滨海盐渍土壤广泛分布于沿海滩涂区域，其生态开发利用在国民经济建设中具有极其重要的地位，随着沿海人口密度的不断增长，如何高效利用作为重要后备土地资源的沿海滩涂已成为亟待解决的问题^[1-3]。而滨海盐渍土壤因其pH大、盐分含量高、结构性能差、植物难以生长等特点，往往难以开发利用^[4-7]。“盐随水来，盐随水去”，面对滨海盐渍土壤开发利用的难题，怎样有效控制盐渍土壤中的水分运移，对于土壤的盐分调控与土壤利用将发挥重要作用。目前对于土壤水分的调控除了传统的物理、化学、生物措施等，许多学者也尝试将高分子化合物应用于土壤的改良中^[8-11]，以改善土壤的理化性能，例如有研究发现在棉田中使用羟乙基纤维素(hydroxyethyl cellulo，HEC)能有效降低0~40 cm土壤盐分，对于降低土壤中水溶性K⁺、Na⁺、SO₄^2-、Cl^–作用明显^[12]；董传迁等^[13]研究发现壳聚糖分子链上含有大量的氨基和非离子型羟基等亲水性基团，使其具有良好成膜性，即使在盐水环境下也具有一定的保水性能，总体来看这些高分子化合物的一些特性使其在盐渍土壤改良的应用上具有一定的潜力，同时其相对传统的物理措施，如使用高分子化合物进行改良则有着低成本、易操作等优势，在综合改良过程可以优势互补，这对于丰富盐渍土壤的改良手段、优化已有改良方法的效果有着重要意义^[14-16]。但目前国内将高分子化合物应用于滨海盐渍土壤改良的研究相对较少，因此本研究以滨海盐渍土壤为研究对象，通过在土壤表面喷洒高分子化合物溶液，对其水分运移情况进行探索，分析其土壤理化性质的改变，为高分子化合物改良滨海盐渍土壤提供依据。

1 材料与方法 1.1 供试材料与土壤

试验所用高分子化合物为：聚丙烯酰胺(polyacrylamide，PAM)、壳聚糖(chitosan，CTS)、羟乙基纤维素(hydroxyethyl cellulo，HEC)，其中PAM为阴离子型，分子量为800万，CTS为阳离子型，分子量为30万，HEC为非离子型水溶性聚合物，分子量为37万；试验所用CTS溶液由1% 醋酸溶解配制而成，PAM和HEC溶液均由去离子水配制而成，由于不同高分子化合物溶液在同浓度下黏度差异较大，为便于喷洒试验，所用高分子化合物溶液浓度为PAM 0.2 g/L、CTS 10 g/L、HEC 5 g/L；3种高分子化合物溶液的制备过程类似，具体制备过程：首先在溶解槽内倒入目标制备量35% 的溶剂，随后开始搅拌并缓慢定量加入高分子化合物粉末(避免在水中相互黏结、成团)，在加入高分子化合物粉末的同时加入溶剂，直到达到目标制备量，随后继续搅拌至溶液均匀透明、无肉眼可见团块，即完成制备。供试土壤采集时土壤表面可见白色盐分结晶，长有盐蒿、沙蓬等植被，其基本理化性质见表 1。

1.2 试验设计 1.2.1 高分子化合物对土壤理化性质的影响

试验通过土壤培养的方式研究不同高分子化合物对于土壤理化性质的影响。试验为双因素完全随机设计，试验选用PAM、CTS、HEC 3种高分子化合物，每种高分子化合物溶液设置5个不同用量的水平(同种高分子化合物溶液不同用量的水平，均使用相同浓度的溶液)，包含一个对照(不喷洒高分子化合物溶液)共16个处理，每个处理重复3次，具体见表 2。

试验在人工温室中进行，使用20 cm × 10 cm × 6 cm的塑料盒作为培养容器，试验的实施方法为：将供试土壤风干、磨碎、过2 mm筛，以1.36 g/cm³的容重进行装填，每个容器装填1.36 kg土壤，装填完毕后，根据各处理高分子化合物的类型与用量(依照表 2)在土壤表层喷洒高分子化合物。喷洒完毕后自然放置60 d，放置过程中每隔10 d在土壤表面喷洒200 ml去离子水，共喷洒5次。

1.2.2 高分子化合物溶液对土壤蒸发的影响

试验为土柱模拟试验，采用双因素完全随机设计，试验处理、供试材料和土壤与试验1相同，所用土柱为高35 cm、外径10.5 cm、壁厚0.5 cm的有机玻璃柱，将底部出水口封闭，使液体无法渗出土柱。试验所用供试土壤经自然风干、磨碎后过2 mm筛，然后分层装入土柱，装填容重为1.49 g/cm³，装填过程中每5 cm压实一次并拉毛表面，土柱内土体总高度为25 cm。装填完毕后，每根土柱均灌入2 g/L微咸水900 ml，微咸水为NaCl: Na₂SO₄=1:1溶液，当所有溶液完全渗入土壤后用保鲜膜封住有机玻璃柱柱口，等待48 h，待土壤中水分再分布后揭开保鲜膜，依据表 2中各处理的高分子化合物类型与用量，在土柱土壤表层喷洒高分子化合物溶液，随后自然蒸发23 d。

1.3 样品的采集与分析

试验一在培养结束后，先用环刀进行取样，测定其孔隙度、饱和导水率。随后将培养容器中剩余的土壤全部收集，风干、磨碎后过1 mm筛，用于测定pH、EC、土壤水溶性盐分含量等指标。试验二在蒸发过程中，于每天上午10:00使用称重法测定前一日的日蒸发量。在蒸发试验结束后，对土柱进行分层取样(每5 cm一层)并测定土壤含水率，采集的土壤样品进行风干，磨碎，过1 mm筛，测其pH、EC、土壤水溶性盐分。试验中pH采用水土比5:1(V: m)浸提电位法测定；EC采用水土比5:1(V: m)浸提电极法测定；全盐量采用质量法测定；孔隙度采用换刀法测定；饱和导水率采用双环刀法测定。以上测定方法参照LY/T 1215—1999《森林土壤水分-物理性质的测定》^[17]、LY/T 1218—1999《森林土壤渗滤率的测定》^[18]、《土壤农化分析》^[19]、《土壤农业化学分析方法》^[20]。

2 结果与讨论 2.1 喷洒不同高分子化合物溶液成膜对土壤物理性质的影响 2.1.1 对土壤EC与pH的影响

图 1为不同高分子化合物对土壤电导率的影响。由图可知，在喷洒过高分子化合物后，各处理的电导率与对照均无显著差异。在使用PAM的处理中，电导率随着高分子化合物用量的增加而逐渐增大，各处理的电导率较对照提高了0.94%~3.12%；在使用CTS的处理中，电导率的变化规律与PAM相类似，K1、K2、K3处理的电导率相较对照降低了1.81%~3.16%，而K4、K5处理则分别较对照提高了0.53% 与2.75%；在使用HEC的处理中，各处理的电导率变化无明显规律，分别较对照降低了1.27%~3.12%。从结果来看，PAM虽然为阴离子型，其能够与土壤中的二价离子(例如Ca²⁺)形成离子桥，即PAM-Ca^2+[21]，进而使得土壤中阳离子减少，但由于不同土壤中离子组成的差异，在以Na⁺、K⁺为主要阳离子的滨海盐渍土壤中，PAM对于降低土壤电导率的作用不明显；CTS由于为阳离子型，在酸性溶液中易成盐，因而随着用量的增加可能会导致土壤电导率有所增加；而HEC作为一种非离子型的水溶性纤维素醚，对于土壤中的离子无吸附能力。总体来看这3种高分子化合物本身并不会导致土壤电导率的巨大改变，其发挥的作用更多的可能是通过改变土壤水分运动，进而影响土壤盐分含量。

图 2为不同高分子化合物对土壤pH的影响。由图可知，各处理中P1最高为8.50，K5最低为7.93。在使用PAM的处理中，P1、P2的pH较对照分别升高了0.83% 与0.59%，但差异不显著，其余处理则降低了0.83%~1.67%，其中P3、P5显著低于对照；在使用CTS的处理中，其pH随着CTS用量的增加呈先升高后降低的趋势，其中K4、K5同对照差异显著，分别减低了3.44% 与5.93%，而其余处理与对照无显著差异；在使用HEC的处理中，其pH变化规律与CTS相类似，其中H1、H2、H5与对照差异显著，降低了1.30%~4.03%，而H3、H4较对照略有提高，但差异不显著。

2.1.2 对土壤孔隙度的影响

图 3为不同高分子化合物对土壤孔隙度的影响。由图可知，在使用PAM的处理中，除P1、P2的总孔隙度、毛管孔隙度低于对照外，其余处理的总孔隙度、毛管孔隙与非毛管孔隙度均高于对照；总孔隙度与非毛管孔隙度均随着PAM用量的增加，呈先增加后降低的趋势，而毛管孔隙度随着PAM用量的增加逐渐增加；P4处理的总孔隙度(47.51%)与非毛管孔隙度(21.72%)最大，而P5的毛管孔隙度最大，为25.91%。在使用CTS的处理中，土壤的总孔隙度、毛管孔隙与非毛管孔隙均随着CTS用量的增加，先增加后降低，但均高于对照；其中K3的总孔隙度、毛管孔隙度与非毛管孔隙度均为最大，较对照分别增加了9.84%、4.95% 与16.37%。在使用HEC的处理中，其总孔隙度与毛管孔隙度的变化规律与使用PAM相类似，其中H3的总孔隙度与毛管孔隙度均为最大，分别为49.16% 与26.87%，较对照增加了11.50% 与17.95%；H5的非毛管孔隙度最大，为22.37%，较对照增加了18.38%。由于3种高分子化合物都具有不同程度絮凝作用，有利于土壤水稳性团聚体的形成，进而增加土壤孔隙度与毛管孔隙度^[22-24]。总体来看，除P1、P2外其余各处理的总孔隙度均较对照有显著提升，3种高分子化合物在不同用量下对于土壤孔隙的提升均有一定的作用，就效果而言HEC > CTS > PAM，其中H3的效果最优。

2.1.3 对土壤饱和导水率的影响

图 4为10 ℃下不同高分子化合物作用下的土壤饱和导水率。由图可知，在使用PAM的处理中，土壤饱和导水率随着PAM用量的增加，先增加后降低，P2达到最大值(0.39 mm/min)，较对照增加了12.05%，且差异显著。在使用CTS的处理中，土壤饱和导水率随着CTS用量的增加，先降低后增加，但各处理与对照差异均不显著；其中K2、K3较对照有所降低，K3达到最低值为0.31 mm/min，其余处理均高于对照。在使用HEC的处理中，土壤饱和导水率的变化趋势与CTS相类似，但总体高于CTS的各处理；且各处理的饱和导水率均高于对照，较对照增加0.03%~17.17%，其中H1最大，为0.40 mm/min。由试验结果来看，高分子化合物对于土壤饱和导水率的影响与其用量有较大关系，PAM的使用中，仅在5 kg/hm²的用量时饱和导水率较对照有所增加，其余用量时均低于对照，且随着用量的增加土壤的饱和导水率会不断降低；而CTS与PAM，在用量低于40 kg/hm²时土壤饱和导水率会逐渐降低，但用量高于40 kg/hm²后土壤的饱和导水率则随着用量的增加而逐渐升高。从目前已有研究来看，PAM等高分子化合物能够增加水的黏滞度，当其用量大于一定临界值后，其对于土壤孔隙的填充将增大水流的入渗阻力，并形成局部致密层，进而影响土壤饱和导水率，从而出现高用量下土壤的饱和导水率降低的情况^[25-27]。

2.2 喷洒不同高分子化合物溶液成膜对土壤水分蒸发的影响

图 5为各处理的土壤日蒸发量与累积蒸发量。由图可知，在整个蒸发过程中不同处理的日蒸发量随着时间的推移均呈现出递减的趋势，在蒸发前期由于土壤含水率较大各处理间日蒸发量差异不明显，并且出现了部分处理的日蒸发量高于对照，这可能是PAM、CTS、HEC的喷施造成表层土壤的含水率高于对照，因而促使蒸发量变大。但在蒸发后期，当表层土壤的水分大量蒸发后，需要更深层土壤水分补给时，各处理的抑制蒸发效果开始显现。

PAM处理下，当蒸发进行到第10天后各用量水平下的日蒸发量均低于对照(图 5A)。从整个蒸发过程的累积蒸发量来看(图 5B)，除P1处理外，其余处理的累积蒸发量在11 d后均低于对照，而P1处理的累积蒸发量在第19天后才低于对照。在经过23 d蒸发后，P4的累积蒸发最低，为46.5 mm；P1最高，为55.9 mm；各处理累积蒸发大小为CK > P1 > P2 > P3 > P5 > P4，相较于对照各处理累积蒸发量降低了2.8%~20.4%。

CTS处理与HEC处理下的土壤的日蒸发量(图 5C、5E)与累积蒸发量(图 5D、5F)变化趋势与PAM处理相类似，在蒸发前期各处理的日蒸发量差异较小，各处理的累积蒸发量曲线重合度较高，部分处理与对照的日蒸发量曲线产生了多次交叉。其中使用CTS的各处理在第10天后，日蒸发量均低于对照；通过23 d自然蒸发，K5的累积蒸发量最低，为51.0 mm，K1最高为54.3 mm；各处理的累积蒸发量均低于对照(57.6mm)，整个蒸发过程中各处理的累积蒸发量为CK > K1 > K2 > K4 > K3 > K5，相较于对照各处理累积蒸发量降低了5.6%~11.4%。而HEC处理下，H5的累积蒸发量最低，为48.0 mm，H1最高，为54.6 mm，各处理累积蒸发量为CK > H1 > H2 > H3 > H4 > H5，相较于对照各处理累积蒸发量降低了5.2%~16.6%。总体来看CTS与HEC在不同用量下均有一定的蒸发抑制效果，但高用量下的抑蒸效果弱于PAM。

2.3 喷洒不同高分子化合物溶液成膜对土壤盐分分布的影响

土壤中盐分分布与其水分运移情况关系密切，而高分子化合物的表面喷洒对抑制土壤的水分蒸发具有一定的效果，因此其对于水分运移的影响必然会反映到土体中的盐分分布上。图 6为3种高分子化合物处理蒸发完成后各土层的盐分含量。由图可知，使用了高分子化合物的各处理在0~5 cm土层的盐分含量均低于CK，PAM处理为7.38~14.62 g/kg、CTS处理为9.22~14.38 g/kg、HEC处理为9.81~13.41 g/kg，其中P4处理表层土壤盐分最低为7.38 g/kg，相较CK降低了55.1%。各处理5~10 cm土层的盐分为所有土层中最低，除P2、P4、P5的盐分含量显著低于CK外，其余各处理的盐分含量与CK相接近，差异不显著。由于抑制了盐分向土表集聚，10~25 cm土层中各处理的盐分均随着土层深度的增加呈现出了上升趋势。

总体来看，3种高分子化合物溶液喷施在土壤表面对于抑制土体盐分的向上运移均有一定作用。依据0~10 cm土层盐分含量，各处理的抑盐效果为：P4 > P5 > K4 > H5 > P5 > H4 > H2 > K1 > P3 > H1 > P2 > K3 > K2 > H3 > P1。

2.4 基于主成分分析的抑蒸、控盐效果评价

依据高分子化合物对土壤理化性质的改变与水盐分布影响，对土壤pH、EC、容重、毛管孔隙度、累积蒸发量，0~5 cm、5~10 cm土层含盐量和含水率进行主成分分析(principal component analysis，PCA)，对各种类高分子化合物及其不同的用量水平的改良效应进行评价。对逆指标使用倒数法转换为正指标，并采用Z-sorce法对各项数据进行标准化转化。通过数据提取，并根据提取出的主成分因子，利用回归估计法计算主成分因子得分。

各处理的主成分得分情况见表 3。由总得分和排名可知，使用高分子化合物的各处理改良效果均优于CK。使用PAM的处理中，P4效果最佳，CTS处理中K5效果最佳，HEC处理中H5效果最佳。总体来看，综合改良效果最佳的5种处理为：P4、K5、H5、P5、K4，均为高用量的处理。

3 结论

1) PAM、CTS、HEC这3种高分子化合物能够提高土壤孔隙度，影响土壤饱和导水率，但同时这3种高分子化合物本身不会对土壤可溶性盐的含量产生显著影响，其对于土壤盐分含量的影响更多的是通过改变土壤中的水分运动，进而间接影响土壤中盐分的运移与分布。

2) 喷洒高分子化合物溶液成膜能够抑制土壤水分蒸发、提高土壤保水性能，PAM各用量下的土壤水分蒸发量较CK降低了2.8%~20.4%；CTS与HEC，均随着用量的增加，土壤水分蒸发量逐渐降低，其不同用量下的土壤水分蒸发量分别较CK降低了5.6%~11.4% 和5.2%~16.6%。

3) 针对土壤孔隙度、土壤水分蒸发量、表层土壤抑盐等综合改良效应来看，PAM、CTS、HEC分别在用量为20、80、80 kg/hm²时效果最佳。