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。

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