暗管排水条件下有机无机肥配施对向日葵产量品质与盐碱土改良效果的影响

为揭示生物措施和工程措施协同改良盐碱土的效果,明确滨海农区向日葵生产适宜暗管埋设间距和有机-无机肥配施比例,研究设计10 m(S1)、15 m(S2)和20 m(S3)3种不同暗管间距和100%有机肥(100%OF)、75%有机肥+25%无机肥(75%OF)、50%有机肥+50%无机肥(50%OF)、25%有机肥+75%无机肥(25%OF)、100%无机肥(0%OF)和不施肥(CK)6种施肥处理,观测向日葵产量、品质、氮素利用和土壤速效养分、有机质、全盐含量的响应规律。结果表明:相同暗管间距下,25%OF施肥处理增产效应最为明显,而相同施肥处理下,S2间距向日葵产量处于较高水平,不同处理以S2条件下25%OF施肥处理向日葵产量最高,达到3.82 t/hm^(2);有机肥施用比例提升有利于增加向日葵籽粒粗脂肪、油酸和亚油酸含量;施肥处理明显增加了向日葵植株氮素吸收量,S1、S2和S3间距下较CK处理分别增加了18.1%~47.2%、8.6%~40.5%和8.8%~34.5%;向日葵氮素利用效率随有机肥比例的升高呈先增加后降低趋势,其中S2-25%OF和S1-25%OF处理处于较高水平,分别达到44.2%和43.9%;土壤速效氮、速效磷和速效钾含量与有机肥施用比例呈正相关,S1-S3间距下有机肥处理速效氮、速效磷和速效钾含量较CK平均高22.0%、2.4%和26.4%。暗管间距越小、有机肥施用比例越高,耕层土壤盐分消减率越高,S1间距下100%OF处理盐分消减率达42.6%。综合产量、品质、氮肥利用效率等因素,推荐以15 m暗管间距下25%有机肥施用比例作为盐碱地向日葵生产的最优方案。

暗管间距和埋深对田间水盐运移变化的影响

【目的】研究河套灌区漫灌模式下田间尺度不同暗管间距和埋深对土壤水盐运移特征的影响。【方法】基于田间监测数据率定验证HYDRUS-2D模型,并模拟暗管埋深1.5 m下5种间距(5、15、25、50、100 m)与暗管间距25 m下5种埋深(0.6、1.0、1.5、2.0、2.5 m)下的排水排盐量和土壤剖面水盐时空分布特征。【结果】(1)模型模拟水盐变化的精度较高,土壤剖面水分和盐分模拟结果的决定系数R^(2)分别为0.81和0.71,均方根误差RMSE分别为0.038和0.026,纳什系数NSE分别为0.93和0.86。(2)累积排水量和排盐量随暗管间距减小和暗管埋深增加而增加,埋深1.5 m下暗管间距从100 m减至5 m排水总量增长了4.96倍,排盐总量增长了5.06倍;暗管间距25 m下埋深从0.6 m增至2.5 m排水总量增长了64.24倍,排盐总量增长了60.08倍。(3)土壤剖面含水率在排水期随暗管间距减小和埋深增加而降低,土壤剖面含水率降幅随时间增加而减小;土壤剖面含盐量在非排水期随暗管间距减小和埋深增加而降低,土壤剖面含盐量降幅随时间增加而增大。(4)水平方向,土壤含盐量在非排水期随水平距离的增加而增大,增幅随暗管间距减小和埋深增大而减小。埋深1.5 m下暗管间距5 m与暗管间距100 m土壤含盐量差异从暗管处的26.67%增加到暗管中间的39.88%,暗管间距25 m下埋深0.6 m与埋深2.5 m土壤含盐量差异从暗管处的30.56%增加到暗管中间的50.39%;垂直方向,土壤含水率随土层深度增加呈先增大后减小的“镰刀”状变化;排水初期土壤含盐量随土层深度的增加而增大,非排水期随土层深度的增加而减小。【结论】减少暗管间距和增加暗管埋深可有效提高暗管排水排盐量并降低排水期的土壤剖面蓄水量和非排水期的土壤剖面积盐量,初步认为暗管间距在15~50 m,暗管埋深在1.0~2.0 m范围内作为河套灌区的暗管排水布设参数较为合适。

生物炭协同暗管排水对滨海盐碱土壤微生物群落的影响

【目的】了解滨海地区盐渍化环境下生物炭协同暗管排水作用与土壤微生物群落的关系,对于减轻土壤盐分过高对土壤生化功能的不利影响至关重要。【方法】本文以黄河三角洲滨海盐碱农田为研究对象,研究单独暗管排水条件下不同暗管间距10 m(S10)、20 m(S20)、30 m(S30)以及生物炭协同暗管排水条件下不同暗管间距10 m(B-S10)、20 m(B-S20)、30 m(B-S30)对土壤理化性质和土壤微生物群落结构的影响,并阐明生物炭与暗管排水协同作用下微生物群落结构变化的主要驱动因素。【结果】生物炭协同暗管排水改变了滨海盐碱农田的土壤理化性质,且生物炭与暗管间距对含盐量、硝态氮、有机质、土壤全磷的交互作用显著。AccuITSTM和Accu16STM绝对定量测序结果显示,暗管间距及暗管间距和生物炭的交互作用对伞菌纲和Acidobacteria_Gp4有显著影响。冗余分析、皮尔逊相关性分析结果表明,对作物生长有利的伞菌纲和被孢霉的绝对丰度与土壤含盐量和Na^(+)显著负相关,与有机质和硝态氮显著正相关。生物炭协同暗管排水作用下,Na^(+)量是影响土壤细菌和真菌的关键因素。【结论】B-S10既可以改善土壤的养分状况,又可以改善土壤微生物群落结构,本研究可为解决盐碱土地问题以及提高土壤质量和农业可持续性提供了有益的理论参考。

河套灌区暗管外包滤料的透水效果及防淤堵性能研究

为探究不同外包滤料条件下的暗管透水效果、保土和防淤堵性能,设置5种暗管外包滤料方案,分别为砂滤料(A)、68 g/m^(2)土工布(B)、90 g/m^(2)土工布(C)、68 g/m^(2)土工布+砂滤料(D),以及无外包滤料(E)方案作为对照,通过室内渗透试验,田间春灌和秋浇排水过程的监测调查,综合分析不同外包滤料对暗管透水效果、保土和防淤堵性能的影响。结果表明:方案A、B和D的排水流量衰减率平均稳定在5.60%,方案C的衰减率仅次于方案E(15.094%),为11.15%。不同外包滤料达到稳定状态时的渗透系数在7.46×10^(-4)~9.46×10^(-4)cm/s之间,且GR≤3;各方案秋浇的土壤流失量较春灌时平均减少42%,方案D的土壤流失量衰减率仅为35%,低于其他方案(P<0.05),同时方案A~D的流失土壤d90分别为14.8、18.50、9.0和15.50μm与方案E(d90=23.33μm)相较,保土性能显著;B、C和D方案内的淤土量分别为12.54、17.64和7.00 g,方案D的淤土量显著低于其他单一铺设土工布的方案,可见方案D的防淤堵效果最优。综上,针对河套灌区下游土壤性质,推荐优先选择方案D(68 g/m^(2)土工布+砂滤料)作为灌区暗管外包滤料,该研究结果可为河套灌区下游选择适宜暗管外包滤料提供参考。

基于镜像原理的田间暗管排水流量计算方法

针对目前尚无适宜的计入复合型外包滤料影响的暗管排水流量计算方法,结合渗流力学中的镜像法和势流叠加原理,以宁夏银北灌区冬灌洗盐为背景,提出一种田面积水土壤饱和条件下考虑外包滤料影响的暗管流量公式.通过室内渗流槽试验和HYDRUS-2D软件模拟确定相关水力特征参数,将试验数据、数值模拟和努美罗夫解与文中计算公式进行了对比分析,结果表明:公式计算值与渗流槽试验数据、数值模拟值的相对误差分别在7.00%及2.05%以内;当外包滤料厚度小于15 cm时,计算值及引入有效半径概念的努美罗夫解与模拟值有较高吻合度;当外包滤料厚度大于15 cm时,计算值与数值模拟值更接近,并且优于努美罗夫解;暗管的排水流量随外包滤料渗透系数或厚度的增加而逐渐增大,但增长率逐渐变缓.基于镜像法提出的考虑复合外包滤料影响的田间暗管排水流量计算公式合理可行,拓展了暗管排水计算思路.

复杂土壤分布特征及暗管排水响应模拟

盐碱地中障碍土层的存在可能会导致排水工程无法充分发挥其应有作用,这对其治理提出了很大挑战。以宁夏回族自治区红寺堡为研究区域,实地取样调查了不同点位的复杂土壤分布特征,基于HYDRUS二维模型分析了不同黏土层位置对于暗管排水流量的影响作用,并提出复杂土壤条件下的排水建议。结果表明,土壤存在弱透水层且无其他治理措施时,土壤盐分普遍偏高,弱透水层的位置不具有固定位置和特征,总体来说,弱透水层厚度以10~20 cm偏多。当黏土层位于暗管层时,10 cm黏土层就会导致暗管排水量减少20%,暗管上部10 cm位置处的黏土层对于暗管排水效果影响最大,较常规地下排水量减少22%;当黏土层位置超过2倍暗管埋深时,对于暗管排水量的影响较小。根据不同弱透水层的位置,合理设置排水排盐方式对盐碱地改良具有重要意义。

暗管排水技术的发展历程与未来展望

暗管排水技术是改善盐碱地,节约用水的先进手段之一,在近代以来暗管排水出现萌芽,早期有瓦管、泥土管等原始材料作为排水通道,之后在20世纪随着化学材料等技术的发展,管材的进步促进了暗管排水技术的发展,改革开放之后,PVC材质波纹暗管开始大批量取代老式暗管成为主流,至此暗管排水技术正式成为排水淋盐主要技术之一,对于我国改善盐碱地,守住18亿亩耕地红线,节约用水,促进粮食增产增收提供了较大帮助。

库尔勒某垦区暗管改良盐碱地方案探析

盐碱地排盐一直是农田水利建设的难点。基于库尔勒市某垦区盐碱地现状和水土条件,在比选排盐方式和暗管排盐技术的基础上,对垦区盐碱地排盐方案进行了探讨,提出项目区选择“吸水管”一级暗管排盐模式和“吸水管+集水管”两级暗管排盐模式相结合的排盐方案,具有经济合理、改碱速度快、效果好、节约土地的优点,为新疆盐碱地治理研究提供了借鉴。

激光SLAM扫描技术在暗管排查中的应用

运营地铁线路存在道床积水的问题,可能导致地铁运行受阻和乘客通行不便。上海地铁运维部门排查发现道床积水主要由暗管堵塞导致,本文根据地铁运维资料分析了暗管堵塞的原因,根据暗管工程特点,对比分析了几种常用的测量方法在本工程中的适用性,进一步地,介绍了激光SLAM扫描技术在暗管排查中的实施及数据采集过程和测量结果。经实践验证,激光SLAM扫描技术可高效地获取暗管的位置、走向和埋深等数据,且扫描成果具有较高的精度和可靠性,便于维保部门对暗管进行施工改造,改善地铁的积水问题。本文的实践应用可为同类项目提供经验参考。

运用DRAINMOD_NII分析排水暗管布置对水稻产量及氮素流失量的影响

合理的排水暗管布置,可以有效提高水稻产量、减少氮素流失量。运用DRAINMOD_NII模型分析竹络坝灌区不同排水暗管布置对水稻产量和氮素流失量的影响。结果显示暗管间距90 m、埋深90 cm时,水稻产量最高;随排水暗管间距增大,氮素累积流失量减小,同一排水间距,埋深越深,氮素累积流失量越大。

暗管埋深与控制排水对农田地下水埋深及排水量的影响

【目的】加强农田排水调控管理,协同治理农业涝渍和干旱灾害,量化浅埋暗管、定水位和动水位控制对地下水埋深和排水量变化的影响。【方法】在亳州市利辛排水试验区埋设3根长200 m、间距30 m的暗管,每个暗管出口连接集水井,集水井内暗管排水量用电子水表计量,在暗管中间的地下水观测井中测定地下水埋深。在上述试验的基础上采用DRAINMOD模型模拟淮北平原汛期的田间排水过程。【结果】浅埋暗管和定水位控制在减小地下水埋深和减少排水量上效果接近。动水位和定水位控制在夏季作物生育前期和后期均减小了地下水埋深和减少了地下排水量;作物生育中期前者的地下水埋深较后者明显增加,日地下排水量明显高于后者,如在丰水年常规暗管布局下,动水位控制的地下水埋深较定水位控制平均增加了13.9 cm,地下排水量较后者增加了2.1倍。动水位控制对地下水埋深和排水量的调节存在时滞效应,常规和深疏暗管布局下改变暗管出口控制高度后仍分别需7 d和12 d才可达预期效果。【结论】适时适量进行动水位控制排水可及时改变地下水埋深和排水量以缓解水旱胁迫。

扬州沿运灌区暗管排水土工布外包滤料的水力性能试验研究

以扬州段沿运灌区为例,针对当地土壤中粉粒含量较高,土工布外包滤料筛选困难等实际问题,参考相关技术准则,选用2种开孔率和厚度不同的土工布进行了水力渗透试验,并与传统的河砂反滤材料进行了对比,筛选出适合当地土壤的土工布外包材料.研究结果显示,所选用的2种土工布透水性能存在较大差异,其中厚度较大(0.41 mm)、孔径较小(180μm)的土工布A的透水性能较好,渗透系数为初始值的54.1%,高于河砂滤层的46.1%,而厚度为0.35 mm、孔径为227μm的土工布B渗透系数仅为初始值的30.2%.相比于土工布B,土工布A具有更好的抗淤堵能力,长期使用后淤堵率比土工布B低16%.通过对土工布表面形成的、透水性较低的滤饼分析发现,土工布B不但自身发生了较大程度淤堵,其表面形成的滤饼较为密实,是影响其渗透性能的直接原因.

滨海盐碱农田暗管排盐渗流场模拟

暗管排水技术是治理滨海盐渍土的有效措施,为制定更为合适的灌排制度,本文以河北省沧州市南大港产业园区近滨海暗管排水排盐试验地为模拟研究对象,通过设置不同地下水埋深和补给水位对滨海农田春夏季不同水位条件进行模拟,使用COMSOL软件对其进行数值模拟,设计室内砂槽物理模型进行对比验证,模拟埋设暗管的滨海盐渍土在变水位条件下的水流迁移过程和盐分运移过程。研究结果表明:1)暗管的排水排盐能力随地下水位升高而增强,水位变化导致水力边界变化,从而影响土体渗流场中的流线走向和水头分布;水力边界条件的改变对土体渗流场影响比水位变化影响更大,地下水位在地面以下时,水位升高8 cm,渗流速度增加0.21 m^(3)∙d^(-1),而地下水位由地下升至地表时,渗流速度增加1.68 m^(3)∙d^(-1)。2)增加地下水位与暗管的垂直距离可以有效增快水盐运移速率,减少携带盐分的水流在土体中的停留时间,同时增快暗管排水排盐速率,防止土体返盐,在距离暗管0.6 m范围内的盐分迁移速度明显加快;地下水位升高8 cm,含盐水流从补给水箱流向暗管的时间周期缩短720 min。3)暗管对土体水流的影响范围不随水力边界条件变化,在不同水位条件下,暗管附近0.6 m范围内水流和盐分的运移特征相似;在距离暗管0.8 m附近都出现了流线转折,水流由流向地下改为流向暗管。利用砂槽物理模型和COMSOL软件可以很好地模拟暗管排水排盐过程的水盐运移过程,为现有淋洗策略的优化提供更便利的试验方式,为不同质地滨海盐碱地暗管排水排盐路径优化和暗管施工设计布局提供更科学的依据。

膜下滴灌结合暗管排水技术改良新疆盐碱地效果综述

膜下滴灌技术的大面积推广和应用,为新疆维吾尔自治区(以下简称新疆)乃至西北干旱地区作物高产提供了强大的技术支撑。应用在盐碱地改良中,膜下滴灌“有灌无排”模式仅调节耕层盐分分布,并不能将盐分排出土体,长年灌溉容易引起爆发式积盐的风险,而暗管排水是目前公认的改良盐碱地最直接、最有效的方法。目前,将膜下滴灌与暗管排水有机结合形成的新型灌溉技术,充分利用膜下滴灌良好的抑蒸增温、节水抑盐等优势,同时利用暗管将淋洗盐水及时排出土体,使盐碱化土层产生新的水盐平衡,已在新疆盐碱地区开发利用中得到长足发展。重点分析并总结了新疆灌区膜下滴灌结合暗管排水系统的设计参数及土壤水盐运移规律,综述了土壤理化性质及作物产量对该灌排技术的响应研究,以期为新疆盐碱地区农业可持续发展提供理论依据和技术指导。

不同砂滤料配比对宁夏引黄灌区盐碱地暗管排水非全流过滤的影响

探究不同砂滤料配比暗管排水非全流装置对农田排水过滤效果的影响,以宁夏引黄灌区稻田盐碱地为试验区,分别设置细砂粒(F1)、细砂粒和细碎石1:2混合(F2)、细碎石(F3)3种砂滤料,研究不同砂滤料配比对滤水流量、排盐及滤沙效果的影响。结果表明,与F1和F3处理相比,F2处理可有效减缓砂滤料堵塞程度,F2处理平均滤水流量较F1和F3处理分别提高131.33%和106.45%;F2处理排盐、滤沙效果同样优于F1和F3处理,其中F2处理滤水中平均TDS含量和浊度相比于F1和F3处理分别降低34.64%、31.40%和31.02%、62.18%。综上,宁夏引黄灌区稻田盐碱地暗管排水非全流过滤砂滤料选用细砂粒和细碎石1:2混合较单一砂滤料而言,可有效提升其过滤性能。

水氮调控对暗管农田土壤脱盐效果及向日葵产量品质的影响

为探究暗管排水条件下盐渍化农田最适宜的水氮制度,在河套灌区暗管布设区开展2年田间试验,设置低水(120 mm,I1)、中水(210 mm,I2)和高水(330 mm,I3)3个灌溉水平及低氮(0 kg/hm^(2),N1)、中氮(105 kg/hm^(2),N2)和高氮(210 kg/hm^(2),N3)3个追氮水平,分析不同水氮组合对土壤脱盐率及向日葵水氮利用效率和产量品质的影响。结果表明:暗管排水条件下,高水中氮(I3N2)的脱盐效果最佳,较其他水氮处理的脱盐率平均提高5.82%。高水(高氮)条件下,产量随着施氮量(灌水量)的增加而升高,其中高水高氮(I3N3)的产量最高,平均为5129.72 kg/hm^(2)。相同灌水量下,高氮(N3)水平的灌溉水利用效率最高,追氮量越大,肥料偏生产力越低。低水(I1)和中水(I2)条件下高氮(N3)水平最有利于籽仁蛋白质和必需氨基酸的合成。高水(I3)条件下,中氮(N2)水平有利于籽仁蛋白质和必需氨基酸的合成,低氮(N1)水平最有利于籽仁粗脂肪的合成。各灌水水平中,中水(I2)和高水(I3)各处理中蛋白质和必需氨基酸含量整体上高于低水(I1)处理,而粗脂肪含量整体上低于低水(I1)处理。基于主成分分析和隶属函数综合评价确定高水中氮(I3N2)即灌水量为330 mm、追氮量为105 kg/hm^(2)是暗管农田中适宜的水氮组合。研究结果可为河套灌区暗管农田制定科学的水氮制度提供理论依据。

不同砂滤料暗管排水对水稻生长及土壤盐分的影响

为探究盐碱地不同砂滤料暗管排水对水稻生长和土壤盐分的影响,以水稻秋优88为试验材料,设细砂粒(F1)、细砂粒和细碎石1∶2(质量比)混合(F2)、细碎石(F3)3种暗管砂滤料,分析不同暗管砂滤料处理对水稻生长、产量、水分利用效率、肥料偏生产力及土壤电导率的影响。结果表明,F2处理有利于0~60.0 cm土壤排盐,改善水稻根系环境,对水稻生长及产量促进效果最为明显。F2处理下,水稻拔节期叶片SPAD值较F1、F3处理分别提高10.24%、8.67%,抽穗期叶片净光合速率、蒸腾速率均高于F1、F3处理,稻谷产量较F1、F3处理分别提高21.82%、15.29%;在试验末期,F2处理0~60.0 cm各土层电导率均显著低于F1、F3处理,其中F2处理0~20.0、20.1~40.0、40.1~60.0 cm的土壤脱盐率分别为68.72%、58.82%、45.96%,脱盐率显著高于F1、F3处理。所以,在土壤重度盐碱化地区,选用细砂粒和细碎石1∶2(质量比)混合作为暗管排水砂滤料有利于降低土壤盐分,提高水稻产量。

基于两种土质的暗管土工布外包料反滤效果对比试验

为了研究土质状况对暗管土工布外包料反滤效果的影响机制,该研究选取安徽蚌埠地区粉土、宁夏平罗地区砂粉土和4种热熔纺黏丝无纺布进行了室内土柱试验,对比测试了两种土壤在不同土工布防护措施下的流量、土壤和土工布渗透性变化过程,并对土工布的透水和防淤堵性能做出评价,同时从颗粒迁移的角度出发,对流量随时间变化出现先下降后上升再下降的现象(“驼峰”现象)进行了成因分析。结果表明,砂粉土土质与单位面积质量为68 g/m^(2)的土工布、粉土土质与单位面积质量为90 g/m^(2)的土工布之间的适配性较好,土工布能够通过颗粒筛选的方式将织物上方土壤特征粒径d_(90)值(小于该粒径值的土壤颗粒质量分数为90%)提升20%以上,诱导其表面高透水性土壤骨架的形成。“驼峰”现象是土壤颗粒迁移和土工布颗粒筛选二者共同作用下的结果,表征了土壤与土工布之间出现了良好的适配性。研究成果可为安徽蚌埠、宁夏平罗以及相似土质地区暗管排水土工布外包滤料的选择提供技术支持。

外包滤料对暗管排水与土壤脱盐效果的影响

为了探究不同外包滤料条件下的暗管排水性能和土壤脱盐效果,基于室内试验研究成果,在田间设置4种暗管排水系统(各系统中暗管埋深均为80 cm,间距均为20 m),所用外包滤料分别为68 g/m^(2)土工布(L)、砂滤料(S)、68 g/m^(2)土工布+砂滤料(LS)和无外包滤料(W),以当地常规明沟排水(CK)作为对照,通过田间试验分析了春灌过程中各暗管系统的排水性能指标及土壤脱盐效率.结果表明:相比处理W,处理L,S和LS平均排水速率提升了7.44%,12.55%和15.75%,平均流量衰减度降低4.07%;处理S和LS累积排水量提高了5.11%和8.31%(P<0.05).各暗管处理春灌后平均土壤脱盐率均达47%以上,较CK提升显著,其中处理LS效果最优,为50.94%.综上,应优先选择处理LS作为河套灌区暗管排水系统外包滤料布设方案.该研究结果可为河套灌区暗管排盐技术的推广应用提供理论支撑和科学指导.

基于渗流槽试验的吸附性外包滤料改善暗管排水脱盐效果

农田暗管排水再利用是缓解西北干旱、半干旱地区灌溉水资源短缺的有效途径,而外包滤料的结构与性状是改善暗管出流水质的关键。利用自行研制的渗流槽物理模型试验设备,将取自宁夏银北暗管排水项目区的土样,结合当地盐渍化土壤特征进行重新配置,以吸附性材料代替传统砂滤料,设置了仅敷裹土工布和外裹土工布+10 cm混合滤料两种暗管外包滤料,模拟研究冬灌淋洗盐分条件下,外包滤料结构型式对暗管排水区土壤水盐运移状况的影响及其出口水质状况。监测结果表明:淋洗试验初期,渗水逐渐浸润土壤,土壤中的盐分随水流垂直向下迁移并积聚于暗管周围,即埋深60~90 cm的土层中。淋洗中期,饱和带浸润水位自下而上逐渐上升,仅敷裹土工布的暗管,当饱和带水位超过暗管轴线位置时便开始排水,而包裹混合滤料的暗管,在饱和带水位达到暗管顶部后才开始排水。仅敷裹土工布时土壤整体的平均脱盐率比铺设混合滤料时的小11.45个百分点,两轮淋洗试验后,进入铺设混合滤料暗管水样的平均矿化度较仅敷裹土工布时的水样检测值分别降低了1.89和1.21 g/L,且其暗管排水流量亦明显增大。淋洗后期,试验系统停止供水后,受重力疏干排水滞后效应影响,当饱和带浸润水位接近暗管底部时,暗管排水逐渐衰减,土壤中的盐分多呈现以暗管为中心的凹曲线分布。研究成果可为宁夏银北灌区暗管排水再利用提供参考依据。