土壤盐分的观测时间为2007年10月15日～12月14日，2008年3月22日—5月5日和2009年8月26日—10月18日。2007年和2008年一般5天观测一次，观测土层为0～60cm；2009年一般7天观测一次，观测土层0～40cm。

图5-1　2007年试验期各样点的0～60cm土壤全盐量变化

1.大棚土壤盐分动态分析

2007年、2008年和2009年试验期间的土壤观测层全盐量均值的动态变化过程分别如图5-1、图5-2、图5-3所示。从图中可以看出，2007年各处理区的土壤全盐量均值（0～60cm）均较小，除10月29日施肥期后土壤盐分短暂时间上升外，土壤全盐量变化平缓，自然排水区全盐量变化高于10m和15m排水区，但低于20m排水区；与种植开始时相比，种植期末全盐量均值略有增加，土壤积盐不明显，可能是由于2007年试验期大棚气温较低，且暗管出口埋深大，地下水位较低，土壤蒸发较弱，未造成明显盐分累积，在11月13日灌溉后，各处理区土壤全盐量均值均有所下降。2008年土壤全盐量的增加趋势则较为明显，作物种植末期土壤全盐量与种植开始阶段相比明显增加，其原因是种植阶段大棚气温升高，土壤蒸发强烈，频繁降雨和较低的暗管控制埋深抬高了地下水埋深，增强了土壤盐分的积聚；在4月20日灌溉冲洗期间，土壤全盐量有所脱减，盐分进入深层土壤或地下水并通过排水系统流出排水区域，而在灌溉结束后，由于作物腾发的影响，深层土壤和地下水中的盐分又随水分的上移积累在上层土壤中，并引起土壤积盐。并随着大棚温度的继续升高和持续的农业耕作，积盐速率增大。各处理区变化仍以20m区土壤全盐量最高，自然排水区大于10m区和15m区。2009年自然排水区同期土壤全盐量明显高于控制排水区，各处理土壤全盐量也呈现上升趋势，特别是2次施肥使土壤的全盐量在短期出现显著上升，但影响时间不长，之后又因为灌溉和作物消耗等原因盐分含量有所下降，种植末期0～40cm土层全盐量均值比种植前有所增加。

图5-2　2008年试验期各样点的0～60cm土壤全盐量变化

图5-3　2009年试验期各样点的0～40cm土壤全盐量均值变化

由于土壤中盐分含量变化幅度很大，为对大棚土壤的具体盐分累积程度进行评价和归属，采用我国在黄淮海盐渍化土治理中曾经采用的土壤不同盐化等级指标（表5-1），评估试验期大棚土壤的盐化情况。

在图5-1～图5-3中加入盐化指标后发现，2007年试验期各排水处理区0～60cm土层平均全盐量除20m排水区的短暂时期外，均小于1g/kg，属于非盐化水平，20m排水区在11月13日灌水前盐分已经积累达到轻度盐化，淋洗后土壤全盐量下降到非盐化水平；2008年20m排水区4月10日后土层全盐量均值达到轻度盐化，4月20日有灌水淋洗后土壤全盐量有所降低，但超过了轻度盐化水平，之后盐分持续增加，盐化程度有加重趋势，10m区前期土壤全盐量较低，后期盐分出现积累，达到轻度盐化；2009年大棚土壤0～40cm土层盐化程度较低，均在轻度盐化以下，10月6日追肥后全盐量有所上升，接近轻度盐化水平，作物种植后期有达到轻度盐化的趋势。而3年中自然排水区土壤平均全盐量随着作物种植时间的增长，在中后期均达到轻度盐化水平。

表5-1　我国土壤盐渍化程度分级标准

由土壤盐分的动态变化可以看出：

（1）在大棚内，作物种植会造成土壤各层全盐量均值逐渐累积，自然排水区和大部分控制排水区土壤全盐量在种植末期均达到轻盐碱化水平。

（2）土壤中的盐分通过灌溉和降雨淋洗作用被压入土壤深层或随田间排水离开田间区域，可以在一段时间内实现土壤脱盐，控制土壤盐分的积累，但随着大棚作物的继续生长，作物和土壤的蒸发蒸腾作用又会使土壤中的盐分随水分运移到土壤上层，引起土壤返盐。农业施肥会在短期造成土壤全盐量的迅速上升，但之后作物的生长使部分营养盐分被作物吸收利用，部分随灌溉水排出或进入土壤深层，土壤盐分含量在快速上升后又有所回落，从施肥后土壤盐分的长期变化趋势看，在设有暗管排水的作物种植区，施肥对土壤盐分含量的积累在暗管排水区的影响低于自然排水区。

（3）与未设置排水种植区相比，大棚控制排水措施能有效地减缓土壤盐分的累积，降低盐碱化程度；7m、10m和15m排水处理区土层平均全盐量均低于自然排水区，不同暗管间距控盐效果不同，20m排水区土壤全盐量明显高于同期10m和15m排水区的积累速度；对同一排水区，暗管出口控制深度的加大可以经过降低地下水位从而有效地减缓土壤盐分的累积。

2.大棚和露地土壤的盐分比较

大棚种植带来了土壤的盐分增加。图5-4比较了2009年的露地土壤、无排水试验区、棚中排水及棚间排水4个试验地的土壤不同深度的盐分。

从图5-4中可以看出，露地土壤相对于大棚土壤的盐分含量要小很多，尤其以5cm处的土壤最为严重，无排水区的盐分含量要高于露地土壤的2.1～14.7倍；但在60cm处的土壤中，不同试验地的盐分含量之间差异开始变小，无排水区的盐分平均含量为露地土壤的2.05倍。从图中还可以看出，有排水的试验处理区相对与无排水区的盐分含量要相对小一些，但是棚中排水和棚间排水之间没有很明显的区别。

3.控制排水对土壤盐分的影响

图5-4　不同试验地土壤相同深度处的盐分比较

对盐分动态变化的分析表明，灌水淋洗可以控制土壤中盐分的积累。淋洗即是通过灌水将土壤中各种状态的盐分转化为自由溶液中的盐分，并自土壤中排出。为研究不同控制排水处理下淋洗对不同土层土壤含盐量的调控作用，选择不同排水间距和不同暗管控制埋深条件下灌水淋洗前后各层土壤含盐量进行对比。由于2007年11月和2008年4月对10m、15m、20m排水处理区各有一次45mm左右灌水，为对比不同暗管间距和不同排水出口埋深对淋洗控盐的影响，故选择灌水前后相同出口埋深不同暗管间距和相同暗管间距不同出口埋深的组合进行盐分调控分析。不同组合处理淋洗前后5～60cm土壤剖面盐分变化见图5-5～图5-8。

图5-5　10m排水区40cm出口埋深淋洗前后土壤剖面含盐量变化

图5-6　20m排水区40cm出口埋深淋洗前后土壤剖面含盐量变化

图5-7　15m排水区60cm出口埋深淋洗前后土壤剖面含盐量变化

图5-8　15m排水区30cm出口埋深淋洗前后土壤剖面含盐量变化

为定量确定土壤盐分的淋洗效果，采用脱盐率度量淋洗前后不同土层的盐分变化程度，其表达式如下：

各组合处理淋洗前后0～60cm土层脱盐率见表5-2。

表5-2　不同控制排水组合0～60cm土层脱盐率

由图5-5～图5-8和表5-2可以看出，土壤表层盐分极易受到灌溉淋洗的影响，在灌溉冲洗期间，表层土壤发生脱盐，淋洗前后土壤表层脱盐率均在35%以上，盐分表聚现象能得到很好的缓解。当暗管出口埋深同为40cm时，淋洗后10m区各层土壤盐分均有所下降，各层土壤脱盐率为正值，平均脱盐率为18%，土壤脱盐效果明显；20m排水区淋洗后虽然表层土壤盐分有所下降，上层土壤经历了脱盐过程，但10～60cm土层盐分变化不大，20cm土层盐分反而有所增加（脱盐率-14%），平均脱盐率只有9%，没有起到有效减少盐分积累的效果。由水盐运移规律可知，土壤中的盐分主要是随水分而运动，在有水分淋洗条件下，表层土壤盐分进入深层土壤或地下水并通过排水系统流出排水区域，而随着排水暗管间隔增加，暗管排水能力减弱，所以10m间距排水暗管能排出更多的田间排水，从而比20m间距排水区带走了更多的盐分。而在15m间距区，暗管出口埋深为60cm时土层平均盐分脱减量高达33%，各层盐分含量显著降低；当出口埋深调整为30cm后，淋洗前后盐分平均脱减率减小为13%，40cm土层出现盐分积聚。可见控制排水暗管出口埋深的大小能显著调控淋洗时土壤盐分的脱减，因为控制埋深加大引起地下水埋深增加，使表层的水分下行运动加速，淋洗时水分入渗量增加，增强了盐分的淋洗，从而减缓了土壤的积盐。

在蒸发条件下，土壤盐分随水分上升，水分自地表蒸发后，盐分则留在土壤表层；在降雨或灌溉时，入渗的水流夹带表层的盐分向深层移动，使表层盐分降低。所以土壤表层的盐分主要决定于蒸发和入渗条件，而非灌溉时，大棚内蒸散发主要的水分来自于土壤水和地下水，研究表明，在一定深度内，潜水蒸发与地下水埋深呈负相关关系。地下水埋深增大时，农田蒸发量减少，表层积盐趋势也随之减缓。因此，调控地下水埋深对土壤盐分的运移起着非常重要的作用。土壤脱盐量与地下水埋深呈正相关关系。而控制排水能有效地控制地下水位，调节了土壤的蒸散发和入渗，改变了水盐运移，从而能够影响土壤盐分的变化。

从上面的分析可以看出，在盐度达到盐碱化程度时，盐分调控的经济有效的水利方法是确保一个时期内有净向下水流通过根区。这种情况下，通常定义的净灌溉水量必须加大，使其包含淋洗所需要增加的水量。淋洗需水量是指农田补充并入渗的总水量（灌溉水加降水）中必须流经作物根区以防止盐分过量积累而引起产量下降的那部分水量的最小比例。

只要灌溉和降水中入渗的水量超过作物蒸散量和土壤储水能力，就会有淋洗发生。上海夏季（6～8月）的平均降水量达90mm，一般足以将过量盐分淋洗出作物根区。但由土壤的盐分动态分析可知，在盖棚期间，如果仅仅按照满足作物需水量进行灌溉，土壤会发生积盐现象，必须额外进行灌水才能保证充分的淋洗。根据不同盐度控制要求，淋洗可以连续进行，也可以间歇进行，淋洗的间隔时间由数月一次到数年一次不等。根据实际情况而定。在地下水位较浅的地方，水分可能从地下水体向上流动，造成排水不良，使盐分无法从根区排出。这种情况短期存在由于盐分累积量小，不至于对作物造成大的影响，但如果长期存在，盐分逐渐累积，就会超出作物的耐盐限度。在一年内，水分向上流动和排水可能交替发生。典型情况下，排水发生在冬季及灌溉季节的开始阶段，这时作物蒸散速率低而灌水量及降水量较高。上升水流通常发生在灌溉季节的后期，这时需水量较高，灌水及降水量不足。如果上升水流一直持续而没有充分的淋洗，超过作物的耐盐阈值而影响作物的正常生长，以至于造成作物死亡。为了维持作物生产力，必须有净向下水流过作物根区。

给定的条件下，一旦盐分积累到作物最大耐盐限度后，往后在随灌溉所补充的任何盐分都必须通过淋洗或盐分沉淀作用来脱除等量的盐分达到盐量平衡才能防止减产。确定淋洗需水量时通常要使用以下两个数值：农田补充水量的盐分浓度与作物耐盐表。盐度阈值为产量开始下降时平均土壤盐度，试验区部分主要作物的耐盐度阈值见表5-3。

表5-3　部分作物的耐盐度

注：本表根据《美国国家灌溉工程手册》整理。

农田补充水量的平均盐分浓度可以根据灌水量和降雨量用体积加权法计算。作物耐盐度较难估计，传统上用相对值表示，即通过在较高的淋洗水量比之下用不同盐分浓度的水灌溉作物所获得的产量数据进行估算。在某些地方，灌溉水的电导率在整个生长季节都在变化，应当使用加权平均值计算这些地方用以控制盐度的灌溉需水量。

4.盐分的空间变异性(www.daowen.com)

土壤水盐及作物参数空间结构的研究是改善农田管理水平的基础，研究中引入了空间变异的特性来分析了大棚内水盐分布空间变异特性。

1）田间试验及方法

为了研究大棚内的水盐分布空间变异性，2008年4～5月与10～11月在青浦区水利技术推广站大棚试验基地和赵屯基地进行了定点采样，测定土壤的含水量、含盐量及作物形态。4～5月的取样采用Hydra测量整个试验区域（见图4-35）土表的含盐量、含水量和温度分布，并利用了实测所取0～5cm的土样含盐量进行了校正。10～11月采用了定点等距取样，取样深度为5cm、10cm、20cm、40cm、60cm、80cm 6个深度。

2）理论计算方法

研究表明，将土壤系统看做一个连续体，设土壤参数为空间坐标的连续函数，每个样本是空间随机过程的一个实现。假定土壤参数的均值和方差为常数，土壤参数的空间变化是距离的二次平稳过程而与取样位置无关，因此它的样本方差只是观测间距的函数。引入地质统计学中的空间变异函数，描述了半方差与滞后距离之间的函数关系。半方差图一般可以用多种模型来拟合，如线性模型、指数模型、球形模型等。线性模型的表达式为：

式中：C0为不可解释方差，通常称为金块方差（nugget variance）；C1为空间变化的结构组成（即可解释方差）；h为取样间距；a为空间依赖性的范围，通常称为变程（range）或相关距离。距离小于a的样本之间空间相关，而大于此值的样本之间则无相关性。

数据处理中空间变异参数的计算采用Vesper拟合，图形采用Surfer 8绘制。

3）结果及分析

根据在赵屯草莓基地不同年限的塑料棚和连栋大棚内取点测量的数据，可以得到如图5-9所示的盐分空间变异性分布图。

图5-9　盐分空间变异图

（从左到右依次为种植3年塑料大棚，种植5年塑料大棚，种植10年塑料大棚和种植的连栋大棚（10年））

从图5-9中可以看出，随着大棚种植年限的增加，盐分的空间变异性增加。3年、5年、10年、连栋大棚的平均盐分含量为0.43ms/cm、0.43ms/cm、0.40ms/cm、0.40ms/cm；变异系数分别为0.054、0.062、0.131、0.075。在赵屯草莓基地的10年大棚和连栋大棚每年都采取过灌水压盐和高温灭菌化盐等处理，表层的盐分可能被水淋洗到下层，同时由于高温减少了表层土壤中的硝化细菌群和促进难溶性的磷转化为有效磷的微生物，可能造成土壤的表层可溶性盐分下降（焦如珍等，2005）。对青浦蔬菜大棚的排水试验区的取点调查分别在5～9日和5～14日两次进行，在两次调查中试验区的部分地区有耕作处理。图5-10中列出了两次调查全区域内的表层含盐量的分布图。

从图5-10中可以看出，两次的盐分分布图基本相同，一些地方可能由于耕作操作盐分有一些大的变化。5～9日的盐分表层含盐量为0.374，变异系数为0.074；5～14日的盐分表层含盐量为0.387ms/cm，变异系数为0.062。耕作可能增加了区域内的表层含盐量，从而造成表层盐分的变异性加大。

为了分析暗管排水条件下大棚内不同深度的土壤含水率（WC）、EC值和产量之间的空间结构，比较了对照区和排水渠之间的数据，并按照理论方法来计算，模型选择了比较简单的线性模型，相关距离计算结果见表5-4。

图5-10　试验区域表层含盐量分布图

（上为5～9日测量，下为5～14日测量）

表5-4　对照区与排水渠的相关距离计算结果表

从表5-4中可以看出，在大棚种植环境中，含水量的自相关距离为10～25m，盐分含量的自相关距离为6～35m。排水区相对于对照区，盐分含量的自相关距离减小，但是含水量的自相关距离增加；这说明采取排水措施增大了区域内的盐分的差异性，可能是由于加速了盐分的运动造成。

图5-11为10cm、40cm、80cm的对照区和排水区的盐分分布对比图（为表达问题清楚，图中EC单位为ds/cm）。从图中可以看出，对照区的盐分浓度偏高，而排水区的浓度比较小；随着深度的减小，浓度的分布值减小。

图5-11　对照区和排水区不同深度的盐分分布图

4）结果讨论

运用空间变异的理论分析了大棚条件下水盐空间分布特性，含水量的自相关距离为10～25m，盐分含量的自相关距离为6～35m。排水区相对于对照区，盐分含量的自相关距离减小，但是含水量的自相关距离增加；这说明采取排水措施增大了区域内的盐分的差异性，可能由于加速了盐分的运动造成。

5.不同处理的盐分动态

经过多年的种植，大棚作物的产量和品质都发生了变化，调查发现3～5年及5年以上连续生产的常年大棚，土壤明显出现酸化和盐化症状，估计产量减少30%～50%。

土壤的电导率反映了土壤盐分累积的情况，2007—2008年度试验期间的平均电导率见表5-5。大棚内土壤盐分大多集中在表层，分析中选取的5个层次的土壤EC值差异显著，5cm深度的EC值为根区（20cm）以下两倍多（露地表层EC＝160μs/cm）。试验中的不同处理之间的EC值差异显著（α＝0.05），盐分含量最高的20m处理（CL20）的土壤EC值约为15m处理（CL15）的两倍。图5-12中CL20的氮磷含量比较低，但明显有盐分增加，可能的原因是CL20靠近区外排水沟，受到区外的排水（平均EC＝600.4μs/cm）的影响。结果也表明，10m处理（CL10）和15m处理（CL15）排盐效果良好，相对于对照区分别减少剖面盐分18.5%和34.6%。

表5-5　不同深度和不同处理的土壤电导率值（单位：100μs/cm）

大棚内土壤盐分的变化一般是：种植年限越长，盐分聚集越重。防治大棚内土壤次生盐渍化的措施有：控制施肥量；通过加大灌溉以水洗盐；生物除盐及其他一些农业综合措施。图5-12给出了试验期间几种处理的土壤EC值。土壤的EC值的变化随着施肥量的增加而增加，在降雨和灌溉后，可以看出采用排水处理的区域盐分降低明显，但DZCL的盐分仍有增高的趋势。采用排水处理后，大的降雨和灌溉后，重力水可以快速通过暗管排出，达到垂直洗盐的效果。Savvas等（2007）在室内的试验中也发现，当灌溉频率一样时排水阻塞的试验区域可能导致盐分的增加。这说明，在大棚中，采用合适的排水措施，可以有效地避免输入水量过多带来的盐分影响。

图5-13为CLDZ、CL10、CL15在4个时期的土壤剖面EC值。试区表层土壤的盐分随着种植时间的增加而不断地聚集，但60cm土层的盐分变化较小。采用排水处理后，减缓了表层土壤的聚集，同时也明显地保持了根区土壤处于较低的盐分状态下。根据美国盐土试验室给出的土壤饱和浸出液的田间指标，达到2dS/cm的土壤为盐渍化土，会造成作物的产量受到影响。试区内土壤虽然没有达到盐渍化的值，但是表层盐分的聚集已经非常严重；试区的地下水的电导率也已超过了1.0dS/cm，转换成全盐量已接近《农田灌溉水质标准》中提出的非盐碱地的1000mg/L的临界值。

图5-12　土壤EC值变化

图5-13　不同处理中土壤剖面EC值的变化

为了揭示不同的大棚栽培模式长期种植条件下，土壤盐分的累积变化特征，对2007—2008年自然排水对照区，10m、15m、20m控制排水处理区以及2009年7m控制排水处理区土壤盐分进行监测，土壤盐分的观测时间为一般5天观测一次，观测土层为0～60cm，采用电导法（土水比为1∶5）测定各土层的全盐量电导率。不同排水处理区各土层全盐量见表5-6。

表5-6　不同排水处理区各土层平均电导率（单位：ms/cm）

由表5-6中可以看出：不同处理区各土层土壤盐分电导率变化范围大，均表现在土壤表层的（5cm）的电导率平均值达到最大，60cm土层电导率均值最低，即盐分含量随土壤深度的增加而减小，盐分分布均存在表土积盐的趋势。由同期且种植作物相同（均为韭菜）的自然排水区，10m、15m、20m排水处理区电导率变化效果看，10m区、15m区各土层电导率的均值均小于自然排水区，说明暗管排水起到了控盐作用；另一方面，三种暗管排水间距的不同起到的控盐效果不同。暗管间距10m排水区控盐效果最为理想，各土层土壤盐分电导率均值最低，而20m区土壤各层含盐量较高，甚至有高于自然排水区的趋势，出现了盐分大量积聚的现象，说明暗管排水控盐效果与排水效果有较大关系。

6.结果与讨论

（1）当暗管间距小于15m时，排水区0～60cm土壤的含盐量明显低于非排水区；没有排水的地块在作物种植季节末期，土壤存在轻度盐碱化的现象；在试验的第三年期间，即使利用降雨淋洗，大棚土壤仍然出现轻度的盐渍化；但裸地土壤的盐分含量要低得多，无盐渍化现象。

（2）土壤剖面的盐分分布一般表层尤其是深度5cm左右高于底层（60cm深）；灌溉和雨季揭棚利用降雨淋洗有明显的压盐作用，但随着蒸发蒸腾的进行，又有返盐的现象；

（3）盐分的空间变异性分析表明，耕作、施肥、灌溉和排水都会干扰盐分的空间分布，其中排水措施和施肥的影响最大。