暗管排水對鄂爾多斯地區(qū)重度鹽堿地鹽分遷移規(guī)律的影響

李爭爭，屈忠義，楊威，王麗萍，高曉瑜，陳蒙

暗管排水對鄂爾多斯地區(qū)重度鹽堿地鹽分遷移規(guī)律的影響

李爭爭，屈忠義*，楊威，王麗萍，高曉瑜，陳蒙

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018）

【】探究暗管排水對鄂爾多斯市達(dá)拉特旗重度鹽堿地土壤鹽分運移的影響機(jī)制。按照暗管間距18 m、吸水管埋深1.2～1.5 m、集水管埋深1.8～2.0 m的參數(shù)，鋪設(shè)暗管進(jìn)行田間小區(qū)試驗，利用空間插值、線性回歸、主成分分析等統(tǒng)計方法，對2019年5—10月暗管排水條件下1 m土層的土壤含鹽量、地下水埋深、地下水礦化度、灌排水水質(zhì)、鹽分離子等數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系進(jìn)行分析。①試驗區(qū)1 m土層的鹽分空間分布屬于中等變異（25%～75%），土壤鹽分類型為表聚型。②鋪設(shè)暗管使地下水埋深增加了50～60 cm，試驗結(jié)束時土壤鹽分較試驗開始時土壤鹽分平均降低10%左右。③暗管鋪設(shè)條件下，土壤鹽分的主導(dǎo)離子為K++Na+、SO42-和Cl-，地下水中主導(dǎo)離子為K++Na+、Cl-和HCO3-。④暗管鋪設(shè)下黃河水灌溉后，土壤中HCO3-量增加56%，而其他鹽離子量降低，SO42-、K++Na+、Cl-降幅較大分別為36%、34%、31%；灌水淋洗后，排水、地下水中各離子量均增加，排水礦化度增加幅度是地下水礦化度增加幅度的3.43倍。重度鹽堿地鋪設(shè)暗管，能控制地下水埋深，并降低土壤含鹽量，有效促進(jìn)土壤中SO42-、K++Na+、Cl-的淋洗排出，但同時要注意黃河水灌溉中HCO3-可能引起的土壤堿化問題。

暗管排水；土壤鹽分；空間變異；地下水；離子遷移

0 引言

【研究意義】鄂爾多斯地區(qū)位于內(nèi)蒙古的西南部，鹽堿地面積占內(nèi)蒙古全區(qū)總鹽堿地面積的14.01%。達(dá)拉特旗是鄂爾多斯市重要的農(nóng)業(yè)大縣，鄂爾多斯市50%的糧食產(chǎn)于達(dá)拉特旗。然而該地區(qū)現(xiàn)有鹽堿化耕地2.95×104hm2，其中輕中度、重度鹽堿化耕地面積分別占75.6%和24.4%，未被利用的鹽堿地達(dá)到0.32×104hm2[1]。實施鹽堿地改良是開發(fā)后備耕地資源、促進(jìn)該地區(qū)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要前提。

【研究進(jìn)展】暗管排水具有減少占地，提高土地利用率及擴(kuò)大排水控制面積等優(yōu)點[2]，在國內(nèi)外重度鹽堿地改良中都有應(yīng)用。國外學(xué)者研究表明，暗管排水使土壤鹽分有效的排出土壤，從而降低土壤鹽分[3-4]。Qian等[5]發(fā)現(xiàn)暗管排水措施下，暗管間距和埋深對土壤脫鹽的影響，顯著高于暗管管徑對土壤脫鹽的影響。暗管排水措施下暗管間距比暗管埋深對土壤脫鹽率的影響更加明顯[6]。紀(jì)敬輝等[7]在寧夏灌區(qū)暗管埋深1.5～1.8 m，間距80 m的鋪設(shè)方式下、祝榛等[8]在新疆紅旗農(nóng)場暗管埋深1.5 m、間距25 m的鋪設(shè)條件下、竇旭等[9]在河套灌區(qū)烏拉特前旗設(shè)置暗管埋深為0.6～1.0 m，間距為20 m時，張金龍等[10]在濱海地區(qū)設(shè)置暗管埋深1.2m，間距9 m時，均呈現(xiàn)地下水埋深增大，土壤鹽分有效降低的趨勢。暗管鋪設(shè)后灌水會對土壤鹽分離子進(jìn)行淋洗，羅浩[11]發(fā)現(xiàn)暗管鋪設(shè)后各離子脫鹽順序表現(xiàn)為Cl->Na++K+>Ca2+>Mg2+> SO42-。而竇旭等[9]發(fā)現(xiàn)暗管鋪設(shè)后各離子脫鹽率為Cl->K++Na+>SO42->Mg2+>Ca2+。研究者在探究暗管排水措施對河北濱海鹽堿地改良情況時指出，鹽分離子隨水遷移，Cl-遷移速率最快，Ca2+次之[12]。【切入點】前人分別在我國寧夏地區(qū)、新疆地區(qū)、內(nèi)蒙古河套灌區(qū)、濱海地區(qū)等均開展大量的暗管排水試驗，對土壤鹽分的降低效果，地下水埋深狀況的影響進(jìn)行研究，而深入到鹽分離子遷移變化情況相對較少。目前引黃灌區(qū)達(dá)拉特旗重度鹽堿地暗管排水條件下，土壤鹽分時空演變規(guī)律、鹽離子運移特征及影響機(jī)制還不明確。

【擬解決的關(guān)鍵問題】本文通過分析暗管排水改良后土壤鹽分的時空變化規(guī)律、地下水埋深和礦化度與土壤鹽分的相關(guān)關(guān)系、暗管排水排鹽能力、組成土壤鹽分及地下水礦化度的主導(dǎo)離子、土壤鹽分離子遷移規(guī)律等內(nèi)容，探索暗管排水措施對達(dá)拉特旗重度鹽堿地土壤鹽分運移的影響規(guī)律及機(jī)制，為該地區(qū)鹽堿地綜合改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2019年5—10月在鄂爾多斯市達(dá)拉特旗王愛召鎮(zhèn)東興村試驗基地（110o11'E，40o25'N）進(jìn)行。該地區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，干旱少雨，冬寒夏熱，晝夜溫差大，年均日照時間3 000 h左右；年均氣溫6.1～7.1 ℃，無霜期135～150 d，年蒸發(fā)量為2 000～2 400 mm，降雨量為200～400 mm。試驗區(qū)2019年降雨量在265 mm左右，降雨主要集中在6—9月，降雨量分別為68.7、30.3、91.6、71.3 mm，5、10月降雨量較少，分別為3.8、8.9 mm。

試驗區(qū)暗管的鋪設(shè)于2018年10月完成，測定試驗區(qū)未鋪設(shè)暗管之前的地下水埋深為40～70 cm，0～20 cm土層土壤鹽分平均為18～20 g/kg，20～100 cm土層土壤鹽分平均為8～18 g/kg，pH值為8.7～10.0，屬于重度鹽堿地，其主要的物理性質(zhì)如表1所示，鋪設(shè)完成后進(jìn)行秋澆灌溉。

2019年5月開展田間暗管排水試驗，試驗區(qū)種植作物為蘇丹草，灌溉方式采用漫灌，灌溉水源黃河水的礦化度為577 mg/L，CO32-、HCO3-、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-、K++Na+量分別為0.001、0.225、0.075、0.071、0.014、0.106 g/L和0.085 g/L。春匯灌水定額為225 mm，作物生育期設(shè)置4次灌溉，灌水定額分別為45.0、52.5、78.0、60.0 mm，由于本年降雨量較大，降雨量能夠滿足作物各個階段需水的要求，因此作物生育期未進(jìn)行黃河水灌溉。

表1 試驗地土壤主要物理性質(zhì)

1.2 試驗區(qū)布置

試驗區(qū)東西直線長度為525 m，南北直線長度為435 m，總占地面積為23 hm2。該試驗區(qū)暗管工程采取“吸水管+集水管”兩級排水模式布設(shè)，等間距埋深，間距為18 m，吸水管南北方向鋪設(shè)，埋深為1.2～1.5 m，集水管鋪設(shè)在地塊南側(cè)，東西方向布置，埋深為1.8～2.0 m，共鋪設(shè)29根暗管。同時布設(shè)6個檢查明井，檢查明井位于集水管上方，23個檢查暗井，1個總排水井，總排水井位于排水泵房中。

試驗區(qū)采取網(wǎng)格式布點取樣，以總排水井處為取樣起始點，共計18個取樣點。每個采樣點的位置采用手持GPS進(jìn)行定位，采樣深度為1 m，共6層（0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm），每次共計108個土樣。在地塊四周及中間設(shè)置地下水觀測井6口。5月25日進(jìn)行春匯前第1次取樣，6月2日進(jìn)行春匯，淋洗時間維持20 d左右，待田間水分排干后，每個月取樣1次，取樣時間分別為7月15日、8月15日、9月15日、10月15日。地下水水樣、排水水樣15 d取1次，土壤及水樣在強(qiáng)大降雨或者灌溉時加測。

1.3 試驗方法

1.3.1 土壤化學(xué)性質(zhì)測定

土壤剖面（0～100 cm）的鹽分采用水土質(zhì)量比為5∶1的浸提液測定，其中CO32-、HCO3-采用酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定法測定，SO42-、Ca2+、Mg2+采用EDTA絡(luò)合滴定法測定，Cl-采用標(biāo)準(zhǔn)AgNO3滴定法測定，水溶性K++Na+采用陰陽離子平衡計算得出[13]。

1.3.2 水質(zhì)測定

地下水埋深采用自計水位計測定，地下水、灌溉水、排水在取樣后24 h進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，其中CO32-、HCO3-、SO42-、Ca2+、Mg2+、Cl-、K++Na+的測定方法與土壤離子測定方法一致，用八大離子的質(zhì)量濃度總和來代表TDS[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)通過Excel 2007軟件進(jìn)行整理，采用Origin 2017軟件繪制等值線圖，采用統(tǒng)計分析軟件SPSS 19.0進(jìn)行鹽分相關(guān)性分析及主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 暗管排水條件下土壤鹽分含量變化特征

暗管排水條件下0～100 cm各土層的鹽分特征統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。各個時期不同土層深度的鹽分最小值差別較小，土壤含鹽量主要在3～4 g/kg左右，最大值之間差異明顯，鹽分差值為3～6 g/kg。從均值分析發(fā)現(xiàn)，各個月份0～10 cm土壤鹽分均較大，分別為9.79、7.55、8.77、8.07、9.08 g/kg，而其他土層鹽分量相當(dāng)，均集中在6.22～7.51 g/kg之間，表層土壤鹽分較其他土層鹽分平均增大20%，說明該地區(qū)土壤類型為表聚型。暗管鋪設(shè)下，試驗結(jié)束時（10月）土壤鹽分較試驗開始時（5月）平均降低10%左右，土壤處于脫鹽狀態(tài)，說明暗管鋪設(shè)有效降低該地區(qū)的土壤含鹽量。

表2 各土層鹽分特征的統(tǒng)計結(jié)果

從0～10 cm表層土壤鹽分更加直觀地看出，7—9月的土壤鹽分較5月、10月土壤鹽分平均降低14%左右。通過降雨、灌水情況分析可知，6—9月降雨量較多，6月2日又進(jìn)行春匯，5月、10月降雨量較少。發(fā)現(xiàn)降雨或者灌水較多（少）時，土壤含鹽量較少（多），說明暗管排水措施下足夠大的降雨量、灌水量會對土壤鹽分進(jìn)行淋洗，使土壤鹽分有效降低。變異系數(shù)大小是反映數(shù)據(jù)點的空間變異性，變異系數(shù)共計分為3個等級，C≤10%，為弱變異性，當(dāng)10% <C<100%，為中等變異，當(dāng)C≥100%，為強(qiáng)變異[15]。研究發(fā)現(xiàn)該試驗區(qū)變異系數(shù)在25%～75%之間，屬于中等變異，取樣點距離暗管鋪設(shè)間距不同及地勢不同可能是導(dǎo)致該區(qū)域土壤鹽分差異性的主要原因。

2.2 暗管排水條件下地下水對土壤鹽分的影響

2.2.1 地下水埋深與土壤鹽分時空變化特征

地下水埋深與土壤鹽分在水平剖面分布情況如圖1所示。從時間和空間的變化規(guī)律來看，不同時期的地下水埋深分布規(guī)律基本一致，均呈現(xiàn)從北到南地下水埋深逐漸變淺的分布規(guī)律，北側(cè)地下水埋深較南側(cè)地下水埋深平均增大27%。地下水埋深較淺的地方為集水管附近，地下水埋深在90～100 cm左右。由于集水管處地勢低洼，導(dǎo)致集水管附近地下水埋深較淺。研究發(fā)現(xiàn)該區(qū)域地下水水位基本在暗管鋪設(shè)深度（1.2～1.5 m）以上，暗管中一直有地下水排出，暗管鋪設(shè)后地下水水位有效降低，暗管鋪設(shè)后地下水埋深較未鋪設(shè)暗管前地下水埋深增大了50～60 cm。

各個時期0～10 cm土壤的鹽分與80～100 cm土壤鹽分空間分布規(guī)律相同，呈現(xiàn)表層土壤鹽分高于深層土壤鹽分的趨勢，表層土壤鹽分較深層土壤鹽分平均增加25%。其鹽分遷移規(guī)律與暗管布置方向一致，南側(cè)較北側(cè)的土壤鹽分平均增加70%左右，北側(cè)最低土壤鹽分平均在3～4 g/kg左右，南側(cè)集水管附近土壤鹽分平均在12.5 g/kg，總排水井附近土壤鹽分最大在11～17 g/kg。集水管附近土壤鹽分較大，是由于集水管附近地下水埋深較淺，在蒸發(fā)的作用下，地下水中的鹽分向土壤表層遷移較多造成的。

春匯后隨著時間的推移，7—10月土壤鹽分呈緩慢增加的趨勢。7月研究區(qū)北側(cè)土壤鹽分含量在4～10 g/kg，南側(cè)土壤鹽分為15～10 g/kg。10月土壤鹽分較7月土壤鹽分提高1～3 g/kg。

圖1 地下水埋深和不同深度土壤鹽分的空間分布

圖2 土壤鹽分變化量與地下水埋深變化量、礦化度變化的關(guān)系

2.2.2 地下水埋深、礦化度與土壤鹽分之間線性關(guān)系

相鄰月份之間土壤鹽分變化量與地下水埋深變化量、地下水礦化度變化量關(guān)系如圖2所示。土壤鹽分變化量與地下水埋深變化量和地下水礦化度均呈線性關(guān)系，擬合方程分別為1= 784.81-35.89（=0.93，<0.01）、2= -7.64-2.58（=-0.91，<0.01），說明土壤鹽分隨地下水埋深的增大而減小，隨著地下水礦化度的減少而減小。

2.3 暗管排水排鹽特征

5—10月引排水量及引排鹽量變化情況如圖3所示。引水量與排水量變化情況成正比，6月引水量最大，灌溉（春匯）和降雨量達(dá)到29.37 cm，相應(yīng)的排水量也最大，達(dá)到857 m3。5、10月無灌溉，降雨量也相對較少，降雨量不足1 cm，對應(yīng)月份排水量較少，平均在200 m3左右。降雨引鹽量很少，一般忽略不計。通過對引排鹽量分析，發(fā)現(xiàn)6月春匯引鹽量達(dá)到30 t左右，暗管排鹽量在12 t左右。6月排鹽量小于引鹽量，原因是部分鹽分被淋洗到深層土壤或者進(jìn)入到地下水中。而在無灌水時，暗管中一直有鹽分排出。降雨量較少時排鹽量相對較少，在2 t左右，說明中排出的鹽分主要為地下水中的鹽分。降雨量較大時，排鹽量較大在6.7 t左右。5—10月總排鹽量達(dá)到32 t左右，說明暗管的鋪設(shè)能夠有效進(jìn)行排鹽過程，使土壤中的鹽分排出土體之外，從而使土壤鹽分降低。

圖3 引排水量及引排鹽量變化情況

2.4 土壤、地下水、排水中鹽分主導(dǎo)離子的確定

2.4.1土壤、地下水、排水中離子相關(guān)性分析

土壤、地下水、排水中的含鹽量與鹽分離子的相關(guān)性如表3所示。土壤中的含鹽量與K++Na+、Cl-、SO42-為極顯著正相關(guān)，其中Cl-和K++Na+的相關(guān)性最優(yōu)（=0.817和0.859，<0.01），與Mg2+、Ca2+呈弱相關(guān)性（=0.465，=0.374，<0.01），與HCO3-、CO32-無相關(guān)性。地下水礦化度與K++Na+、Cl-、HCO3-、SO42-、Mg2+為極顯著正相關(guān)，陰離子中相關(guān)系數(shù)最大的為Cl-（=0.882，<0.01），陽離子中相關(guān)系數(shù)最大為K++Na+（=0.951，<0.01）。排水礦化度與HCO3-、Cl-、Mg2+、K++Na+、SO42-為極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在0.8以上，陰離子中Cl-相關(guān)系數(shù)最大（=0.985，<0.01），陽離子中K++Na+相關(guān)系數(shù)最大（=0.984，<0.01）。

表3 鹽分離子相關(guān)性分析

注 **表示在0.01水平上達(dá)到極顯著水平，*表示在0.05水平上達(dá)到顯著水平。

2.4.2 土壤、地下水、排水中離子主成分分析

進(jìn)行主成分分析時，應(yīng)滿足取樣足夠度KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）≥0.5、<0.01的條件。對土壤、地下水、排水中離子進(jìn)行主成分分析時，KMO均大于0.5。通過選取特征值≥1的標(biāo)準(zhǔn)，提取出鹽分離子的主成分（圖4）。土壤鹽分離子提取出2個主成分，第一主成分特征值和第二主成分特征值分別為2.444、1.867。土壤鹽分第一主成分中K++Na+、SO42-、Cl-因子載荷較大，對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)為0.811、0.763、0.725，第二主成分HCO3-因子載荷較大，相關(guān)系數(shù)0.883。由此說明，暗管排水條件下土壤鹽分主導(dǎo)離子為K++Na+、SO42-、Cl-。

地下水礦化度中提取出2個主成分，2個主成分的特征值分別為3.169、1.221。地下水中K++Na+、Cl-、HCO3-在第一主成分里因子荷載量較大，對應(yīng)的系數(shù)為0.923、0.870、0.727；CO32-在第二主成分荷載較大，相關(guān)系數(shù)為-0.827。說明地下水礦化度中主導(dǎo)離子以K++Na+、Cl-、HCO3-為主。

排水礦化度中提取前2個主成分特征值分別為5.154、1.171，排水中K++Na+、Cl-、SO42-、HCO3-、Mg2+在第一主成分因子載荷相關(guān)系數(shù)均為0.8以上，第二主成分中Ca2+相關(guān)系數(shù)也在0.8以上。說明排水礦化度中包含的主導(dǎo)離子種類較多，土壤及地下水中離子均隨水遷移，從暗管中排出。

2.5 土壤、地下水、排水之間離子的遷移變化

灌水對土壤、地下水、排水之間離子遷移轉(zhuǎn)化過程的影響如表4所示。由于CO32-在土壤、地下水以及排水中的量很少，因此CO32-的變化忽略不計。土壤中HCO3-離子量在春匯后增加56.0%，灌溉水和地下水中HCO3-量較高，分別為0.225、0.750 g/L，說明土壤中的堿性離子（HCO3-）主要來源于灌溉水和地下水。土壤中其他離子量在春匯后均呈降低的趨勢，降低幅度為SO42-> K++Na+> Cl-> Mg2+> Ca2+，對應(yīng)的變化量分別為1.085、0.857、0.782、0.097、0.089 g/kg。通過離子變化量大小發(fā)現(xiàn)灌水會大量淋洗土壤中的SO42-、K++Na+、Cl-離子。

春匯后地下水、排水中八大離子量均呈增加的趨勢，Mg2+、Ca2+在地下水、排水中增加幅度較小，增加量均在0.04 g/L左右。春匯后地下水中SO42-、Cl-、K++Na+變化的較多，變化率分別為46.3%、31.0%、27.1%，HCO3-變化較少，變化率為17.4%。春匯后排水中HCO3-變化率較大，為51.6%，SO42-、K++Na+、Cl-變化率次之，分別為20.2%、28.9%、27.9%。說明土壤中淋洗出來的鹽分離子會向地下水和排水管中遷移。春匯后較春匯前地下水礦化度、排水礦化度分別提高了0.678 、2.322 g/L。春匯后，排水礦化度增加幅度是地下水礦化度增加幅度的3.43倍，說明淋洗出來的鹽分離子主要從暗管中排出，少量鹽分離子會補(bǔ)給到地下水中。

圖4 土壤、地下水、排水中離子因子載荷圖

表4 春匯前后土壤、地下水、排水離子遷移變化

3 討論

研究發(fā)現(xiàn)該地區(qū)暗管鋪設(shè)埋深較地下水埋深大時，地下水埋深有效增大，土壤鹽分有效降低，土壤鹽分集聚類型為表聚型。與于淑會等[16]、竇旭等[9]研究結(jié)果一致。而李顯微等[17]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)暗管鋪設(shè)埋深較地下水埋深淺時，暗管的鋪設(shè)不會影響地下水埋深的變化，深層土壤含鹽量高于表層土壤含鹽量。對于地下水埋深較淺及礦化度較高的地區(qū)，土壤含鹽量會受到地下水埋深和礦化度的影響[18]，本試驗利用線性回歸方程發(fā)現(xiàn)相鄰月份之間土壤鹽分變化量與地下水埋深和礦化度變化量之間具有相關(guān)關(guān)系，與李楷奕等[19]得出的結(jié)論一致。說明當(dāng)天氣炎熱蒸發(fā)量較大時，地下水中的鹽分會通過毛管力的作用遷移至上層土壤中[20]。暗管排水措施下能夠阻斷部分地下水向上遷移，使該部分地下水從暗管中排出，防止土壤鹽分升高。降雨及蒸發(fā)會對土壤鹽分產(chǎn)生影響，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)次降水量超過25 mm，根層土壤鹽分會發(fā)生淋洗脫鹽[21]。據(jù)調(diào)查該地區(qū)1961—2018年生長季降雨量在200～400 mm左右[22]。2019年試驗區(qū)生長季降雨量達(dá)到265 mm，8、9月中單日降雨量均有超過25 mm，0～20 cm土層土壤鹽分明顯降低，降低幅度在1～2 g/kg。10月降雨量較少，由于蒸發(fā)作用土壤鹽分呈現(xiàn)積鹽現(xiàn)象。因此，在今后試驗中年際降雨量較大，且單日降雨量超過25 mm時，土壤鹽分將會發(fā)生脫鹽現(xiàn)象。

本研究區(qū)暗管排水條件下土壤鹽分離子組成主要以K++Na+、SO42-、Cl-為主，當(dāng)土壤中含有大量的K++Na+、SO42-、Cl-時，土壤結(jié)構(gòu)會受到破壞，作物生長受到影響，作物對Ca2+的吸收受到限制[23]。對灌溉淋洗前后土壤鹽分離子變化的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)春匯使土壤中K++Na+、SO42-、Cl-被大量的淋洗，大部分K++Na+、SO42-、Cl-從暗管中排出。灌水后土壤鹽分離子降低幅度為SO42->K++Na+>Cl->Mg2+>Ca2+，竇旭等[9]、徐友信等[24]研究發(fā)現(xiàn)土壤鹽分降幅表現(xiàn)為Cl->K++Na+>SO42->Mg2+>Ca2+，與本試驗結(jié)果有所異同，可能是由于灌溉水量不同造成的，但均表現(xiàn)為灌水后K++Na+、SO42-、Cl-淋洗量較大的現(xiàn)象。試驗發(fā)現(xiàn)地下水礦化度主要組成離子為K++Na+、Cl-、HCO3-。研究發(fā)現(xiàn)灌后土壤中HCO3-增加，說明土壤中HCO3-的增加來源于地下水和灌溉水，與謝海霞等[25]研究結(jié)果一致。而陸晴等[26]通過室內(nèi)土柱淋溶試驗認(rèn)為淋洗后土壤中的HCO3-量無顯著變化。造成研究結(jié)果不同的原因，可能是室內(nèi)試驗灌溉時未考慮到地下水的影響。研究認(rèn)為由于NaCl、Na2SO4易于淋洗[27]，暗管排水條件下增加灌水量可減少土壤中SO42-、K++Na+、Cl-的量，但要注意HCO3-所帶來的土壤堿化問題。

試驗區(qū)在灌水后，地下水中各個離子量均呈增加的趨勢，而侯凱旋等[28]監(jiān)測義長灌域時發(fā)現(xiàn)，秋澆后地下水中其他離子增加，Ca2+量減少。袁宏穎等[29]對比秋澆前后地下水離子量變化時發(fā)現(xiàn)，秋澆前Ca2+量高于秋澆后。前人研究灌水前后Ca2+量變化是在無暗管鋪設(shè)條件下，與本試驗鋪設(shè)暗管條件下灌水后地下水Ca2+量變化情況不同，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)水體和土壤中的Na+、Ca2+離子有交換吸附作用[30]。說明暗管鋪設(shè)會影響離子間的吸附交換，研究區(qū)淋洗出來的鹽分主要從暗管中排出，少量遷移到地下水中。試驗結(jié)果初步表明，該地區(qū)暗管排水措施對地下水埋深有較好的調(diào)控作用，暗管排鹽能力較強(qiáng)，對土壤也具有很好的控鹽作用，配合其他改良措施可達(dá)到更好的降鹽效果，加快解決該地區(qū)土壤鹽漬化問題，提高荒地的利用率，促進(jìn)該地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展。

4 結(jié)論

1）該試驗區(qū)暗管控制下土壤鹽分主要集中在0～10 cm，土壤鹽分類型屬于表聚型，其空間變異性屬于中等變異。試驗結(jié)束時土壤鹽分較試驗開始時土壤鹽分有效降低，脫鹽率達(dá)到10%左右。

2）暗管鋪設(shè)后使地下水埋深增加了50～60 cm，土壤鹽分隨地下水埋深的增大而減小，隨著地下水礦化度的減少而減小。

3）暗管排水條件下該地區(qū)土壤鹽漬化主導(dǎo)離子為K++Na+、SO42-、Cl-，地下水礦化度中主導(dǎo)離子為K++Na+、Cl-、HCO3-。

4）暗管排水條件下，引黃灌溉使土壤中HCO3-量增加了56%，其他離子量降低，幅度為SO42->K++Na+>Cl->Mg2+>Ca2+。土壤中SO42-、K++Na+、Cl-被大量淋洗。灌水后地下水、排水中各個離子量均增加，排水礦化度增加幅度是地下水礦化度增加幅度的3.43倍，土壤中淋洗出來的鹽分主要從暗管中排出，暗管具有較強(qiáng)的排水（鹽）能力。

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The Influence of Subsurface Drain on Solute Movement in Soils Severely Affected by Salinity and Alkalinity in Ordos Region

LI Zhengzheng, QU Zhongyi*, YANG Wei, WANG Liping, GAO Xiaoyu, CHEN Meng

(Water Conservancy and Civil Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China)

The wide distribution of saline and alkali soils in Ordos of Inner Mongolia is a main abiotic factor hindering crop growth. Their remediation is a prerequisite for developing sustainable agriculture in this region. Subsurface drain is a technology widely used to alleviate salt accumulation and enhance salt leaching. 【】The objective of this paper is to experimentally study the effects of subsurface drain on salt dynamics in soils heavily affected by salinity and alkalinity.【】The experiment was conducted from May to October 2015 at Dalat Banner, with the drains spaced 18 m apart and buried in a depth varying from 1.2 m to 1.5 m; the depth of the drainage ditches was 1.8～2.0 m. In each treatment, we measured soil salt distribution up to 1.0 m deep, the change in groundwater table and salinity, as well as the quality of the irrigation water and drainage water, salt ion data and their relationship. 【】①Spatial variation of salt in the top 0～100 cm soil was moderate with a coefficient of variation of 25%～75%; the majority of salt was accumulated in regions proximal to the soil surface. ②The drains dropped the groundwater table by 50～60 cm and reduced soil salinity by approximately 10%, compared with data measured before experiment. ③At the end of the experiment, the main salt ions in the soil were K++Na+, SO42-and Cl-, while in the groundwater they were K++Na+, Cl-and HCO3-. ④Irrigating using the Yellow river water increased HCO3-in soil by 56% and the decreased of other salt ions, with SO42-, K++Na+and Cl-reduced by 36%, 34% and 31% respectively. Leaching of the irrigation water increased ion contents in both drainage water and groundwater, especially the drainage water whose salinity was 3.43 times that of groundwater.【】Subsurface drains can control the groundwater depth and reduce soil salt content; it facilitates leaching of SO42-, K++Na+and Cl-from the soil. However, care should be taken to avoid an increase in HCO3–and its consequence for soil alkalization when irrigating with the Yellow river water.

subsurface drain; soil salinity; spatial variation; groundwater; ionic migration

S276.7

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020634

1672 - 3317（2021）07 - 0122 - 08

李爭爭, 屈忠義, 楊威, 等. 暗管排水對鄂爾多斯地區(qū)重度鹽堿地鹽分遷移規(guī)律的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2021, 40(7): 122-129.

LI Zhengzheng, QU Zhongyi, YANG Wei, et al. The Influence of Subsurface Drain on Solute Movement in Soils Severely Affected by Salinity and Alkalinity in Ordos Region[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(7): 122-129.

2020-11-12

內(nèi)蒙古科技計劃項目（201702108）；國家自然科學(xué)基金項目（51769022，51809142）

李爭爭（1995-），女。碩士研究生，主要從事鹽堿地水鹽運移研究。E-mail: lizhengzheng0411@163.com

屈忠義（1969-），男。博士生導(dǎo)師，主要從事區(qū)域土壤水土環(huán)境及節(jié)水灌溉理論技術(shù)應(yīng)用研究。E-mail: quzhongyi@imau.edu.cn

責(zé)任編輯：韓洋