CN106198920A - 模拟盐碱地水盐运动的实验装置及利用该装置筛选盐碱地防止返盐措施的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟内陆盐碱地水盐运动的实验装置和利用该装置筛选盐碱地防止返盐的不同隔盐措施、不同覆盖措施的方法，实验装置包括装填待测试盐碱地土体的土柱、与土柱下部相连通、为土体供水的马氏瓶、安装在土柱顶端的蒸发控制箱、设置在土柱底部的反滤层和安装在土柱侧壁上的水分、盐分和温度传感器。本发明的实验装置结构简单，容易操作，实验条件易控制，可用于进行室内模拟布设不同措施对盐碱地土壤盐分运移、内陆盐碱地地下水位对水盐运动的影响等多项实验，并且测定结果准确，为内陆盐碱地造林提供可靠的基础数据和技术支持。

Description

模拟盐碱地水盐运动的实验装置及利用该装置筛选盐碱地防止返盐措施的方法

技术领域

本发明涉及一种模拟土壤中水盐运动的装置以及利用该装置测定土壤中返盐率的方法，特别涉及一种模拟盐碱地中水盐运动的试验装置以及利用该装置筛选盐碱地防止返盐的不同措施的方法，属于农田水利工程的科研仪器领域。

背景技术

水盐运动规律较为复杂，其变化受地下水位、蒸发和降雨等多种因素影响。目前，我国对于盐碱地的研究和治理方法中，大都是针对“盐随水来，盐随水去”的滨海盐碱地，而对于降雨较少，大气蒸发力较强的内陆盐碱地的研究较少。现有的常规土柱模拟试验存在实验周期较长、供水系统复杂等方面的缺点。而且对于不同隔盐、覆盖措施对于盐碱地水盐运动影响的实验大都是在大田内进行，不可控的气象、人为等因素较多，很难形成相对稳定的稳态蒸面，且需要以挖土壤刨面的方式来观测土壤纵向刨面水盐运移状况，实验工作量大且繁琐。

我国盐碱地改良技术的研究丰富，在土壤盐分成因规律、特征、农田节水灌溉水盐运行机理、盐碱地改良利用技术措施等诸多方面的研究都有了长足的发展和突破。研究表明：土壤中水盐的运动变化收到地下水位、降雨、蒸发、灌溉排水、土地利用等因素的影响，水盐运动规律极为复杂，因此加强土壤水盐运动机理的研究，进一步了解土壤盐碱化的发生、发展过程及规律，可为土壤盐碱化防治提供必要的基层数据和参考依据。

随着社会经济的发展，土地资源短缺，填海造田计划的长期实施，沿海垦区盐碱地中水盐运动研究较多，例如专利申请号为201410118442.6的发明专利申请公开了一种模拟沿海垦区地下水位影响水盐运动的实验装置及方法，透明长方体土箱置于透明地下水位控制箱内，在土箱侧壁上沿平行于该柱体的中心线方向不同径向高度各设置水分传感器孔、盐分传感器孔、温度传感器孔及取样孔。长方体土箱土体底部设有滤层，滤层外裹无纺布，在滤层同高的侧壁设置通水孔。在长方体土箱的侧壁设有方便拆卸的栅格活动板。该长方体土箱上方设置红外线灯或白炽灯。在地下水位控制箱接近底部的地方设置水管及水阀。该装置模拟沿海垦区海水倒灌引起地下水位上升情况下的土壤水盐运动，在模拟过程中仅仅考量了气候因子太阳辐射的影响，其他气候因素未模拟，因此模拟结果与盐碱地的实际状况差异大，模拟结果不准确，具有很大的改善空间。

而陆盐碱地土壤中的水盐运动与沿海垦区盐碱地土壤中的水盐运动具有显著的区别，内陆盐碱地由于土壤含水量小、地下水位低高、降水少、太阳辐射强、多风且风速高，土壤中的水盐运动主要由土壤中水分蒸发导致。陆盐碱地的土壤水分在太阳辐射下蒸发，土壤中的水分受热气化并由表层土壤进入大气，导致土壤中的盐分。

西北干早内陆盆地，降雨稀少，蒸发强烈。在径流的过程中，地下水与母岩不断发生溶滤，在地下水的流动过程中，水体不断盐化，使得地下水的矿化度较高。水分因强烈蒸发而不断耗失，“盐随水走，水去盐留”，使盐分大量的聚集于地表，从而引起土壤的次生盐渍化。

西北内陆盐碱地在不开发利用的情况下，在地表聚集的盐分是比较稳定的，要想开发利用在盐碱地上造林，首先第一步是需要将表层的盐分通过大水漫灌的方式淋洗到地下，然后通过在造林地下布设一些排水带措施，将淋洗下来的盐水再从地下排出，完成工程洗盐。在盐碱地上栽种植物，需水量主要通过灌溉提供，大量的灌溉不仅提高了地下水位，同时也将地表的盐分淋溶到地下水，增大了地下水的矿化度。强烈的蒸发将矿化度较高的地下水向上运移，盐分又返回到地表，形成更严重的次生盐渍化。

因为在内陆盐碱地上造林，工程洗盐以后，一定深度的土层内的盐分含量较低，能够使植物成活，但是如果不采取在栽植穴下的隔盐措施(主要作用是打断土壤毛管孔隙，使盐分无法通过毛管孔隙上移)以及地表覆盖措施(主要作用是阻断与干燥大气的接触，且可以增加土温，抑制土壤水分的蒸发，从而控制盐分的上移)，盐分随土壤的蒸发会再次上移，造成土壤次生盐渍化，影响植物的生长。

现有的模拟土壤中水盐运动的技术为室内土柱模拟，通常是进行土壤入渗实验和蒸发实验，很少涉及地下水位、风速等因素对土壤中水盐运动过程和规律的研究，对于内陆盐碱地水盐运动缺乏研究。

现有的盐碱地水盐运动模拟装置主要是针对沿海地区的盐碱地的水盐运动的模拟，其模拟的气象因子仅仅是太阳辐射对水盐运动的影响，即只能从光照一方面考虑对蒸发强度的影响，而未考虑风对蒸发的影响，而对于蒸发强度非常大的内陆盐碱地，大气流动的风速对水盐运动的影响却十分显著，因此现有的室内模拟水盐运动的装置非常不适用于模拟内陆盐碱地的水盐运动。由于现有的模拟转轴蒸发强度非常的弱，若要进行大强度的蒸发实验，所用的周期需要非常的长，耗费大量的人力物力；另外现有的试验装置均是将土柱或土箱放置在不同地下水位的水箱内，达到控制地下水位的目的。

发明内容

本发明的目的是针对现有模拟盐碱地水盐运动的试验装置仅针对滨海盐碱地的问题，提供一种针对内陆盐碱地的水盐运动模拟试验装置及利用该试验装置筛选内陆盐碱地防止返盐的不同隔盐、覆盖措施的方法，本发明装置简便，容易操作，试验结果与内陆盐碱地实际状况相似度高，模拟结果准确，精确反应了内陆盐碱地水盐运动的状况，使用本发明试验装置测定内陆盐碱地工程洗盐后的返盐速率的方法，测定结果准确，为内陆盐碱地造林提供可依据的基础数据和技术支持。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种模拟内陆盐碱地水盐运动的实验装置，包括土柱、马氏瓶、蒸发强度控制箱和水分传感器、盐分传感器和温度传感器，其中，所述土柱侧壁的底部通过连接水管与马氏瓶的底部相连通；所述蒸发强度控制箱固定在所述土柱的顶部并与土柱连通，形成水分蒸发通道；土柱的侧壁上开设多个水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔，分别用于安装测定土柱内土壤水分、盐分和温度的水分传感器、盐分传感器和温度传感器；其中：

所述土柱用于装填待模拟盐碱地的土体；

所述马氏瓶用于灌装待模拟盐碱地的地下水或与待模拟盐碱地地下水具有相同矿化度的盐水溶液，并为土体供水；

所述蒸发强度控制箱用于控制土柱内土壤的水面的蒸发强度，模拟待模拟盐碱地的水面蒸发状况。

其中，所述土柱为一端开放、另一端封闭的中空的圆柱体、正棱柱体或长方体，优选为圆柱体。

特别是，所述圆柱体型土柱的内径与高度之比为1：5-10，优选为1：7.5。

尤其是，所述土柱的内径20±0.5cm，高150±1.0cm。

特别是，所述土柱采用透明有机玻璃制成。

土柱除了为圆柱形之外，其他长方体形、棱柱形均适用于本发明。

尤其是，所述由透明有机玻璃制成的圆柱体型土柱，其上端开放，下端封闭。

其中，在所述土柱的侧壁上从上至下开设多个水分传感器孔，盐分传感器孔、温度传感器孔，用于安装相应的水分传感器孔，盐分传感器孔、温度传感器孔。

特别是，在所述土柱侧壁上沿着平行于土柱的轴线方向的不同轴向高度上的同一平面内分别设置至少一组水分传感器孔，盐分传感器孔和温度传感器孔，分别用于安装相应的测定土柱内土壤内水分、盐分和温度的水分传感器、盐分传感器和温度传感器。

其中，在所述土柱侧壁的同一轴向高度的平面内至少开设有1个水分传感器孔，1个盐分传感器孔和1个温度传感器孔。

特别是，在同一轴向高度的的平面内的所述水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔到土柱同一轴向高度平面的中心的连线间的夹角α为120°，即同一水平面内的所述水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔的连线形成正三角形。

即土柱同一轴向高度的平面内至少设置有一个水分传感器孔、一个盐分传感器孔和一个温度传感器孔。

尤其是，在土柱侧壁上不同轴线高度上设置的水分传感器孔之间的连线与土柱轴线相平行；盐分传感器孔之间的连线与土柱轴线相平行；温度传感器孔之间的连线与土柱轴线相平行。

特别是，在土柱侧壁上的所述水分传感器孔连线与所述土柱的轴线向平行；所述盐分传感器孔连线与所述土柱的轴线向平行；所述温度传感器孔连线与所述土柱的轴线向平行。

尤其是，所述水分传感器孔沿着土柱的轴向高度方向自下而上呈直线排列，与土柱的轴线相平行；所述盐分传感器孔沿着土柱的高度方向自下而上呈直线排列，与土柱的轴线相平行；所述温度传感器孔沿着土柱的高度方向自下而上呈直线排列，与土柱的轴线相平行。

特别是，土柱上从上至下沿着土柱轴向高度开设的水分传感器孔，盐分传感器孔、温度传感器孔的最上层平面内距离土柱顶部的距离为0-15cm，优选为5-15cm，进一步优选为10cm。

尤其是，轴线高度上相邻两层设置有水分传感器孔，盐分传感器孔、温度传感器孔的平面间的间距为15±5cm。

特别是，还包括反滤层装置，所述反滤层设置在土柱的底部，用于防止土柱内土壤外流堵塞连接水管。

尤其是，所述反滤层包括从下至上的石砾层、砂石层和细砂层，并且相邻两层之间设置由透水材料制成的分隔网。

特别是，所述石砾层的厚度为5±0.5cm、砂石层的厚度为5±0.5cm、细砂层的厚度为5±0.5cm；所述石砾层中粗砾石的粒径为10-20mm；砂石层中砂石的粒径为2-10mm；细砂层中的细砂的的粒径为0.2-2mm；所述透水材料选择无纺布或纱布。

特别是，在靠近土柱底部的土柱侧壁的下部开设供水孔，用于安装连接水管，将土柱与马氏瓶向连通，为土柱供水。供水孔与连接水管的连接处密封、防水。

尤其是，所述供水孔的开设高度在土柱底部反滤层的底部下部。

其中，所述蒸发强度控制箱可以是任何形状的箱体，例如正方体形、长方体形、圆柱体形、棱柱体形，优选为正方体形。

特别是，所述蒸发强度控制箱的顶部密封，底部开设有蒸发孔，所述蒸发孔与所述土柱顶部套接并固定，形成所述的水分蒸发通道；所述蒸发强度控制箱内的顶部固定安装辐射光源，用于控制和调节土柱内土壤中的水分在光照条件下的蒸发强度；并且其四周的侧壁上至少开设有1个通风口，用于控制和调节土柱内土壤中的水分在风力条件下的蒸发强度。

其中，所述蒸发孔设置在所述蒸发强度控制箱底部的中中央位置。

特别是，所述蒸发孔的大小与土柱的外径相匹配，使得土柱顶端套接在所述蒸发强度控制箱底部，形成密闭的土柱水分蒸发通道。

其中，所述辐射光源选择红外线灯、或白炽灯，优选为红外线灯。

控制箱内部上方设有的控制蒸发强度的辐射光源，可通过控制光源的数量和功率调节蒸发强度。

特别是，所述辐射光源固定安装在所述蒸发控制箱内顶部的中央位置。

其中，所述通风口为直径为10±1cm的通孔。

特别是，所述通风口的形状为圆形、正方形、长方形、菱形，优选为圆形。通风口的形状可以任何形状，本发明中选择圆形。

其中，在所述蒸发强度控制箱箱体的前、后、左、右4个侧面分别均至少开设有1个通风口，优选为开设1个通风口。

特别是，所述通风口设置在侧壁的中央位置。

尤其是，所述控制箱侧壁上的通风口的开设高度可以相同也可以彼此不同，即不同侧壁上的通风口的开设高度可以相同也可以不同。

控制箱的每个侧壁上都设有通风口，使空气能够流通，保证空气能够对流，且还能尽可能地避免外界的光源对蒸发强度控制箱内辐射强度的影响。通风口可以是任何形状的通孔，可按照相同或不同的高度设置。

其中，所述蒸发强度控制箱为由有机玻璃制成带有通风口的封闭式的箱体。

特别是，所述蒸发强度控制箱的高度≥60cm，即控制箱的顶端距离土柱的顶端的距离≥60cm，优选为60cm。

控制室的高度主要是依据蒸发强度而定，不同的实验条件可采用不同的高度，主要是保证用红外光源能够达到实际太阳辐射的强度。其实按照实际来说，是越大越好的，越能接近实际。

尤其是，所述蒸发强度控制箱的底面积大于所述土柱的顶端面积。

其中，所述蒸发强度控制箱的至少一个侧壁的上部还安装有换气排风扇，用于控制和调节土柱内土壤中的水分在风力条件下的蒸发强度。

特别是，在所述蒸发强度控制箱的一个侧壁上设置1台换气排风扇。

其中，所述换气排风扇开设在所述控制箱的1个侧壁上，并且排风扇的安装高度位于辐射光源的下部，和通风口的上部。

排风扇安装位置在红外光源下方，在通风口上方。通过排风扇风速的大小来控制风速，模拟不同的风速)，可调节风速大小。风速与红外光源结合，来模拟太阳辐射和大风，加速土壤蒸发，连续进行模拟，大大缩短了实验周期。

特别是，所述蒸发强度控制箱的内部粘附有遮光部件，用于遮挡外界光照，减少外界光照对土柱内水分蒸发的影响。

其中，所述遮光部件采用不透光材料制成。

特别是，所述遮光部件选择不透光的锡箔纸、遮光纸、遮光布等，通常选用铝箔纸、锡箔纸等，优选铝箔纸。

遮光部件紧密贴合在蒸发强度控制箱的内壁，且厚度薄。蒸发强度控制箱的内壁贴有铝箔纸，既可以减少外界光照的影响，又可以增强光照辐射，适用于光照较强的内陆盐碱地。

特别是，所述土柱的顶部侧壁的外侧还安装有多个固定件，用于搁置所述的蒸发强度控制箱。所述蒸发强度控制箱的底部搁置在固定件上，与土柱连接成一体。

其中，所述固定件为有机玻璃块，粘附在土柱顶部侧壁的外面，可以为长方体、正方体或其他任何形状。

特别是，所述固定件的个数至少3个，优选为3-4个。

如果设置有3个固定件，则相邻两个固定件之间的夹角β为120°；如果设置有4个固定件，则相邻两个固定件之间的夹角β为90°。

其中，所述马氏瓶(又称马利奥特瓶)为由有机玻璃制成的透明装置，为土柱提供待模拟盐碱地的地下水源。

特别是，所述马氏瓶的外壁标有刻度。马氏瓶是做恒持水位，持续供水的装置。与土柱连接，马氏瓶内的水位的高低根据待模拟的盐碱地的不同地下水位高度调节。

尤其是，所述马氏瓶的内径、高度与土柱的内径、高度相同。

马氏瓶内盛放根据待模拟内陆盐碱地地下水矿化度配置的盐溶液，盐溶液的矿化度与待模拟盐碱地的地下水矿化度相同。控制马氏瓶内盐溶液的液面高度高于或等于待模拟盐碱地的地下水位的高度，即控制待模拟盐碱地地下水位，通过调节马氏瓶内盐溶液的液面高度即可调节土柱内水位的高度，模拟盐碱地的地下水位。

本发明另一方面提供一种利用上述室内模拟内陆盐碱地水盐运动的实验装置筛选内陆盐碱地采用隔盐措施阻止返盐的方法，包括如下顺序进行的步骤：

1)调节控制箱内水面蒸发强度

根据待模拟盐碱地的日平均水面蒸发强度，调节辐射光源的功率、换气排风扇的风速，使得土柱内土壤中的水分在3-12h内蒸发强度与待模拟盐碱地的日平均水面蒸发强度相同；

2)制定模拟蒸发方案

2-1)确定辐射光源、排风扇开启时长

根据调节后的辐射光源强度、排风扇的风速确定开启辐射光源和排风扇的时间，其中开启时间段内土柱内水分蒸发量与待模拟盐碱地的日平均水面蒸发量相同；

2-2)确定辐射光源、排风扇关闭时长

首先在开启辐射光源、排风扇之前，测定土柱内部供试土体底部的初始含水量(θ₁)；待辐射光源、排风扇开启时间结束后，再次测定土柱内部供试土体底部含水量(θ₂)，并同时计时，直至土柱内部供试土体底部含水量达到初始含水量为止，结束计时，土柱内部供试土体底部含水量恢复至初始含水量所用时间即为辐射光源、排风扇关闭时长；

2-3)辐射光源和排风扇开启、关闭交替进行，循环往复，模拟待模拟盐碱地水分蒸发状况；

3)制备盐水溶液、供试土样

根据待模拟的盐碱地的地下水的矿化度配与待模拟盐碱地的地下水矿化度相匹配制盐水溶液，备用；

采集待模拟盐碱地地表深度为0-50cm的土壤，然后依次进行风干、磨碎，除去杂物，最后过2mm土壤筛，制得供试土样，备用；

4)装填地下水位土体、供水

按照待模拟盐碱地土壤的容重向土柱内装填制备的供试土样，直至装填至地下水位的高度，形成地下水位土体；

将马氏瓶与土柱通过连接水管连接，将马氏瓶内的盐水溶液注入土柱内，地下水土体吸收马氏瓶内的盐水溶液至充分饱和；

5)装填供试土体

按照待模拟盐碱地土壤的容重向土柱内地下水位土体的上部首先装入供试土样；接着根据待模拟盐碱地植树过程中树坑的深度铺设厚度为4-10cm的隔盐材料；然后再在隔盐材料的上部继续装填供试土样，直至土柱的顶部，形成供试土体，供试土体的高度与地下水位的高度相同；同时在水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔内安装相应的水分传感器、盐分传感器和温度传感器；

6)水分、盐分、温度变化状况监测

按照步骤2)制得的模拟蒸发方案开启/关闭蒸发强度控制箱内的辐射光源、开启换气排风扇，室内模拟盐碱地的水分蒸发；同时开启水分传感器、盐分传感器和温度传感器，将水分传感器、盐分传感器和温度传感器收集的数据通过数据线输入数据采集分析器，实时测定土柱内供试土体的含水量、盐分含量和温度；

7)根据测定的含水量、盐分含量和温度选择隔盐效果好的隔盐措施。

其中，步骤1)中按照如下步骤调节蒸发强度控制箱内辐射功率、排风扇风速：首先：在土柱的顶部放置内部装有高度为5-15mm(优选为10mm)水的蒸发皿；接着开启蒸发强度控制箱内的辐射光源、换气排风扇，并调节不同的辐射光源的功率和排风扇的风速，记录蒸发皿内水分全部蒸干的时间；然后计算不同的辐射功率和风速条件下水分的蒸发强度；最后选择3-12h内的水分蒸发量与待模拟盐碱地的日平均水分蒸发量相同辐射光源功率和排风扇风速。

特别是，使得土柱内土壤中的水分在3-8h(优选为3-6h)内，蒸发强度与待模拟盐碱地的日平均水蒸发强度相同。

特别是，步骤3)中还包括向供试土样中加入去离子水，混匀，使得土样含水量为3-5％，优选为3-4％。

其中，步骤5)中所述隔盐材料为河沙、沸石、砾石、秸秆或有机肥料中的一种或多种。

尤其是，所述隔盐措施层的厚度为3-8cm，优选为5cm。

本发明又一方面提供一种利用上述室内模拟内陆盐碱地水盐运动的实验装置筛选内陆盐碱地表面采用覆盖措施阻止返盐的方法，包括如下顺序进行的步骤：

1)调节控制箱内辐射功率、排风扇风速

根据待模拟盐碱地的日平均水面蒸发强度，调节辐射光源的功率、换气排风扇的风速，使得土柱内土壤中的水分在3-12h内蒸发强度与待模拟盐碱地的日平均水面蒸发强度相同；

2)制定模拟蒸发方案

2-1)确定辐射光源、排风扇开启时长

根据调节后的辐射光源强度、排风扇的风速确定开启辐射光源和排风扇的时间，其中开启时间段内土柱内水分蒸发量与待模拟盐碱地的日平均水面蒸发量相同；

2-2)确定辐射光源、排风扇关闭时长

首先在开启辐射光源、排风扇之前，测定土柱内部供试土体底部的初始含水量(θ₁)；待辐射光源、排风扇开启时间结束后，再次测定土柱内部供试土体底部含水量(θ₂)，并同时计时，直至土柱内部供试土体底部含水量达到初始含水量为止，结束计时，土柱内部供试土体底部含水量恢复至初始含水量所用时间即为辐射光源、排风扇关闭时长；

2-3)辐射光源和排风扇开启、关闭交替进行，循环往复，模拟待模拟盐碱地水分蒸发状况；

3)制备盐水溶液、供试土样

根据待模拟的盐碱地的地下水的矿化度配与待模拟盐碱地的地下水矿化度相匹配制盐水溶液，备用；

采集待模拟盐碱地地表深度为0-50cm的土壤，然后依次进行风干、磨碎，除去杂物，最后过2mm土壤筛，制得供试土样，备用；

4)装填地下水位土体、供水

按照待模拟盐碱地土壤的容重向土柱内装填制备的供试土样，直至装填至地下水位的高度，形成地下水位土体；

将马氏瓶与土柱通过连接水管连接，将马氏瓶内的盐水溶液注入土柱内，地下水土体吸收马氏瓶内的盐水溶液至充分饱和；

5)装填供试土体

按照待模拟盐碱地土壤的容重向土柱内地下水位土体的上部首先装入供试土样，直至装填至距离土柱顶部2-10cm；然后在土柱上部的供试土样的上部装填覆盖材料，直至土柱的顶部，形成供试土体，供试土体的高度与地下水位的高度相同；同时在水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔内安装相应的水分传感器、盐分传感器和温度传感器；

6)水分、盐分、温度变化状况监测

按照步骤2)制得的模拟蒸发方案开启/关闭蒸发强度控制箱内的辐射光源、开启换气排风扇，室内模拟盐碱地的水分蒸发；同时开启水分传感器、盐分传感器和温度传感器，将水分传感器、盐分传感器和温度传感器收集的数据通过数据线输入数据采集分析器，实时测定土柱内供试土体的含水量、盐分含量和温度；

7)根据测定的含水量、盐分含量和温度选择隔盐效果好的覆盖措施。

其中，步骤1)中按照如下步骤调节蒸发强度控制箱内辐射功率、排风扇风速：首先：在土柱的顶部放置内部装有高度为5-15mm(优选为10mm)水的蒸发皿；接着开启蒸发强度控制箱内的辐射光源、换气排风扇，并调节不同的辐射光源的功率和排风扇的风速，记录蒸发皿内水分全部蒸干的时间；然后计算不同的辐射功率和风速条件下水分的蒸发强度；最后选择3-12h内的水分蒸发量与待模拟盐碱地的日平均水分蒸发量相同辐射光源功率和排风扇风速。

特别是，使得土柱内土壤中的水分在3-8h(优选为3-6h)内，蒸发强度与待模拟盐碱地的日平均水蒸发强度相同。

特别是，步骤3)中还包括向供试土样中加入去离子水，混匀，使得土样含水量为3-5％，优选为3-4％。

其中，步骤5)中所述覆盖材料为河沙、沸石、砾石、秸秆或塑料薄膜中的一种或多种。

尤其是，所述覆盖措施层的厚度为2-5cm，优选为5cm。

与现有技术相比，本发明的试验装置和测定返盐速率的方法具有如下优点：

1、本发明的室内模拟盐碱地水盐运动的装置适用于内陆盐碱地蒸发强度大的特点，同时模拟光照和风速两个气象因素对盐碱地水分蒸发、返盐速率的影响，模拟条件与自然条件下实际情况相类似，同时形成稳态的大气蒸发能力，模拟结果准确。

2、采用本发明的模拟实验装置研究内陆盐碱地水盐运动规律可以大大缩短了实验周期。通过同时控制光照和风速的双重模拟，将蒸发量所需实际时间缩短，可进行连续模拟实验。

例如：如果待模拟的盐碱地的实际的日水面蒸发为1mm，可根据辐射强度、风速与水面蒸发强度(mm/小时)的三维立体关系图选择红外辐射强度和风速，

可以通过调节蒸发强度控制箱内辐射光源的功率、排风扇的风速、以及辐射光源和排风扇的工作时间使得蒸发强度控制箱内的水分蒸发量，为待模拟的盐碱地的实际蒸发量的2-4倍，即可相当于实际蒸发2-4天的蒸发量，缩短模拟周期，大大节约实验时间，但是强烈蒸发不能持续太久，防止强烈的蒸发将土壤毛管拉断，使水分不能正常上升，土壤不断干燥。一般在强烈蒸发3-4h后让土体缓和一段时间，补给地下水，相当于土地夜间状态。

3、本发明的试验装置的供水系统使用透明马氏瓶，控制和模拟盐碱地的地下水位，地下水位高度调节精确，且利于观察，提高了试验结果的准确性。而且还可以方便地调整供水系统马氏瓶内盛放的模拟盐碱地的地下水的水质，方便控制地下水的矿化度，操作简单方便，探讨不同地下水位、水质对返盐速率的影响。

本土柱采用侧向补给地下水位的方式，使地下水位维持不变，且外界蒸发条件又相对稳定，形成稳定的土壤蒸发刨面。

4、本发明装置适用于降水稀少蒸发强度较大的西北内陆地区，从太阳辐射和风速两个方面来考虑，既可以研究不同地下水位对西北内陆盐碱地水盐运动的影响，又可以研究不同太阳辐射和风速两种气象因子对水盐运动的影响。同时又可以研究工程洗盐以后，不同地下水位对返盐速率的影响及不同覆盖和隔盐措施对返盐速率的影响。

本发明是利用一种室内模拟试验的方法研究土壤中不同隔盐和表层覆盖措施对盐碱地盐分运移的影响。目前对于不同隔盐、覆盖措施对于盐碱地水盐运动影响的实验大都是在大田内进行，不可控的气象、人为等因素较多，很难形成相对稳定的稳态蒸面，且需要以挖土壤刨面的方式来观测土壤纵向刨面水盐运移状况，实验工作量大且繁琐。

本发明试验操作方法简单。

5、本发明的试验装置制作工艺简单，便利，可用于进行室内模拟布设不同措施对盐碱地土壤盐分运移、内陆盐碱地地下水位对水盐运动的影响等多项实验，试验结果与实际状况相符合，结果准确，适用范围光，利于推广。

6、利于本发明的试验装置还可以模拟不同覆盖措施和不同隔盐措施对工程洗盐以后土壤中盐分的返盐速率，对水盐运动进行实时动态的检测，同时也可以结合其他条件来模拟工程洗盐或者灌溉以后，不同气候条件下的返盐速率，探索其变化规律。

7、本装置的设计有蒸发强度控制箱，可以根据实际需求调节光源强度和风速大小，增大蒸发强度，缩短实验周期。蒸发强度控制箱是由内壁贴有锡纸的不透明的有机玻璃制成，可以避光，既可以防止外界光源的影响，又能增强将红外光源的辐射强度，增大蒸发。箱体壁上设有排风扇，风扇的风速可调节，主要是为增大蒸发动力，将水汽带走。在箱体壁上还设有通气孔，以便于水汽的排出，保证空气湿度不会对蒸发强度造成影响。在箱体的上壁，安有红外光源.。

8、光源距离土柱的距离可调节，光照的强度也可调节更换。

附图说明

图1为本发明实验装置示意图。

图2为本发明实验装置的土柱、水分传感器孔、盐分传感器孔、温度传感器孔局部放大示意图。

图3为本发明装置中反滤层的剖视放大示意图；

图4为本发明装置中土柱顶部俯视结构示意图；

图5为本发明装置中控制箱正面示意图；

图6为本发明装置中控制箱的右侧示意图。

附图标记说明

1、土柱；11、水分传感器孔；12、盐分传感器孔；13、温度传感器孔；14、固定件；2、马氏瓶；21、标尺刻度；3、控制箱；31、光源；32、通风口；33、排风扇；34、蒸发孔；4、水分传感器；5、盐分传感器；6、温度传感器；7、反滤层；71、石砾层；72、砂石层；73、细砂层；8、连接水管；9、阀门。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

如图1所示，室内模拟内陆盐碱地水盐运动的试验装置包括采用透明有机玻璃制成的一端开放、另一端封闭的中空的圆柱体形土柱1(土柱除了为圆柱形之外，其他如长方体型也适用于本发明)，为土柱供水(即模拟地下水位)的采用透明有机玻璃制成的圆柱形马氏瓶2，采用有机玻璃制成的、内壁贴附遮光部件的固定在土柱顶部的蒸发强度控制箱3，固定安装在土柱侧壁上水分传感器4、盐分传感器5、温度传感器6(由于水分传感器、盐分传感器和温度传感器在试验过程中安装，且埋设在土样中，因此图中未示出)，和设置在土柱底部的反滤层7。控制箱的底部开设有蒸发孔34，蒸发孔的大小与土柱径向横截面的尺寸相匹配，土柱与控制箱通过蒸发孔相连通，形成土柱内土体蒸发的通道。

由有机玻璃制成的、中空的、透明的圆柱体形土柱的一端开放、另一端封闭，在靠近其封闭端设置供水孔(图中未示出)，供水孔通过连接水管8与马氏瓶的底部相连接，供水孔的开设高度与在设置在土柱底部内的反滤层的底部的高度相一致。在连接管道上可以设置供水阀门9，控制马氏瓶内液体的流量或向土柱供水，将马氏瓶内的液体引入土柱内部，为土柱提供充足的模拟地下水，连接处密封防止漏水。

透明的圆柱形土柱内部用于装填待测试内陆盐碱地的土体；圆柱形土柱的内径与高度之比为1：5-10，优选为1：7.5。在土柱的侧壁上沿着平行于土柱的轴线方向从上至下开设有多个数据采集器安装孔，分别为水分传感器孔11，盐分传感器孔12、温度传感器孔13，即在土柱侧壁上沿着平行于土柱的轴线方向的不同轴向高度上分别设置水分传感器孔，盐分传感器孔、温度传感器孔，且同一轴向高度的平面内至少设有1个水分传感器孔，1个盐分传感器孔和1个温度传感器孔，即不同高度的径向平面(也就是不同水平面)内具有不同的水分传感器孔，盐分传感器孔和温度传感器孔，而且在同一高度的径向平面(即同一水平面)内至少具有1个水分传感器孔，1个盐分传感器孔和1个温度传感器孔，也就是同一轴线高度的平面内至少具有1个水分传感器孔，1个盐分传感器孔和1个温度传感器孔。土柱外壁上开设的水分传感器孔从上自下排列成直线，其连线与土柱的轴线相平行；盐分传感器孔从上自下排列成直线，其连线与土柱的轴线相平行；温度传感器孔从上自下排列成直线，其连线与土柱的轴线相平行(如图1、2)。不同轴向高度平面内具有不同的水分传感器孔，盐分传感器孔、温度传感器孔。

土柱上从上至下沿着土柱轴向高度开设的水分传感器孔，盐分传感器孔、温度传感器孔平面内，第一层平面距离土柱顶部的距离为0-15cm，优选为5-15cm，本发明选择10cm。轴线高度上相邻两层设置有水分传感器孔，盐分传感器孔、温度传感器孔的平面间的间距为15±5cm，即轴向高度上相邻两个水分传感器孔，相邻两个盐分传感器孔、相邻两个温度传感器孔之间的距离为15±5cm。本发明实施例中相邻两个水分传感器孔，相邻两个盐分传感器孔、相邻两个温度传感器孔之间的距离为15cm。

本发明具体实施方式中透明的圆柱形土柱的内径为20±0.1cm，高150±0.5cm，不同轴线高度平面内分别设置3个数据采集器安装孔(即1个水分传感器孔，1个盐分传感器孔和1个温度传感器孔)，同一高度的径向平面内的水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔到土柱同一轴向高度平面的中心连线间的夹角α为120°，即同一水平面内的所述水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔的连线形成正三角形。水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔分别相应的固定安装有水分传感器、盐分传感器和温度传感器(如图2)。

在土柱的底部设置反滤层7，反滤层由不同粒径的砂石分层铺设而成，厚度为15±1.5cm；相邻两层之间设置由透水材料(例如无纺布或纱网)制成的分隔网(图中未示出)。砂石层从下至上分为石砾层71、砂石层72和细砂层73(如图3所示)，石砾层、砂石层和细砂层之间铺设分隔网，以防止上层的细颗粒进入下一层，其中，石砾层的厚度为5±0.5cm、砂石层的厚度为5±0.5cm、细砂层的厚度为5±0.5cm；所述石砾层中粗砾石的粒径为10-20mm；砂石层中砂石的粒径为2-10mm；细砂层中的细砂的的粒径为0.2-2mm。

由有机玻璃制成的透明装置马氏瓶(又称马利奥特瓶)，其外壁标有标尺刻度，为土柱提供模拟地下水源和控制土柱的地下水位的高度。马氏瓶通过连接水管8与设置在土柱底部且位于反滤层下部的供水孔14与土柱相连接，为土柱提供充足的模拟地下水。

马氏瓶的内径与土柱的内径相同，其高度小于或等于土柱高度。本发明的试验装置通过马氏瓶为土柱内的土体供水，控制和模拟不同的地下水位高度。可以通过调节水的流量也可通过向马氏瓶内装入不同高度的水，控制和模拟地下水位高度。如果马氏瓶高度小于土柱高度，可以增加支撑装置来调节马氏瓶内水源的液面高度小于地下水位，即马氏瓶内液面高度高于土柱内地下水土体上表面的高度，然后通过调节流量，控制地下水位高度；或者调节马氏瓶内水源的液面高度等于地下水位高度。

本发明实施例中选择马氏瓶的高度与土柱高度相同，根据地下水位的不同，向马氏瓶内通入不同高度的液体。

本发明具体实施方式中马氏瓶的内径内径20cm，高150cm。

马氏瓶内盛放根据待模拟内陆盐碱地地下水矿化度配置的盐溶液，盐溶液的矿化度与待模拟盐碱地的地下水矿化度相同。控制马氏瓶内盐溶液的液面高度高于或等于待模拟盐碱地的地下水位的高度，即控制待模拟盐碱地地下水位，通过调节马氏瓶内盐溶液的液面高度即可调节土柱内水位的高度，模拟盐碱地的地下水位。

如图1、4、5，由透明有机玻璃制成的蒸发强度控制箱3固定在土柱顶端，箱体为封闭式长方体形或正方体形，且箱体的前、后、左、右4个侧面分别均至少开设有通风口32；其顶部封闭，底部开设有蒸发孔34，套接并固定在土柱的顶部，与土柱顶端连接呈一体，并且蒸发孔为圆形，设置在控制箱底部的中央位置，蒸发孔的大小与土柱的内径相匹配，蒸发孔正对着土柱的顶端，形成盐碱地水分蒸发试验空间。

蒸发强度控制箱的内壁粘附有遮光部件(遮光部件由不透光材料制成，例如锡箔纸、遮光纸、遮光布等，通常选用铝箔纸、锡箔纸等，由于遮光部件紧密贴合在蒸发强度控制箱的内壁，且厚度薄，在图中未示出)铝箔纸；箱体内部的顶端的中央设置设有控制蒸发强度的辐射光源31(红外线灯或白织灯)，辐射光源的高度和功率均可调节；控制箱的每个侧壁上设置至少1个通风口，其中一个侧壁上设置有1个换气排风扇33，即箱体的四个侧壁上各开设至少1个通风口，其中一个侧壁上还安装有换气排风扇，该侧壁上的通风口与换气排风扇彼此分开。

土壤蒸发的影响因子主要包括太阳辐射、湿度、温度等。本装置的蒸发强度控制箱尽可能的模拟考虑多个影响土壤蒸发的影响因子，模拟了太阳辐射和空气干湿度，使其尽可能的模拟实际情况。而现有的模拟蒸发土壤蒸发的装置大都只考虑单一的影响因子，不能够达到较大的蒸发强度，尤其是在蒸发强度较大的内陆地区，与实际也有很大的差异。本蒸发强度控制箱相对密闭，在箱体上开设通风口和排风扇，使其空气流通，减小其空气动力学阻力，减小空气湿度，增大蒸发动力。本装置相对密闭且设置遮光部件可以防止外界光源对本装置蒸发强度的影响，既能保护热源，集中光照，使热量集中并迅速升温，达到预期的蒸发强度。

本发明实施例例通风口的直径为10±1cm；辐射光源选择红外线灯。

土柱的侧壁顶端设置有至少2个固定件14(图5)从下部托起蒸发强度控制箱，使得控制箱固定在土柱的顶部，固定件通过粘接方式与土柱侧壁外侧固定连接，且相邻两个固定件之间的夹角β为90-180°。如果夹角β为90°，则所述固定件为4个；如果夹角β为120°，则所述固定件为3个；如果夹角为180°，则所述固定件为2个。

本发明具体实施方式中的蒸发强度控制箱的箱体为正方体形，高为60cm；四周的4个侧壁(即前、后、左、右四个侧壁)上分别开设有1个直径为10±1cm的通风口，每个侧面上的通风口开设在侧壁的中央位置，并且在箱体的右侧壁的上部靠近箱体顶部的位置安装换气排风扇。本发明具体实施例中4个固定件为粘粘在土柱顶部外侧壁上的正方形有机玻璃块(图5)，除了为正方形外，还可以为长方体或其他任何形状。

水分、盐分、温度传感器分别安装在开设在土柱侧壁上的相应的水分、盐分、温度传感器孔内，水分、盐分、温度传感器通过数据线与数据采集分析器连接，可获得持久连续的水分、盐分、温度变化数据。

以本发明的实验装置模拟青海省乌兰县柴达木盆地盐碱地的水盐运动

模拟青海省乌兰县柴达木盆地盐碱地(东经98.46°北纬36.9°)的水盐运动，该地区的地下水位高度的平均值为65cm，当地冬寒夏热，春季多风，年平均温度12.2℃，平均风速4.1m/s。年均降水量630mm，多集中在7～8月份，占到全年降水量的70％以上，冬春降水占到全年的10％左右。蒸发量很大，5月份最高，达259mm。植树季节(3-5月份)平均日水面蒸发速度为9-10mm。

本发明实施例选择盐碱地土壤容重为1.4g/cm^-3；平均日水面蒸发速度平均值为9.5mm；地下水的平均矿化度为3.99g/L；田间持水量为：30.19％；为例进行实验说明。

实施例1模拟青海省乌兰县柴达木盆地的盐碱地工程洗盐后的水盐运动

1、调节控制箱内蒸发强度控制箱内辐射功率、排风扇风速

将直径为20cm，高度为2cm的蒸发皿置于本发明试验装置的蒸发强度控制箱底部的蒸发孔处，并向蒸发皿中装入高度为10mm的水，开启红外线灯和换气排风扇，观测并记录蒸发皿内水分蒸发完毕所用的时间，然后计算水面蒸发速率；

调节红外线灯的功率和换气排风扇的风速，在红外线灯的功率为760W，排风扇的风速为5.2m/s，蒸发皿中水在4h内完全蒸干，即蒸发强度为2.5mm/h。根据待模拟的青海省乌兰县柴达木盆地盐碱地的日水面平均蒸发强度为9.5mm，确定开灯时间为3.8h(与待模拟的青海省乌兰县柴达木盆地盐碱地的日平均水面蒸发强度相同)。

本发明的蒸发强度控制箱可以通过调节辐射光源的功率、排风扇的风速使得土柱内水分在3-12h内的蒸发强度与待模拟盐碱地的日平均水分蒸发强度相同。本发明实施例以3.8h内的水分蒸发强度等于待模拟盐碱地的日平均水分蒸发强度为例进行说明，其他可根据辐射功率、排风扇风速调节相应的蒸发时间如5h或6h、8h等，或其他时间均适用于本发明。

2、制定模拟蒸发方案

2-1)待模拟的柴达木盆地盐碱地的实测平均日水面蒸发量为9.5mm。确定在红外线灯的功率为760W，排风扇的风速为5.2m/s的条件下，同时开启红外线灯和换气排风扇3.8h，能将9.5mm的水完全蒸干模拟柴达木盆地盐碱地平均日水面蒸发状况，即同时开启红外线灯和换气排风扇3.8h模拟柴达木盆地盐碱地白天土壤蒸发状况；

2-2)开启红外线灯和排风扇之前测定土柱内地下水位处的土壤初始含水量(θ₁为21.8％)，即测定土柱从上至下65cm出的土壤的初始含水量，也就是土柱供试土体底部土壤的初始含水量；

2-3)开启红外线灯和排风扇3.8h后立即关闭红外线灯和排风扇并同时开始计时，并再次测定土柱内地下水位处的土壤含水量(θ₂)，直至含水量恢复至初始含水量，结束计时，用时8.5h，获得关闭红外线灯和排风扇的时长；

本发明实施例测定地下水位处的土壤含水量，也可以测定土柱内从地表到地下水位处任何位置的土壤含水量，只要初始含水量和蒸发后测定土壤含水量的位置同一即可。

2-3)制定开启红外线灯和排风扇3.8h模拟柴达木盆地盐碱地白天土壤蒸发状况；关闭红外线灯和排风扇8.5h模拟柴达木盆地盐碱地夜间土壤蒸发状况；如此循环。

本发明实施例开关蒸发强度控制装置的一个周期为12.3h。

根据大田实际的日水面蒸发强度，确定蒸发强度控制箱内辐射光源、通风排气扇的开启时间，模拟稳定蒸发条件。

关闭辐射光源和排风扇的目的是防止强烈蒸发力拉断毛管(即土壤内的毛细管)，使水分无法正常上升，并尽可能的模拟实际。进而确定关闭辐射光源和风扇的时间。对于地下水位较浅的地区可以采用此方式进行模拟实验，可缩短实验周期。

3、配制待模拟地的地下水盐溶液

根据待模拟的盐碱地的地下水的矿化度配制盐水溶液，盐水溶液的含盐量与待模拟盐碱地的地下室矿化度相匹配。

由于水的矿化度即水的含盐量，表示水中所含盐类的数量，由于水中的各种盐类一般是以离子的形式存在，所以水的矿化度也可以表示为水中各种阳离子的量和阴离子的量的和，因此本发明具体实施方式中选择相同含盐量的NaCl盐溶液模拟待模拟盐碱地地下水进行试验。

本实施例中待模拟的柴达木盆地盐碱地的矿化度为3.99g/L，确定在马氏瓶内配置的NaCl盐水溶液中含盐量为3.99g/L，然后灌装入马氏瓶内，备用。

4、制备供试土样

在青海省乌兰县柴达木盆地上采集土层，采集深度为0～50cm，土样采集后依次进行风干、磨碎，除去杂物，然后过2mm筛，备用；

试验前向土样拌入去离子水，拌匀后用薄膜覆盖放置24h，测得土壤含水量为3.58±0.09％，制得供试土样；

供试土样的含水率除了3.58％之外，含水量为3-5％均适用于本发明，土样含水量为3-5％利于土样在装填后形成土壤毛管，形成土壤内水分蒸发通道。

5、布设反滤层

在土柱的底部铺设由不同粒径的砂石分层排列组成厚度为15±1.5cm的反滤层，反滤层从下至上分别为石砾层、砂石层和细砂层，相邻两层之间铺设由透水材料无纺布制成的分隔网网，以防止上层的细颗粒进入下一层。石砾层的厚度为5±0.5cm、粗砾石的粒径为10-20mm；砂石层的厚度为5±0.5cm、砂石的粒径为2-10mm；细砂层的厚度为5±0.5cm、细砂的粒径为0.2-2mm。

6、装填地下水位土体

在反滤层上部填入供试土样，形成模拟地下水位的土体，土样按照待模拟的盐碱地土壤的容重(1.4g/cm^-3)分层向土柱内装填，形成地下水位土体，直至装填至地下水位的高度，即装填至从土柱顶部到地下水位土体的上表面的高度与地下水位高度相同时为止；在装填供试土样的过程中，同时在土柱的水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔内安装相应的水分传感器、盐分传感器和温度传感器。

例如：待模拟地的地下水位为1m，那么装填的地下水位土体的上表面距离土柱顶部的距离为1m；如果待模拟地的地下水位为50cm，那么装填的地下水位土体的上表面距离土柱顶部的距离为50cm；本发明具体实施方式中待模拟地的地下水位为65cm，那么装填的地下水位土体的上表面距离土柱顶部的距离为65cm；

本发明中土柱内径为20cm，高度为1.5m，反滤层高度为15cm，则在土柱内装填的地下水位土体的高度为70cm(即(150-15-65)cm)，从上往下依次为65cm的供试土体，70cm的地下水土体，15cm反滤层。其他的以此类推。如果待模拟地的地下水位为100cm，那么在土柱内部从上往下依次为100cm的供试土体，35cm的地下水位土体和15cm的反滤层。

7、马氏瓶供水

将马氏瓶与土柱侧壁底部的供水孔通过连接水管连接，并打开连接水管上的阀门，马氏瓶内的盐水溶液流入土柱内，地下水土体吸收马氏瓶内的盐水溶液至充分饱和。

8、装填供试土体

继续在地下水位土体的上部装入供试土样，土样按照待模拟的盐碱地土壤的容重(1.4g/cm^-3)分层向土柱内装填，直至装填至土柱的顶部，形成供试土体，供试土体的高度与地下水位的高度相同；

在装填供试土样形成供试土体的过程中，同时在土柱的水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔内安装相应的水分传感器、盐分传感器和温度传感器。

本发明的具体实施方式中，供试土体的高度为65cm。

按照同样的方法装入供试土体，通过加水，调至土柱内土壤的持水量与待模拟盐碱地的土壤含水量相一致。

根据初始加入的土壤含水量与土壤含水量之差，计算出将供试土体调至试验地土壤含水量所需加水量，然后从土柱上方用量杯缓缓的加入。

然后用帕拉胶(parafilm)将土柱顶部封口，没有蒸发动力，水盐在短时间内的运移可以忽略不计，密封放置至少48h，使得土柱内土体的水分分布稳定，形成毛管空隙。

9、水分、盐分、温度变化状况监测

开启水分传感器、盐分传感器和温度传感器，将水分传感器、盐分传感器和温度传感器收集的数据通过数据线输入数据采集分析器，实时测定土柱内供试土体的水份、盐分和温度；

打开蒸发强度控制箱内的辐射光源(即红外线灯)和开启换气排风扇，按照步骤2制定的蒸发方案开启和关闭红外线灯、换气排风扇，室内模拟盐碱地的水分蒸发，通过控制辐射光源和排风扇的开启、关闭，能够连续模拟、并实时监测土柱内水分、盐分的运动，同时采用本发明还能缩短试验时间。

10、数据分析

通过水分传感器、盐分传感器和温度传感器对土柱内的供试土体的水分、盐分、温度进行数据采集监测，并对采集的数据进行分析处理，获得土柱内实时的水分、盐分的运动数据，观测不同措施对盐分运移的影响。

本发明实施例中选择土柱从上至下第1-3层的水分、盐分传感器记录的数据进行比较分析，监测土壤内水分、盐分的运移状况。测定结果如表1、2所示。

实施例2模拟柴达木盆地盐碱地工程洗盐后采用不同隔盐措施土壤中的水盐运动试验

本实施例使用4个本发明实验装置进行盐碱地工程洗盐后采用不同的隔盐措施后土壤中的水盐运动试验

其中，除了步骤8)即装填供试土体过程中首先在地下水位土体的上部装入5cm的供试土样，接着在4个土柱内分别装填5cm的隔盐材料河沙、沸石、枸杞秸秆或有机肥，然后在隔盐材料的上部装填供试土样，直至土柱的顶部，形成供试土体，供试土体的高度与地下水位的高度相同之外，其余与实施例1相同。

采用不同隔盐材料后土壤内水分、盐分的运移状况，测定结果如表1、2所示。

本发明中隔盐材料的设置深度根据在内陆盐碱地植树过程中树坑深度为50-70cm进行铺设，本发明实施例中以60cm为例，本发明中地下水位为65cm，隔盐材料距离地表的距离为60cm；如果地下水位为100cm，则隔盐材料距离地表的距离仍然为60cm，那么在步骤8)装填供试土体的过程中，则需要在地下水土体的上表面装填供试土样35cm后，再装填隔盐材料，然后再装填供试土样，直至土柱顶端，形成供试土体。

本发明中隔盐材料的装填高度选择5cm，其他高度如4-10cm均适用于本发明。

表1采用不同隔盐措施后室内模拟盐碱地盐分运移的测定结果

表2采用不同隔盐措施后室内模拟盐碱地水分运移的测定结果

隔盐措施不仅就能改变土壤结构，且破坏土壤毛细管作用的连续性，切断潜水蒸发通道，降低潜水蒸发，减弱底土层或地下水中的盐分随水分上行而表聚，理论上就可减轻盐分表聚，降低土壤盐害，达到有效抑制土表返盐，淡化耕层土壤的目的，为树木生长提供一个良好的生长环境。

在强烈蒸发条件下，土壤中盐分随水分在均质土内以毛管水的方式向上运移，铺设隔盐层后，打断了土壤毛管孔隙的连续性，切断毛管水上升，使其发生了停滞，减缓毛管水的运移速率并且使得大量盐分累积于夹层下界面。本实验结果显示，不同的措施使盐分表聚的程度不同。沸石的阻盐效果最好，每层的含盐量及平均值等均显著低于对照，同时也低于其他处理。其次依次为有机肥、河沙、秸秆。另外：不同的隔盐措施都有一定保水的作用，四种材料，秸秆的保水效果最优，根据实验地实际条件，本实验可为柴达木盐碱地造林布设隔盐措施提供理论指导。

实施例3模拟柴达木盆地盐碱地工程洗盐后采用不同覆盖措施土壤中的水盐运动试验

本实施例使用3个本发明实验装置进行盐碱地工程洗盐后采用不同的覆盖措施后土壤中的水盐运动试验。

其中，除了步骤8)即装填供试土体过程中在地下水位土体的上部装入供试土样，土样按照待模拟的盐碱地土壤的容重(1.4g/cm^-3)分层向土柱内装填，直至装填至距离土柱的顶部5cm后，在供试土样的上部分别装填厚度为5cm的河沙、枸杞秸秆、砾石(粒径2.3-5cm)或地膜，形成供试土体，供试土体的高度与地下水位的高度相同之外，其余与实施例1相同。

采用不同覆盖材料后土壤内水分、盐分的运移状况测定结果如表3、4所示。

本发明中覆盖材料的装填高度选择5cm，其他高度如4-10cm均适用于本发明。

表3采用不同覆盖措施后室内模拟盐碱地盐分运移的测定结果

表4采用不同覆盖措施后室内模拟盐碱地水分运移的测定结果

覆盖措施层用于土壤的保水保墒。因为覆盖措施可切断土壤毛管水的上升，水分只能以汽态形式扩散。大幅削弱了土壤水分的蒸发,降低了盐分表聚作用。同时覆盖措施还可以保水保墒，有利于植物的生长。

覆盖作用下，土壤蒸发能力减弱，导致地下水对土壤水分补给减弱，可以改变土壤盐分在剖面中的运移，尤其减弱了盐分的表聚，并具有改善植物生长环境，促进植物在盐碱地上的生长，从而能使盐碱土壤生态过程向良性转化。

与隔盐措施相比，覆盖措施有相对较好的保水效果，但其抑盐的效果稍差。覆盖措施能够降低土壤的垂直蒸发，减慢上层土壤水的蒸散的速度，大大减少水汽的扩散量。从而使水分含量变化缓慢。

四种覆盖措施下，地膜的抑盐效果最优，其次是河沙和砾石，秸秆的作用最差。地膜的保水效果显著优于其他三种材料。

Claims (10)

1.一种模拟内陆盐碱地水盐运动的实验装置，其特征是，包括土柱、马氏瓶、蒸发强度控制箱和水分传感器、盐分传感器和温度传感器，其中，所述土柱侧壁的底部通过连接水管与马氏瓶的底部相连通；所述蒸发强度控制箱固定在所述土柱的顶部并与土柱连通，形成水分蒸发通道；土柱的侧壁上开设多个水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔，分别用于安装测定土柱内土壤水分、盐分和温度的水分传感器、盐分传感器和温度传感器；其中：

所述土柱用于装填待模拟盐碱地的土体；

所述马氏瓶用于灌装待模拟盐碱地的地下水或与待模拟盐碱地地下水具有相同矿化度的盐水溶液，并为土体供水；

所述蒸发强度控制箱用于控制土柱内土壤的水分的蒸发强度，模拟待模拟盐碱地的水分蒸发状况。

2.如权利要求1所述的实验装置，其特征是，还包括反滤层装置，所述反滤层设置在土柱的底部，用于防止土柱内土壤外流堵塞连接水管。

3.如权利要求1所述的实验装置，其特征是，所述反滤层包括从下至上的石砾层、砂石层和细砂层，并且相邻两层之间设置由透水材料制成的分隔网。

4.如权利要求1-3任一所述的实验装置，其特征是，所述蒸发强度控制箱的顶部密封，底部开设有蒸发孔，所述蒸发孔与所述土柱顶部套接并固定，形成所述的水分蒸发通道；所述蒸发强度控制箱内的顶部固定安装辐射光源，用于控制和调节土柱内土壤中的水分在光照条件下的蒸发强度；并且其四周的侧壁上至少开设有1个通风口，用于控制和调节土柱内土壤中的水分在风力条件下的蒸发强度。

5.如权利要求1-3任一所述的实验装置，其特征是，所述蒸发强度控制箱的至少一个侧壁的上部还安装有换气排风扇，用于控制和调节土柱内土壤中的水分在风力条件下的蒸发强度。

6.如权利要求1-3任一所述的实验装置，其特征是，所述蒸发强度控制箱的内部粘附有遮光部件，用于遮挡外界光照，减少外界光照对土柱内水分蒸发的影响。

7.如权利要求1-3任一所述的实验装置，其特征是，在所述土柱的侧壁上从上至下开设多个水分传感器孔，盐分传感器孔、温度传感器孔，用于安装相应的水分传感器孔，盐分传感器孔、温度传感器孔。

8.如权利要求1-3任一所述的实验装置，其特征是，在所述土柱侧壁上沿着平行于土柱的轴线方向的不同轴向高度的同一平面内分别设置至少一组水分传感器孔，盐分传感器孔、温度传感器孔，分别安装在相应的水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔内。

9.一种利用如权利要求1-8任一所述室内模拟内陆盐碱地水盐运动的实验装置筛选内陆盐碱地采用隔盐措施阻止返盐的方法，其特征是，包括如下顺序进行的步骤：

1)调节控制箱内辐射功率、排风扇风速

根据待模拟盐碱地的日平均水面蒸发强度，调节辐射光源的功率、换气排风扇的风速，使得土柱内土壤中的水分在3-12h内蒸发强度与待模拟盐碱地的日平均水面蒸发强度相同；

2)制定模拟蒸发方案

2-1)确定辐射光源、排风扇开启时长

根据调节后的辐射光源强度、排风扇的风速确定开启辐射光源和排风扇的时间，其中开启时间段内土柱内水分蒸发量与待模拟盐碱地的日平均水面蒸发量相同；

2-2)确定辐射光源、排风扇关闭时长

首先在开启辐射光源、排风扇之前，测定土柱内部供试土体底部的初始含水量(θ₁)；待辐射光源、排风扇开启时间结束后，再次测定土柱内部供试土体底部含水量(θ₂)，并同时计时，直至土柱内部供试土体底部含水量达到初始含水量为止，结束计时，土柱内部供试土体底部含水量恢复至初始含水量所用时间即为辐射光源、排风扇关闭时长；

2-3)辐射光源和排风扇交替开启、关闭，循环往复，模拟待模拟盐碱地水分蒸发状况；

3)制备盐水溶液、供试土样

根据待模拟的盐碱地的地下水的矿化度配与待模拟盐碱地的地下水矿化度相匹配制盐水溶液，备用；

采集待模拟盐碱地地表深度为0-50cm的土壤，然后依次进行风干、磨碎，除去杂物，最后过2mm土壤筛，备用；

4)装填地下水位土体和供水

按照待模拟盐碱地土壤的容重向土柱内装填制备的供试土样，直至装填至地下水位的高度，形成地下水位土体；

将马氏瓶与土柱通过连接水管连接，将马氏瓶内的盐水溶液注入土柱内，地下水土体吸收马氏瓶内的盐水溶液至充分饱和；

5)装填供试土体

按照待模拟盐碱地土壤的容重向土柱内地下水位土体的上部首先装入供试土样；接着根据待模拟盐碱地植树过程中树坑的深度铺设厚度为4-10cm的隔盐材料；然后再在隔盐材料的上部继续装填供试土样，直至土柱的顶部，形成供试土体，供试土体的高度与地下水位的高度相同；同时在水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔内安装相应的水分传感器、盐分传感器和温度传感器；

6)水分、盐分、温度变化状况监测

按照步骤2)制得的模拟蒸发方案开启/关闭蒸发强度控制箱内的辐射光源、开启换气排风扇，室内模拟盐碱地的水分蒸发；同时开启水分传感器、盐分传感器和温度传感器，将水分传感器、盐分传感器和温度传感器收集的数据通过数据线输入数据采集分析器，实时测定土柱内供试土体的含水量、盐分含量和温度；

7)根据测定的含水量、盐分含量和温度选择隔盐效果好的隔盐措施。

10.一种利用如权利要求1-8任一所述室内模拟内陆盐碱地水盐运动的实验装置筛选内陆盐碱地表层采用覆盖措施阻止返盐的方法，其特征是，包括如下顺序进行的步骤：

1)调节控制箱内辐射功率、排风扇风速

根据待模拟盐碱地的日平均水面蒸发强度，调节辐射光源的功率、换气排风扇的风速，使得土柱内土壤中的水分在3-12h内蒸发强度与待模拟盐碱地的日平均水面蒸发强度相同；

2)制定模拟蒸发方案

2-1)确定辐射光源、排风扇开启时长

根据调节后的辐射光源强度、排风扇的风速确定开启辐射光源和排风扇的时间，其中开启时间段内土柱内水分蒸发量与待模拟盐碱地的日平均水面蒸发量相同；

2-2)确定辐射光源、排风扇关闭时长

首先在开启辐射光源、排风扇之前，测定土柱内部供试土体底部的初始含水量(θ₁)；待辐射光源、排风扇开启时间结束后，再次测定土柱内部供试土体底部含水量(θ₂)，并同时计时，直至土柱内部供试土体底部含水量达到初始含水量为止，结束计时，土柱内部供试土体底部含水量恢复至初始含水量所用时间即为辐射光源、排风扇关闭时长；

2-3)辐射光源和排风扇交替开启、关闭，循环往复，模拟待模拟盐碱地水分蒸发状况；

3)制备盐水溶液、供试土样

根据待模拟的盐碱地的地下水的矿化度配与待模拟盐碱地的地下水矿化度相匹配制盐水溶液，备用；

采集待模拟盐碱地地表深度为0-50cm的土壤，然后依次进行风干、磨碎，除去杂物，最后过2mm土壤筛，备用；

4)装填地下水位土体、供水

按照待模拟盐碱地土壤的容重向土柱内装填制备的供试土样，直至装填至地下水位的高度，形成地下水位土体；

将马氏瓶与土柱通过连接水管连接，将马氏瓶内的盐水溶液注入土柱内，地下水土体吸收马氏瓶内的盐水溶液至充分饱和；

5)装填供试土体

按照待模拟盐碱地土壤的容重向土柱内地下水位土体的上部首先装入供试土样，直至装填至距离土柱顶部4-10cm；然后在土柱上部的供试土样的上部装填覆盖材料，直至土柱的顶部，形成供试土体，供试土体的高度与地下水位的高度相同；同时在水分传感器孔、盐分传感器孔和温度传感器孔内安装相应的水分传感器、盐分传感器和温度传感器；

6)水分、盐分、温度变化状况监测

按照步骤2)制得的模拟蒸发方案开启/关闭蒸发强度控制箱内的辐射光源、开启换气排风扇，室内模拟盐碱地的水分蒸发；同时开启水分传感器、盐分传感器和温度传感器，将水分传感器、盐分传感器和温度传感器收集的数据通过数据线输入数据采集分析器，实时测定土柱内供试土体的含水量、盐分含量和温度；

7)根据测定的含水量、盐分含量和温度选择隔盐效果好的覆盖措施。