暗管排水对鄂尔多斯地区重度盐碱地盐分迁移规律的影响

李争争，屈忠义，杨威，王丽萍，高晓瑜，陈蒙

暗管排水对鄂尔多斯地区重度盐碱地盐分迁移规律的影响

李争争，屈忠义*，杨威，王丽萍，高晓瑜，陈蒙

（内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院，呼和浩特 010018）

【】探究暗管排水对鄂尔多斯市达拉特旗重度盐碱地土壤盐分运移的影响机制。按照暗管间距18 m、吸水管埋深1.2～1.5 m、集水管埋深1.8～2.0 m的参数，铺设暗管进行田间小区试验，利用空间插值、线性回归、主成分分析等统计方法，对2019年5—10月暗管排水条件下1 m土层的土壤含盐量、地下水埋深、地下水矿化度、灌排水水质、盐分离子等数据及其相互关系进行分析。①试验区1 m土层的盐分空间分布属于中等变异（25%～75%），土壤盐分类型为表聚型。②铺设暗管使地下水埋深增加了50～60 cm，试验结束时土壤盐分较试验开始时土壤盐分平均降低10%左右。③暗管铺设条件下，土壤盐分的主导离子为K++Na+、SO42-和Cl-，地下水中主导离子为K++Na+、Cl-和HCO3-。④暗管铺设下黄河水灌溉后，土壤中HCO3-量增加56%，而其他盐离子量降低，SO42-、K++Na+、Cl-降幅较大分别为36%、34%、31%；灌水淋洗后，排水、地下水中各离子量均增加，排水矿化度增加幅度是地下水矿化度增加幅度的3.43倍。重度盐碱地铺设暗管，能控制地下水埋深，并降低土壤含盐量，有效促进土壤中SO42-、K++Na+、Cl-的淋洗排出，但同时要注意黄河水灌溉中HCO3-可能引起的土壤碱化问题。

暗管排水；土壤盐分；空间变异；地下水；离子迁移

0 引言

【研究意义】鄂尔多斯地区位于内蒙古的西南部，盐碱地面积占内蒙古全区总盐碱地面积的14.01%。达拉特旗是鄂尔多斯市重要的农业大县，鄂尔多斯市50%的粮食产于达拉特旗。然而该地区现有盐碱化耕地2.95×104hm2，其中轻中度、重度盐碱化耕地面积分别占75.6%和24.4%，未被利用的盐碱地达到0.32×104hm2[1]。实施盐碱地改良是开发后备耕地资源、促进该地区农业高质量发展的重要前提。

【研究进展】暗管排水具有减少占地，提高土地利用率及扩大排水控制面积等优点[2]，在国内外重度盐碱地改良中都有应用。国外学者研究表明，暗管排水使土壤盐分有效的排出土壤，从而降低土壤盐分[3-4]。Qian等[5]发现暗管排水措施下，暗管间距和埋深对土壤脱盐的影响，显著高于暗管管径对土壤脱盐的影响。暗管排水措施下暗管间距比暗管埋深对土壤脱盐率的影响更加明显[6]。纪敬辉等[7]在宁夏灌区暗管埋深1.5～1.8 m，间距80 m的铺设方式下、祝榛等[8]在新疆红旗农场暗管埋深1.5 m、间距25 m的铺设条件下、窦旭等[9]在河套灌区乌拉特前旗设置暗管埋深为0.6～1.0 m，间距为20 m时，张金龙等[10]在滨海地区设置暗管埋深1.2m，间距9 m时，均呈现地下水埋深增大，土壤盐分有效降低的趋势。暗管铺设后灌水会对土壤盐分离子进行淋洗，罗浩[11]发现暗管铺设后各离子脱盐顺序表现为Cl->Na++K+>Ca2+>Mg2+> SO42-。而窦旭等[9]发现暗管铺设后各离子脱盐率为Cl->K++Na+>SO42->Mg2+>Ca2+。研究者在探究暗管排水措施对河北滨海盐碱地改良情况时指出，盐分离子随水迁移，Cl-迁移速率最快，Ca2+次之[12]。【切入点】前人分别在我国宁夏地区、新疆地区、内蒙古河套灌区、滨海地区等均开展大量的暗管排水试验，对土壤盐分的降低效果，地下水埋深状况的影响进行研究，而深入到盐分离子迁移变化情况相对较少。目前引黄灌区达拉特旗重度盐碱地暗管排水条件下，土壤盐分时空演变规律、盐离子运移特征及影响机制还不明确。

【拟解决的关键问题】本文通过分析暗管排水改良后土壤盐分的时空变化规律、地下水埋深和矿化度与土壤盐分的相关关系、暗管排水排盐能力、组成土壤盐分及地下水矿化度的主导离子、土壤盐分离子迁移规律等内容，探索暗管排水措施对达拉特旗重度盐碱地土壤盐分运移的影响规律及机制，为该地区盐碱地综合改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2019年5—10月在鄂尔多斯市达拉特旗王爱召镇东兴村试验基地（110o11'E，40o25'N）进行。该地区属于温带大陆性气候，干旱少雨，冬寒夏热，昼夜温差大，年均日照时间3 000 h左右；年均气温6.1～7.1 ℃，无霜期135～150 d，年蒸发量为2 000～2 400 mm，降雨量为200～400 mm。试验区2019年降雨量在265 mm左右，降雨主要集中在6—9月，降雨量分别为68.7、30.3、91.6、71.3 mm，5、10月降雨量较少，分别为3.8、8.9 mm。

试验区暗管的铺设于2018年10月完成，测定试验区未铺设暗管之前的地下水埋深为40～70 cm，0～20 cm土层土壤盐分平均为18～20 g/kg，20～100 cm土层土壤盐分平均为8～18 g/kg，pH值为8.7～10.0，属于重度盐碱地，其主要的物理性质如表1所示，铺设完成后进行秋浇灌溉。

2019年5月开展田间暗管排水试验，试验区种植作物为苏丹草，灌溉方式采用漫灌，灌溉水源黄河水的矿化度为577 mg/L，CO32-、HCO3-、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO42-、K++Na+量分别为0.001、0.225、0.075、0.071、0.014、0.106 g/L和0.085 g/L。春汇灌水定额为225 mm，作物生育期设置4次灌溉，灌水定额分别为45.0、52.5、78.0、60.0 mm，由于本年降雨量较大，降雨量能够满足作物各个阶段需水的要求，因此作物生育期未进行黄河水灌溉。

表1 试验地土壤主要物理性质

1.2 试验区布置

试验区东西直线长度为525 m，南北直线长度为435 m，总占地面积为23 hm2。该试验区暗管工程采取“吸水管+集水管”两级排水模式布设，等间距埋深，间距为18 m，吸水管南北方向铺设，埋深为1.2～1.5 m，集水管铺设在地块南侧，东西方向布置，埋深为1.8～2.0 m，共铺设29根暗管。同时布设6个检查明井，检查明井位于集水管上方，23个检查暗井，1个总排水井，总排水井位于排水泵房中。

试验区采取网格式布点取样，以总排水井处为取样起始点，共计18个取样点。每个采样点的位置采用手持GPS进行定位，采样深度为1 m，共6层（0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm），每次共计108个土样。在地块四周及中间设置地下水观测井6口。5月25日进行春汇前第1次取样，6月2日进行春汇，淋洗时间维持20 d左右，待田间水分排干后，每个月取样1次，取样时间分别为7月15日、8月15日、9月15日、10月15日。地下水水样、排水水样15 d取1次，土壤及水样在强大降雨或者灌溉时加测。

1.3 试验方法

1.3.1 土壤化学性质测定

土壤剖面（0～100 cm）的盐分采用水土质量比为5∶1的浸提液测定，其中CO32-、HCO3-采用酸标准溶液滴定法测定，SO42-、Ca2+、Mg2+采用EDTA络合滴定法测定，Cl-采用标准AgNO3滴定法测定，水溶性K++Na+采用阴阳离子平衡计算得出[13]。

1.3.2 水质测定

地下水埋深采用自计水位计测定，地下水、灌溉水、排水在取样后24 h进行水质监测，其中CO32-、HCO3-、SO42-、Ca2+、Mg2+、Cl-、K++Na+的测定方法与土壤离子测定方法一致，用八大离子的质量浓度总和来代表TDS[14]。

1.4 数据处理与分析

试验数据通过Excel 2007软件进行整理，采用Origin 2017软件绘制等值线图，采用统计分析软件SPSS 19.0进行盐分相关性分析及主成分分析。

2 结果与分析

2.1 暗管排水条件下土壤盐分含量变化特征

暗管排水条件下0～100 cm各土层的盐分特征统计结果如表2所示。各个时期不同土层深度的盐分最小值差别较小，土壤含盐量主要在3～4 g/kg左右，最大值之间差异明显，盐分差值为3～6 g/kg。从均值分析发现，各个月份0～10 cm土壤盐分均较大，分别为9.79、7.55、8.77、8.07、9.08 g/kg，而其他土层盐分量相当，均集中在6.22～7.51 g/kg之间，表层土壤盐分较其他土层盐分平均增大20%，说明该地区土壤类型为表聚型。暗管铺设下，试验结束时（10月）土壤盐分较试验开始时（5月）平均降低10%左右，土壤处于脱盐状态，说明暗管铺设有效降低该地区的土壤含盐量。

表2 各土层盐分特征的统计结果

从0～10 cm表层土壤盐分更加直观地看出，7—9月的土壤盐分较5月、10月土壤盐分平均降低14%左右。通过降雨、灌水情况分析可知，6—9月降雨量较多，6月2日又进行春汇，5月、10月降雨量较少。发现降雨或者灌水较多（少）时，土壤含盐量较少（多），说明暗管排水措施下足够大的降雨量、灌水量会对土壤盐分进行淋洗，使土壤盐分有效降低。变异系数大小是反映数据点的空间变异性，变异系数共计分为3个等级，C≤10%，为弱变异性，当10% <C<100%，为中等变异，当C≥100%，为强变异[15]。研究发现该试验区变异系数在25%～75%之间，属于中等变异，取样点距离暗管铺设间距不同及地势不同可能是导致该区域土壤盐分差异性的主要原因。

2.2 暗管排水条件下地下水对土壤盐分的影响

2.2.1 地下水埋深与土壤盐分时空变化特征

地下水埋深与土壤盐分在水平剖面分布情况如图1所示。从时间和空间的变化规律来看，不同时期的地下水埋深分布规律基本一致，均呈现从北到南地下水埋深逐渐变浅的分布规律，北侧地下水埋深较南侧地下水埋深平均增大27%。地下水埋深较浅的地方为集水管附近，地下水埋深在90～100 cm左右。由于集水管处地势低洼，导致集水管附近地下水埋深较浅。研究发现该区域地下水水位基本在暗管铺设深度（1.2～1.5 m）以上，暗管中一直有地下水排出，暗管铺设后地下水水位有效降低，暗管铺设后地下水埋深较未铺设暗管前地下水埋深增大了50～60 cm。

各个时期0～10 cm土壤的盐分与80～100 cm土壤盐分空间分布规律相同，呈现表层土壤盐分高于深层土壤盐分的趋势，表层土壤盐分较深层土壤盐分平均增加25%。其盐分迁移规律与暗管布置方向一致，南侧较北侧的土壤盐分平均增加70%左右，北侧最低土壤盐分平均在3～4 g/kg左右，南侧集水管附近土壤盐分平均在12.5 g/kg，总排水井附近土壤盐分最大在11～17 g/kg。集水管附近土壤盐分较大，是由于集水管附近地下水埋深较浅，在蒸发的作用下，地下水中的盐分向土壤表层迁移较多造成的。

春汇后随着时间的推移，7—10月土壤盐分呈缓慢增加的趋势。7月研究区北侧土壤盐分含量在4～10 g/kg，南侧土壤盐分为15～10 g/kg。10月土壤盐分较7月土壤盐分提高1～3 g/kg。

图1 地下水埋深和不同深度土壤盐分的空间分布

图2 土壤盐分变化量与地下水埋深变化量、矿化度变化的关系

2.2.2 地下水埋深、矿化度与土壤盐分之间线性关系

相邻月份之间土壤盐分变化量与地下水埋深变化量、地下水矿化度变化量关系如图2所示。土壤盐分变化量与地下水埋深变化量和地下水矿化度均呈线性关系，拟合方程分别为1= 784.81-35.89（=0.93，<0.01）、2= -7.64-2.58（=-0.91，<0.01），说明土壤盐分随地下水埋深的增大而减小，随着地下水矿化度的减少而减小。

2.3 暗管排水排盐特征

5—10月引排水量及引排盐量变化情况如图3所示。引水量与排水量变化情况成正比，6月引水量最大，灌溉（春汇）和降雨量达到29.37 cm，相应的排水量也最大，达到857 m3。5、10月无灌溉，降雨量也相对较少，降雨量不足1 cm，对应月份排水量较少，平均在200 m3左右。降雨引盐量很少，一般忽略不计。通过对引排盐量分析，发现6月春汇引盐量达到30 t左右，暗管排盐量在12 t左右。6月排盐量小于引盐量，原因是部分盐分被淋洗到深层土壤或者进入到地下水中。而在无灌水时，暗管中一直有盐分排出。降雨量较少时排盐量相对较少，在2 t左右，说明中排出的盐分主要为地下水中的盐分。降雨量较大时，排盐量较大在6.7 t左右。5—10月总排盐量达到32 t左右，说明暗管的铺设能够有效进行排盐过程，使土壤中的盐分排出土体之外，从而使土壤盐分降低。

图3 引排水量及引排盐量变化情况

2.4 土壤、地下水、排水中盐分主导离子的确定

2.4.1土壤、地下水、排水中离子相关性分析

土壤、地下水、排水中的含盐量与盐分离子的相关性如表3所示。土壤中的含盐量与K++Na+、Cl-、SO42-为极显著正相关，其中Cl-和K++Na+的相关性最优（=0.817和0.859，<0.01），与Mg2+、Ca2+呈弱相关性（=0.465，=0.374，<0.01），与HCO3-、CO32-无相关性。地下水矿化度与K++Na+、Cl-、HCO3-、SO42-、Mg2+为极显著正相关，阴离子中相关系数最大的为Cl-（=0.882，<0.01），阳离子中相关系数最大为K++Na+（=0.951，<0.01）。排水矿化度与HCO3-、Cl-、Mg2+、K++Na+、SO42-为极显著正相关，相关系数在0.8以上，阴离子中Cl-相关系数最大（=0.985，<0.01），阳离子中K++Na+相关系数最大（=0.984，<0.01）。

表3 盐分离子相关性分析

注 **表示在0.01水平上达到极显著水平，*表示在0.05水平上达到显著水平。

2.4.2 土壤、地下水、排水中离子主成分分析

进行主成分分析时，应满足取样足够度KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）≥0.5、<0.01的条件。对土壤、地下水、排水中离子进行主成分分析时，KMO均大于0.5。通过选取特征值≥1的标准，提取出盐分离子的主成分（图4）。土壤盐分离子提取出2个主成分，第一主成分特征值和第二主成分特征值分别为2.444、1.867。土壤盐分第一主成分中K++Na+、SO42-、Cl-因子载荷较大，对应的相关系数为0.811、0.763、0.725，第二主成分HCO3-因子载荷较大，相关系数0.883。由此说明，暗管排水条件下土壤盐分主导离子为K++Na+、SO42-、Cl-。

地下水矿化度中提取出2个主成分，2个主成分的特征值分别为3.169、1.221。地下水中K++Na+、Cl-、HCO3-在第一主成分里因子荷载量较大，对应的系数为0.923、0.870、0.727；CO32-在第二主成分荷载较大，相关系数为-0.827。说明地下水矿化度中主导离子以K++Na+、Cl-、HCO3-为主。

排水矿化度中提取前2个主成分特征值分别为5.154、1.171，排水中K++Na+、Cl-、SO42-、HCO3-、Mg2+在第一主成分因子载荷相关系数均为0.8以上，第二主成分中Ca2+相关系数也在0.8以上。说明排水矿化度中包含的主导离子种类较多，土壤及地下水中离子均随水迁移，从暗管中排出。

2.5 土壤、地下水、排水之间离子的迁移变化

灌水对土壤、地下水、排水之间离子迁移转化过程的影响如表4所示。由于CO32-在土壤、地下水以及排水中的量很少，因此CO32-的变化忽略不计。土壤中HCO3-离子量在春汇后增加56.0%，灌溉水和地下水中HCO3-量较高，分别为0.225、0.750 g/L，说明土壤中的碱性离子（HCO3-）主要来源于灌溉水和地下水。土壤中其他离子量在春汇后均呈降低的趋势，降低幅度为SO42-> K++Na+> Cl-> Mg2+> Ca2+，对应的变化量分别为1.085、0.857、0.782、0.097、0.089 g/kg。通过离子变化量大小发现灌水会大量淋洗土壤中的SO42-、K++Na+、Cl-离子。

春汇后地下水、排水中八大离子量均呈增加的趋势，Mg2+、Ca2+在地下水、排水中增加幅度较小，增加量均在0.04 g/L左右。春汇后地下水中SO42-、Cl-、K++Na+变化的较多，变化率分别为46.3%、31.0%、27.1%，HCO3-变化较少，变化率为17.4%。春汇后排水中HCO3-变化率较大，为51.6%，SO42-、K++Na+、Cl-变化率次之，分别为20.2%、28.9%、27.9%。说明土壤中淋洗出来的盐分离子会向地下水和排水管中迁移。春汇后较春汇前地下水矿化度、排水矿化度分别提高了0.678 、2.322 g/L。春汇后，排水矿化度增加幅度是地下水矿化度增加幅度的3.43倍，说明淋洗出来的盐分离子主要从暗管中排出，少量盐分离子会补给到地下水中。

图4 土壤、地下水、排水中离子因子载荷图

表4 春汇前后土壤、地下水、排水离子迁移变化

3 讨论

研究发现该地区暗管铺设埋深较地下水埋深大时，地下水埋深有效增大，土壤盐分有效降低，土壤盐分集聚类型为表聚型。与于淑会等[16]、窦旭等[9]研究结果一致。而李显微等[17]研究发现当暗管铺设埋深较地下水埋深浅时，暗管的铺设不会影响地下水埋深的变化，深层土壤含盐量高于表层土壤含盐量。对于地下水埋深较浅及矿化度较高的地区，土壤含盐量会受到地下水埋深和矿化度的影响[18]，本试验利用线性回归方程发现相邻月份之间土壤盐分变化量与地下水埋深和矿化度变化量之间具有相关关系，与李楷奕等[19]得出的结论一致。说明当天气炎热蒸发量较大时，地下水中的盐分会通过毛管力的作用迁移至上层土壤中[20]。暗管排水措施下能够阻断部分地下水向上迁移，使该部分地下水从暗管中排出，防止土壤盐分升高。降雨及蒸发会对土壤盐分产生影响，有学者研究发现次降水量超过25 mm，根层土壤盐分会发生淋洗脱盐[21]。据调查该地区1961—2018年生长季降雨量在200～400 mm左右[22]。2019年试验区生长季降雨量达到265 mm，8、9月中单日降雨量均有超过25 mm，0～20 cm土层土壤盐分明显降低，降低幅度在1～2 g/kg。10月降雨量较少，由于蒸发作用土壤盐分呈现积盐现象。因此，在今后试验中年际降雨量较大，且单日降雨量超过25 mm时，土壤盐分将会发生脱盐现象。

本研究区暗管排水条件下土壤盐分离子组成主要以K++Na+、SO42-、Cl-为主，当土壤中含有大量的K++Na+、SO42-、Cl-时，土壤结构会受到破坏，作物生长受到影响，作物对Ca2+的吸收受到限制[23]。对灌溉淋洗前后土壤盐分离子变化的监测，发现春汇使土壤中K++Na+、SO42-、Cl-被大量的淋洗，大部分K++Na+、SO42-、Cl-从暗管中排出。灌水后土壤盐分离子降低幅度为SO42->K++Na+>Cl->Mg2+>Ca2+，窦旭等[9]、徐友信等[24]研究发现土壤盐分降幅表现为Cl->K++Na+>SO42->Mg2+>Ca2+，与本试验结果有所异同，可能是由于灌溉水量不同造成的，但均表现为灌水后K++Na+、SO42-、Cl-淋洗量较大的现象。试验发现地下水矿化度主要组成离子为K++Na+、Cl-、HCO3-。研究发现灌后土壤中HCO3-增加，说明土壤中HCO3-的增加来源于地下水和灌溉水，与谢海霞等[25]研究结果一致。而陆晴等[26]通过室内土柱淋溶试验认为淋洗后土壤中的HCO3-量无显著变化。造成研究结果不同的原因，可能是室内试验灌溉时未考虑到地下水的影响。研究认为由于NaCl、Na2SO4易于淋洗[27]，暗管排水条件下增加灌水量可减少土壤中SO42-、K++Na+、Cl-的量，但要注意HCO3-所带来的土壤碱化问题。

试验区在灌水后，地下水中各个离子量均呈增加的趋势，而侯凯旋等[28]监测义长灌域时发现，秋浇后地下水中其他离子增加，Ca2+量减少。袁宏颖等[29]对比秋浇前后地下水离子量变化时发现，秋浇前Ca2+量高于秋浇后。前人研究灌水前后Ca2+量变化是在无暗管铺设条件下，与本试验铺设暗管条件下灌水后地下水Ca2+量变化情况不同，有学者研究发现水体和土壤中的Na+、Ca2+离子有交换吸附作用[30]。说明暗管铺设会影响离子间的吸附交换，研究区淋洗出来的盐分主要从暗管中排出，少量迁移到地下水中。试验结果初步表明，该地区暗管排水措施对地下水埋深有较好的调控作用，暗管排盐能力较强，对土壤也具有很好的控盐作用，配合其他改良措施可达到更好的降盐效果，加快解决该地区土壤盐渍化问题，提高荒地的利用率，促进该地区的农业发展。

4 结论

1）该试验区暗管控制下土壤盐分主要集中在0～10 cm，土壤盐分类型属于表聚型，其空间变异性属于中等变异。试验结束时土壤盐分较试验开始时土壤盐分有效降低，脱盐率达到10%左右。

2）暗管铺设后使地下水埋深增加了50～60 cm，土壤盐分随地下水埋深的增大而减小，随着地下水矿化度的减少而减小。

3）暗管排水条件下该地区土壤盐渍化主导离子为K++Na+、SO42-、Cl-，地下水矿化度中主导离子为K++Na+、Cl-、HCO3-。

4）暗管排水条件下，引黄灌溉使土壤中HCO3-量增加了56%，其他离子量降低，幅度为SO42->K++Na+>Cl->Mg2+>Ca2+。土壤中SO42-、K++Na+、Cl-被大量淋洗。灌水后地下水、排水中各个离子量均增加，排水矿化度增加幅度是地下水矿化度增加幅度的3.43倍，土壤中淋洗出来的盐分主要从暗管中排出，暗管具有较强的排水（盐）能力。

[1] 李平, 牛燕冰, 杜占春, 等. 达拉特旗盐碱地改良调查报告[J]. 现代农业, 2019(4): 48-51.

LI Ping, NIU Yanbing, DU Zhanchun, et al. Investigation report on saline alkali land improvement in Dalate Banner[J]. Modern Agriculture, 2019(4): 48-51.

[2] 柳王吉, 向龙, 徐如超, 等. 基于暗管排水的地下水调控模拟研究[J]. 人民黄河, 2018, 40(4): 150-156.

LIU Wangji, XIANG Long, XU Ruchao, et al. Hydrodynamic processes of shallow groundwater regulation with subsurface drainage[J]. Yellow River, 2018, 40(4): 150-156.

[3] MORENO F, CABRERA F, ANDREW L, et al．Water movement and salt leaching in drained and irrigated marsh soils of Southwest Spain[J]. Agricultural Water Management, 1995, 27(1): 25-44．

[4] ABDEL-DAYEM S, RYCOROFT D W, RAMADAN F, et al. Reclamation of saline clay Reclamation of saline clay soils in the Tina plain, Egypt[J]. ICDC Journal, 2000, 49(1): 17-28.

[5] QIAN Yingzhi, ZHU Yan, YE Ming, et al. Experiment and numerical simulation for designing layout parameters of subsurface drainage pipes in arid agricultural areas[J]. Agricultural Water Management, 2021, 243.

[6] 杨玉辉, 周新国, 李东伟. 暗管排水对南疆高水位膜下滴灌棉田盐分管控及淋洗效果分析[J]. 干旱区研究, 2020, 37(5): 1 194-1 204.

YANG Yuhui, ZHOU Xinguo, LI Dongwei. Analysis on the effect of subsurface pipes on salt control and leaching in drip irrigation under mulch cotton field at high groundwater level in Southern Xinjiang by subsurface pipes[J]. Arid Zone Research, 2020, 37(5): 1 194-1 204.

[7] 纪敬辉, 王红雨. 暗管排水条件下土壤盐碱性的监测与分析[J]. 宁夏工程技术, 2018, 17(1): 71-75.

JI Jinghui, WANG Hongyu. Monitoring and analysis of salinity and alkalinity of soil under the condition of underground pipe drainage[J]. Ningxia Engineering Technology, 2018, 17(1): 71-75.

[8] 祝榛, 王海江, 苏挺, 等. 盐渍化农田不同埋深暗管排盐效果研究[J]. 新疆农业科学, 2018, 55(8): 1 523-1 533.

ZHU Zhen, WANG Haijiang, SU Ting, et al. Research on salt discharge effect of different buried deep pipes in salinized farmland[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2018, 55(8): 1 523-1 533.

[9] 窦旭, 史海滨, 李瑞平, 等. 暗管排水控盐对盐渍化灌区土壤盐分淋洗有效性评价[J]. 灌溉排水学报, 2020, 39(8): 102-110.

DOU Xu, SHI Haibin, LI Ruiping, et al. Assessing the efficiency of subsurface drain in controlling soil salinization in Hetao irrigation district[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(8): 102-110.

[10] 张金龙, 刘明, 钱红, 等. 漫灌淋洗暗管排水协同改良滨海盐土水盐时空变化特征[J]. 农业工程学报, 2018, 34(6): 98-103.

ZHANG Jinlong, LIU Ming, QIAN Hong, et al. Spatial-temporal variation characteristics of water-salt movement in coastal saline soil improved by flooding and subsurface drainage[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2018, 34(6): 98-103.

[11] 罗浩. 暗管排水及种植高粱属作物修复盐碱土效果研究[D]. 阿拉尔：塔里木大学, 2020.

LUO Hao. Study on effects of subsurface drainage and planting sorg hum crops to repair saline alkali soil[D]. Alaer: Tarim University, 2020.

[12] 刘慧涛, 谭莉梅, 于淑会, 等. 河北滨海盐碱区暗管埋设下土壤水盐变化响应研究[J]. 中国生态农业学报, 2012, 20(12): 1 693-1 699.

LIU Huitao, TAN Limei, YU Shuhui, et al. Response of water and salt movement to subsurface pipe drainage system in saline-alkali coastal areas of Hebei Province[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2012, 20(12): 1 693-1 699.

[13] 朱光艳, 刘国锋, 徐增洪. 冲水洗盐对滨海盐碱地盐分变化的影响[J]. 灌溉排水学报, 2019, 38(S2): 52-56.

ZHU Guangyan, LIU Guofeng, XU Zenghong. Effects of Washing Salt by Washing Water on Salinity Variation in Coastal Saline and Alkaline Land[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(S2): 52-56.

[14] 章光新, 邓伟, 何岩, 等. 中国东北松嫩平原地下水水化学特征与演变规律[J]. 水科学进展, 2006(1): 20-28.

ZHANG Guangxin, DENG Wei, HE Yan, et al. Hydrochemical characteristics and evolution laws of groundwater in Songnen Plain, Northeast China[J]. Advances in Water Science, 2006(1): 20-28.

[15] 陈星星, 张江辉, 才仁加甫, 等. 南疆干旱地区土壤盐分空间变异特征研究:以库尔勒三十一团为例[J]. 灌溉排水学报, 2019, 38(9): 108-114.

CHEN Xingxing, ZHANG Jianghui, CAI Renjiafu, et al. Study on Spatial Variability of Soil Salinity in Arid Area of Southern Xinjiang: A Case Study on 31th Regiment of Korla[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(9): 108-114.

[16] 于淑会, 刘金铜, 刘慧涛, 等. 暗管控制排水技术在近滨海盐碱地治理中的应用研究[J]. 灌溉排水学报, 2014, 33(3): 42-46.

YU Shuhui, LIU Jintong, LIU Huitao, et al. Application of subsuiiface controlled drainage for reclaiming saline-alkali soils in Coastal Region[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2014, 33(3): 42-46.

[17] 李显溦. 新疆盐碱棉田暗管排盐方案研究[D]. 北京: 中国农业大学, 2017.

LI Xianwei. Reclamation strategies of salt discharge by subsurface pipes in the salinized cotton field of Xinjiang[D]. Beijing: China Agricultural University, 2017.

[18] 樊丽琴, 李磊, 吴霞. 银北高水位盐碱地土壤盐分与地下水特征关系分析[J]. 节水灌溉, 2019(6): 55-59.

FAN Liqin, LI Lei, WU Xia. Relationship between soil salinity and groundwater characteristics in saline-alkali land with high groundwater level of Yinbei irrigation area[J]. Water Saving Irrigation, 2019(6): 55-59.

[19] 李楷奕, 王红雨, 马利军, 等. 暗管排水改善土壤水盐性状的原位监测试验研究[J]. 宁夏工程技术, 2019, 18(2): 133-137.

LI Kaiyi, WANG Hongyu, MA lijun, et al. In-situ monitoring experiment study on the improvement of soil water and salt properties by drainpipe[J]. Ningxia Engineering Technology, 2019, 18(2): 133-137.

[20] 周宏, 赵文智. 荒漠区包气带土壤物理特征及其对地下水毛管上升影响的模拟[J]. 应用生态学报, 2019, 30(9): 2 999-3 009.

ZHOU Hong, ZHAO Wenzhi. Soil physical characteristics of shallow vadose zone and modeling its effects on upward capil-lary rise of groundwater in an arid-desert area[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2019, 30(9): 2 999-3 009.

[21] 方生, 陈秀玲. 华北平原大气降水对土壤淋洗脱盐的影响[J]. 土壤学报, 2005(5): 28-34.

FANG Sheng, CHEN Xiuling. Influence of atmospheric precipitation on soil leaching and desalinization in the north China plain[J]. Acta Pedologica Sinica, 2005(5): 28-34.

[22] 申露婷, 张方敏, 黄进, 等. 1961—2018年内蒙古生长季昼夜降水气候特征[J].干旱区研究, 2020, 37(6): 1 519-1 527.

SHEN Luting, ZHANG Fangmin, HUANG Jin, et al.Climate characteristics of day and night precipitation in the growing season of Inner Mongolia from 1961 to 2018[J]. Arid Zone Research, 2020, 37(6): 1 519-1 527.

[23] 黄雅茹, 马迎宾, 郝玉光, 等. 绿洲春季不同来源灌溉水土壤盐分离子分布特征[J]. 西南农业学报, 2018, 31(9):1 856-1 863.

HUANG Yaru, MA Yingbin, HAO Yuguang, et al. Distribution characteristics of soil salt ions of different sources of irrigation water in oasis spring[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2018, 31(9): 1 856-1 863.

[24] 徐友信, 于淑会, 石磊. 高水位盐碱地暗管控制性排水的降盐抑碱作用研究[J]. 干旱区资源与环境, 2018, 32(3):164-169.

XU Youxin, YU Shuhui, SHI Lei. Effects of subsurface controlled drainage on reducing salinity and preventing basification in saline-alkali areas with underground high water level[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2018, 32(3): 164-169.

[25] 谢海霞, 王开勇, 龚江, 等. 新疆玛纳斯河流域灌溉水质对滴灌农田土壤盐分影响研究[J]. 节水灌溉, 2012(10): 1-4.

XIE Haixia, WANG Kaiyong, GONG Jiang, et al. Influence of irrigation water quality on soil salinity of manas river valley in Xinjiang[J]. Water Saving Irrigation, 2012(10): 1-4.

[26] 陆晴, 王玉刚, 李彦, 等. 淋溶条件下土地利用方式对土壤有机碳含量及其理化性质的影响[J]. 水土保持学报, 2013, 27(3): 242-247.

LU Qing, WANG Yugang, LI Yan, et al. Effects of land use types on soil organic contents and physical and chemical properties and chemical properties under the leaching conditions[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2013, 27(3): 242-247.

[27] 张明炷, 黎庆淮, 石秀兰. 土壤学与农作学[M]. 三版. 北京: 中国水利水电出版社, 2007: 88-89.

ZHANG Mingzhu, LI Qinghuai, SHI Xiulan. Pedology and agronomy[M]. 3rd Edition. Beijing: China Water Conservancy and Hydropower Press, 2007: 88-89.

[28] 侯凯旋, 岳卫峰, 孟恺恺, 等. 内蒙古河套灌区秋浇对区域尺度地下水水化学影响分析：以义长灌域为例[J]. 灌溉排水学报, 2019, 38(6): 85-91.

HOU Kaixuan, YUE Weifeng, MENG Kaikai, et al. Autumn irrigation alerted the geochemistry of groundwater in Hetao irrigation district: Take Yichang irrigation district as an example[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(6): 85-91.

[29] 袁宏颖, 杨树青, 丁雪华, 等. 秋浇前后地下水营养盐与水化学演变特征：以乌拉特灌域为例[J]. 环境化学, 2019, 38(10): 2 336-2 347.

YUAN Hongying, YANG Shuqing, DING Xuehua, et al. Evolution characteristics of nutrients and chemical compositions of groundwater before and after autumn irrigation:Taking Wulate Irrigation Area as an example[J]. Environmental Chemistry, 2019, 38(10): 2 336-2 347.

[30] 孔晓乐, 王仕琴, 刘丙霞, 等. 外来调水对华北低平原区地表水和地下水水化学特征的影响：以河北省南皮县为例[J]. 中国生态农业学报, 2016, 24(8): 1 135-1 144.

KONG Xiaole, WANG Shiqin, LIU Bingxia, et al. Effect of water diversion on hydro-chemical characteristics of surface water and groundwater in lowland area of the North China Plain: A case study of Nanpi County, Hebei Province[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2016, 24(8): 1 135-1 144.

The Influence of Subsurface Drain on Solute Movement in Soils Severely Affected by Salinity and Alkalinity in Ordos Region

LI Zhengzheng, QU Zhongyi*, YANG Wei, WANG Liping, GAO Xiaoyu, CHEN Meng

(Water Conservancy and Civil Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China)

The wide distribution of saline and alkali soils in Ordos of Inner Mongolia is a main abiotic factor hindering crop growth. Their remediation is a prerequisite for developing sustainable agriculture in this region. Subsurface drain is a technology widely used to alleviate salt accumulation and enhance salt leaching. 【】The objective of this paper is to experimentally study the effects of subsurface drain on salt dynamics in soils heavily affected by salinity and alkalinity.【】The experiment was conducted from May to October 2015 at Dalat Banner, with the drains spaced 18 m apart and buried in a depth varying from 1.2 m to 1.5 m; the depth of the drainage ditches was 1.8～2.0 m. In each treatment, we measured soil salt distribution up to 1.0 m deep, the change in groundwater table and salinity, as well as the quality of the irrigation water and drainage water, salt ion data and their relationship. 【】①Spatial variation of salt in the top 0～100 cm soil was moderate with a coefficient of variation of 25%～75%; the majority of salt was accumulated in regions proximal to the soil surface. ②The drains dropped the groundwater table by 50～60 cm and reduced soil salinity by approximately 10%, compared with data measured before experiment. ③At the end of the experiment, the main salt ions in the soil were K++Na+, SO42-and Cl-, while in the groundwater they were K++Na+, Cl-and HCO3-. ④Irrigating using the Yellow river water increased HCO3-in soil by 56% and the decreased of other salt ions, with SO42-, K++Na+and Cl-reduced by 36%, 34% and 31% respectively. Leaching of the irrigation water increased ion contents in both drainage water and groundwater, especially the drainage water whose salinity was 3.43 times that of groundwater.【】Subsurface drains can control the groundwater depth and reduce soil salt content; it facilitates leaching of SO42-, K++Na+and Cl-from the soil. However, care should be taken to avoid an increase in HCO3–and its consequence for soil alkalization when irrigating with the Yellow river water.

subsurface drain; soil salinity; spatial variation; groundwater; ionic migration

S276.7

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020634

1672 - 3317（2021）07 - 0122 - 08

李争争, 屈忠义, 杨威, 等. 暗管排水对鄂尔多斯地区重度盐碱地盐分迁移规律的影响[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(7): 122-129.

LI Zhengzheng, QU Zhongyi, YANG Wei, et al. The Influence of Subsurface Drain on Solute Movement in Soils Severely Affected by Salinity and Alkalinity in Ordos Region[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(7): 122-129.

2020-11-12

内蒙古科技计划项目（201702108）；国家自然科学基金项目（51769022，51809142）

李争争（1995-），女。硕士研究生，主要从事盐碱地水盐运移研究。E-mail: lizhengzheng0411@163.com

屈忠义（1969-），男。博士生导师，主要从事区域土壤水土环境及节水灌溉理论技术应用研究。E-mail: quzhongyi@imau.edu.cn

责任编辑：韩洋