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土壤盐渍化是全球关注的一个农业土壤环境问题,也是仅次于荒漠化的生态环境问题,其改良和治理一直备受学者的青睐。近年来,暗管排水技术被大多学者研究证实是改良盐碱地最有效、最直接的水利工程措施之一。针对新疆这样一个近三分之一耕地受土壤盐碱化危害的农业大区,盐碱耕地的改良和治理是亟待解决和关心的问题。本研究在地下水设置较浅条件下,通过土柱试验研究分析了不同暗管埋深和灌水量对暗管排水排盐效果及土壤脱盐效果的影响,基于土槽试验探究了灌水过程对暗管排水排盐规律及土壤脱盐效果的影响,并利用HYDRUS软件模型模拟验证了灌溉排水过程中土壤水盐运移规律。对于干旱区盐渍化农田暗管排水工程技术参数的确定以及制定科学合理的灌溉淋洗制度具有较好的参考价值,主要结论如下:
(1)灌水量对土壤水盐分布特征及运移规律有明显的影响,0~20cm土层内水盐含量变化速率较快,20~100cm土层内水盐含量随土层深度的增加而增加。灌水量越小下层土壤盐分积累越多,灌水量越大暗管下方土层盐分积累越少,且上层土壤脱盐速率大于下层脱盐速率。暗管排水矿化度、排水排盐量、地下水和地下水盐分增量均随灌水量的增大而增大,但当灌水量最大时,地下水盐分增量远大于排水排盐量,表明灌水过量不仅会造成地下水位抬高而且使上层土壤盐分大量地淋洗到地下水中,造成淡水资源的浪费和地下水的盐化。
(2)三种暗管埋深下各土层内盐分含量随土壤深度的增加而增加,相同灌水量下,暗管埋深越深同一土层内水盐含量越小,暗管埋深越浅同一土层内水盐含量越大。暗管埋深越深,暗管排水排盐量越大,地下水增量越小,地下水含盐量随灌水量的增加先增加后减小。表层0~20cm土层内脱盐率最大为90%,0~100cm土层内最大脱盐率为78%,最小脱盐率为42%。相同灌水量不同暗管埋深处理下各土层内脱盐率没有明显差异,相同暗管埋深不同灌水量处理下各土层内土壤脱盐率存在明显差异,表明暗管埋深对暗管排水排盐效果影响较大,而灌水量对土壤脱盐效果影响较大。
(3)在地下水位埋深较浅条件下,基于埋深1m,间距4m的暗管排水试验装置开展研究,灌溉排水过程中暗管排水规律及土壤脱盐率变化明显,经过六次灌水试验得出,0~60cm土层内盐分含量下降至4g/kg,达到了轻度盐化水平,0~100cm土层内盐分含量下降至6g/kg左右,达到了中度盐化水平。经计算0~80cm土层盐分含量整体下降了72.9%,暗管排盐量占0~100cm土层内总盐分含量的30.8%,其余盐分淋洗到了100cm以下土层,或者溶解到了地下水中。水平距离暗管间距越大,土壤脱盐率越小,距离暗管间距越小,土壤脱盐率越大。排水矿化度随灌水次数的增加基本稳定于4~6g/L范围内,排水流速稳定于0~6L/h范围内。通过模型模拟验证分析得出,土壤盐分和水分的均方根误差RMSE最大分别为0.632和1.324,决定系数R2最小分别为0.992和0.906,结果表明模拟值和实测值吻合度较好,HYDRUS模型能够较好地模拟排水条件下土壤水盐运移规律。
(1)灌水量对土壤水盐分布特征及运移规律有明显的影响,0~20cm土层内水盐含量变化速率较快,20~100cm土层内水盐含量随土层深度的增加而增加。灌水量越小下层土壤盐分积累越多,灌水量越大暗管下方土层盐分积累越少,且上层土壤脱盐速率大于下层脱盐速率。暗管排水矿化度、排水排盐量、地下水和地下水盐分增量均随灌水量的增大而增大,但当灌水量最大时,地下水盐分增量远大于排水排盐量,表明灌水过量不仅会造成地下水位抬高而且使上层土壤盐分大量地淋洗到地下水中,造成淡水资源的浪费和地下水的盐化。
(2)三种暗管埋深下各土层内盐分含量随土壤深度的增加而增加,相同灌水量下,暗管埋深越深同一土层内水盐含量越小,暗管埋深越浅同一土层内水盐含量越大。暗管埋深越深,暗管排水排盐量越大,地下水增量越小,地下水含盐量随灌水量的增加先增加后减小。表层0~20cm土层内脱盐率最大为90%,0~100cm土层内最大脱盐率为78%,最小脱盐率为42%。相同灌水量不同暗管埋深处理下各土层内脱盐率没有明显差异,相同暗管埋深不同灌水量处理下各土层内土壤脱盐率存在明显差异,表明暗管埋深对暗管排水排盐效果影响较大,而灌水量对土壤脱盐效果影响较大。
(3)在地下水位埋深较浅条件下,基于埋深1m,间距4m的暗管排水试验装置开展研究,灌溉排水过程中暗管排水规律及土壤脱盐率变化明显,经过六次灌水试验得出,0~60cm土层内盐分含量下降至4g/kg,达到了轻度盐化水平,0~100cm土层内盐分含量下降至6g/kg左右,达到了中度盐化水平。经计算0~80cm土层盐分含量整体下降了72.9%,暗管排盐量占0~100cm土层内总盐分含量的30.8%,其余盐分淋洗到了100cm以下土层,或者溶解到了地下水中。水平距离暗管间距越大,土壤脱盐率越小,距离暗管间距越小,土壤脱盐率越大。排水矿化度随灌水次数的增加基本稳定于4~6g/L范围内,排水流速稳定于0~6L/h范围内。通过模型模拟验证分析得出,土壤盐分和水分的均方根误差RMSE最大分别为0.632和1.324,决定系数R2最小分别为0.992和0.906,结果表明模拟值和实测值吻合度较好,HYDRUS模型能够较好地模拟排水条件下土壤水盐运移规律。