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。     

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。     

不同灌排模式下盐渍化土壤盐分及离子迁移规律及均衡分析

为探明盐渍化灌区不同灌排模式下土壤盐分及离子迁移及聚集规律,于2021年5—10月在巴彦淖尔市五原县盐碱化耕地改良示范区分别对“滴灌+明沟排水”与“黄灌+暗管排水”模式下农田进行土壤水盐监测与灌排水量监测,分析不同灌排模式下农田土壤盐分迁移分布规律,利用均衡分析探讨土壤盐分和盐分离子积盐及脱盐特征,为灌区的节水规划及盐渍化防治提供科学依据。结果表明：不同灌排模式下农田土壤均处于脱盐状态,黄灌与暗管排水模式下土壤脱盐效果相对较好,脱盐率为37.73%;滴灌与明沟排水条件下农田中出现HCO₃^-累积,积累量为0.3 t,黄灌与暗管排水模式下农田中出现Ca²⁺与Mg²⁺的累积,积累量分别为2.962 4,0.577 4 t。滴灌与明沟排水模式下整个生育期内,0—40 cm土层处于脱盐状态,40—80 cm土层出现盐分积累现象,黄灌与暗管排水模式下整个生育期0—100 cm土层处于脱盐状态。不同灌排模式下地下水埋深变化趋势相同,黄灌与暗管排水模式下地下水埋深较低,滴灌与明沟排水模式下土壤积盐与地下水质整体呈负...     

生物措施显著提高农牧交错区盐渍土的暗管排盐效果

  【目的】  研究工程与生物改良措施对内蒙古河套灌区下游农牧交错区盐渍土理化性质的协同改善效果,以提高盐渍土的改良效益。  【方法】  田间试验于2020和2021年展开,试验地暗管埋深0.8 m,间距20 m。生物措施处理为种植甜高粱、苏丹草和苜蓿3种耐盐牧草,以无植物裸地为对照(CK)。植物收获后,测定了植物地上部和地下部生物量,分析了0—20、20—40、40—60 cm土层土壤容重、全盐量、各盐分离子含量,并明晰了土壤盐离子运移特征及植物脱盐效果。  【结果】  与2020年播前相比,结合暗管排水,苜蓿、甜高粱、苏丹草处理收获后0—20 cm土层容重较试验前分别降低了16.77%、13.57%、14.73%,土壤容重降幅从表层到深层依次减小,3个土层的平均降幅是CK的6.37～7.88倍;苜蓿、苏丹草、甜高粱和CK处理0—20 cm土层脱盐率分别为61.42%、56.69%、39.96%和23.43%,3个工程–生物双重措施处理较暗管单一措施对照的脱盐率高16.53%～37.99%,20—40、40—60 cm土层的脱盐率依次降低。土壤主导盐分离子SO₄2?、Na++K+、Cl?脱盐率较高,平均为41.91%～57.47%、33.4%～55.39%、31.05%～53.49%,同一处理各主导盐分离子的脱盐率较为接近。苜蓿地上部分Na+、Ca2+、Mg2+、SO₄2?、Cl?含量显著高于甜高粱和苏丹草。2021年苜蓿、甜高粱、苏丹草处理分别较2020年增产51.81%、28.51%、24.35%。2年刈割苜蓿、甜高粱、苏丹草携出的盐分量分别为30.00、66.92、68.05 g/m2,分别占土壤总脱盐量的1.59%、5.13%、3.32%。  【结论】  植物措施可显著提升工程措施降低土壤容重和全盐量的效果,尤其在0—20 cm土层。植物通过刈割带走的盐分含量相较淋洗盐分含量微不足道,植物通过根系改善了土壤结构从而促进盐分淋洗出耕层,因此主要根据植物促进土壤盐分淋洗作用的强弱来筛选适宜的耐盐植物。种植苜蓿降低土壤容重和全盐量的效果最优,因此在河套灌区下游农牧交错区,采用暗管排水配合种植苜蓿是改良盐渍土的有效措施。     

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。     

基于HYDRUS-2D模型的膜下滴灌暗管排水棉田土壤盐分变化

为研究膜下滴灌暗管排水条件下棉田土壤盐分变化规律,该研究基于新疆122团盐碱地暗管排水试验,通过膜下滴灌淋洗,监测0～200 cm土层土壤盐分变化,并应用HYDRUS-2D数值模型,模拟分析了暗管排水条件下,盐渍化棉田在2013和2014年生育周期内和秋季返盐阶段土壤盐分变化情况。结果表明:模拟值与实测值之间吻合度较高,模型可用于预测盐碱地土壤层剖面盐分含量变化。模拟结果显示,棉花生育期内滴灌条件下,盐分持续下降;棉花收获后土壤表层开始返盐;2013和2014年棉花吐絮期土壤含盐量与初始含盐量相比,在膜下,0～80cm土层平均脱盐率分别达到了41.11%和55.56%;膜下及膜间,0～80 cm土层平均脱盐率分别达到了14.05%和17.88%;棉花收获后,土壤表层返盐明显,但与初始含盐量相比仍较低,0～80 cm土体盐分分别平均下降了5.55%和10.15%,0～200 cm土体盐分分别平均下降了2.58%和4.96%,说明暗管控制条件下,使用滴灌淋洗和暗管排盐的模式,土体内的盐分总量呈现降低趋势。研究可为西北内陆干旱区暗管排盐技术和膜下滴灌的推广和应用提供理论支撑和科学指导。     

河北滨海平原土壤盐分空间异质性与淋排均质化作用研究

本文运用经典统计学和地统计学方法,结合GIS技术,研究了滨海盐土土壤盐分的空间异质性和采用降雨淋盐与暗管排盐措施后土壤盐分变化及淋排均质化作用的分析,主要结果如下:1雨淋管排可促进土壤盐分均质化。淋排后,变异系数CV由48.13%降至28.14%,空间相关程度(C0/(C0+C))由72.86%变化至59.42%;2雨淋管排后土壤盐分存在"高盐异质性–低盐均质性"转化趋势。7 g/kg的土壤含盐量经雨季淋排可降至1.5~2 g/kg,且在7 g/kg土壤含盐量范围内,脱盐率与初始土壤含盐量呈正相关,反之,为负相关;3对"高盐异质性–低盐均质性"转化过程的定量分析结果显示,淋排后,实验区土壤类型由中重度盐渍化土降为轻度盐渍化土,雨季土壤脱盐量为67.78 t,其中重度盐渍化土对脱盐量的贡献最大,可达91%,轻度盐渍化土反而因淋排作用有所增加,其脱盐量的贡献为负值(–35%)。     

暗管排水对河套灌区下游盐碱地脱盐效果的影响

为改善河套灌区土壤盐渍化现状,提高作物产量,在河套灌区下游盐碱地开展暗管排水试验,设置埋深1.2 m、间距 30 m(T1)和埋深 0.8 m、间距 20 m(T2)两种暗管排水埋深间距组合,通过分析土壤盐分和向日葵产量变化,对比不同暗管处理对该区土壤盐分的调控效果。结果表明:1)暗管埋设后,表层(0～ 20 cm)土壤含盐量变化最为剧烈,中层(20～ 60 cm)次之,深层(60～ 100 cm)较为稳定,全观测期内暗管排水控制区表层土壤已由中重度盐碱化(含盐量为 5～ 8 g·kg -1)降至轻中度水平(2～ 6 g·kg -1);2)与暗管水平距离越近,土壤脱盐效果越好,T1和 T2在 0～ 100 cm土层的土壤脱盐率最大值分别为 32.04%和 42.44%;3)由土壤淋洗曲线拟合方程可知,在相同灌水量和土壤深度下,T2土壤淋洗脱盐效果优于 T1,且水平距离暗管越远,土壤盐分淋洗效果越差;4)T1和 T2的向日葵产量均显著高于空白对照处理(T0)(P<0.05),分别较 T0增产 34.29%和53.51%。研究结果为利用暗管排水技术改良河套灌区盐碱地提供一定理论依据。     

北疆盐碱地采用生物措施后的土壤盐分变化

本文是地下水位3~5m、壤土质地条件下盐碱地长期生物改良田间试验的结果,结果表明:种植耐盐冬小麦套播草木樨是最好的脱盐方式,经过1年, 1m土层平均盐分由1 989%降到0 282%,脱盐率达85 82%;种植耐盐牧草套播草木樨、苜蓿是比较好的脱盐方式:经过3年, 1m土层平均盐分由1 34%降到0 524%,脱盐率60 90%;密植枸杞4年后, 1m土层平均盐分由2 363%降到0 800%,脱盐率为66 14%,适应于盐分特别高的土壤改良;施有机肥种植作物(植物)灌溉,是完善的改良盐碱地方法,一方面,在灌溉水作用下盐分被淋溶,另一方面在有机肥作用下,降低了0 ~40cm土层残余HCO-比例。15年盐碱地改良与利用证明:脱盐后的土地利用时,需考虑深根与浅根、多根与少根作物的适配轮作,以免导致土壤上层盐分回升;未施有机肥的高度脱盐,可能引起土壤上层碱化,即残余HCO-比例很大。     

暗管排水控制区土壤盐分淋洗研究

通过田间试验(田间试验共3个小区,分别铺设间距3,6,9m,埋深1.2m的排水管;漫灌淋洗分3次进行,总淋洗水量105.5cm)研究暗管排水措施对滨海盐土漫灌淋洗脱盐规律的影响。结果表明:漫灌淋洗下,3个小区土壤脱盐规律基本一致;淋洗结束后,3个小区0-100cm土体土壤平均脱盐率相差不大,分别为72.17%,71.17%和67.73%。暗管间距越大,排水控制区不同地段土壤盐分淋洗效果空间差异越大;暗管间距3m小区不同地段土壤淋洗脱盐比较一致;暗管间距6,9m小区内,距暗管水平距离越近地段土壤盐分淋洗效率越高。3个小区不同地段土壤淋洗脱盐特征均能较好地用盐分淋洗曲线方程拟合;应用淋洗曲线方程计算3个小区不同地段0-100cm土体达到改良目标的淋洗用水量可知,暗管间距越大,土壤淋洗用水量空间差异越大,采用全区域漫灌使控制区土壤完全改良浪费的水资源量也越大。     

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。     

河北滨海盐碱区暗管改碱技术的降雨有效性评价

在河北滨海盐碱荒地和盐碱低产田开展暗管改碱技术面临淡水资源严重短缺、灌溉条件差的问题,降水资源的利用对于该区域暗管改碱技术实施效果的影响很大。本文以河北省黄骅市为研究区域, 对河北滨海盐碱区的降水特征及其对暗管改碱技术的影响进行分析。结果表明: 当土壤含盐量<0.3%时, 年内次降水量可完全满足土壤初次淋洗脱盐过程需要; 当土壤盐分含量>0.3%但<0.5%时, 在较容易淋洗的土壤上, 暗管埋深合适时, 脱盐需要的次降水量仍可基本满足; 但当土壤含盐量达到0.5%左右时, 仅靠自然降水不能保证土壤脱盐需要。暗管埋设条件下, 雨季(6~9 月)降水量对大面积的轻度盐碱地淋洗脱盐效果非常显著; 但重度盐碱地却不能达到理想脱盐效果。从年降水量的变化情况看, 研究区域降水量逐年降低的趋势比较明显, 干旱年份多于洪涝年份, 且旱情较为严重。因此未来推广实施暗管改碱工程时有必要考虑亏缺灌溉对自然降水淋盐的补充效果。     

控制暗管排水下土壤剖面水盐分布与变化特征

控制暗管排水可改变土壤水盐运移从而影响灌区盐渍化程度和土壤水分状况。为探讨土壤水盐分布与变化及其受控制排水与间距的影响,以河套灌区义长试验站暗管排水试区为对象,选取玉米生长期内典型灌溉周期开展研究。分析了控制排水及其间距变化下土壤水盐剖面静态分布与动态变化及灌水前后土壤水盐变异特性。结果表明:与自由排水比,控制排水提高了土壤剖面8.27%的相对含水率,增大了灌水期的含水率增幅,减少了间歇期的含水率降幅;控制排水还提高了土壤剖面盐分的分布均匀性,灌后的水平与垂向变异系数分别降低了45.88%和32.55%;同时,控制排水降低了土壤剖面36.73%的盐分含量,增大了灌水期29.17%的剖面脱盐区域,减少了间歇期14.29%的剖面积盐区域。控制排水基础上减少间距降低了灌水期的含水率增幅并增加了间歇期的含水率降幅,提高了灌前土壤盐分的水平分布均匀性却降低了灌后土壤盐分的水平分布均匀性。控制排水较高的盐分分布均匀性和脱盐效率及保墒效应有助于控制土壤次生盐渍化和提高农业用水效率。     

咸水结冰融水入渗对土壤水盐运移和玉米苗期生长的影响

依据咸水冰盐水融离原理,利用土柱模拟试验,设置4个灌溉方式,分别为对照处理(淡水)、咸水灌溉、咸水结冰灌溉和咸水结冰灌溉+秸秆覆盖,研究咸水结冰灌溉条件下土壤水盐的独特运移机制。结果表明,与淡水灌溉相比,咸水灌溉处理表层0~40 cm土壤水分含量偏低,而深层土含水量则较高;咸水结冰灌溉下这一规律更为明显。但配合秸秆覆盖措施能在一定程度提高咸水结冰灌溉后各土层土壤含水量。咸水直接浇灌使各土层土壤盐度EC1:5偏高,盐分累积量增大,且盐分具有明显表层聚集特性,表层0~40 cm盐分累积量占0~80 cm土体的62.2%;而咸水结冰后灌溉则显著降低表层0~40 cm土层的盐分累积,仅占18.6%;咸水结冰后灌溉配合秸秆覆盖则进一步促进表层的脱盐率提高,特别在0~10 cm土层,土壤盐度仅为0.15 dS·m -1,盐分累积67.8 g·m-2,与淡水处理间差异未达显著水平(P>0.05)。咸水结冰灌溉配合秸秆覆盖可促进表层土壤的脱盐,使土壤根系分布密集层保持较低盐分水平,缓解或消除盐分对作物生长的危害,使玉米的生长状况达到淡水灌溉处理的效果。     

基于渗流槽试验的吸附性外包滤料改善暗管排水脱盐效果

农田暗管排水再利用是缓解西北干旱、半干旱地区灌溉水资源短缺的有效途径,而外包滤料的结构与性状是改善暗管出流水质的关键。利用自行研制的渗流槽物理模型试验设备,将取自宁夏银北暗管排水项目区的土样,结合当地盐渍化土壤特征进行重新配置,以吸附性材料代替传统砂滤料,设置了仅敷裹土工布和外裹土工布+10 cm混合滤料两种暗管外包滤料,模拟研究冬灌淋洗盐分条件下,外包滤料结构型式对暗管排水区土壤水盐运移状况的影响及其出口水质状况。监测结果表明:淋洗试验初期,渗水逐渐浸润土壤,土壤中的盐分随水流垂直向下迁移并积聚于暗管周围,即埋深60～90 cm的土层中。淋洗中期,饱和带浸润水位自下而上逐渐上升,仅敷裹土工布的暗管,当饱和带水位超过暗管轴线位置时便开始排水,而包裹混合滤料的暗管,在饱和带水位达到暗管顶部后才开始排水。仅敷裹土工布时土壤整体的平均脱盐率比铺设混合滤料时的小11.45个百分点,两轮淋洗试验后,进入铺设混合滤料暗管水样的平均矿化度较仅敷裹土工布时的水样检测值分别降低了1.89和1.21 g/L,且其暗管排水流量亦明显增大。淋洗后期,试验系统停止供水后,受重力疏干排水滞后效应影响,当饱和带浸润...     

暗管与竖井排水工程改良新疆盐渍土的设计与效果评价

为探讨干旱区盐渍化农田水利改良措施的可行性,在新疆玛纳斯河流域安集海灌区进行了田间暗管与竖井排水工程试验,分别在距离暗管0.5 m（P1）、7.5 m（P2）,距离竖井0.5 m（S1）、30 m（S2）和60 m（S3）,以及未铺管区（CK）域设置7处观测区,评估农田排水措施在盐渍土改良期间的排水功能、土壤脱盐效果,同时监测棉花生长与地下水位动态。结果表明：5 a排水改良期间,0～80 cm深度土壤含盐量的总体降幅达到29.2 g/kg,棉花干物质量和籽棉产量年际增幅分别为22%和28%,浅层地下水位年际降幅1.16 m;改进的暗管与竖井协同排水相比单独应用暗管排水量与地下水位年际降幅分别增加了118%,进一步减少了盐分淋溶时期的深层渗漏量。研究结果可为干旱盐渍区的水土资源合理利用提供科学和理论依据。     

生物炭隔盐层在盐碱土淋洗改良中的应用效果

为探讨生物炭作为土壤隔盐层的作用效果,通过对比生物炭隔盐层和常规的砾石隔盐层室内淋洗的暗管流速、淋滤液电导率、土壤脱盐率及淋洗效率等指标,对生物炭作为隔盐层的作用效果进行了评价。结果表明:生物炭处理的暗管流速明显高于砾石处理,平均高出16.1%;淋滤液电导率0.83mS/cm为本研究的理论淋洗终点,2个处理均在第2次淋洗过程中到达理论淋洗终点,且生物炭处理比砾石处理到达理论淋洗终点时间缩短了13.3%;2个处理的土壤淋洗效率基本相同;生物炭隔盐层在抑制土壤返盐方面的作用要明显优于砾石隔盐层。综上,生物炭作为隔盐层在盐碱土淋洗改良中的作用效果要优于传统的砾石隔盐层,研究结果为生物炭隔盐层在盐碱地改良的工程应用提供了参考依据。