生態袋護坡排水毛溝排水排鹽效果研究

張夢嬌，孫書洪，李松敏，李木子，杜秋月

(天津農學院水利工程學院，天津 300384)

0 引 言

為解決濱海低平原區地下水位埋深淺、土壤鹽堿化的問題，農田中普遍設置高密度的排水毛溝。排水毛溝對降低地下水位、排除農田澇水、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%)。生態袋護坡排水毛溝主要材質為生態袋，是以聚酯纖維為原材料制成的雙面熨燙針刺無紡布加工而成的一種袋子，具有抗老化、無毒、裂口不延伸等特點，其內填充的植物種子成長之后，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，具有較好的穩定性[1]。應用生態袋護坡排水毛溝可減小邊坡系數，有效節省工程占地面積。本試驗以生態袋護坡排水毛溝的排水排鹽效果為關注重點，展開相關研究。

1 試驗區概況

本次試驗區選址位于北大港農場，該地位處天津市濱海新區大港小王莊鎮，四至范圍：東鄰北大港水庫，南靠青靜黃排水渠，西至205國道，北至錢圈水庫。本次試驗區測量點選取葡萄種植區T5區內。

試驗區灌溉標準為，灌溉保證率取75%。農田排澇標準為農田排澇10年一遇，設計暴雨歷時和排水時間為1 d暴雨，從作物受淹起2 d內排至田面無積水。排漬標準為排漬深度1.2 m，旱作物耐漬深度0.8 m，耐漬時間3 d。

T5試驗田區原有排水毛溝398條，長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。本項目對原有排水毛溝采用生態袋護坡型式，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，設計水深0.5 m，排水溝設計流量為0.037 m2/s，滿足排水溝控制的最大排水區域(80 m寬，580 m長)在農田十年一遇的排澇標準下排水流量為0.02 m3/s，溝間距維持原狀，平均24 m。

2 試驗設計

本實驗是為研究生態袋排水護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，對土壤的排鹽排水效果[2]。因此實驗區域選擇在T5區兩條生態袋護坡排水毛溝之間的區域，等間距取5列葡萄藤，每列葡萄藤取3個測量點，每一測量點平均距葡萄藤根部10 cm左右，測量含水率和導電率兩組數據。在測量點10、30、50、70和90 cm五個不同土壤層深度分別采取土樣，烘干法測量含水率[3]，取土樣放入烘干箱，烘干至恒重，測量土壤中自由態的水以蒸汽的形式散失掉后的重量，可獲得土壤水分含量，為減少誤差平行測定3次，并取其平均值。在試驗地測量點利用鹽度計測量10、20、30、40、50和60 cm六個不同土壤層深度的電導率來確定土壤鹽分。

生態袋護坡排水明溝斷面與測量點位置見圖1。

圖1 生態袋護坡排水毛溝斷面與測量點位置示意圖(單位：mm)

3 試驗數據及數據分析

本試驗數據為2017年雨季(6-9月)期間，降雨之后進行的現場觀測[4]。依據所得數據，將不同深度土層的土壤含水率和土壤鹽度做成相應的數據統計圖，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及剖面變化趨勢。

3.1 不同深度土層土壤含水率的變化趨勢

本組數據以土壤含水率為橫軸，以土壤深度為縱軸做出統計圖，見圖2。由圖可知，水分在土壤內的分布總趨勢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，深度超過70 cm后有小幅下降，據分析是因為葡萄根系為垂直分布，且多分布在20～60 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 不同測量點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

本組數據以測量點為橫軸，以土壤含水率為縱軸做出統計圖，見圖3。由圖3可見，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，兩側緊鄰排水毛溝的土壤含鹽量最小，而中間距毛溝遠的土壤含鹽量較大。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較小，原因大雨剛過表層土壤的水分未及時下滲，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

本組數據以土壤含水率為橫軸，土壤深度為縱軸做出統計圖，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；20～40 cm深度土壤鹽度值在2.5～5.0 g/kg之間變動；40～60 cm深度的土壤鹽度值在5.5～8.5 g/kg之間變動。土壤含鹽量總體呈現隨土壤深度的增加而升高的趨勢。且從總體趨勢上看，從6-9月份，土壤表層及淺層的含鹽量呈下降趨勢。這說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 不同測量點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

本組數據以測量點為橫軸，土壤鹽度為縱軸做出統計圖，見圖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，兩側緊鄰排水毛溝的土壤含鹽量最小，而中間距毛溝遠的土壤含鹽量較大。且與圖3相比較發現土壤含鹽量與土壤含水率的變化趨勢大體一致[8]，說明符合“鹽隨水來，鹽隨水去”的土壤水鹽運移理論[9,10]。

圖5 不同深度土層的土壤鹽度的剖面變化

3.5 生態袋護坡排水毛溝與自然毛溝的排鹽效果對比

經數據分析可知，實驗期間通過生態袋護坡排水毛溝對天津土壤進行排水，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]。可見，生態袋護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幾。

經過一段時間的測量觀察，可以明顯看到試驗區域的作物生長狀況，葡萄園試驗地由枝葉稀落疏散變到如今的碩果累累，可見生態袋護坡排水毛溝的排水排鹽效果十分明顯。

本試驗綜合利用“鹽隨水來，鹽隨水去”的土壤運移規律改良土壤鹽堿地，采用該生態袋護坡明溝和暗管兩種排水設施均可以起到很好的排控效果。遵循作物生長規律的同時利用農業工程技術，通過鹽堿地土壤水分、季節性分配，使土壤減少脅迫危害，達到土壤積鹽和排鹽平衡，合理調整水鹽分布，使作物生長水鹽環境與作物相適宜，同時通過灌溉技術在干旱時起補充水分，在雨季時對作物進行洗鹽和排澇，使作物在鹽堿環境下能夠正常生長。

4 結 論

“鹽隨水來，鹽隨水去；鹽隨水來，水去鹽留”，土壤鹽分及土壤水分的運動有很大關系。鹽堿地改良的工程措施主要是通過排水降低地下水位的方式，將土壤中的鹽分經過淋洗的方式降低。通過實驗可得出以下結論：

(1)實驗表明采用生態袋護坡毛溝進行排水排鹽，并通過雨季降雨洗鹽，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大體一致。

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

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

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

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文章編號： 1007-4929(2018)06-0078-05