已有研究表明，在能够有效改善土壤通透性的情况下，施用化学改良剂或种植耐盐植物等改良措施能够实现土壤盐分的垂直淋洗，成功改良钠质土（Armstong&Tanton，1992；Oster，1982；Qadir&Oster，2002；Qadir&Oster，2004；Qadir et al.，2007）。但是，如果土壤通透性极差，改良措施不能有效提高底层土壤的导水性能，盐分则很难被淋洗到下层土壤（Ilyas et al.，1993；Qadir et al.，1998；Qureshi et al.，1992）。如果垂直淋洗无法将土壤盐分有效淋洗到下层土壤，那么必须通过地表径流的方式将溶于水中的盐分排出土壤，这种盐分淋洗方式称为水平冲洗（Nayak et al.，2008；Qadir et al.，1998）。
苏打盐渍土由于含有大量的交换性Na+，土壤ESP很高，致使土壤胶体呈高度分散状态，地表湿时泥泞，干时收缩板结坚硬，常在土壤表层形成结皮或结壳，在土壤底层形成棱柱状或柱状构造的碱化层，导致土壤物理性质极度恶化，土壤通透性极差。这种情况下，仅在表层土壤添加化学改良剂（如磷石膏）能否有效促进盐分垂直淋洗值得深人研究。
本研究以松嫩平原典型苏打盐渍土为对象，对其盐分垂直淋洗的可行性进行分析，研究应用水量和冲洗次数对盐分水平冲洗效果和效率的影响，旨在为苏打盐渍土水盐平衡和水盐调控提供科学依据，为该区苏打盐渍土改良利用提供理论支持和借鉴。
一、材料与方法
（一）实验设计
1.盐分垂直淋洗实验
（1）供试土样
供试土样采自中国科学院大安碱地生态试验站（N45°35′58″—N45°36′28″，E123°50′27″—123°51′31″）。采样地点为典型的碱斑地，俗称光板地。取样深度为0～15 cm，15～30cm。取扰动土带回室内，自然风干，过2 mm筛，备用。采用吸管法对土壤颗粒进行分析，根据国际土壤质地制分类标准，供试土样为黏土。配制土水比1∶5浸提液，测定土壤电导率（EC）、pH和Na+、Ca2++Mg2+浓度。钠吸附比（SAR）采用公式计算：
式中SAR——钠吸附比（mmolc·L-1）1/2。其中，Na+浓度采用火焰光度法测定；Ca2++Mg2+浓度采用EDTA滴定法测定。阳离子交换量采用氯化铵-乙酸铵法测定；交换性Na+含量采用乙酸铵-氢氧化铵-火焰光度法测定。碱化度（ESP）由计算求得，即
ESP=100×E Na/CEC
式中E Na——交换性Na+（cmol·kg-1）；
CEC——阳离子交换量（cmol·kg-1）。
土壤基本理化性质数据见表6.17。
表6.17 土壤基本理化性质
注：①土水比1∶5浸提液，下同。
（2）实验处理
采用壁厚为0.5 cm的有机玻璃柱作为土壤填装容器，其内径5 cm，高40 cm，底部为厚0.5 cm的有机玻璃板，并均匀分布内径0.2 cm的细孔。在距底部10 cm和20 cm处留有直径2 cm的取样孔。土柱填装高度为30 cm，其中底层15 cm添加表6.17中15～30 cm土层土样，按田间原状土容重1.54 g·cm-3分层（5 cm）称重填装；上层15 cm添加表6.17中0～15 cm土层土样，土样与磷石膏充分混合后按田间扰动土容重1.30 g·cm-3分层（5cm）称重填装，磷石膏添加量分别为0%GR、25%GR、50%GR和100%GR。采用三角瓶承接出流液，每天测定一次出流液体积，计算人渗速率，人渗速率稳定后停止实验。实验结束后，从取样孔取土，自然风干。制备土水比1∶5浸提液，测定EC、pH和SAR。
饱和浸提液电导率（EC e）和钠吸附比（SAR e）采用下面公式换算：
EC e≈11.00EC1∶5
SAR e≈13.00SAR1∶5
（3）磷石膏添加量
实验中磷石膏添加量由石膏需求量（GR）计算求得（Mace et al.，1997）：
GR=1.25×CEC×（ESP i-ESP f）×10-4
式中GR——石膏需求量（mol·kg-1）；
CEC——阳离子交换量（cmolc·kg-1）；
ESP i——土壤初始碱化度；
ESP f——目标碱化度，本实验中为15。
实验中石膏需求量为100%GR。实验所用磷石膏为辽宁黑山化肥厂的工业副产品，其石膏质量含量为56%。经计算，实验土样100%GR的磷石膏添加量约为30.0 g·kg-1。
2.盐分水平冲洗实验
（1）供试土样
供试土样采自中国科学院大安碱地生态试验站（N45°35′58″—45°36′28″，E123°50′27″—123°51′31″），采样点为典型的碱斑地，俗称光板地。取样深度为0～20 cm。土样自然风干，过1 cm筛。采用吸管法对土壤颗粒进行分析，其砂粒含量为33.75%，粉粒含量为35.79%，黏粒含量为30.46%，根据国际土壤颗粒质地分类标准，供试土样为黏土。土水比1∶5浸提液的电导率（EC1∶5）为3.39 dS·m-1，钠吸附比（SAR1∶5）为98.27（mmolc·L-1）1/2，pH为9.51。土壤饱和含水量为：501.7g·kg-1。
（2）实验处理
将土壤装人高30 cm、直径25 cm的黑色塑料桶中，每桶装土8 kg，土层高度约为12 cm（土壤容重约为：1.36 g·cm-3）。将土样分成两组，CK组和T组。在T组中每桶内加人磷石膏，添加量为30 g·kg-1。然后所有桶内都加人4 kg的第四系承压水（EC= 0.92 dS·m-1，pH=7.23），使土壤达到饱和状态。而后再向各桶分别加水1L、2L、3L、4L、5L，相对应的水层高度约为2 cm、4 cm、6 cm、8 cm、10 cm，即5个应用水量，两组内对应的处理编号分别为：CK 1、CK 2、CK 3、CK 4、CK 5和T1、T2、T3、T4、T5。每个处理重复3次。土壤与水充分搅拌，静止24 h，取水样和土样用于化学性质测定，然后排出桶内水层水分，即完成一次冲洗。共冲洗3次。
（3）化学性质测定
水样仅测定电导率，采用DDS-307型电导率仪（上海精密仪器厂）测定；土样烘干后，配制土水比1∶5浸提液，测定其电导率，Na+、Ca2+、Mg2+浓度（原子吸收法）。SAR采用下面公式计算：
式中，Na+、Ca2+、Mg2+浓度单位均为mmolc·L-1；SAR单位为（mmolc·L-1）1/2。
（二）盐分淋洗总量
盐分冲洗总量用被淋洗的土壤可溶性盐总量（TSS）表示，其计算公式为：
TSS=800×EC d×V d×10-3 （EC d＞5.00dS·m-1）
TSS=640×EC d×V d×10-3 （EC d≤5.00dS·m-1）
Na=23×C Na×V d×10-3
式中TSS——土壤被淋洗的可溶性盐总量（mg）；
EC d——排水的电导率（dS·m-1）；
EC i——灌溉水的电导率（dS·m-1）；
V——排水体积（L）。
（三）盐分冲洗效率
土壤盐分冲洗效率（K）是指单位体积的应用水量排出的可溶性盐数量。其计算公式为：
式中K——土壤盐分冲洗效率（g·L-1）；
EC d——排水的电导率（dS·m-1）；
EC i——灌溉水的电导率（dS·m-1）。
二、结果与分析
（一）苏打盐渍土盐分垂直淋洗的可行性分析
1.土壤盐分淋洗总量
由表6.18可知，在表层土壤施用磷石膏促进了盐分的淋洗。试验完后，被淋洗出土体的Na+总量和可溶性盐总量均随石膏施用量的增加而增加。
表6.18 磷石膏对盐分淋洗的影响
注：同列不同小写字母表示处理间差异显著（p＜0.05），下同。
2.土壤稳定入渗速率
在盐分淋洗实验中，在0～15 cm土壤层添加磷石膏，而15～30 cm土层不添加磷石膏的情况下，尽管添加磷石膏处理显著提高了土壤的初始人渗速率，但各处理的稳定人渗速率均为0.0 mm·h-1，如图6.21所示。
图6.21 土壤盐分淋洗实验入渗速率
3.实验结束后的土壤EC e和SAR e
实验结束后各处理土壤EC e和SAR e数据见表6.19。由表可知，25%GR、50%GR和100%GR三个处理最终的土壤EC e分别为27.30 dS·m-1、26.39 dS·m-1和23.62 dS·m-1，尽管三者的数值均低于对照的27.90 dS·m-1，但远远大于国际上公认的盐土判断阈值EC e=4.0 dS·m-1，并且显著高于几乎使所用农作物都绝产的极度盐土的阈值EC e=16.0 dS·m-1。之所以产生这样的结果，是因为尽管土壤初始人渗速率的提高促进了盐分的淋洗，但最终稳定速率均为0.0 mm·h-1，以至于盐分淋洗经历一段时间后发生终止，土壤中仅有部分盐分被淋溶出土体。因此，在底层土壤通透性得不到有效改善的情况下，仅在表层施用化学改良剂，无法达到改土效果。
表6.19 土壤盐分淋洗实验结束后10 cm和20 cm深度土壤化学性质
注：①土壤饱和浸提液，下同。
（二）盐分水平冲洗
1.磷石膏对盐分冲洗效果的影响
各应用水量每次冲洗的土壤可溶性盐总量见表6.20。由表可见，第一次冲洗时，磷石膏处理的TSS略高于对照，但二者间差异均无显著性（p＞0.05）；第二次冲洗时，各处理TSS也略高于对照，而且，T4与CK 4间差异有显著性（p＜0.05），T5与CK 5间差异具有极显著意义（p＜0.01）；第三次冲洗时，T1和T2处理的TSS均高于对照，但差异无统计意义（p＞0.05），T3、T4和T5处理的TSS均低于对照，但T4与CK 4间差异无显著性（p＞0.05）。这些结果表明，水平冲洗时，磷石膏对盐渍土盐分冲洗总量的影响与冲洗的应用水量和次数有关，其相互关系较为复杂。
表6.20 冲洗的土壤可溶性盐总量
注：CK：对照（盐渍土）；T：盐渍土+磷石膏；Sig：差异显著性；ns：无显著性；*p＜0.05；**p＜0.01，下同。
每次冲洗后土壤的EC1∶5和SAR1∶5数据见表6.21。由表6.21可见，各应用水量下，每次冲洗后磷石膏处理的EC1∶5均高于对照。其原因是磷石膏属可溶性盐，添加到盐渍土后，土壤含盐量增加，而冲洗时又没能将其有效排出土体（见表6.20），从而导致土壤盐度提高。另外，统计分析发现：第一次冲洗后，T1与CK 1、T2与CK 2、T5与CK 5间的盐度差异均具有显著意义（p＜0.05），尤其是T1的EC1∶5，其不仅极显著高于CK 1（p＜0.01），而且显著高于土壤的初始EC1∶5（p＜0.05），但T3与CK 3、T4与CK 4间的盐度差异均无统计意义（p＞0.05）；第二次和第三次冲洗后，各应用水量下，磷石膏处理与对照间盐度差异均无显著性。这些结果同样说明磷石膏对苏打盐渍土盐分水平冲洗的影响较为复杂，与冲洗应用水量和冲洗次数有关。
施用磷石膏虽然提高了苏打盐渍土的盐度，但其有效降低了土壤的钠质化程度（见表6.21）。由表可见，每次冲洗后，磷石膏处理的SAR 1∶5均低于其对照数值，而且二者的差异均达到极显著（p＜0.01）统计水平。这是因为磷石膏含有大量可溶性Ca2+，施人盐渍土后置换土壤胶体上的Na+，置换下的Na+被水冲洗出土壤。土壤中Ca2+含量增加，Na+含量降低，SAR1∶5降低。因此，在水平冲洗过程中施用磷石膏有利于提高苏打盐渍土的改良效果。
表6.21 冲洗后土壤1∶5浸提液的电导率（EC 1∶5）和钠吸附比（SAR 1∶5）
2.应用水量和冲洗次数对盐分冲洗总量的影响
应用水量与TSS的关系如图6.22所示。由图可见，除磷石膏处理的第三次冲洗外，其余各次冲洗时，TSS随应用水量的增加而增加。例如，第一次冲洗时，1 L与5 L应用水量盐分冲洗效果相比较，对照组的TSS由7.35 g增加到27.85 g（见表6.20），磷石膏组的TSS由7.41 g增加到29.14 g（见表6.20），分别提高了约278.91%和293.25%。分析表明：就对照组而言，第一次冲洗时，各应用水量间盐分冲洗总量差异统计显著（p＜0.05）；第二次和第三次冲洗时，CK 1和CK 2与其他处理间差异均具有显著意义（p＜0.05），但CK 3、CK 4和CK 5间差异均无显著意义（p＜0.05）；对磷石膏组而言，第一次和第二次冲洗时，各应用水量间TSS差异均具有显著意义（p＜0.05），第三次冲洗时，T1、T3、T5三处理间TSS差异无统计意义（p＞0.05），T2和T2间TSS差异也无显著性（p＞0.05）（见图6.22）。因此，应用水量对TSS的影响随冲洗次数的增加而有所差异。
图6.22 应用水量对盐分冲洗总量的影响
3.应用水量与盐分冲洗效率的关系
应用水量与K的关系如图6.23所示。由图可见，K值随应用水量的增加而降低。
图6.23 应用水量对盐分冲洗效率（K）的影响
根据曲线形状，盐分冲洗效率（K）与应用水量（V）间可进行幂函数拟合，其曲线方程为：
K=aVb
式中K——盐分冲洗效率（g·L-1）；
V——应用水量（L）；
a、b——拟合参数。
拟合结果见表6.22。显著性检验表明，方程均具有极显著统计意义（p＜0.01）。
表6.22 盐分冲洗效率与应用水量间幂函数关系拟合结果
4.冲洗方案选择
在应用水量相同时，可以采用一次性冲洗和少量多次冲洗两种方案对土壤进行灌溉洗盐。土壤盐分冲洗效果是进行选择判断的主要依据之一。本实验对灌溉水总量在2 L、3 L、4 L时两种冲洗方案的洗盐效果进行了比较。土壤冲洗后的EC1∶5和SAR1∶5数据见表6.23。由表可见，一次性冲洗的土壤EC1∶5和SAR1∶5略高于少量多次冲洗的土壤EC1∶5和SAR1∶5，即后者的洗盐效果略强于前者，但两者间差异无显著性（p＞0.05）。
表6.23 不同方案冲洗后土壤盐度和碱度
在生产实践中，若想获得更好的改良效果，应选择少量多次的冲洗方案，但其农事操作次数和成本可能要高于一次性冲洗方案；如果从节省成本的角度出发，应选择一次性冲洗方式，因为两种方案的最终效果差异并不大。
三、结论与讨论
土柱模拟试验结果表明：松嫩平原苏打盐渍土的通透性极差，仅在表层土壤添加改良剂的情况下，底层土壤通透性无法得到有效提高，仅有部分土壤盐分可同过垂直淋洗的方式排出土壤根层，土壤最终的盐度仍然很高，无法达到作物正常生长的要求。因此，该区苏打盐渍土土壤排盐的有效方式应该是水平冲洗。
水平冲洗能够冲洗土壤盐分，降低苏打盐渍土的盐度和钠质化程度，添加磷石膏后再进行水平冲洗，与未加磷石膏的对照相比，土壤钠吸附比显著降低，但盐度略有增加；土壤盐分冲洗总量随应用水量的增加而增加，但盐分冲洗效率随应用水量的增加而降低，且两者间呈幂函数关系；在应用水量相同时，一次性冲洗与少量多次性冲洗的洗盐效果无显著性差异。
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