盐碱土埋藏夹层阻盐能力下降的水力机制与失效阈值

《Agricultural Water Management》：The hydraulic mechanism and failure threshold for the decline of salt-blocking capacity of buried interlayers in saline-alkali soil

　　

埋藏夹层技术因可在土体中形成水力不连续性（hydraulic discontinuity）并削弱咸水向上运移而被广泛用作盐碱土改良的农艺措施。研究人员假设秸秆夹层（SI）与砂夹层（SaI）因材质差异遵循不同退化路径；退化引起的夹层结构改变会重塑土壤水盐再分布；毛细孔隙比例（CPP）升高会增强返盐风险并标志有效毛细屏障向功能退化层转变。研究人员通过黄河三角洲田间埋置试验结合X射线计算机断层扫描（CT）量化孔隙结构，拟合van Genuchten与Durner双峰持水曲线获取水力参数，并耦合数值水盐运移模型，外推功能退化并识别潜在失效阈值。结果表明，夹层退化经由结构与水力变化进行，退化调控水盐运移与根区盐分累积，CPP可作为功能衰退的关键指标。该研究为评估埋藏夹层技术耐久性提供机制基础，支持盐碱地可持续改良中的设计、维护与风险管理。

研究背景方面，土壤盐渍化受自然过程与人为活动驱动，在滨海农业区如埃及尼罗河三角洲、越南湄公河三角洲与中国黄河三角洲，海水入侵与强蒸发加速盐分经毛细作用向上运移至根区，引发渗透胁迫并降低作物水分吸收能力。埋藏夹层技术通过在40–60 cm深度布置5–10 cm厚夹层形成毛细屏障，其中秸秆夹层（SI）依靠低容重、高孔隙与离散有机骨架阻断毛细连通，砂夹层（SaI）依靠粗孔隙与低毛细持水性中断毛细上升。然而夹层并非静态屏障：SI发生生化分解与机械压实，SaI发生细粒充填与界面混合，二者均可能增加毛细孔隙比例（CPP）使有效屏障退化为过渡层甚至导水导盐通道。连续田间监测难以解析埋藏夹层渐进退化，故研究人员集成CT结构指标、持水曲线水力参数与数值模型，以CPP为结构指标关联物理退化、水力变化与返盐风险。

主要关键技术方法方面，研究人员在山东东营中科院黄河三角洲研究中心设六处理三重复田间试验，处理含旋耕无夹层（RT）、SI-RT、SaI-RT、免耕无夹层（NT）、SI-NT、SaI-NT，2024年6月埋置10 cm厚稻秸与河砂于40–50 cm，冬小麦生育期监测气象与4 m深地下水位；T0（埋后即刻）与T1（埋后一年）取原状夹层PC管样做CT扫描，环刀样测饱和导水率（K_s）与离心持水曲线；土壤分七层取扰样测EC_1:2.5、pH、离子与团聚体，SWRC用van Genuchten单峰与Durner双峰模型拟合，水盐运移由数值模型耦合CT孔隙场景外推。

研究结果部分，引言指出夹层功能衰退与结构-水力演化关系不清，提出三假设与三目标。材料方法中2.1节明确试验点年均降水555 mm、蒸发1838 mm、地下水盐约8.7 g L^?1，土壤为砂质黏壤土，氯盐主导；2.2节给出采样在播后26、131、176、198、226天对应苗期至成熟期，以及ET₀经FAO-56 Penman-Monteith计算并依LAI拆分E_p与T_p。2.2.4节以定水头法测K_s，离心法测SWRC，θ=θ_r+(θ_s?θ_r)/[1+(α|h|)ⁿ]^m且m=1?1/n表征基质域，夹层用Durner双峰θ(h)=θ_r+(θ_s?θ_r)[w₁(1+(α₁|h|)^n₁)^?m₁+(1?w₁)(1+(α₂|h|)^n₂)^?m₂]区分结构与矩阵孔隙域。

讨论与结论翻译总结：研究人员得出结论，SI与SaI退化路径迥异，SI以厚度减薄、有机骨架塌缩与CPP上升为主，SaI以细粒侵入、界面混合与粗孔减少为主；退化使夹层从毛细屏障转为水力过渡层，根区返盐风险随CPP升高而增大；CPP阈值可标志阻盐功能丧失，该阈值为夹层维护与更换提供依据。论文发表于《Agricultural Water Management》，其意义在于将夹层从“短期增产措施”重新定义为“随结构-水力演化而衰减的工程界面”，并以CT-持水-模型三联法给出可观测、可外推的失效判据，支撑盐碱土改良技术的寿命设计与风险管控。