生态袋护坡排水毛沟排水排盐效果研究

张梦娇，孙书洪，李松敏，李木子，杜秋月

(天津农学院水利工程学院，天津 300384)

0 引 言

为解决滨海低平原区地下水位埋深浅、土壤盐碱化的问题，农田中普遍设置高密度的排水毛沟。排水毛沟对降低地下水位、排除农田涝水、渍水具有良好的作用，然而高密度的排水毛沟占用大量的耕地(毛沟占地10%)。生态袋护坡排水毛沟主要材质为生态袋，是以聚酯纤维为原材料制成的双面熨烫针刺无纺布加工而成的一种袋子，具有抗老化、无毒、裂口不延伸等特点，其内填充的植物种子成长之后，根部有锚固加筋作用，可降低坡体孔隙水压力，截留降雨，防止水土流失，具有较好的稳定性[1]。应用生态袋护坡排水毛沟可减小边坡系数，有效节省工程占地面积。本试验以生态袋护坡排水毛沟的排水排盐效果为关注重点，展开相关研究。

1 试验区概况

本次试验区选址位于北大港农场，该地位处天津市滨海新区大港小王庄镇，四至范围：东邻北大港水库，南靠青静黄排水渠，西至205国道，北至钱圈水库。本次试验区测量点选取葡萄种植区T5区内。

试验区灌溉标准为，灌溉保证率取75%。农田排涝标准为农田排涝10年一遇，设计暴雨历时和排水时间为1 d暴雨，从作物受淹起2 d内排至田面无积水。排渍标准为排渍深度1.2 m，旱作物耐渍深度0.8 m，耐渍时间3 d。

T5试验田区原有排水毛沟398条，长210～595 m不等，沟上口宽3.72 m，深0.2～3.0 m，两沟平均间距为24 m。本项目对原有排水毛沟采用生态袋护坡型式，坡降为0.0001，底宽0.5 m，缩小上口宽度为1.5 m，沟深1.2 m，边坡1:0.5，设计水深0.5 m，排水沟设计流量为0.037 m2/s，满足排水沟控制的最大排水区域(80 m宽，580 m长)在农田十年一遇的排涝标准下排水流量为0.02 m3/s，沟间距维持原状，平均24 m。

2 试验设计

本实验是为研究生态袋排水护坡的排水毛沟在保证排水流量和不改变毛沟间距的条件下，对土壤的排盐排水效果[2]。因此实验区域选择在T5区两条生态袋护坡排水毛沟之间的区域，等间距取5列葡萄藤，每列葡萄藤取3个测量点，每一测量点平均距葡萄藤根部10 cm左右，测量含水率和导电率两组数据。在测量点10、30、50、70和90 cm五个不同土壤层深度分别采取土样，烘干法测量含水率[3]，取土样放入烘干箱，烘干至恒重，测量土壤中自由态的水以蒸汽的形式散失掉后的重量，可获得土壤水分含量，为减少误差平行测定3次，并取其平均值。在试验地测量点利用盐度计测量10、20、30、40、50和60 cm六个不同土壤层深度的电导率来确定土壤盐分。

生态袋护坡排水明沟断面与测量点位置见图1。

图1 生态袋护坡排水毛沟断面与测量点位置示意图(单位：mm)

3 试验数据及数据分析

本试验数据为2017年雨季(6-9月)期间，降雨之后进行的现场观测[4]。依据所得数据，将不同深度土层的土壤含水率和土壤盐度做成相应的数据统计图，可清晰的观察到土壤含水率和土壤盐度随土壤深度的变化趋势及剖面变化趋势。

3.1 不同深度土层土壤含水率的变化趋势

本组数据以土壤含水率为横轴，以土壤深度为纵轴做出统计图，见图2。由图可知，水分在土壤内的分布总趋势为随着土层深度增加逐渐升高的梯度变化，其中表层土壤的含水率在15%～20%之间变化，随后土壤含水率在30～70 cm呈逐渐升高趋势，深度超过70 cm后有小幅下降，据分析是因为葡萄根系为垂直分布，且多分布在20～60 cm的土层中，植物根系在土壤中拥有保水的效果[5]，因此在70 cm以下的土层中水分含量有所降低。

图2 不同测量点不同深度土层的土壤含水率

3.2 不同深度土层的土壤含水率的剖面变化

本组数据以测量点为横轴，以土壤含水率为纵轴做出统计图，见图3。由图3可见，土壤含水率在同一土层深度的平面上呈中间高，两边低的趋势，两侧紧邻排水毛沟的土壤含盐量最小，而中间距毛沟远的土壤含盐量较大。且表层土壤含水率和深度为90 cm的土层的含水率变化趋势较小，原因大雨刚过表层土壤的水分未及时下渗，而90 cm深度土层由于承接上层土壤下渗水份因此变幅较小。

图3 不同深度土层的土壤盐度的剖面变化

3.3 不同深度土层土壤盐度的变化趋势

本组数据以土壤含水率为横轴，土壤深度为纵轴做出统计图，如图4所示。从图4的4张图中，均能够看出土壤剖面表层土壤盐度值在0.5～2.5 g/kg之间变动；20～40 cm深度土壤盐度值在2.5～5.0 g/kg之间变动；40～60 cm深度的土壤盐度值在5.5～8.5 g/kg之间变动。土壤含盐量总体呈现随土壤深度的增加而升高的趋势。且从总体趋势上看，从6-9月份，土壤表层及浅层的含盐量呈下降趋势。这说明表层土壤的盐分在随着水分入渗至下层土壤，因此表层土含盐量减少而深层土壤含盐量增加[6]。

图4 不同测量点不同深度土层的土壤盐度

3.4 不同深度土层的土壤盐度的剖面变化

本组数据以测量点为横轴，土壤盐度为纵轴做出统计图，见图5。由图5可知，土壤含盐量在同一土层深度的平面上呈中间高，两边低的趋势，两侧紧邻排水毛沟的土壤含盐量最小，而中间距毛沟远的土壤含盐量较大。且与图3相比较发现土壤含盐量与土壤含水率的变化趋势大体一致[8]，说明符合“盐随水来，盐随水去”的土壤水盐运移理论[9,10]。

图5 不同深度土层的土壤盐度的剖面变化

3.5 生态袋护坡排水毛沟与自然毛沟的排盐效果对比

经数据分析可知，实验期间通过生态袋护坡排水毛沟对天津土壤进行排水，从6月至9月表层土壤含盐量(0～20 cm)平均下降1.40 g/kg，20～40 cm土层的土壤含盐量平均下降1.24 g/kg，40～60 cm土层的土壤含盐量平均下降1.06 g/kg。而通过自然毛沟排水排盐的田间土壤，9月份土壤含盐量与6月相比较，表层土壤含盐量(0～20 cm)平均下降1.48 g/kg，20～40 cm土层的土壤含盐量平均下降1.82 g/kg，40～60 cm土层的土壤含盐量平均下降0.92 g/kg[7]。可见，生态袋护坡排水毛沟的排盐效果与自然排水毛沟的排水效果相差无几。

经过一段时间的测量观察，可以明显看到试验区域的作物生长状况，葡萄园试验地由枝叶稀落疏散变到如今的硕果累累，可见生态袋护坡排水毛沟的排水排盐效果十分明显。

本试验综合利用“盐随水来，盐随水去”的土壤运移规律改良土壤盐碱地，采用该生态袋护坡明沟和暗管两种排水设施均可以起到很好的排控效果。遵循作物生长规律的同时利用农业工程技术，通过盐碱地土壤水分、季节性分配，使土壤减少胁迫危害，达到土壤积盐和排盐平衡，合理调整水盐分布，使作物生长水盐环境与作物相适宜，同时通过灌溉技术在干旱时起补充水分，在雨季时对作物进行洗盐和排涝，使作物在盐碱环境下能够正常生长。

4 结 论

“盐随水来，盐随水去；盐随水来，水去盐留”，土壤盐分及土壤水分的运动有很大关系。盐碱地改良的工程措施主要是通过排水降低地下水位的方式，将土壤中的盐分经过淋洗的方式降低。通过实验可得出以下结论：

(1)实验表明采用生态袋护坡毛沟进行排水排盐，并通过雨季降雨洗盐，可以有效降低土壤含盐量，尤其是土壤表层含盐量能够得到有效地降低。

(2)土壤含盐量与土壤含水量二者的变化趋势大体一致。

(3)设计排水沟的深度将地下水位控制在作物根系活动层之下[11]，可使土壤盐分在降雨或灌溉时随水入渗下降。

(4)生态袋护坡毛沟的每条排水沟所控制的土壤侧渗区宽度有限，靠近沟渠的地方排盐效果好，中部远离沟渠的地方排盐效果较差。

(5)生态袋护坡毛沟与普通毛沟相比，不仅可以实现普通排水毛沟的排盐效果，且在保证灌溉排水流量的同时，降低边坡系数，减少耕地占用，但工程造价与自然毛沟相比较高。同时生态袋内植物有降雨节流、固坡的作用，可以有效控制水土流失。

参考文献：

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文章编号： 1007-4929(2018)06-0078-05