利用超声波强化微咸水淋洗农田盐分的方法与流程

1.本发明属于盐碱地改良技术领域，更具体的说，涉及一种利用超声波强化微咸水淋洗农田盐分的实验方法。


背景技术：

2.新疆南疆地区光热资源丰富，是中国主要的优质棉生产基地。但南疆也是我国土壤盐渍化分布面积最广，盐渍化类型最多，土壤积盐最严重的地区之一，南疆“五地州”41.21 %的耕地是次生盐渍地。同时水资源短缺也是该地农业及社会经济可持续发展的“瓶颈”。因此，如何研究南疆次生盐碱土改良，提高水资源利用率和棉花产值，对于提高南疆农业和经济可持续发展具有重要意义。
3.目前南疆减轻土壤盐渍化的主要方法是通过淋洗来改良在灌溉条件下次生的盐渍化土壤，而淋洗改良主要存在的问题是用淡水大定额淋洗，手段单一，淋洗效率较低，其效率低的主要原因是当土壤饱和时，受固液接触状态和液膜的厚薄影响，土壤颗粒表面盐分溶解到土壤水中速率低。加之灌溉后大部分土壤水分从大孔隙中只以层流流态向下迁移，对土壤小空隙中盐分的溶解较少，这也是淋洗效率相对较低的原因之一。而大定额淡水灌溉，不但造成南疆塔里木绿洲中下游区淡水水资源的短缺，而且使灌区地下水位抬高，进一步加剧土壤的次生盐碱化。虽然南疆淡水资源有限，但浅层地表下蕴含着较为丰富的微咸水资源，如何通过先进的技术手段利用好相对充足的微咸水资源，淋洗改良灌溉条件下的次生盐碱地是值得研究的科学问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种利用超声波强化微咸水淋洗农田盐分的方法，将超声波作用在灌水饱和的农田中，解决现有技术中虽然利用微咸水灌溉农田，但农田中的盐分淋洗效果不好，加大灌水量又会对地下水位抬升带来的不利影响。
5.本发明为了解决上述问题，提供的技术方案是利用超声波强化微咸水淋洗农田盐分的方法，所述方法包括以下步骤，a、将超声波设备布置在所述农田中，并对所述农田进行灌溉微咸水；b、在所述农田灌溉微咸水结束后，开启超声波设备对所述农田中的所述盐分进行淋洗。
6.本发明的有益效果是：利用超声波作用在灌水饱和土壤中，超声波的声能转化为机械能作用在土壤中，超声波产生的加速度、直进流等效应能促使水流扩散进入土壤小孔隙中，并且改变固液接触和液膜厚薄状态，可加速土壤颗粒中的盐分溶解在微咸水中，能够减少微咸水灌溉农田的用水量，缓解地下水位升高的不利影响。
7.如何更进一步的减少灌水量和缓解地下水位升高的不利影响，特别是在大面积范围内的田地里有效的降低土壤中的盐分，减少超声波设备的安装个数，节约能源，通过以下方法实现：
将所述农田分割成相同的若干单元，所述若干单元根据超声波正好水平覆盖为准进行分割，然后进行如下实验：c、选取其中任一个单元的土壤为实验土壤；d、分别实验出不同的超声波频率，距离土壤表层埋设深度，超声波设备的个数以及安装方案进行实验；e、记录步骤d中的实验数据，进行统计分析；f、根据数据统计分析，选择最优的超声波频率、距离土壤表层埋设深度以及安装方案进行农田盐分淋洗。
8.进一步，所述步骤e中可以利用土壤电导率的变化进行统计分析，计算出最优的超声波频率和距离土壤表层深度以及安装方案。
9.进一步，所述超声波设备安装方案可以在一个单元内安装超声波设备个数大于等于1个，小于3个。
10.进一步，所述超声波设备安装一个时，安装在距离土壤表层30厘米
‑
40厘米处，频率设定为25千赫兹。
11.进一步，所述超声波设备安装两个时，安装在距离土壤表层深度为15厘米
‑
20厘米和35厘米
‑
40厘米处，频率均设定为25千赫兹。
附图说明
12.图1是超声频率40千赫兹的单个超声设备不同埋深在距土表不同的垂直距离测得的电导率；图2是超声频率28千赫兹的单个超声设备不同埋深在距土表不同的垂直距离测得的电导率；图3是超声频率25千赫兹的单个超声设备不同埋深在距土表不同的垂直距离测得的电导率；图4是超声频率40千赫兹的两个超声设备不同埋深在距土表不同的垂直距离测得的电导率；图5是超声频率28千赫兹的两个超声设备不同埋深在距土表不同的垂直距离测得的电导率；图6是超声频率25千赫兹的两个超声设备不同埋深在距土表不同的垂直距离测得的电导率；图7是三个不同频率超声设备不同埋深在距土表不同的垂直距离测得的电导率。
13.具体实施方式：本发明中的ms/cm为电导率单位：毫西门子每厘米。
14.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细的说明。
15.本实施例提供了一种利用超声波强化微咸水淋洗农田盐分的方法，该方法包括以下步骤，a、首先将超声波设备布置在农田中，并对农田进行灌溉微咸水，灌水量按照调查灌水定额的0.8倍、1倍、1.2倍灌溉，每个灌水定额灌溉3次，共灌溉9次，顺序排列灌溉直至灌水饱和。
16.b、在农田灌溉微咸水结束后，然后开启超声波设备对农田中的盐分进行淋洗。
17.新疆南疆是我国土壤盐渍化分布面积最广，盐渍化类型最多，土壤积盐最严重的地区之一，南疆“五地州”41.21 %的耕地是次生盐渍地。同时水资源短缺也是该地农业及社会经济可持续发展的瓶颈。并且作物根系主要从湿润体内吸取水分, 而作物根系大多数分布在20厘米到60厘米土层处。本发明重点研究出在20厘米到60厘米土壤脱盐所需要的超声波的频率以及超声波的排列情况。以减少步骤a中灌溉次数和灌水量缓解地下水位升高，并且能够达到充分淋洗盐分效果，有利于作物生长。
18.因此，优先选取新疆南疆的田地分为若干单元，此处的若干单元根据超声波正好水平覆盖为准进行分割，取其中一个单元中的土壤作为实验土壤进行实验。因本发明中的实验土壤取自新疆南疆田地的原始土壤，所以任何一个单元的实验土壤上的数据即可代表整块田地的实验数据。
19.实验前分别测量不同深度初始土壤的电导率，即未灌溉微咸水前测得距离土壤表层垂直距离10厘米、20厘米、30厘米、40厘米、50厘米、60厘米的电导率分别是2.77 ms/cm、2.74 ms/cm、2.78 ms/cm、2.81 ms/cm、2.79 ms/cm、2.78 ms/cm。灌溉微咸水后距离土壤表层垂直距离5厘米、10厘米、15厘米、20厘米、25厘米、35厘米处的电导率分别是2.64 ms/cm、2.63 ms/cm、2.65 ms/cm、2.64 ms/cm、2.68 ms/cm、2.68 ms/cm。从以上数据可以看出，灌溉微咸水后的土壤电导率只是微微下降，显然对于实际农作物的生长并没有达到理想的成长环境。
20.所以，在实验土壤上作以下实验，找出最适宜的超声波个数，安装方案，超声波的设定频率，超声波设备距离土壤表层埋设深度，确定土壤最佳脱盐方案。本发明中，利用电导率参数确定最佳脱盐方案。
21.本发明下面实施例中，超声波功率均设定在900瓦、持续作用时间15分钟。
22.在灌溉微咸水结束后，在实验土壤中加入单个超声波设备。超声波设备分别安装在距离土表垂直距离5厘米、20厘米、35厘米处，设定超声波的功率为900瓦，持续作用时间为15分钟，频率为40千赫兹，分别测量距离土表不同垂直距离的电导率，即测量距离土壤表层垂直距离5厘米、10厘米、15厘米、20厘米、25厘米、35厘米处的电导率，如图1所示。
23.从图1中可以看出将超声波设备安装在距离土表5厘米处，电导率值随着取土深度的增加，电导率值呈现出升高的趋势，处理土壤深处中的盐分效果变差。将超声波设备安装在距离土表35厘米处，土壤表层电导率值呈现出较高的趋势，处理土壤表层中的盐分效果变差。将超声波设备安装在距离土表20厘米处，可以看出，土壤从5厘米到35厘米的电导率跟未加入超声波设备时下降较多，整个土壤的电导率下降比较均匀。
24.超声波设备分别安装在距离土表垂直距离5厘米、20厘米、35厘米处，设定超声波的功率为900瓦，持续作用时间为15分钟，频率为28千赫兹，分别测量距离土表不同垂直距离的电导率，即测量距离土壤表层垂直距离5厘米、10厘米、15厘米、20厘米、25厘米、35厘米处的电导率，如图2所示。
25.从图2中可以看出将超声波设备安装在距离土表35厘米处，整个土壤中的电导率值下降的最快，处理土壤深处中的盐分效果最好。
26.超声波设备分别安装在距离土表垂直距离5厘米、20厘米、35厘米处，设定超声波的功率为900瓦，持续作用时间为15分钟，频率为25千赫兹，分别测量距离土表不同垂直距
离的电导率，即测量距离土壤表层垂直距离5厘米、10厘米、15厘米、20厘米、25厘米、35厘米处的电导率，如图3所示。
27.从图3中可以看出将超声波设备安装在距离土表35厘米处，整个土壤中的电导率值下降的最快，处理土壤深处中的盐分效果最好。
28.经过上述图1、图2和图3进行对比，如果在实验土壤中埋设一个超声波设备的话，将超声波设备安装在距离土表35厘米处为最优安装位置，并将频率设定为25千赫兹，持续时间15分钟，电导率降低最多为0.36 ms/cm，此时每分钟平均电导率降低的也最多。s在灌溉微咸水结束后，在实验土壤中垂直安装两个相同超声波设备，超声波设备安装在距离土表垂直距离5厘米和20厘米、5厘米和35厘米、20厘米和35厘米处再进行实验，设定超声波的功率为900瓦，持续作用时间为15分钟，频率为40千赫兹，分别测量距离土表不同垂直距离的电导率，即测量距离土壤表层垂直距离5厘米、10厘米、15厘米、20厘米、25厘米、35厘米处的电导率，如图4所示。
29.从图4中可以看出将超声波设备安装在距离土表垂直距离5厘米和20厘米、5厘米和35厘米、20厘米和35厘米处，整个土壤中的电导率值下降比较均匀，但是下降的速度并不快。
30.在灌溉微咸水结束后，在实验土壤中加入两个相同超声波设备，超声波安装在距土表垂直距离为5厘米和20厘米、5厘米和35厘米、20厘米和35厘米，设定超声波的功率为900瓦，持续作用时间为15分钟，频率为28千赫兹，分别测量距离土表不同垂直距离的电导率，即测量距离土壤表层垂直距离5厘米、10厘米、15厘米、20厘米、25厘米、35厘米处的电导率，如图5所示。
31.从图5中可以看出将超声波设备安装在距离土表垂直距离5厘米和20厘米、5厘米和35厘米、20厘米和35厘米处，整个土壤中的电导率值下降也比较均匀，但是下降的速度要比图4快，其中超声波设备安装在20厘米和35厘米处，电导率下降的最快。
32.在灌溉微咸水结束后，在实验土壤中加入两个相同超声波设备，超声波设备安装在距土表垂直距离分别为5厘米和20厘米、5厘米和35厘米和20厘米和35厘米处，设定超声波的功率为900瓦，持续作用时间为15分钟，频率为25千赫兹，分别测量距离土表不同垂直距离的电导率，即测量距离土壤表层垂直距离5厘米、10厘米、15厘米、20厘米、25厘米、35厘米处的电导率，如图6所示。
33.从图6中可以看出将超声波设备安装在距离土表垂直距离5厘米和20厘米、5厘米和35厘米、20厘米和35厘米处，整个土壤中的电导率值下降也比较均匀，且下降的速度要比图5快，超声波设备频率设定在25千赫兹时，安装两个超声波设备，优先选择安装在20厘米和35厘米处，脱出盐分的效果好。
34.在灌溉微咸水结束后，在实验土壤中加入三个相同超声波设备，超声波设备安装在距土表垂直距离5厘米、20厘米和35厘米，设定超声波的功率为900瓦，持续作用时间为15分钟，分贝设定频率为25千赫兹、28千赫兹和40千赫兹时，分别测量距离土表不同垂直距离的电导率，即测量距离土壤表层垂直距离5厘米、10厘米、15厘米、20厘米、25厘米、35厘米处的电导率，如图7所示。
35.从图7中可以看出将超声波设备安装在距离土表垂直距离5厘米、20厘米和35厘米处，在25千赫兹、28千赫兹、40千赫兹下整个土壤中的电导率值下降比较均匀，且下降的速
度和图6差不多，超声波设备频率设定在25千赫兹时，脱出盐分的效果好。对比在实验土壤上安装两个超声波设备和三个超声波设备，优先选择安装两个超声波设备且安装在20厘米和35厘米处，脱出盐分的效果好。
36.本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。