李品芳，楊永利，蘭 天，郭世文，張 凱，韓紀(jì)委，張 清

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；2. 農(nóng)業(yè)部華北耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；3. 天津泰達(dá)綠化集團(tuán)有限公司，天津 300457）

天津?yàn)I海鹽漬土客土改良后的土壤理化性質(zhì)與持水特性

李品芳1,2，楊永利3，蘭 天1,2，郭世文1※，張 凱3，韓紀(jì)委1，張 清3

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；2. 農(nóng)業(yè)部華北耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；3. 天津泰達(dá)綠化集團(tuán)有限公司，天津 300457）

為了解天津?yàn)I海新區(qū)鹽漬土采用客土法改良后的土壤理化性質(zhì)的變化情況，該研究選取濱海新區(qū)漢沽區(qū)的濱海鹽漬土以及采用客土改良后歷經(jīng)5 a的土壤（配制客土）作為研究對(duì)象，測(cè)定分析這2種土壤0～60 cm不同土層土樣的基本理化性質(zhì)、土壤水分特征曲線，探討了理化性質(zhì)和土壤水分參數(shù)的差異。結(jié)果表明：客土改良后歷經(jīng)5 a的配制客土電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于未改良的濱海鹽漬土，降幅約為97%，有效含水量以及田間持水量明顯低于濱海鹽漬土。有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和陽(yáng)離子交換量分別增加了29.65%和8.36%，pH值和容重變化不大。綜合分析后認(rèn)為，濱海鹽漬土經(jīng)配制的客土改良后，鹽漬化程度減弱，有機(jī)質(zhì)增大，但持水特性和物理性質(zhì)卻沒有明顯的改善。土壤質(zhì)地黏重是影響該地區(qū)土地資源開發(fā)利用的主要因素之一。

土壤；pH；有機(jī)質(zhì)；濱海鹽漬土；客土；理化性質(zhì)；水分特征曲線；持水特性

李品芳，楊永利，蘭 天，郭世文，張 凱，韓紀(jì)委，張 清. 天津?yàn)I海鹽漬土客土改良后的土壤理化性質(zhì)與持水特性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(7)：149－156.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.019 http://www.tcsae.org

Li Pinfang, Yang Yongli, Lan Tian, Guo Shiwen, Zhang Kai, Han Jiwei, Zhang Qing. Physicochemical properties and water holding characteristics of Tianjin coastal saline soil improved by foreign soil[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 149－156. (in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.019 http://www.tcsae.org

0 引 言

鹽漬土作為一種重要的土地資源，在地球上廣泛分布。目前全世界鹽堿土面積大約有9.5×109hm2，主要分布在亞歐大陸、美洲西部和非洲等世界各大洲的干旱地區(qū)。中國(guó)的鹽漬土總面積達(dá)3.7×108hm2，占世界鹽堿地總面積的1/28，廣泛分布于中國(guó)濱海以及內(nèi)陸各地[1-2]。但脆弱的生態(tài)環(huán)境，不良的氣候、地質(zhì)、地貌和水文等自然條件，是目前鹽漬化地區(qū)的主要特征。如能合理改良、利用鹽漬土，則可有效緩解土地資源不足、提升土地生產(chǎn)力，并改善生態(tài)環(huán)境的窘境。鹽漬土的改良利用是不可輕視的資源、環(huán)境與生態(tài)問題[3-5]。

鹽堿土改良利用的方法有采用客土、地面覆蓋、化學(xué)改良劑以及暗管排鹽、種植耐鹽或鹽生植物等多種類型。其中的客土改良法，是將鹽漬土移走回填適合植物生長(zhǎng)、理化性質(zhì)較好的客土，與其他改良技術(shù)相比，能在短時(shí)間達(dá)到預(yù)期效果，有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。有研究報(bào)道采用沙質(zhì)客土的方法可以有效改善龜裂堿土水分狀況，顯著促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量[6]。中國(guó)福建平海灣地區(qū)利用客土改良法，已經(jīng)使1 267 hm2沙堿鹽土得到了改良，與原生土壤相比，有機(jī)質(zhì)含量有了明顯提升，土壤質(zhì)地也得到了改善[7]。但往往由于不同水文、氣候環(huán)境的影響，改良后客土的持水性以及理化性質(zhì)會(huì)區(qū)別于原土以及用于改良的客土，呈現(xiàn)出新的特征[8-10]。

天津?yàn)I海新區(qū)位于中國(guó)天津市中心的東部，前身是一片淤泥質(zhì)鹽漬土灘涂，土表含鹽達(dá) 7%以上[10-11]，是典型的濱海重鹽漬荒漠化地區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，綠化異常艱難。隨著天津?yàn)I海新區(qū)的開發(fā)、開放及城市化進(jìn)程，鹽堿地綠化及土地的可持續(xù)利用成為制約濱海新區(qū)發(fā)展的重要因素之一，開展鹽漬土資源的持續(xù)利用與優(yōu)化管理的研究至關(guān)重要。已有研究報(bào)道，在濱海重鹽堿地區(qū)采用客土基盤技術(shù)進(jìn)行苗木培育，抗鹽、阻鹽、排鹽效果非常明顯，能夠?yàn)槊缒旧L(zhǎng)提供良好的環(huán)境條件，對(duì)種植穴以外區(qū)域的土壤按照客土∶山皮砂∶草炭=3∶1∶1（體積比）進(jìn)行改良的新改土工藝更適合楊樹的生長(zhǎng)[9]。暗管排鹽與客土改良技術(shù)被大規(guī)模應(yīng)用于天津?yàn)I海新區(qū)綠地建植工程中，在濱海重鹽漬地區(qū)一次性種植大規(guī)模的楊樹林總面積達(dá)4.75×105m2[9]。但隨著濱海新區(qū)綠化建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，時(shí)間的推進(jìn)，客土的土壤性能質(zhì)量是否能夠長(zhǎng)期維系濱海地區(qū)園林綠地的可持續(xù)利用和發(fā)展亟待探究[12-14]。

為此，本研究選取天津?yàn)I海新區(qū)十三大街道路邊的原生鹽漬土（濱海鹽漬土）和漢沽區(qū)泰達(dá)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)區(qū)楊樹林客土改良后利用 5 a客土土壤（客土∶山皮砂∶草炭= 3∶1∶1）為研究對(duì)象，測(cè)定分析其理化性質(zhì)和水分特征曲線，并比較分析土壤水分特征曲線模型的擬合情況，分析 2種土壤水分物理特性的差異，評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量及客土改良效果。以期為濱海地區(qū)客土配制技術(shù)以及綠地灌溉、施肥管理的改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究樣地概況及土樣采集

試驗(yàn)采樣地選取濱海重鹽堿淺潛水區(qū)域，位于天津市濱海新區(qū)漢沽區(qū)（117°79′E，39°21′N）。該區(qū)域原始地貌為海積平原，海拔高程 1.0～2.5 m，坡降0.1‰，地下水位0.5～1.5 m，常引起海水倒灌。該地區(qū)屬于暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫 12.3 ℃，年平均降水量589 mm，年平均蒸發(fā)量達(dá)1 931 mm。原始土體0～100 cm土層全鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)39.5 g/kg，地下水礦化度高達(dá)70～100 g/L[9]。

在天津?yàn)I海新區(qū)十三大街道路附近選取無(wú)植被覆蓋處的原生鹽漬土（以下簡(jiǎn)稱濱海鹽漬土），在漢沽區(qū)的泰達(dá)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)區(qū)楊樹林行間選取2008年客土改良施工后利用5 a的土壤（以下簡(jiǎn)稱配制客土）。2013年5月，在2種土壤類型地的地勢(shì)平坦處選擇采樣地點(diǎn)，各6處樣點(diǎn)，挖長(zhǎng)×寬×深為2 m×1.5 m×1 m的剖面，按0～10、＞10～20、＞20～30、＞30～40和＞40～60 cm層次取樣，用于土壤容重、水分特征曲線的測(cè)定，另取超過(guò)500 g的土樣用于其他理化指標(biāo)的測(cè)定，3個(gè)重復(fù)。

配制客土是由購(gòu)進(jìn)的客土土壤、山皮砂、草炭配制而成，配制比為：客土∶山皮砂∶草炭=3∶1∶1（體積比），表 1是配制客土?xí)r原材料的基本理化性質(zhì)。客土改良區(qū)域采用土壤置換與“淺潛水暗管排鹽法”配合的方式，土壤置換深度為100 cm，客土下面為爐渣墊層和回填層，其下埋設(shè)內(nèi)徑為60 mm波紋塑料盲管作為排水通道，排水盲管上的孔隙密度為1×10-3m2/m，盲管鋪設(shè)間距為8 m。在客土改良區(qū)域的植被，喬木以2009年10月栽植的毛白楊和 107楊為主，灌木為大葉黃楊，地被植物使用蛇莓、五葉地棉、二月蘭、紫花苜蓿以及波斯菊等。濱海鹽漬土區(qū)采用了同樣的“淺潛水暗管排鹽法”，即在距地表1 m以下鋪設(shè)爐渣層、回填層、排水通道等。濱海鹽漬土區(qū)與客土區(qū)采用相同的灌水制度，土表的植被種植情況也相同。

表1 客土配制摻拌材料的基本理化性質(zhì)Table1 Physical and chemical properties of adminding materials

1.2 樣品測(cè)定方法

土壤水分特征曲線采用砂箱法-壓力薄膜儀法測(cè)定。砂箱法測(cè)定土壤低吸力段對(duì)應(yīng)的體積含水率，依次施加的水吸力為2、4、6、8、10、30、50、100 kPa。壓力膜儀法測(cè)定高吸力段對(duì)應(yīng)的含水率，依次施加的水吸力為100、300、500、1 500 kPa[15]。

土壤容重采用烘干法，土粒密度采用比重瓶法測(cè)定，總孔隙度利用土壤容重和土粒密度計(jì)算而得。土壤質(zhì)地采用移液管法測(cè)定，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量采用濕篩法測(cè)定。用酸堿度計(jì)測(cè)定 pH值，陽(yáng)離子交換量(cation exchange capacity，CEC)采用乙酸鈉-火焰光度法測(cè)定。土壤電導(dǎo)率EC采用電導(dǎo)率儀測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定[16-17]。

1.3 土壤水分特征曲線模型擬合

水分特征曲線分別采用下列4種模型進(jìn)行擬合。1）van Genuchten模型（簡(jiǎn)稱VG模型）[18]

式中θ(h)為土壤體積含水率，θs為土壤飽和體積含水率，cm3/cm3；θr為殘余土壤體積含水率，cm3/cm3；h為負(fù)壓，kPa，α是進(jìn)氣值的倒數(shù)，m與n是土壤孔隙尺寸分布參數(shù)，m=1?1/n或m=1?2/n。α、m、n均是影響土壤水分特征曲線形態(tài)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

2）Dual-porosity模型（簡(jiǎn)稱DP模型）[19]

式中Se為飽和度；w1、w2分別為2個(gè)區(qū)域的權(quán)重因子；α1、α2為各自區(qū)域進(jìn)氣值的倒數(shù)，m1、m2、n1、n2為土壤孔隙尺寸分布參數(shù)，它們均為影響土壤水分特征曲線的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，其余符號(hào)含義同（1）式。

3）Lognormal distribution模型（簡(jiǎn)稱LND模型）[20]

式中θ為土壤體積含水率，erfc為高斯誤差函數(shù)(error function or Gauss error function)。

4）Brooks and Corey模型（簡(jiǎn)稱BC模型）[21]

式中λ是土壤孔隙尺寸分布參數(shù)，影響土壤水分特征曲線的斜率，其余符號(hào)含義同（1）、（2）式。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本文應(yīng)用Origin8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、圖表繪制，SPSS17.0進(jìn)行方差分析和非線性擬合，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05），應(yīng)用 RETC軟件進(jìn)行土壤水分特征曲線參數(shù)的計(jì)算及擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 濱海鹽漬土與配制客土的基本理化性質(zhì)

2.1.1 物理性質(zhì)

表2是濱海鹽漬土和配制客土不同土層的物理性質(zhì)測(cè)定結(jié)果。從表2中可以看出，2種土壤不同層次的土壤顆粒組成存在一定差異。從砂粒含量來(lái)看，相同土層濱海鹽漬土的砂粒含量均大于配制客土，2種土壤砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值分別為38.31%和20.92%，不同土層砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化范圍分別為29.43%～52.12%和17.84%～26.56%，2種土壤砂粒含量最高的土層深度均為0～10 cm。2種土壤在 10～20 cm土層的砂粒比 0～10 cm土層分別降低了43.53%和29.52%。在10～20 cm以下的土層，2種土壤砂粒含量隨土層深度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)。

濱海鹽漬土和配制客土不同土層粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化范圍分別為23.43%～28.21%和15.32%～26.70%，平均值分別為25.75%和20.23%。相同土層濱海鹽漬土的粉粒含量均大于配制客土，2種土壤粉粒含量最高的土層深度均為40～60 cm。濱海鹽漬土和配制客土黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化范圍分別為24.45%～46.16%和53.66%～65.96%，平均值分別為35.94%和58.85%。相同土層濱海鹽漬土的黏粒含量均小于配制客土，2種土壤黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最小值均出現(xiàn)在0～10 cm土層，分別為24.45%和53.66%；在10～20 cm土層 2種土壤的黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，分別為46.16%和65.96%。

濱海鹽漬土和配制客土0～10 cm土層黏粒含量低于砂粒含量，而在＞10～20 cm土層黏粒含量高于砂粒含量。這可能是由于在土壤表層發(fā)生了黏粒淋淀作用，導(dǎo)致0～10 cm土層的黏粒含量減少，＞10～20 cm土層的黏粒含量增大。

濱海鹽漬土和配制客土容重的變化范圍分別為1.38～1.54和1.30～1.50 g/cm3。在0～10 cm土層，濱海鹽漬土的容重顯著高于配制客土，2種土壤不同土層之間的容重值差異不顯著，除配制客土0～10 cm土層之外，其他均未達(dá)到《園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中園林建植上容重低于1.30 g/cm3 [22]的建議值。

表2 濱海鹽漬土與配制客土不同土層的物理性質(zhì)Table2 Physical properties of costal saline soil and blending foreign soil in different soillayer

濱海鹽漬土和配制客土總孔隙度的變化范圍分別為39.06～45.07和41.19～49.56。除0～10 cm土層之外，2種土壤相同土層之間孔隙度差異不顯著。濱海鹽漬土40～60 cm土層的孔隙度顯著高于30～40 cm土層，其他土層之間的孔隙度差異不顯著。配制客土0～10 cm土層的孔隙度顯著高于其他 4個(gè)土層，這是由于表層土壤砂粒含量較高所致。同時(shí)，2種土壤0～60 cm土層總孔隙度的平均值分別為43.44%和41.19%，客土改良措施雖然將濱海鹽漬土的總孔隙度有所提高，但仍未達(dá)到《園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中園林栽植土要求的合理范圍 50%～55%[22]。從團(tuán)聚體組成來(lái)看，配制客土 0～60 cm 土層＞0.25 mm團(tuán)聚體的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.56 %，是濱海鹽漬土的1.74倍，客土改良措施提高了土壤中大團(tuán)聚體的含量。

2.1.2 化學(xué)性質(zhì)

不同土層濱海鹽漬土和配制客土的化學(xué)性質(zhì)見表3。2種土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值分別為 9.31和12.07 g/kg。隨土層深度的增加，濱海鹽漬土的有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，而配制客土的有機(jī)質(zhì)含量卻基本呈下降的趨勢(shì)。除40～60 cm土層配制客土的有機(jī)質(zhì)含量低于濱海鹽漬土外，其他土層配制客土有機(jī)質(zhì)含量均高于濱海鹽漬土，0～60 cm土層平均有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值增加了29.65%。整體上，配制客土的有機(jī)質(zhì)高于濱海鹽漬土。這可能是由于配制客土中含有較高有機(jī)質(zhì)含量的草炭，提升了配制客土的有機(jī)質(zhì)含量，同時(shí)，配制客土取樣于楊樹林區(qū)域，上層土壤中存在較多的包括諸如植物殘茬、根類物質(zhì)等活性有機(jī)質(zhì)所致。但各層土壤有機(jī)質(zhì)都尚未達(dá)《園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞20 g/kg的土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[22]。

對(duì)于土壤的pH值變化情況，由表3可見，濱海鹽漬土不同土層之間pH值的差異不顯著，而配制客土的pH值的變化是0～40 cm隨著土層深度增加而降低，到底層的40～60 cm又有所反彈，其中10～20 cm土層的pH值最高，30～40 cm土層的pH值最低。配制客土0～10 cm和＞10～20 cm土層的pH值分別比同土層濱海鹽漬土高4.03%和6.25%，但30～40 cm土層的pH值卻比濱海鹽漬土低 4.39%。不同土層濱海鹽漬土和配置客土的pH值變化范圍分別為7.79～7.97和7.62～8.29。2種土壤0～60 cm土層pH值的平均值分別為7.89和8.00，差異不大，配制客土改良總體上沒有使土壤pH值明顯降低，基本上都略高于《園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中園林種植土pH值為6.0～7.8的建議標(biāo)準(zhǔn)[22]。

表3 濱海鹽漬土與配制客土的化學(xué)性質(zhì)Table3 Chemical properties of costal saline soil and blending foreign soil

濱海鹽漬土和配制客土的電導(dǎo)率變化范圍分別為4.74～7.61和0.14～0.23 mS/cm，配制客土的電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于濱海鹽漬土。天津?yàn)I海鹽漬土經(jīng)客土改良后，0～60 cm土層平均電導(dǎo)率由 6.2降低至 0.18 mS/cm，降低幅度為97%，這表明客土改良手段大幅度降低了濱海鹽漬土的電導(dǎo)率，鹽漬化程度得到了明顯緩解，在土壤鹽度上滿足《園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中園林種植土 EC值小于1.2 mS/cm的建議標(biāo)準(zhǔn)[22]]。配制客土10～20 cm的陽(yáng)離子交換量為 10.65 cmol/kg，比相同土層深度濱海鹽漬土的陽(yáng)離子交換量低12.47%，而其他土層的陽(yáng)離子交換量均比相同土層濱海鹽漬土的陽(yáng)離子交換量大。配制客土陽(yáng)離子交換量平均值比濱海鹽漬土高8.36%，這可能是土壤肥力改善機(jī)制之一。

2.2 土壤水分特征曲線模型擬合比較

應(yīng)用RETC軟件中的VG模型、BC模型、DP模型、LND模型對(duì)各實(shí)測(cè)值土壤水分特征曲線進(jìn)行擬合，確定土壤水分特征曲線參數(shù)。VG模型、BC模型、DP模型和LND模型幾何平均數(shù)的變化范圍分別為1.002～1.005 7、1.002～1.005 8、1.001～1.004 5和1.001～1.004 2，均大于1，說(shuō)明4種擬合模型所得擬合值的總體上高于實(shí)測(cè)值。

4種擬合模型決定系數(shù)平均值的大小順序?yàn)長(zhǎng)ND(R2=0.949 6)＞VG(R2=0.934 9)＞DP(R2=0.934 7)＞BC (R2=0.884 5)。LND模型除配制客土的20～30 cm土層外，對(duì)濱海鹽漬土和配制客土 2種土壤其他土層土壤水分特征曲線擬合決定系數(shù)最高，分別在 0.967 6～0.986 3和0.866 4～0.991 2之間（不含20～30 cm土層），且均方根誤差最?。?.002 6±0.003 7）。DP模型對(duì)配制客土20～30 cm 土層的土壤水分特征曲線的擬合決定系數(shù)為0.796 6，高于其他擬合模型，在這一土層擬合值與實(shí)測(cè)值的均方根誤差也是最小的。而LND模型在這一土層擬合方程決定系數(shù)以及擬合值與實(shí)測(cè)值的均方根誤差與DP模型非常接近，從總體上看LND模型對(duì)于濱海鹽漬土和配制客土的土壤水分特征曲線的擬合效果最好。圖 1是利用LND模型對(duì)濱海鹽漬土和配制客土不同土層水分特征曲線的擬合效果圖。

圖1 濱海鹽漬土和配制客土最優(yōu)擬合土壤水分特征曲線Fig.1 Costal saline soil and blending foreign soil with optimal soil moisture characteristic curve

2.3 2種土壤的孔隙特征與持水特性

2.3.1 土壤孔隙特征

利用擬合效果最優(yōu)的土壤水分特征LND模型推算出土壤中不同孔徑孔隙的體積分?jǐn)?shù)，根據(jù)Greenland的方法將 0～500μm范圍內(nèi)的孔隙分為：結(jié)合孔隙（0～0.005μm）、殘余孔隙（0.005～0.5μm）、存儲(chǔ)孔隙（0.5～50μm）和結(jié)構(gòu)孔隙（50～500μm）[23]。圖2是基于該分類方法繪制的2種土壤不同土層孔隙的分布情況。

由圖2分析得出，濱海鹽漬土0～60 cm土層存儲(chǔ)孔隙的平均體積分?jǐn)?shù)為11.93 %。30～40 cm土層的存儲(chǔ)孔隙度最低，比0～10 cm土層的減少了42.76%(圖2a)。配制客土存儲(chǔ)孔隙的變化情況比較復(fù)雜，其變化范圍是8.76%～19.25%，0～60 cm土層存儲(chǔ)孔隙的平均孔隙度為13.86%（圖2b）。土壤存儲(chǔ)孔隙中的水密切關(guān)系到根系生長(zhǎng)以及土壤微生物活性，客土改良措施提高了土壤存儲(chǔ)孔隙的含量，這會(huì)對(duì)土壤中微生物活性以及植物根系生長(zhǎng)有一定的改善與促進(jìn)作用。

土壤結(jié)構(gòu)孔隙對(duì)水分在土體中的遷移以及根系伸長(zhǎng)有很大的影響，配制客土20～30 cm土層的結(jié)合孔隙的孔隙度驟然增大，殘余孔隙和存儲(chǔ)孔隙的下降幅度也很明顯，這可能是由于配制客土摻混不均勻而引起的。配制客土除 20～30 cm土層外，其他土層結(jié)合孔隙的含量均低于濱海鹽漬土對(duì)應(yīng)土層深度結(jié)合孔隙的含量。2種土壤的結(jié)合孔隙的孔隙度都大于其他類型的孔隙，說(shuō)明無(wú)效水孔隙比較多。

圖2 濱海鹽漬土和配制客土土壤的當(dāng)量孔徑分布Fig.2 Pore size distribution of costal saline soil and blending foreign soil

2.3.2 土壤持水特性

參照G??b等[24-25]研究者關(guān)于土壤水分的研究方法，將土壤水分參數(shù)分為：1）田間持水量-土壤水吸力在 10 kPa條件下的土壤含水量；2）凋萎系數(shù)-土壤水吸力在1500 kPa條件下的土壤含水量；3）速效水-土壤田間持水量與土壤水吸力在490 kPa條件下的土壤含水量的差值；4）有效水-田間持水量與凋萎系數(shù)的差值；5）相對(duì)田間持水量-田間持水量與飽和含水量的比值。

圖3是2種土壤不同土層田間持水量、凋萎系數(shù)、速效水含量的變化情況。濱海鹽漬土（圖3a）和配制客土（圖3b）不同土層的田間持水量變化分別在0.44～0.53和0.38～0.47 cm3/cm3之間，平均值分別為0.48和0.43 cm3/cm3，濱海鹽漬土的田間持水量總體上高于配制客土。但濱海鹽漬土的凋萎系數(shù)也處在相對(duì)較高的水平，變化范圍在 0.30～0.38 cm3/cm3之間，平均值為0.35 cm3/cm3，比配制客土凋萎系數(shù)平均值0.30 cm3/cm3大17%左右。由于配制客土凋萎系數(shù)在 20～30 cm土層急劇增大，導(dǎo)致其變化范圍較大（0.24～0.41 cm3/cm3）。濱海鹽漬土和配制客土速效水的變化范圍均為0.07～0.14 cm3/cm3，不同土層速效水的平均值都是0.10 cm3/cm3。可見，本研究中的客土改良措施對(duì)土壤速效水的含量影響不大。

圖3 濱海鹽漬土和配制客土中不同土壤水分參數(shù)的剖面變化Fig.3 Soil moisture parameters variety in profiles of costal saline soil and blending foreign soil

圖4是不同土層濱海鹽漬土和配制客土有效水和相對(duì)田間持水量的變化情況。2種土壤的有效水體積分?jǐn)?shù)隨土層深度增加呈相反的變化趨勢(shì)，變化范圍分別為0.10～0.17和0.07～0.17 cm3/cm3，平均值均約為0.13 cm3/cm3。配制客土在10～20 cm以及30～40 cm土層有效水與速效水含量均高于濱海鹽漬土相同土層的相應(yīng)指標(biāo)（圖3、圖4），在其他土層相應(yīng)指標(biāo)的大小均低于濱海鹽漬土。不同土層配制客土有效水含量的變化幅度較濱海鹽漬土大，這可能是配制客土原料摻混不均勻所致?？傮w上看，這種客土改良措施沒能使土壤有效水的含量顯著提升。不同土層濱海鹽漬土和配制客土相對(duì)田間持水量的變化范圍分別為85.81%～93.66%和67.12%～85.19%，整體上配制客土相對(duì)田間持水量略低于濱海鹽漬土。

圖4 2種類型土壤中不同土層土壤相對(duì)田間持水量及有效水含量Fig.4 Soil relative field water capacity and available water content of 2 kinds of soils

3 討 論

土壤黏粒是影響土壤基質(zhì)特征最具有決定意義的粒級(jí)，與砂粒、粉粒不同的是黏粒具有巨大的比表面積，且具有膠體的性質(zhì)，在土壤的物理化學(xué)過(guò)程中極為活躍，黏粒表面可吸附大量的水分和離子等，明顯影響土壤的結(jié)構(gòu)、孔隙度和鹽分組成及含量等，這在土壤干燥和濕潤(rùn)交替過(guò)程中尤為明顯。本研究中的配制客土土壤土樣均為黏土，這些土壤的黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在 50%以上，有的土樣甚至高達(dá)66%（表2）。而濱海鹽漬土的黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)也基本在 40%左右（大多屬壤質(zhì)黏土類），不同土層的配制客土黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值比濱海鹽漬土高63.75%，經(jīng)5 a利用后的配制客土的質(zhì)地比濱海鹽漬土更為黏重，屬于重黏土。一般當(dāng)土壤中黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%～30%，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于15 g/kg時(shí)土壤就極易板結(jié)[26]。并且濱海鹽漬土和配制客土0～60 cm土層總孔隙度的平均值分別為43.44%和41.19%，都低于園林栽植土要求的適宜范圍 50～55%。配制客土和濱海鹽漬土的容重總體上沒有太大差異，除配制客土0～10 cm土層土壤容重值為1.30 g/cm3外，2種土壤其他土層的容重值都大于1.4 g/cm3（表2），均超過(guò)《園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中容重＜1.30 g/cm3的建議值[22]。大量研究表明，當(dāng)容重在1.4～1.6 g/cm3之間時(shí)，會(huì)對(duì)根系在土壤中的伸長(zhǎng)產(chǎn)生阻礙從而影響植物正常生長(zhǎng)[27]。由此可見，土壤質(zhì)地黏重是影響該地區(qū)土壤資源開發(fā)利用的主要因素之一，也是土壤改良中的難點(diǎn)。

土壤電導(dǎo)率能夠簡(jiǎn)單、快捷地反映土壤鹽度和鹽漬化程度[28-29]。本調(diào)查研究結(jié)果顯示，濱海鹽漬土和配制客土 0～60 cm土層電導(dǎo)率變化范圍分別在 4.74～7.61 mS/cm和0.14～0.23 mS/cm之間(表3)。很明顯，配制客土的平均電導(dǎo)率0.18 mS/cm比濱海鹽漬土的6.2 mS/cm降低了97%，滿足《園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中土壤EC值小于1.2 mS/cm的建議值[22]。另外，總體上配制客土陽(yáng)離子交換量平均值 11.54 cmol/kg，比濱海鹽漬土高8.36%（表 3）的原因，可能是由于客土中摻拌的草炭的陽(yáng)離子交換量較高所致（表1）。不同土層配制客土有機(jī)質(zhì)的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)比濱海鹽漬土高 29.65%（表 3），這可能也是由于配制客土在摻混過(guò)程中加入的占總體積 1/5的草炭的有機(jī)質(zhì)含量較高所致（表1）。這些指標(biāo)的提升可認(rèn)為是土壤肥力改善的機(jī)制之一。但本研究中 2種土壤樣品有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為16.13 g/kg，仍低于《園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中花壇土、花境土、樹壇土以及草坪土的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥20 g/kg的標(biāo)準(zhǔn)[22]。由此可見，該地區(qū)土壤需要進(jìn)一步改善有機(jī)質(zhì)含量。

2種土壤0～60 cm土層pH的平均值分別為7.89和8.00，差異不大（表3），但都略高于《園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的pH為6.0～7.8的建議值[22]。配制客土總體上沒有使土壤pH值降低，反而0～20 cm土層8.28左右的pH值比其下層和同層的濱海鹽漬土還要高，這與以前的研究結(jié)果呈相同趨勢(shì)[11]。這可能與配制客土的黏粒含量較高有關(guān)，因土壤中黏粒膠體的交換性和其他固體顆粒的陽(yáng)離子交換性有關(guān)，也與外部土壤溶液中相應(yīng)離子的交換性相關(guān)。而可交換性陽(yáng)離子的表面性質(zhì)取決于兩個(gè)相反的過(guò)程： 1）可交換性陽(yáng)離子吸附于弱交換性的黏粒礦物表面；2）在可交換性陽(yáng)離子離子濃度較高時(shí)，會(huì)從黏粒礦物表面解吸下來(lái)，進(jìn)入濃度低的主體溶液中。正是這 2個(gè)相反過(guò)程的作用，導(dǎo)致陽(yáng)離子從黏粒礦物表面解吸，其濃度以指數(shù)形式下降，并進(jìn)入主體溶液中。2價(jià)陽(yáng)離子，如鈣、鎂緊密吸附于黏粒礦物表面，其吸附力大約是鈉離子或其他1價(jià)離子的2倍[26]，使得土壤中1價(jià)離子的鹽分在淋溶、暗管排鹽后鹽度降低，但強(qiáng)力吸附在土壤黏粒表面的鈣、鎂離子與酸根結(jié)合致使土壤pH值有所升高。這有待在下一步研究中對(duì)土壤中各離子的變化情況進(jìn)行深入、詳細(xì)的測(cè)定后給予綜合分析判斷。

土壤中有效水是土壤田間持水量與凋萎系數(shù)的差值，是土壤中可以被植物吸收利用的水分。當(dāng)土壤中有效水的體積分?jǐn)?shù)小于0.15 cm3/cm3時(shí)，植物根系的生長(zhǎng)以及其他各項(xiàng)生理功能會(huì)受到限制[30]。本研究中，配制客土的有效水含量與濱海鹽漬土相比并沒有顯著提高，平均值反而比濱海鹽漬土下降了 4%左右，如果去掉位于20～30 cm層次的特殊低點(diǎn)值（可能是由于配制客土摻混不均勻所致），其平均值比濱海鹽漬土高出6.7%（圖4b）。但 2種土壤的有效水平均值都約為 0.13 cm3/cm3，小于0.15 cm3/cm3，說(shuō)明調(diào)查的客土對(duì)土壤的水分條件改善效果并不理想。

相對(duì)田間持水量是反映土壤水、氣平衡狀況的重要指標(biāo)，通常最佳的土壤的相對(duì)田間持水量范圍是 60%～70%。當(dāng)相對(duì)田間持水量的值超過(guò)70%，土壤中微生物的活性會(huì)由于土壤通氣度降低而受到影響，進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)[30]。配制客土與濱海鹽漬土相比，相對(duì)田間持水量的值總體上有所降低，但是除0～10 cm土層的相對(duì)田間持水量從87.23%下降的67.12%之外，配制客土其他土層相對(duì)田間持水量值仍在70%以上（圖4a）。因此，本文中客土改良措施對(duì)鹽漬土的水、氣平衡狀況的改善效果還有待進(jìn)一步分析研究。

本研究采用VG模型、BC模型、DP模型及LND模型對(duì)濱海鹽漬土和配制客土不同土層的水分特征曲線進(jìn)行擬合，通過(guò)比較擬合模型的決定系數(shù)、擬合值與實(shí)測(cè)值的均方根誤差以及幾何平均數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)不同擬合模型的適用性，結(jié)果顯示LND模型對(duì)2種土壤不同土層水分特征曲線的幾何效果最佳（圖1）。一些研究人員曾通過(guò)擬合模型的比較，將VG模型作為土壤水分特征曲線的最優(yōu)擬合模型[31-32]。栗現(xiàn)文等人利用淡水以及礦化度分別為30、100和250 g/L的水樣對(duì)土體進(jìn)行飽和處理后，利用不同擬合模型對(duì)脫濕過(guò)程的水分特征曲線進(jìn)行擬合并比較適用性，得出上述處理的最優(yōu)擬合模型分別為 VG模型、DP模型、LND模型以及DP模型[33]。目前尚無(wú)圓滿的數(shù)學(xué)模型可以全面描述土壤水分特征曲線，如何從機(jī)理上解釋擬合模型的優(yōu)劣，需要更加深入的研究。

綜上所述，本研究中的客土改良措施使土壤 0～60 cm土層的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、陽(yáng)離子交換量平均值分別提高了29.65%和8.36%，但土壤容重、孔隙度、pH值、持水特性等并沒有明顯的改善效果。可見，天津?yàn)I海鹽漬土的改良不僅要重視鹽漬化的問題，同時(shí)不能輕視土壤的其他理化性質(zhì)與持水特性[34]。土壤中各理化指標(biāo)之間存在相互影響的作用機(jī)制，而各自的影響機(jī)理又存在差異，本文只是將 2種土壤作為研究對(duì)象進(jìn)行的初步探討研究，且采樣點(diǎn)和測(cè)定指標(biāo)有限，諸多問題和機(jī)理，需進(jìn)一步擴(kuò)充樣本數(shù)量和測(cè)定分析的指標(biāo)，并將土壤物理、土壤化學(xué)中的多指標(biāo)聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行深入的分析研究。

4 結(jié) 論

本文選取濱海新區(qū)漢沽區(qū)的濱海鹽漬土以及采用客土改良后歷經(jīng)5 a的土壤（配制客土）作為研究對(duì)象，測(cè)試分析 2種土壤0～60 cm不同土層土樣的基本理化性質(zhì)、土壤水分特征曲線，探討改良后客土的理化性質(zhì)和土壤水分參數(shù)的差異，得到以下結(jié)論。

改良后的客土鹽漬化程度明顯降低，有機(jī)質(zhì)含量增大，但土壤pH值沒有得以改善。土壤電導(dǎo)率由6.2降低至0.18 mS/cm，降低幅度為97%；有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和陽(yáng)離子交換量平均提高了29.65%和8.36%，但有機(jī)質(zhì)含量仍低于《園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的建議值；土壤的容重僅0～10 cm土層值降低到1.30 g/cm3，但與原土壤容重差異不大，且都在1.4 g/cm3以上，尚未達(dá)到《園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求；相對(duì)田間持水量值除 0～10 cm土層有所降低之外，其他土層并無(wú)明顯變化，基本仍都在70%以上。

綜合分析后認(rèn)為，濱海鹽漬土經(jīng)配制的客土改良后，鹽漬化程度減弱，有機(jī)質(zhì)增大，但持水特性和物理性質(zhì)卻沒有明顯的改善。土壤質(zhì)地黏重是影響該地區(qū)土地資源開發(fā)利用的主要因素之一。本研究對(duì)象是使用5 a的客土，所呈現(xiàn)的物理化學(xué)特征機(jī)理及代表性有待深入探討。

[1] Sumner M E, Naidu R. Sodic soils: Distribution, Properties, Management and Environmental Consequences[M]. Oxford University Press, 1998.

[2] 王遵親. 中國(guó)鹽漬土[M]. 北京：科學(xué)出版社，1993：1－6.

[3] 紀(jì)永福，藺海明，楊自輝，等. 夏季覆蓋鹽堿地表面對(duì)土壤鹽分和水分的影響[J]. 干旱區(qū)研究，2007，24(3)：375－381. Ji Yongfu, Lin Haiming, Yang Zihui, et al. Study on the effects of covering land on salt and moisturecontents in saline or alkaline soil in summer[J]. Arid Zone Research, 2007, 24(3): 375－381. (in Chinese with English abstract)

[4] Glab T. Effect of soil compaction and N fertilization on soil pore characteristics and physical quality of sandy loam soil under red clover/grass sward[J]. Soil & Tillage Research, 2014, 144: 8－19.

[5] 邢旭光，趙文剛，馬孝義，等. 土壤水分特征曲線測(cè)定過(guò)程中土壤收縮特性研究[J]. 水利學(xué)報(bào)，2015，46(10)：1181－1188. Xing Xuguang, Zhao Wengang, Ma Xiaoyi, et al. Study on soil shrinkage characteristics during soil water characteristic curve measurement[J]. Journal of hydraulic engineering, 2015, 46(10): 1181－1188. (in Chinese with English abstract)

[6] 薛鑄，萬(wàn)書勤，康躍虎，等. 龜裂堿地沙質(zhì)客土填深和秸稈覆蓋對(duì)作物生長(zhǎng)的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2014，33(1)：38－41. Xue Zhu, Wan Shuqing, Kang Yuehu, et al. Effect of sand-filled depth and straw mulching on crops growth in takyric solonetz[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2014, 33(1): 38－41. (in Chinese with English abstract)

[7] 高志強(qiáng). 福建濱海鹽土客土改良效果研究[J]. 土壤學(xué)報(bào)，1995，32(1)：101－107. Gao Zhiqiang. Effective of foreign soil in improving and utilizing coastal saline soil of Fujian province[J]. Acta Pedologica Sinica, 1995, 32(1): 101－107. (in Chinese with English abstract)

[8] 楊永利. 濱海重鹽漬荒漠地區(qū)生態(tài)重建技術(shù)模式及效果的研究[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004. Yang Yongli. Studies on the Technology Models and Effect foe Ecological Reconstruction in the Coast Area with Heavy Soil Salinity-Take Tianjin Coast Area as Example[D]. Beijing: China Agricultural University, 2004. (in Chinese with English abstract)

[9] 張凱，楊永利，張清，等. 濱海鹽堿土改良新工藝條件下楊樹林土壤特性的研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，32(7)：1413－1422. Zhang Kai, Yang Yongli, Zhang Qing, et al. Soil physico chemical properties of poplar plantation stand under the new technique of saline-alkali soil reclamation in coastal area[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2013, 32(7): 1413－1422. (in Chinese with English abstract)

[10] 張萬(wàn)均，唐廷貴，郭育文，等. 鹽漬土綠化[M]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1999.

[11] 朱金糴，郭世文，楊永利，等. 天津?yàn)I海開發(fā)區(qū)綠地土壤鹽分時(shí)空變異特征[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32(增刊2)：161－168. Zhu Jindi, Guo Shiwen, Yang Yongli, et al. Temporal-spatial variability of soil salinity in greenspace of Tianjin Binhai economic-technological development area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2016, 32(Supp.2): 161－168. (in Chinese with English abstract)

[12] Ullrich A, Volk M. Application of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) to predict the impact of alternative management practices on water quality and quantity[J]. Agricultural Water Management, 2009, 96(8): 1207－1217.

[13] Arya L M, Heitman J L. A non-empirical method for computing pore radii and soil water characteristics from particle-size distribution[J]. Soil Science Society of America Journal, 2015, 79(6): 1537－1544.

[14] Dexter A R, Richard G. Tillage of soils in relation to their bi-modal pore size distributions[J]. Soil & Tillage Research, 2009, 103(1): 113－118.

[15] 王紅蘭，唐翔宇，鮮青松，等. 紫色土水分特征曲線室內(nèi)測(cè)定方法的對(duì)比[J]. 水科學(xué)進(jìn)展，2016，27(2)：240－248. Wang Honglan, Tang Xiangyu, Xian Qingsong, et al. Comparison of laboratory methods for determining water retention curves in purple soil[J]. Advance in Water Science, 2016, 27(2): 240－248. (in Chinese with English abstract)

[16] 呂貽忠，李保國(guó). 土壤學(xué)實(shí)驗(yàn)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2010.

[17] Carter M, Gregorich E, Adl S M, et al. Soil sampling and methods of analysis[M]. Florida: CRC Press, 2007.

[18] Van Genuchten M Th. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 1980, 44(5): 892－898

[19] Durner W. Hydraulic conductivity estimation for soils with heterogeneous pore structure[J]. Water Resources Research, 1994, 30(30): 211－223.

[20] Kosugi K I. Lognormal distribution model for unsaturated soil hydraulic properties[J]. Water Resources Research, 1996, 32(9): 2697－2704.

[21] Brooks R H, Corey A T. Hydraulic Properties of Porous Media[R]. Hydrology Paper 3. Fort Collins: Colorado State University, 1964.

[22] 上海市建設(shè)委員會(huì).園林栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，滬建（98）第0534號(hào)[S]. 1998：2－4.

[23] Greenland D J. Soil management and soil degradation[J]. European Journal of Soil Science, 1981, 32(32): 301－322.

[24] Glab T, Szewczyk W. Influence of simulated traffic and roots of turfgrass species on soil pore characteristics[J]. Geoderma, 2014, 230: 221－228.

[25] Reynolds W D, Drury C F, Yang X M, et al. Impacts of 48 years of consistent cropping, fertilization and land management on the physical quality of a clay loam soil[J]. Canadian Journal of Soil Science, 2014, 94(94): 403－419.

[26] Wallender W W, Tanji K K. Agricultural Salinity Assessment and Management[M]. Washington: American Society of Civil Engineers, 2011: 141－145.

[27] Reynolds W D, Drury C F, Yang X M, et al. Optimal soil physical quality in ferred through stru- ctural regression and parameter interactions[J]. Geoderma, 2008, 146(3/4): 466－474.

[28] Shrestha D P, Margate D E, Meer F V D, et al. Analysis and classification of hyperspectral data for mapping land degradation: An application in southern Spain[J]. International Journal of Applied Earth Observation & Geoinformation, 2005, 7(2): 85－96.

[29] 張瑜斌，鄧愛英，莊鐵誠(chéng)，等. 潮間帶土壤鹽度與電導(dǎo)率的關(guān)系[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2003，12(2)：164－165.Zhang Yubin, Deng Aiying, Zhuang Tiecheng, et al. Relation between soil salinity in intertidal zone and electric conductivity[J]. Ecology and Environment, 2003, 12(2): 164－165. (in Chinese with English abstract)

[30] White R E. Principles and practice of soil science[J]. Wiley-Blackwell, 2005(3): 301.

[31] Skopp J, Jawson M D, Doran J W. Steady-state aerobic microbial activity as a function of soil water content[J]. Soil Science Society of America Journal, 1990, 54(6): 1619－1625.

[32] 付強(qiáng)，蔣睿奇，王子龍，等. 基于改進(jìn)螢火蟲算法的土壤水分特征曲線參數(shù)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(11)：117－122. Fu Qiang, Jiang Ruiqi, Wang Zilong. et al. Optimization of soil water characteristic curves parameters by modified firefly algorithm[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2015, 31(11): 117－122. (in Chinese with English abstract)

[33] 栗現(xiàn)文，周金龍，靳孟貴，等. 高礦化度土壤水分特征曲線及擬合模型適宜性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(13)：135－141. Li Xianwen, Zhou Jinlong, Jin Menggui, et al. Soil-water characteristic curves of high-TDS and suitability of fitting models[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2012, 28(13): 135－141. (in Chinese with English abstract)

[34] 邢旭光，馬孝義，康端剛. 鹽陽(yáng)離子類型及濃度對(duì)土壤持水及干縮開裂的作用效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32(9)：115－122. Xing Xuguang, Ma Xiaoyi, Kang Duangang. Impacts of type and concentration of salt cations on soil water retention and desiccation cracking[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2016, 32(9): 115－122. (in Chinese with English abstract)

Physicochemical properties and water holding characteristics of Tianjin coastal saline soil improved by foreign soil

Li Pinfang1,2, Yang Yongli3, Lan Tian1,2, Guo Shiwen1※, Zhang Kai3, Han Jiwei1, Zhang Qing3
(1.College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing100193,China; 2.Key Laboratory of Arable Land Conservation(North China),Ministry of Agriculture,Beijing100193,China;3.Tianjin TEDA Green Group Co. ltd., Tianjin300457,China)

The method of soil replacement removes saline alkali soil and backfills with the soil, which has excellent physical and chemical properties and is suitable for plant growth, and this method can achieve the purpose of soil improvement in a short time compared with other technologies. Studying the physical and chemical properties of the soil, which has been amended with the method of soil replacement, has a very important meaning to the evaluation of soil improvement effect, the establishment of irrigation system in the improved area, and the improvement of soil replacement technologies. This study focuses on the physicochemical properties and water holding characteristics in the 5 sampled layers of the costal saline soil and the soil after foreign soil amelioration in Hangu District, Binhai New Area, Tianjin. Towards these 2 kinds of soil, the basic physicochemical properties of different layers within the depth of 0-60 cm are analyzed, as well as the soil water characteristic curve. In addition, The van Genuchten model (VG), the dual-porosity model (DP), the Brooks and Corey model (BC) and the lognormal distribution model (LND) were used to fit the soil water characteristic curve, respectively. The applicability of these models and the variety of soil moisture parameters were compared and evaluated. Upon the achievement of the optimal fitting model, more details were given, such as field water capacity, available water content, rapidly available water content, and permanent wilting point. The results showed that the conductivity of the soil after foreign soil amelioration was much lower than that of the costal saline soil, which was decreased by up to 97%. The average value of the conductivity in different soil layers was only 2.82% of that of the coastal saline soil. The density values of the 2 kinds of soil in all layers were estimated to exceed 1.4 g/cm3, only except 0-10 cm layer of the soil after foreign soil amelioration which was 1.30 g/cm3. The available water content in different layers of the soil after foreign soil amelioration was about 4% lower than that of the coast saline soil. Compared with the costal saline soil, the relative field water capacity value of the soil after foreign soil amelioration generally decreases, especially down to 67% in term of relative field water capacity in 0-10 cm layer. However, it still exceeded 70% at other layers. The rapidly available water contents of coastal saline soil and soil after foreign soil amelioration both vary from 0.07 to 0.14 cm3/cm3, and the average rapidly available water contents in different soil layers were both 0.10 cm3/cm3. The available water content in different layers of the soil after foreign soil amelioration was about 4% lower than that of the coast saline soil. The soil amendment measure in this study does not significantly improve the rapidly available water content and the available water content of coastal saline soil. The mean value of determination coefficient for fitting model follows the sequence as LND (0.949 6) ＞ VG (0.934 9) ＞ DP (0.934 7) ＞ BC (0.884 5). Generally, the lognormal distribution model was the best one for fitting the water characteristic curve of both the costal saline soil and the soil after foreign soil amelioration. The salinization degree of the costal saline alkali soil after foreign soil amelioration decreased significantly compared to that before soil replacement, with the relative field water capacity of the costal saline soil slightly varying. Considering the relative field water capacity, the soil after foreign soil amelioration is still not suitable for plant growth, except the 0-10 cm layer soil. And there was no obvious improvement in water holding characteristics and physical properties, which had not reached the recommended value in the quality standard of garden planting soil. The heavy clay soil texture is an important factor to restrict the soil quality, which affects soil resources development and utilization in this area.

soils; pH; organic matter; coastal saline soil; foreign soil; physicochemical properties; soil water characteristic curve; water holding characteristics

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.019

S156.4+2

A

1002-6819(2017)-07-0149-08

2016-09-26

2017-01-20

天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目（14RXHZSF00142）

李品芳，女(漢族)，內(nèi)蒙古人，博士，教授，主要從事水土資源可持續(xù)利用，鹽土與鹽生植物的開發(fā)與利用研究。北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，100193。

Email：pfli@cau.edu.cn

※通信作者：郭世文，男，漢族，北京人，農(nóng)學(xué)博士，副教授，主要從事水土資源利用與規(guī)劃設(shè)計(jì)，水利工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)，農(nóng)業(yè)生態(tài)工程等方面的研究。北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，100193。

Email：guosw@cau.edu.cn