深垂直旋耕对河套平原土壤水盐动态的调控机制及优化策略研究

为解决盐碱地土壤板结和水盐调控难题，研究人员通过2年田间试验结合HYDRUS-2D模型，探究深垂直旋耕(DVT)对河套平原粉壤土水盐时空分布的影响。结果表明：DVT通过降低容重(BD)和增加饱和导水率(Ks)，使25cm和50cm耕作层脱盐率分别提升35%和42%，向日葵产量提高10-12%，并确定最优春灌量为123.2-126.8mm。该研究为干旱区盐碱地改良提供了理论支撑。

　　

盐碱地被称为土地的"顽疾"，全球约20%的灌溉农田受其困扰。在中国河套平原，传统旋耕(TRT)形成的犁底层导致土壤板结，水分下渗受阻，盐分随毛细作用上涌，形成"地表白茫茫、作物黄蔫蔫"的恶性循环。如何打破这一僵局？中国科学院南京土壤研究所土壤与可持续农业国家重点实验室的研究人员将目光投向了深垂直旋耕技术(DVT)。

不同于传统耕作，DVT像"土壤外科手术"般垂直切入地下50cm，通过螺旋刀片破碎压实层，同时保持自然土层结构。这种创新方法能否破解盐碱地水盐调控难题？研究人员通过2年田间实验结合HYDRUS-2D模型模拟，在《Soil and Tillage Research》发表了突破性成果。

研究团队采用多尺度技术方法：通过田间试验设置TRT、DVT25(25cm)、DVT50(50cm)三种处理，测定土壤物理性质(BD、K_s、MWD等)和水盐参数；利用RETC软件预测水力参数，经HYDRUS-2D模型校准验证(R²>0.73)；构建16种情景模拟不同盐度土壤下的节水阈值；结合随机森林(RF)和结构方程模型(SEM)解析驱动机制。

土壤水分布规律

DVT使0-25cm土层BD降低15%，饱和含水量增加17%。模拟显示春灌期间DVT50处理的水分横向扩散范围比TRT扩大40cm，形成更均匀的湿润体。成熟期DVT处理耕作层含水量反低于TRT 4-7%，因其破坏毛细孔隙连续性，抑制深层水补给。

盐分运移特征

DVT25和DVT50在春灌后耕作层脱盐率分别达30.5%和35.7%，比TRT高1.4倍。关键发现是盐分在DVT处理的25cm深处形成"盐分拦截层"，而TRT则出现地表盐结皮。两年后DVT50处理0-50cm土层含盐量仍比初始值低48%。

水盐调控机制

SEM分析揭示DVT通过降低BD→增加K_s→提升春灌蓄水量→减少蒸发(E_a′)的连锁反应调控水盐。RF模型显示BD和K_s分别解释水盐变异的32%和28%。

优化策略创新

情景模拟发现：在轻度盐碱地，DVT25的节水阈值比TRT提高3%，最佳春灌量123.2mm；中度盐碱地节水潜力达7%。结合机械成本，推荐DVT25配合126.8mm春灌量，可实现WP_I提升16%。

这项研究首次系统阐明了DVT通过重构土壤结构调控水盐的三维动态，创制了"深旋破板结-浅沟控返盐-精准节水灌"的技术模式。其价值在于：理论上，揭示了压实层破坏对毛细水断裂的机制；应用上，为河套平原年节约灌溉水1.2亿m³提供方案。正如审稿人评价："该研究为全球干旱区盐碱地治理提供了可复制的技术范式"。