暗管與豎井排水工程改良新疆鹽漬土的設計與效果評價

衡 通，何新林，楊麗莉，趙 麗，龔 萍，許 璇，王鑫宇

暗管與豎井排水工程改良新疆鹽漬土的設計與效果評價

衡 通，何新林※，楊麗莉，趙 麗，龔 萍，許 璇，王鑫宇

（1.石河子大學水利建筑工程學院，石河子 832003；2. 寒旱區生態水利工程兵團重點實驗室，石河子 832003；3. 石河子大學理學院，石河子 832003）

為探討干旱區鹽漬化農田水利改良措施的可行性，在新疆瑪納斯河流域安集海灌區進行了田間暗管與豎井排水工程試驗，分別在距離暗管0.5 m（P1）、7.5 m（P2），距離豎井0.5 m（S1）、30 m（S2）和60 m（S3），以及未鋪管區（CK）域設置7處觀測區，評估農田排水措施在鹽漬土改良期間的排水功能、土壤脫鹽效果，同時監測棉花生長與地下水位動態。結果表明：5 a排水改良期間，0～80 cm深度土壤含鹽量的總體降幅達到29.2 g/kg，棉花干物質量和籽棉產量年際增幅分別為16%和21%，淺層地下水位年際降幅1.1 m；改進的暗管與豎井協同排水相比單獨應用暗管排水量增加了119%，進一步減少了鹽分淋溶時期的深層滲漏量。研究結果可為干旱鹽漬區的水土資源合理利用提供科學和理論依據。

土壤；鹽分；產量；鹽漬化；暗管排水；地下水位；干旱區；棉花

0 引 言

土壤鹽漬化是限制干旱荒漠區農業生態系統功能作用的重要環境因素。全世界約8.3×106km2的土地受到鹽漬化的影響，未來土壤鹽漬化將會影響全球20%的灌溉土地[1]，它嚴重制約了作物的生長和生產力的提高，尤其是在干旱半干旱地區，會導致地下水鹽漬化加劇。新疆位于中亞內陸干旱荒漠區，沙漠面積約4.3×105km2，鹽漬化土壤面積約3.02×104km2，占總耕地的37.72%，年增長率達到0.26%[2]。Liang等[3]發現生物炭施用顯著降低了新疆鹽漬土的容重，增加了土壤孔隙度，但僅適用于多年耕作下的輕度鹽漬化農田。Tong等[4]研究表明暗管排水結合滴灌在抑制新疆鹽漬土含鹽量方面的表現優于洪水灌溉，但由于暗管系統的可控排水空間有限，可溶性污染物的深層滲漏會進一步加劇生態系統的污染[5]。目前迫切需要設計合理有效的農田排水措施，從而有效解決土壤鹽漬化造成的水土資源污染問題。

土壤鹽漬土的改良主要涉及水利措施、生物化學措施以及農藝耕作等措施[6]。Wang等[7]認為土壤鹽堿化改良中應當以水利改良措施為基礎。Li等[8]同樣認為土壤鹽漬化改良要遵循“從水入手，水利先行”的原則，水利措施是土壤脫鹽的動力。水利措施包括暗管排水和豎井排水[9]，其中，暗管排水是利用地表淡水淋溶土壤，水分經過入滲攜帶鹽分進入埋設于土壤的帶孔吸水管中，再由吸水管匯入排水溝內。豎井排水的作用是通過調蓄地下地表水，調控耕作區土壤水鹽的平衡。Bahceci等[10]研究表明埋設3 a暗管排水后，表層鹽漬化土壤的脫鹽率達到了80%。Sharma等[11]研究表明農田排水措施促進了鹽漬土的開墾，控制了地下水位，降低了不同區塊土壤含鹽量（降幅16%～66.3%），并且作物的年增產幅度在18.8%～27.6%之間。石磊等[12]采用豎井與暗管排水改良新疆南疆次生鹽漬化土壤，土壤脫鹽率介于31%～49%，實現了玉米高產。

土壤鹽漬化的研究多集中在土壤水鹽運動規律[13]、鹽漬土的物理化學性質[14]，以及鹽漬土改良技術參數[15-16]等方面。土壤鹽漬化是可溶性鹽分表聚的過程，其主要發生區域是植物耕作層[17]。截至目前，在干旱荒漠地區關于鹽漬土改良設計與實施的成功案例較少，尤其是暗管與豎井的排水與排鹽功能尚未評估，其系統的設計與田間試驗監測仍處于探索階段。為了填補這些知識空白，本研究進行了一項為期5 a的鹽漬土改良試驗，通過系統的設計暗管與豎井排水工程，設計田間排水與棉花生長試驗，評估暗管與豎井在鹽漬土改良期間的排水與脫鹽功能，同時探究農田排水措施在西北鹽漬化棉田應用的可行性，以期提出適用于干旱荒漠區鹽漬化土壤改良與作物增產的合理控制模式，為鹽漬土的開發與水土資源的持續利用提供科學與理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地選取在中國新疆瑪納斯河流域下游的典型鹽漬化農田，該試驗地位于瑪納斯河流域中下游的安集海灌區內（85°21′E，44°36′N），總規劃面積為3.4 hm2。試驗地東南方位高程為385.1 m，西北方位高程為383.5 m。該試驗地于1997年開墾，同年采用膜下滴灌模式種植棉花，1997－2009年平均籽棉產量為4 800 kg/hm2，受土壤鹽漬化積累的影響，2010－2014年棉田逐年絕收，并于2015年成為棄耕土地，春、秋季的淺層地下水埋深分別在1.0～1.5 m、3.5～4.5 m之間。2016年2月對該試驗地塊進行勘察設計，勘察內容包括試驗地的氣象、土壤、植被與水文地質（田間鼠道、盲溝）等內容，圖1與表1分別反映了試驗地氣象與土壤數據。2016年3－4月進行暗管排水工程（記為Pa）的現場施工，并在2020年5月進行暗管與豎井排水工程（記為Sa）的現場施工。

圖1 氣溫與降雨量動態變化（2016—2020年）

表1 試驗地土壤基本物理性質

1.2 暗管與豎井排水工程設計與施工

暗管排水工程的參數設計主要包括坡降、管徑、埋深和間距等[18-20]。利用水量平衡原理和Hooghoudt方程設計暗管埋深及間距[21]，計算式如下：

式中為暗管埋深，m；h為排水期間的地下水臨界深度，m；D為滯流水頭，m；為暗管管徑，mm；為暗管間距，m；K、K分別為暗管上方和下方的滲透系數，m/d；為防治鹽堿化的設計排水模數，m/d。本研究設計暗管間距15 m，埋深0.7 m。

暗管排水工程于2016年3月開始施工，2016年4月底完工，施工前，檢查凍土層深度是否低于暗管埋深，按設計間距進行測量放線。采用輕型抓斗式挖土機，每隔20 m觀察管溝的深度和坡度。隨后人工鏟平溝槽底部，并回填粒徑4 cm左右的砂礫石料；在斜坡下降方向上鋪上一層薄薄的無紡布，管道四周再次填充20 cm深度的砂礫石料。當吸水管填充后，在管道的末端安裝集水井，底座為磚砌，并由集水管連接，匯入排水溝。此外，對灌溉水渠、排水溝、蓄水池進行了防滲襯砌；除挖掘機開挖管溝外，其余工序均由人工作業完成。本試驗采用的無紡布（聚丙烯樹脂，450 g/m2）、吸水管（PVC雙壁波紋管）、集水管（PVE硬塑料管）、集水井（PVC樹脂）均為新疆天業?公司產品。2020年3月，對老舊的集水井進行改造，并對吸水管、集水管進行了清淤處理。

豎井排水工程的參數設計主要包括井距、井數、設計排水流量、抽水設備等[22-23]。選用800 mm PVC波紋管（新疆天業?）作為井身，厚度2.5 cm。開挖豎井前，加工井身，包括打滲孔（孔隙率：10%）、側壁和底端包裹無紡布2個工序。用車載式水井鉆機（HWF-2000，濟寧魯恒?）垂直鉆井，到達最大深度后清理基底土渣。然后垂直下放井身，利用錨桿、鋼筋網進行井壁的支撐，使井口水平。最后人工回填細顆粒的砂礫石墊料（粒徑≦4 cm），并在井口設置保護網。

1.3 地面淋洗與作物種植方案

土地面淋洗配合田間排水措施是干旱區鹽堿地改良的關鍵，設計地面淋洗配合暗管排水的日期分別為2016年6月8日（L1-Pa）、2016年9月8日（L2-Pa）、和 2017年4月18日（L3-Pa）；設計地面淋洗配合暗管與豎排水的日期分別為2020年5月15日（L4-Pa-Sa）、2020年10月15日（L5-Pa-Sa）。灌溉水源來自于天山融雪，鹽分為0.8 g/L。淋洗需水量的計算式[24]如下：

試驗地于2017－2020年每年4－5月播種棉花（Linn.），且均為耐鹽品種（Dongsheng.9112）。棉花灌水施肥與地面淋洗方案見表2。

表2 棉花生長季灌水施肥（2016－2020年）及地面淋洗方案

注：Pa、Sa分別代表暗管和豎井，L1-Pa、L2-Pa、L3-Pa、L4-Pa-Sa、L5-Pa-Sa分別代表5次淋洗事件。下同。

Note: Paand Sarepresent subsurface pipes and shafts respectively, and L1-Pa, L2-Pa, L3-Pa, L4-Pa-Saand L5-Pa-Sarepresent five leaching events respectively. Same below.

1.4 監測指標及方法

1.4.1 監測分區方案

試驗地為得到鹽漬化土壤改良的整體監測效果，設置水平距離暗管不同位置觀測點（P1：0.5 m，P2：7.5 m）、水平距離豎井不同位置觀測點（S1：0.5 m，S2：30 m，S3：60 m）作為2個因素，包含緊鄰試驗地東側的未鋪管觀測區（CK），共7個觀測區（P1S1、P1S2、P1S3、P2S1、P2S2、P2S3和CK），見圖2。此外，在7個觀測區根據棉花膜間、寬窄行處重復采樣3次[25]。

注：P1、P2分別代表水平距離暗管0.5 m、7.5 m的觀測點；S1、S2、S3分別代表水平距離豎井0.5 m、30 m、60 m的觀測點，豎井與暗管構成了P1S1、P1S2、P1S3、P2S1、P2S2、P2S3共6處觀測區。

1.4.2 排水動態監測

地面淋洗期間監測暗管與豎井的排水流量和排水礦化度。暗管排水水樣采集和監測的具體方法是：由1名觀察員攜帶水槽進入集水井，將水槽置于暗管出口位置，并定時，10 s后，將水槽從井中取出，并將水池中的水倒進量筒。完成讀數后，收集水樣，并將其送至實驗室用烘干法測定排水礦化度。此過程從暗管首次排水開始，平均4～6 h監測1次，重復4次。量筒容量分別為500、1 000和2 000 mL，水槽容量為10 000 mL。豎井排水流量的監測根據深水泵（4SP5-25A, Shanghai Yangguang?, China）的抽水時間與管道流量計（LDG-MIK, Hangzhou Meacon?, China）共同決定，水樣采集方法與時間與暗管一致。采集排水樣品后測定其礦化度，具體方法是采用烘干法將其置于180℃±3℃的烘箱烘干至質量不變。

試驗初期（2016年）布置地下水觀測井并監測地下水水位，具體位置是沿著田塊膜間裸地方向（東西向）每隔50 m布設一處地下水位觀測井，井深25 m，內徑32 mm，共3處地下水位觀測井。此外，3處地下水觀測井與2處豎井位于一條直線上。地下水水樣采集和監測日期為每月中旬（2016年3月－2020年12月），每次監測（3處地下水監測井，2處豎井）重復測量5次。

2.4.3 棉花與土壤樣品監測與分析

2016－2020年在6個監測區逐月采集0～20 cm，60～80 cm，120～140 cm和180～200 cm共4個土層土壤樣品，每個監測區重復采樣3次。土壤樣品瓶密封后轉入車載冷藏箱，并于采集當日帶回室內實驗冷藏室測定土壤含鹽量（g/kg）[26]。

棉花自播種日起，每隔7 d監測出苗率，直至棉花進入現蕾期；株高與干物質量的測量日期在棉花盛花期。每個監測區隨機選取3株棉花植株，采用卷尺測量棉花從主根莖至頂端生長點的高度，即為株高；隨后收集棉花植株樣本，并在烘箱105 ℃下殺青至質量不變，再降低至80 ℃烘干3 d后，采用天平（精度0.01 g）稱量棉花各器官干物質量。當棉花進入吐絮期末，試驗地各處理人工采摘棉花3次，每次間隔7 d，并將3次采摘的棉花總和記為籽棉產量。

1.5 數據分析

所有統計數據均采用SPSS 19.0（SAS Institute Inc.，Chicago）軟件進行相關性分析、顯著性分析和方差分析。采用Excel（Excel 2010?，Microsoft Corp）對數據進行整理，Origin 2018（Origin Lab, Northampton, MA, USA）進行數據可視化。

2 結果與分析

2.1 暗管與豎井排水動態

圖3與圖4分別是暗管與豎井淋洗期間的排水動態圖。暗管與豎井排水期間土壤鹽分的淋濾過程分別用排水流量、排水量、排水礦化度和排鹽量進行定義。L1-Pa、L2-Pa、L3-Pa的平均排水流量分別為1.16、1.94和1.22 m3/h；平均排水礦化度分別為164.58、142.51和122.56 g/L；總排水量分別為195.08、291.7和222.44 m3。

圖3 暗管排水動態（2016—2017）

L4-Pa-Sa、L5-Pa-Sa的排水時間分別為90和84 h，排水流量分別在30 h（4.5 m3/h）、36 h（5.3 m3/h）時達到峰值，排水礦化度均呈現緩慢升高的趨勢，總排水量分別為760 m3（L4-Pa-Sa）和800 m3（L5-Pa-Sa）；總排鹽量分別為62 t（L4-Pa-Sa）和43 t（L5-Pa-Sa）。總體上，暗管排水期間（前3次排水事件），暗管排水流量在排水開始后30～36 h內達到峰值，排水礦化度隨排水次數的增加逐漸減小；暗管與豎井協同排水期間（L4-Pa-Sa、L5-Pa-Sa），豎井排水流量波動幅度較小，介于1.88～2.36 m3/h之間，排水礦化度分別在20、44 h后高于暗管。

圖4 暗管與豎井排水動態（2020）

2.2 土壤鹽分與地下水位動態

圖5是試驗地改良期間土壤含鹽量隨時間的變化趨勢圖，土壤含鹽量在水平距離暗管不同位置處（0.5、7.5 m）隨時間變化差異顯著（<0.05）。2016年3月－2017年9月期間，各土層土壤含鹽量隨時間的推移均呈現階梯式下降的趨勢。2017年9月－2020年3月，停止使用地面淋洗與暗管排水后，60～80 cm土壤含鹽量呈現大幅增長，平均漲幅為12.2 g/kg（圖5b）；180～200 cm土壤含鹽量呈現緩慢降低的趨勢，而0～20、120～140 cm土壤含鹽量呈現緩慢積鹽的趨勢（圖5a、5c、5d）。

圖5 2016—2020年土壤含鹽量隨時間的變化趨勢

2020年3月－12月，暗管與豎井（Pa?Sa）排水應用期間，0～20、60～80 cm土壤含鹽量呈現階梯式下降的趨勢，并且Pa-Sa在2次應用后，0～20、60～80 cm土壤含鹽量已降低至6.51 g/kg。未鋪管區（CK）土壤含鹽量波動幅度較小，0～20、60～80 cm土層土壤含鹽量略高于120～140、180～200 cm，均介于27.2～36.9 g/kg之間。5年暗管與豎井排水改良期間0～80 cm深度土壤含鹽量的總體降幅達到29.2 g/kg。在2條暗管中間位置（P2, 7.5 m）土壤含鹽量降幅最小，在靠近暗管0.5 m位置（P1）土壤含鹽量降幅最大，并且60～80 cm土層土壤含鹽量降幅略高于0～20 cm。一種可能的解釋是，P1觀測點靠近暗管埋設層的土壤（60～80 cm）鹽分響應比表層土壤（0～20 cm）更為復雜，該處土壤含鹽量不僅受地表地下水復合補給，還受到植物根區鹽分的累積。

試驗地塊所處的安集海灌區位于瑪納斯河流域中下游，目前安集海灌區95%以上各級渠系均采用了防滲措施。灌溉水源由農渠引入試驗地塊首部灌溉過濾系統，進一步從埋藏在地下的主干管道輸送至田塊內部的出水樁，因此可以忽略灌溉水源深層滲漏對于地下水的補給。圖6是試驗地改良期間地下水水位變化趨勢圖，暗管與豎井排水期間地下水位出現過3次較大幅度的連續下降，時間分別為2017年3月－9月、2018年3月－8月、2020年4月－10月，降幅分別為2.2、2.3和2.8 m。淺層地下水位均值已從2016年的2.5 m降低至2020年的7.0 m，年際降幅為1.1 m。單獨應用暗管排水期間地下水整體降幅為3.2 m，平均單次排水地下水降幅為1.06 m。未排水對照區（CK）與試驗排水地塊相鄰，地下水位無較大差異。進行3次淋洗后，地下水的下降趨勢僅能維持11個月（2017年9月－2018年8月），而在2018年8月至2020年3月期間地下水位整體呈現緩慢上升的趨勢，漲幅1.1 m。應用暗管和豎井排水期間地下水整體降幅為2.5 m，平均單次排水地下水降幅為1.25 m。

圖6 2016—2020年淺層地下水位變化

2.3 棉花生長與產量

表3為試驗地改良期間棉花生長與產量指標。總體上，工程改良期間未受擾動的土壤（P2）相比暗管位置處的回填土（P1）籽棉產量更高。而P1位置處棉花出苗率和株高相比P2更高，其中2018年P1與P2位置處棉花株高差異顯著（<0.05）。這主要是由于干旱區土壤長期受強蒸發作用的影響，擾動土壤（P1）相比未擾動土壤（P2）耕作層水汽更容易通過空氣溢出地表，造成干旱，威脅棉花生長及產量。棉花干物質量和籽棉產量、皮棉產量均逐年升高，其中2017－2018年P1位置的棉花干物質量比P2位置低6%～21%，籽棉產量比P2位置低17%～45%，2020年棉花干物質量與產量均無顯著差異，2017－2020年埋管區棉花干物質與產量年際增幅分別為16%和21%。這表明隨著水利改良措施應用年限的增加，埋管區棉花生長及產量與CK觀測區的差異逐年減小，至第5年處于同一水平。

表3 2017－2020年棉花生長與產量指標

注：字母a、b、c表示組間差異的統計學顯著性水平（<0.05）

Note: The letters a, b, and c represent the level of statistical significance of the difference between the groups (<0.05).

3 討 論

在干旱區，維持植物根區水鹽平衡主要包括兩個過程，一是由于雨水和灌溉造成鹽分的深層滲出，二是由于蒸發蒸騰作用，使土壤中的鹽分上升至地表。不合理的灌溉頻繁導致地下水位抬高，此時如果農田缺少排水措施，便會引發土壤鹽堿化危害。暗管與豎井排水工程在鹽漬土改良中最直接的作用是能夠排水、排鹽、降低地下水位，但是在不同的地區它們的功能不同。例如，在一些河流密集的氣候濕潤地區，暗管與豎井是常年持續排水的，此時地下水位和土壤含鹽量并不隨著暗管排水量和排鹽量的增長而降低[27-28]。本研究處于干旱地區，暗管與豎井僅在地面淋洗發生后開始排水，并且隨著排水量和排鹽量的增加，地下水位和土壤含鹽量逐漸降低。暗管排水初期土壤含鹽量較高，土壤鹽分淋溶效果較好；淋洗后期，隨著土壤含鹽量的減少，淋洗效果顯著下降，而在此期間，替換土壤中相同含量的鹽分則需要更多的淋溶水分。暗管作為水平排水，其排水深度局限于埋管層以上的區域（0～1 m土層），因此，本研究在前3次排水期間，土壤1 m深度以下鹽漬水并未排出土體，而是持續向深層滲漏。在2020年增加豎井排水時，其作為垂直排水，排水深度達到26 m，極大地提高了排水效率。暗管與豎井排水期間濕潤鋒隨入滲水流持續堆疊，土壤鹽分在土壤水勢驅動下移動至暗管與豎井位置，大部分鹽漬水由埋藏于淺層（1 m）的暗管排出，一部分鹽漬水滲漏至深層并由豎井排出，其余部分則通過深層滲漏的方式進入淺層地下水。

表4是試驗地改良期間工程投入與農業產出。2016－2020年，試驗地采用暗管和豎井排水的逐年投入比例分別為29.4%（2016年）、11.0%（2017年）、10.3%（2018年）、13.2%（2019年）和36.1%（2020），其中施工與農業生產資料所耗費的資金占總投入的78.4%，農業收入主要來源是棉花，2016年種植油葵，并作為綠肥育土，自2017年起種植棉花，棉花產量由2017年3.8 t/hm2增長至2020年的7.0 t/hm2。總體上，試驗地經過5 a改良已扭虧為盈，并且逐步成為棉花高產田。盡管前期的鹽漬土改良已達到階段性目標，但是在一些潛在方法上存在缺陷，即未考慮在單獨地塊進行豎井排水對照試驗[29-30]。許模等[31]指出，豎井排水技術在水文地質條件較好的地區有一定的應用前景，但對于某些地質構造復雜、地下水位較深的地區，采用豎井排水是不合適的。楊鵬年等[32]指出，豎井可以在短時間內有效地控制地下水位，降低土壤含鹽量，但由于灌區缺乏橫向排水，導致土壤鹽分在包氣帶的中下層停留，一旦田間“四水”（大氣水、地表水、土壤水和地下水）發生改變，將面臨土壤次生鹽漬化和地下水水質惡化等風險；在一些沒有河流、水庫的純井灌區，一旦農作物在生育期內發生汛情，僅依賴豎井排水短期內起不到緩解作用。例如，棉花苗期遭遇強降雨天氣，發生澇漬災害，農田生產者被迫臨時開挖排水溝用來降低淺層地下水位。

本研究發現采用Pa?Sa與單獨采用Pa相比，總排水量增加了119%。排水量增加和地下水位降幅的提高歸因于暗管與豎井協同排水，同時減少了鹽分深層滲漏的損失。進一步的研究應側重于在確保農田生態可持續的前提下控制農田排水措施的應用的成本，并提供規范的實施與管理標準以應對干旱區土壤次生鹽漬化。

表4 鹽漬土工程改良的成本投入與產出

4 結 論

本文針對新疆鹽漬化棄耕棉田，從提高棉花產量，控制地下水位與土壤鹽分的目標出發，開展為期5 a的暗管與豎井排水措施下的棉花生長監測試驗，評估了農田排水措施在鹽漬土改良期間的排水與脫鹽功能，結論如下：

1）5 a排水改良期間0～80 cm深度土壤含鹽量的總體降幅達到29.2 g/kg，水平距離暗管與豎井0.5 m位置處土壤含鹽量降幅最小，并且60～80 cm土層土壤含鹽量降幅略高于0～20 cm。

2）未受擾動的土壤相比暗管與豎井回填處的土壤更有利于棉花生長，棉花干物質量和籽棉產量年際增幅分別為16%和21%。

3）采用暗管與豎井協同排水相比單獨應用暗管總排水量增加了119%，排水量的提高和地下水位降幅的增加歸因于暗管與豎井協同排水，同時減少了鹽分深層滲漏的損失。

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Design and effect evaluation of subsurface pipe and vertical shaft drainage project to improve saline soil in Xinjiang

Heng Tong, He Xinlin※, Yang Lili, Zhao Li, Gong Ping, Xu Xuan, Wang Xinyu

(1.&,832003; 2.-&832003; 3.832003)

Soil salinization has greatly threatened agricultural productivity and land resources in arid desert regions. The field soil improvement needs to meet the large-scale production requirements fully. Soil salinization can affect 20% of the irrigated land on a global scale, leading to a noticeable reduction in crop growth and yield. One of these regions include the Xinjiang province, China, which is located in the inland arid desert regions of Central Asia. The desert covers an area of 4.3×105km2. The saline–alkali land area is 3.02×104km2, accounting for 37.72% of the total cultivated land, with the annual increase of saline–alkali land accounts for 0.26%. It is a high demand to mitigate soil salinity. The impact of soil salinization can be reduced to involve water conservancy, farm management (deep-ripping, backfilling of guest soil), chemical amendments (gypsum), and biological measures (cultivation of salt–tolerant crops). The water conservancy measures include the subsurface pipe (a) and vertical shaft (a) drainage. Specifically, theaapproach uses the surface fresh water to leach the salt from the saline–alkali soil, whereby the water entersaburied in the soil and flows into a drainage ditch. Theadrainage approach uses the subsurface wells to pump out groundwater in order to effectively lower the groundwater level and discharge saline water out of the planting area. The purpose ofais to regulate the distribution and balance of the soil water and salt in the planting area. Previous empirical studies on soil salinization was focused mainly on the water and salt transport, physical and chemical properties of saline–alkaline soil, and technical parameters or salinization improvement. However, theaandadrainage approaches are still in the exploratory stage for the improvement of saline–alkali lands due mainly due to the secondary soil salinization. In addition, the previous studies did not provide sufficient evidence on the effect of the combinedaandadrainage measures. Moreover, previous studies have focused on the 0-100 cm soil layer depths rather than the groundwater recharge on the soil salinity. In this study, a soil improvement was conducted in the five-year growing season field to evaluate the agricultural soil ecosystem underaandadrainage approaches. The main objective of this study was to evaluate the desalination and drainage effect of the drip irrigation and leaching that combined withaandain the process of improving saline-alkali soil conditions, including the soil desalination rate, drainage flow, salt discharge, and groundwater level. This study shows that saline-alkali soils were improved to assess the effects of the combinedaandadrainage measures on the agricultural soil ecosystem. The average annual decline of groundwater level from 2016 to 2020 was 1.1 m. More importantly, the seed cotton yield increased by 21%. It infers that the value of saline–alkali soil can be improved by combining theaandadrainage measures. This finding can provide a strong reference for the sustainable development of future saline-alkali soil improvement and agricultural land resource utilization for cotton production in arid desert regions.

soils; salts; yield; salinization; subsurface drainage; groundwater level; arid region; cotton

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.21.014

S278

A

1002-6819(2022)-21-0111-08

衡通，何新林，楊麗莉，等. 暗管與豎井排水工程改良新疆鹽漬土的設計與效果評價[J]. 農業工程學報，2022，38(21)：111-118.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.21.014 http://www.tcsae.org

Heng Tong, He Xinlin, Yang Lili, et al. Design and effect evaluation of subsurface pipe and vertical shaft drainage project to improve saline soil in Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(21):111-118. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.21.014 http://www.tcsae.org

2022-10-05

2022-10-29

國家自然科學基金-NSFC 新疆聯合基金重點支持項目（U1803244）；國家自然科學基金項目（51969027）；第三次新疆綜合科學考察項目（2021xjkk0804）；兵團財政科技計劃項目（2021DB012，2022DB020）

衡通，博士，講師，研究方向為干旱區水氮調控及環境效應。Email：365547306@qq.com

何新林，教授，博士生導師，研究方向為農業水資源高效利用。Email：hexinlin2002@163.com