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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

莫索湾灌区土壤剖面盐分的季节性变化特征

以新疆莫索湾灌区为研究区域,通过对该地区春季和秋季土壤剖面取样,得到土壤盐分值并采用Arc-gis 10.0软件对土壤盐分进行地统计学分析,从而探索莫索湾灌区不同季节土壤剖面盐分的空间变化特征。结果表明：研究区土壤剖面盐分含量随土层深度的增加而升高,属于底聚型;盐分含量总体表现为东南部高于西北部,2014春季高于2013年秋季,是因为灌区春季温度高于秋季,且积雪融化造成部分地区地下水位升高,强烈的地表蒸发使得底层盐分上移到耕层。不同季节各层土壤盐分含量值都符合对数正态分布,变异系数在66％~92％之间,具有中等强度的空间变异性,表层土壤变异大于底层;半方差分析得出2013年秋季和2014年春季各土层土壤盐分含量可以用高斯模型、指数模型和线性模型拟合,拟合模型的R2均大于0.75;土壤盐分含量的块金系数 C0/( C0＋ C )值在31％~42％之间,盐分含量值均表现为中等强度的空间自相关,0~100 cm土壤盐分受自然因素和人为因素共同作用。研究结果可为莫索湾灌区盐渍化土壤的分区、改良和利用提供理论基础。     

暗管控制排水棉田氮素流失规律试验

为了研究不同排水出口埋深条件下田间氮素流失规律,2008年在湖北荆州丫角排灌试验站棉田进行暗管控制排水对照试验。结果发现,控制排水条件下,地表氮素累积流失量较暗管多。暗管排水量随控制排水出口埋深减小而减少,较自由暗管排水减少61.3%～86.9%。暗管排水氮素累积流失量主要受排水量影响。NH4+_N累积流失量随排水出口埋深减小而减少;当出口埋深为30 cm时由于浓度增加,NO-3-N、TN累积流失量在两次降雨后较50 cm处理和80 cm处理增加。暗管排水出口埋深控制在30～50 cm之间有利于减少排水量和氮素累积流失量。     

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。     

地下滴灌条件下土壤水能态研究

研究灌水器与土壤界面处的能态是研究地下滴灌土壤水分运动的关键之一。该文通过理论和试验相结合的方法,探讨了地下滴灌土壤水势的分布状况。结果表明:根据灌水器的流量和土壤的导水性之间的关系,将其分为两种情况,在灌水器流量不大于土壤扩散能力时,灌水器出口处的土壤水势等于该处的土壤吸力,为非正压状态;否则,灌水器出口处的土壤水势为正。理论分析和室内试验结果均表明,对同一土壤,影响地下滴灌土壤水势分布的主要因素是灌水器的额定流量和土壤初始含水率,在一定的流量范围内,灌水器出口的稳定正压随灌水器流量的增大而增加,随土壤初始含水率的增大而降低。在此基础上,提出地下滴灌条件下土壤水势分布的近似计算式,并简要分析了这一特殊土壤水分分布对地下滴灌系统的影响。     

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。     

大田地下滴灌土壤水分分布均匀度评价方法

灌水均匀度是评价灌水质量的重要指标,灌水后的土壤水分分布均匀度是灌水均匀与否的最终体现。选择最佳的土壤水分取样点数是进行经济、准确评价灌水后土壤水分分布均匀度的基础。在新疆地下滴灌棉田中,灌水后2 d（土壤水分相对稳定）进行取样,实测田间土壤水分分布,抽样分析了样本数与土壤水分分布特征及均匀度之间的关系。结果表明,随样本数的增加,对应的土壤水分布均匀系数（克里斯琴森均匀系数Cu）的变幅缩小,并向其均值集中。从样本数量上分析,样本数在15到60之间,其Cu的均值变化并不明显;在试验条件下,进行大田土壤水分监测评价时,均匀分布的取样点个数应不少于24个。Cu和配水均匀度（Du）之间存在较好的相关性,但用实测结果得出的系数与相关手册的推荐值之间存在一定的偏差,互算时需加以考虑。采用均匀25点取样,对大田棉花地下滴灌的土壤水分分布状况进行了评价。结果表明,地下滴灌条件下,毛管附近的土层土壤含水率变幅最大;与上、下土层相比,灌水前毛管附近（20～40 cm）处的土壤水分均匀度较低,灌水后其均匀度大幅提高。     

暗管排水条件下土壤特性和作物产量的空间变异性分析

土壤水盐及作物参数空间结构的研究是改善农田管理水平的基础。该文对暗管排水条件下玉米试验田不同深度的土壤含水率、盐碱度及作物植株高度和产量的空间结构进行了计算和分析。试验结果显示,土壤含水率的自相关距离除在0.3～0.6 m土层为20 m外,其它深度均小于5 m。土壤电导率和钠吸附比的自相关距离随土壤深度的增加而增大,但随玉米的生长而减小,一般都小于40 m。玉米植株高度、干物质量和籽粒产量的自相关距离分别为20～25,10和22～42 m。玉米高度和产量与土壤含水率正相关而与土壤含盐量负相关。土壤盐分对玉     

滨海盐土暗管排水降渍脱盐效果研究

在江苏省滨海盐土按不同埋深和间距埋设地下暗管,其降渍、脱盐作用主要表现在丰水期(7-9月)内,在试验区范围内,10m间距暗管的降渍效果最显著,10m和15m间距暗管的脱盐效果相差不明显;在较小间距(10m)时,1.4m埋深暗管的降溃效果优于1.2 m埋深,埋设间距≥15m后,埋深对暗管降渍效果无明显影响,而在所有埋设间距处理中,1.4m埋深暗管的脱盐效果都优于1.2m埋深.综合比较分析各相关试验结果,并考虑暗管埋设的初期投资和后期维护成本,推荐间距15m、埋深1.4m为江苏滨海盐土降渍脱盐的地下暗管工程最佳布设参数.     

明沟-暗管组合控排下稻田水氮流失特征

准确认识稻田灌溉或降雨引起的排水发生规律及面源污染物排放特征,有助于优化控制灌排措施,实现稻田高效控污减排。该研究通过在稻田暗管和明沟排水出口处设置水位控制装置,组成了稻田明沟-暗管组合控排系统,针对6次典型灌溉引起的排水事件,监测了暗管出口和明沟出口处的排水强度和氮素浓度,开展了水氮流失规律研究。结果表明,在仅明沟控制排水（OD）下,灌溉引起的明沟排水量占总灌水量的44.0 %,灌溉导致的排水占比较大,应引起重视;对于明沟-暗管组合控制排水（CD）,暗管和明沟控排的两级衔接改变了稻田和明沟的排水过程,使CD明沟出口排水峰值、强度及排水持续时间均低于OD,排水量降低了51.6%,CD明沟排水量占灌水量的比例降至24.4%;灌溉伴随施肥的排水事件（F1、F2和F3）中铵氮（NH4+）、硝氮（NO3-）和全氮（TN）的浓度远高于单纯灌溉的排水事件（D1、D2和D3）,应注意施肥关键期的排水管理以减少氮素流失;CD明沟控排对暗管排水中的NH4+、NO3-和TN的消减比例分别为52.2%、54.2%和54.9%,同时CD明沟排水NH4+、NO3-和TN负荷相比OD明沟排水降低了42.6%、70.7%和39.3%,明暗组合控排系统的控污减排效果明显。因此,明暗组合控排措施具有较好的减排控污效果,对提高南方稻作区农田水氮利用效率和减轻面源污染具有一定借鉴意义。