鋪設不同反濾層對暗管排水排鹽效果的影響

李 順， 陳嘉琪， 李東欣， 高欣穎， 夏小龍

(塔里木大學， 新疆 阿拉爾 843300)

暗管排水是利用地下管道排除田間土壤多余水分的排水技術措施，也是防止和治理土壤鹽堿化最直接和最有效的措施之一[1]。近年來，控制排水與防治土壤鹽漬化，以及調控農田水鹽效應成為研究熱點[2-5]。陶園等[6]提出一種占用耕地少、排水流量較常規暗排大且環境友好的改進暗排，改進暗管排水為常規暗管排水流量的2～3倍。李曉華等[7]研究表明，以秸稈排水體作暗管排水材料，排水脫鹽效果顯著，加速土壤脫鹽，鹽堿土改良效果好。王東旺等[1]通過大田試驗驗證膜下滴灌結合暗管排水的排水排鹽效果，結果表明，暗管改善了土壤深度0～60 cm以內的滲透性，暗管排出水的含鹽量大于灌溉水，排水同時帶走土壤鹽分。目前，關于只排出土壤水且鋪設多層反濾層的暗管排水研究鮮見報道，為此，基于室內土柱試驗，分析鋪設反濾層對暗管排水流量和土壤中鹽分空間分布的影響，以期為多濾層暗管排水研究及應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用土采自塔里木大學水利與建筑工程學院試驗基地棉田的返鹽堿土，土壤為砂質壤土，初始含鹽量為8 000 μS/cm。試驗前取回土樣風干、磨碎，過2 mm篩，按容重1.35 g/cm3裝填。試驗用有機玻璃土槽規格為115 cm×60 cm×80 cm，暗管為管徑20 mm的PVC管，暗管下部不開孔，上部開孔率為40%。

1.2 試驗設計

試驗設3個處理，T1處理：暗管包裹土工布不設置反濾層，在土壤表面以下15 cm、土柱寬度方向中間位置沿土柱長度方向鋪設。T2處理：暗管上方布設砂石反濾層，在暗管上方45°方向鋪設，鋪設寬10 cm，砂石厚5 cm，粒徑為2～3 cm，呈倒錐形。T3處理：暗管上方布設砂石及其上覆蓋玉米秸稈反濾層，玉米秸稈反濾層為長5 cm秸稈，于暗管水平方向鋪設厚度3 cm、寬10 cm，玉米秸稈鋪設于砂石上方。灌溉方式為滴灌，水源為自來水，電導率365 μS/cm。沿暗管方向設置3個滴頭，滴頭流量3.3 L/h，滴灌3 h。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 暗管排水流量 自暗管開始排水時每隔5 min用量筒測定1次，測定1 min暗管排水流量，直至暗管停止排水，分析暗管排水流量隨時間的變化規律。

1.3.2 排水后土壤鹽分空間分布 土壤鹽分測定采用1∶5土水比浸提液，用DDS-308A電導率儀測定不同位置點土壤電導率值。排水48 h土壤鹽分重分布后用小型土鉆取樣，自暗管處以5 cm為間隔沿深度方向取樣至土壤深度40 cm，水平方向取樣距離暗管25 cm接近土柱邊緣處，同時從土壤表面取至40 cm深度。

1.4 數據分析與處理

采用軟件Origin 2021進行數據分析及繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理暗管的排水流量

從圖1可知，土壤飽和后，在灌水時間3 h內，隨灌水時間增加各處理暗管排水流量呈增加趨勢。灌溉停止后，暗管排水流量減小直至停止排水。T1處理最大排水流量為44 mL/min，排水歷時360 min；T2處理最大排水流量為117 mL/min，排水歷時300 min；T3處理最大排水流量為127 mL/min，排水歷時270 min。鋪設反濾層處理的暗管排水流量明顯高于只包裹土工布處理。

圖1 不同處理暗管排水流量隨時間的變化規律

2.2 不同處理排水后土壤鹽分空間分布

土壤鹽分與暗管排水密切相關，排水流量增加，排水所帶走的鹽分增加，土壤中鹽分減少。從圖2可知，各處理暗管上方及暗管下方5 cm處鹽分含量明顯降低，有明顯脫鹽趨勢；30～40 cm深度處鹽分含量高，有明顯積鹽現象，表明各處理暗管排除上方及周圍土壤的鹽分效果明顯。在暗管周圍土壤剖面，T1處理、T2處理、T3處理最小鹽分含量分別為317 μS/cm、223 μS/cm、217 μS/cm，T2處理、T3處理土壤平均鹽分含量分別比T1處理減少33%、41%，表明鋪設反濾層在增加暗管排水流量同時，減小排水后土壤鹽分含量，鋪設多濾層的效果更好。

圖2 不同處理排水后48 h土壤鹽分空間分布

3 小結

暗管鋪設反濾層，增加了土壤與反濾層的導水率差異，減弱土壤水在暗管周圍向暗管底部的繞流作用，控制淋洗水分進入暗管，增強暗管的排水效果。在非飽和條件下暗管很難排水，因此在土壤飽和后考察不同處理的排水效果。研究結果表明，與只包裹土工布處理比，鋪設反濾層處理增加了暗管排水流量，從而增加排出土體的鹽分。暗管排水能夠排出暗管上方及周圍土壤的鹽分。鋪設反濾層排水處理減小排水后暗管周圍土壤中的鹽分含量，鋪設多層反濾層的排水排鹽效果更優。