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。     

明沟与暗管排水工程对盐碱地开发的土壤改良效果评价

为研究盐碱地开发整治工程对盐渍化土壤的改良效果,以黄骅市盐碱地开发项目区作为研究对象,分析了盐碱地开发工程前、明沟排水工程和暗管排水工程土壤中速效磷、速效钾、碱解氮、容重、有机质含量、含盐量、pH值、和含水量等指标的差异。并建立土壤肥力综合评价体系,采用模糊数学综合评价方法对土壤肥力进行评价。结果表明:明沟排水工程对土壤中速效磷、速效钾、碱解氮和有机质含量的影响高于暗管排水工程,而暗管排水工程对于降低土壤盐渍化程度效果显著,降低速度快。经过明沟和暗管排水工程实施后土壤肥力综合指数分别从0.1330、0.2200增加到0.7440、0.6807,明沟排水较暗管排水工程的土壤肥力综合评价分高出23.29%。总体来说,明沟和暗管排水工程均能有效改良土壤,明沟与暗管排水工程相比实施后的效果更好,且暗管排水工程对含盐量的改良效果更好。     

盐碱地治理中排水暗管间距和外包滤料应用分析

暗管排水应用于盐碱地治理,有占地少、排盐降水见效快、一次性投资大的特点。随着开沟铺管一体施工机械的引进开发、管滤一体工厂化生产等技术经济条件的进步,暗管排水应用越来越广泛。暗管的埋深和间距决定着盐碱地治理工程的投资效益,与土壤质地、地质条件、土壤含盐量等多因素相关,用基于水量平衡原理的理论计算法、经验数值法和试验法分别确定的数据之间有一定差距,大面积工程运用应根据理论分析结合现场试验来确定暗管的埋深和间距。外包滤料是暗管排水技术成败的关键,经试验和工程调查分析,砂砾石是最好的暗管外包滤料,适用于各种土壤条件;无纺布等人工合成材料在满足反滤准则,严格根据土壤的颗粒级配控制有效孔径、拉伸强度、厚度等参数指标的情况下,也可以满足暗管外包滤料的技术要求。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于暗管埋设的农田生态工程对运东滨海盐碱地的改良原理与实践

我国具有丰富的盐碱地资源,滨海盐碱地是其重要组成。运东滨海平原盐碱地具有地下水埋深浅,土壤盐分重,土壤水盐季节性变化强烈等特点。基于上述特点,该区域农作物限制因子为盐分胁迫、干旱和涝渍害。针对限制因子总结了各种农田生态工程手段的实施及原理。通过对当地常见作物3种胁迫的敏感时期分析,结合农田生态工程原理,在河北省南大港管理区的荒地进行了农田生态工程改良盐碱地实践研究。结果显示,棉花、玉米的产量可分别达到2.23~3.98 t·hm-2和4.6~6.7 t·hm-2,接近当地耕地的平均水平。小麦-玉米一年两熟粮食总产量可达9.6~10.8 t·hm-2,小麦-谷子一年两熟粮食总产量达到9.1~11.9 t·hm-2。农田生态工程显著地增加了作物的种植适宜性,使多种轮作制度成为可能。但是单项的生态工程技术都有一定的局限性,如咸水结冰灌溉会增加土壤盐分,暗管工程会降低土壤养分含量和有效性,因此农田生态工程应系统化和体系化。多种技术手段互补,最终实现调整盐碱地土壤水分、盐分季节性分配,使作物避开盐分、水分胁迫敏感期,使作物生长与土壤水盐季节变化耦合,完成作物生命周期并形成产量,最后在周年内达到土壤积盐与排盐平衡。暗管工程必将取代明沟作为盐碱地区排水的基础,也是各项生态工程的基础。而农田生态工程技术的多样化、系统化和体系化是未来改良盐碱地的发展趋势。     

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。     

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。     

农田水利工程治理天津市土壤盐渍化的效果

为研究农田水利工程治理盐渍化的效果,以天津市为例,结合ArcGIS9.3与试验分析方法,分析说明农田水利建设对土壤盐渍化改良的作用。结果表明,1982-2008年,盐渍土面积由49.40×104hm2,降低到32.42×104hm2,18.76%的盐渍土完全脱盐化,其他土壤盐化程度也大大降低;2006-2010年,来自于盐渍土的新增耕地面积减少了2.54×104hm2,但有1.11×104hm2的沟渠转换成耕地;0~60 cm内的滨海盐渍土剖面中,排水体系完善的耕地,69.81%以上在轻度盐化以下,而排水体系较差的荒地,40%以上为盐土,仅14.85%在轻度盐化以下。1982-2005年,易形成盐渍化的土壤面积由65.55×104hm2,减少到49.60×104hm2,减少区域与盐渍化降低区的分布区域一致。因此,农田水利建设是通过改良盐渍土的形成环境,从而达到治理盐渍化的效果。对于沟渠分布过密的脱盐化地区,可将部分废弃沟渠纳入宜耕后备资源中,通过土地整治促进农田集中连片,进而推进高标准农田建设。     

绍兴平原水稻田表层及次表层的排水中磷的浓度及形态

Phosphorus (P) is the limiting factor for eutrophication in most freshwater ecosystems. In China, Ptransported from intensively cultivated land has been reported as an important source of P in surface waters.In this study, we investigated P concentration and forms in surface and subsurface drainage from wetland ricefields in the Shaoxing plain, Zhejiang Province, China. From selected rice fields, surface drainage sampleswere collected at rice-growing, non-growing and fertilization periods, and subsurface drainage samples atdrought and rewetting (irrigation or precipitation after 5～10 d drought period in the surface soils) and wet(drainage under long-term wet soil condition) periods. Water samples were characterized for their totalreactive P (TRP), dissolved reactive P (DRP) and particulate reactive P (PRP). Concentrations of the TRPand DRP in the surface drainage ranged from 0.08 to 1.50 and 0.06 to 1.27 mg L-1, respectively. The TRPand DRP were dependent on field operation activities, and decreased in the order of fertilization period ＞rice-growing period ＞ non-growing period. Phosphorus concentration of runoff receiving P fertilizer can bean environmental concern. The PRP concentration in the surface drainage, ranging from 0.01 to 0.57 mgL-1, accounted for 8%～78% of the TRP. Concentration of the TRP in the subsurface drainage was from0.026 to 0.090 mg L-1, consisting of 29%～90 % of the DRP and 10%～71% of the PRP. In the droughtand rewetting period, the PRP accounted for, on average, 63% of the TRP, much higher than in the wetperiod (23%), suggesting that there was transport of P in preferential flow during drainage events after ashort-term drought period in the surface soils. Therefore, P losses in particulate form may be importantin the subsurface drainage from rice fields when surface soils form cracks and favor rapid flow downwardthrough the soil profiles, suggesting the important role of water-dispersible colloid particles in mediating andco-transporting P in the subsurface drainage of rice fields.     

不同改良措施下新疆重度盐渍土壤盐分变化与脱盐效果

为了比较盐渍化土壤不同改良措施的治理效果,以新疆新开垦的重度盐渍化农田为研究对象,设置5个处理分别为农业改良措施、根区隔盐+农业改良措施、暗管排盐+农业改良措施、化学改良+农业改良措施和天然对照区,通过3 a的试验研究土壤盐分运移的影响因素、动态变化与不同改良措施脱盐效果。结果表明:人为灌溉、农田蒸散量、地下水埋深与土壤盐分均达到极显著相关,生育期灌水对耕层土壤盐分影响最大,相关系数为-0.871。整个改良过程中农业改良措施处理表层和底层盐分含量较高,根区隔盐处理盐分表聚现象明显,暗管排盐、化学改良处理均表现出底层盐分明显高于表层。从各处理3a的脱盐效果来看,第1年脱盐效果均不理想,第2年脱盐率显著提升,其中根区隔盐和暗管排盐处理各土层脱盐率均超过44%,改良效果最好,由于土壤总盐分含量减少第3年各措施脱盐率明显降低。总体来看,各改良措施均能够有效降低耕层土壤盐分,根区隔盐、暗管排盐处理在0~80 cm耕层脱盐率分别为61.33%、59.37%,优于其他处理;化学改良处理0~40 cm土层脱盐效果优于底层,其脱盐率为55.32%,明显高于农业改良处理的脱盐率45.42%,但0~80 cm土层脱盐率2处理间差异不大。新疆盐碱化程度重,农田根区隔盐、暗管排盐工程改良结合农业深耕、秸秆还田、增施有机肥等措施是综合治理重度盐渍化土壤的有效途径,研究结果能够为新疆干旱区盐渍化土壤有效改良和合理开发利用提供理论依据和参考。     

塔河下游典型绿洲灌区不同土地利用类型土壤的盐渍化特征

[目的]探明干旱区绿洲不同土地利用方式下土壤的盐渍化特征,为区域土地资源可持续有效利用提供支撑。[方法]运用GPS定位技术对塔河下游灌溉用水、地下水以及4种典型土地利用方式下的土壤分不同季节进行调查与采样,并结合室内测定结果,对灌区内的盐分、盐分离子变化特征及其成因进行分析。[结果]研究区土壤呈碱性,盐分类型主要为硫酸盐—氯化物型,盐分含量在2.44～118.05g/kg之间,pH值范围在8.05～8.34之间,不同土地利用类型下土壤盐分含量和pH值在各季节的整体变化均表现为：盐荒地>盐碱草地>耕地和林地。从不同土层深度来看,耕地的盐分在6月和10月呈表聚型,在3月和12月无明显规律,盐荒地和盐碱草地在不同季节下不同土层深度的盐分变化均呈明显的表聚型,林地在各季节下无明显规律。研究区受水库地理位置影响地下水水位较浅(1.4～3.51 m),地下水矿化度较高(1.56～21.30 g/L),灌溉用水、地下水中的盐分离子均以Na⁺和Cl^-为主。[结论]研究区不同土地利用类型下的土壤盐渍化特征主要是受地表覆盖度、作物种植类型、灌溉事件等...     

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。     

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。     

太阳能光伏暗管排水系统能力提升

针对现有太阳能光伏暗管排水系统排水能力不足的问题,该研究以宁夏银北灌区平罗县六中乡太阳能光伏暗管排水系统为例,通过该系统控制区域排水量、集水井和排水沟水位、地下水位埋深等的试验监测,分析了现状系统排水能力和虹吸辅助排水的可行性,计算了虹吸辅助排水能力,探讨了该系统排水能力提高方法.结果表明,现有太阳能光伏暗管排水系统排...