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排盐补淡对滨海盐碱土壤盐分变化的影响
作者:澳门波音平台   发布时间:2020-04-07 16:18

  北极星环境修复网讯:摘 要: 为明确增加地下水埋深及补淡淋洗对滨海盐碱土的脱盐效果,以期为滨海盐碱土壤改良及水资源合理利用提供科学依据。以浅井排盐和灌溉水、降雨淋洗作为排盐补淡措施,在距排盐井不同半径处对地下水位和 1 m 土层含盐量进行测定,研究其在排盐补淡过程中的变化情况。研究表明,利用 4 m 左右的简易浅井可有效增加地下水埋深,抽水区域地下水埋深围绕排盐井呈现“V”型变化; 排盐对中度和重度盐碱土 1 m 土层含盐量的影响存在差异,中度盐碱土表现抑盐、重度盐碱土有脱盐效果,且都随着抽提半径的增大,抑盐脱盐效果减弱; 灌溉或降雨对盐碱土壤有脱盐作用,抽水腾出土壤水库容会提高土壤脱盐率,比仅灌溉或降雨分别高 34.22%和 17.53%,接近水量的灌水处理比降雨效果明显。综上所述,增加地下水埋深、腾空土壤水库容可以有效抑制盐碱土壤返盐并提高灌溉水、降雨等淡水洗盐效率,加大土壤脱盐效果。

  盐碱地是重要的后备耕施资源,改良和利用盐碱地对补充日益减少的耕地面积具有重要意义。河北省盐碱耕地面积 78万 hm2,占总耕地面积的 10.4%,主要分布于东部低平原区和滨海平原区[1],是河北省主要的后备耕地资源,但该地区土壤含盐量高、春季积盐返盐严重,地下水埋深浅、矿化度高,开发利用难度大[2]。根据水盐分布规律及运移特征,通过排水降低地下水位、淡水淋盐是开发利用该区域盐碱地的重要措施。

  目前,滨海盐碱土多通过明沟灌排、暗管排水等农田水利工程来控制地下水位,暗管排水排盐根据“盐随水来,盐随水去”的水盐运移规律,在降雨或灌溉进行淡水补充时,盐随水下移至暗管处后排出土体,同时将地下水位控制在临界深度,减少高矿化度地下水上移,减轻土壤盐渍化程度[3-5],研究表明, 在重渍化农田,暗管排水排盐效果远远优于明沟,地下水位及水质有明显改善,作物产量显著提高[6-8]。但机械埋管成本较高、投资回收年限较长也是影响暗管排水技术大面积推广的主要问题[9]。河北近滨海地区浅层地下水埋深浅,最浅地区年均埋深 0.5~ 0.7 m[10],浅层咸水的利用在采水技术、井群布局、水 质改良等方面研究表明,抽排浅层咸水可以降低地下水位、为降雨及地表水入渗腾出地下空间[11,12]。本文针对河北近滨海盐碱区地下水、土壤、降雨等区域特征[13-15],通过浅层井进行咸水抽排明确排盐对地下水水位及土壤含盐量的影响,并对灌水和自然降雨对土壤淋洗脱盐效果进行了比较,积极探索易推广低成本、咸淡水资源合理利用的盐碱地改良途径,以期为拓展并提高该地区的盐碱地治理技术提供参考。

  试验地点位于河北省国营海兴农场,土壤含盐量范围为 0.2% ~ 1.0%,属滨海氯化物盐渍土类型,土壤质地为粉砂黏壤土,盐分组成以氯化钠为主,Cl- 占阴离子总量的 70% ~ 80%, Na+和 K+ 占阳离子总量的 80% ~ 90%,周年监测数据显示,地下 水埋深 0.8~ 2.2 m,浅层地下水年均矿化度 5 ~ 15 g /L,季节性变化差异大,最高值在 30.6 g /L。全年平均降雨量 600 mm 左 右,其中 7,8 月份为集中降雨期,年平均水面蒸发量 1 980 mm, 深层地下水及降雨是主要淡水来源。地下水埋深浅、矿化度高、降雨分布不均且蒸发量大是引起该区域盐渍化的主要 原因。

  试验设置中度( 1 m 土层平均含盐量 0.2% ~ 0.4%) 和重度盐碱区( 1 m 土层平均含盐量 0.2% ~ 0.4%) 各 1 个,南北长 50 m、东西宽 30 m,两区域间隔 200 m 左右,总面积约 0.3 hm2,3 月下旬分别在试验区中心设抽排浅井 1 眼,以抽提井为圆心, 距离 5、10、15 m 设观测井 12 眼( 井群分布如图 1) ,井深均为 4 m,井径 0.1 m,在抽排浅井利用小型自吸泵进行降水排盐( 流 量 3 m3 /h) ,咸水经软管排入集水池用于咸淡混合水鱼虾养殖。 试验于 2016 年 4 月 18-21 日排盐抽水,之后停止抽水,观测地下水水位变化及土层含盐量变化; 5 月初在水位回复一致 水平后进行排盐补淡试验,5 月 7-13 日抽水,停止抽水后立即 利用深井水( 矿化度 1.2 g /L) 进行灌溉,灌水量 20 mm; 7 月 2- 8 日抽水,浅井周围 5、10、15 m 处地下水水位分别降至 3.02、2.73、2.61 m,8 日降雨 25 mm( 降雨开始时停止抽水) ,集中降雨时长 3 h。

  分别于排盐前、排盐后灌水( 降雨) 前、灌水( 降雨) 后 4 d 和 10 d,在每个观测井 0.5 m 直径范围内 3 点取样,取样深度 1 m,同一半径内的 4 眼观测井取平均值。土壤盐分含量测定采取电导法,利用试验区域内测定的含盐量与电导率的直线回归 方程进行含盐量换算[16]; 利用 HOBO U-20 水位温度记录仪对中度盐碱试验区 5、10、15 m 处观测井进行地下水位测定。采用 Excel 2010 进行数据整理与作图。

  利用浅井排盐可以有效增加地下水埋深( 图 2) ,与抽提井距离越小,水位下降幅度越大,经过连续 84 h 抽排,抽水区域地下水埋深围绕抽提井呈现“V”型。5 m 观测井处地下水埋深由 1.65 m 增至 2.50 m,降深为 0.85 m、10 m 处由 1.63 m 增至 2.26 m,降深 为 0. 63 m、15 m 处 由 1. 58 m 增 至 2. 06 m,降 深 为 0.48 m。

  浅层咸水停止抽排后立即出现明显的水位回升( 图 3) ,13 d 左右回升至抽排前水位,7.5 d 内回升速率较快,之后趋缓。 回升过程中,受单井抽排产生的水力坡降影响,浅层咸水连续传递后汇向抽提井,故 5、10、15 m 各处的观测井水位回升过程 中伴随“回升-下降-回升”现象,距井 5m 处变化幅度最大。

  利用浅井对试验区盐水进行抽排,对中度和重度盐碱土壤 1 m 土层盐分含量的影响存在差异。从表 1 数据可以看出,中度盐碱土有明显的积盐返盐( 表层土为主) ,排咸 3d 后,距离抽排井 5、10、15 m 处的 1 m 土层平均含盐量较排盐前分别增加 2.75%、4.41%、5.12%,对照增加 7.22%; 排咸 6 d 后分别增加 5.04%、6.98%、9.51%,对照增加 11.56%。在中度盐碱地进行浅井排盐可以使盐分随着土壤水下移,直接降低深层土壤含盐量,同时通过增大地下水埋深来抑制土壤水向上运动,减少蒸发带来的盐分表聚,但随着与抽提井距离的增大,抑制效果趋缓。

  重度盐碱土壤受表层土壤孔隙度、容重等影响,较中度盐碱土壤蒸发量要小,增加地下水埋深对土壤盐分的抑制作用更 加明显。抽水 3d 后,排盐区内距离抽提井 5、10、15 m 处的 1 m 土层平均含盐量较抽水前分别减少 6.09%、4.01%、2.65%,对照增加 3.44%; 抽水 6 d 后分别减少 11.79%、7.95%、6.75%,对照增加 3.02%。 在排水排盐处理的影响下,重度盐碱土壤含盐量随着地下水位的下降而降低,表现为脱盐; 中轻度盐碱土壤随水位下降并未表现出明显的脱盐,含盐量增加,但增加幅度趋缓,这可能 与抽水形成的水力坡度或不同盐分水平土壤的容重、孔隙度、 渗透特性等物理性状差异造成的土壤水的蒸发量大于下移量有关。

  从表 2 可以看出,在停排回渗状态下,利用矿化度 1.2 g /L 的深井水进行灌水洗盐 4 d 后,中度盐碱土壤 1 m 土层脱盐率在 10.78% ~ 27.74%,表现为距抽提井越近,地下水埋深越深,排盐后腾出的土壤水库容越大,脱盐率越高,灌水 10 d 后脱盐率 下降,盐分逐渐回升; 重度盐碱土壤灌水 4 d 后脱盐率在 49.53% ~ 65.00%,且距抽提井距离越大,脱盐效果越明显,10 d 后仍脱盐效果明显,脱盐率在 41.24% ~ 43.45%。对照为直接灌 溉洗盐( 未进行排盐处理) ,中度和重度盐碱土壤在灌水 4 d 后 均表现为明显脱盐,脱盐率为 14.02%和 30.78%,10 d 后分别表现为开始返盐和脱盐率明显下降,抽水降水位后补淡洗盐可以有效提高土壤脱盐率。

  自然降雨对盐碱地具有的淋洗脱盐效果,该区域年平均降雨量 600~ 700 mm,集中于 7-8 月份,占全年总降水量的 60% ~ 70%。本文研究了降雨对排盐腾出库容后土壤的脱盐影响,从 表 3 可以看出,排盐腾库容可以加速土壤脱盐,提高 1 m 土体 脱盐率。在接近的水量条件下,降雨对土壤的脱盐作用与灌水 类似,但脱盐率不及灌水明显。

  降雨 4 d 后,中度盐碱土壤脱盐率在 9.23% ~ 13.64%,距抽提井越近,脱盐率越高; 重度盐碱土壤脱盐率在 22. 09% ~ 31.05%,距抽提井距离越大,脱盐效果越明显; 降雨 10 d 后,土壤脱盐率下降,但仍优于对照。

  排水携盐和灌水洗盐是盐碱地改良中主要的水利措施,增加地下水埋深、腾空土壤水库容可以有效抑制中度、重度盐碱土壤返盐并提高灌溉、降雨等淡水淋洗效率,加大土壤脱盐效果。排水是排除地表水、控制地下水、调节土壤水、改良盐碱 地、防止土壤盐渍化的基础措施[17],诸多学者在排水沟、暗管、 竖井等排水设施的深度、间距、组合方式等方面进行了大量研 究,本试验利用简易低成本浅井进行地下咸水抽排,结果表明, 4m 左右的浅井可以有效增加地下水埋深,抽水区域地下水水位围绕抽排井呈现“V”型变化,停止抽水后回水明显,排盐对 在中度和重度盐碱地 1 m 土层含盐量的影响存在差异,分别表现为抑盐、降盐效果,且都随着抽提半径的增大,排盐效果减弱。如何持续有效地将地下水位保持在允许深度,周年盐分基本稳定,不影响作物正常生长是各种排盐措施需继续深入解决 的问题。

  补充淡水洗盐是盐碱地改良最有效的办法,本试验以深井 水及雨水作为水源,比较了补充淡水对排盐降水位后盐碱地的 脱盐效果,结果验证了腾空土壤水库容可以增加灌水洗盐效果,且接近水量的灌水处理要比降雨效果明显,脱盐率随着时间推移而下降。地下水位较深时,不需修筑排水工程,冲洗水量可将一部分土壤盐分淋洗到作物根系活动层以下,如山东内陆盐碱地采用无排水的淡水压盐植棉也能获得较好的效果[18,19]。但在滨海盐碱地区,地下水水位较高,如采取无排水冲洗,将使地下水位进一步提高,有可能加剧冲洗地块土壤返盐或引起灌溉区四周土壤盐渍化,所以条田宽度不宜太宽,一般为 30~ 50 m,毛沟、支沟、干沟等农田工程及时修整清淤,形成有效的田间排水网。单纯排盐只对重度盐碱土壤有降盐效 果,且效率不高,仍需淡水补充来实现有效脱盐,本试验中补淡洗盐过程都是在排盐中止情况下,存在水位和下层盐分回升, 在持续排盐保持地下水埋深高位稳定状态下进行补淡压盐,其脱盐效果有待进一步研究。

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