鋪設(shè)不同反濾層對(duì)暗管排水排鹽效果的影響

李 順， 陳嘉琪， 李東欣， 高欣穎， 夏小龍

(塔里木大學(xué)， 新疆 阿拉爾 843300)

暗管排水是利用地下管道排除田間土壤多余水分的排水技術(shù)措施，也是防止和治理土壤鹽堿化最直接和最有效的措施之一[1]。近年來(lái)，控制排水與防治土壤鹽漬化，以及調(diào)控農(nóng)田水鹽效應(yīng)成為研究熱點(diǎn)[2-5]。陶?qǐng)@等[6]提出一種占用耕地少、排水流量較常規(guī)暗排大且環(huán)境友好的改進(jìn)暗排，改進(jìn)暗管排水為常規(guī)暗管排水流量的2～3倍。李曉華等[7]研究表明，以秸稈排水體作暗管排水材料，排水脫鹽效果顯著，加速土壤脫鹽，鹽堿土改良效果好。王東旺等[1]通過(guò)大田試驗(yàn)驗(yàn)證膜下滴灌結(jié)合暗管排水的排水排鹽效果，結(jié)果表明，暗管改善了土壤深度0～60 cm以?xún)?nèi)的滲透性，暗管排出水的含鹽量大于灌溉水，排水同時(shí)帶走土壤鹽分。目前，關(guān)于只排出土壤水且鋪設(shè)多層反濾層的暗管排水研究鮮見(jiàn)報(bào)道，為此，基于室內(nèi)土柱試驗(yàn)，分析鋪設(shè)反濾層對(duì)暗管排水流量和土壤中鹽分空間分布的影響，以期為多濾層暗管排水研究及應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用土采自塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院試驗(yàn)基地棉田的返鹽堿土，土壤為砂質(zhì)壤土，初始含鹽量為8 000 μS/cm。試驗(yàn)前取回土樣風(fēng)干、磨碎，過(guò)2 mm篩，按容重1.35 g/cm3裝填。試驗(yàn)用有機(jī)玻璃土槽規(guī)格為115 cm×60 cm×80 cm，暗管為管徑20 mm的PVC管，暗管下部不開(kāi)孔，上部開(kāi)孔率為40%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，T1處理：暗管包裹土工布不設(shè)置反濾層，在土壤表面以下15 cm、土柱寬度方向中間位置沿土柱長(zhǎng)度方向鋪設(shè)。T2處理：暗管上方布設(shè)砂石反濾層，在暗管上方45°方向鋪設(shè)，鋪設(shè)寬10 cm，砂石厚5 cm，粒徑為2～3 cm，呈倒錐形。T3處理：暗管上方布設(shè)砂石及其上覆蓋玉米秸稈反濾層，玉米秸稈反濾層為長(zhǎng)5 cm秸稈，于暗管水平方向鋪設(shè)厚度3 cm、寬10 cm，玉米秸稈鋪設(shè)于砂石上方。灌溉方式為滴灌，水源為自來(lái)水，電導(dǎo)率365 μS/cm。沿暗管方向設(shè)置3個(gè)滴頭，滴頭流量3.3 L/h，滴灌3 h。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 暗管排水流量 自暗管開(kāi)始排水時(shí)每隔5 min用量筒測(cè)定1次，測(cè)定1 min暗管排水流量，直至暗管停止排水，分析暗管排水流量隨時(shí)間的變化規(guī)律。

1.3.2 排水后土壤鹽分空間分布 土壤鹽分測(cè)定采用1∶5土水比浸提液，用DDS-308A電導(dǎo)率儀測(cè)定不同位置點(diǎn)土壤電導(dǎo)率值。排水48 h土壤鹽分重分布后用小型土鉆取樣，自暗管處以5 cm為間隔沿深度方向取樣至土壤深度40 cm，水平方向取樣距離暗管25 cm接近土柱邊緣處，同時(shí)從土壤表面取至40 cm深度。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

采用軟件Origin 2021進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理暗管的排水流量

從圖1可知，土壤飽和后，在灌水時(shí)間3 h內(nèi)，隨灌水時(shí)間增加各處理暗管排水流量呈增加趨勢(shì)。灌溉停止后，暗管排水流量減小直至停止排水。T1處理最大排水流量為44 mL/min，排水歷時(shí)360 min；T2處理最大排水流量為117 mL/min，排水歷時(shí)300 min；T3處理最大排水流量為127 mL/min，排水歷時(shí)270 min。鋪設(shè)反濾層處理的暗管排水流量明顯高于只包裹土工布處理。

圖1 不同處理暗管排水流量隨時(shí)間的變化規(guī)律

2.2 不同處理排水后土壤鹽分空間分布

土壤鹽分與暗管排水密切相關(guān)，排水流量增加，排水所帶走的鹽分增加，土壤中鹽分減少。從圖2可知，各處理暗管上方及暗管下方5 cm處鹽分含量明顯降低，有明顯脫鹽趨勢(shì)；30～40 cm深度處鹽分含量高，有明顯積鹽現(xiàn)象，表明各處理暗管排除上方及周?chē)寥赖柠}分效果明顯。在暗管周?chē)寥榔拭?，T1處理、T2處理、T3處理最小鹽分含量分別為317 μS/cm、223 μS/cm、217 μS/cm，T2處理、T3處理土壤平均鹽分含量分別比T1處理減少33%、41%，表明鋪設(shè)反濾層在增加暗管排水流量同時(shí)，減小排水后土壤鹽分含量，鋪設(shè)多濾層的效果更好。

圖2 不同處理排水后48 h土壤鹽分空間分布

3 小結(jié)

暗管鋪設(shè)反濾層，增加了土壤與反濾層的導(dǎo)水率差異，減弱土壤水在暗管周?chē)虬倒艿撞康睦@流作用，控制淋洗水分進(jìn)入暗管，增強(qiáng)暗管的排水效果。在非飽和條件下暗管很難排水，因此在土壤飽和后考察不同處理的排水效果。研究結(jié)果表明，與只包裹土工布處理比，鋪設(shè)反濾層處理增加了暗管排水流量，從而增加排出土體的鹽分。暗管排水能夠排出暗管上方及周?chē)寥赖柠}分。鋪設(shè)反濾層排水處理減小排水后暗管周?chē)寥乐械柠}分含量，鋪設(shè)多層反濾層的排水排鹽效果更優(yōu)。