張夢(mèng)嬌，孫書(shū)洪，李松敏，李木子，杜秋月

(天津農(nóng)學(xué)院水利工程學(xué)院，天津 300384)

0 引 言

為解決濱海低平原區(qū)地下水位埋深淺、土壤鹽堿化的問(wèn)題，農(nóng)田中普遍設(shè)置高密度的排水毛溝。排水毛溝對(duì)降低地下水位、排除農(nóng)田澇水、漬水具有良好的作用，然而高密度的排水毛溝占用大量的耕地(毛溝占地10%)。生態(tài)袋護(hù)坡排水毛溝主要材質(zhì)為生態(tài)袋，是以聚酯纖維為原材料制成的雙面熨燙針刺無(wú)紡布加工而成的一種袋子，具有抗老化、無(wú)毒、裂口不延伸等特點(diǎn)，其內(nèi)填充的植物種子成長(zhǎng)之后，根部有錨固加筋作用，可降低坡體孔隙水壓力，截留降雨，防止水土流失，具有較好的穩(wěn)定性[1]。應(yīng)用生態(tài)袋護(hù)坡排水毛溝可減小邊坡系數(shù)，有效節(jié)省工程占地面積。本試驗(yàn)以生態(tài)袋護(hù)坡排水毛溝的排水排鹽效果為關(guān)注重點(diǎn)，展開(kāi)相關(guān)研究。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

本次試驗(yàn)區(qū)選址位于北大港農(nóng)場(chǎng)，該地位處天津市濱海新區(qū)大港小王莊鎮(zhèn)，四至范圍：東鄰北大港水庫(kù)，南靠青靜黃排水渠，西至205國(guó)道，北至錢(qián)圈水庫(kù)。本次試驗(yàn)區(qū)測(cè)量點(diǎn)選取葡萄種植區(qū)T5區(qū)內(nèi)。

試驗(yàn)區(qū)灌溉標(biāo)準(zhǔn)為，灌溉保證率取75%。農(nóng)田排澇標(biāo)準(zhǔn)為農(nóng)田排澇10年一遇，設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)和排水時(shí)間為1 d暴雨，從作物受淹起2 d內(nèi)排至田面無(wú)積水。排漬標(biāo)準(zhǔn)為排漬深度1.2 m，旱作物耐漬深度0.8 m，耐漬時(shí)間3 d。

T5試驗(yàn)田區(qū)原有排水毛溝398條，長(zhǎng)210～595 m不等，溝上口寬3.72 m，深0.2～3.0 m，兩溝平均間距為24 m。本項(xiàng)目對(duì)原有排水毛溝采用生態(tài)袋護(hù)坡型式，坡降為0.0001，底寬0.5 m，縮小上口寬度為1.5 m，溝深1.2 m，邊坡1:0.5，設(shè)計(jì)水深0.5 m，排水溝設(shè)計(jì)流量為0.037 m2/s，滿足排水溝控制的最大排水區(qū)域(80 m寬，580 m長(zhǎng))在農(nóng)田十年一遇的排澇標(biāo)準(zhǔn)下排水流量為0.02 m3/s，溝間距維持原狀，平均24 m。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)是為研究生態(tài)袋排水護(hù)坡的排水毛溝在保證排水流量和不改變毛溝間距的條件下，對(duì)土壤的排鹽排水效果[2]。因此實(shí)驗(yàn)區(qū)域選擇在T5區(qū)兩條生態(tài)袋護(hù)坡排水毛溝之間的區(qū)域，等間距取5列葡萄藤，每列葡萄藤取3個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每一測(cè)量點(diǎn)平均距葡萄藤根部10 cm左右，測(cè)量含水率和導(dǎo)電率兩組數(shù)據(jù)。在測(cè)量點(diǎn)10、30、50、70和90 cm五個(gè)不同土壤層深度分別采取土樣，烘干法測(cè)量含水率[3]，取土樣放入烘干箱，烘干至恒重，測(cè)量土壤中自由態(tài)的水以蒸汽的形式散失掉后的重量，可獲得土壤水分含量，為減少誤差平行測(cè)定3次，并取其平均值。在試驗(yàn)地測(cè)量點(diǎn)利用鹽度計(jì)測(cè)量10、20、30、40、50和60 cm六個(gè)不同土壤層深度的電導(dǎo)率來(lái)確定土壤鹽分。

生態(tài)袋護(hù)坡排水明溝斷面與測(cè)量點(diǎn)位置見(jiàn)圖1。

圖1 生態(tài)袋護(hù)坡排水毛溝斷面與測(cè)量點(diǎn)位置示意圖(單位：mm)

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)為2017年雨季(6-9月)期間，降雨之后進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)[4]。依據(jù)所得數(shù)據(jù)，將不同深度土層的土壤含水率和土壤鹽度做成相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖，可清晰的觀察到土壤含水率和土壤鹽度隨土壤深度的變化趨勢(shì)及剖面變化趨勢(shì)。

3.1 不同深度土層土壤含水率的變化趨勢(shì)

本組數(shù)據(jù)以土壤含水率為橫軸，以土壤深度為縱軸做出統(tǒng)計(jì)圖，見(jiàn)圖2。由圖可知，水分在土壤內(nèi)的分布總趨勢(shì)為隨著土層深度增加逐漸升高的梯度變化，其中表層土壤的含水率在15%～20%之間變化，隨后土壤含水率在30～70 cm呈逐漸升高趨勢(shì)，深度超過(guò)70 cm后有小幅下降，據(jù)分析是因?yàn)槠咸迅禐榇怪狈植?，且多分布?0～60 cm的土層中，植物根系在土壤中擁有保水的效果[5]，因此在70 cm以下的土層中水分含量有所降低。

圖2 不同測(cè)量點(diǎn)不同深度土層的土壤含水率

3.2 不同深度土層的土壤含水率的剖面變化

本組數(shù)據(jù)以測(cè)量點(diǎn)為橫軸，以土壤含水率為縱軸做出統(tǒng)計(jì)圖，見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，土壤含水率在同一土層深度的平面上呈中間高，兩邊低的趨勢(shì)，兩側(cè)緊鄰排水毛溝的土壤含鹽量最小，而中間距毛溝遠(yuǎn)的土壤含鹽量較大。且表層土壤含水率和深度為90 cm的土層的含水率變化趨勢(shì)較小，原因大雨剛過(guò)表層土壤的水分未及時(shí)下滲，而90 cm深度土層由于承接上層土壤下滲水份因此變幅較小。

圖3 不同深度土層的土壤鹽度的剖面變化

3.3 不同深度土層土壤鹽度的變化趨勢(shì)

本組數(shù)據(jù)以土壤含水率為橫軸，土壤深度為縱軸做出統(tǒng)計(jì)圖，如圖4所示。從圖4的4張圖中，均能夠看出土壤剖面表層土壤鹽度值在0.5～2.5 g/kg之間變動(dòng)；20～40 cm深度土壤鹽度值在2.5～5.0 g/kg之間變動(dòng)；40～60 cm深度的土壤鹽度值在5.5～8.5 g/kg之間變動(dòng)。土壤含鹽量總體呈現(xiàn)隨土壤深度的增加而升高的趨勢(shì)。且從總體趨勢(shì)上看，從6-9月份，土壤表層及淺層的含鹽量呈下降趨勢(shì)。這說(shuō)明表層土壤的鹽分在隨著水分入滲至下層土壤，因此表層土含鹽量減少而深層土壤含鹽量增加[6]。

圖4 不同測(cè)量點(diǎn)不同深度土層的土壤鹽度

3.4 不同深度土層的土壤鹽度的剖面變化

本組數(shù)據(jù)以測(cè)量點(diǎn)為橫軸，土壤鹽度為縱軸做出統(tǒng)計(jì)圖，見(jiàn)圖5。由圖5可知，土壤含鹽量在同一土層深度的平面上呈中間高，兩邊低的趨勢(shì)，兩側(cè)緊鄰排水毛溝的土壤含鹽量最小，而中間距毛溝遠(yuǎn)的土壤含鹽量較大。且與圖3相比較發(fā)現(xiàn)土壤含鹽量與土壤含水率的變化趨勢(shì)大體一致[8]，說(shuō)明符合“鹽隨水來(lái)，鹽隨水去”的土壤水鹽運(yùn)移理論[9,10]。

圖5 不同深度土層的土壤鹽度的剖面變化

3.5 生態(tài)袋護(hù)坡排水毛溝與自然毛溝的排鹽效果對(duì)比

經(jīng)數(shù)據(jù)分析可知，實(shí)驗(yàn)期間通過(guò)生態(tài)袋護(hù)坡排水毛溝對(duì)天津土壤進(jìn)行排水，從6月至9月表層土壤含鹽量(0～20 cm)平均下降1.40 g/kg，20～40 cm土層的土壤含鹽量平均下降1.24 g/kg，40～60 cm土層的土壤含鹽量平均下降1.06 g/kg。而通過(guò)自然毛溝排水排鹽的田間土壤，9月份土壤含鹽量與6月相比較，表層土壤含鹽量(0～20 cm)平均下降1.48 g/kg，20～40 cm土層的土壤含鹽量平均下降1.82 g/kg，40～60 cm土層的土壤含鹽量平均下降0.92 g/kg[7]?？梢?jiàn)，生態(tài)袋護(hù)坡排水毛溝的排鹽效果與自然排水毛溝的排水效果相差無(wú)幾。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的測(cè)量觀察，可以明顯看到試驗(yàn)區(qū)域的作物生長(zhǎng)狀況，葡萄園試驗(yàn)地由枝葉稀落疏散變到如今的碩果累累，可見(jiàn)生態(tài)袋護(hù)坡排水毛溝的排水排鹽效果十分明顯。

本試驗(yàn)綜合利用“鹽隨水來(lái)，鹽隨水去”的土壤運(yùn)移規(guī)律改良土壤鹽堿地，采用該生態(tài)袋護(hù)坡明溝和暗管兩種排水設(shè)施均可以起到很好的排控效果。遵循作物生長(zhǎng)規(guī)律的同時(shí)利用農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，通過(guò)鹽堿地土壤水分、季節(jié)性分配，使土壤減少脅迫危害，達(dá)到土壤積鹽和排鹽平衡，合理調(diào)整水鹽分布，使作物生長(zhǎng)水鹽環(huán)境與作物相適宜，同時(shí)通過(guò)灌溉技術(shù)在干旱時(shí)起補(bǔ)充水分，在雨季時(shí)對(duì)作物進(jìn)行洗鹽和排澇，使作物在鹽堿環(huán)境下能夠正常生長(zhǎng)。

4 結(jié) 論

“鹽隨水來(lái)，鹽隨水去；鹽隨水來(lái)，水去鹽留”，土壤鹽分及土壤水分的運(yùn)動(dòng)有很大關(guān)系。鹽堿地改良的工程措施主要是通過(guò)排水降低地下水位的方式，將土壤中的鹽分經(jīng)過(guò)淋洗的方式降低。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可得出以下結(jié)論：

(1)實(shí)驗(yàn)表明采用生態(tài)袋護(hù)坡毛溝進(jìn)行排水排鹽，并通過(guò)雨季降雨洗鹽，可以有效降低土壤含鹽量，尤其是土壤表層含鹽量能夠得到有效地降低。

(2)土壤含鹽量與土壤含水量二者的變化趨勢(shì)大體一致。

(3)設(shè)計(jì)排水溝的深度將地下水位控制在作物根系活動(dòng)層之下[11]，可使土壤鹽分在降雨或灌溉時(shí)隨水入滲下降。

(4)生態(tài)袋護(hù)坡毛溝的每條排水溝所控制的土壤側(cè)滲區(qū)寬度有限，靠近溝渠的地方排鹽效果好，中部遠(yuǎn)離溝渠的地方排鹽效果較差。

(5)生態(tài)袋護(hù)坡毛溝與普通毛溝相比，不僅可以實(shí)現(xiàn)普通排水毛溝的排鹽效果，且在保證灌溉排水流量的同時(shí)，降低邊坡系數(shù)，減少耕地占用，但工程造價(jià)與自然毛溝相比較高。同時(shí)生態(tài)袋內(nèi)植物有降雨節(jié)流、固坡的作用，可以有效控制水土流失。

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文章編號(hào)： 1007-4929(2018)06-0078-05