咸淡輪灌和生物炭對(duì)濱海鹽漬土水鹽運(yùn)移特征的影響

黃明逸 張展羽 徐 輝 翟亞明 王 策 朱成立

(1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院， 南京 210098； 2.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院， 南京 210098)

0 引言

我國東部濱海地區(qū)灘涂廣袤，是極為重要的后備土地資源。目前，東部沿海灘涂復(fù)墾面積已超過2.6×103km2，然而多數(shù)圍墾區(qū)土地存在著不同程度的鹽漬化，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)的高效發(fā)展[1-2]。隨著沿海地區(qū)城鎮(zhèn)化和工商業(yè)的快速發(fā)展，可用于鹽漬化土壤治理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的淡水資源日益短缺，導(dǎo)致濱海圍墾區(qū)每年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失達(dá)30%以上[3]。為了充分開發(fā)濱海區(qū)鹽漬化土地資源，探索科學(xué)、適宜的鹽漬土改良和微咸水利用方法成為濱海圍墾區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的研究熱點(diǎn)[4]。

濱海地區(qū)豐富的微咸水資源是重要的淡水替代品，利用微咸水進(jìn)行鹽漬土淋洗改良已獲得廣泛關(guān)注[5-8]。盡管如此，使用微咸水仍然存在土壤次生鹽堿化的風(fēng)險(xiǎn)，微咸水安全利用成為關(guān)鍵[9]。輪流使用微咸水和淡水是一種較易實(shí)行的微咸水利用方法，能夠促進(jìn)微咸水利用下的土壤鹽分控制和作物生產(chǎn)[10]。管孝艷等[11]發(fā)現(xiàn)，在2、4 g/L微咸水與淡水交替灌溉下，表層土壤鹽分向深層遷移，并未引起土壤鹽漬化。米迎賓等[12]指出，3 g/L微咸水在咸淡交替方式下相比持續(xù)利用更能有效地抑制土壤積鹽。閆冰等[13]發(fā)現(xiàn)，咸淡輪灌有利于新疆綠洲土根系土壤洗鹽，可保障土壤的安全持續(xù)利用。朱瑾瑾等[14]發(fā)現(xiàn)，3 g/L微咸水在咸淡輪灌方式下可降低濱海鹽堿土含鹽量。

生物炭是在低氧或無氧環(huán)境和700℃以內(nèi)溫度條件下通過有機(jī)生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的一種高芳香化難熔性物質(zhì)，具有較大的比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、高負(fù)電荷密度和官能團(tuán)[15]。生物炭作為土壤改良劑可以降低土壤容重、促進(jìn)孔隙結(jié)構(gòu)和團(tuán)聚體形成，進(jìn)而改善土壤入滲性能及持水能力[16]。近年來，生物炭在鹽漬土壤治理中展現(xiàn)了較好的應(yīng)用價(jià)值[17-21]。

本文以濱海鹽漬土為研究對(duì)象，采取咸淡輪灌和生物炭相結(jié)合的方法，進(jìn)行室內(nèi)入滲試驗(yàn)，分析討論咸淡輪灌和生物炭施用對(duì)土壤入滲特性及水鹽運(yùn)移的影響，以期為科學(xué)利用濱海區(qū)鹽漬土和微咸水資源提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤來自東南沿海的鹽城市濱海圍墾區(qū)東川農(nóng)場(北緯32°96′、東經(jīng)120°87′)，為我國東部濱海圍墾區(qū)代表性鹽漬土，土壤質(zhì)地屬于粉砂壤土。生物炭是小麥秸稈在低氧窯中通過550～600℃熱解4～6 h獲得。鹽漬土和生物炭試驗(yàn)材料主要性質(zhì)如表1所示。入滲水質(zhì)分別為淡水和3 g/L微咸水，淡水取自實(shí)驗(yàn)區(qū)自來水系統(tǒng)，微咸水根據(jù)取土農(nóng)區(qū)地下淺層微咸水的鹽分組成，通過NaCl、Na2SO4、CaCl2以及MgCl2化學(xué)試劑與淡水充分溶解至礦化度3 g/L配置而成(表2)。

表1 供試土壤和生物炭主要性質(zhì)Tab.1 Main properties of coastal soil and biochar

表2 入滲水質(zhì)主要性質(zhì)Tab.2 Main properties of infiltration water

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)裝置由供水設(shè)備、試驗(yàn)土柱和水鹽測定裝置3部分組成(圖1)。供水設(shè)備為馬氏瓶，設(shè)計(jì)尺寸為內(nèi)徑10 cm、高度30 cm，入滲積水保持為定水頭2 cm，外壁貼有標(biāo)尺，以控制和記錄入滲水量；試驗(yàn)土柱為透明有機(jī)玻璃制品，內(nèi)徑15 cm，高度70 cm，土柱側(cè)面每隔5 cm開直徑為2 cm的圓形通孔，用于安裝TDR土壤水分測定探針及原始土樣采集，外壁貼有標(biāo)尺，以記錄濕潤鋒推移進(jìn)程。土柱內(nèi)壁涂抹凡士林用于消除邊壁效應(yīng)，底部設(shè)置濾紙層、2 cm礫石層以及排水口以促進(jìn)土壤排水透氣。

入滲試驗(yàn)設(shè)置了0、15、30 t/hm2的生物炭水平，根據(jù)田間實(shí)際情況，生物炭主要與0～20 cm表層土壤混合，相對(duì)應(yīng)的生物炭、土壤質(zhì)量比分別為0、5.4、10.7 g/kg。鹽漬土樣采集后，風(fēng)干、研磨、過篩(2 mm)。生物炭研磨、過篩(2 mm)后，與鹽漬土樣充分混合均勻。隨后按照初始田間容重(1.40 g/cm3)分12層，每層5 cm均勻裝入土柱，層面間土壤表面打毛，以保證入滲過程不出現(xiàn)分層。試驗(yàn)開始前，頂部土壤表層鋪一層濾紙，其上另鋪一層不透水保鮮膜，在設(shè)置好2 cm左右定水頭后，移除不透水膜，以減少灌水對(duì)表層土壤的沖擊。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)4種不同輪灌方式，分別為全淡水灌溉(淡淡)、先淡水后微咸水(淡咸)、先微咸水后淡水(咸淡)、全微咸水灌溉(咸咸)?？紤]濱海農(nóng)區(qū)單次灌水定額通常約為60 mm，每個(gè)處理入滲水量設(shè)定為120 mm，在咸淡水比例為1∶1的條件下，設(shè)置了無間歇咸淡輪灌入滲方式，即淡淡為連續(xù)灌溉2次60 mm淡水，淡咸為先灌60 mm淡水后灌60 mm微咸水，咸淡為先灌60 mm微咸水后灌60 mm淡水，咸咸為連續(xù)灌溉2次60 mm微咸水。試驗(yàn)共設(shè)置12種處理(4種輪灌方式×3種生物炭添加量)，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3 指標(biāo)測定方法

土壤入滲濕潤鋒位置和馬氏瓶液面高度以先緊后寬的時(shí)間間隔記錄，計(jì)算后得相應(yīng)的濕潤鋒推進(jìn)距離和累計(jì)入滲量。完成入滲定額后，實(shí)時(shí)讀取土壤含水率，并即刻從取樣口采樣，采樣至濕潤鋒深度，以檢測土壤含鹽量和主要陽離子分布，具體測試指標(biāo)及方法如下：入滲濕潤鋒和累計(jì)入滲量按照60、120、300、600 s的時(shí)間間隔通過液面讀取換算得到，并記錄其與入滲時(shí)間的關(guān)系，以計(jì)算出入滲速率。土壤剖面各層含水率由TDR土壤水分測定儀讀取。土壤含鹽量采用飽和萃取液法測定，將土樣自然風(fēng)干后，研磨過篩(1 mm)，稱取20 g土樣與20 mL去離子水充分振蕩5 min后，靜止澄清，過濾獲得土壤飽和萃取液。設(shè)置測定溫度為25℃，使用DDBJ-350 型電導(dǎo)率儀測定土壤含鹽量，使用ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜測定土壤可溶性Na+、Ca2+、Mg2+離子含量。計(jì)算土壤初始含鹽量和入滲結(jié)束時(shí)含鹽量的差值與初始含鹽量的比值為土壤脫鹽率，脫鹽區(qū)深度和最終濕潤鋒推進(jìn)距離的比值為脫鹽區(qū)深度系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Origin軟件繪制濕潤鋒、累計(jì)入滲量、入滲速率與時(shí)間的關(guān)系圖，以及土壤剖面含水量、含鹽量和離子分布圖等。利用Kostiakov模型對(duì)入滲速率進(jìn)行擬合，計(jì)算式為

I(t)=Kt-n

式中I——入滲速度，cm/min

K——入滲系數(shù)，cm/min

n——入滲指數(shù)

t——入滲時(shí)間

擬合過程在SPSS中通過冪函數(shù)曲線擬合方法完成，并采用決定系數(shù)R2和均方根誤差(RMSE)對(duì)擬合結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 咸淡輪灌和生物炭對(duì)入滲特征的影響

圖2為咸淡輪灌和生物炭添加下濕潤鋒推進(jìn)距離與時(shí)間的關(guān)系。相同生物炭添加量下，咸咸處理在相同時(shí)間內(nèi)濕潤鋒距離最大，但最終濕潤鋒距離均略低于其他處理。咸淡處理的濕潤鋒距離與咸咸處理相似，而淡咸處理的濕潤鋒距離類似于淡淡處理。生物炭進(jìn)一步加快了咸淡輪灌下濕潤鋒運(yùn)移，相同輪灌方式到達(dá)一定濕潤鋒距離所需時(shí)間由大到小依次為生物炭添加量0 t/hm2、生物炭添加量30 t/hm2、生物炭添加量15 t/hm2。生物炭也影響了相同入滲定額下濕潤鋒的最終距離，且隨添加量增加，濕潤鋒的最終距離減小。

累計(jì)入滲量隨時(shí)間變化過程與濕潤鋒相似(圖3)。微咸水灌溉后，同一時(shí)間的累計(jì)入滲量有所增加。咸淡輪灌的初始水質(zhì)對(duì)累計(jì)入滲量具有較大影響，咸淡處理較淡咸處理完成入滲歷時(shí)更短。相同生物炭添加量下，淡咸、咸淡和咸咸處理累計(jì)入滲量到達(dá)12 cm的時(shí)間比淡淡處理減少了3.0%～3.8%、6.8%～10.6%和11.6%～14.3%。生物炭施用影響了累計(jì)入滲量與時(shí)間的關(guān)系，完成入滲歷時(shí)隨著生物炭的添加而減少。相同輪灌方式下，與0 t/hm2處理相比，15、30 t/hm2入滲歷時(shí)分別減少了27.2%～31.7%和25.0%～28.6%。

圖4為咸淡輪灌和生物炭添加下入滲速率與時(shí)間的關(guān)系，開始10 min內(nèi)入滲速率迅速降低，隨后降低程度逐漸平緩。相同生物炭添加量下，咸咸處理的入滲速率較淡淡處理有所提高，在10 min時(shí)，增加了19.9%～40.6%，在100 min時(shí)，增加了16.4%～28.0%。咸淡處理有利于提高整個(gè)過程的入滲速率，入滲速率增幅在前期灌溉微咸水時(shí)較明顯，轉(zhuǎn)換為淡水后，增幅有所降低。在10 min時(shí)，咸淡處理的入滲速率比淡淡處理增加了16.4%～46.9%，在100 min時(shí)，增加了8.2%～18.0%。淡咸處理在轉(zhuǎn)換為咸水灌溉后，入滲速率有所增加，在100 min時(shí)，入滲速率比淡淡處理增加了5.9%～10.0%。生物炭有助于增加咸淡輪灌時(shí)土壤入滲速率，相同輪灌方式下，在10 min時(shí)，15 t/hm2處理的入滲速率較0 t/hm2處理增加了3.5%～19.1%，30 t/hm2處理增加了5.5%～10.3%；在100 min時(shí)，15、30 t/hm2處理的入滲速率較0 t/hm2分別增加了10.9%～22.0%和5.1%～14.0%。

Kostiakov模型對(duì)入滲速率的擬合結(jié)果如表3所示，擬合決定系數(shù)R2均達(dá)到0.9以上，RMSE在0.031～0.097 cm/min之間，說明在咸淡輪灌和生物炭添加下，入滲速率與時(shí)間存在良好的冪函數(shù)關(guān)系。相同生物炭添加量下，初始入滲水質(zhì)對(duì)入滲系數(shù)K的影響較明顯，淡淡與淡咸處理的K相似，而咸淡與咸咸處理的K相似，較淡淡和淡咸處理增加了13.9%～24.0%。相同輪灌方式下，15、30 t/hm2處理的入滲系數(shù)K較0 t/hm2分別提升了10.1%～16.8%和8.3%～16.0%，入滲指數(shù)n分別減少了4.2%～8.0%和3.4%～6.3%。

表3 咸淡輪灌和生物炭添加下土壤入滲速率的Kostiakov模型擬合結(jié)果Tab.3 Kostiakov model result of soil infiltration rate under cycle irrigation with brackish and fresh water and biochar application

圖5為咸淡輪灌和生物炭添加下，入滲結(jié)束時(shí)土壤剖面含水率的分布。微咸水的使用略微增加了0～25 cm剖面的土壤含水率。相同生物炭添加量下，淡咸、咸淡、咸咸處理的0～25 cm平均含水率比淡淡處理高0.2%～0.5%、0.7%～2.8%、1.2%～3.7%。生物炭也提高了濱海鹽漬土含水率，且隨著添加量的增大而增加。相同輪灌方式下，15、30 t/hm2處理的0～25 cm平均含水率較0 t/hm2處理分別提高了7.6%～9.6%和10.9%～11.9%。

2.2 咸淡輪灌和生物炭對(duì)鹽分淋洗的影響

圖6為咸淡輪灌和生物炭添加下，入滲結(jié)束時(shí)土壤剖面含鹽量的分布。淡淡處理的土壤含鹽量最小，咸咸處理最大，咸淡輪灌則介于兩者之間，淡咸處理的25 cm以下土壤含鹽量較低，咸淡處理的0～25 cm土壤含鹽量較低。相同生物炭添加量下，淡咸、咸淡、咸咸處理的平均土壤含鹽量比淡淡處理高37.9%～43.9%、26.3%～29.4%、66.2%～72.3%，其中0～25 cm平均土壤含鹽量分別增加了83.0%～118.7%、14.9%～19.1%、98.1%～148.9%。生物炭施用可減少入滲后土壤含鹽量，但隨生物炭添加量增加土壤含鹽量有所升高。相同輪灌方式下，15、30 t/hm2處理的平均土壤含鹽量較0 t/hm2處理分別降低了0.6%～4.6%和1.1%～2.6%。生物炭還有效促進(jìn)了咸淡輪灌對(duì)0～25 cm土壤鹽分的淋洗，15、30 t/hm2處理的0～25 cm平均土壤含鹽量較0 t/hm2分別降低了25.0%～25.3%和20.3%～22.7%。

圖7為咸淡輪灌和生物炭添加下，入滲結(jié)束時(shí)土壤剖面脫鹽率分布。咸淡輪灌相比于持續(xù)微咸水灌溉提高了脫鹽率，咸淡處理較淡咸處理的平均脫鹽率更大，在0～25 cm土層脫鹽率較高，而淡咸處理在25 cm以下的土層脫鹽率較高。相同生物炭添加量下，淡咸、咸淡、咸咸處理的平均土壤脫鹽率比淡淡處理低46.4%～52.4%、6.5%～18.9%、52.0%～59.6%。生物炭提高了咸淡輪灌下濱海鹽漬土脫鹽效率，15、30 t/hm2處理的平均土壤脫鹽率較0 t/hm2增加了9.4%～15.0%和9.1%～13.7%。

表4為咸淡輪灌和生物炭添加下的土壤剖面脫鹽區(qū)深度系數(shù)。咸淡輪灌提高了脫鹽區(qū)深度系數(shù)，淡咸處理較咸淡處理脫鹽區(qū)深度系數(shù)更大。相同生物炭添加量下，淡咸、咸淡、咸咸處理的脫鹽區(qū)深度系數(shù)較淡淡處理降低了3.3%～6.7%、6.8%～11.5%、13.1%～16.2%。生物炭可以提升土壤剖面脫鹽區(qū)深度系數(shù)，相同輪灌方式下，15、30 t/hm2處理的脫鹽區(qū)深度系數(shù)較0 t/hm2分別增加了4.4%～7.5%和1.1%～5.9%。

表4 咸淡輪灌和生物炭添加下土壤剖面脫鹽區(qū)深度系數(shù)Tab.4 Soil desalinization depth coefficient under cycle irrigation with brackish and fresh water and biochar application

圖8為咸淡輪灌和生物炭添加下，入滲結(jié)束時(shí)土壤剖面Na+含量分布。不同灌溉方式均對(duì)濱海鹽漬土Na+有一定的淋洗作用，尤其是在0～25 cm土層，Na+含量明顯小于初始水平。咸淡輪灌相比于持續(xù)微咸水灌溉更有利于淋洗Na+，相同生物炭添加量下，淡咸、咸淡、咸咸處理的0～25 cm土層Na+含量較淡淡處理增加了89.8%～129.5%、35.1%～46.2%、136.5%～212.5%。生物炭添加進(jìn)一步促進(jìn)了Na+淋洗，相同輪灌方式下，15、30 t/hm2處理0～25 cm Na+含量較0 t/hm2分別減少了44.2%～78.3%和24.3%～64.3%。

咸淡輪灌和生物炭添加下土壤Ca2++Mg2+含量如圖9所示。淡淡和咸淡處理對(duì)Ca2+和Mg2+有所淋洗，0～25 cm土層Ca2++Mg2+含量較低，而咸咸和淡咸處理增加了0～25 cm土層Ca2++Mg2+含量。相同生物炭下，淡咸、咸淡、咸咸處理的0～25 cm土層Ca2++Mg2+含量較淡淡處理增加了43.0%～71.8%、8.0%～13.9%、50.1%～86.1%。此外，生物炭提高了土壤剖面Ca2++Mg2+含量，且隨著添加量的增加而增加。相同輪灌方式下，15、30 t/hm2處理的0～25 cm土層Ca2++Mg2+含量較0 t/hm2增加了24.1%～28.9%和35.9%～40.0%。

3 討論

3.1 咸淡輪灌對(duì)濱海鹽漬土水鹽運(yùn)移的影響

隨著淡水資源日漸短缺，利用微咸水進(jìn)行鹽漬土改良成為了重要途徑[22]。微咸水資源在不同類型的鹽漬土淋洗治理中已有報(bào)道，微咸水用于鹽漬土?xí)r，可促進(jìn)離子交換淋洗，改善土壤結(jié)構(gòu)和滲透性能，起到一定改良效果[23]。本試驗(yàn)中，微咸水灌溉能夠促進(jìn)濱海鹽漬土入滲性能，相較于淡淡處理，淡咸、咸淡、咸咸處理增加了入滲過程中的濕潤鋒距離、累計(jì)入滲量和入滲速率，這與王全九等[24]的研究結(jié)果一致。隨著微咸水灌溉，土壤溶液鹽分濃度升高，擴(kuò)散雙電子層向粘粒表面壓縮，土壤顆粒間排斥力減小，加強(qiáng)了土壤膠體的絮凝作用，促進(jìn)了團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使土體導(dǎo)水性增加[25]。同時(shí)，供試微咸水的鈉吸附比較低，有利于維持和改善濱海鹽漬土團(tuán)聚體及孔隙結(jié)構(gòu)，促進(jìn)水分入滲[24]。咸淡輪灌下，初始水質(zhì)對(duì)濱海鹽漬土水分運(yùn)動(dòng)起決定性作用，咸淡處理的入滲特性接近于咸咸處理，淡咸處理與淡淡處理相似。先咸后淡相比先淡后咸完成入滲歷時(shí)更短，這可能是因?yàn)槌跏茧A段微咸水入滲已經(jīng)改變了土壤結(jié)構(gòu)，提高了整個(gè)過程中土壤入滲能力，而淡咸處理僅在轉(zhuǎn)換為微咸水灌溉后，入滲性能有所增加。通過Kostiakov模型模擬發(fā)現(xiàn)，咸淡和咸咸處理入滲系數(shù)K明顯大于淡咸和淡淡處理。入滲系數(shù)K表示入滲初始階段中非飽和土壤達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定時(shí)的入滲速度，初始入滲水質(zhì)使用微咸水，增加了初始入滲速度，有利于促進(jìn)濱海鹽漬土水分運(yùn)移。此外，淡咸、咸淡、咸咸處理的最終濕潤鋒距離略低于淡淡處理，同時(shí)0～25 cm土壤剖面含水率有所增加，這可能與微咸水入滲改變了土壤孔隙結(jié)構(gòu)并影響了土壤持水性相關(guān)。吳忠東[26]報(bào)道了相似的結(jié)論，采用微咸水有利于改善土壤持水性能，提高灌溉結(jié)束后的土壤含水率。咸淡處理較淡咸處理對(duì)于提高土壤含水率效果更佳，這與趙連東[23]的研究結(jié)論一致。初始階段采用微咸水入滲，能夠盡早實(shí)現(xiàn)微咸水對(duì)于土壤水分運(yùn)移的增益效果，更有利于濱海鹽漬土的水分入滲和土壤含水率保持。就土壤鹽分而言，不同處理0～25 cm土層的含鹽量均低于初始值，說明3 g/L微咸水可用于濱海鹽漬土的灌溉淋洗。相比持續(xù)微咸水灌溉，咸淡輪灌進(jìn)一步提高了鹽分淋洗效果，土壤含鹽量減小而脫鹽率和脫鹽區(qū)深度系數(shù)增大。脫鹽區(qū)內(nèi)，咸淡處理較淡咸處理的平均脫鹽率更大，但土壤剖面脫鹽情況各不相同，初始水質(zhì)主要影響了25 cm以下的土壤含鹽量分布，輪換后的水質(zhì)對(duì)0～25 cm土層含鹽量存在明顯作用，這與劉靜妍等[27]的研究結(jié)果一致。先咸后淡有利于淋洗上層土壤鹽分，在0～25 cm土層脫鹽率較高，接近于淡水處理，而先淡后咸有助于鹽分向深層土壤運(yùn)移，在25 cm以下的土層脫鹽率較高，脫鹽區(qū)深度系數(shù)更大。同時(shí)，由于供試微咸水中含有一定量Ca2+和Mg2+，咸淡輪灌改善了濱海鹽漬土陽離子分布狀況，提高了0～25 cm土壤中Ca2+和Mg2+含量并減少了Na+含量，降低了堿化程度。因此，咸淡輪灌是適宜于濱海鹽堿地的微咸水利用方法。

3.2 生物炭對(duì)濱海鹽漬土水鹽運(yùn)移的影響

生物炭添加后，不同咸淡輪灌處理的濕潤鋒進(jìn)程加快，完成入滲歷時(shí)減少，入滲速率提高。可見，生物炭促進(jìn)了濱海鹽漬土水分運(yùn)移，主要原因是生物炭擁有較大的比表面積和良好的吸附性能，有利于團(tuán)聚體形成，改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)水分入滲性能[28]。同時(shí)，生物炭能夠豐富鹽漬土離子種類，增加Ca2+和Mg2+含量，促進(jìn)Na+的淋洗，有助于土壤結(jié)構(gòu)的提升[19]。Kostiakov模型模擬結(jié)果表明，生物炭提高了相同灌溉處理下入滲系數(shù)K并減小了入滲指數(shù)n。入滲指數(shù)n表征土壤水分入滲能力的衰減程度，n越大說明入滲速度隨時(shí)間減小越快。生物炭的添加促進(jìn)了初始入滲階段的入滲速度并減緩了入滲能力衰退。然而，隨著添加量增加，入滲系數(shù)K略微減小，入滲指數(shù)n有所增加，30 t/hm2處理的土壤入滲性能并不優(yōu)于15 t/hm2處理。方圓[29]也報(bào)道了過量生物炭可抑制土壤入滲特性的相關(guān)結(jié)果，其原因可能是所用生物炭呈細(xì)顆粒粉末狀，當(dāng)施用量過大時(shí)，反而容易堵塞土壤水分運(yùn)移通道，造成水分運(yùn)動(dòng)受阻。已有研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對(duì)土壤水分運(yùn)移的影響還與其結(jié)構(gòu)特性、粒徑及土壤質(zhì)地等因素密切相關(guān)[15,28]。本試驗(yàn)中，施用生物炭改良濱海鹽漬土?xí)r，添加量不宜過高，否則不會(huì)促進(jìn)土壤水分入滲甚至造成不良影響。此外，生物炭減少了相同入滲定額下濕潤鋒的最終距離，這可能與其提高了濱海鹽漬土持水能力有關(guān)。生物炭添加也有效增加了濱海鹽漬土含水率，且隨著添加量的增大而增加。生物炭在制作過程中可形成微孔結(jié)構(gòu)，自身比表面積極大，添加生物炭后，可增強(qiáng)土壤對(duì)入滲水分的吸附性，吸持更多的水分在土壤中[30]。同時(shí)，生物炭添加有利于促進(jìn)濱海鹽漬土團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的形成，增加土壤有效孔隙比例，從而達(dá)到提升土壤含水率的效果[16]。根據(jù)土壤含鹽量分布，生物炭促進(jìn)了咸淡輪灌下濱海鹽漬土的鹽分淋洗效果，提高了脫鹽率和脫鹽區(qū)深度系數(shù)，但隨著生物炭添加量增加淋洗效果有所下降。生物炭對(duì)土壤鹽分的影響可能與其對(duì)濱海鹽漬土水分運(yùn)移特性的改變以及自身攜帶的可溶性鹽分離子相關(guān)。一方面，生物炭的添加改變了土壤入滲能力，有利于鹽漬土鹽分淋洗[31]；另一方面，生物炭本身包含K+、Ca2+和Mg2+等可溶性鹽分離子，在添加量過大時(shí)，反而增加了土壤含鹽量。生物炭在緩解土壤堿化程度上效果明顯，有效促進(jìn)了Na+淋洗。Na+含量過高可引起土壤顆粒崩解、結(jié)構(gòu)退化、生產(chǎn)力降低等危害[32]，是限制濱海地區(qū)鹽漬土地資源利用的主要因素。生物炭的多孔結(jié)構(gòu)和高比表面積加強(qiáng)了土壤的陽離子交換能力，配合自身攜帶的Ca2+和Mg2+，有利于交換出土壤膠體上的Na+，促進(jìn)Na+隨水分向下運(yùn)移，進(jìn)而降低其不良影響[33]。綜上所述，咸淡輪灌配合生物炭施用促進(jìn)了濱海鹽漬土水分運(yùn)移特性并改善了鹽堿化程度，有利于濱海地區(qū)微咸水和鹽漬土這類邊際資源的合理開發(fā)。考慮生物炭施用效果和成本投入，推薦添加量為15 t/hm2，但仍需進(jìn)一步研究以完善不同鹽漬農(nóng)業(yè)環(huán)境下適宜的生物炭改良劑產(chǎn)品和施用規(guī)范。

4 結(jié)論

(1)微咸水可促進(jìn)濱海鹽漬土的入滲性能，增加相同時(shí)間內(nèi)的濕潤鋒距離、累計(jì)入滲量，并小幅提高含水率。初始水質(zhì)對(duì)水分運(yùn)動(dòng)影響較大，先咸后淡的入滲特性和水分分布與微咸水灌溉相似，而先淡后咸則接近于淡水灌溉，先咸后淡更有利于水分入滲和提高土壤含水率。

(2)生物炭提高了咸淡輪灌下濱海鹽漬土的入滲性能和持水能力，增加相同時(shí)間內(nèi)的濕潤鋒推進(jìn)距離、累計(jì)入滲量、入滲速率以及入滲結(jié)束后的土壤含水率，生物炭添加量為15 t/hm2對(duì)水分運(yùn)動(dòng)的提升效果最佳，當(dāng)添加量達(dá)到30 t/hm2，入滲性能較15 t/hm2有略微下降。

(3)咸淡輪灌有利于鹽分淋洗，土壤含鹽量和陽離子含量低于微咸水灌溉，脫鹽率和脫鹽區(qū)深度系數(shù)更高。初始入滲水質(zhì)影響了土壤剖面鹽分分布，先咸后淡能促進(jìn)0～25 cm土層的鹽分淋洗，增加脫鹽率，而先淡后咸則有利于淋洗25 cm以下的土層鹽分，提高脫鹽區(qū)深度系數(shù)。

(4)添加生物炭降低了咸淡輪灌下的土壤含鹽量，提高了脫鹽率和脫鹽區(qū)深度系數(shù)，并增加了Ca2+和Mg2+含量，促進(jìn)了Na+淋洗效果，進(jìn)而緩解了土壤鹽堿化的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)添加至30 t/hm2時(shí)，隨著入滲性能增益的減弱，生物炭中可溶性離子增加，削弱了鹽分淋洗效果。

(5)咸淡輪灌配合15 t/hm2生物炭施用有利于濱海鹽漬土水鹽運(yùn)移，可為濱海地區(qū)鹽漬土和微咸水資源開發(fā)提供參考。