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        海涂墾區(qū)暗管排水條件下水鹽運(yùn)移規(guī)律初探

        2018-04-04 06:13:34代文君
        江蘇水利 2018年3期
        關(guān)鍵詞:暗管含鹽量灘涂

        張 華 ,陳 鳳 ,代文君,沈 達(dá)

        (1.江蘇省水利科學(xué)研究院,江蘇 南京 210017;2. 湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院,湖南 長沙 410012;3.河海大學(xué),江蘇 南京 210098)

        0 引言

        隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和土地需求量的快速增長,沿海灘涂作為潛在的最具開發(fā)價(jià)值的土地資源,將成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的增長點(diǎn)。2009年6月10日,國務(wù)院常務(wù)會(huì)議通過了《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》,首次將江蘇沿海開發(fā)列入國家發(fā)展戰(zhàn)略。沿海開發(fā)戰(zhàn)略下,江蘇將圍墾13.33萬hm2(200萬畝)灘涂并治理成耕地,此舉可有效促進(jìn)江蘇耕地總量實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡。灘涂圍墾為耕地,關(guān)鍵措施在于治理其鹽堿性。新圍墾區(qū)土壤鹽分含量不適宜農(nóng)作物生長,土體發(fā)育弱,理化性狀差,有機(jī)質(zhì)含量低,地力薄;同時(shí)由于濱海區(qū)地下水位較低,鹽分隨水分蒸發(fā)容易回至土壤表層,造成土壤返鹽[1-2]。

        為了進(jìn)一步開發(fā)沿海灘涂,使沿海灘涂土壤盡早適應(yīng)農(nóng)作物生長的需要,變?yōu)┩客寥罏檫m宜農(nóng)業(yè)種植的土地,開展海涂墾區(qū)鹽堿化改良技術(shù)研究,進(jìn)行土壤水、鹽運(yùn)移試驗(yàn),研究暗管排水條件下土壤水分、鹽分的運(yùn)移規(guī)律,可為沿海灘涂鹽漬土快速改良提供理論和實(shí)踐的依據(jù)。本文以江蘇省東臺市弶港鎮(zhèn)沿海灘涂作為研究區(qū)域,布置試驗(yàn)場地,開展暗管排水條件下的灘涂土壤水分、鹽分運(yùn)移規(guī)律研究,探討該技術(shù)改良灘涂鹽堿土的適用性,為海涂墾區(qū)土壤改良技術(shù)提供借鑒和參考。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

        試驗(yàn)區(qū)位于江蘇省鹽城市東臺市弶港鎮(zhèn)江蘇省水利科學(xué)研究院沿海試驗(yàn)基地,北緯32°33′~32°57′,東經(jīng)120°07′~120°53′,是長江三角洲平原的一部分。

        試驗(yàn)場地呈長方形布局,西側(cè)緊臨沿海高等級公路,東南側(cè)靠近梁垛河,北部緊貼新東河,南部為通往X203段的公路,東西長約400 m,南北寬約177 m左右,總面積約6.67 hm2(100畝)。試驗(yàn)區(qū)地勢平坦,地面高程一般為3.3 m~4.77 m(黃海高程,下同)。區(qū)域土壤為受海潮頂托及鹽分凝聚作用回溯沉降的淺海泥沙,質(zhì)地為砂壤土。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        1.2.1暗管參數(shù)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)暗管布置形式采用單壁波紋吸水管吸水、集水管匯流的兩級暗降管網(wǎng)布置。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288-99)規(guī)定,試驗(yàn)采取在同一埋深(0.9 m)條件下,3種不同間距(6 m、10 m、17 m)的組合試驗(yàn),共3種處理,每處理3個(gè)重復(fù),同時(shí)設(shè)置空白對照。暗管管徑吸水管選用的內(nèi)徑為55 mm,集水管選用的內(nèi)徑為80 mm。管內(nèi)半徑r<100 mm,暗管管道比降1/100,暗管末端埋深85 cm,出水口埋深95 cm。

        1.2.2試驗(yàn)小區(qū)設(shè)計(jì)

        (1)暗管布置

        試驗(yàn)區(qū)在同一范圍內(nèi)沿農(nóng)溝方向選取田塊長300 m、寬50 m,作為暗管控制排水試驗(yàn)。試區(qū)做成50 m×50 m標(biāo)準(zhǔn)格田,分4個(gè)試區(qū),每個(gè)試區(qū)寬50 m,占一格田??哭r(nóng)溝一側(cè)設(shè)1條地下集水管,與農(nóng)溝平行,距田埂1~2 m。與集水管垂直另設(shè)一小段排水管,排水管一端垂直進(jìn)入集水管,另一端從農(nóng)溝引出,并帶有一可控制出水量的閥門,用以控制試區(qū)地下水位。

        暗管平均埋深統(tǒng)一控制在90 cm左右,按照1/1000的坡降確定,暗管末端埋深85 cm,出水口埋深95 cm。試區(qū)A布置3條暗管,暗管間距為17 m,試區(qū)B布置5條暗管,暗管間距為10 m,試區(qū)C布置8條暗管,暗管間距為6 m,試區(qū)D為無暗管對照區(qū)[3]。A、B、C、D試驗(yàn)區(qū)兩根暗管中間沿著暗管方向布置3個(gè)地下水位觀測井,并按照觀測井于排水口的距離,將相應(yīng)的觀測井序號依次列為T1~T12。地下水位觀測井井深均為350 cm。試驗(yàn)小區(qū)暗管布置方案如表1所示,試驗(yàn)小區(qū)平面布置示意圖見圖1所示。

        (2)控制排水設(shè)施布置

        為了能夠?qū)Ρ炔煌呐潘隹诼裆顚ν寥利}分的影響,每根排水暗管的出口處均設(shè)置有相應(yīng)的排水控制設(shè)施,在試驗(yàn)過程中,利用控制排水設(shè)施中的暗管控制出口開關(guān)控制試驗(yàn)區(qū)出口埋深,開關(guān)出口埋深分別設(shè)置有20 cm、40 cm、60 cm 80 cm。

        (3)作物布置

        為了對比不同暗管間距作用下土壤鹽分變化對作物產(chǎn)量的影響,在整個(gè)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)種植作物,對作物進(jìn)行測產(chǎn)分析。主栽作物為田菁[4-7]。

        1.3 測定項(xiàng)目及方法

        (1)土壤中含鹽量測定:采用DDB-2型電導(dǎo)率儀測定土壤各層電導(dǎo)率,根據(jù)電導(dǎo)值換算成土壤可溶性鹽分含量。

        表1 試驗(yàn)小區(qū)的暗管布置情況

        圖1 試驗(yàn)小區(qū)平面布置圖

        (2)土壤含水率及土水勢:含水率用Procheck測定,土水勢用WP4C測定。

        (3)其他基本離子測定:①Na+、K+:火焰光度法,使用FP640火焰光度計(jì);②Ca2+、Mg2+:EDTA絡(luò)合滴定法;③Cl-:硝酸銀滴定法;④HCO3-、CO32-:雙指示劑滴定法。⑤SO42-:EDTA間接絡(luò)合滴定法 。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同暗管間距排水土壤鹽分變化分析

        為研究不同暗管間距暗管排水條件土壤鹽分變化,取相同橫向位置(測點(diǎn)到排水口25 m距離處,即測點(diǎn)T2、T5、T8、T11)進(jìn)行分析,試驗(yàn)期間的6 m、10 m、17 m間距區(qū)以及無暗管對照區(qū)土壤剖面觀測層0~20 cm、60~80 cm的含鹽量動(dòng)態(tài)變化過程分別如圖2(a)、2(b)所示。

        圖2 各處理區(qū)分層土壤含鹽量變化

        從圖2中可以看出,無暗管對照區(qū)各層土壤含鹽量均比其他3種不同間距暗管排水處理高出0.2 g/kg左右。無暗管對照區(qū)和其他3種不同間距暗管排水4種處理,從5月~7月下旬,0~20 cm土層中土壤含鹽量均呈明顯下降趨勢,相對來說20~80 cm處土壤含鹽量變化則表現(xiàn)得比較平緩,且3種不同間距暗管排水土壤含鹽量相差較小。

        由于8月降雨相對較多,0~20 cm土壤含鹽量都有較大的脫減現(xiàn)象,相反20~80 cm土壤含鹽量則有較大程度的增加,主要是由于通過降雨使鹽分進(jìn)入深層土壤或地下水中而形成的表層土壤鹽分驟降現(xiàn)象;到了9月、10月份,隨著降雨次數(shù)的減少,加上作物騰發(fā)的影響,造成深層的土壤以及地下水中的鹽分,又隨著水分的上移,逐漸地積累在表層土壤上,引起4種處理0~20 cm中土壤含鹽量有所增加,形成表層積聚現(xiàn)象。

        2.2 暗管排水條件下對作物產(chǎn)量的影響分析

        為了驗(yàn)證土壤在暗管排水條件下排鹽效果對作物產(chǎn)量的影響,取試驗(yàn)區(qū)表層(0~20 cm)土樣帶回實(shí)驗(yàn)室對土壤鹽分進(jìn)行分析。表層(0~20cm)鹽分變化如表2和圖3所示。

        表2 試驗(yàn)區(qū)表層土0~20cm月平均鹽分單位:g/kg

        圖3 試驗(yàn)區(qū)表層土鹽分變化

        田菁的產(chǎn)量通過測產(chǎn)得出,如表3所示。

        表3 田菁分區(qū)產(chǎn)量分析

        由表3可知,田菁產(chǎn)量從大到小依次排為:6 m>10 m>17 m>對照。間距17 m、10 m、6 m區(qū)比對照區(qū)產(chǎn)量各增長了10.0%、15.3%、18.1%;間距10 m、6 m區(qū)比間距17 m區(qū)產(chǎn)量各增長了4.8%、7.4%;間距6 m區(qū)比間距10 m區(qū)產(chǎn)量增長了4.8%、2.4%。暗管排水區(qū)產(chǎn)量比對照區(qū)均增長了10%以上,間距17 m、10 m、6 m區(qū)間產(chǎn)量增減較不明顯。

        由此得知,暗管排水有效降低了土壤表層鹽分,增加了作物產(chǎn)量。暗管排水通過地下暗管以及控制農(nóng)田排水,在降雨情況下能更好的保留農(nóng)田氮在土壤中,減少因地表徑流和地下滲漏造成流失,為植物生長提供充足的養(yǎng)分,從而達(dá)到增產(chǎn)的效果。

        2.3 暗管控制排水條件下土壤鹽分運(yùn)移規(guī)律分析

        為了更好的分析試驗(yàn)期間0~80 cm土壤鹽分總體變化,對各試驗(yàn)小區(qū)3個(gè)測點(diǎn)鹽分平均值進(jìn)行分析。試驗(yàn)區(qū)4種處理0~80 cm土壤鹽分的動(dòng)態(tài)變化過程如圖4所示[8]。

        圖4 試驗(yàn)區(qū)4種處理0~80 cm土壤鹽分變化

        從圖4中可以看出,4種處理的土壤全鹽量動(dòng)態(tài)變化趨勢基本一致,從作物田菁種植開始到種植末期,土壤全鹽量均減少了0.5~1 g/kg,土壤總?cè)}量從大到小依次排為:無暗管對照區(qū)>17 m>10 m>6 m,從而說明了暗管排水有效地加大了土壤的排鹽。

        4種處理土壤全鹽量方面,無暗管對照區(qū)土壤全鹽量是從中度鹽化水平過渡到輕度鹽化水平,而其他3種暗管控制排水情況下,土壤全鹽量一直都處于輕度鹽化水平,從作物種植開始到結(jié)束,土壤全鹽量均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,最終趨于穩(wěn)定鹽化水平。

        3 結(jié)論

        (1)與無暗管對照區(qū)相比,有暗管試驗(yàn)區(qū)均能有效地減緩?fù)寥利}分的累積,降低鹽堿化程度。不同暗管間距排鹽效果不同,暗管間距越小,排鹽效果越明顯。暗管的間距、測點(diǎn)至暗管的水平距離兩個(gè)變量與土壤含鹽量變化的速率呈負(fù)相關(guān),暗管之間水平距離越小、測點(diǎn)與暗管的水平距離越小,則該測點(diǎn)的含鹽量變化越快;不同的埋深對土壤含鹽量的影響主要體現(xiàn)在深層的土壤含鹽量變化較晚于淺層的土壤,同時(shí)存在深層土壤的含鹽量受到淺層土壤鹽分隨降雨淋洗作用而上升,及深層土壤中鹽分隨下層土壤水分補(bǔ)充上層導(dǎo)致土壤含鹽量增加的現(xiàn)象。

        (2)通過控制排水裝置對試區(qū)出口埋深進(jìn)行調(diào)控,對同一排水區(qū),暗管出口深度的加大可以降低地下水位,從而有效地減緩?fù)寥利}分的累積。

        (3)通過分析試驗(yàn)區(qū)作物條件下對土壤鹽分的影響,對試驗(yàn)區(qū)作物田菁進(jìn)行了測產(chǎn)。結(jié)論表明暗管排水能有效地控制地下水埋深,降低土壤表層鹽分,增加作物產(chǎn)量。

        (4)暗管排水能有效地控制地下水位,調(diào)節(jié)土壤的蒸散發(fā)和入滲,改變水鹽運(yùn)移,從而影響土壤鹽分的變化,有效地改良海涂墾區(qū)鹽堿地。

        參考文獻(xiàn):

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