我國(guó)暗管排水技術(shù)發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與展望*

譚 攀, 王士超, 付同剛, 劉金銅, 韓立樸**

我國(guó)暗管排水技術(shù)發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與展望*

譚 攀1,2, 王士超1, 付同剛1, 劉金銅1,2, 韓立樸1,2**

(1. 中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/河北省土壤生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 石家莊 050022; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

暗管排水技術(shù)是我國(guó)鹽堿地改良、澇漬區(qū)排水、南方稻田養(yǎng)分管理的重要技術(shù)之一。21世紀(jì)前20年暗管排水技術(shù)蓬勃發(fā)展, 綜述其發(fā)展歷史和現(xiàn)狀有助于讀者全面、系統(tǒng)地了解該項(xiàng)技術(shù), 掌握其未來(lái)的發(fā)展方向?；贑NKI、萬(wàn)方、維普、百度學(xué)術(shù)和Elsevier數(shù)據(jù)庫(kù)及國(guó)家自然科學(xué)基金委網(wǎng)站、百度搜索等平臺(tái), 采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)暗管排水技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)、用途變化、應(yīng)用的空間分布、應(yīng)用面積和服務(wù)對(duì)象等進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn), 近50年來(lái)我國(guó)暗管排水發(fā)展主要分為初步探索期(1976—1998年)、漸進(jìn)發(fā)展期(1999—2008年)與蓬勃發(fā)展期(2009—2020年); 江蘇和山東為暗管排水技術(shù)研究的熱門研究省份; 水稻、小麥、玉米、棉花是我國(guó)暗管排水技術(shù)主要的服務(wù)對(duì)象; 暗管排水技術(shù)正在鹽堿地改良領(lǐng)域快速發(fā)展, 主要以淋洗土壤鹽分為主。水鹽調(diào)控技術(shù)一體化以及暗管生態(tài)修復(fù)將是未來(lái)暗管排水發(fā)展的重要方向。隨著暗管、濾料等材料的更新和暗管施工機(jī)械智能化鋪設(shè)效率的提高, 暗管排水技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛。

暗管排水; 發(fā)展歷史; 研究現(xiàn)狀; 水鹽調(diào)控

暗管排水技術(shù)是將具有滲水功能的管道埋置于地下適當(dāng)位置, 用于控制地下水位、調(diào)節(jié)土壤水分、改善土壤理化性狀, 從而達(dá)到促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)保護(hù)的一項(xiàng)技術(shù)措施[1]。田間排澇是暗管排水技術(shù)最主要的用途, 也是解決低洼地區(qū)澇害的主要手段之一[2]。暗管排水技術(shù)也可以用于排水排鹽, 根據(jù)“鹽隨水來(lái), 鹽隨水去”的原理, 當(dāng)土壤中水分達(dá)到田間最大持水量時(shí), 土壤水從管壁滲水微孔滲入暗管中, 溶解在水中的鹽分隨水排出土體, 從而降低土壤鹽含量, 達(dá)到治理鹽堿地的目的[3]。暗管在使用的過(guò)程中, 也存在淋失土壤養(yǎng)分尤其是氮素的情況[4], 并且受到土壤質(zhì)地的限制[5]。目前我國(guó)暗管排水技術(shù)研究的總體情況是什么？研究集中在哪些地區(qū)、針對(duì)哪些作物？理清上述問(wèn)題, 對(duì)系統(tǒng)性了解我國(guó)暗管排水技術(shù)研究現(xiàn)狀以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)具有重要意義。

本文從中國(guó)知網(wǎng)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)、維普數(shù)據(jù)庫(kù)、百度學(xué)術(shù)以及Elsevier數(shù)據(jù)庫(kù)等相關(guān)平臺(tái), 下載整理了相關(guān)文獻(xiàn)523篇。從國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)網(wǎng)、百度搜索等相關(guān)網(wǎng)站挖掘整理出我國(guó)截至2020年3月立項(xiàng)的相關(guān)項(xiàng)目180項(xiàng), 并對(duì)上述資料進(jìn)行了整理。

1 我國(guó)暗管排水技術(shù)研究重點(diǎn)及服務(wù)對(duì)象的演變分析

1.1 我國(guó)暗管排水技術(shù)研究重點(diǎn)演變分析

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó), 農(nóng)業(yè)發(fā)展歷史悠久[6], 為了避免農(nóng)作物受到旱、澇、鹽堿等危害, 灌溉排水事業(yè)隨之發(fā)展起來(lái)[7]。早期在河南省濟(jì)源縣用3片瓦拼合而成的合瓦管進(jìn)行排水[8]。隨后河南省堰師縣將陶土管埋置地下, 用來(lái)代替地面溝渠排水, 并取得了較好的效果[7]。1961年, 江蘇省昆山縣農(nóng)田水利試驗(yàn)站科技人員利用瓦管和灰土管開(kāi)展了暗管排水治漬害的研究, 拉開(kāi)了我國(guó)近代暗管科技研究的序幕[9]。1966年, 河南省溫縣將混凝土管道試鋪在地下代替明渠且獲得成功[7]。20世紀(jì)70年代到21世紀(jì)20年代是我國(guó)暗管排水技術(shù)發(fā)展的重要時(shí)期, 也是技術(shù)更迭最快, 發(fā)展最迅猛的時(shí)期。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的分析, 可將近50年(1976—2020年)我國(guó)暗管排水技術(shù)發(fā)展分為3個(gè)階段: 第1個(gè)階段初步探索期(1976—1998年), 在1989年左右呈現(xiàn)第1階段的高峰時(shí)期。第2階段漸進(jìn)發(fā)展期(1999—2008年), 研究的活躍期在2000年前后。第3階段蓬勃發(fā)展期(2009—2020年), 這一階段暗管的研究呈現(xiàn)出爆發(fā)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

第1階段主要以暗管材料、濾料的研究示范為主。早期多使用泥土管、瓦管進(jìn)行排水[10], 也有用楠竹[11]、蘆葦[12]、沙子[13]作為排水通道使用。周安增等[14]在黑龍江三江平原分別利用稻殼、草把和沙子建成地下水通道代替水泥管進(jìn)行試驗(yàn), 研究發(fā)現(xiàn)稻殼暗管排水效果最好, 其次是草把暗管, 最差的是沙子暗管。但這些材料在使用期間容易松動(dòng)淤堵,費(fèi)時(shí)費(fèi)力成本偏高, 應(yīng)用面積小。1978年初, 中國(guó)科學(xué)院率先利用塑料暗管進(jìn)行排水, 并在上海各縣開(kāi)展試驗(yàn), 取得較好效果[15]。20世紀(jì)80年代, PVC材質(zhì)波紋暗管開(kāi)始批量上市, 暗管排水技術(shù)的應(yīng)用面積大幅提高[16]。林起[17]研究了塑料波紋暗管排水的優(yōu)點(diǎn)與相關(guān)工程技術(shù), 研究發(fā)現(xiàn)利用波紋管排水能穩(wěn)定控制地下水位, 從而防止土壤次生鹽漬化, 增加產(chǎn)量, 還能減少對(duì)耕地的占用, 免除人工挖溝清淤的繁重勞動(dòng), 大大減少農(nóng)田基建投資, 有利于田間農(nóng)事的機(jī)械化耕作。

第2階段暗管的管材和埋設(shè)技術(shù)趨于成熟, 暗管排水技術(shù)的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)入應(yīng)用研究, 并在全國(guó)各地多處開(kāi)展應(yīng)用試驗(yàn)。邵孝侯等[18]在長(zhǎng)江中下游低洼圩區(qū)研究了如何優(yōu)化排水暗管的埋深和間距, 以低成本為目標(biāo)建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型, 通過(guò)試驗(yàn)得出暗管埋深在0.9~1.1 m的范圍內(nèi)較佳, 最優(yōu)間距由土質(zhì)決定, 其中黏土為10 m, 壤土為18 m。張瑜芳等[19]在淹灌稻田研究了暗管排水中氮素流失情況, 發(fā)現(xiàn)氮素流失與施肥量、肥料類型以及排水條件有關(guān), 施肥量大會(huì)導(dǎo)致氮素流失量增加, 碳銨易揮發(fā)也會(huì)造成大量損失, 較大的排水量也會(huì)增加氮素的流失, 為了減少水稻田暗管中氮素的流失, 提出應(yīng)該科學(xué)施肥, 合理排水。

第3階段國(guó)產(chǎn)化大型鋪管機(jī)械的研制和暗管材料的低成本推廣促進(jìn)了我國(guó)暗管排水技術(shù)的迅猛發(fā)展?！笆濉逼陂g, 國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目加快了我國(guó)暗管鋪設(shè)設(shè)備的研發(fā)和關(guān)鍵部件國(guó)產(chǎn)化, 大大提高了暗管鋪設(shè)效率, 降低了暗管技術(shù)的應(yīng)用成本。我國(guó)高密度聚乙烯等材料的波紋滲水管開(kāi)始大范圍應(yīng)用, 促使暗管由單純排水向排水排鹽和水鹽調(diào)控研究轉(zhuǎn)變。于淑會(huì)等[8,20-25]在河北濱海平原進(jìn)行了試驗(yàn), 研究了暗管排水排鹽改良鹽堿地的機(jī)理以及作物品質(zhì)和產(chǎn)量對(duì)暗管排水的響應(yīng), 指出淡水淋鹽是暗管排水改良鹽堿地的關(guān)鍵點(diǎn), 合理的灌溉制度配合暗管埋設(shè)可以有效降低地下水位, 增強(qiáng)淋洗鹽分, 使玉米()、小麥()、棉花(spp.)增產(chǎn), 并能提高使用區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。張展羽等[26]利用DRAINMOD-S模型對(duì)濱海鹽堿地暗管排水脫鹽進(jìn)行了模擬, 在鹽堿地改良過(guò)程中, 可作為有效工具應(yīng)用于暗管排水工程設(shè)計(jì)和管理。在天津?yàn)I海新區(qū)進(jìn)行的暗管試驗(yàn)[27-36], 研究了暗管排水改良綠化技術(shù), 發(fā)現(xiàn)暗管排水能夠有效地排除土壤鹽分, 通過(guò)40 d的改良, 在喬木栽植帶間, 0~60 cm和0~100 cm土層土壤脫鹽率分別為88.5%和72.9%, 土壤鹽分達(dá)到了一般喬木可承受范圍。

1.2 近50年我國(guó)暗管排水技術(shù)服務(wù)對(duì)象的演變分析

近50年來(lái)利用暗管排水(排鹽)輔助作(植)物生長(zhǎng)的研究中, 有具體名目的作(植)物共計(jì)出現(xiàn)51種。在20世紀(jì)70年代, 水稻()、小麥等作物為主要的暗管排水技術(shù)服務(wù)對(duì)象。而80—90年代, 水稻、小麥、棉花和玉米成為了暗管排水技術(shù)的服務(wù)對(duì)象。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái), 水稻田的暗管排水研究熱度有所下降, 而棉花和玉米的暗管排水研究呈上升趨勢(shì)。隨著我國(guó)對(duì)糧食需求的不斷增加, 耕地面積的不斷減少以及對(duì)鹽堿地資源高效利用的不斷深入, 通過(guò)暗管排水排鹽技術(shù)改良鹽堿地生產(chǎn)糧食的需求不斷加大, 未來(lái)暗管排水技術(shù)的服務(wù)對(duì)象可能會(huì)以小麥、玉米、谷子()等糧食作物為主。

2 我國(guó)暗管排水技術(shù)主要研究應(yīng)用區(qū)域

通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與ArcGIS制圖分析發(fā)現(xiàn), 開(kāi)展暗管排水技術(shù)研究的區(qū)域主要集中在我國(guó)北方, 分別是山東、江蘇、寧夏、山西、新疆和黑龍江省, 從文獻(xiàn)中有明確數(shù)據(jù)的應(yīng)用面積來(lái)看, 山東是應(yīng)用面積最大的省份, 為2.8萬(wàn)hm2, 其次山西2.0萬(wàn)hm2, 黑龍江1.8萬(wàn)hm2, 寧夏1.7萬(wàn)hm2。

在我國(guó)中東部的山東省, 暗管多用于排鹽, 這與山東省的地理位置有著密切的聯(lián)系, 山東地處黃渤海沿岸, 濱海區(qū)域地下水含鹽量高, 黃河從山東入海, 形成了黃河三角洲。山東省的主要研究地點(diǎn)是在濱州市和東營(yíng)市。于昌江等[37]探究了山東咸水資源開(kāi)發(fā)利用措施, 分別對(duì)咸水淡化、上糧下漁、暗管排鹽等技術(shù)做出分析, 其中指出了暗管排鹽技術(shù)的核心是以當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件為基礎(chǔ)確定合理的暗管網(wǎng)絡(luò), 在最大限度上將淺層咸水排除, 再經(jīng)過(guò)灌溉水和降水對(duì)鹽土層的沖洗, 達(dá)到鹽堿地改良的效果。李建來(lái)等[38]研究了巧用暗管排堿技術(shù)改善黃河三角洲鹽堿土地的方法, 在合理鋪設(shè)好暗管的同時(shí), 用黃河水來(lái)灌溉田地, 地表多余水分通過(guò)暗管排走的同時(shí)帶走了土壤中多余的鹽分, 從而改善黃河三角洲土壤鹽堿化的狀況。

在我國(guó)中部省份江蘇省, 水稻、小麥等農(nóng)作物被廣泛種植, 可以利用暗管排水系統(tǒng)及時(shí)降低地下水位, 減少頻繁大量降水對(duì)農(nóng)作物收獲的影響, 有助于機(jī)械收割的順利進(jìn)行[39]。周明耀等[40]在江蘇響水縣將暗管排水應(yīng)用于濱海沙性鹽土地區(qū)水稻田, 研究認(rèn)為土壤水溶解氧含量有管區(qū)要比無(wú)管區(qū)高1~2倍, 提出當(dāng)?shù)氐咎餄B漏量的上限控制指標(biāo)為14 mm?d?1, 為當(dāng)?shù)匕倒芘潘倪\(yùn)行提供重要參考指標(biāo)。邵孝侯等[41]在江蘇省灌云縣利用暗管排水和滲灌的保墑、增溫、節(jié)水和降漬的作用, 保障了小麥的生產(chǎn)過(guò)程中灌溉與排水需求, 從而達(dá)到增產(chǎn)的效果。江蘇由于地處沿海, 還存在大面積的鹽漬土, 為了給作物生長(zhǎng)提供適宜的土壤環(huán)境, 張展羽等[42]開(kāi)展了灘涂洗鹽種稻暗管工程技術(shù)參數(shù)的研究, 提出了不同脫鹽標(biāo)準(zhǔn)條件下暗管埋深、管距及管徑的確定方法。葉洪峰等[43]對(duì)江蘇濱海鹽堿地暗管改堿示范區(qū)進(jìn)行了總結(jié), 通過(guò)對(duì)示范區(qū)數(shù)據(jù)的分析, 認(rèn)為江蘇沿海地區(qū)暗管埋深0.9 m、間距15 m的組合效果最好, 平均總含鹽量由7.03 g?kg?1降低到2.47 g?kg?1, pH由8.63降低到8.04, 土壤容重由1.67 g?cm?3降低到1.53 g?cm?3。丁中兵等[44]以棉花為對(duì)象, 在江蘇射陽(yáng)縣鹽漬土地區(qū)進(jìn)行暗管排水試驗(yàn), 取得了土壤脫鹽率達(dá)61.9%~63.2%, 棉花增產(chǎn)14.9%~28.9%的良好結(jié)果。

在我國(guó)西部的新疆維吾爾族自治區(qū), 姚中英等[45]在喀什的塔里木盆地開(kāi)展暗管應(yīng)用研究, 應(yīng)用暗管后排水量是明溝的1.4~2.7倍, 水位下降速率是明溝的1.8倍, 土壤脫鹽率是明溝的1.5倍, 棉花增產(chǎn)27.1%, 小麥增產(chǎn)32.7%。在中西部的寧夏回族自治區(qū), 特別是在銀北地區(qū), 土壤鹽漬化面積較大, 劉剛[46]對(duì)銀北地區(qū)百萬(wàn)畝鹽堿地加強(qiáng)暗管排水工程實(shí)施提出了建議, 認(rèn)為實(shí)施暗管排水時(shí)還要建立配套的太陽(yáng)能排水泵站, 才能有效降低成本, 取得較好的效果。趙彥龍[47]研究了排水暗管間距對(duì)寧夏銀北地區(qū)鹽土淋洗脫鹽效果的影響, 分別設(shè)置了暗管間距20 m、14 m、10 m和5 m (CK)的對(duì)照試驗(yàn), 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)暗管間距越小越能控制好地下水埋深。

在我國(guó)北部的黑龍江省, 韓紅琴等[48]在三江平原澇漬地開(kāi)展綜合治理澇害的試驗(yàn), 研究表明實(shí)施明溝與暗管排水, 配合耕層土體“耕、松、洞”三層立體交叉的“土壤貯水庫(kù)”可以達(dá)到24 h降水206.5 mm, 2 d內(nèi)排除地表水, 達(dá)到治理澇漬地的目的。

從暗管技術(shù)應(yīng)用地區(qū)的分布來(lái)看, 我國(guó)暗管排水(排鹽)技術(shù)主要應(yīng)用在北方干旱半干旱地區(qū)以及沿海地區(qū), 這與地理位置以及氣候條件密切相關(guān)。北方干旱半干旱地區(qū)充足的光照加劇地下水的蒸發(fā), 鹽隨水來(lái), 地下水中的鹽分隨毛管水上升而聚集在土壤表層, 形成一種返鹽現(xiàn)象, 長(zhǎng)時(shí)間積累會(huì)形成鹽堿土。沿海地區(qū)的土壤因?yàn)槭艿胶Ｋ慕n, 形成濱海鹽堿土。上述地區(qū)土壤中的鹽分可以通過(guò)排水暗管隨降水排出土體, 從而使土壤脫鹽, 因此該區(qū)域?qū)Π倒芘潘披}的需求較為迫切, 區(qū)域暗管技術(shù)的應(yīng)用也相對(duì)較多。

3 我國(guó)暗管排水技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)與展望

3.1 暗管排水排鹽的比重逐漸增加

在2000年以前, 暗管技術(shù)研究重心是暗管排水, 占80%, 其次是排水排鹽, 對(duì)排水排氮研究比較少。從2000到2009年, 研究暗管排水熱度依舊很高, 對(duì)暗管排鹽的研究慢慢增多, 對(duì)排水排氮研究比例依然較少。而從2010到2020年暗管排水的研究比例明顯降低, 從76%減少到50%, 同時(shí)對(duì)排水排鹽的研究比例迅速增加, 從15%增加到34% (圖1), 研究重心正在慢慢從暗管排水防澇為主轉(zhuǎn)向暗管排水排鹽。隨著暗管排水排鹽技術(shù)模型的研發(fā)和應(yīng)用, 暗管布局參數(shù)規(guī)劃可以通過(guò)Drainmod-S、Vedernikov入滲公式HYDRUS-2D模型等進(jìn)行模型模擬得出暗管埋深、間距與脫鹽率、排淋比的關(guān)系, 從而對(duì)鹽堿地進(jìn)行合理暗管布局與治理[49], 從而推進(jìn)暗管排水技術(shù)一體化應(yīng)用模式的進(jìn)程。另一方面, 與暗管排水排鹽相配套的技術(shù)不斷研發(fā)應(yīng)用, 也推進(jìn)了這一技術(shù)的發(fā)展。例如在干旱半干旱地區(qū)采用膜下滴灌與暗管排水結(jié)合進(jìn)行鹽堿地改良, 可以節(jié)約灌溉水, 水向下流入暗管的同時(shí)帶動(dòng)了鹽分向下運(yùn)動(dòng), 持續(xù)性地排出鹽分[50]。與之相似, 通過(guò)上層滲灌管進(jìn)行滲灌補(bǔ)水, 將鹽分淋向下層排水暗管, 再由下層暗管持續(xù)排出的雙層暗管灌排水技術(shù)將是未來(lái)排水排鹽技術(shù)發(fā)展的重要方向。

從國(guó)家科技項(xiàng)目立項(xiàng)來(lái)看, 國(guó)家自然科學(xué)基金自1992年開(kāi)始資助暗管排水技術(shù)相關(guān)項(xiàng)目, 截止到2007年, 13年共資助了7個(gè)項(xiàng)目, 資助金額共324萬(wàn)元。自2009年開(kāi)始, 國(guó)家自然基金委開(kāi)始加大了對(duì)暗管相關(guān)項(xiàng)目的支持力度, 立項(xiàng)數(shù)量不斷增加資助金額呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)。2009—2019年之間共計(jì)資助46項(xiàng), 累積資助金額達(dá)4802萬(wàn)元, 發(fā)生爆發(fā)式增長(zhǎng)。其中2017年專門設(shè)立了“西北旱區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水抑鹽機(jī)理與灌排協(xié)同調(diào)控”重大項(xiàng)目和“區(qū)域排鹽工程模式優(yōu)化與灌排協(xié)同調(diào)控” “農(nóng)田高效排鹽材料改性與結(jié)構(gòu)優(yōu)化”兩個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目, 單年立項(xiàng)經(jīng)費(fèi)2190萬(wàn)元, 項(xiàng)目中均涉及暗管排水排鹽相關(guān)機(jī)理與技術(shù)研究。國(guó)家自然科學(xué)基金在科學(xué)研究領(lǐng)域具有風(fēng)向標(biāo)的作用, 這再次印證了暗管排水技術(shù)的發(fā)展方向和趨勢(shì)。

3.2 暗管生態(tài)修復(fù)技術(shù)有望成為暗管排水技術(shù)的新領(lǐng)域

暗管生態(tài)修復(fù)技術(shù)通常是指在土壤受到有機(jī)或無(wú)機(jī)污染的地域, 采用溶解劑將污染物溶解, 通過(guò)暗管排出土體, 從而達(dá)到修復(fù)土壤的效果技術(shù)。圍繞這一技術(shù)領(lǐng)域, 姚榮江等[51]發(fā)明了一種重金屬污染土壤的工程-農(nóng)藝原位修復(fù)方法和裝置, 在重金屬污染土壤土層深度處鋪設(shè)水平地下暗管和垂直集滲管, 對(duì)重金屬污染的土層進(jìn)行深松粉壟, 疏松土壤并打破粘板層, 采用Na2-EDTA和檸檬酸的復(fù)配溶液進(jìn)行土壤淋洗, 結(jié)果顯示 0~40 cm土壤重金屬Pb的生物有效性系數(shù)(DTPA-TEA有效態(tài)含量/全量含量)由5.13%降為2.86%, Cd的生物有效性系數(shù)由55.4降為33.80, 起到了土壤重金屬污染修復(fù)的效果。隨著近幾年國(guó)家對(duì)土壤環(huán)境健康的持續(xù)關(guān)注, 未來(lái)通過(guò)暗管淋排技術(shù)開(kāi)展場(chǎng)地和農(nóng)田土壤污染修復(fù)將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

3.3 暗管材料和鋪設(shè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

暗管排水調(diào)控土壤水分從而達(dá)到生產(chǎn)、生態(tài)目的的理論非常成熟, 形成的時(shí)間也較早。但是長(zhǎng)期以來(lái)暗管排水技術(shù)應(yīng)用推廣卻發(fā)展緩慢, 主要是受制于暗管材料、外包濾料等材料的影響。發(fā)展初期材料笨重、制作成本高、運(yùn)輸困難等, 都限制了暗管排水技術(shù)的發(fā)展。另外一個(gè)影響暗管排水技術(shù)推廣應(yīng)用的是鋪設(shè)暗管的設(shè)備, 最初在埋設(shè)暗管時(shí)采用人工挖溝的方式, 效率低下, 成本高。隨著挖溝機(jī)輔助挖溝的廣泛應(yīng)用, 部分解決了人力的問(wèn)題, 但暗管埋設(shè)質(zhì)量相對(duì)較差。近年來(lái)國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了成熟的激光輔助開(kāi)溝、鋪管、回填一體機(jī)等暗管鋪設(shè)輔助設(shè)備, 大大提高了暗管的鋪設(shè)效率和質(zhì)量。隨著強(qiáng)度高、輕便、柔性好的暗管材料和成本低、易運(yùn)輸、輕便高效的外包濾料的發(fā)展, 以及智能化無(wú)溝暗管鋪設(shè)設(shè)備的研發(fā), 暗管排水技術(shù)將會(huì)在更廣闊的領(lǐng)域得到應(yīng)用的推廣。

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Development history, present situation, and the prospect of subsurface drainage technology in China*

TAN Pan1,2, WANG Shichao1, FU Tonggang1, LIU Jintong1,2, HAN Lipu1,2**

(1. Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences / Hebei Key Laboratory of Soil Ecology / Key Laboratory of Agricultural Water Resources, Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang 050022, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Subsurface drainage technology is important for the improvement of saline-alkali land, the drainage of waterlogged areas, and the nutrient management in rice fields. In the first 20 years of this century, subsurface drainage technology developed rapidly; thus, a review of its development history and the present situation will provide a comprehensive understanding of this technology and highlight its future development. Data were obtained from the China National Knowledge Infrastructure (CNKI)Wanfang, Weipu, Baidu Academic, and Elsevier and the National Natural Science Foundation of China and Baidu Search. Statistical analysis was used to analyze the development trends, use changes, spatial distribution of application, application area, and service objects of subsurface drainage technology. The results showed that for the past 50 years, the development of China’s subsurface drainage technology was divided into a preliminary exploration period (1976–1998), a gradual development period (1999–2008), and a vigorous development period (2009–2020). Jiangsu and Shandong Provinces were areas of intense research on subsurface drainage technology, and rice, wheat, corn, and cotton were the main service objects of subsurface drainage engineering in China. For saline-alkali land improvement, subsurface drainage techniques had developed rapidly, mainly for leaching soil salt. The integration of water and salt control technology and the ecological restoration of subsurface drainage represented an important direction for future development of subsurface drainage technology. With the renewal of subsurface drainage, new filter materials, and improvements to the intelligent laying efficiency of subsurface drainage construction machinery, the application of subsurface drainage technology will be more extensive.

Subsurface drainage; Development history; Research status; Salt and water regulation

10.13930/j.cnki.cjea.200754

譚攀, 王士超, 付同剛, 劉金銅, 韓立樸. 我國(guó)暗管排水技術(shù)發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與展望[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2021, 29(4): 633-639

TAN P, WANG S C, FU T G, LIU J T, HAN L P. Development history, present situation, and the prospect of subsurface drainage technology in China[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2021, 29(4): 633-639

S276.7

* 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2016YFC0501308)、河北省優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目(C2018503015)和河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(19226417D)資助

韓立樸, 主要從事邊際土地生態(tài)過(guò)程及資源化利用研究。E-mail: lphan@sjziam.ac.cn

譚攀, 主要從事邊際土地生態(tài)過(guò)程及資源化利用研究。E-mail: 18874825889@163.com

2020-09-16

2021-01-23

* This study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2016YFC0501308), the Foundation for Distinguished Young Scholars of Hebei Province (C2018503015), and Hebei Key Research and Development Project (19226417D).

, E-mail: lphan@sjziam.ac.cn

Sep. 16, 2020;

Jan. 23, 2021