淡水·咸水·微咸水在吹填土和吹填砂脫鹽中的優(yōu)化利用研究

張興

摘要[目的]探究淡水、咸水、微咸水對吹填土和吹填砂的脫鹽效果，篩選最佳方案。[方法]通過室內(nèi)模擬，研究淡水、微咸水和咸水對吹填砂、吹填土的入滲過程、理化性質(zhì)、水鹽運動規(guī)律，通過用水量、脫鹽時間和堿化現(xiàn)象等因素的影響，優(yōu)化得出2種土樣灌溉脫鹽用水類型和方式。[結(jié)果]淡水、咸水和咸水在吹填砂脫鹽過程中的入滲速率基本一致，而在吹填土的入滲速率從大到小依次為咸水、微咸水、淡水；淡水、咸水和微咸水對吹填砂脫鹽前后pH的影響不明顯，使吹填土pH明顯上升。[結(jié)論]吹填砂使用微咸水灌溉，吹填土先咸水后微咸水進行灌溉脫鹽為最經(jīng)濟有效的改良方案。

關(guān)鍵詞 咸水；微咸水；吹填土；優(yōu)化利用中圖分類號 S273 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）03-0061-03

Abstract[Objective] To explore desalting effect of freshwater， saline water and slight saline water on hydraulic reclamation soil and hydraulic reclamation sand and screen out the optimal scheme. [Method] Through indoor simulation， effects of freshwater， slight saline water， saline water on infiltration process of hydraulic reclamation soil and hydraulic reclamation sand， physical and chemical properties， water and salt movement law， water amount， desalination timeand alkalization phenomenon were studied， two optimal types and methods of desalination were obtained. [Result] Infiltration rate of freshwater， slight saline water and saline water were basically same in desalting process of hydraulic reclamation sand， while in hydraulic reclamation soil， infiltration rate from large to small was in the order as saline water， slight saline water， freshwater； freshwater， slight saline water， saline water had no obvious effect on pH of hydraulic reclamation sand before and after desalination， however， pH in hydraulic reclamation soil was significantly improved. [Conclusion] The use of slight saline water for irrigation of hydraulic reclamation sand， first use of saline water then slight saline water for hydraulic reclamation soil is the most economical and effective improvement scheme for desalination.

Key words Saline water； Slight saline water； Hydraulic reclamation soil； Optimal utilization

合理開發(fā)利用咸水和微咸水資源已成為當(dāng)今世界關(guān)注的熱點問題。實踐證明，經(jīng)適當(dāng)處理的咸水、微咸水用于農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)用水，不僅能有效節(jié)省寶貴的淡水資源，還具有明顯的農(nóng)作物增產(chǎn)效果和改善生態(tài)環(huán)境的作用。濱海鹽堿地區(qū)，由于淡水資源匱缺，咸水和微咸水資源已成為不可或缺的特殊水資源。關(guān)于微咸水與咸水在干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)的資源化利用已有大量研究[1-9]，而有關(guān)沿海地區(qū)吹填砂和淤泥質(zhì)吹填土脫鹽應(yīng)用方面的研究鮮見報道。筆者分析不同礦化度入滲水對吹填砂和吹填土的入滲過程、理化性質(zhì)、用水量的影響， 探討不同水質(zhì)條件下吹填土水鹽運移的規(guī)律，旨在為合理利用咸水、微咸水和劣質(zhì)水提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 采用

微咸水、咸水和淡水對吹填土和吹填砂進行淋洗試驗，2種土樣的物理化學(xué)性質(zhì)和3種水樣的基本性質(zhì)見表1、2。

1.2 試驗裝置 采用9 cm直徑PVC透明管進行一維積水入滲試驗，土柱裝填高度為26 cm，底部裝有3 cm石英砂作為濾層，用1 L容量瓶保持5 cm水頭持續(xù)供水。

1.3 試驗方法 試驗初始階段，記錄各處理的濕潤峰遷移距離與時間。待土柱下方有濾液流出時收集濾液，分析濾液礦化度、pH及體積，每隔一段時間化驗濾液離子組成。由于大部分植物在土壤含鹽量大于3 g/kg時會受到鹽害，因此取3 g/L時為達到脫鹽要求的臨界濃度，即試驗停止。為獲得最優(yōu)灌溉淋洗效益，采用咸水灌溉的土柱濾液濃度達到咸水礦化度時改用微咸水淋洗，同樣濾液礦化度<3 g/L時結(jié)束試驗。記錄試驗過程中所耗用的水量、淋洗時間，最后化驗脫鹽后土壤全鹽含量、pH及離子含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水質(zhì)對入滲過程的影響

從圖1可見，淡水、微咸水和咸水在吹填砂脫鹽過程中的入滲速率基本一致，而在吹填土中的入滲速率從大到小依次為咸水、微咸水、淡水。這說明吹填土的黏粒含量高，淡水、微咸水、咸水的入滲速率明顯不同。

2.2 不同水質(zhì)對吹填土和吹填砂淋洗濾液礦化度的影響

從圖2可見，微咸水、淡水對吹填砂淋洗脫鹽過程中土壤濾液礦化度的變化軌跡接近，而咸水的濾液初始礦化度與微咸水和淡水相當(dāng)，但受自身礦化度的影響，其濾液下降曲線滯后于微咸水和淡水。咸水、微咸水、淡水對吹填土的脫鹽速率差別很大，淡水的淋洗速率遠遠小于咸水和微咸水，淋洗最快的為咸水，這是由于咸水灌溉增強了土壤的導(dǎo)水能力，對其影響作用遠遠大于自身濃度對脫鹽的影響。在脫鹽初期，采用咸水灌溉，吹填土濾液礦化度的下降趨勢快于微咸水和淡水，但當(dāng)土壤濾液下降到入滲的咸水濃度，換用微咸水淋洗時，出現(xiàn)一個停滯期，即濾液礦化度下降緩慢或維持不變，停滯期過后濾液礦化度繼續(xù)下降，結(jié)合圖2可以看出，吹填砂的停滯期要大于吹填土。

2.3 不同水質(zhì)對吹填土和吹填砂淋洗濾液pH的影響 從圖3可見，隨著淋洗進行，濾液的pH逐漸升高，吹填砂淋洗液在3種水質(zhì)淋洗條件下pH變化規(guī)律趨于一致，而咸水和微咸水在吹填土脫鹽過程中濾液一開始就出現(xiàn)堿化，且急劇上升，而淡水的堿化出現(xiàn)時間較晚。

2.4 不同水質(zhì)對土壤鹽漬性狀的影響

由表3可知，采用咸水和微咸水進行灌溉，淋洗脫鹽后的土壤pH、殘余碳酸鈉（RSC）、全鹽含量、SAR發(fā)生了相應(yīng)的變化。

無論是土壤脫鹽堿化還是pH上升對于植物生長都是不利的。脫鹽結(jié)束后，吹填砂的pH上升不明顯，吹填土脫鹽后pH上升明顯，超過9.00以上。3種不同水質(zhì)進行灌溉脫鹽后，吹填土的SAR超出植物安全范圍。吹填砂（咸水除外）和吹填土均有RSC的出現(xiàn)，且吹填土RSC高達6.20以上，堿化嚴(yán)重，須引起注意。經(jīng)檢測，吹填土淋洗后土壤中出現(xiàn)了CO32-，這是導(dǎo)致吹填土RSC高的主要原因。

2.5 不同水質(zhì)對脫鹽用水量和脫鹽時間的影響

由表4可知，采用不同灌溉水質(zhì)進行淋洗，所需脫鹽時間不同。淋洗時間比值越大表示用時越長，因此吹填砂淋洗脫鹽用時從大到小依次為咸水、淡水、微咸水，而吹填土用咸水灌溉淋洗時間最短，其次為微咸水。從用水量看，從大到小依次為咸水、微咸水、淡水。因此，先采用咸水灌溉后改用微咸水，土柱的用水總量遠遠大于單獨用微咸水或淡水。

為了尋求最優(yōu)節(jié)水高效型的鹽堿地改良技術(shù)，使投資成本與改良時間最優(yōu)化，可建立以下方程：

Y=淋洗時間比值×M+1 m3土體淋洗水費-節(jié)省時間×V

式中，Y為總成本，M為人工費，V為改良的土壤所產(chǎn)生的經(jīng)濟、社會、生態(tài)等價值。目前天津的工業(yè)用水價格為7.5元/t，中水價格為2.4元/t，咸水（只考慮運費）1.0元/t，不同水質(zhì)灌溉所花去的成本費用見表5。

由表5可知，對于任何一種土壤采用淡水灌溉（自來水），不僅花去的水費最高，而且脫鹽時間較長，人工費用較高，因此該方案應(yīng)否決掉。采用微咸水灌溉，吹填砂、重度鹽漬土和鹽土不僅花費的水費最少，而且所花費的人工成本最低，節(jié)省的時間可以獲得額外的效益，為最佳改良方案。2種吹填土雖然采用咸水灌溉可使水費降低，但多花去的時間直接導(dǎo)致人工費增多，且遠遠大于節(jié)約的水費，因此，采用先咸水灌溉后微咸水灌溉是吹填土淋洗脫鹽的最佳方式。

3 結(jié)論與討論

（1）淡水、微咸水、咸水入滲速率的差別隨著吹填土黏粒含量的增大而增大。淡水和微咸水對吹填砂的脫鹽規(guī)律趨于一致，咸水脫鹽時間長，對于吹填土而言，咸水和微咸水的脫鹽趨勢趨于一致，而淡水脫鹽時間最長且滯后。

（2）土壤物理性能差、水力傳導(dǎo)度低的情況下，可以首先用適當(dāng)含鹽水進行連續(xù)淋洗，然后逐漸減小灌溉水的鹽分濃度，以增加土壤的滲透性能。

（3）淡水、咸水和微咸水對吹填砂和吹填土脫鹽前后pH影響表現(xiàn)明顯差異，前者變化不明顯，而后者均出現(xiàn)明顯的上升，SAR也超出植物的安全范圍。吹填砂（咸水除外）和吹填土均有RCS，吹填土的RSC高達6.20以上，存在堿化問題，須引起注意。吹填砂用微咸水灌溉脫鹽，而吹填土先咸水后微咸水進行灌溉脫鹽是最經(jīng)濟有效的改良方案。

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