滴灌條件下排水暗管間距對土壤鹽分淋洗的影響

王振華 衡 通 李文昊 張金珠 楊彬林 姜昱杉

(1.石河子大學水利建筑工程學院， 石河子 832000； 2.現代節水灌溉兵團重點實驗室， 石河子 832000)

滴灌條件下排水暗管間距對土壤鹽分淋洗的影響

王振華1,2衡 通1,2李文昊1,2張金珠1,2楊彬林1姜昱杉1

(1.石河子大學水利建筑工程學院， 石河子 832000； 2.現代節水灌溉兵團重點實驗室， 石河子 832000)

在滴灌淋洗條件下設計暗管排水試驗，研究暗管不同埋設間距(15、20、25 m)對土壤剖面鹽分分布及脫鹽淋洗效果的影響。結果表明:滴灌淋洗期間，0～70 cm土層含鹽量顯著降低，與CK相比，試驗地不同地段土壤平均含鹽量減少10 g/kg以上。從暗管上方至相鄰暗管中點位置處不同剖面土壤平均脫鹽率逐漸減小，15、20、25 m間距小區在0～100 cm埋深土壤中點位置處最大脫鹽率分別為84.01%、77.75%、73.98%，土壤整體脫鹽率介于51.82%～60.43%之間。吸水管埋管間距越小，小區暗管排水階段排水流量越大，排水礦化度、電導率也越大，但成本會略高。15 m間距相比20、25 m間距小區每公頃多投入的成本和平均脫鹽率差值分別為8 430、12 570元和4.78%、8.61%；15 m間距暗管處理在水平距離暗管0、5、7.5 m處土壤脫鹽率最大值分別為86.47%、85.15%、84.01%，且排水期間排水流量、礦化度、電導率最大，分別為2 m3/h、189.15 g/L和35.9 mS/cm；土壤鹽分淋洗效果優于20、25 m間距小區，淋洗相同鹽分含量土壤所需灌水量也低于20、25 m間距；2次灌水后0～70 cm土層鹽分整體已降至10 g/kg以下，作物生長條件大為改善，適宜作為指導新疆鹽漬土改良滴管條件下暗管間距布設參數的依據。

鹽堿土； 滴灌； 暗管排水； 脫鹽率； 淋洗

引言

新疆是以農田灌溉為主導的農業經濟發展體系，水資源嚴重匱乏，全疆農業用水僅為全國平均值的74.16%[1]，土壤鹽漬化問題日益突出[2]，鹽堿荒地面積達2.81×107hm2[3]，占中國鹽堿地總面積的1/3。水資源短缺和土壤鹽堿化已成為威脅新疆農業經濟和綠洲生態環境的重要因素[4-5]，嚴重制約新疆經濟的發展。節水控鹽技術對鹽堿地抗性較強，對農業具有節水、增產作用，一定程度上可以抑制淺層根區鹽分的累積，從膜下滴灌技術推廣至今，應用面積已突破2×106hm2[6]。膜下滴灌只是調節作物根系層的鹽分，無法從本質上將其排出土體，長期滴灌使土壤鹽分向濕潤峰邊緣處集中，耕層區土壤年均積鹽量達到0.36 g/kg，鹽分在田間土層的不斷積累[7-9]可能導致土壤積鹽爆發[10-11]，因此，有必要探索膜下滴灌條件下改良鹽堿地的模式或方法。

鹽堿地改良的方法主要包括水利改良(工程排水)、農業改良(耕作和施肥)、化學改良(各類改良劑)、生物改良(耐鹽作物)等措施，運用淡水沖洗配合暗管排水排鹽是最直接、最快捷、應用范圍最廣的改良方式之一[12]，在世界各國鹽堿地改良過程中暗管排水發揮了極其重要的作用[13]。其研究重點為暗管布設參數[14]以及暗管排水后的水鹽平衡[15-17]問題，但土壤次生鹽漬化嚴重，通常每隔幾年就必須進行地面漫灌沖洗。KLADIVKO等[18]研究不同間距對硝態氮濃度、排水流量的影響，從而為改良土壤鹽漬制定適當的管理策略。BAHCECI等[19]研究發現干旱區鹽漬化農田鋪設暗管排水系統3年后，表層土壤平均脫鹽率高達80%。RITZEMA等[20]通過農業氣候、土壤性質等條件確定暗管設計參數，認為暗管排水系統是一種高度有效解決澇漬、鹽堿化危害問題的方式，且成本回報率高，可以保障農業灌溉資本投資的可持續性。我國自20世紀80年代引進暗管排水以來取得了顯著的效果[21-22]，一些學者研究了暗管排水措施對鹽漬土淋洗改良的影響。張萬鈞等[23]在天津濱海新區對暗管排鹽的技術參數進行了系統研究，提出了不同暗管間距對土壤淋洗脫鹽效果的影響，為暗管排鹽技術的推廣起到重要推動作用[24]。李顯溦等[25]通過軟件模擬和小區試驗對設計排水暗管試驗進行了校驗，為長期規劃暗管排鹽策略提供了科學可靠的理論依據。

研究表明，暗管排水[26-27]可以有效降低農田地下水埋深[28]、治理澇漬災害[29]、排除鹽分，對提高作物產量都具有顯著效果[30]，但這些研究僅反映了各種暗管排水措施對土壤改良的整體效果，不能直接看出不同地塊改良的效果。漫灌時控制區土壤與暗管水平距離越小，水力梯度越大，水分入滲強度越大，反之則越小[31-32]；漫灌灌水時間較短，導致地下水上升加劇并產生土壤次生鹽漬化危害，本質上無法將鹽分從土壤內部排出，需對其排鹽效率進行改進。本文在滴灌條件下，設計田間暗管排水排鹽試驗，研究暗管不同間距對土壤空間鹽分分布的影響，以及在不同埋深位置處的脫鹽淋洗效果，以期為干旱區土壤鹽堿地改良和棄耕地恢復重建提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于沙灣縣安集海鄉北端,屬于新疆生產建設兵團141團，地處85°21′E、44°36′N?？傄巹澝娣e3.4 hm2，地勢南高北低，南北自然坡降0.24%。氣候特征為溫帶大陸性氣候,是典型的大陸性干旱荒漠氣候,年平均氣溫6.8℃，降水少(年降水量182 mm)，蒸發大(年蒸發量1 717.9 mm)。本試驗選取地塊為常年絕收的棄耕土地，地下水埋藏較深(大于4 m)，淺層土壤含鹽量已達鹽土水平(大于20 g/kg)，土壤pH值為8.51，田間持水率為14.39%～27.58%。土壤類型及物理指標見表1。

1.2 試驗設計

試驗區包括4個小區(含未鋪管對照CK)，分別鋪設間距15、20、25 m的吸水管，暗管統一埋深0.7 m、長度140 m，共8條暗管(圖1)。吸水管材質為帶孔PVC單臂波紋管，管徑90 mm，開孔縫隙小于等于1 mm，開孔面積大于250 cm2/m2，設計坡降0.4%。排水管為PVC硬塑料管，管徑250 mm，設計坡降0.3%。

2016年3月初在試驗區進行暗管施工，4月末結束。施工前，試驗地周圍打田埂，按平面布置測量放線。用輕型挖掘機根據設計深度開挖管溝，每開挖20 m檢查溝深與縱坡。隨后鏟平溝底，沿坡降方向鋪設包裹無紡布的吸水管，管周圍填粒徑小于等于4 cm的砂礫石，厚約20 cm，最后分層回填埋管。

表1 暗管試驗區土壤類型及物理參數Tab.1 Soil type and physical parameter of pipe test area

圖1 暗管排水田間試驗平面圖Fig.1 Plan of field experiment design of pipe

吸水管末端各設置一集水井，選用優質樹脂一體式集水井，并由排水管連接，匯入排水溝。除緊靠濾料30 cm的土料不需夯實外，其他均要分層夯實，除挖掘機施工外，其余工序均有人工作業完成。

試驗地采用滴灌淋洗的方式，淋洗前60 d試驗地進行了深翻曬地。于6月初鋪設滴灌帶并播種油葵：采用“一管兩行”模式播種，供試油葵品種為KF366，株距10 cm，行距30 cm， 6月8日播種，6月15日出苗， 9月7日收獲前試驗地再次進行深翻犁地，油葵作育肥處理；滴灌毛管間距為90 cm，滴灌帶單孔出流量2.6 L/h，滴頭間距30 cm，一定時間后局部形成0～2 cm地表積水，灌溉水源為地表水(礦化度在0.8 g/L)；油葵生育期前后共進行了2次滴灌淋洗，第1次淋洗日期6月8日，第2次淋洗日期9月8日，持續淋洗水量分別為1 150、1 227 mm；一次灌水共持續108 h，其中0～60 h為供水階段，灌水量為1 150 mm，22～108 h為排水階段(水鹽重分布階段，第22小時為首次排水時間)；第2次灌水從2016年9月9日開始，共持續110 h，供水時長64 h，灌水量為1 227 mm，暗管排水時長為68 h。

1.3 數據的測定與處理

1.3.1 土樣處理

為得到試驗地整體排鹽情況，選定3個小區中間的吸水管，分別在15 m間距小區與暗管水平距離0、5、7.5 m處，20 m間距小區與暗管水平距離0、5、10 m處，25 m間距小區與暗管水平距離0、5、10、12.5 m處以及未鋪設暗管對照區設置觀測點。土樣分4次進行，取土日期分別是2016年6月8日、6月17日、9月8日、9月20日。每次分層取0～3 cm、3～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm、100～120 cm、120～140 cm、140～160 cm、160～180 cm、180～200 cm共計11層土樣。

稱取10 g土樣經風干、粉碎、過1 mm篩后放入三角瓶中，加入50 mL蒸餾水，使用振蕩機振蕩三角瓶10 min，靜置15 min后進行過濾，得到土水質量比1∶5的浸提液,通過DDS-307型電導率儀測定浸提液電導率(EC)。用干燥殘渣法標定含鹽量與電導率之間的關系為

y=2.277EC-0.324 (R2=0.98)

(1)

式中y——土壤含鹽量，g/kgEC——電導率，mS/cm

土壤脫鹽率的計算式為

(2)

式中N——脫鹽率，%S1——土壤鹽分初始值，g/kgS2——灌水后土壤鹽分終值，g/kg

土壤滲透系數用Guelph1800K型入滲儀測定；田間持水率采用室內測定法[33]；土壤容重采用環刀取原狀土測定；土壤粒徑分布采用LSI3320型激光粒度儀測定。其他指標采用常規分析方法[34]。

1.3.2 水樣處理

監測暗管排水流量并分別測定電導率、礦化度，監測時間從吸水管排水階段開始，每隔6 h測定一次。集水井內空間狹小，為精確測量排水流量，利用取井水的原理：先用水槽在井下接水，計時器記時10 s，提上井以后倒入量筒，待水樣靜止后記錄量筒容量，重復4次，水槽容量為10 L,量筒規格分別為500、1 000、2 000 mL，最終排水流量為

Q=0.36V1

(3)

式中Q——排水流量，g/kgV1——10 s內水槽中水樣體積，mL

蒸發皿洗凈并置于((180±3)℃)干燥箱中干燥2 h，放入干燥器中冷卻至室溫(20℃)后稱量，直至質量恒定(2次稱量相差不超過0.000 5 g)。取適量水樣用玻璃砂芯坩堝抽濾, 用DDS-307型電導率儀測定浸提液電導率(EC)，并用移液器取過濾后水樣20 mL于蒸發皿中。將蒸發皿在((180±3)℃)干燥至質量恒定并稱量。最終礦化度計算式為

圖2 暗管不同間距土壤鹽分剖面分布Fig.2 Profile distributions of soil salinity under different buried depths of pipe

(4)

式中ρ——水樣礦化度的質量濃度，g/LV2——水樣體積，mLm0——蒸發皿的質量,gm1——干燥后蒸發皿和礦化物的質量，g

用Excel、SPSS 19.0進行數據處理，OriginPro完成制圖。

2 結果與分析

2.1 不同暗管間距對土壤鹽分的影響

滴灌條件下土壤鹽分隨土壤水流動發生定向遷移[35]。圖2為暗管不同間距土壤鹽分剖面分布圖，可以反映2次灌水土壤鹽分具體水平、垂直方向遷移特征及過程:第1次灌水前，土壤長期處于積鹽狀態，表層含鹽量較高，均大于20 g/kg，達到鹽土水平，在0～40 cm土層鹽分相對集中，含鹽量自上而下逐漸降低。首次灌水后，不同間距小區淺層土壤含鹽量出現不同程度降低，在滴灌水動力驅動下，淺層鹽分向下層遷移，0～60 cm土層鹽分出現不同程度降低。第2次灌水后，0～70 cm鹽分總體降低，基本降至中度鹽化水平(6～10 g/kg)，與CK相比，試驗地不同地段0～70 cm土層含鹽量平均減少10 g/kg以上。其中15 m間距小區含鹽量降幅最大，0～70 cm土層含鹽量由第1次灌水前的(6月8日)22.96 g/kg降至5.75 g/kg，達到輕度鹽化水平， 70 cm以下土層含鹽量變化不顯著，隨土層深度的增加土壤脫鹽效果明顯降低。各間距小區從吸水管上方至不同水平距離處田間各點土壤含鹽量變化特征明顯不同，以第2次滴灌淋洗后土壤鹽分變化為例，25 m間距小區距吸水管0、5、10、12.5 m處土壤鹽分變化差異明顯，特別是0～60 cm土層土壤，距吸水管0～7.5 m處土壤含鹽量從4.97 g/kg增加至11.06 g/kg，20 m間距小區距吸水管0、5、10 m處土壤鹽分變化差異也很明顯，距吸水管0 m處土壤含鹽量明顯低于其他2處，隨水平距離的增加，淺層土壤鹽分均呈現逐漸增加的趨勢。15 m間距小區與吸水管相距0、5、7.5 m處在0～70 cm土層含鹽量降低較明顯，整體在10 g/kg以下。經過2次灌水，暗管對深層(70 cm以下)土壤排鹽效果不顯著；由于地下水位較深(大于4 m)，所以其對土壤鹽分影響較??；在0～70 cm土壤中，不同間距小區土壤鹽分降低值從小到大順序為：CK、25 m、20 m、15 m；吸水管水平距離越近，每次淋洗土壤鹽分降低越明顯；吸水管間距越大，每次淋洗土壤含鹽量差異越大。

2.2 不同暗管間距對土壤脫鹽效果的影響

表2為2次淋洗結束后各間距吸水管土壤含鹽量與脫鹽率的分析結果。由于深層土壤受暗管排水影響不明顯，且變化差異較小，本文僅對0～100 cm深土體土壤含鹽量與脫鹽率進行分析。2次灌水后，對照區(CK)未鋪設暗管及滴灌帶，各土層(0～100 cm)含鹽量仍處于較大值，其中0～60 cm土層含鹽量均在20 g/kg以上，60～100 cm土層含鹽量略低于0～60 cm以上土層，脫鹽率均為負值，呈現積鹽趨勢。相對于鋪管區(15、20、25 m間距小區)，經過2次滴灌淋洗，土壤脫鹽率在土體中自上而下逐漸降低，15、20、25 m間距小區在距離暗管不同剖面土壤最大脫鹽率分別為86.47%、84.79%、81.35%。各間距小區在水平距離0 m處土壤脫鹽率最大，中點位置處土壤脫鹽率最小，15、20、25 m間距小區在中點位置處的最大脫鹽率分別為84.01%、77.75%、73.98%。各間距排水暗管在0～20 cm土層平均脫鹽率均達到最大值，分別為85.23%、80.39%、76.92%。在0～100 cm土體中，不同間距排水暗管在距離暗管不同剖面土壤平均脫鹽率差異較小。15、20、25 m間距小區在0～100 cm土體中各剖面土壤平均脫鹽率分別為60.43%、55.65%、51.82%，從水平、垂直方向來看，呈現的趨勢由大到小依次為：15 m、20 m、25 m、CK。這表明土壤脫鹽率隨土壤間距的減小而變大，與暗管水平距離越近，脫鹽率越高，排水暗管間距對不同剖面土壤脫鹽效果影響較大。

表2 暗管不同間距土壤含鹽量與脫鹽率Tab.2 Soil salinity and desalting rate under different pipe spacings

表3為暗管施工試驗綜合工程成本明細，工程總造價77 089元，其中 15、20、25 m間距小區每公頃投入成本分別為30 202、22 126、24 761元。由上文分析得出，各小區土壤平均脫鹽率為60.43%、55.65%、51.82%，根據數據可知：15 m間距相比20、25 m間距小區每公頃多投入的成本和平均脫鹽率差值分別為8 430、12 570元和4.78%、8.61%，同理20、25 m間距相比15 m間距小區平均每公頃多投入1 770、1 455元，土壤整體脫鹽率上升1%。這些試驗數據以及工程成本費用結果表明，間距越小脫鹽效果越好，成本相對會高，但從距離暗管不同剖面、不同土層深度排鹽效果、實際排水情況來看，15 m間距實際工程應用效果優于20、25 m間距排水暗管。

表3 暗管施工試驗綜合工程成本明細Tab.3 Cost analysis of construction project of underground pipe

注：工程費用計價以本地實際價格為準。

圖4 滴灌淋洗期間暗管不同間距礦化度、電導率動態Fig.4 Dynamics of salinity and conductivity under different pipe spacings during drip irrigation leaching

2.3 暗管淋洗期間排水特征

圖3為暗管第1次淋洗期間不同間距小區排水流量動態變化，從暗管進入排水階段(首次排水)開始，至最后一條吸水管停止排水共歷時90 h。各小區初始排水階段流量均呈現爆發式增長，經歷一段時間后達到相對穩定的狀態，此時是排水流量的高峰，之后隨排水時間的推移流量逐漸減小，最終停止排水。15、20、25 m間距小區分別持續排水76、78、84 h， 25 m間距排水時間較長，15 m間距小區分別比20、25 m間距暗管提前排水4、6 h；15 m間距排水流量最大，達到2 m3/h，經歷36 h；20 m和25 m間距排水暗管流量差距不明顯，分別經歷26、24 h，吸水管間距越小，排水階段流量越大。

圖3 滴灌淋洗時暗管不同間距小區排水流量動態Fig.3 Dynamics of district drainage discharge under different pipe spacings

圖4為暗管第1次淋洗期間不同間距小區礦化度、電導率動態變化曲線，礦化度表示水中所含無機礦物質成分的總量(或總含鹽量)，電導率能反映水中離子含量，它們之間存在一定的相關關系，實際電導率較大，不能直接用來描述礦化度，本文著重分析不同小區排水礦化度和電導率的動態變化。排水階段3個小區排水礦化度較高，其中15 m間距暗管排水階段礦化度均處于150 g/L左右,排水12 h后達到峰值189.15 g/L，隨后逐漸降低，但整體礦化度均高于20、25 m間距小區。20 m間距暗管排水階段整體礦化度處于115 g/L左右，25 m間距所處地勢較低，在滴灌水流作用下，排水36 h后礦化度出現上升，達到109.37 g/L。排水階段電導率相比礦化度在不同間距小區差異更加明顯，總體均呈現降低趨勢，且初值最高；15 m間距吸水管電導率較高，介于33.1～35.9 mS/cm之間，且整體大于20、25 m間距電導率，但20、25 m間距小區的電導率分別在28.8、25.1 mS/cm以上。滴灌淋洗期間各小區暗管排水系統排水流量、礦化度和電導率變化特征表明，在暗管排水階段，吸水管間距越小，暗管排水系統脫鹽淋洗效率越高，土壤改良效率也越高。

2.4 鹽分淋洗曲線

鹽分特征曲線是由灌溉淋洗前后一定深度土壤鹽分與淋洗定額為變量構建的方程，能反映土壤脫鹽規律和淋洗效果，根據淋洗曲線可以規劃特定的改良方案。淋洗曲線方程[35]為

(5)

式中Weo——淋洗前一定深度的土壤含鹽量，g/kgWe——淋洗后一定深度的土壤含鹽量，g/kgWep——淋洗平衡土壤含鹽量，g/kga、b——擬合參數Dw——灌溉淋洗水量，mmDs——淋洗土層深度，cm

本試驗分別取0～20 cm、 0～40 cm、0～60 cm、0～70 cm土層深度；Wep一般以淋洗結束后0～5 cm土層土壤含鹽量表示;灌溉淋洗水量及土層深度取淋洗1 150 mm水量后表層0～5 cm的土壤含鹽量，近似為7.67 g/kg。

圖5為暗管淋洗期間不同間距小區土壤鹽分淋洗曲線，根據淋洗曲線可以看出，淋洗初期土壤鹽分含量較高，滴灌淋洗脫鹽效果也較好；淋洗后期隨著土壤鹽分的降低，淋洗效率明顯降低，此時置換土壤中同等含量鹽分需消耗更多淋洗水量。對3種間距小區進行比較，在淋洗相同鹽分含量、相同土壤深度情況下，15 m間距小區使用的水量要小于20、25 m間距小區淋洗的水量，其決定系數分別為0.981、0.943、0.901，15 m間距小區擬合效果良好，對大田滴灌淋洗的改良應用具有指導作用。

圖5 排水暗管不同間距土壤鹽分淋洗曲線Fig.5 Salt-leaching curves under different pipe spacings

3 討論

通過2次灌水，分析了暗管不同間距對滴灌條件下土壤鹽分空間分布的影響、脫鹽效果、工程經濟效益及暗管淋排期間排水流量、礦化度和電導率動態變化特征，針對滴灌棉田地下水埋深較大這一特點，漫灌淋洗時暗管無法有效排出根系層中的土壤鹽分，在原有澆灌系統上鋪設排水暗管改良鹽堿土，極大程度降低了土壤鹽分，使淺層土壤含鹽量降至10 g/kg以下中度鹽化水平，已經達到改良荒地的階段性目的。

許多學者已通過設計暗管不同間距或埋深得到土壤脫鹽淋洗規律，總結出了適合研究區的灌排方案。張金龍等[36]研究暗管不同地段土壤經過3次淋洗后0～1 m深土體土壤脫鹽率在56.54%～78.78%之間，認為采用漫灌的方式對土壤進行改良浪費的水資源量較大。本試驗經過2次淋洗，在0～100 cm土層土壤脫鹽率介于51.82%～60.43%之間，小于其研究結果。劉玉國等[37]等針對滴灌棉田，設計不同鹽化地段上的暗管排水試驗，研究發現土壤由表聚型向脫鹽型轉化，土壤表層鹽分脫鹽較快，中度鹽化土壤脫鹽率最高達到90.89%，且電導率變化范圍為7.53～11.16 mS/cm，本試驗結果脫鹽率最大值達到86.47%，淺層土壤經過2次淋洗含鹽量均低于10 g/kg，換算成電導率(式(1))為4.53 mS/cm，均小于其研究結果。田玉福等[38]首先通過暗管排水技術及農業化學改良劑，針對松嫩平原蘇打堿土設計了4種間距暗管，研究各間距土壤表層滲透性、有機質含量以及堿化度、鈉離子吸附比等理化性狀的影響，得到了最優暗管間距和埋深參數，促進了暗管改堿技術的發展及應用。根據最終土壤鹽分變化和用水量之間的關系，擬合得出淋洗曲線方程，15 m間距小區具有更高的淋洗效率，節水潛力及擬合結果較好，由此，淋洗曲線可用于指導大田滴灌淋洗條件下鹽漬土改良應用。

綜上所述，通過設計不同間距的排水暗管試驗可以明顯地反映研究區的土壤鹽分特征，并通過脫鹽淋洗效果得出最適宜的埋設方案。一般暗管排水[37-38]試驗區域地下水位埋深小于等于2 m,試驗區地下水位較深，除灌水時期外其他月份均不排水。暗管改良效果受灌水量及灌水次數的影響，為避免田面積水應選擇合理輪灌，本試驗區總體鹽分還處于中度鹽化水平，后續應繼續增加灌水次數，配合農藝、化學改良，防止土壤次生鹽漬化，達到最終改良的目的。因此，通過滴灌淋洗條件下長期應用暗管排水技術的改良鹽堿地是值得進一步研究的內容。

4 結論

(1)采用暗管排水技術配合滴灌淋洗下的農田，土壤鹽分得到實質性改善，2次灌水后，暗管排水階段性改良效果明顯。鹽分在持續滴灌灌水作用下逐漸向下層運移，通過暗管排除土體，水平方向不斷向靠近暗管埋設的區域遷移，3個間距小區相鄰暗管中點位置處至暗管上方不同剖面土壤平均脫鹽率逐漸增加。

(2)經歷2次灌水，0～70 cm土層含鹽量整體在10 g/kg以下，70 cm以下土層含鹽量變化不顯著。各小區脫鹽率由大到小依次為：15 m、20 m、25 m、CK，土壤脫鹽率受空間的影響較大，距離暗管越遠，土壤脫鹽率越小。3個間距小區0～100 cm深土體剖面各點脫鹽率介于51.82%～60.43%之間，每公頃平均投入成本在35 370～47 940元之間，15 m間距小區每公頃成本略高。

(3)在滴灌淋洗基礎上，排水初期各小區流量爆發式增長，隨后達到相對穩定的狀態，此后逐漸降低，15 m間距小區排水階段流量最大，達到2 m3/h。排水期間礦化度處于較高水平，最高達到189.15 g/L，電導率介于25.1～35.9 mS/cm之間。

(4)根據淋洗曲線得到的擬合結果，滴灌條件下暗管間距在15 m時土壤脫鹽淋洗效果及節水潛力最好，初步認為15 m間距適宜作為新疆鹽漬土暗管排水間距的布設參數。

1 王潔萍，劉國勇,朱美玲.新疆農業水資源利用效率測度及其影響因素分析[J].節水灌溉, 2016(1):63-67. WANG Jieping, LIU Guoyong, ZHU Meiling. Measurement and influential factors of irrigation water use efficiency in Xinjiang[J]. Water Saving Irrigation, 2016(1):63-67.(in Chinese)

2 彭杰,劉煥軍,史舟,等.鹽漬化土壤光譜特征的區域異質性及鹽分反演[J].農業工程學報,2014,30(17):167-174. PENG Jie, LIU Huanjun, SHI Zhou, et al. Regional heterogeneity of hyper spectral characteristics of salt-affected soil and salinity inversion[J]. Transactions of the CSAE, 2014, 30(17):167-174. (in Chinese)

3 劉新永,田長彥.棉花膜下滴灌鹽分動態及平衡研究[J].水土保持學報,2005,19(6):82-85. LIU Xinyong, TIAN Changyan. Study on dynamic and balance of salt for cotton under plastic mulch in South Xinjiang[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2005, 19(6):82-85. (in Chinese)

4 朱宏偉,夏軍,曹國棟,等.鹽漬化棄耕地土壤鹽分動態及其影響因素[J].土壤,2013,45(2):339-345. ZHU Hongwei, XIA Jun, CAO Guodong, et al. Dynamic change of soil salinity in salinization abandoned farmland and affecting factors[J]. Soils, 2013, 45(2):339-345. (in Chinese)

5 潘旭東,楊樂,張鳳華,等.瑪納斯河流域次生鹽漬化棄耕地全面生態重建的新理念[J].新疆農業科學,2004,41(6):431-434. PAN Xudong, YANG Le, ZHANG Fenghua, et al. New conception on the overall ecosystem reconstruction of secondary salinization wasteland in Manas River valley[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2004, 41(6):431-434. (in Chinese)

6 王振華,楊培嶺,鄭旭榮,等.新疆現行灌溉制度下膜下滴灌棉田土壤鹽分分布變化[J/OL].農業機械學報,2014,45(8):149-159.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20140824&journal_id=jcsam.DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2014.08.024. WANG Zhenhua, YANG Peiling, ZHENG Xurong, et al. Performance experiment on cyclone separating device based on off-centered inlet scoop[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(8):149-159. (in Chinese)

7 牟洪臣,虎膽·吐馬爾白,蘇里坦,等.干旱地區棉田膜下滴灌鹽分運移規律[J].農業工程學報,2011,27(7):18-22． MU Hongchen, HU Dan·Tumaerbai, SU Litan, et al. Salt transfer law for cotton field with drip irrigation under mulch in arid region[J]. Transactions of the CSAE, 2011, 27(7): 18-22. (in Chinese)

8 張偉,呂新,李魯華,等.新疆棉田膜下滴灌鹽分運移規律[J].農業工程學報,2008,24(8):15-19. ZHANG Wei,Lü Xin, LI Luhua, et al. Salt transfer law for cotton field with drip irrigation under the plastic mulch in Xinjiang region[J]. Transactions of the CSAE, 2008, 24(8): 15-19. (in Chinese)

9 楊鵬年,董新光,劉磊,等.干旱區大田膜下滴灌土壤鹽分運移與調控[J].農業工程學報,2011,27(12):90-95. YANG Pengnian, DONG Xinguang, LIU Lei, et al. Soil salt movement and regulation of drip irrigation under plastic film in arid area[J]. Transactions of the CSAE, 2011, 27(12): 90-95. (in Chinese)

10 呂殿青,王全九,王文焰,等.膜下滴灌水鹽運移影響因素研究[J].土壤學報,2002, 39(6):794-801． Lü Dianqing,WANG Quanjiu, WANG Wenyan, et al. Factors affecting soil water movement and solute transport for film drip irrigation[J]. Acta Pedologica Sinica, 2002, 39(6): 794-801. (in Chinese)

11 田長彥,周宏飛,劉國慶.21世紀新疆土壤鹽漬化調控與農業持續發展研究建議[J].干旱區地理,2000,23(2):177-181. TIAN Changyan, ZHOU Hongfei, LIU Guoqing. The proposal on control of soil salinizing and agricultural sustaining development in 21’s century in Xinjiang[J]. Arid Land Geography,2000,23(2):177-181. (in Chinese)

12 李顯溦,左強,石建初,等.新疆膜下滴灌棉田暗管排鹽的數值模擬與分析Ⅰ:模型與參數驗證[J].水利學報,2016,47(4):537-544. LI Xianwei, ZUO Qiang, SHI Jianchu, et al. Evaluation of salt discharge by subsurface pipes in the cotton field with film mulched drip irrigation in Xinjiang, China I: calibration to models and parameters[J]. Journal of Hydraulic Engineering,2016,47(4):537-544. (in Chinese)

13 MASTROCICCO M. Contribution of the subsurface drainage system in changing the nitrogen speciation of an agricultural soil located in a complex marsh environment[J]. Agricultural Water Management, 2013, 119(3):144-153.

14 WISKOW E, VAN DER PLOEG R R. Calculation of darin spacings for optimal rainstorm floord control[J]. Journal of Hydrolgy, 2003, 274(1-4):163-174.

15 MOUSTAFA M M.A geostatistical approach to optimize the determination of saturated hydraulic conductivity for large scale subsurface drainage design in Egypt[J]. Agricultural Water Management, 2000, 42(3):29-32.

16 PECK A J, HATTON T. Salinity and the discharge of salts from catchments in Australia[J]. Journal of Hydrology,2003,272(1-4):191-202.

17 MIRZAKHAYOT I,CHRISTOPHER M, LAMERS J P A, et al. The dynamics of groundwater table and salinity over 17 years in Khorezm[J]. Agricultural Water Management, 2011, 101(1):52-61.

18 KLADIVKO E J, FRANKENBERGER J R, JAYNES D B, et al. Nitrate leaching to subsurface drains as affected by drain spacing and changes in crop production system[J]. Journal of Environmental Quality, 2004,33(5):1803-1813.

19 BAHCECI I, NACAR A S. Subsurface drainage and salt leaching in irrigated land in south-east Turkey[J]. Irrigation and Drainage, 2008, 58(3):346-356.

20 RITZEMA H P, SATYANARAYANA T V, BOONSTRA J. Subsurface drainage to combat waterlogging and salinity in irrigated lands in India: lessons learned in farmers’ fields[J]. Agricultural Water Management, 2008, 95(3): 179-189.

21 馬力.利通區農業綜合開發項目區暗管排水運行情況的調查[J].寧夏農林科技, 2007(4):54,39.

22 周明耀.濱海鹽土地區暗管排水系統布置模式的研究[J].揚州大學學報:農業與生命科學版,2000,21(3):34-38.

23 張萬鈞,龍懷玉,郭育文.天津濱海園林綠化中鹽土治理的理論及工藝[J].北京林業大學學報,2000,22(5):40-44.

24 YU S H, LIU J T, LI Z X, et al. Mechanism of saline-alkali lands improvement of subsurface pipe drainage systems and agro ecosystem response[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2012,20(12):1664-1672.

25 李顯溦,左強,石建初,等.新疆膜下滴灌棉田暗管排鹽的數值模擬與分析Ⅱ:模型應用[J].水利學報,2016,47(5):616-625. LI Xianwei, ZUO Qiang, SHI Jianchu, et al. Evaluation of salt discharge by subsurface pipes in the cotton field with film mulched drip irrigation in Xinjiang, China Ⅱ: application of the calibrated models and parameters[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2016,47(5):616-625. (in Chinese)

26 陶園, 王少麗, 許迪,等. 改進暗管排水技術淤堵防護措施試驗研究[J/OL]. 農業機械學報, 2016, 47(6):187-192. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20160624&journal_id=jcsam.DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2016.06.024. TAO Yuan, WANG Shaoli, XU Di, et al. Experimental study of clogging defense measures for improved subsurface drainage[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(6):187-192. (in Chinese)

27 陶園, 王少麗, 許迪,等. 改進暗管排水結構型式對排水性能的影響[J/OL]. 農業機械學報, 2016, 47(4):113-118. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20160416&journal_id=jcsam.DOI:10.6041/j. issn.1000-1298.2016.04.016. TAO Yuan, WANG Shaoli, XU Di, et al. Effect of structure-type on improved subsurface drainage performance[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(4):113-118.(in Chinese)

28 陳陽,張展羽,馮根祥,等.濱海鹽堿地暗管排水除鹽效果試驗研究[J].灌溉排水學報,2014,33(3):38-41. CHEN Yang, ZHANG Zhanyu, FENG Genxiang, et al. Desalination of subsurface pipe drainage in saline-alkali land of coastal areas[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2014, 33(3):38-41.(in Chinese)

29 朱海波,俞雙恩,王君.沿海新墾區灌水和降雨條件下暗管排水洗鹽效果試驗研究[J].中國農村水利水電,2015(2):99-104． ZHU Haibo, YU Shuang’en, WANG Jun. Experimental research on soil desalting by subsurface pipe drainage in new reclamation land of coastal areas under the condition of irrigation and rainfall[J]. China Rural Water and Hydropower, 2015(2):99-104．(in Chinese)

30 HENK R.Subsurface drainage to enable the cultivation of winter crops in consolidated paddy fields in Northern Iran[J]. Sustainability, 2016, 8(3):No.249.

31 CHAHAR B R, VADODARIA G P. Drainage of ponded surface by an array of ditches[J]. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2008, 134(6):815-823.

32 VADODARIA G P. Steady subsurface drainage of homogeneous soils by ditches[J]. Proceedings of the Institution of Civil Engineers Water Management, 2008, 161 (6):303-311.

33 袁娜娜.室內環刀法測定土壤田間持水量[J].中國新技術新產品,2014(9):184-184.

34 MMOLAWA K, OR D. Root zone solute dynamics under drip irrigation: a review[J]. Plant and Soil, 2000, 222(1):163-190.

35 KHOSLA B K. Salt leaching and the effect of gypsum application in a saline-sodic soil[J]. Agricultural Water Management, 1979, 2(3):193-202.

36 張金龍,張清,王振宇,等.排水暗管間距對濱海鹽土淋洗脫鹽效果的影響[J].農業工程學報,2012,28(9):85-89． ZHANG Jinlong,ZHANG Qing,WANG Zhenyu, et al. Effect of subsurface drain spacing on elution desalination for coastal saline soil[J] . Transactions of the CSAE,2012, 28(9): 85-89. (in Chinese)

37 劉玉國,楊海昌,王開勇,等.新疆淺層暗管排水降低土壤鹽分提高棉花產量[J].農業工程學報,2014,30(16):84-90． LIU Yuguo, YANG Haichang, WANG Kaiyong, et al. Shallow subsurface pipe drainage in Xinjiang lowers soil salinity and improves cotton seed yield[J]. Transactions of the CSAE, 2014, 30(16): 84-90. (in Chinese)

38 田玉福,竇森,張玉廣,等.暗管不同埋管間距對蘇打草甸堿土的改良效果[J].農業工程學報,2013,29(12):145-153． TIAN Yufu, DOU Sen, ZHANG Yuguang, et al. Improvement effects of subsurface pipe with different spacing on sodic-alkali soil[J]. Transactions of the CSAE, 2013, 29(12): 145-153. (in Chinese)

Effects of Drainage Pipe Spacing on Soil Salinity Leaching under Drip Irrigation Condition

WANG Zhenhua1,2HENG Tong1,2LI Wenhao1,2ZHANG Jinzhu1,2YANG Binlin1JIANG Yushan1

(1.CollegeofWaterandArchitecturalEngineering,ShiheziUniversity,Shihezi832000,China2.KeyLaboratoryofModernWater-savingIrrigationofXinjiangProductionandConstructionGroup,Shihezi832000,China)

In order to explore the water saving and efficient alkali-saline land pattern, the underground pipe drainage experiment was designed under the condition of drip irrigation to seek the effects of different buried spacings in the width of 15 m, 20 m and 25 m on salt distribution in soil profile and the desalination and leaching. The results showed that soil salinity in 0～70 cm soil layer was decreased significantly during the drip irrigation, and compared with CK the average salinity of soils was decreased by more than 10 g/kg. Different spacing widths of 15 m, 20 m and 25 m below 100 cm soil layer indicated different maximum soil desalination rates, which were 86.47%, 84.79% and 81.35%, respectively, and the total desalination rate of soil was between 51.82% and 60.43%. The smaller the spacing of the buried pipe was, the larger the drainage flow in the drainage and drainage salinity and conductivity were, and thus the cost would be slightly higher. However, compared with 20 m and 25 m, the actual investment was increase by 8 430 yuan/hm2and 12 570 yuan/hm2in the spacing of 15 m and the overall soil desalination rate was increased by 1%. When 15 m spacing drainage pipes in the horizontal distances of 0 m, 5 m and 7.5 m, the maximum soil desalting rate was 86.47%, 85.15% and 84.01%, respectively, and drainage flow, salinity and conductivity during drainage were 2 m3/h, 189.15 g/L and 35.9 mS/cm, respectively. Besides, soil salinity leaching curve fitting effect was better than 20 m and 25 m spacing area, and overall level of soil layer below 70 cm was fallen to below 10 g/kg and crop growth conditions were greatly improved, which was suitable as a parameter for the layout of the underground pipe drainage pipe of Xinjiang saline soil. These results revealed that the drip evolution mode had great importance for the underground pipe drainage salinity, laied the foundation for the following long-term research, ultimately achieved improvement goals, and met the conditions for the growth of the crops.

saline soils; drip irrigation; underground pipe drainage; desalination rate; leaching

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.08.029

2017-03-16

2017-06-03

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2015BAD20B03-3)和國家自然科學基金項目(41361071)

王振華(1979—)，男，教授，博士，主要從事干旱區節水灌溉理論與技術研究，E-mail: wzh2002027@163.com

S278

A

1000-1298(2017)08-0253-09