百分點;250mm 淋洗區(qū)土壤ESP 下降為12.2%,降低11.0百分點;補(bǔ)充灌溉區(qū)ESP 為25.1%,較對照區(qū)升高2.0百分點。從高粱試驗地淋洗后土壤ESP 的變化來看,250mm 淋洗定額已經(jīng)足以降低土壤堿性,達(dá)到改良效果;400mm 淋洗定額是高粱試驗地41生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報第22卷淋洗量的上限 。圖6高粱試驗地各處理的土壤堿化度(ESPF i g .6Exchangeable sod i u m percen t age of each trea t m en t i n the sorghu

28、m exper i m en t f i eld輕度蘇打鹽漬土區(qū)的玉米試驗地,其土壤ESP 相對較低,但在微咸水淋洗作用下,土壤ESP 也有一定程度降低。由圖7可知,玉米試驗地對照區(qū)、150mm 淋洗區(qū)、300mm 淋洗區(qū)土壤ESP 分別為17.5%、10.3%和9.6%,淋洗區(qū)較對照區(qū)分別降低7.2和7.9百分點,說明微咸水淋洗能夠有效降低玉米試驗地的土壤ESP 。對比2個淋洗處理可知,就玉米試驗地而言,150mm 淋洗定額已經(jīng)足夠 。圖7玉米試驗地各處理的土壤堿化度(ESPF i g .7Exchangeable sod i u m percen t age of eachtrea t m

29、 en t i n the corn exper i m en t f i eld3結(jié)論微咸水淋洗非常有利于蘇打鹽漬土土壤鹽堿含量的降低和土壤物理特性的改善。在高額淋洗區(qū),中度和輕度蘇打鹽漬土土壤滲透速率分別約為對照區(qū)的3倍和2倍,均基本接近一般農(nóng)用地的穩(wěn)定入滲速率。中度蘇打鹽漬土60c m 深度內(nèi)的含鹽量降至1.0g kg -1,堿化度降低17.4百分點;而輕度蘇打鹽漬土各層次含鹽量均降至0.6g kg -1以下,堿化度也降低7.9百分點,充分降低了土壤鹽堿含量,達(dá)到淋洗效果。中度和輕度蘇打鹽漬土高額淋洗區(qū)的土壤容重分別降低10.1%和9.5%,進(jìn)一步說明微咸水淋洗極大地改善了土壤物理特性。只要合理監(jiān)測和調(diào)控地下水位,避免水位大幅升高而造成土壤返鹽,就可以根據(jù)本試驗結(jié)果,初步確定中