排鹽補淡對濱海鹽堿土壤鹽分變化的影響

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:摘 要: 為明確增加地下水埋深及補淡淋洗對濱海鹽堿土的脫鹽效果，以期為濱海鹽堿土壤改良及水資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)。以淺井排鹽和灌溉水、降雨淋洗作為排鹽補淡措施，在距排鹽井不同半徑處對地下水位和 1 m 土層含鹽量進(jìn)行測定，研究其在排鹽補淡過程中的變化情況。研究表明，利用 4 m 左右的簡易淺井可有效增加地下水埋深，抽水區(qū)域地下水埋深圍繞排鹽井呈現(xiàn)“V”型變化; 排鹽對中度和重度鹽堿土 1 m 土層含鹽量的影響存在差異，中度鹽堿土表現(xiàn)抑鹽、重度鹽堿土有脫鹽效果，且都隨著抽提半徑的增大，抑鹽脫鹽效果減弱; 灌溉或降雨對鹽堿土壤有脫鹽作用，抽水騰出土壤水庫容會提高土壤脫鹽率，比僅灌溉或降雨分別高 34．22%和 17．53%，接近水量的灌水處理比降雨效果明顯。綜上所述，增加地下水埋深、騰空土壤水庫容可以有效抑制鹽堿土壤返鹽并提高灌溉水、降雨等淡水洗鹽效率，加大土壤脫鹽效果。

關(guān)鍵詞: 濱海鹽堿土; 排鹽補淡; 淺層咸水; 鹽分含量; 脫鹽

鹽堿地是重要的后備耕施資源，改良和利用鹽堿地對補充日益減少的耕地面積具有重要意義。河北省鹽堿耕地面積 78萬 hm2，占總耕地面積的 10．4%，主要分布于東部低平原區(qū)和濱海平原區(qū)［1］，是河北省主要的后備耕地資源，但該地區(qū)土壤含鹽量高、春季積鹽返鹽嚴(yán)重，地下水埋深淺、礦化度高，開發(fā)利用難度大［2］。根據(jù)水鹽分布規(guī)律及運移特征，通過排水降低地下水位、淡水淋鹽是開發(fā)利用該區(qū)域鹽堿地的重要措施。

目前，濱海鹽堿土多通過明溝灌排、暗管排水等農(nóng)田水利工程來控制地下水位，暗管排水排鹽根據(jù)“鹽隨水來，鹽隨水去”的水鹽運移規(guī)律，在降雨或灌溉進(jìn)行淡水補充時，鹽隨水下移至暗管處后排出土體，同時將地下水位控制在臨界深度，減少高礦化度地下水上移，減輕土壤鹽漬化程度［3－5］，研究表明， 在重漬化農(nóng)田，暗管排水排鹽效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于明溝，地下水位及水質(zhì)有明顯改善，作物產(chǎn)量顯著提高［6－8］。但機械埋管成本較高、投資回收年限較長也是影響暗管排水技術(shù)大面積推廣的主要問題［9］。河北近濱海地區(qū)淺層地下水埋深淺，最淺地區(qū)年均埋深 0．5～ 0．7 m［10］，淺層咸水的利用在采水技術(shù)、井群布局、水 質(zhì)改良等方面研究表明，抽排淺層咸水可以降低地下水位、為降雨及地表水入滲騰出地下空間［11，12］。本文針對河北近濱海鹽堿區(qū)地下水、土壤、降雨等區(qū)域特征［13－15］，通過淺層井進(jìn)行咸水抽排明確排鹽對地下水水位及土壤含鹽量的影響，并對灌水和自然降雨對土壤淋洗脫鹽效果進(jìn)行了比較，積極探索易推廣低成本、咸淡水資源合理利用的鹽堿地改良途徑，以期為拓展并提高該地區(qū)的鹽堿地治理技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1．1 試驗區(qū)概況

試驗地點位于河北省國營海興農(nóng)場，土壤含鹽量范圍為 0．2% ～ 1．0%，屬濱海氯化物鹽漬土類型，土壤質(zhì)地為粉砂黏壤土，鹽分組成以氯化鈉為主，Cl－ 占陰離子總量的 70% ～ 80%， Na+和 K+ 占陽離子總量的 80% ～ 90%，周年監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，地下 水埋深 0．8～ 2．2 m，淺層地下水年均礦化度 5 ～ 15 g /L，季節(jié)性變化差異大，最高值在 30．6 g /L。全年平均降雨量 600 mm 左 右，其中 7，8 月份為集中降雨期，年平均水面蒸發(fā)量 1 980 mm， 深層地下水及降雨是主要淡水來源。地下水埋深淺、礦化度高、降雨分布不均且蒸發(fā)量大是引起該區(qū)域鹽漬化的主要 原因。

1．2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置中度( 1 m 土層平均含鹽量 0．2% ～ 0．4%) 和重度鹽堿區(qū)( 1 m 土層平均含鹽量 0．2% ～ 0．4%) 各 1 個，南北長 50 m、東西寬 30 m，兩區(qū)域間隔 200 m 左右，總面積約 0．3 hm2，3 月下旬分別在試驗區(qū)中心設(shè)抽排淺井 1 眼，以抽提井為圓心， 距離 5、10、15 m 設(shè)觀測井 12 眼( 井群分布如圖 1) ，井深均為 4 m，井徑 0．1 m，在抽排淺井利用小型自吸泵進(jìn)行降水排鹽( 流 量 3 m3 /h) ，咸水經(jīng)軟管排入集水池用于咸淡混合水魚蝦養(yǎng)殖。 試驗于 2016 年 4 月 18－21 日排鹽抽水，之后停止抽水，觀測地下水水位變化及土層含鹽量變化; 5 月初在水位回復(fù)一致 水平后進(jìn)行排鹽補淡試驗，5 月 7－13 日抽水，停止抽水后立即 利用深井水( 礦化度 1．2 g /L) 進(jìn)行灌溉，灌水量 20 mm; 7 月 2－ 8 日抽水，淺井周圍 5、10、15 m 處地下水水位分別降至 3.02、2.73、2.61 m，8 日降雨 25 mm( 降雨開始時停止抽水) ，集中降雨時長 3 h。

1．3 測定項目及方法

分別于排鹽前、排鹽后灌水( 降雨) 前、灌水( 降雨) 后 4 d 和 10 d，在每個觀測井 0．5 m 直徑范圍內(nèi) 3 點取樣，取樣深度 1 m，同一半徑內(nèi)的 4 眼觀測井取平均值。土壤鹽分含量測定采取電導(dǎo)法，利用試驗區(qū)域內(nèi)測定的含鹽量與電導(dǎo)率的直線回歸 方程進(jìn)行含鹽量換算［16］; 利用 HOBO U－20 水位溫度記錄儀對中度鹽堿試驗區(qū) 5、10、15 m 處觀測井進(jìn)行地下水位測定。采用 Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與作圖。

2 結(jié)果與分析

2．1 淺井排鹽對淺層地下水埋深的影響

利用淺井排鹽可以有效增加地下水埋深( 圖 2) ，與抽提井距離越小，水位下降幅度越大，經(jīng)過連續(xù) 84 h 抽排，抽水區(qū)域地下水埋深圍繞抽提井呈現(xiàn)“V”型。5 m 觀測井處地下水埋深由 1．65 m 增至 2．50 m，降深為 0．85 m、10 m 處由 1．63 m 增至 2．26 m，降深 為 0． 63 m、15 m 處 由 1． 58 m 增 至 2． 06 m，降 深 為 0．48 m。

淺層咸水停止抽排后立即出現(xiàn)明顯的水位回升( 圖 3) ，13 d 左右回升至抽排前水位，7．5 d 內(nèi)回升速率較快，之后趨緩。 回升過程中，受單井抽排產(chǎn)生的水力坡降影響，淺層咸水連續(xù)傳遞后匯向抽提井，故 5、10、15 m 各處的觀測井水位回升過程 中伴隨“回升－下降－回升”現(xiàn)象，距井 5m 處變化幅度最大。

2．2 排鹽降水位對土壤鹽分的影響

利用淺井對試驗區(qū)鹽水進(jìn)行抽排，對中度和重度鹽堿土壤 1 m 土層鹽分含量的影響存在差異。從表 1 數(shù)據(jù)可以看出，中度鹽堿土有明顯的積鹽返鹽( 表層土為主) ，排咸 3d 后，距離抽排井 5、10、15 m 處的 1 m 土層平均含鹽量較排鹽前分別增加 2．75%、4．41%、5．12%，對照增加 7．22%; 排咸 6 d 后分別增加 5．04%、6．98%、9．51%，對照增加 11．56%。在中度鹽堿地進(jìn)行淺井排鹽可以使鹽分隨著土壤水下移，直接降低深層土壤含鹽量，同時通過增大地下水埋深來抑制土壤水向上運動，減少蒸發(fā)帶來的鹽分表聚，但隨著與抽提井距離的增大，抑制效果趨緩。

重度鹽堿土壤受表層土壤孔隙度、容重等影響，較中度鹽堿土壤蒸發(fā)量要小，增加地下水埋深對土壤鹽分的抑制作用更 加明顯。抽水 3d 后，排鹽區(qū)內(nèi)距離抽提井 5、10、15 m 處的 1 m 土層平均含鹽量較抽水前分別減少 6．09%、4．01%、2．65%，對照增加 3．44%; 抽水 6 d 后分別減少 11．79%、7．95%、6．75%，對照增加 3．02%。 在排水排鹽處理的影響下，重度鹽堿土壤含鹽量隨著地下水位的下降而降低，表現(xiàn)為脫鹽; 中輕度鹽堿土壤隨水位下降并未表現(xiàn)出明顯的脫鹽，含鹽量增加，但增加幅度趨緩，這可能 與抽水形成的水力坡度或不同鹽分水平土壤的容重、孔隙度、 滲透特性等物理性狀差異造成的土壤水的蒸發(fā)量大于下移量有關(guān)。

2．3 補淡洗鹽對土壤鹽分的影響

2．3．1 灌水洗鹽效果

從表 2 可以看出，在停排回滲狀態(tài)下，利用礦化度 1．2 g /L 的深井水進(jìn)行灌水洗鹽 4 d 后，中度鹽堿土壤 1 m 土層脫鹽率在 10．78% ～ 27．74%，表現(xiàn)為距抽提井越近，地下水埋深越深，排鹽后騰出的土壤水庫容越大，脫鹽率越高，灌水 10 d 后脫鹽率 下降，鹽分逐漸回升; 重度鹽堿土壤灌水 4 d 后脫鹽率在 49．53% ～ 65．00%，且距抽提井距離越大，脫鹽效果越明顯，10 d 后仍脫鹽效果明顯，脫鹽率在 41．24% ～ 43．45%。對照為直接灌 溉洗鹽( 未進(jìn)行排鹽處理) ，中度和重度鹽堿土壤在灌水 4 d 后 均表現(xiàn)為明顯脫鹽，脫鹽率為 14．02%和 30．78%，10 d 后分別表現(xiàn)為開始返鹽和脫鹽率明顯下降，抽水降水位后補淡洗鹽可以有效提高土壤脫鹽率。

2．3．2 降雨洗鹽效果

自然降雨對鹽堿地具有的淋洗脫鹽效果，該區(qū)域年平均降雨量 600～ 700 mm，集中于 7－8 月份，占全年總降水量的 60% ～ 70%。本文研究了降雨對排鹽騰出庫容后土壤的脫鹽影響，從 表 3 可以看出，排鹽騰庫容可以加速土壤脫鹽，提高 1 m 土體 脫鹽率。在接近的水量條件下，降雨對土壤的脫鹽作用與灌水 類似，但脫鹽率不及灌水明顯。

降雨 4 d 后，中度鹽堿土壤脫鹽率在 9．23% ～ 13．64%，距抽提井越近，脫鹽率越高; 重度鹽堿土壤脫鹽率在 22． 09% ～ 31．05%，距抽提井距離越大，脫鹽效果越明顯; 降雨 10 d 后，土壤脫鹽率下降，但仍優(yōu)于對照。

3 結(jié)語與討論

排水?dāng)y鹽和灌水洗鹽是鹽堿地改良中主要的水利措施，增加地下水埋深、騰空土壤水庫容可以有效抑制中度、重度鹽堿土壤返鹽并提高灌溉、降雨等淡水淋洗效率，加大土壤脫鹽效果。排水是排除地表水、控制地下水、調(diào)節(jié)土壤水、改良鹽堿 地、防止土壤鹽漬化的基礎(chǔ)措施［17］，諸多學(xué)者在排水溝、暗管、 豎井等排水設(shè)施的深度、間距、組合方式等方面進(jìn)行了大量研 究，本試驗利用簡易低成本淺井進(jìn)行地下咸水抽排，結(jié)果表明， 4m 左右的淺井可以有效增加地下水埋深，抽水區(qū)域地下水水位圍繞抽排井呈現(xiàn)“V”型變化，停止抽水后回水明顯，排鹽對 在中度和重度鹽堿地 1 m 土層含鹽量的影響存在差異，分別表現(xiàn)為抑鹽、降鹽效果，且都隨著抽提半徑的增大，排鹽效果減弱。如何持續(xù)有效地將地下水位保持在允許深度，周年鹽分基本穩(wěn)定，不影響作物正常生長是各種排鹽措施需繼續(xù)深入解決 的問題。

補充淡水洗鹽是鹽堿地改良最有效的辦法，本試驗以深井 水及雨水作為水源，比較了補充淡水對排鹽降水位后鹽堿地的 脫鹽效果，結(jié)果驗證了騰空土壤水庫容可以增加灌水洗鹽效果，且接近水量的灌水處理要比降雨效果明顯，脫鹽率隨著時間推移而下降。地下水位較深時，不需修筑排水工程，沖洗水量可將一部分土壤鹽分淋洗到作物根系活動層以下，如山東內(nèi)陸鹽堿地采用無排水的淡水壓鹽植棉也能獲得較好的效果［18，19］。但在濱海鹽堿地區(qū)，地下水水位較高，如采取無排水沖洗，將使地下水位進(jìn)一步提高，有可能加劇沖洗地塊土壤返鹽或引起灌溉區(qū)四周土壤鹽漬化，所以條田寬度不宜太寬，一般為 30～ 50 m，毛溝、支溝、干溝等農(nóng)田工程及時修整清淤，形成有效的田間排水網(wǎng)。單純排鹽只對重度鹽堿土壤有降鹽效 果，且效率不高，仍需淡水補充來實現(xiàn)有效脫鹽，本試驗中補淡洗鹽過程都是在排鹽中止情況下，存在水位和下層鹽分回升， 在持續(xù)排鹽保持地下水埋深高位穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行補淡壓鹽，其脫鹽效果有待進(jìn)一步研究。

原標(biāo)題:排鹽補淡對濱海鹽堿土壤鹽分變化的影響