淡水·咸水·微咸水在吹填土和吹填砂脱盐中的优化利用研究

张兴

摘要[目的]探究淡水、咸水、微咸水对吹填土和吹填砂的脱盐效果，筛选最佳方案。[方法]通过室内模拟，研究淡水、微咸水和咸水对吹填砂、吹填土的入渗过程、理化性质、水盐运动规律，通过用水量、脱盐时间和碱化现象等因素的影响，优化得出2种土样灌溉脱盐用水类型和方式。[结果]淡水、咸水和咸水在吹填砂脱盐过程中的入渗速率基本一致，而在吹填土的入渗速率从大到小依次为咸水、微咸水、淡水；淡水、咸水和微咸水对吹填砂脱盐前后pH的影响不明显，使吹填土pH明显上升。[结论]吹填砂使用微咸水灌溉，吹填土先咸水后微咸水进行灌溉脱盐为最经济有效的改良方案。

关键词 咸水；微咸水；吹填土；优化利用中图分类号 S273 文献标识码 A 文章编号 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

合理開發利用咸水和微咸水资源已成为当今世界关注的热点问题。实践证明，经适当处理的咸水、微咸水用于农业灌溉和生态用水，不仅能有效节省宝贵的淡水资源，还具有明显的农作物增产效果和改善生态环境的作用。滨海盐碱地区，由于淡水资源匮缺，咸水和微咸水资源已成为不可或缺的特殊水资源。关于微咸水与咸水在干旱地区农业的资源化利用已有大量研究[1-9]，而有关沿海地区吹填砂和淤泥质吹填土脱盐应用方面的研究鲜见报道。笔者分析不同矿化度入渗水对吹填砂和吹填土的入渗过程、理化性质、用水量的影响， 探讨不同水质条件下吹填土水盐运移的规律，旨在为合理利用咸水、微咸水和劣质水提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 采用

微咸水、咸水和淡水对吹填土和吹填砂进行淋洗试验，2种土样的物理化学性质和3种水样的基本性质见表1、2。

1.2 试验装置 采用9 cm直径PVC透明管进行一维积水入渗试验，土柱装填高度为26 cm，底部装有3 cm石英砂作为滤层，用1 L容量瓶保持5 cm水头持续供水。

1.3 试验方法 试验初始阶段，记录各处理的湿润峰迁移距离与时间。待土柱下方有滤液流出时收集滤液，分析滤液矿化度、pH及体积，每隔一段时间化验滤液离子组成。由于大部分植物在土壤含盐量大于3 g/kg时会受到盐害，因此取3 g/L时为达到脱盐要求的临界浓度，即试验停止。为获得最优灌溉淋洗效益，采用咸水灌溉的土柱滤液浓度达到咸水矿化度时改用微咸水淋洗，同样滤液矿化度<3 g/L时结束试验。记录试验过程中所耗用的水量、淋洗时间，最后化验脱盐后土壤全盐含量、pH及离子含量。

2 结果与分析

2.1 不同水质对入渗过程的影响

从图1可见，淡水、微咸水和咸水在吹填砂脱盐过程中的入渗速率基本一致，而在吹填土中的入渗速率从大到小依次为咸水、微咸水、淡水。这说明吹填土的黏粒含量高，淡水、微咸水、咸水的入渗速率明显不同。

2.2 不同水质对吹填土和吹填砂淋洗滤液矿化度的影响

从图2可见，微咸水、淡水对吹填砂淋洗脱盐过程中土壤滤液矿化度的变化轨迹接近，而咸水的滤液初始矿化度与微咸水和淡水相当，但受自身矿化度的影响，其滤液下降曲线滞后于微咸水和淡水。咸水、微咸水、淡水对吹填土的脱盐速率差别很大，淡水的淋洗速率远远小于咸水和微咸水，淋洗最快的为咸水，这是由于咸水灌溉增强了土壤的导水能力，对其影响作用远远大于自身浓度对脱盐的影响。在脱盐初期，采用咸水灌溉，吹填土滤液矿化度的下降趋势快于微咸水和淡水，但当土壤滤液下降到入渗的咸水浓度，换用微咸水淋洗时，出现一个停滞期，即滤液矿化度下降缓慢或维持不变，停滞期过后滤液矿化度继续下降，结合图2可以看出，吹填砂的停滞期要大于吹填土。

2.3 不同水质对吹填土和吹填砂淋洗滤液pH的影响 从图3可见，随着淋洗进行，滤液的pH逐渐升高，吹填砂淋洗液在3种水质淋洗条件下pH变化规律趋于一致，而咸水和微咸水在吹填土脱盐过程中滤液一开始就出现碱化，且急剧上升，而淡水的碱化出现时间较晚。

2.4 不同水质对土壤盐渍性状的影响

由表3可知，采用咸水和微咸水进行灌溉，淋洗脱盐后的土壤pH、残余碳酸钠（RSC）、全盐含量、SAR发生了相应的变化。

无论是土壤脱盐碱化还是pH上升对于植物生长都是不利的。脱盐结束后，吹填砂的pH上升不明显，吹填土脱盐后pH上升明显，超过9.00以上。3种不同水质进行灌溉脱盐后，吹填土的SAR超出植物安全范围。吹填砂（咸水除外）和吹填土均有RSC的出现，且吹填土RSC高达6.20以上，碱化严重，须引起注意。经检测，吹填土淋洗后土壤中出现了CO32-，这是导致吹填土RSC高的主要原因。

2.5 不同水质对脱盐用水量和脱盐时间的影响

由表4可知，采用不同灌溉水质进行淋洗，所需脱盐时间不同。淋洗时间比值越大表示用时越长，因此吹填砂淋洗脱盐用时从大到小依次为咸水、淡水、微咸水，而吹填土用咸水灌溉淋洗时间最短，其次为微咸水。从用水量看，从大到小依次为咸水、微咸水、淡水。因此，先采用咸水灌溉后改用微咸水，土柱的用水总量远远大于单独用微咸水或淡水。

为了寻求最优节水高效型的盐碱地改良技术，使投资成本与改良时间最优化，可建立以下方程：

Y=淋洗时间比值×M+1 m3土体淋洗水费-节省时间×V

式中，Y为总成本，M为人工费，V为改良的土壤所产生的经济、社会、生态等价值。目前天津的工业用水价格为7.5元/t，中水价格为2.4元/t，咸水（只考虑运费）1.0元/t，不同水质灌溉所花去的成本费用见表5。

由表5可知，对于任何一种土壤采用淡水灌溉（自来水），不仅花去的水费最高，而且脱盐时间较长，人工费用较高，因此该方案应否决掉。采用微咸水灌溉，吹填砂、重度盐渍土和盐土不仅花费的水费最少，而且所花费的人工成本最低，节省的时间可以获得额外的效益，为最佳改良方案。2种吹填土虽然采用咸水灌溉可使水费降低，但多花去的时间直接导致人工费增多，且远远大于节约的水费，因此，采用先咸水灌溉后微咸水灌溉是吹填土淋洗脱盐的最佳方式。

3 结论与讨论

（1）淡水、微咸水、咸水入滲速率的差别随着吹填土黏粒含量的增大而增大。淡水和微咸水对吹填砂的脱盐规律趋于一致，咸水脱盐时间长，对于吹填土而言，咸水和微咸水的脱盐趋势趋于一致，而淡水脱盐时间最长且滞后。

（2）土壤物理性能差、水力傳导度低的情况下，可以首先用适当含盐水进行连续淋洗，然后逐渐减小灌溉水的盐分浓度，以增加土壤的渗透性能。

（3）淡水、咸水和微咸水对吹填砂和吹填土脱盐前后pH影响表现明显差异，前者变化不明显，而后者均出现明显的上升，SAR也超出植物的安全范围。吹填砂（咸水除外）和吹填土均有RCS，吹填土的RSC高达6.20以上，存在碱化问题，须引起注意。吹填砂用微咸水灌溉脱盐，而吹填土先咸水后微咸水进行灌溉脱盐是最经济有效的改良方案。

参考文献

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