弱透水地表覆盖可显著提高盐渍土脱盐效率

土壤盐渍化是可溶性盐分在土壤中积聚,导致土壤基本特性恶化和质量下降的现象。全球范围内受盐渍化危害的土地面积超过10亿公顷,分布在100多个国家。我国是世界第三大盐碱地分布地区据报道,我国盐渍土面积为9,913万公顷,约占世界盐渍土总面积的10%。目前,我国有各类可利用盐渍土约3,600万公顷,其中耕地盐渍化面积达到920.9万公顷。该类盐碱土作为我国重要的后备土地资源,可通过盐渍土改良将其重新纳入耕地行列,这对保障粮食安全和维持生态系统稳定性具有重要意义。

全球降水量及盐碱地分布
图1. 全球范围内受盐渍化危害的土地面积超过10亿公顷,分布在100多个国家。降水越少、气候越干旱的地区分布越多。数据来源:Fekete 2002Sahab et al 2021杨劲松等 2021。制图:李承龙

目前,改良盐渍土常用的方法之一是土壤淋洗(见图2a),用淡水或低盐度咸水进行地表灌溉,将表层土壤盐分淋洗至深层,然后通过地下暗管排出,以降低土壤盐度。然而,这一土壤淋洗方法的脱盐效果存在空间差异,通常暗管上方土壤脱盐效果显著高于两暗管中间的地带(见图2a)。为了达到均匀的脱盐效果,在靠近暗管的土壤脱盐完成后,土壤淋洗仍需要持续很长时间,因此需要消耗大量的淡水资源。  

土壤淋洗概念模型
图2.(a)传统的暗管排水系统(未设置弱透水层)以及(b)改进的暗管排水系统(设置弱透水地表覆盖)的概念模型

基于对地下排水系统渗流特性的研究,Zhang et al (2022) 近期提出了一种提高暗管排水系统淋洗效率的新方法。这一方法在暗管上方设置弱透水地表覆盖(LPSM)(见图2b)。室内试验和数值模拟的结果表明,设置地表覆盖后,其所需的淋洗时间和淋洗水量较传统方法(未设置弱透水层)分别减少了60%和80%以上(见图3)。数据分析显示,这一方法不仅能够显著提高远离暗管区域内淋洗入渗速率,而且还增加了靠近暗管区域内孔隙水流速,从而显著提高淋洗效率。

据现有的现场试验报道,连续灌溉淋洗条件下,淋洗脱盐需水量为每亩360到600立方米。据此推算,应用弱透水地表覆盖技术后淋洗脱盐需水量理论上可降至每亩72—120立方米,大大节省耗水量。此外,此技术布置方便,并可利用传统土工膜替代弱透水地表覆盖,因此具有大规模机械化施工、布置的前景,值得结合现场应用效果进行进一步深入研究。

论文全文

  • Zhang, J., Werner, A.D. and Lu, C. (2022) “Improving salt leaching efficiency of subsurface drainage systems using low-permeability surface mulch,” Advances in water resources, 162, p. 104147. Doi: 10.1016/j.advwatres.2022.104147.

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