塔吉姑麗·達(dá)吾提，羅 浩，呂雙慶，本秋平

(塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

0 引 言

新疆是我國鹽堿土分布面積最大、鹽堿威脅最嚴(yán)重的省份[1,2]。目前，新疆耕地面積約416 萬hm2，鹽漬化面積約占31%，兵團(tuán)耕地面積105 萬hm2，鹽堿化面積占51.52%[3]。耕地土壤鹽漬化是制約新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效發(fā)展的重要限制因素，兵團(tuán)南疆墾區(qū)這一問題更為突出。在新疆南疆鹽堿地改良領(lǐng)域如何實現(xiàn)快速降低土壤含鹽量、節(jié)地節(jié)水、提高耕地質(zhì)量、提升土地綜合生產(chǎn)能力、促進(jìn)土地集約化發(fā)展、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展成為亟須解決的重要問題[4]。

改良鹽堿地方式眾多，目前運用大水漫灌結(jié)合明溝排水是兵團(tuán)南疆墾區(qū)鹽堿地改良的主要方式，但明溝排水存在占用耕地、溝坡不穩(wěn)定、溝道淤積需經(jīng)常清理、易生雜草及脫鹽效果不佳等諸多問題[5,6]。運用大水漫灌配合暗管排水排鹽是鹽堿地改良占地面積小、最直接、最快捷、最有效的方式[7]。具有提高土地利用率、減少清淤、方便田間機(jī)械作業(yè)、增產(chǎn)增收等優(yōu)點[8]。在世界各國鹽漬土改良過程中暗管排水發(fā)揮了極其重要的作用[9]。目前研究重點在不同土壤特性、氣候條件、水文地質(zhì)、鹽漬化類型及程度條件下，暗管布設(shè)參數(shù)及排鹽效果，還需考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點，因此其技術(shù)實施具有地域性。暗排工程技術(shù)參數(shù)的確定及條件優(yōu)化，特別是暗管的埋深、間距及管徑的確定，是改良效果的關(guān)鍵[10,11]。我國自20世紀(jì)80年代開始研究暗管排水方面，并取得了一些成果[12,13]。在天津濱海新區(qū)進(jìn)行暗管排鹽的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了不同暗管間距對土壤淋洗脫鹽效果的影響[14]，為暗管排鹽技術(shù)的推廣起到重要推動作用[15]。景清華等[16]在寧夏銀北灌區(qū)暗管排水進(jìn)行了全面監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明，典型區(qū)內(nèi)暗管排水礦化度遠(yuǎn)大于灌溉水，表明暗管排鹽作用明顯，強(qiáng)排區(qū)尤為突出。張?zhí)m亭[17]在山東省打魚張灌區(qū)利用不同管材(陶管、礫石水泥濾水管和波比水泥管)，設(shè)計2種間距(100、200 m)、3種埋深(1.3、1.8、2.5～2.6 m)、4種管徑(0.1、0.15、0.2、0.3 m)的田間暗管排水試驗，認(rèn)為100 m間距、1.8 m埋設(shè)深度、0.3 m管徑相較其他布設(shè)參數(shù)脫鹽效果最明顯。在江蘇沿海新墾區(qū)設(shè)計了3種(10、15、20 m)的間距和3種(0.6、0.9、1.2 m)的埋深暗管排水組合，研究沿海新墾區(qū)暗管排水效果及排水含鹽量變化情況，認(rèn)為在間距相同的條件下，暗管埋深越大，暗管排水的礦化度、排水流量、電導(dǎo)率也越大[18]?，F(xiàn)有研究表明，暗管排水[19,20]可以有效增加耕地面積、控制農(nóng)田地下水埋深[21]、加速土體脫鹽、提高鹽堿土淋洗改良效率，對提高作物產(chǎn)量均具有顯著效果[22,23]。

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師二團(tuán)是新疆南疆土壤鹽漬化代表性地區(qū)，本研究選擇該區(qū)域典型鹽漬化地塊，研究排水暗管不同管徑及間距對鹽漬化耕地脫鹽效果，為運用暗管排水排鹽技術(shù)促進(jìn)兵團(tuán)南疆墾區(qū)鹽漬化耕地改良提供重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師二團(tuán)位于塔里木盆地西北邊緣，天山支脈喀拉鐵克山山前沖洪積平原下部中段，地理坐標(biāo)：東經(jīng)79°49′52″，北緯40°35′30″，海拔1 053.52 m。二團(tuán)屬于暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候，年均降水量114.3 mm，平均年蒸發(fā)量2 615 mm；晝夜溫差大，日照充足，年均溫度11.5 ℃，1月份平均氣溫-8.4 ℃，7月份平均氣溫26.2 ℃，極端最高氣溫42.3 ℃，極端最低氣溫-25.0 ℃；平均日照時數(shù)2 448 h，≥10 ℃有效積溫4 400 ℃，無霜期23 d；年太陽輻射總量61.0 萬J/cm2, 最大凍土深度87 cm。二團(tuán)地貌為山前沖洪積平原，地勢平坦，地形為西北高東南低，土質(zhì)黏重，土壤通透性極差，土壤次生鹽漬化嚴(yán)重。二團(tuán)始建于1956年，團(tuán)域面積4.01 萬hm2，現(xiàn)有耕地1.81 萬hm2，其中大田種植面積1.48 萬hm2，林果業(yè)0.3 萬hm2，其中輕鹽化面積1.07 萬hm2，中鹽化面積0.41 萬hm2，重鹽化面積500 hm2。

1.2 試驗設(shè)計

暗管于2015年12月25日-2016年1月5日進(jìn)行布設(shè)。試驗設(shè)置2種暗管管徑(φ50 mm、φ60 mm)及3種暗管間距(6、8、10 m)6個暗管排水處理。吸水暗管埋深0.8 m，比降為0.5%。每個小區(qū)長寬為120 m×100 m，小區(qū)四周設(shè)田埂(見圖2)。田間吸水管采用PE打孔單壁波紋管，吸水管周圍包裹8 cm砂濾料，以防止泥沙入管造成淤堵和改善排水管周圍水流入管條件。集水管是匯集吸水管的水流，并將其排走的管道。集水管采用直徑為200 mm的PVC管材。集水管的深度通過連接的集水井的高程控制，坡度為1%，集水管末端與集水池泵站相連。集水井位于吸水管水流方向的末端，田間吸水管中的含鹽水匯入集水井中，集水井由集水管連接，最后由集水管匯入到集水井泵站中，經(jīng)泵站排出試驗區(qū)。

1.3 樣品的采集及測定

對每次農(nóng)田進(jìn)行灌水時，分別采集灌溉水樣、農(nóng)田排水水樣。灌水后，從集水管出水開始連續(xù)采集排水水樣，每間隔3 h采集1次，直至集水管無水排出。本試驗于2016年6月、8月、10月灌水3次，總共采集水樣3次，第一次采集水樣時間為2016年6月7-11日9∶00開始；第二次采集水樣時間為2016年8月10-13日9∶00開始；第三次采集水樣時間為2016年10月20-25日9∶00開始。

測定指標(biāo)：對灌、排水水樣依據(jù)電導(dǎo)法測定電導(dǎo)率；依據(jù)烘干法測定礦化度[24]。

2 結(jié)果分析

2.1 暗管排水與灌溉水的礦化度及電導(dǎo)率變化

圖2結(jié)果表明，6、8、10月3次灌溉水的礦化度分別是0.75、0.86和0.63 g/L，暗管排水的平均礦化度分別是6.427、7.382、6.781 g/L，為灌溉水礦化度的8.57、8.58倍和10.76倍。暗管排水和灌溉水電導(dǎo)率變化與礦化度變化一致，結(jié)果表明，6月、8月、10月3次灌溉水的電導(dǎo)率分別是0.61、0.59、0.49 mS/cm。暗管排水的平均電導(dǎo)率分別是4.833、6.222、5.379 mS/cm，為灌溉水電導(dǎo)率的7.92、10.55倍和10.98倍。暗管排水中的礦化度、電導(dǎo)率都遠(yuǎn)高于灌溉水，表明暗管排水大量溶解了土壤中的鹽分，土壤鹽分隨暗管水排出，有利于洗鹽、降低土壤鹽分。

2.2 不同暗管管徑對暗管排水礦化度和電導(dǎo)率的影響

2.2.1 不同暗管管徑對暗管排水礦化度的影響

研究結(jié)果表明(圖3)，相同間距條件下，暗管管徑為60 mm處理區(qū)農(nóng)田排水礦化度始終高于暗管管徑為50 mm處理區(qū)農(nóng)田排水礦化度，兩種管徑農(nóng)田排水礦化度差異從6月至8月至10月差異減小。在埋設(shè)暗管間距為6 m時，在6月份灌水階段，管徑為60 mm處理農(nóng)田排水礦化度平均為6.701 g/L，50 mm為3.829 g/L；在8月份灌水階段，管徑為60 mm排水礦化度平均為6.992 g/L，50 mm為6.023 g/L；在10月份灌水階段，管徑為60 mm處理農(nóng)田排水礦化度平均為5.918 g/L，50 mm為5.501 g/L。在三次灌水階段內(nèi)，當(dāng)間距6 m時，管徑60 mm處理農(nóng)田排水礦化度是50 mm的1.3倍。同樣以8 m間距為例，在間距8 m時，在6月份灌水階段，管徑60 mm處理農(nóng)田排水礦化度平均值為8.298 g/L，50 mm為4.473 g/L；在8月份灌水階段，管徑為60 mm處理農(nóng)田排水礦化度平均為8.532 g/L，50 mm為6.271 g/L；在10月份灌水階段，管徑60 mm處理農(nóng)田排水礦化度平均為7.903 g/L，50 mm為5.692 g/L，在三次灌水階段內(nèi)，當(dāng)間距8 m時，管徑60 mm處理農(nóng)田排水礦化度是50 mm的1.5倍。同樣埋設(shè)暗管間距為10 m時，6月份灌水階段，管徑60 mm處理農(nóng)田排水礦化度平均為8.562 g/L，50 mm為6.701 g/L。8月份灌水階段管徑60 mm處理農(nóng)田排水礦化度平均為9.070 g/L，50 mm為6.023 g/L；在10月份灌水階段，管徑為60 mm處理農(nóng)田排水礦化度平均為8.807 g/L，50 mm為6.900 g/L。在3次灌水階段內(nèi)，間距為10 m時，管徑為60 mm處理農(nóng)田排水礦化度是50 mm的1.3倍。總結(jié)來看，暗管管徑的大小明顯影響農(nóng)田排水排出來的礦化度含量。

圖1 二團(tuán)鹽土灌排改良田間試驗平面圖(單位：m)

圖2 灌溉水與暗管排水礦化度和電導(dǎo)率的比較

圖3 相同間距條件下不同管徑暗管排水礦化度的變化

2.2.2 不同暗管管徑對暗管排水電導(dǎo)率的影響

農(nóng)田排水電導(dǎo)率與礦化度變化規(guī)律基本一致，研究結(jié)果表明(圖4)，相同間距條件下，暗管管徑60 mm處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率高于50 mm，從6-10月差異逐漸減小。以間距6 m為例，在間距6 m時，6月份灌水階段管徑60 mm處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率平均為4.673 mS/cm，50 mm為3.020 mS/cm；8月份灌水階段管徑60 mm處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率平均為6.138 mS/cm，50 mm為4.721 mS/cm；10月份灌水階段管徑60 mm處理排水電導(dǎo)率平均為4.652 mS/cm，50 mm為4.658 mS/cm。三次灌水階段內(nèi)，間距6 m時，管徑60 mm處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率是50 mm的1.2倍。同樣以8 m間距為例，在間距8 m時，6月份灌水階段管徑60 mm處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率平均為6.165 mS/cm，50 mm為3.470 mS/cm；8月份灌水階段管徑60 mm處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率平均為7.555 mS/cm，50 mm為5.076 mS/cm；10月份灌水階段管徑60 mm處理排水電導(dǎo)率平均為6.229 mS/cm，50 mm為4.365 mS/cm。三次灌水階段內(nèi)間距8 m時，管徑60 mm處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率是50 mm的1.5倍。以間距10 m為例，在間距10 m時，6月份灌水階段管徑60 mm處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率平均為6.670 mS/cm，50 mm處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率平均5.002 mS/cm。8月份灌水階段管徑60 mm處理排水電導(dǎo)率平均為7.910 mS/cm，50 mm為5.766 mS/cm；10月份灌水階段管徑60 mm處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率平均為7.364 mS/cm，50 mm為4.985 mS/cm。三次灌水階段內(nèi)間距10 m時，管徑60 mm處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率是50 mm的1.39倍。

圖4 相同間距條件下不同管徑暗管排水的電導(dǎo)率變化

2.3 不同暗管間距對暗管排水礦化度和電導(dǎo)率的影響

2.3.1 不同暗管間距對暗管排水礦化度的影響

淋洗期間各處理的農(nóng)田排水礦化度變化特征研究結(jié)果表明(圖5)，管徑相同條件下，暗管間距10 m處理農(nóng)田排水礦化度高于間距6 m和8 m。以管徑50 mm為例，6月份排水礦化度在間距6 m時平均為3.829 g/L，8 m時平均為4.473 g/L，10 m時平均為6.701 g/L。在第一次灌水階段，間距為10 m處理農(nóng)田排水礦化度分別是6 m、8 m的1.8倍和1.5倍。在8月份，其排水礦化度在間距6 m時平均為6.023 g/L，8 m時平均為6.271 g/L，10 m時平均為7.302 g/L。在第二次灌水階段，間距為10 m處理農(nóng)田排水礦化度分別是6 m、8 m的1.21倍和1.16倍。在10月份，其排水礦化度在間距為6 m時的平均數(shù)值為5.918 g/L，在間距為8 m時的排水礦化度平均數(shù)值為5.692 g/L，在間距10 m時的排水礦化度的平均數(shù)值為6.900 g/L。在第三次灌水階段，間距為10 m的農(nóng)田排水的礦化度分別是間距為6 m、8 m的1.17倍和1.21倍。當(dāng)管徑60 mm為例，6月份的排水礦化度在間距為6 m時的平均數(shù)值為6.701 g/L，在間距8 m時的排水礦化度的平均數(shù)值為8.298 g/L，在間距為10 m時的排水礦化度的平均數(shù)值為8.562 g/L。在第一次灌水階段，間距為10 m的農(nóng)田排水的礦化度分別是間距為6 m、8 m的1.03倍和1.28倍。在8月份，其排水礦化度是在間距為6 m時的平均數(shù)值為6.992 g/L，在間距為8 m時，排水礦化度平均數(shù)值為8.532 g/L，在間距10 m時，排水礦化度平均數(shù)值為9.070 g/L。在第二次灌水階段，間距為10 m處理農(nóng)田排水礦化度分別是間距6 m、8 m的1.3倍和1.06倍。在10月份，排水礦化度在間距為6 m時平均為5.501 g/L，8 m時平均為7.903 g/L，10 m時平均為8.807 g/L。在第三次灌水階段，間距為10 m的農(nóng)田排水礦化度分別是間距為6 m、8 m的1.6倍和1.1倍。

圖5 不同間距暗管排水的礦化度隨時間變化

2.3.2 不同暗管間距對暗管排水電導(dǎo)率的影響

淋洗期間各處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率變化特征研究結(jié)果表明(圖6)，相同管徑條件下，暗管間距10 m處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率高于6 m和8 m。以管徑50 mm為例，6月份農(nóng)田排水電導(dǎo)率在間距6 m時，平均為3.020 mS/cm，8 m時平均為3.470 mS/cm，10 m時平均為5.002 mS/cm。第一次灌水階段，間距為10 m處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率分別是6 m、8 m的1.7倍和1.4倍。在8月份農(nóng)田排水電導(dǎo)率在間距6 m時平均為4.721 mS/cm，8 m時平均為5.076 mS/cm，10 m時平均為5.766 mS/cm。在第二次灌水階段，間距為10 m處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率分別是6 m、8 m的1.2倍和1.1倍。在10月份農(nóng)田排水電導(dǎo)率在間距6 m時平均為4.658 mS/cm，8 m時平均為4.365 mS/cm，10 m時平均為4.985 mS/cm。在第三次灌水階段，間距為10 m處理農(nóng)田排水的電導(dǎo)率分別是6 m、8 m的1.07倍和1.1倍；當(dāng)管徑60 mm時，6月份農(nóng)田排水電導(dǎo)率在間距6 m時平均為4.673 mS/cm，8 m時平均為6.165 mS/cm，10 m時平均為6.670 mS/cm。在第一次灌水階段，間距為10 m處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率分別是6 m、8 m的1.7倍和1.4倍。在8月份農(nóng)田排水電導(dǎo)率在間距6 m時平均為6.159 mS/cm，8 m時平均為7.555 mS/cm，在間距為10 m時排水電導(dǎo)率的平均為7.910 mS/cm。在第二次灌水階段，間距為10 m處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率分別是6 m、8 m的1.3倍和1.05倍。在10月份農(nóng)田排水電導(dǎo)率在間距6 m時平均為4.652 mS/cm，8 m時平均為6.229 mS/cm，10 m時平均為7.364 mS/cm。在第三次灌水階段，間距為10 m處理農(nóng)田排水電導(dǎo)率分別是6 m、8 m的1.6倍和1.2倍。

圖6 不同間距暗管排水的電導(dǎo)率隨時間變化

3 討 論

3.1 暗管排水與灌溉水的礦化度及電導(dǎo)率變化

暗管排水主要取決于受暗管控制耕地的土壤含鹽量。由于土壤鹽分是通過暗管排水排出土體，暗管出水水質(zhì)間接反映了暗管排鹽效果。本實驗通過6月、8月、10月三次灌水，分析不同時期灌溉水和暗管排水的礦化度含量和電導(dǎo)率的變化狀況，暗管排水的礦化度和電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于灌溉水，暗管排水的礦化度分別是灌溉水的8.57倍、8.58倍和10.76倍；電導(dǎo)率分別是灌溉水的7.92、10.55倍和10.98倍。這表明暗管排水大量溶解了土壤中的鹽分，土壤鹽分隨暗管水排出，有利于洗鹽、降低土壤鹽分。景清華等[16]在寧夏銀北灌區(qū)暗管排水進(jìn)行了全面監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示典型區(qū)內(nèi)暗管排水礦化度遠(yuǎn)大于灌溉水，表明暗管排鹽作用明顯，強(qiáng)排區(qū)尤為突出，與其結(jié)論一致。張金龍[25]在研究了暗管排水技術(shù)改良對濱海鹽土的治理效果，研究結(jié)果表明，淋洗改良幾天后，暗管排水礦化度明顯增加，這表明暗管排水改良技術(shù)改良濱海鹽土效果較好，與本論文結(jié)論一致。蘇挺[26]在新疆南疆第三師紅旗農(nóng)場土壤不同埋深暗管排鹽效果研究，研究結(jié)果表明，在每次灌水結(jié)束后，排水礦化度首先下降，隨之升高，又表現(xiàn)出逐漸降低趨勢，這主要原因是，鹽分在土壤中需要一定的溶解時間，當(dāng)灌水初期，由于時間短溶解鹽分較少，隨著時間的增加，鹽分逐漸被溶劑充分溶解后，暗管排水礦化度有所增加，隨著排水時間推移，鹽分被排出的快，又呈現(xiàn)下降趨勢。

3.2 最佳洗鹽效果的暗管管徑和間距

對暗管不同管徑及間距不同時期的灌、排水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，相同間距條件下，暗管管徑大的處理排水礦化度、電導(dǎo)率高于小的處理，從6月至8月至10月差異逐漸變小。從暗管管徑對暗管排水礦化度含量、電導(dǎo)率的影響來看，60 mm管徑的洗鹽效果優(yōu)于50 mm管徑。衡通等[1]研究得出其他的暗管布設(shè)參數(shù)合理的條件下，暗管管徑越大，改良鹽漬土效果越好。李曉華等[27]研究表明暗管排出水的礦化度在暗管間距相同的條件下，埋設(shè)暗管管徑大的處理區(qū)域的農(nóng)田排水的礦化度明顯高于暗管管徑小的處理區(qū)，本實驗礦化度和電導(dǎo)率的大小呈現(xiàn)50 mm<60 mm，與其結(jié)論一致；相同管徑條件下，暗管間距大的處理排水礦化度高于小的處理。王振華[10]、朱海波[18]等研究沿海新墾區(qū)暗管排水效果及排水含鹽量變化情況，認(rèn)為在埋設(shè)深度相同條件下，暗管間距越小，初始排水的礦化度、電導(dǎo)率也越大。本實驗研究表明，在暗管管徑相同，從暗管間距對暗管排水礦化度、電導(dǎo)率的影響來看，間距10 m礦化度及電導(dǎo)率雖大于間距6 m、8 m，但因該區(qū)土壤質(zhì)地黏重，暗管間距大的處理會因排水量小，而影響暗管洗鹽效果?？傮w來看，以暗管埋設(shè)間距為6 m，管徑60 mm對新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師二團(tuán)土壤洗鹽效果較好。

4 結(jié) 論

不同暗管間距對水樣礦化度及電導(dǎo)率有顯著的影響，不同時期排出來的鹽分差距較大，暗管排水平均礦化度隨暗管管徑的減小而減小，為了保證灌溉水洗鹽條件下暗管排鹽效果，并在實際工程中提高鹽漬土改良效果，可在已知管徑可選范圍的情況下選擇管徑大、間距小的設(shè)置。這對改良土壤鹽漬化具有重要意義，今后還應(yīng)在暗管設(shè)計中多采用大的暗管管徑，小的暗管間距研究地下水位的變化，配合長期灌水，達(dá)到暗管排水改良土壤鹽分的目的。

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