不同排水措施對(duì)鹽堿地改良效果的分析

張懷斌

(新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000)

土壤的鹽漬化會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)退化，影響作物的生長(zhǎng)及水文地質(zhì)條件，近年來(lái)，許多專家學(xué)者針對(duì)鹽堿地的改良與治理進(jìn)行了相關(guān)研究。

付同剛等[1]以內(nèi)蒙古某地區(qū)灌區(qū)為研究對(duì)象，采用多元邏輯回歸法，研究影響當(dāng)?shù)佧}漬化土壤改良的主要因素。田長(zhǎng)彥等[2]以新疆某地區(qū)鹽堿地為研究對(duì)象，提出干旱區(qū)鹽堿地生態(tài)治理模式。王亞娟等[3]利用無(wú)紡布對(duì)鹽堿地進(jìn)行治理，結(jié)果表明，采用無(wú)紡布對(duì)鹽堿地的含鹽度改善效果顯著。劉陽(yáng)春等[4]利用現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)技術(shù)，研究各種因素對(duì)鹽堿地改良技術(shù)的影響。王曉麗等[5]利用反滲透技術(shù)對(duì)鹽堿地淋洗水進(jìn)行改良，結(jié)果表明，反滲透技術(shù)對(duì)鹽堿地淋洗水的水質(zhì)改善效果顯著。

本研究采用毛細(xì)透排水帶和波紋管兩種排水措施，研究不同淋洗次數(shù)、不同灌水量、不同土壤深度對(duì)鹽漬化土壤的脫鹽率和鹽分離子量的影響。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

本研究以新疆某地區(qū)試驗(yàn)區(qū)為研究對(duì)象，該地位于北疆瑪納斯河流域，降雨量較少，蒸發(fā)量較大，氣候條件較為干燥，主要種植棉花、紅棗和甜菜等作物。該試驗(yàn)區(qū)總面積為91.3 km2，土壤類型為氯化物—硫酸鹽型鹽土，地下水位線位于1.3 m左右，主要分為中度鹽漬化區(qū)和重度鹽漬化區(qū)，其土壤相關(guān)性質(zhì)如表1所示。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤理化性質(zhì)

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)區(qū)的排水管網(wǎng)主要為波紋管和毛細(xì)透排水帶。波紋管長(zhǎng)度為90 m，并搭配長(zhǎng)度為430 m的集水管組成波紋管排水系統(tǒng)。毛細(xì)透排水帶在PVC管上連接毛細(xì)排水帶，其長(zhǎng)度為100 m，搭配470 m的集水管組成毛細(xì)透排水帶排水系統(tǒng)。

采取田間試驗(yàn)對(duì)其淋鹽效果進(jìn)行研究，采取漫灌的方式對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行灌溉。取30塊格田進(jìn)行試驗(yàn)研究，分別選擇不同的灌水量對(duì)田塊進(jìn)行淋洗，每4 d進(jìn)行一次淋洗，淋洗后，測(cè)試不同土層深度的土鹽堿度。

波紋管的設(shè)置深度主要與脫鹽深度(D)有關(guān)，為確定波紋管的設(shè)置深度，計(jì)算D如式(1)：

D=ΔH+Δh

(1)

式中：ΔH為根系層深度，m；Δh為剩余水頭，m。

波紋管的間距主要有排水設(shè)計(jì)流量(Q)確定，其計(jì)算如式(2)：

Q=C·q·A

(2)

式中：C為流量系數(shù)；q為設(shè)計(jì)排水模數(shù)，m/d；A為排水控制面積，m2。

根據(jù)上述公式計(jì)算設(shè)計(jì)排水流量如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)排水流量

吸水管管徑(d1)和集水管管徑(d2)需分別滿足式(3)～式(4)。

(3)

(4)

式中：n為管內(nèi)糙率；Q為設(shè)計(jì)排水流量，m3/d；α為充盈度相關(guān)系數(shù)；i為排水比降。

根據(jù)式(3)、式(4)計(jì)算吸水管內(nèi)徑如表3所示。

表3 不同吸水管內(nèi)徑

3 結(jié)果與分析

3.1 排水措施對(duì)鹽漬化土壤鹽分的影響

圖1 中度鹽漬化試驗(yàn)區(qū)的脫鹽率

圖1為中度鹽漬化試驗(yàn)區(qū)的脫鹽率。由表可知，采用毛細(xì)透排水帶為排水措施的脫鹽率比采用波紋管的脫鹽率高。隨著淋洗次數(shù)的增加，鹽漬化土壤的脫鹽率逐漸增大。當(dāng)采用毛細(xì)透排水帶時(shí)，1次淋洗與2次淋洗間的脫鹽率最大，最大差距為94.1%，說明2次淋洗對(duì)鹽漬化土壤的鹽分去除效果較好。當(dāng)進(jìn)行第4次淋洗，灌水量為1500 m3/hm2時(shí)，脫鹽率有最大值，其值為98.99%，在此排水措施下，鹽漬化土壤的脫鹽效率最好，相對(duì)于第5次淋洗來(lái)講，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

圖2為重度鹽漬化試驗(yàn)區(qū)淋洗后的脫鹽率。由表可知，采用毛細(xì)透排水帶為排水措施的脫鹽率比采用波紋管的脫鹽率高。隨著淋洗次數(shù)的增加，鹽漬化土壤的脫鹽率逐漸增大。當(dāng)采用毛細(xì)透排水帶時(shí)，1次淋洗與2次淋洗間的脫鹽率最大，最大差距為55%。采用毛細(xì)透排水帶與波紋管的脫鹽率變化規(guī)律不一致。當(dāng)采用毛細(xì)透排水帶，灌水量為1650 m3/hm2，第3次淋洗時(shí)，有最大脫鹽率，其值為94.6%。隨著淋洗次數(shù)的增大，少數(shù)鹽漬化土壤的脫鹽率有下降的情況，為返鹽現(xiàn)象。這是由于該地區(qū)降雨量較小，蒸發(fā)量較大，且氣候炎熱干燥，使鹽漬化土壤出現(xiàn)返鹽的情況。

3.2 毛細(xì)透排水帶全鹽量變化

圖3為毛細(xì)透排水帶全含鹽量變化。由圖可知，中度鹽漬化試驗(yàn)區(qū)每次淋洗后的含鹽量變化趨勢(shì)具有各異性，重度鹽漬化試驗(yàn)區(qū)含鹽量變化趨勢(shì)較為一致，且含鹽量變化曲線較為集中。隨著土壤深度的增大，兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的含鹽量變化總體呈下降趨勢(shì)，在中度鹽漬化試驗(yàn)區(qū)0～10 cm中，經(jīng)過第1次淋洗后含鹽量下降程度最大，為96.62%；在重度鹽漬化試驗(yàn)區(qū)0～10 cm中，經(jīng)過第1次淋洗后含鹽量下降程度最大，為81.19%。說明采用毛細(xì)透排水帶作為排水措施對(duì)降低土壤的含鹽量效果顯著。

圖2 重度鹽漬化試驗(yàn)區(qū)淋洗后的脫鹽率

圖3 毛細(xì)透排水帶全含鹽量變化

3.3 毛細(xì)透排水帶土壤鹽分離子的變化

表4 毛細(xì)透排水帶最優(yōu)脫鹽率淋洗下土壤鹽分離子量 g·kg-1

4 結(jié) 論

(1)在中度鹽漬化試驗(yàn)區(qū)中，采用毛細(xì)透排水帶為排水措施的脫鹽率比采用波紋管的脫鹽率高。隨著淋洗次數(shù)的增加，鹽漬化土壤的脫鹽率逐漸增大。當(dāng)采用毛細(xì)透排水帶時(shí)，1次淋洗與2次淋洗間的脫鹽率最大，說明2次淋洗對(duì)鹽漬化土壤的鹽分去除效果較好。當(dāng)進(jìn)行第四次淋洗，灌水量為1500 m3/hm2時(shí)，脫鹽率有最大值，其值為98.99%，在此排水措施下，鹽漬化土壤的脫鹽效率最好，相對(duì)于第五次淋洗來(lái)講，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

(2)在重度鹽漬化試驗(yàn)區(qū)，兩種排水措施下，隨著淋洗次數(shù)的增大，少數(shù)鹽漬化土壤的脫鹽率有下降的情況，為返鹽現(xiàn)象。這是由于該地區(qū)降雨量較小，蒸發(fā)量較大，且氣候炎熱干燥，使鹽漬化土壤出現(xiàn)返鹽的情況。

(3)隨著土壤深度的增大，兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的含鹽量變化總體呈下降趨勢(shì)，在中度鹽漬化試驗(yàn)區(qū)0～10 cm中，經(jīng)過第一次淋洗后含鹽量下降程度最大，為96.62%；在重度鹽漬化試驗(yàn)區(qū)0～10 cm中，經(jīng)過第一次淋洗后含鹽量下降程度最大，為81.19%。說明采用毛細(xì)透排水帶作為排水措施對(duì)降低土壤的含鹽量效果顯著。