铺设不同反滤层对暗管排水排盐效果的影响

李 顺， 陈嘉琪， 李东欣， 高欣颖， 夏小龙

(塔里木大学， 新疆 阿拉尔 843300)

暗管排水是利用地下管道排除田间土壤多余水分的排水技术措施，也是防止和治理土壤盐碱化最直接和最有效的措施之一[1]。近年来，控制排水与防治土壤盐渍化，以及调控农田水盐效应成为研究热点[2-5]。陶园等[6]提出一种占用耕地少、排水流量较常规暗排大且环境友好的改进暗排，改进暗管排水为常规暗管排水流量的2～3倍。李晓华等[7]研究表明，以秸秆排水体作暗管排水材料，排水脱盐效果显著，加速土壤脱盐，盐碱土改良效果好。王东旺等[1]通过大田试验验证膜下滴灌结合暗管排水的排水排盐效果，结果表明，暗管改善了土壤深度0～60 cm以内的渗透性，暗管排出水的含盐量大于灌溉水，排水同时带走土壤盐分。目前，关于只排出土壤水且铺设多层反滤层的暗管排水研究鲜见报道，为此，基于室内土柱试验，分析铺设反滤层对暗管排水流量和土壤中盐分空间分布的影响，以期为多滤层暗管排水研究及应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用土采自塔里木大学水利与建筑工程学院试验基地棉田的返盐碱土，土壤为砂质壤土，初始含盐量为8 000 μS/cm。试验前取回土样风干、磨碎，过2 mm筛，按容重1.35 g/cm3装填。试验用有机玻璃土槽规格为115 cm×60 cm×80 cm，暗管为管径20 mm的PVC管，暗管下部不开孔，上部开孔率为40%。

1.2 试验设计

试验设3个处理，T1处理：暗管包裹土工布不设置反滤层，在土壤表面以下15 cm、土柱宽度方向中间位置沿土柱长度方向铺设。T2处理：暗管上方布设砂石反滤层，在暗管上方45°方向铺设，铺设宽10 cm，砂石厚5 cm，粒径为2～3 cm，呈倒锥形。T3处理：暗管上方布设砂石及其上覆盖玉米秸秆反滤层，玉米秸秆反滤层为长5 cm秸秆，于暗管水平方向铺设厚度3 cm、宽10 cm，玉米秸秆铺设于砂石上方。灌溉方式为滴灌，水源为自来水，电导率365 μS/cm。沿暗管方向设置3个滴头，滴头流量3.3 L/h，滴灌3 h。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 暗管排水流量 自暗管开始排水时每隔5 min用量筒测定1次，测定1 min暗管排水流量，直至暗管停止排水，分析暗管排水流量随时间的变化规律。

1.3.2 排水后土壤盐分空间分布 土壤盐分测定采用1∶5土水比浸提液，用DDS-308A电导率仪测定不同位置点土壤电导率值。排水48 h土壤盐分重分布后用小型土钻取样，自暗管处以5 cm为间隔沿深度方向取样至土壤深度40 cm，水平方向取样距离暗管25 cm接近土柱边缘处，同时从土壤表面取至40 cm深度。

1.4 数据分析与处理

采用软件Origin 2021进行数据分析及绘图。

2 结果与分析

2.1 不同处理暗管的排水流量

从图1可知，土壤饱和后，在灌水时间3 h内，随灌水时间增加各处理暗管排水流量呈增加趋势。灌溉停止后，暗管排水流量减小直至停止排水。T1处理最大排水流量为44 mL/min，排水历时360 min；T2处理最大排水流量为117 mL/min，排水历时300 min；T3处理最大排水流量为127 mL/min，排水历时270 min。铺设反滤层处理的暗管排水流量明显高于只包裹土工布处理。

图1 不同处理暗管排水流量随时间的变化规律

2.2 不同处理排水后土壤盐分空间分布

土壤盐分与暗管排水密切相关，排水流量增加，排水所带走的盐分增加，土壤中盐分减少。从图2可知，各处理暗管上方及暗管下方5 cm处盐分含量明显降低，有明显脱盐趋势；30～40 cm深度处盐分含量高，有明显积盐现象，表明各处理暗管排除上方及周围土壤的盐分效果明显。在暗管周围土壤剖面，T1处理、T2处理、T3处理最小盐分含量分别为317 μS/cm、223 μS/cm、217 μS/cm，T2处理、T3处理土壤平均盐分含量分别比T1处理减少33%、41%，表明铺设反滤层在增加暗管排水流量同时，减小排水后土壤盐分含量，铺设多滤层的效果更好。

图2 不同处理排水后48 h土壤盐分空间分布

3 小结

暗管铺设反滤层，增加了土壤与反滤层的导水率差异，减弱土壤水在暗管周围向暗管底部的绕流作用，控制淋洗水分进入暗管，增强暗管的排水效果。在非饱和条件下暗管很难排水，因此在土壤饱和后考察不同处理的排水效果。研究结果表明，与只包裹土工布处理比，铺设反滤层处理增加了暗管排水流量，从而增加排出土体的盐分。暗管排水能够排出暗管上方及周围土壤的盐分。铺设反滤层排水处理减小排水后暗管周围土壤中的盐分含量，铺设多层反滤层的排水排盐效果更优。