CN107047234A - 一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，属于灌溉技术领域。本发明主要解决现有技术存在的淡水资源浪费严重、利用率低、灌水均匀性差、土壤次生盐碱化问题。本发明主要包括以下处理步骤：实地调研；取土样；取水样；土样分析；水样分析；试验设备的制作与安装；试验方案的设计，其中试验方案包括全淡水直接灌溉、微咸水直接灌溉、微咸水和淡水间歇组合灌溉，所述微咸水和淡水间歇组合灌溉包括组合次序：先咸后淡，先淡后咸；间歇时间：0min;30min;60min;120min。使用本发明提供的一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，提高灌水均匀性、减少深层渗漏、可有效的改良盐碱土壤。

Description

一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法
技术领域
本发明属于灌溉技术领域，具体涉及一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法。
背景技术
淡水资源短缺成为制约中国尤其是鲁北平原社会经济发展的突出问题，寻找替代水（微咸水）是重要的缓解途径。中国有着丰富的地下微咸水资源，其中鲁北平原地下微咸水（2-5g/l）和咸水（>5g/L）储量丰富，开采量不足10%，据统计计算，该地区多年平均地下微咸水和咸水资源量为12.02亿m3，其中2-3g/L的为1.12亿m3，3-5g/L的为4.72亿m3，大于5g/L的为6.18亿m3，所以，合理开发利用微咸水资源并且实施节水灌溉措施是缓解鲁北平原地区水资源供需矛盾、促进农业可持续发展的重要途径。
合理开发利用浅层地下微咸水资源并且实施节水灌溉措施，不但可以增加可利用的水资源，而且可以达到调节地下水位、增大地下库容、减少潜水蒸发、防止土壤返盐、增大降水入渗、回补地下水源、减少降雨径流流失、防止渍涝灾害、增强伏雨洗盐作用，改良盐碱地，加速地下咸水淡化进程等多重目标效果。
目前，现有的农业灌溉方法存在诸多不足，例如：
1.现有的灌溉方法淡水资源浪费严重；
2.现有的灌溉方法灌水均匀性差，深层渗漏严重；
3.现有的灌溉方法易引起土壤次生盐渍化的发生。
综上所述，现有技术在实际应用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种使用微咸水与淡水的间歇组合灌溉方法，以实现以下发明目的：
（1）使用本发明的一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，节约淡水用量；
（2）使用本发明的一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，提高灌水均匀性、减少深层渗漏；
（3）使用本发明的一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，改良盐碱土壤，为作物提供良好的生长环境。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，所述间歇组合灌溉包括间歇时间：0min，30min，60min,120min；组合次序：先淡后咸，先咸后淡。
一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、实地调研：了解当地的灌溉制度和灌溉方式，并对试验田进行勘察，主要包括：土壤类型，地下水深度，排水路线；
步骤二、取土样：利用土钻取扰动土，利用100mm3环刀取原状土；
步骤三、取水样：用干净的容器分别在试验田的四周取地表水和地下水水样；
步骤四、土样分析：实验室内测定原状土的土壤容重和田间持水率，扰动土经过风干、碾压、过筛（2mm）、均匀混合，制备成室内试验土样，测定土样的基本物理化学性质；
步骤五、水样分析：测定矿化度、全盐，八大离子含量；根据分析结果，淡水用蒸馏水，3g/l的微咸水在实验室内根据地下水的化学组成利用化学试剂配制而成；
步骤六、对步骤四的试验结果进行分析，计算土柱试验的净灌水定额；
步骤七、试验设备的制作与安装，主要包括：试验土柱和马氏瓶；
步骤八、试验方案的设计：采用微咸水直接灌溉和咸淡水间歇组合灌溉两种灌溉模式，以全部淡水灌溉为对照组；直接灌溉为淡水和矿化度为3g/l的微咸水；咸淡水间歇组合灌溉模式采用咸（3g/l）淡、淡咸（3g/l）两种组合次序，间歇时间为0min,30min,60min,120min；
步骤九、室内土柱试验：将初始含水率为2%的供试土样按照土壤容重1.39g/cm3分16层均匀装入土柱，每层5cm，装土高度为80cm；利用马氏瓶自动供水，供水水头保持在1.5-2cm之间，试验过程中观测湿润锋深度和马氏瓶水位；当灌水定额入渗结束后，立即从土表至湿润锋处每隔5cm提取土样，测定土壤含水率，土壤EC值，土壤全盐量。
优选的，所述步骤二取土样为：自土壤表层至80cm深度每隔20cm分层取原状土和扰动土，每层3个重复。
优选的，所述步骤四土样分析：土壤容重和田间持水率采用环刀法，土壤含水率采用烘干法，土壤含盐量采用质量法，利用Mastersizer3000型激光粒度仪测定土壤颗粒组成，并按照国际制土壤质地分类标准对试验土壤质地进行划分，根据我国华北平原土壤盐碱化程度分级标准，供试土壤为中度盐碱化土壤。
优选的，所述步骤六灌水定额按照下式计算得：
式中，h为土壤计划湿润层深度Acm，A=60cm；θmax为土壤计划湿润层允许的最大含水率，为田间持水率（占干土重），θmax=28.62%；θ0为土壤计划湿润层初始含水率（占干土重），θ0 =2%；γ土、γ水分别为土壤干容重和水的密度，γ土=1.39g/cm3和γ水=1g/cm3。
优选的，所述步骤八试验设备的制作与安装：试验土柱采用内直径为8cm，高为90cm的有机玻璃制成，马氏瓶采用截面积为50.24cm2，高为50cm的有机玻璃制成。
优选的，为取土分析土壤水分和盐分含量，在土柱侧面10cm以下，每隔5cm开一直径为15mm的圆形取样口，土柱与马氏瓶外壁标有刻度，用于观测马氏瓶水位和湿润锋运移位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）使用本发明的一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，合理开发利用了微咸水资源，淡水用量降低；
（2）使用本发明的一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，由于间歇供水的作用，使土壤表面形成了致密层，土壤剖面水分分布更均匀，为作物提供良好的生长环境；
（3）使用本发明的一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，由于灌水均匀性的提高，降低了根区土壤溶液盐分含量，提高了土壤脱盐率，使土壤向着有利于作物正常生长的方向发展。
附图说明
图1为一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法流程图；
图2为不同组合次序下土壤含水率随土层深度的变化规律；
图3为先淡后咸不同间歇时间下土壤含水率随土层深度的变化规律；
图4为先咸后淡不同间歇时间下土壤含水率随土层深度的变化规律；
图5为不同组合次序下土壤含盐量随土层深度的变化规律；
图6为先淡后咸不同间歇时间下土壤含盐量随土层深度的变化规律；
图7为先咸后淡不同间歇时间下土壤含盐量随土层深度的变化规律。
具体实施方式
本发明方法针对鲁北平原盐碱地的土壤盐分含量高、地下水位浅、保水保肥性能差以及由于不合理灌溉而引起的灌区土壤次生盐碱化的问题，提供一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，此方法是集改良盐碱、抑制土壤盐分和保水保肥功能于一体的盐碱地节水抑盐灌溉方法，运用该方法能使本区主要农作物冬小麦-夏玉米根区土壤盐分得到有效抑制，使冬小麦-夏玉米能够正常地吸水并生长，从而为其提供良好的生长环境，达到产量和品质最优。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，包括如下步骤：
步骤一、实地调研：实验地点位于滨州市滨城区，土壤属于粉砂质壤土，土壤含盐量平均值为2.381g/kg，属于中度盐碱土壤。此试验区主要农作物为冬小麦-夏玉米，采用大水漫灌的方式进行洗盐。
步骤二、取土样
从表层至80cm深度每隔20cm分层取扰动土和原状土，每层三个重复。
步骤三、取水样
用干净的矿泉水瓶在试验田的四周取地表水和地下水水样。
步骤四、土样分析
表1 供试土壤颗粒组成及分类
表2 供试土壤的基本物理化学性质
原状土取回后，立即测定土壤容重和田间持水率；扰动土经过风干、碾压、筛分、均匀混合后制备成室内试验土样，测定土壤初始含水率、全盐量、EC1:5；利用Mastersizer3000型激光粒度仪测定土壤颗粒组成，并按照国际制土壤质地分类标准对试验土壤质地进行划分，具体基本物理化学性质见表1，表2，根据我国华北平原土壤盐碱化程度分级标准，供试土壤为中度盐碱化土壤。
步骤五、水样分析
表3灌溉水质化学组成
试验用水包括淡水和3g/l的微咸水。其中淡水使用的是蒸馏水，矿化度为0g/l；微咸水是根据研究区潜层地下微咸水的盐分组成，在室内利用化学药剂室内配制而成。各种可溶性盐浓度见表3。
步骤六、净灌水定额设计
灌水定额根据下式计算得：
式中，h为土壤计划湿润层深度Acm，A=60cm；θmax为土壤计划湿润层允许的最大含水率，为田间持水率（占干土重），θmax=28.62%；θ0为土壤计划湿润层初始含水率（占干土重），θ0 =2%；γ土、γ水分别为土壤干容重和水的密度，γ土=1.39g/cm3和γ水=1g/cm3。
步骤七、实验设备的制作与安装
整个试验系统包括试验土柱和供水装置。试验土柱是由内直径为8cm，高为90cm的有机玻璃制成。在土柱侧面10cm以下，每隔5cm开一直径为15mm的圆形取样口，便于取土分析土壤水分和盐分含量；利用马氏瓶自动供水，其截面积为50.24cm2，高为50cm，供水水头控制在2cm左右。土柱与马氏瓶外壁标有刻度，用于观测马氏瓶水位和湿润锋运移深度。
步骤八、试验方案的设计
表4 咸淡水间歇组合灌溉处理设计
为对比本发明的显著效果，试验共设置10个处理，见表4。
步骤九、室内土柱试验
试验开始前，将初始含水率为2%的试验土样按土壤容重1.39g/cm3分16层均匀装入土柱，每层5cm，装土高度为80cm。填装完毕后，在土表放置一张与土柱内截面积相同的带孔滤纸以防止灌水时对表土的冲刷。试验开始后，利用马氏瓶自动供水以提供恒定水头。当灌水定额入渗结束后，立即从土表至湿润锋处每隔5cm提取土样，用烘干法测定土壤含水率，利用DDS-11A型电导率仪测定水土比为5:1的土壤溶液电导率，并利用土壤含盐量与土壤浸提液电导率之间的关系，将电导率转化为含盐量，具体的转化公式为：
式中：y为土壤含盐量,g/kg；EC5:1为25℃下水土比为5:1的土壤浸提液电导率，mS/cm。
结果检测：
（1）咸淡水间歇组合灌溉对土壤含水率的影响
图2为不同咸淡水组合次序下土壤含水率随土层深度的变化规律。对各土层土壤含水率分析，可知，当土层深度小于15cm时，先淡后咸土壤含水率大于先咸后淡；当土层深度大于15cm时，先咸后淡土壤含水率大于先淡后咸。说明，先灌咸水能够改善土壤结构，使土壤入渗性能增加。
表5 咸淡水间歇组合灌溉不同组合次序下土壤含水率变异系数
由表5可知，先淡后咸土壤含水率变异系数大于先淡后咸，说明先咸后淡组合灌溉模式土壤剖面含水率分布更均匀，更有利于提高灌溉水利用效率。
图3、图4为不同间歇时间条件下土壤含水率随土层深度的变化规律。对各土层土壤含水率分析，可知，对于不同的土层深度，各个处理下的土壤含水率都大于淡水灌溉，说明，咸淡水间歇组合灌溉更有利于提高农田水资源的利用效率，使大部分水贮存在土壤有效深度内，减少深层渗漏，有利于作物的吸收。
（2）咸淡水间歇组合灌溉对土壤全盐量的影响
图5为不同咸淡水组合次序下土壤剖面含盐量随土层深度的变化规律。对各土层土壤含盐量分析，可知，先咸后淡有利于降低土壤上层的含盐量，而先淡后咸有利于减低土壤中下层的含盐量。
图6、图7为不同间歇时间下土壤剖面含盐量随土层深度的变化规律。对各土层土壤含盐量分析，可知，在一定的土层深度范围内，咸淡水间歇组合灌溉土壤含盐量均小于微咸水直接灌溉，且与全淡水灌溉差异较小。说明，咸淡水间歇组合灌溉能够在不对作物根系密集区产生盐害的前提下，充分利用微咸水缓解灌区农田干旱问题。
（3）咸淡水间歇组合灌溉对土壤脱盐率的影响
表6 间歇组合灌溉条件下土壤脱盐率分析
对间歇组合灌溉条件下土壤脱盐率平均值进行统计分析。表6所示的统计分析结果表明: 先淡后咸土壤脱盐率平均值大于先咸后淡。咸淡水间歇组合灌溉模式脱盐率平均值(0.36-0.543)高于微咸水直接灌溉，说明咸淡水间歇组合灌溉模式脱盐效果更好，能够减小作物遭受土层整体和局部高盐胁迫的风险。
（4）咸淡水间歇组合灌溉对冬小麦-夏玉米生长的影响
研究区主要以冬小麦－夏玉米轮作为主体的一年两熟种植制度，每种作物都有一定的耐盐极限，故我们选择这两种作物耐盐极限的最小值来评价微咸水灌溉模式的危害性，即为2.0g/kg。对图6、图7进行分析可知，对于不同的咸淡水间歇组合灌溉模式，入渗结束后，0-50cm土层盐分含量均小于作物耐盐度，不会对作物产生盐害。
综上所述，运用本发明提供的一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，节约了淡水用量、提高了灌水均匀性，对盐碱土壤的改良具有很好的效果。
以上对发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅作为本发明的较佳实施例而已，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，其特征在于包括以下处理步骤：
一、实地调研：了解当地的灌溉制度和灌溉方式，并对试验田进行勘察，包括：土壤类型，地下水深度，排水路线；
二、取土样：利用土钻取扰动土，利用100mm3环刀取原状土；
三、取水样：用干净的容器分别在试验田的四周取地表水和地下水水样；
四、土样分析：实验室内测量原状土的土壤容重和田间持水量，扰动土经过风干、碾压、过筛、均匀混合后制备成室内试验土样，测定土样的土壤含水率、土壤含盐量、土壤EC值、颗粒组成；
五、水样分析：测定矿化度、全盐，八大离子含量；根据水样水质的分析结果，淡水用蒸馏水，微咸水在实验室内根据地下水的化学组成利用化学试剂配制而成；
六、对步骤四的试验结果进行分析，计算土柱试验的净灌水定额；
七、试验设备的制作与安装，包括：试验土柱和马氏瓶；
八、试验方案的设计：采用微咸水直接灌溉和咸淡水间歇组合灌溉两种灌溉模式，以全部淡水灌溉为对照组；直接灌溉为淡水和矿化度为3g/l的微咸水；咸淡水间歇组合灌溉采用咸淡、淡咸两种组合次序，间歇时间为0min,30min,60min,120min；
九、室内土柱试验：将初始含水率为2%的供试土样按照土壤容重1.39g/cm3分16层均匀装入土柱，每层5cm，装土高度为80cm；利用马氏瓶自动供水，供水水头保持在1.5-2cm之间，试验过程中按照先密后疏的时间间隔观测记录湿润锋深度和马氏瓶水位；当灌水定额入渗结束后，立即从土表至湿润锋处每隔5cm提取土样，测定土壤含水率，土壤EC值，土壤全盐量。
2.根据权利要求1所述的一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，其特征在于：步骤四土样分析：此土样全盐量为2.381g/kg，根据我国华北平原土壤盐碱化程度分级标准，供试土样为中度盐碱化土壤。
3.根据权利要求1所述的一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，其特征在于：步骤六灌水定额按照下式计算得：
式中，h为土壤计划湿润层深度Acm，A=60cm；θmax为土壤计划湿润层允许的最大含水率，为田间持水率（占干土重），θmax=28.62%；θ0为土壤计划湿润层初始含水率（占干土重），θ0 =2%；γ土、γ水分别为土壤干容重和水的密度，γ土=1.39g/cm3和γ水=1g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种盐碱地微咸水与淡水间歇组合灌溉方法，其特征在于：步骤九试验方案的设计：间歇组合灌溉中单次入渗水量11.1cm结束，间歇规定的时间后，进行下一轮灌溉。
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