江苏沿海滩涂农田高降渍保证率暗管排水系统布局

为确定适于江苏沿海滩涂地区农田高标准降渍要求的暗管排水系统布置方案,该文根据江苏东台1953-2015年的逐日气象资料,以棉花为例,雨后3 d内将地下水埋深降至地表以下80 cm为排水降渍指标,运用DRAINMOD模型模拟了降渍保证率为95%的暗管排水系统布置方案,并在此基础上分析了相应的田间水文效应,以及补充灌溉对产量的作用。结果表明:在满足95%保证率的高标准降渍要求下,棉田的最大暗管间距与暗管埋深的模拟值大致呈对数函数关系;8月进行补充性灌溉后,满足降渍指标的暗管排水布局可获得的棉花多年平均相对产量为84.3%~86.3%;随着暗管埋深的增大,总排水量模拟值逐渐升高,生育期地下水埋深下降明显,花铃期受渍期间地下水埋深小于30 cm的累计值逐渐降低。综合考虑研究区除涝降渍、排水洗盐、作物产量、环境保护和经济效益等多重目标,推荐埋深120~150 cm、间距15~20 m为研究区适宜的暗管排水系统布置参数。研究成果可为沿海地区滩涂农业综合开发及生态环境保护提供理论依据。     

近滨海盐碱地暗管排水条件下地下水埋深动态变化模拟

农田暗管排水工程是近滨海地区盐碱地防御涝渍害、降低土壤盐分和促进作物生长的重要措施。本文应用DRAINMOD模型对河北沧州近滨海暗管排水排盐试验区(暗管埋深1.2 m,间距30 m),2011年6—9月的地下水埋深进行了模拟,并对不同控制性排水方案(无强制排水,地下水埋深控制在50 cm、80 cm和100 cm)下地下水埋深的变化进行了预测。模型所需参数(气象数据、作物数据、土壤参数和排水数据)由室内试验、田间试验和实地观测得到。研究结果表明:DRAINMOD在该地区的模拟值与观测值拟合较好,效率系数为0.67,相对误差系数为6.15%,反映出模型良好的模拟性能;农田暗管排水系统能明显降低涝渍害的发生,即使发生强降水,也能在2 d内将地下水埋深控制在60 cm以下,而若无强制排水地下水埋深需在15 d后降至60 cm;对不同排水方案模拟效果的比较表明,试验区在夏季控制性排水中,将地下水埋深控制在80 cm左右较为合适。综上,DRAINMOD模型可以很好地应用于地下水埋深变化的预测中。因此,在未来的研究中,近滨海盐碱区可以通过DRAINMOD模型模拟地下水埋深变化,从而为农田排水系统的设计提供理论依据,为暗管排水管理制度的建立提供科学的选择方法。     

滴灌条件下排水暗管埋深及管径对土壤盐分的影响

为探索高效节水的暗管排盐技术,通过田间灌溉排水试验,研究了滴灌条件下排水暗管不同管径(50、90 mm)、和不同埋深(0.6、1.0、1.4 m)对土层含盐量分布及脱盐效果的影响。结果表明:两次灌水后各土层脱盐效果差别较大。0~60 cm土层脱盐程度较高,土壤含盐量已降至12 g kg~(-1)以下中度盐化水平,100 cm以下土层脱盐效果不明显;暗管0.6 m埋深脱盐效果优于1.0、1.4 m埋深,总体盐分减少14.34 g kg~(-1),相比未铺设暗管对照减少了13.32 g kg~(-1)。增加暗管埋深至1.4m对暗管降盐效果无显著影响;暗管管径对各土层盐分的影响相对更加显著,90 mm管径相较50 mm管径暗管脱盐效果明显,50、90 mm管径暗管不同埋深0~1.4 m土层脱盐率分别在20.69%~30.20%和34.59%~57.04%之间。暗管埋深0.6 m、管径90 mm时,两次灌水后0~60 cm土层已降至轻度盐化水平(3~6 g kg~(-1)),暗管排水排盐效率较高,为北疆盐渍土的暗管排水最优埋深与管径布设参数。     

暗管排水对大棚土壤次生盐渍化改良及番茄产量的影响

为探讨防治设施土壤次生盐渍化的措施,于发生次生盐渍化的大棚土壤内埋设埋深40cm,间距6m及埋深70cm,间距8m的塑料暗管,研究土壤电导率(EC)、饱和导水率、体积质量等基本理化性质的变化,分析暗管排水对次生盐渍化土壤改良及番茄产量的影响。结果表明:埋设暗管可以明显降低次生盐渍化土壤的EC值,尤其是暗管上方的EC值显著低于对照;同时,土壤饱和导水率增加,体积质量降低而总孔隙度升高;番茄平均单果质量增加,产量显著提高,各项指标均表现为埋深70cm,间距8m暗管的处理优于埋深40cm,间距6m的处理。埋深70cm,间距8m暗管的处理在大棚土壤次生盐渍化改良中的效果优于埋深40cm,间距6m的处理。     

江苏沿海垦区暗管排水对冬小麦产量的影响模拟

江苏沿海垦区农田地下水位埋深较浅,冬小麦生长易受到渍害的影响;为探究不同暗管排水条件影响下冬小麦产量的变化,该研究根据在江苏东台试验站实测的气象、土壤、地下水埋深等数据,联合运用田间水文模型DRAINMOD和作物模型AquaCrop模拟不同暗管排水条件对冬小麦产量的影响.结果显示:DRAINMOD模型可准确模拟研究区地...     

排水暗管间距对滨海盐土淋洗脱盐效果的影响

为合理设计盐碱土灌排改良工程,提高盐碱土改良效果,该文通过田间试验,研究了排水暗管间距对滨海盐土淋洗脱盐效果的影响。结果表明,漫灌淋洗期间,吸水管间距埋设越小,小区暗管系统稳定排水流量越大,淋洗初期的排水矿化度也越大,排水排盐效率越高;相同淋洗用水量下,3m间距小区田间各点土壤脱盐比较均一,6、9m间距小区田间各点土壤脱盐效率相差较大,3次淋洗后3个小区田间各点0~1m深土体土壤脱盐率分别在70.93%～73.40%、64.68%～77.47%、56.54%～78.78%;利用暗管工程技术参数估算方法预测了淋洗改良后田间各点土壤含盐量,不同间距吸水管上方0~1m深土体土壤含盐量预测值与实测值差异较大,其他各点差异较小,预测误差率在±10%左右。排水暗管间距对田面各点土壤脱盐效果影响很大,盐碱土灌排改良应合理设计暗管间距和采取有效的淋洗措施。     

河北滨海盐碱区暗管埋设下土壤水盐变化响应研究

为探索暗管排水排盐技术在河北滨海盐碱地治理的适用性,考虑排水方式、暗管埋设关键参数(深度与间距)因素水平下,在河北省南大港农场布置并开展5个处理的田间试验,分别为1个明沟排水处理(对照,CK)和4个暗管排水处理(T1、T2、T3、T4,埋深/间距分别为1.0 m/20 m、1.2 m/30 m、1.4 m/40 m、1.6 m/50 m);对照处理设CK1、CK2两个重复。通过周年试验与观测,分析了暗管埋设条件下潜水埋深控制、耕层土壤含盐量变化、暗管最优埋设参数、盐分离子组分变化等。结果表明:(1)暗管排水排盐技术能够有效地控制地下水位,具有增强降水淋洗盐分和降低地下水位抑制返盐的能力,适合潜水埋深较浅的河北滨海盐碱区应用;(2)与明沟排水对照处理比较,在降水相对集中的雨季,暗管排水有更好地缓解涝渍灾害作用,减少70%的涝渍危害;(3)暗管排水可以显著降低土壤耕层(0~20 cm)含盐量,平均降低1.1‰,棉花种植与出苗盐分耐受关键期可平均降低土壤含盐量1.8‰;(4)从地下水埋深的平均下降速率、平均回升速率、暗管铺设经济成本综合考虑,T2处理(即1.2 m埋深,30 m间距)为河北滨海盐碱区最优铺设方案;(5)各盐分离子随土壤水运动迁移速率存在差异,其中以Cl-迁移速率最快,Ca2+次之。     

不同暗管布置下棉田排水的硝态氮流失量分析

为了研究不同暗管控制水深、暗管间距和暗管埋深条件下暗管排水中硝态氮流失量的变化规律,将暗管控制水深、暗管间距和暗管埋深的变化范围分别设为30～80cm、8～40m和80～120cm,采用通用旋转组合设计确定试验方案,并利用DRAINMOD模型对不同试验方案下暗管排水中硝态氮的流失量进行数值模拟。模拟结果表明:单一增加暗管出口控制水深或暗管埋深以及单一减小暗管间距都会使暗管排水中硝态氮流失量增加。暗管间距和暗管埋深对暗管排水中硝态氮流失量的影响要比暗管出口控制水深的影响大,当暗管出口控制水深小于40cm时,暗管埋深对其影响大于暗管间距;而当暗管出口控制水深大于70cm时,暗管间距对其影响大于暗管埋深。当暗管埋深不变时,增大暗管间距的同时减小暗管出口控制水深有助于减小暗管排水中的硝态氮流失量。     

浅密式暗管排盐技术改良苏打盐碱地效应研究

为探索暗管排盐技术在苏打盐碱地治理中的适用性,选择大庆地区的苏打盐碱地进行田间试验,研究排盐暗管不同间距（5 m,10 m,15 m）与埋深（0.8 m,1 m,1.2 m）下的盐碱地土壤脱盐效果。结果表明:经3次灌溉淋洗,发现埋设暗管能显著降低耕作层土壤含盐量,暗管埋设间距、埋深越小,平均排水效率越高,排水矿化度越大,土壤脱盐效率越高,改土效果越好。间距5 m、埋深0.8 m的处理经淋洗后平均排水效率为2.08%,较其他处理至少提高了13.66%;土壤含盐量为0.16%,较其他处理至少降低了23.81%。由此建议大庆地区苏打盐碱土降渍脱盐的地下暗管工程最佳布设参数为间距5 m、埋深0.8 m,既可以有效排除土壤中盐分,又可以确保耕作层土壤脱盐均匀。     

漫灌淋洗暗管排水协同改良滨海盐土水盐时空变化特征

为揭示暗管排水下漫灌淋洗土壤水盐运移规律,改进灌排工程技术,提高灌排改良效果,该文应用Vedernikov入渗方程和Van der Molen淋洗脱盐方程,对滨海盐土灌排改良过程土壤水分入渗、淋洗水量分配、盐分时空变化特征等进行了模拟研究。结果表明,间距分别为3、6、9 m的暗管排水控制区域(0~1.5、0~3、0~4.5 m)田面漫灌稳定入渗强度分别在3.14~4.26、1.19~3.68和0.58~3.55 cm/d之间,排水暗管间距越大的田面土壤入渗强度空间变化也越大。暗管排水下田面漫灌入渗强度的空间变化导致淋洗水量空间分配不均,距暗管越近的区域分配的淋洗水量越多,也导致了土壤淋洗脱盐空间差异明显。漫灌淋洗20 d,间距9 m的暗管排水控制区域(0~4.5 m)仅靠近暗管0~0.6 m宽的区段0~60 cm土层土壤含盐量下降到3.00 g/kg以下,该区段(达到改良目标)仅占暗管排水控制区域面积的13.3%;漫灌淋洗40 d,仅靠近暗管0~1.6 m宽的区段0~60 cm土层土壤含盐量下降到3.00 g/kg以下,该区段(达到改良目标)仅占暗管排水控制区域面积的35.5%;为了使暗管排水控制区域0~60 cm土层土壤含盐量都下降到3.00 g/kg以下,需要漫灌淋洗100 d。完全一致地漫灌淋洗整个区域将导致暗管附近区域土壤过度淋洗,浪费水资源;而距暗管较远区域土壤淋洗不充分,降低淋洗效率。     

反渗条件下排水沟与农田水盐交换关系

因干旱和半干旱下游灌区地势较低,排水出路不畅,排水系统往往成为承泄区外来水(上游灌溉退水和排水)的蓄水场所,使排水沟水位高于农田地下水位,反渗补给农田地下水,作物利用部分排水以后,如何维持农田良性的水盐平衡成为下游灌区一个迫切需要解决的科学问题。该文基于农田水盐平衡原理,以陕西一半干旱区下游灌区为例,在实测资料的基础上,首先利用田间水文模型DRAINMOD模拟了排水沟蓄水条件下,农田水位变化情况,然后计算分析了农田与排水沟的水盐交换关系。结果表明:在一个完整的种植年内单位长度排水沟上累计承接区外来水量为9.3 m3,减去流出水量,累计蓄积区外来水量为5.5 m3,农田单位面积上反渗累计补给田间地下水量为49.2 mm;累计农田排水量仅为2.3 mm。与作物蒸散发相比,现状条件下补给量虽然较小,但对维持和补给农田地下水起到了一定的作用。所产生的补给作用虽然增加了排水沟内盐分向田间地下水中的运动,但作物利用地下水过程中根区没有出现严重的盐分累积,对田间地下水盐分浓度影响也不大。所以,通过合理调控措施,充分利用区外来水,可以提高水资源利用效率。但排水系统长期运行条件下,高水位对农田水盐平衡的影响尚需进一步研究。     

灌溉排水耦合调控稻田水分转化关系

该文利用装配有地下水位自动控制系统的蒸渗仪,分析节水灌溉与旱地控制排水技术耦合调控对于稻田水分转化关系的影响。结果表明,灌排耦合调控在小幅减少水稻产量的同时,显著减少了稻田灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量,最终显著增加了水稻水分生产效率。与常规灌排稻田相比,灌排耦合调控稻田水稻产量减少1.9%,灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量分别显著减少41.7%、49.9%及24.9%,水分生产效率增加30.5%。随着控灌稻田排水控制限的提高,稻田灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量减少,水稻产量保持稳定,使得水稻水分生产效率进一步增加。提高控灌稻田的排水控制限,减缓了稻田土壤水分的衰退速度,并增加稻田地下水位低于排水控制限的比例,稻田灌溉次数与发生地下排水的时段均减少,使得控灌稻田灌溉水量与地下排水量下降,两者综合作用下控灌稻田水稻蒸发蒸腾量减少。在采用控制灌溉模式的基础上,适当提高稻田排水控制限,可以较好地实现水稻生产中水分的高效利用,研究结果可为优化稻田水管理模式提供依据。     

三江平原低湿地水田土壤理化特性及暗管排水效果

低湿土壤渍涝问题是限制农业生产的瓶颈问题,为改良低湿土壤渍涝问题,该文研究低湿地水田草甸沼泽土土壤特性,并探讨利用暗管排水进行低湿地排水及种植水稻的效果。结果表明,草甸沼泽土土壤质地黏重、各层土壤黏粒质量分数在40%以上;有效孔隙低,在6.40%~7.81%之间,通气、透水性差,母质层几乎不透气、透水,土体容气度为5.55%~16.08%;含水率高,自然状态达到40%以上;土壤容重低,耕层为0.93 g/cm3,母质层1.30 g/cm3;硬度低,液性指数在0.38~0.61之间,整体处于可塑状态,机械承载力差;草甸沼泽土上设置暗管可以改善土壤的透水性,随距暗管距离不同,土壤排水效果有差异,距离暗管越近,土壤排水效果越好,水分降低的越明显;同样排水晒田后,暗管处理土壤表层状态呈干裂状态,对照(无暗管排水区)则仍呈湿润状态;从水稻产量看,有暗管的处理水稻产量比无暗管处理增产8.06%。研究可为低湿地水田合理利用及改良提供依据。     

新疆浅层暗管排水降低土壤盐分提高棉花产量

土壤盐渍化问题严重制约着干旱区农业可持续发展,为达到土壤脱盐的效果,增加作物产量,该文针对膜下滴灌棉田,采用完全随机试验方案,在装有暗管的中度和轻度盐渍化土壤上种植棉花,分析暗管降盐技术对轻度和中度盐渍化农田土壤盐分变化规律及棉花产量的影响。结果表明:轻度和中度盐渍化农田土壤盐分剖面特征均由表聚型向脱盐型变化,中度盐渍化土壤0~20 cm土层盐分下降最快,其他土层盐分含量均呈现显著下降趋势;轻度和中度土壤最高脱盐率分别为50.96%和90.89%,中度盐渍化土壤盐分可降低至轻度水平;暗管排水的电导率变化范围为7.53~11.16 dS/m,pH值变化范围7.08~8.20;轻度和中度盐渍化棉田增产幅度分别为25.3%和55%。研究表明与滴灌配套的浅层暗管排水降盐技术可有效治理盐碱土壤,提高作物产量,该研究可为盐渍化土地的可持续利用提供依据。     

基于DRAINMOD模型估算灌区浅层地下水利用量及盐分累积

在灌溉季节,尤其是下游灌区,农田地下水位较高,作物可就地利用部分浅层地下水,从而减少灌溉需水量,达到节水减排的双重目的。大田作物对浅层地下水利用量的估算是合理制定灌溉淋洗制度及控制土壤盐碱化的前提,但其估算存在一定困难。该文假设当农田灌溉、排水等水文气象条件一致时,某一作物对浅层地下水的利用量等于该田块有、无作物(即裸地)2种情况下造成地下水位差异的水量。据此,首先建立了浅层地下水利用量的计算模型,并以某一半干旱灌区为例,利用田间水文模型-DRAINMOD模拟出有、无作物2种条件下农田地下水位变化过程,然后,计算了棉花、小麦轮作期内对浅层地下水的利用量;在此基础上,进一步分析了浅层地下水利用条件下土壤剖面的盐分平衡。结果显示,该文提出的计算模型能够较好的反映大田实际情况;研究时段内,田间地下水埋深平均值为2.1 m,单位面积上作物利用浅层地下水量为305.8 mm,主要发生在作物生长阶段,其中棉花生长季内地下水利用量约为160 mm。盐分平衡计算结果显示,浅层地下水的利用使得水位以上土壤剖面盐分含量增加,但1 m以内根区土壤盐分在降雨和灌溉作用下得到一定的淋洗,未超出作物耐盐极限,不会对产量造成显著影响。研究成果可为相关灌区制定合理的灌溉制度及提高水资源利用效率提供科学依据。     

外包土工布暗管排盐条件下水盐运移规律

为揭示外包土工布暗管埋设在非饱和带时淋洗后水分和盐分的运移规律,该文设计了模拟暗管排水的室内试验,研究2种土壤初始状态下(非饱和状态和田持状态),排水初期暗管与地下水位的相对位置及其排水排盐情况,从开始淋洗至暗管停止排水全过程中地下水埋深及含盐量变化规律、暗管的排水排盐效果及土壤剖面的水盐动态运移规律。结果表明:在暗管周围包裹土工布的情况下,土壤初始状态无论是非饱和还是田持,当暗管开始排水时地下水均已完全淹没暗管,此时的排盐量最大,流量呈先增大后减小的变化趋势,且地下水位先升高后降低,地下水含盐量随着淋洗水量的增加由累积转变为脱盐。对比淋洗非饱和土壤(试验1)和淋洗田持土壤(试验2)的试验结果,试验2中暗管的排水、排盐效果优于试验1,在试验1中淋洗非饱和土壤时,土壤脱盐率在垂直方向上随土壤深度的增加逐渐降低,0~20 cm土层的脱盐率(>85%)最大,降至无盐水平,暗管周围土壤脱盐率相对较小(<60%),仍处于中度盐渍化水平;水平方向上,0~20 cm土层的脱盐率差异不大,20~40 cm土层中距暗管越远其脱盐率越小。试验2在试验1基础上进行,淋洗田持土壤时,0~20 cm土层盐分不再变化,30~40 cm土层的脱盐率增大(>60%)。此外,试验1中淋洗脱盐效果大于暗管排盐效果,暗管主要排出暗管以上土壤盐分;试验2中暗管排盐效果增强,暗管不仅排出暗管周围土壤盐分,而且排出暗管以下土层及地下水中盐分,随着淋洗水量的增加,土壤由脱盐型转变为排盐型。研究结果表明外包土工布暗管的应用效果受地下水与暗管相对位置的影响,合理提高淋洗水量可以增强暗管排水排盐效果及土壤脱盐效果,有效改善土壤盐渍化。研究结果可为西北内陆干旱地区不同地下水埋深条件下暗管排盐技术的推广和应用提供理论支撑和科学指导。     

干旱地区排盐暗管优化布局关键参数研究

为探究干旱地区暗管配合淋洗的排盐效果及关键影响因素,该研究在新疆焉耆盆地布置了暗管排盐试验,研究淋洗前后土壤剖面的水盐变化规律和不同淋洗定额下相同暗管布局的暗管排水排盐量差异,结合正交试验分析方法研究暗管布局参数中影响土壤脱盐率的显著因素,并分析淋洗定额与暗管布局参数对土壤脱盐率的交互影响。结果表明:1)暗管排水后,土壤剖面含水率明显增大,表层平均含水率由0.20增加为0.30cm~3/cm~3,含盐量不同程度减小,表层平均盐量由10减少为5g/kg;2)暗管排水流量呈现先迅速增大,后缓慢减小的规律,而暗管排水电导率则在排水过程中无明显变化,且淋洗定额越大,暗管排水排盐量越大;3)暗管间距和埋深是影响脱盐率的显著因素(P分别小于0.05和0.01),而管径则对脱盐率无显著性影响;淋洗定额越大,土壤脱盐率越大,且在较大淋洗定额差异条件下,淋洗定额和暗管布局参数对土壤脱盐率无交互影响。研究结果表明,对于干旱地区暗管排盐工程布置,合适的埋深和间距很重要,淋洗定额也是影响脱盐效果的关键因素。考虑节约水资源和节省工程造价,研究区合适暗管埋深为1.4 m,间距为8 m,管径为90mm,此时采用300mm的淋洗定额进行冬灌,即可以满足36%的目标脱盐率。研究结果可以为干旱地区暗管合理布局选择提供依据。     

暗管排水排盐改良盐碱地机理与农田生态系统响应研究进展

暗管排水排盐技术是通过控制地下水位与高效利用降水或灌溉水资源改变土壤水盐运移规律,从而影响土壤盐分分布规律和土壤特性,达到改良盐碱地的效果。本文在对暗管排水排盐技术自身发展及其应用的关键条件总结概述的基础上,对其改良盐碱地机理与农田生态系统响应两方面的科学研究进展进行了综述。暗管排水排盐技术改良盐碱地机理方面的研究主要集中在暗管埋设对"四水"转化规律的改变以及由此带来的地下水埋深控制或灌溉制度变化、控制性排水和定水位排水条件下的土壤水盐运移规律、暗管埋设条件下土壤水盐运移模型模拟等方面。农田生态系统对暗管埋设排水的响应方面的研究主要集中在以土壤理化性状和土壤养分为主的土壤特性响应、作物生长发育和产量品质的生理生态适应性、农田生态系统土地与种植结构和服务功能的改变等方面。本文最后展望了未来研究的关注点。