基于井渠結(jié)合灌溉排水方式對(duì)鹽堿地改良效果研究

蘇日娜，張 健

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利事業(yè)發(fā)展中心，呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古財(cái)經(jīng)大學(xué)，呼和浩特 010010）

關(guān)鍵字：井渠結(jié)合；灌溉排水方式；鹽堿地；改良效果

0 前 言

河套灌區(qū)地勢(shì)平緩，部分溝道不暢、地勢(shì)低洼的現(xiàn)狀，無(wú)自流排水條件，必須配套機(jī)井和其它強(qiáng)排措施才能達(dá)到排水目的；而機(jī)井排水必須排入排水溝，經(jīng)排水溝排出灌區(qū)。由于溝道排水不暢，將會(huì)使機(jī)井排出的水回滲補(bǔ)充地下水，達(dá)不到排水目的，并產(chǎn)生嚴(yán)重的浪費(fèi)。因此，排水不暢時(shí)，必須井、渠、溝、站聯(lián)合調(diào)度，才能達(dá)到排水目的。井渠溝站可以在小區(qū)域聯(lián)合調(diào)度，也可在大區(qū)域聯(lián)合調(diào)度。井渠溝站聯(lián)合調(diào)度結(jié)合溝水利用、節(jié)水灌溉，可減輕溝道的排水負(fù)擔(dān)，減少灌區(qū)引水量，加速土壤鹽堿化的改良。

1 試驗(yàn)區(qū)位置

項(xiàng)目區(qū)位于河套灌區(qū)雙河鎮(zhèn)，試驗(yàn)區(qū)地處東經(jīng)107°18′，北緯40°41′，地面高程在1041~1043m 之間，土壤質(zhì)地以輕壤為主，占總面積的74.47%，中壤占11.85%。其中在1m 土層內(nèi)出現(xiàn)薄厚不等黏土夾層者占23.42%。耕地土壤類型屬草甸灌淤土，鹽土占19.06%，白疆土及鹽漬白疆土各占0.49%。地下水礦化度1~3g/L 的面積占60.5%，3~5g/L 的面積占19.52%，5~10g/L 的面積占14.42%；＞10g/L 的面積占5.47%。灌排系統(tǒng)有灌溉支、斗渠13 條，有排水斗溝7 條，農(nóng)溝12 條，排水機(jī)井42 眼。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)區(qū)有機(jī)井42 眼，布設(shè)15 個(gè)地下水觀測(cè)設(shè)施，試驗(yàn)監(jiān)測(cè)期4a，試驗(yàn)區(qū)機(jī)井配套潛水泵揚(yáng)程18m、流量50m3/h。機(jī)井及觀測(cè)孔配備觀測(cè)員按制定的記錄表格要求進(jìn)行觀測(cè)記錄。記錄以m 為單位，記到小數(shù)點(diǎn)后兩位。觀測(cè)工具用電測(cè)降鳴器，比較靈敏。

地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)：從完成地下水觀測(cè)孔的布設(shè)并開(kāi)始觀測(cè)。大體按方格式布設(shè)在機(jī)井群的中心位置計(jì)15 眼。第五年之前每5d 觀測(cè)一次，第五年每3d 觀測(cè)1 次。土壤鹽分采樣點(diǎn)與地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)也是15 點(diǎn)。每年頭水前、頭水后、伏泡前后、秋澆前后各采樣一次。地下水礦化度采樣有機(jī)井、觀測(cè)孔地下水采樣兩種。

3 試驗(yàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 地下水埋深變化

監(jiān)測(cè)第一年機(jī)井抽水排灌開(kāi)始時(shí)，4 月份春灌前地下水埋深1.54~1.68m，5-9 月夏秋灌期地下水埋深0.66~1.47m 上下浮動(dòng)，秋澆前地下水埋深1.12~1.24m，秋澆后地下水埋深快速升高至0.14m再逐漸下降；從第二年開(kāi)始，非灌溉期地下水埋深逐年增大，主要是進(jìn)水量減小，排水量增大的結(jié)果，工程設(shè)施逐步完善及科學(xué)調(diào)度發(fā)揮了綜合效益。但是灌期（5-9 月）歷年地下水埋深雖然變化形態(tài)各異，卻總是在大約0.75m 的一條水平線上下起伏變動(dòng)，充分說(shuō)明在灌期，灌溉（包括降雨）是決定地下水埋深的決定因素。

3.2 土壤鹽分變化

為了掌握井渠結(jié)合灌溉對(duì)土壤鹽分的影響，對(duì)土壤鹽分進(jìn)行定位觀測(cè)，機(jī)井排灌前2 年對(duì)土壤定位觀測(cè)成果。

試驗(yàn)表明，機(jī)井與明溝相比有一定的排水優(yōu)勢(shì)，機(jī)井排水淋洗鹽堿用水少，明溝脫鹽主要是沖洗脫鹽，必須增加引進(jìn)水量，而機(jī)井排灌則不必增加引進(jìn)水量，同樣可以達(dá)到脫鹽效果。由于機(jī)井排水騰空地下庫(kù)容，有利土壤水分下滲，鹽隨水份下移，地下水位下降而土壤脫鹽，脫鹽效率高。試驗(yàn)區(qū)春季抽水表現(xiàn)為土壤含水低，低洼鹽堿地能夠及時(shí)播種，同時(shí)春潮小、返鹽輕、黃苗坐苗現(xiàn)象相應(yīng)得到解決，苗壯、苗齊效果明顯。試驗(yàn)及調(diào)查資料也證明，在機(jī)井排灌條件下土壤脫鹽比渠灌溝排脫鹽效果快，土壤含鹽量愈高脫鹽率也愈高[1]，秋澆前脫鹽率見(jiàn)圖1。

圖1 秋澆前脫鹽率圖

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：在機(jī)井排灌開(kāi)始一年間，秋季伏泡前有73.3%的試驗(yàn)地土壤脫鹽、平均土壤脫鹽率為36.35%，整個(gè)區(qū)域土壤脫鹽率為17.6%；在一年內(nèi)秋澆前有60%的試驗(yàn)地土壤脫鹽、平均脫鹽率為45.2%，整個(gè)區(qū)域脫鹽率為11.3%。以試區(qū)土壤鹽分動(dòng)態(tài)定位觀測(cè)的土壤脫鹽率為標(biāo)準(zhǔn)，以秋澆前區(qū)域平均脫鹽率11.3%為限，若對(duì)灌區(qū)內(nèi)采用同樣的改良措施將重鹽漬區(qū)(含鹽量0.745%)、中鹽漬區(qū)(含鹽量為0.476%)、輕鹽漬 (含鹽量0.333%)、微鹽漬(0.234%)改良為非鹽漬(0.087%)，分別需要18 年、14 年、11 年、8.3 年。若以伏泡前平均脫鹽率36.25%為界，在加強(qiáng)排水工作的情況下將重、中、輕、微鹽漬區(qū)改良為非鹽漬區(qū)所需年限分別為：4.8 年、3.8 年、3.0 年、2.2 年。定位觀測(cè)土壤鹽分動(dòng)態(tài)成果及分區(qū)表明，采用井渠結(jié)合對(duì)加快土壤脫鹽毋庸置疑，脫鹽率的大小及改良年限關(guān)鍵在于水利配套措施能否滿足井渠結(jié)合灌溉的要求，伏泡前脫鹽率積鹽率，見(jiàn)圖2。

圖2 伏泡前脫鹽率積鹽率圖

荒地、新開(kāi)荒土壤鹽分總體上逐步降低，耕地基本處于動(dòng)平衡穩(wěn)定狀態(tài)，鹽分在0.1%以下。灌前土壤鹽分剖面分布為上大下小，是T型。灌期耕地土壤鹽分剖面分布趨于均勻，上部減小、下部變化甚微，頭水后0~100cm 土層鹽分含量大于灌前；新開(kāi)荒地秋澆后鹽分在剖面上分布亦較均，向耕地類靠近，荒地仍呈T 型分布。試驗(yàn)區(qū)經(jīng)過(guò)幾年的井灌井排試驗(yàn)，使試區(qū)土壤鹽分在返鹽期已經(jīng)降至0.2%以下，機(jī)井排灌實(shí)踐再一次證明，利用機(jī)井排灌對(duì)土壤脫鹽效果明顯。

針對(duì)試驗(yàn)小區(qū)土壤鹽分變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，時(shí)間開(kāi)始于4 月下旬水稻種植前，試驗(yàn)區(qū)現(xiàn)狀為由鹽荒地改造為耕地還不足2 年，土壤鹽堿化狀況比較明顯，鹽漬化程度屬于中輕度。潛水蒸發(fā)對(duì)土壤解凍的影響明顯，鹽分隨水分蒸發(fā)向地表積聚，試驗(yàn)小區(qū)在作物種植前表層鹽分偏高，使用地下水灌溉4 月土壤作物種植前地表土壤鹽分含量為5.3g/kg，收獲后變?yōu)?.54g/kg；使用黃河水和地下水輪灌4月土壤作物種植前地表土壤鹽分含量為3.18g/kg，收獲后變?yōu)?.49g/kg；使用黃河水灌溉4 月土壤作物種植前地表土壤鹽分含量為4.06g/kg，收獲后變?yōu)?.03g/kg；3 種試驗(yàn)處理作物收獲后的土壤含鹽量普遍比作物種植前土壤含鹽量少。

3.3 不同試驗(yàn)處理產(chǎn)量與土壤含鹽量分析

試驗(yàn)分析不同灌水模式處理下，作物產(chǎn)量和土壤含鹽量的關(guān)系。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)井渠輪灌的作物產(chǎn)量最高7515kg/hm2，純渠灌最小5385kg/hm2；井渠輪灌模式下平均脫鹽量達(dá)到2.325 萬(wàn)kg/hm2，純井灌溉模式下畝均脫鹽量達(dá)到1.45 萬(wàn)kg/hm2，可以發(fā)現(xiàn)井渠輪灌模式下畝均脫鹽量效果最佳。作物產(chǎn)量主要受水分影響，井渠輪灌在作物關(guān)鍵需水期能依靠井水及時(shí)灌溉使作物不受水分脅迫，產(chǎn)量最高，同時(shí)畝均脫鹽量也最高；但純井灌區(qū)受水分及水溫影響產(chǎn)量不高，由于地下水礦化度高，脫鹽效果不佳，不易被當(dāng)?shù)剞r(nóng)民接受；純渠灌由于在一定程度上改良土壤，保持了較高水溫，脫鹽量較大，但對(duì)于灌溉保證率不高，產(chǎn)量最低，但隨著水資源日益緊缺，種植改良鹽堿地潛力受到限制。

3.4 試區(qū)灌前地下水埋深與土壤鹽分關(guān)系分析

機(jī)井排灌降低地下水埋深目的是控制灌前耕層土壤鹽分，繪制灌前土壤鹽分與地下水埋深的關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3 灌前土壤鹽分與地下水埋深關(guān)系曲線

試驗(yàn)為期3 年的灌前地下水埋深與相應(yīng)土壤鹽分之間關(guān)系分析表明：1m 深度土壤各層鹽分與地下水埋深密切相關(guān)，地下水埋深從1m 降至1.8m 及以下時(shí)，土壤鹽分含量也逐步降低，但是地下水埋深超過(guò)1.8m，土壤鹽分隨地下水埋深而減少的梯度趨于零，為減少微量土壤鹽分而靠機(jī)井抽水降低地下水位已很不經(jīng)濟(jì)。

將土壤鹽分與地下水礦化度對(duì)照分析發(fā)現(xiàn)，其鹽分的相互轉(zhuǎn)移在頻繁的進(jìn)行著。灌前地下水礦化度之所以低，是由于水中的鹽分隨水上移至地表或耕層，水分蒸發(fā)后鹽分滯留在土壤中，實(shí)現(xiàn)了鹽分自水向土壤轉(zhuǎn)移的過(guò)程。灌后灌溉水溶解了土壤中的可溶鹽類，鹽分隨水下淋至地下水，土壤脫鹽而地下水礦化度升高，鹽分由土壤向地下水轉(zhuǎn)移。灌溉排水的技術(shù)在于除滿足作物需要之外，還要促使鹽分向有利于土壤脫鹽、排鹽的方向轉(zhuǎn)移。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上分析可知，試驗(yàn)區(qū)群井集中排灌有效降低了區(qū)域地下水位，整體處于脫鹽狀態(tài)，機(jī)井排灌具有良好改良土壤鹽漬化效果。井渠溝站聯(lián)合調(diào)度，不僅能夠起到節(jié)水灌溉，可減輕溝道的排水負(fù)擔(dān)，而且通過(guò)減少灌區(qū)引水量，亦可加速土壤鹽堿化的改良。井渠雙灌水源得以保證，土壤脫鹽效果最佳，產(chǎn)量亦獲得較好水平，適宜在引黃灌區(qū)特別是灌區(qū)下游局部地勢(shì)低洼區(qū)域開(kāi)展井渠結(jié)合灌溉達(dá)到防治土壤鹽堿化效果。