竇 旭 史海濱 李瑞平 苗慶豐 閆建文 田 峰

(1.內蒙古農業(yè)大學水利與土木建筑工程學院，呼和浩特 010018；2.高效節(jié)水技術裝備與水土環(huán)境效應內蒙古工程研究中心，呼和浩特 010018)

0 引言

土壤鹽漬化是許多干旱區(qū)和半干旱區(qū)農業(yè)生產力下降的主要原因[1]，聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織于2021年發(fā)布的全球鹽漬土壤分布圖表明，全球鹽漬土壤面積逾 8.33億hm2(占地球面積的 8.7%)。鹽漬化土壤不僅抑制了作物生長，降低了產量和品質，而且降低了肥料利用效率[2]，同時土壤次生鹽漬化加劇等農業(yè)生態(tài)環(huán)境問題的治理也面臨新的風險與挑戰(zhàn)[3]，因此對于存在土壤鹽漬化危害的灌區(qū)，農田排水系統(tǒng)輸出灌溉淋洗時土壤中的鹽分、維持農田良性水鹽運移[4]，從而降低土壤中的鹽分。農田排水技術也是農田灌溉可持續(xù)發(fā)展的保障以及保護土地資源的重要措施，同時還可以提高作物產量[5]，并且暗管排水占地少、污染小、壽命長、無坍塌和長草，易于管理，節(jié)省勞力，土方工程量少，運行維護方便，便于機械化施工等[6]。研究表明，暗管排水技術對于改良鹽漬化土壤具有較好的效果[7-8]，同時提高了田間土地利用效率，改善了田間交通能力，為耕作、種植和收獲等作業(yè)創(chuàng)造了有利條件[9]，在國內外鹽漬化土壤治理中應用越來越普遍[10-12]，因此利用暗管排水技術改良鹽漬化土壤對于農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

農田排水作為農業(yè)生產活動中重要的措施，主要通過灌溉淋洗降低土壤中鹽分，在農田排水過程中也會對地表水和地下水水質產生不利影響，以及過多的養(yǎng)分流失對環(huán)境造成污染[13]，并且農田中氮素流失也意味著很大一部分氮肥的損失[14]。地下排水系統(tǒng)被認為是養(yǎng)分和其他污染物的主要來源，在排水過程中將土壤養(yǎng)分、除草劑、殺蟲劑等排出土體，導致養(yǎng)分利用效率降低并造成面源污染[15]，農田排水是造成面源污染的主要驅動力[16]，其污染物的遷移、轉化和匯集過程也相對復雜[17]。研究表明，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、化學需氧量的濃度變化主要取決于排水過程，為了控制大型灌區(qū)系統(tǒng)的污染，需要了解在不同種植結構下農業(yè)活動對地表水和地下水的污染[15]。近年來，學者們利用控制排水等方式來減少土壤中養(yǎng)分的流失，從而減輕排水過程中造成的環(huán)境污染[18-20]。因此在利用農田排水技術改良鹽漬化土壤過程中摸清其污染物的遷移、流失以及各種物理化學轉化的過程至關重要。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2019年4月至2020年11月在烏拉特前旗暗管排水綜合試驗區(qū)進行，試驗區(qū)位于內蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市河套灌區(qū)下游烏拉特灌域西山咀農場四分場與五分場，位于108°37′28″～108°39′49″E、40°44′54″～40°45′49″N，海拔1 017.97～1 019.95 m。試驗區(qū)南側為改良耕地，利用明溝排水技術，當?shù)爻Ｒ?guī)明溝排水溝深 1.5 m，間距100 m；北側為荒地，利用暗管排水技術，試驗區(qū)面積323 hm2，布設暗管管長200 m，管徑80 mm，埋深分別為60、100 cm，間距為20 m，雙層布置，坡度為0.1%。試驗區(qū)地處中溫帶大陸性氣候區(qū)，氣溫多變，干燥多風，日照充足，光能豐富，降水少，蒸發(fā)強，無霜期較短。多年平均氣溫6～8℃，多年平均降雨量196～215 mm，蒸發(fā)量2 172.5 mm；無霜期130 d；風速2.5～3 m/s；最大凍土深度1.2 m。pH值7.9～8.9。共布設8個地下水觀測井和4處田間負壓計，在荒地、耕地上各安放2個微型蒸發(fā)器來測量土壤的蒸發(fā)量，試驗區(qū)內設置田間微型氣象站(HOBO-U30型，Onset，美國)自動記錄氣象數(shù)據(jù)(圖1)。

圖1 2019—2020年油葵生育期降雨量和氣溫Fig.1 Rainfall and temperature during growth period of oil sunflower in 2019—2020

1.2 土壤性質

利用環(huán)刀在1 m土層內土壤剖面上取原狀土后在室內試驗測土壤容重、飽和(質量)含水率、田間持水率、飽和導水率，共5層(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm)，各剖面取3個重復。初始土壤剖面(0～100 cm)平均質量含水率約為22.57%，電導率(EC1∶5)為1.27 dS/m，pH值為8.8左右。試驗區(qū)土壤基本物理性質如表1所示。土壤基礎肥力為有機質、全氮、有效氮、有效磷、速效鉀質量比分別為13.54 g/kg、0.85 g/kg、86 mg/kg、9.432 mg/kg、218 mg/kg。

表1 試驗區(qū)土壤物理性質Tab.1 Soil physical quality in experimental area

1.3 數(shù)據(jù)采集

在試驗區(qū)土壤鹽分淋洗和環(huán)境污染過程中，針對農田鹽分與污染物遷移、轉化、匯集過程，分別進行了斗渠尺度水量平衡測定試驗、斗溝排水水質和水量過程試驗；支溝排水水量及污染物進入容泄區(qū)過程監(jiān)測。選擇典型支渠灌溉控制區(qū)(控制灌溉面積為323 hm2)，在作物生育期觀測灌水過程的水量平衡。采用流速儀測定典型支渠的引水量，以及田間的實際灌水量和排水量之間的關系，試驗在支渠控制的十分渠(斗渠)和新開渠(斗渠)內進行，如圖2所示，步驟為：①在斗渠入口位置，利用流速儀測定灌溉引水量。②測定控制區(qū)內排水溝灌水前后排水溝水位，計算排水溝儲水量變化量，并且測量排水溝流速及確定排水時間和排水量。③微型蒸發(fā)器測定農田土壤蒸發(fā)量。④利用負壓計測量土壤土水勢數(shù)據(jù)。表2為試驗區(qū)灌溉制度，大棚采用滴管種植蔬菜，生育期排水很少，春灌和秋澆制度與向日葵一致。牧草灌溉制度與向日葵一致。

圖2 試驗區(qū)采樣點布設及種植結構示意圖Fig.2 Layout of sampling points and planting structure in test area

表2 試驗區(qū)灌溉制度Tab.2 Irrigation schedule in test area

圖3 試驗區(qū)排水溝水質水量監(jiān)測位置布設示意圖Fig.3 Layout of water quality and drainage discharge positions of drainage ditches in test area

排水是灌區(qū)各種農田污染物遷移和匯集的主要驅動力，農田中滲流排水進入斗溝，并且向排水支溝和干溝匯集，最后進入承泄區(qū)(十排干)。各種污染物隨水流運動發(fā)生對流和摻混，并在遷移過程中發(fā)生轉化，根據(jù)灌區(qū)實際情況，進行排水過程的逐日測定。

1.4 DRAINMOD模型原理及輸入參數(shù)

由于試驗區(qū)暗管數(shù)量過多，對每個暗管的排水量進行測量存在歷時時間長、人力物力消耗等缺點，因此研究農田水文循環(huán)過程通常采用現(xiàn)場觀測與DRAINMOD模型相結合的手段，可以很好地模擬田間水文循環(huán)規(guī)律或進行水量平衡計算。

DRAINMOD模型以水量平衡計算為基本原理，在計算時段內，模型進行地表水量平衡計算的方程可表示為

P+I=F+ΔS+R

(1)

式中P——降雨量，cmI——灌溉水量，cm

ΔS——地表水的儲水量變化量，cm

R——地表徑流，cm

F——地表入滲量，cm

在相同計算時段內，土壤水量平衡方程為

ΔV=D+ET+DS-F

(2)

式中 ΔV——土壤水分變化量，cm

D——土壤側向排水量，cm

ET——蒸散量，cm

DS——深層滲漏量，cm

地下水進入排水管(溝)的速度依賴于地下水位、排水管(溝)深度及間距等因素。采用模型計算暗管排水量，假設在飽和區(qū)土壤中發(fā)生側向水流為基礎，在排水管(溝)中點處的地下水位高度使用側向飽和導水率來進行計算。DRAINMOD模型[24]利用Hooghoudt穩(wěn)定流公式計算無積水時的地下排水量；當田面有積水，地下水位上升到地表時，地下排水量則由 Kirkham公式計算。采用Green-Ampt公式計算地表入滲量。模型還通過設置地面平整度與田埂高度來計算每日地表凈流量，即地表排水量。DRAINMOD模型在逐日計算作物實際騰發(fā)量(AET)時，比較土壤供水能力(即潛水上升通量)與潛在騰發(fā)量(PET)，取二者中較小的一個值作為每日的AET。即當土壤較為濕潤時，AET 等于 PET；否則 AET 小于PET，其值取決于土壤向上的供水能力。本文根據(jù)較為完整的氣象資料，采用FAO56 Penman-Monteith法計算出PET后輸入模型。表3為模型輸入數(shù)據(jù)。

表3 DRAINMOD模型主要輸入參數(shù)Tab.3 Main input parameters for DRAINMOD model

由于試驗區(qū)暗管為雙層布設，因此利用DRAINMOD模型先模擬暗管埋深為60 cm的排水量，再模擬暗管埋深為100 cm的排水量，減去埋深為60 cm的排水量即可求出埋深為100 cm暗管的實際排水量。以雙層排水中2根暗管(1根暗管埋深100 cm、1根暗管埋深60 cm)排水量作為控制單元，統(tǒng)計各種植結構上暗管數(shù)量，計算出相應的排水量，最終確定區(qū)域上的排水量。

1.5 試驗區(qū)排水過程及主要污染物遷移、轉化及摻混過程演算

試驗區(qū)一、二、三號斗溝各承納140條暗管的排水量，四號斗溝匯集13條農溝的排水量；支溝承納一、二、三、四號斗溝排水量，最終由排水泵站抽入容泄區(qū)(十排干)。試驗區(qū)斗溝長度1.9 km，深度1.7 m；排水支溝長度為1.7 km，深度2 m。由于試驗區(qū)排水溝有一定的蓄水能力，能夠在一定程度消減水量和濃度的變化幅度，故采用馬斯京根法描述匯流排水溝蓄水能力對于子流域出口水質和水量過程的影響。

將排水斗溝所控制的所有暗管(排水農溝)出口流量之和作為斗溝的入口流量，將排水支溝所控制的所有排水斗溝的出口流量之和作為支溝的入口流量，則斗溝、支溝出口流量為

Qt+1=D0It+1+D1It+D2Qt

(3)

其中

(4)

式中Qt+1、Qt——t+1、t時刻的斗溝(支溝)出口斷面出口流量，m3/s

It+1、It——t+1、t時刻斗溝(支溝)入口流量，m3/s

D0、D1、D2——河段流量系數(shù)，由圣維南方程組與馬斯京根槽蓄曲線方程經過有限差分合解得到

Δt——計算時段長度，取24 h

x——流量比重因子，反映上、下游斷面流量在槽蓄量中的相對權重

K——河段水流傳播時間，K≈Δt，h

Ct+1=Cte-kt

(5)

k——綜合一階動力學系數(shù)，d-1

(6)

W1t、W2t——進入匯流排水溝的排水量和匯流排水溝內槽蓄水量，m3

對于鹽分而言，在排水溝中，主要受水流運動和摻混的作用，其反應量不能以一階方程進行模擬計算，每天實測其暗管和農溝排水的鹽分，再利用式(6)計算斗溝和支溝出口鹽分濃度。

表4 水量過程模擬參數(shù)Tab.4 Parameters for simulating drainage processes

模擬結果評價指標包括相對誤差(RE)、相關系數(shù)(R)及效率系數(shù)(NS)。其中RE是模擬值和測量值的絕對誤差和測量值之比，其絕對值越小，模擬值與測量值越接近，絕對值越大，模擬值與測量值差值越大；R表示模擬值與測量值之間的接近程度，R越接近于1，表明模擬值和測量值更密切相關，越接近于0，則表明模擬值與測量值越不相關；NS表示模型的模擬結果可信度，NS越靠近1，表示模擬結果的可信度越高，越靠近-∞，表示模擬結果越不可信。

1.6 數(shù)據(jù)計算及分析方法

1.6.1土壤含鹽量

土壤電導率轉換為土壤含鹽量計算公式[26]為

C=3.765 7EC1∶5-0.240 5

(7)

式中C——土壤含鹽量，g/kg

1.6.2排水礦化度

排水電導率(ECw)和礦化度(TDS)轉換公式[27]為

TDS=0.69ECw

(8)

式中TDS——地下水礦化度，g/L

ECw——排水電導率，dS/m

1.6.3脫鹽率

土壤脫鹽率計算公式[1,28]為

(9)

式中N——脫鹽率，%

S1——春灌前土壤電導率，dS/m

S2——春灌后土壤電導率，dS/m

1.6.4鹽分總量和脫鹽量

某一鹽漬化類型的鹽分總量計算式為

SSi=10ASiAihWu

(10)

式中SSi——i類型區(qū)鹽分總量，t

ASi——i類型區(qū)平均含鹽量，g/kg

Ai——i類型區(qū)面積，hm2

h——土壤深度，取1 m

Wu——土壤容重，取1.46 g/cm3

其中i=1,2,3,4,5分別表示非鹽漬化區(qū)、輕度鹽漬化區(qū)、中度鹽漬化區(qū)、重度鹽漬化區(qū)及鹽土區(qū)。

定義灌溉后某一區(qū)脫鹽量為

DSi=SSib-SSia

(11)

式中DSi——i類型區(qū)脫鹽量，t

SSib——春灌前i類型區(qū)鹽分總量，t

SSia——秋澆后i類型區(qū)鹽分總量，t

1.6.5數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2018與Excel 2016軟件整理數(shù)據(jù)和制圖，利用SPSS 17.0軟件進行方差分析，多重比較采用LSD法。

2 結果與分析

2.1 農田排水過程分析

2.1.1DRAINMOD模型率定與驗證

基于DRAINMOD模型對暗管排水和明溝排水的排水量進行了率定和驗證(表5)。利用2019年數(shù)據(jù)進行率定，2020年數(shù)據(jù)進行驗證，其中率定小區(qū)模擬值與實際值RE為4.12%～12.02%、R為0.80～0.92及NS為0.85～0.9，驗證小區(qū)模擬值與實測值RE為6.19%～13.44%、R為0.83～0.90及NS為0.82～0.88，暗管排水的模擬效果好于明溝排水，但均在能接受范圍之內。在降雨時期，排水量實測值與模擬值相差略大，模型對降雨比較敏感，實測排水量相對較小。由表5可知，2019、2020年春灌時期排水量無顯著差異。生育期排水量有較大差異，生育期排水量受灌溉和降雨的影響較大，2019年生育期降雨相對較少，在生育期排水量小于2020年，2020年油葵、玉米暗管排水量實測值較2019年分別高92.63%、36.77%；2020年油葵、玉米明溝排水量實測值較2019年分別高5.77%、6.47%。秋澆由于灌水量相對較大，排水量也相對較大。在荒地中利用大水淋洗土壤鹽分，只進行春灌和秋澆，2019、2020年荒地中春灌排水量較向日葵分別高21.48%、21.91%；秋澆排水量較向日葵分別高26.48%、17.12%；秋澆排水量較玉米分別高10.41%、25.87%?；牡刂信潘肯鄬^大，造成這種差異可能因為荒地中未受干擾的大孔隙形成優(yōu)先流動路徑，因此與傳動耕作相比，水向下運動阻力較小，這也是荒地比傳統(tǒng)耕作土壤更具保水能力的結果；另一方面，荒地在試驗區(qū)北側，地勢較低，地下水埋深相對較淺，因此排水量相對較大。

表5 不同小區(qū)排水量觀測值及模擬值Tab.5 Observations and simulations of drainage in different plots

2.1.2試驗區(qū)排水過程分析

采用式(3)、(4)計算2019—2020年試驗區(qū)斗溝和支溝出口位置出口流量(圖4)。利用2019年數(shù)據(jù)進行率定，2020年數(shù)據(jù)進行驗證。率定過程中模擬值與實測值RE為5.15%～16.02%、R為0.85～0.90、NS為0.82～0.93，驗證過程中模擬值與實測值RE為7.19%～15.44%、R為0.78～0.85、NS為0.80～0.84，模擬值峰值大于實測值，是因為匯流暗管和斗溝進入支溝，在農溝進入斗溝，以及斗溝進入支溝過程中，槽蓄一定程度上消減了斗溝和支溝出口水量變化的峰值，具有一定的延遲效應，同時其計算值是在DRAINMOD模型的基礎上計算的，結果對降雨和灌溉也較為敏感。支溝由于相對較深較寬，進水口流量較大，但其蓄水能力比較強，導致其出口排水流量相對較小，因此實測值比模擬值較小，但總體來說模擬值與實測值較好地吻合。兩年的春灌和秋澆排水量無顯著差異，秋澆排水量大于春灌排水量。2020年生育期排水較頻繁，因為試驗區(qū)2020年種植玉米面積增加，玉米在生育期進行了3次灌溉，同時2020年降雨也相對頻繁，因此其排水量較大。

圖4 排水斗溝和支溝出口流量變化曲線Fig.4 Variation curves of outlet flow of drainage ditch and branch ditch

2.2 農田排水對排水溝鹽分和主要污染物遷移轉化過程的影響

圖5 斗溝出口位置還原性物質、鹽分質量濃度變化曲線Fig.5 Variation curves of mass concentration of reducing substances and salinity at outlet of ditch

圖6 支溝出口位置還原性物質、鹽分質量濃度變化曲線Fig.6 Variation curves of mass concentration of reducing substances and salinity at outlet of branch ditch

表6 作物生育期污染物排放總量和質量濃度Tab.6 Contaminant mass and concentration during growth period of crops

2.3 農田排水對鹽漬化土壤脫鹽效果及改良效果的影響

2.3.1農田排水對鹽漬化土壤脫鹽效果的影響

表7為不同排水方式不同土層在2019年春灌前和2020年秋澆后土壤含鹽量(以EC表示，單位dS/m)以及脫鹽率。春灌前由于強烈的蒸發(fā)作用，土壤返鹽情況嚴重，在暗管排水試驗區(qū)，鹽分相對較小，0～20 cm土壤EC為9.03 dS/m，較20～40 cm和40～100 cm分別大26.25%和47.29%；在明溝排水試驗區(qū)，鹽分相對較大，0～20 cm土壤EC為1.07 dS/m，較20～40 cm和40～100 cm分別大20.56%和28.04%，鹽分呈現(xiàn)顯著的表聚型。經過2年灌溉淋洗后，土壤脫鹽率在土體中自上而下降低。0～20 cm土壤脫鹽率最大，暗管排水試驗區(qū)0～20 cm土壤脫鹽率為67.56%，較20～40 cm和40～100 cm分別高5.12、16.84個百分點；明溝排水試驗區(qū)0～20 cm土壤脫鹽率為34.54%，較20～40 cm和40～100 cm分別高12.90、15.58個百分點。淋洗之后土壤鹽分由表聚型向均勻型變化，暗管排水和明溝排水在2020年秋澆之后土壤EC分別在2.20～2.63 dS/m、0.61～0.65 dS/m之間。

表7 2019—2020年不同土層土壤脫鹽率Tab.7 Soil desalination rate of different soil layers in 2019—2020

土壤脫鹽率與土壤初始含鹽量有著密切的關系，土壤初始EC與脫鹽率擬合相關性函數(shù)如圖7所示，其中圖7a為試驗區(qū)暗管排水土壤脫鹽率，相關性函數(shù)曲線為一元二次函數(shù)，決定系數(shù)均不小于0.765 8，擬合效果良好。由圖7a可知，暗管排水0～20 cm土壤脫鹽率最高時EC大約為12 dS/m，春灌前小于12 dS/m的鹽分含量區(qū)，脫鹽率隨初始含鹽量的增加而增加，且增長速率越來越緩慢，而當含鹽量大于12 dS/m時，土壤脫鹽率緩慢下降，但脫鹽率仍高于鹽分含量在0～8 dS/m的土壤，原因可能是受灌水量和灌水次數(shù)的影響，當初始含鹽量較大時，水中溶解鹽分程度有限，淋洗效率降低導致土壤脫鹽率開始下降。20～40 cm和40～100 cm土壤脫鹽率隨著初始含鹽量的增加而增加，其中20～40 cm土壤含鹽量大于6 dS/m時，脫鹽率增加速率緩慢，40～100 cm土壤含鹽量大于5 dS/m時，脫鹽率增加速率緩慢。

由圖7b可知，明溝排水由于含鹽量相對較小，均在3.08 dS/m以下，土壤脫鹽率相關性函數(shù)為線性關系，決定系數(shù)在0.742 7～0.885 8之間，模擬效果良好。0～20 cm土層土壤脫鹽率最高，平均脫鹽率為34.54%，隨著土壤深度的增加土壤脫鹽率減小，由于明溝排水試驗區(qū)土壤含鹽量相對較小，土壤脫鹽率隨著初始含鹽量的增加而增大。

圖7 2019—2020年脫鹽率與初始含鹽量關系Fig.7 Relationships between desalination rate and initial salt content in 2019—2020

2.3.2農田排水對不同鹽漬化等級的影響

分析2019年春灌前至2020年秋澆后土壤改良效果表明，灌溉結合排水技術淋洗鹽漬化土壤具有土壤鹽分均質化的作用。表8為2019年春灌前到2020年秋澆后不同鹽漬化等級土壤含鹽量在灌溉過程中的變化，綜合考慮耐鹽農作物的生長狀況和主要土壤鹽分組成類型，根據(jù)鹽漬化土壤的劃分標準[29]，春灌前輕度鹽漬化土壤占總面積的14.70%，中度鹽漬化土壤占總面積的26.47%，重度鹽漬化土壤占總面積的17.65%，鹽土占總面積的41.18%，所占面積較大。經過2年灌溉淋洗后，中度鹽漬化土壤和鹽土類型面積均有所下降，中度鹽漬化土壤面積下降2.94個百分點，鹽土面積下降29.42個百分點，非鹽漬化土壤、輕度和中重度鹽漬化土壤面積分別增加2.94、8.83、20.59個百分點。其中鹽土對試驗區(qū)土壤脫鹽率貢獻最大，為126.78%，由于灌溉后鹽分降低，輕度鹽漬化土壤和重度鹽漬化土壤面積增加，貢獻率分別為-1.68%和-25.95%。

表8 2019—2020年不同等級鹽漬化區(qū)鹽分淋洗前后平均含鹽量、面積及脫鹽量Tab.8 Distributions of salinity,areas and desalination in different level saline regions before and after leaching in 2019—2020

3 討論

3.1 農田排水過程分析

濱海地區(qū)暗管排水技術主要是為了降低地下水位，排出多余的水分，起到排澇降漬和滿足田間作業(yè)的要求[30]，而在干旱地區(qū)，利用農田排水將鹽分淋洗出土壤，是鹽漬化土壤改良的重要技術[12]。DRAINMOD模型模擬農田水文變化較早即有應用，且模擬效果較好[31]，本研究經過率定和驗證表明，利用DRAINMOD模型模擬排水量時，暗管排水的模擬效果好于明溝排水，模擬值與實測值RE、R及NS均在可接受范圍之內。本研究處于干旱半干旱地區(qū)，排水事件的發(fā)生主要是在農田灌溉和降雨過程中，同時由于生育灌溉次數(shù)和灌水量相對較少，因此其在生育期的排水量也相對較少，春灌和秋澆排水量相對較大，排水效果也較好，可以有效地淋洗土壤中的鹽分。

馬斯京根法對農田排水系統(tǒng)中的各級排水溝進行排水過程的演算已經得到了驗證和應用[16-17]，該方法考慮了排水過程中排水溝蓄水能力對排水過程的影響。本研究在DRAINMOD模擬農田排水的基礎上計算排水系統(tǒng)中各排水溝的排水量，結果表明，排水過程中支溝和各斗溝排水量實測值較模擬值有一定的滯后性，但總體來說吻合性較好，模擬過程中模擬值與實測值RE為5.15%～15.44%、R為0.85～0.90及NS為0.80～0.93。試驗區(qū)排水系統(tǒng)中排水量伴隨著農田排水的產生而產生，同時支溝較深和較寬，在斗溝匯集到支溝的過程中，槽蓄作用的影響較大，支溝水較深，因此排水流量也相對較小，在后續(xù)試驗中可以將支溝的坡度適當增大，減少支溝中積水，防止支溝中的水反滲到農田中對農田造成污染，起到對水質凈化的效果。

3.2 農田排水對環(huán)境污染的影響

農田排水對水土環(huán)境的污染越來越受到重視，面源污染問題尤為突出[32]，其最明顯的特征之一是污染范圍廣和空間異質性大[33]，這也是當前灌區(qū)環(huán)境治理的重點。研究表明，非點源污染在農業(yè)活動中占80%[34]，同時也是造成水質損害的重要原因之一[35]，在各種農業(yè)生產活動中，灌溉和降雨的動態(tài)作用下，這種污染物通過地表徑流、農田排水和地下滲漏進入到土壤和地下水[36]，其中由化肥和農藥造成的污染大多數(shù)情況下是導致湖泊和河流等水質下降的主要原因[37]，污染程度與農田在灌溉過程中灌水量和施肥量有著較大的關系[36]。因此，在研究排水過程中明確污染物的排放規(guī)律和對環(huán)境造成的污染至關重要。

3.3 農田排水對土壤鹽分的影響

在干旱地區(qū)，利用農田排水將鹽分淋洗出土壤，是鹽漬化土壤改良的重要技術[12]，在作物非生育期利用暗管排水技術結合對鹽分進行淋洗，達到加速土壤脫鹽的效果[38]，并且對土壤鹽分淋洗效果較好[39]，為作物在生育期的生長和發(fā)育提供有力條件，達到增產的目的。研究表明，暗管排水對土壤鹽分的淋洗效果與暗管埋深[40]、間距[41]、灌水量[6]、土壤初始鹽分[42]和暗管不同外包材料[43]等有著密切的聯(lián)系。本研究表明，在鹽漬化土壤中不同排水方式對土壤的脫鹽效果不同，暗管排水具有較好的脫鹽效果，可以作為土壤改良的主要技術，明溝排水脫鹽效果相對欠佳，但在防止土壤次生鹽漬化起到了重要作用。土壤中初始含鹽量不同，對土壤脫鹽率也有著重要的影響，相同灌水量條件下，暗管排水土壤脫鹽率隨著初始含鹽量的增大而增大，但當土壤含鹽量達到一定程度時，土壤脫鹽率的增加速率變緩，從而達到極限，導致脫鹽效率下降，這可能與灌水量有一定關系[42]，因此后續(xù)試驗中，可以在非生育期適當增加灌水量來提高土壤脫鹽率，達到降低土壤鹽分的目的，同時也為后續(xù)對鹽漬化土壤改良的研究提供一定的參考依據(jù)。試驗區(qū)由于鹽漬化程度較高，以中、重度鹽漬化土壤和鹽土為主，淋洗過程中土壤鹽分逐漸降低，在經過2年的灌溉淋洗之后，試驗區(qū)土壤以輕中、重度鹽漬化土壤為主，其中鹽土面積下降最多。因此，需要繼續(xù)增加淋洗周期，在作物非生育期進行鹽分淋洗使土壤鹽漬化程度降低，同時應結合種植牧草等耐鹽堿較強的植物，在生育期也要注重施肥，以期達到利用暗管技術改良鹽漬化土壤的同時利用作物根系使土壤疏松，使土壤慢慢適應種植作物，從而達到種植經濟作物的目的。

4 結論

(1)通過連續(xù)2年試驗發(fā)現(xiàn)，DRAINMOD模型可以較好地模擬不同排水方式下的排水量，暗管排水的模擬效果好于明溝排水，在降雨時期，排水量實測值與模擬值相差略大，模型對降雨比較敏感，經過統(tǒng)計分析，DRAINMOD模型模擬值與實測值RE、R及NS均在能接受范圍之內，表明模型在干旱、半干旱地區(qū)具有一定的適用性。

(3)經過2年灌溉淋洗后，土壤脫鹽率在土體中自上而下降低。0～20 cm土壤脫鹽率最大，暗管排水試驗區(qū)0～20 cm土壤脫鹽率為67.56%，較20～40 cm和40～100 cm分別高5.12、16.84個百分點；明溝排水試驗區(qū)0～20 cm土壤脫鹽率為34.54%，較20～40 cm和40～100 cm分別高12.90、15.58個百分點。淋洗之后土壤鹽分由表聚型向均勻型變化，暗管排水和明溝排水在2020年秋澆后土壤EC分別在2.20～2.63 dS/m、0.61～0.65 dS/m之間。試驗區(qū)中度鹽漬化土壤和鹽土類型面積均有所下降，中度鹽漬化土壤面積下降2.94個百分點，鹽土面積下降29.42個百分點，非鹽漬化土壤、輕度和中重度鹽漬化土壤分別增加2.94、8.83、20.59個百分點。其中鹽土對試驗區(qū)土壤脫鹽率貢獻最大，為126.78%，由于灌溉后鹽分降低，輕度鹽漬化土壤和重度鹽漬化土壤面積增加，貢獻率分別為-1.68%和-25.95%。