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选择大安碱地生态试验站区为研究地点,以苏打碱化土壤为研究对象,在系统分析其碱化特征的基础上,利用LEACHC模型对土壤苏打碱化进行定量预测,以期为区域土壤盐碱化改良与防治提供相关科学支持。
田间取样和试验分析结果表明,苏打碱化土壤盐分组成以NaHCO3为主,土壤中Na+含量占可溶性阳离子总量的比例在70%~90%以上,HCO3-占阴离子总量的比例在75%~85%。统计分析表明,Na+和HCO3-与土壤含盐量、ESP、SAR、pH、总碱度和RSC等盐碱化指标均为极显著相关。因此Na+和HCO3-离子是控制该类型土壤化学性质的的决定性因素,准确预测这2个离子的动态变化是提高土壤苏打碱化预测精确度的关键。验证结果表明,LEACHC模型预测的Na+和HCO3-离子含量的变化与相应实测值吻合程度良好,模拟值与实测值之间的相对误差一般在10%左右。模拟值与实测值之间的d指数、EF和RMSE统计分析结果也显示出LEACHC模拟预测2离子的精确度较高。同时LEACHC模型对土壤含盐量、钠吸附比(SAR)和碱化度(ESP)的模拟效果也较好,模拟值与实测值的曲线变化特征基本一致。该模型在苏打碱化土壤研究中具有适用性。
分别利用LEACHC模型模拟地下水位、地下水质、灌溉水质、灌溉策略、植被覆盖度和土壤导水性能等因素变化对土壤苏打碱化的影响。结果显示:(1)地下水埋藏越浅,其造成的土壤积盐程度和碱化危害越大。地下水位控制在3.0m以下能够显著降低土壤积盐和苏打碱化危害。地下水位每下降0.5m,表层土壤积盐平均速率减小4%以上,SAR减小0.1%以上。(2)地下水质主要影响土壤含盐量,对土壤SAR和ESP的影响较小。平均而言,地下水矿化度每增加1.0g·L-1,土壤的积盐速率提高0.2%~2.01%。但具体变化速率还与地下水位高低等因素有关。(3)灌溉水质对苏打碱化土壤积盐和碱化特征具有重要影响。灌溉水矿化度>2.0g·L-1时,土壤平均含盐量年均增加15.0%以上,SAR增加率在3.0%以上,ESP在0.5%以上。表层土壤更易受灌溉水质的影响,其中灌溉水的矿化度>2.0g·L-1时,该层土壤含盐量的年增加率可在200%以上,SAR年均增加10%以上,ESP年均增加7%以上。对于试验区苏打碱化土壤,灌溉水矿化度一般以不超过1.0g·L-1为宜。(4)植被覆盖度主要对土壤积盐产生影响,而对土壤SAR和ESP影响较小。覆盖度<60%,对表层土壤的盐分积累均没有显著的抑制作用;覆盖度>90%时,表层土壤积盐程度下降明显,但同时植物根区盐分积累加大。(5)土壤导水性能的改善有助于降低土壤积盐和碱化程度。地下水位越接近地表,土壤导水性能对表层土壤积盐和碱化特征的影响越显著。从各模拟条件下土壤含盐量、钠吸附比(SAR)和碱化度(ESP)的变化幅度看,地下水位和灌溉水质对土壤积盐和碱化程度的影响要比其他条件显著。因此,对于试验区苏打碱化土壤的调控,应以降低地下水位和控制灌溉水质为中心,同时提高地表植被覆盖、改善土壤物理性状,以使土壤苏打碱化的危害程度降低。