(遼寧省鐵嶺水文局， 遼寧 鐵嶺 112000)

北票地區(qū)蔬菜大棚暗管排鹽過(guò)程的土壤水鹽動(dòng)態(tài)分析

卞京軍

(遼寧省鐵嶺水文局， 遼寧 鐵嶺 112000)

本文以遼寧省北票市的蔬菜大棚為例，分別采用田間淋洗試驗(yàn)法和數(shù)值模擬法對(duì)暗管排鹽過(guò)程的土壤水鹽動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，土壤水鹽動(dòng)態(tài)受暗管的影響較小，因此有必要對(duì)其設(shè)置進(jìn)行改進(jìn)。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值結(jié)果較為接近，因此可基于該模型進(jìn)行暗管規(guī)格、鋪設(shè)方式或間距等參數(shù)的優(yōu)化選擇，從而為合理確定蔬菜大棚排鹽模式提供科學(xué)依據(jù)。

北票地區(qū)；蔬菜大棚；暗管排鹽；土壤水鹽

1 引 言

蔬菜大棚具有種植經(jīng)濟(jì)效益高、可反季節(jié)栽培等優(yōu)點(diǎn)， 因此近年來(lái)在遼寧省北票市得到了十分迅速的發(fā)展。這雖為該市的蔬菜供應(yīng)以及農(nóng)業(yè)發(fā)展做出了較大貢獻(xiàn)，但同時(shí)也引發(fā)了土壤鹽堿化問(wèn)題，限制了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，土壤鹽堿化的防治已迫在眉睫。鹽堿地改良措施包括農(nóng)藝措施，化學(xué)措施、生物措施以及工程措施[1]。目前，在北票地區(qū)的蔬菜大棚栽培過(guò)程中，采用淡水沖洗是最為主要的鹽堿化控制措施，所采用的灌溉水不僅可提供作物生長(zhǎng)所必需的水分與養(yǎng)分，也可發(fā)揮一定的抑鹽與壓鹽作用。然而，這類淡水沖洗的鹽漬化控制措施只能使鹽分遷移至較深土層而無(wú)法徹底排除鹽分，以致土壤中鹽分積累不斷增多，加大了次生鹽漬化危害發(fā)生的可能性及其破壞力。

淡水沖洗結(jié)合暗管排水排鹽法具有高效的鹽堿化改良能力，因此在世界各地得到了廣泛的應(yīng)用，但該方法的改良效果受暗管規(guī)格、鋪設(shè)方法以及間距等諸多因素的影響，因此有必要對(duì)該條件下土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行探究以為排鹽措施的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考[2]。李顯溦等對(duì)新疆膜下滴灌棉田暗管排鹽過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬與分析，該研究證明數(shù)值模擬法可較好地預(yù)測(cè)暗管排鹽過(guò)程的土壤水鹽動(dòng)態(tài)情況[3]。目前，針對(duì)蔬菜大棚暗管排鹽過(guò)程的土壤水鹽動(dòng)態(tài)分析相對(duì)較少，因此，本文采用李顯溦等所提方法，進(jìn)行田間淋洗試驗(yàn)并建立精準(zhǔn)的數(shù)值模型，從而為蔬菜大棚高效排鹽模式的探索提供參考。

2 分析方法

2.1 田間淋洗試驗(yàn)

田間淋洗試驗(yàn)于2016年7月在遼寧省北票市婁家店鄉(xiāng)進(jìn)行(東經(jīng)120.6553°，北緯42.0599°)，當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?.6℃，年均降水量509mm，無(wú)霜期153d，年均日照2983h。該地區(qū)大棚精細(xì)蔬菜栽培技術(shù)先進(jìn)，以“番茄—豆角—苦苣”為主要種植模式，全年畝產(chǎn)值可達(dá)12000元。灌溉水淋洗效果在較大程度上取決于土壤的基本性能，因此采用李顯溦等所用方法對(duì)土壤基本性能參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，最終的空間平均結(jié)果見表1。

表1 土壤基本性能參數(shù)

試驗(yàn)田占地長(zhǎng)10m×寬5m，在田內(nèi)鋪設(shè)1條管徑為0.1m的雙壁波紋暗管，以人工開挖方式填埋，埋深為0.6m。暗管周圍鋪設(shè)雙層玻璃纖維布以防止排水排鹽暗管堵塞。采用當(dāng)?shù)毓喔扔盟畬?duì)蔬菜大棚試驗(yàn)田進(jìn)行及時(shí)的水分補(bǔ)充，共進(jìn)行20d。分別在不同時(shí)間于不同位置處取樣，水平方向共選擇3個(gè)取樣剖面，分別距離暗管1m、2m和3m，稱為取樣剖面S1、S2和S3。豎直方向共選擇8個(gè)取樣點(diǎn)，其中首個(gè)取樣點(diǎn)距離地表0.1m，剖面各取樣點(diǎn)的取樣間距為0.1m。土樣含水量與含鹽量的測(cè)定在實(shí)驗(yàn)室中完成，分別采用標(biāo)準(zhǔn)的烘干法和電導(dǎo)率換算法[4]。

2.2 土壤水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬

李顯溦等所提出的土壤水鹽動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬法已經(jīng)在新疆膜下滴灌棉田暗管排鹽過(guò)程中得到了驗(yàn)證與應(yīng)用，因此本文主要借鑒該方法對(duì)蔬菜大棚暗管排鹽過(guò)程的土壤水鹽動(dòng)態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬[5]。該方法主要采用HYDRUS-2D/3D軟件，該軟件廣泛應(yīng)用于模擬飽和—非飽和介質(zhì)中水、熱、溶質(zhì)運(yùn)動(dòng)。HYDRUS-2D/3D軟件中的水分與鹽分運(yùn)動(dòng)方程分別為Richards方程和對(duì)流—彌散方程[6]。田間淋洗試驗(yàn)開始前，在各取樣點(diǎn)進(jìn)行土體采樣并進(jìn)行測(cè)定，并將所測(cè)水鹽含量作為數(shù)值模擬的初始水鹽含量條件，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 土壤初始水鹽含量

模擬中的網(wǎng)格類別設(shè)置為三角形，節(jié)點(diǎn)之間最小距離為0.01m，最大為0.05m，其中接近暗管區(qū)域節(jié)點(diǎn)間距較小，遠(yuǎn)離暗管區(qū)域節(jié)點(diǎn)間距較大，剖分單元數(shù)為3864個(gè)。模擬時(shí)間為20d，時(shí)間步長(zhǎng)為1h。模擬區(qū)域下邊界設(shè)置為自由排水邊界，暗管周圍為滲透邊界，兩側(cè)邊界為隔水邊界。

3 分析結(jié)果

3.1 土壤水分動(dòng)態(tài)

田間淋洗試驗(yàn)前后的土壤含水量發(fā)生明顯變化[7]，試驗(yàn)前的水分含量見表2，試驗(yàn)后水分含量如圖1所示。圖1中散點(diǎn)代表實(shí)測(cè)值，而曲線代表模擬值。比較表2與圖1中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可得蔬菜大棚暗管排鹽過(guò)程的土壤水分動(dòng)態(tài)情況：采樣剖面S1、S2和S3在試驗(yàn)前的平均含水量分別為24%、25%和26%，而試驗(yàn)后的平均含水量分別為35%、34%和34%，即土壤水分含量明顯增加。然而，3個(gè)取樣剖面的值較為接近，說(shuō)明在本次蔬菜大棚暗管排鹽過(guò)程中，土壤水分動(dòng)態(tài)受暗管排水作用的影響較小，依舊是以土壤滲透性等基本特征為主要影響因素。

圖1 土壤含水量空間分布情況

數(shù)值模型的精確性可由模擬值與實(shí)測(cè)值之間的均方根差RMSE和確定性系數(shù)R2來(lái)表示，其中前者表示兩組數(shù)據(jù)間的差別大小，后者表示兩組數(shù)據(jù)間的擬合程度。因此，RMSE值的大小與精確度成反比，而R2值的大小與精確度呈正比。對(duì)圖1所示數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，在采樣剖面S1、S2和S3處的RMSE值分別為0.0134%、0.0156%和0.0160%；而R2值分別為0.9335、0.9106和0.9357。可見，模擬值與實(shí)測(cè)值之間的RMSE值較小、R2值較大，說(shuō)明本文所用模型滿足精確度要求，在蔬菜大棚暗管排鹽過(guò)程的土壤水動(dòng)態(tài)分析中具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。

3.2 土壤鹽分動(dòng)態(tài)

田間淋洗試驗(yàn)前后的土壤含鹽量也發(fā)生明顯變化，試驗(yàn)前的水鹽含量見表2，試驗(yàn)后的含鹽量如圖2所示。比較表2與圖2中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可得蔬菜大棚暗管排鹽過(guò)程的土壤鹽分動(dòng)態(tài)情況：采樣剖面S1、S2和S3在試驗(yàn)前的平均含鹽量分別為2.58%、2.56%和2.58%，而試驗(yàn)后的平均含鹽量分別為0.807%、0.823%和0.822。淋洗試驗(yàn)后土壤平均含鹽量呈明顯下降趨勢(shì)，但暗管排鹽量?jī)H為4.31kg，說(shuō)明大多數(shù)鹽分皆隨水分遷移到土壤底層，而非通過(guò)暗管徹底排除。相對(duì)而言，取樣剖面S1處的鹽分減少量最為明顯，主要因?yàn)樵擖c(diǎn)距離暗管較近。然而，各取樣剖面的值較為接近，再次說(shuō)明，在本次蔬菜大棚暗管排鹽過(guò)程中，土壤鹽分動(dòng)態(tài)主要是受土壤滲透性等基本特征影響而不是以暗管排鹽作用為主要影響因素。

圖2 土壤含鹽量空間分布情況

對(duì)圖2所示數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，在采樣剖面S1、S2和S3處的RMSE值分別為0.12499%、0.12518%和0.12787%；而R2值分別為0.9341、0.9391和0.9350。土壤特性在空間上一般具有較大的差異性，無(wú)法完全反映在數(shù)值模型中，而這是數(shù)值模型產(chǎn)生誤差的主要原因。但總體而言，本文所用模型的精確度較高，在預(yù)測(cè)蔬菜大棚暗管排鹽過(guò)程的土壤鹽動(dòng)態(tài)分析中應(yīng)用性較強(qiáng)。

4 結(jié) 論

土壤鹽堿化是蔬菜大棚可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素，因此有必要對(duì)不同排鹽過(guò)程的土壤水鹽動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析，從而制定出高效的排鹽模式。本文以暗管排鹽方式為例進(jìn)行田間淋洗試驗(yàn)，結(jié)果表明本次試驗(yàn)中的淋洗過(guò)程可起到明顯的抑鹽效果，使得試驗(yàn)田平均鹽分含量降低約70%。然而鹽分含量的減少受暗管的影響相對(duì)較小，鹽分主要是隨灌溉水淋洗至研究范圍以下區(qū)域而非徹底排除，因此只能暫時(shí)緩解鹽漬化問(wèn)題。經(jīng)驗(yàn)證，本文所采用的數(shù)值模型與模擬方法可較為精確地模擬出蔬菜大棚暗管排鹽過(guò)程的土壤水鹽動(dòng)態(tài)情況，因此可利用該模型對(duì)暗管的規(guī)格、鋪設(shè)方式、和間距進(jìn)行調(diào)整，以制定出最佳的排鹽方案。

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AnalysisonsoilwatersaltdynamicconditionduringconcealedconduitsalteliminationinvegetablegreenhouseofBeipiaoregion

BIAN Jingjun

(LiaoningTielingHydrographicOffice,Tieling112000,China)

The vegetable greenhouse of Beipiao of Liaoning is adopted as an example in the paper, field leaching test method and numerical simulation method are respectively adopted for analyzing the dynamic condition of soil water salt during concealed conduit salt elimination. The results show that the influence of concealed conduit on soil water salt dynamic condition is lower. Therefore, it is necessary to improve the setting. The numerical simulation results are consistent with the measured value results. Therefore, the concealed conduit specification, pavement mode or spacing and other parameters are optimally selected based on the the model, thereby providing scientific basis for rationally determining salt elimination mode in vegetable greenhouse.

Beipiao region; vegetable greenhouse; concealed conduit salt elimination; soil water salt

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.12.002

TV93

A

2096-0131(2017)12-0005-03