咸水灌溉淺談

□ 張 偉

咸水灌溉淺談

□ 張 偉

我國(guó)是一個(gè)缺水嚴(yán)重的國(guó)家。農(nóng)業(yè)用水在總用水量中占有很大的比重。隨著工業(yè)化的發(fā)展，工業(yè)用水日益擠占和犧牲農(nóng)業(yè)用水。此外，擴(kuò)大耕地所需的灌溉水大大超過(guò)我們可以得到的水資源。農(nóng)業(yè)用水供需矛盾日趨尖銳。

著眼咸水資源，避害興利，為農(nóng)業(yè)增辟新水源，對(duì)于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。加快農(nóng)業(yè)咸水灌溉技術(shù)的研究步伐，加大開(kāi)發(fā)利用淺層地下咸水的力度，符合節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向和實(shí)際，是解決農(nóng)業(yè)干旱缺水既現(xiàn)實(shí)又有效的治本之路。

一、國(guó)內(nèi)外微咸水的研究與利用狀況

一般來(lái)講，含鹽量1～5 g/L的水稱(chēng)低鹽度咸水、微咸水（礦化度1～3 g/L）和半咸水（礦化度3～5 g/L）)，含鹽量5～10 g/L的叫中鹽度咸水，10 g/L以上為高鹽度咸水，含鹽量50～500 g/L稱(chēng)之為鹵水。

目前對(duì)于咸水的利用主要有兩種：咸水直接利用和咸水淡化再利用。咸水的直接利用主要是植物灌溉。

（一）國(guó)外利用與研究現(xiàn)狀

咸水利用在以色列、法國(guó)、意大利、美國(guó)、奧地利等國(guó)家已有很長(zhǎng)時(shí)間，他們對(duì)于微咸水的利用技術(shù)已相當(dāng)完善。印度、西班牙、西德、瑞典的一些海水灌溉實(shí)驗(yàn)站用礦化度6.0～33.0g/L的海水灌溉小麥、玉米、蔬菜、煙草等作物。突尼斯不僅用礦化度4.5～5.5g/L的地下水灌溉小麥、玉米等谷類(lèi)作物獲得成功，而且在撒哈拉沙漠排水和灌水技術(shù)條件方便的地區(qū)，用礦化度1.2～6.2g/L的地下水灌溉玉米、小麥、棉花、蔬菜等作物，也有良好效果。

（二）國(guó)內(nèi)利用現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)非常規(guī)水的利用研究目前尚處于探索階段，研究成果還未普遍推廣應(yīng)用，但在微咸水利用方面取得了一定經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)也日益成熟。而且隨著技術(shù)的進(jìn)步，海水淡化也具有良好的前景。

二、 微咸水在農(nóng)業(yè)灌溉上的研究應(yīng)用

到目前為止，關(guān)于微咸水灌溉的研究，主要是以土壤和作物生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量作為研究對(duì)象，得出了很多具有實(shí)用價(jià)值的研究成果。

（一）以土壤作為研究對(duì)象進(jìn)行的研究

對(duì)于土壤的研究，大多數(shù)都是對(duì)土壤水分、鹽分、離子變化及分布的研究。對(duì)土壤入滲的研究表明：微咸水入滲的濕潤(rùn)鋒運(yùn)移深度比淡水更快，濕潤(rùn)鋒與入滲水量呈線性關(guān)系。隨著入滲歷時(shí)的增加，脫鹽區(qū)深度、達(dá)標(biāo)脫鹽區(qū)深度、含鹽量峰值位置、鹽分濃度峰值位置也在增加，且兩者成冪函數(shù)關(guān)系。鹽分累積量隨著礦化度的增加而增加，累積深度與降雨量、灌水含鹽量、灌水方式、灌水制度、土壤性質(zhì)等密切相關(guān)?？紤]不同灌溉定額的條件下，砂壤土與中壤土相比較：小定額易積鹽，大定額易脫鹽。

在淺水位下實(shí)行高灌水頻率易于將淺層土壤溶質(zhì)快速淋移下去。土壤溶液濃度與地下水礦化度呈正相關(guān)，土壤積鹽與地下水埋深呈負(fù)相關(guān)。小流量有利于減小灌溉點(diǎn)源污染，保護(hù)地下水水質(zhì)，同時(shí)也易于鹽分表聚。加上土壤淋洗深度變淺，使得表層鹽分濃度相對(duì)較高。但也有研究表明小滴頭流量的洗鹽效果明顯好于大滴頭流量。

隨著灌溉和降雨表層鹽分被淋洗下移，底層鹽分逐漸積累，滴灌引入的鹽分隨水分運(yùn)移。短期微咸水灌溉還能破壞土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體，長(zhǎng)期微咸水灌溉使土壤的理化性質(zhì)有惡化趨勢(shì)，土壤初始入滲率逐年降低，土壤表層聚鹽、Cl-/Na+比例提高。

不同鹽分離子在土壤中的分布特性主要與離子的濃度及電荷數(shù)有關(guān)，Ca2+、Mg2+與SO2-4三種離子主要分布在濕潤(rùn)體外圍，Na+、Cl-和HCO-3三種離子則恰恰相反。Na+和Cl-易被灌溉水淋洗，主要分布在濕潤(rùn)體的邊緣；Mg2+、Ca2+、HCO-3含量受土壤基質(zhì)勢(shì)影響較小，在土壤剖面分布相對(duì)均勻。用海水灌溉輕質(zhì)砂壤土，Na+和Cl-主要分布在5～20cm土層, 而Ca2+和Mg2+主要在20～40 cm土層, K+則極易被淋洗而遷移到40cm以下土層。咸水灌溉的土壤中，可溶鹽分大部分積累在非飽和土壤層，土壤中70～90%的SO2-4、Na+和 Cl-隨灌溉水沉積在剖面上部2～4m的區(qū)域內(nèi)（Magaritz,M and Nadler A.）。

在一定濃度范圍內(nèi)，土壤間歇入滲能力有影響，土壤鈉離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)土壤的入滲能力有明顯影響。上層土壤鹽分主要與入滲水礦化度有關(guān)，受鈉吸附比的影響不大。土壤間歇入滲量隨溶液濃度的增加而增大，入滲水礦化度越大，鈉吸附比就越大。

灌水量大小不僅影響濕潤(rùn)范圍，而且直接決定上層土壤鹽分含量。在相同的灌水量下，較大的地下水埋深更易于造成土壤溶質(zhì)在土表的累積。入滲水量越大，脫鹽深度與脫鹽效率越大，脫鹽區(qū)土壤平均含鹽量越小。咸水帶入土中的鹽分滲濾到作物根層以下的鹽量，隨灌水定額的增加而增加。與粉壤土相比，水質(zhì)對(duì)粉質(zhì)粘土影響相對(duì)較小。

進(jìn)行咸水灌溉應(yīng)選擇透水性強(qiáng)的輕質(zhì)地土壤，不宜在潛水位粘土農(nóng)田中進(jìn)行咸水灌溉實(shí)驗(yàn)，不宜使用大于6g/L的咸水灌溉農(nóng)田。利用微咸水灌溉，其一次性灌溉量不宜過(guò)低，否則會(huì)使一部分鹽分滯留在表層土壤，影響作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。

咸水滴灌條件下，鹽結(jié)皮厚度逐漸增加，滴頭的上坡向鹽結(jié)皮的厚度和電導(dǎo)率大于下坡向。 地下滴灌處理土壤鹽分表聚程度較地表滴灌要輕，膜下滴灌有利于表層脫鹽，但效果會(huì)隨著年限的增加而降低，加劇大田鹽分空間上的變異，使膜間聚鹽層連在一起形成地表膜間聚鹽帶。

（二）以作物作為對(duì)象進(jìn)行的研究

小麥、玉米：微咸水(礦化度為3g/L左右)連續(xù)灌溉5年，根層土壤溶液濃度仍在小麥的耐鹽能力范圍之內(nèi)，此時(shí)微咸水灌溉能使作物增產(chǎn)。礦化度為5g/L的咸水灌溉小麥時(shí)，隨著灌溉時(shí)間推移，對(duì)照淡水灌溉，相比根系數(shù)量由相差不大變?yōu)槠?，根系密度由偏小變?yōu)槠?，根系長(zhǎng)密度由略大于對(duì)照變?yōu)槊黠@小于對(duì)照。春小麥耗水量和水分利用效率均隨著灌水礦化度的增加而降低。隨鹽濃度的增加，小麥株高、根長(zhǎng)、葉片數(shù)均減小，春小麥根系受危害比地上部大。微咸水灌溉使得兩熟制小麥、玉米根系密度年內(nèi)時(shí)間分布成馬鞍形變化，兩年微咸水累積灌溉對(duì)作物年產(chǎn)量沒(méi)有造成明顯的不利影響。低壓(＜1 0 m水頭)供水條件下沙地滴灌種植甜玉米，小流量有利于提高單位土體根系分布密度。

油葵、瓜果：滴灌條件下，礦化度低于6.3ds/m時(shí)，油葵出苗率變化不大，礦化度高于6.3ds/m時(shí)，每升高1ds/m，出苗率就降低2.0%?；|(zhì)勢(shì)在-20MPa時(shí)，甚至可以使用礦化度高達(dá)10.9 ds/m水灌溉油葵。60%和80%海水(高濃度)灌溉兩次后，收獲期時(shí)，5～20cm處仍殘留較多鹽分，在一定程度上抑制油葵生長(zhǎng)，降低產(chǎn)量，此濃度不宜用來(lái)直接灌溉。40%海水處理雖不至于嚴(yán)重影響本茬油葵生長(zhǎng)，但如果多年連續(xù)灌溉，則有土壤次生鹽漬化的危險(xiǎn)。油葵苗期的耐鹽閾值在3g/kg以下。 為保證油葵正常出苗, 在油葵12葉期前, 絕對(duì)不能用高濃度的海水直接灌溉, 否則會(huì)嚴(yán)重影響油葵的產(chǎn)量。在NaCl的脅迫下，甜瓜幼苗的高度、株葉面積、地上部鮮重和干物質(zhì)積累均受到抑制 ，且這種抑制作用具有濃度和時(shí)間依賴(lài)性。

棉花：在采用微咸水灌溉條件下，中頻率灌溉棉苗所受的水分與鹽分綜合脅迫最小，低灌溉頻率有利于根系的發(fā)展。在Nacl的脅迫下，棉花出葉速度減慢，葉片發(fā)軟、色暗、功能期變短，側(cè)根發(fā)生少，生長(zhǎng)勢(shì)下降。在低鹽環(huán)境下，棉花根系優(yōu)先向下生長(zhǎng)。在高鹽環(huán)境下，棉花根系向下生長(zhǎng)緩慢，主要表現(xiàn)為橫向擴(kuò)展，前期主要分布于30 cm以上土壤中。當(dāng)下層土壤電導(dǎo)率低于7.5 dS/m時(shí)，對(duì)棉花根系的生長(zhǎng)沒(méi)有任何影響。高于7.5 dS/m時(shí)可抑制棉花根系的伸入，表明土壤鹽分含量越高，根系伸入的時(shí)間越遲。在最高21.8 dS/m的土壤電導(dǎo)率情況下，棉花根系能夠健康生長(zhǎng)。在播種前，一定要采取相應(yīng)措施,有效降低該區(qū)域的鹽分?；蛘卟シN時(shí)避開(kāi)膜間聚鹽帶，否則容易影響棉花出苗，推遲棉花生育期。

胡楊、紅柳、梭梭：在初始鹽脅迫下， 胡楊葉片ABA和CaM水平提高，葉片氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和凈光合速率相應(yīng)迅速下降。ABA和CaM很可能是共同作用，誘導(dǎo)胞質(zhì)Ca2+水平升高，激活外向的K+通道和Cl-通道，誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，從而降低經(jīng)由蒸騰流進(jìn)行的根冠鹽離子運(yùn)輸。隨著根際NaCl濃度的上升，短穗檉柳扦插苗體內(nèi)鹽分通過(guò)鹽腺分泌的絕對(duì)量始終是增加的。根系拒鹽是檉柳最重要的抗鹽機(jī)制，而鹽腺分泌的Na+量相對(duì)于檉柳植株地上部積累的Na+量而言可以達(dá)到50%，泌鹽作用對(duì)檉柳地上部抗鹽能力提供重要貢獻(xiàn)。民勤梭梭的耐鹽能力最強(qiáng)，塔木蘇格次之，阿右旗梭梭最差。鹽脅迫明顯抑制楊樹(shù)幼苗生長(zhǎng)，其高生長(zhǎng)速率隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)和濃度增加而減小。而在飼料酸模和葦狀羊茅上，鹽脅迫對(duì)地上生長(zhǎng)的抑制大于對(duì)根的影響。

三、小結(jié)與展望

咸水灌溉對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)和入滲能力有影響，小定額、小流量灌水易于積鹽，大定額、高頻率灌水易于洗鹽，鹽分離子在土壤中的分布與離子電荷有關(guān)，大于6g/L的咸水不宜用于大田灌溉。各種植物及植物的各組織對(duì)于鹽分的適應(yīng)能力不同，咸水灌溉時(shí)要綜合考慮。

到目前為止，對(duì)于咸水或者微咸水灌溉利用所做的研究已相當(dāng)多，許多研究成果對(duì)于實(shí)際的生產(chǎn)有很重要的指導(dǎo)意義。但是目前的研究還有很多需要完善的地方：

一是理論方面的研究，區(qū)域性和針對(duì)性太強(qiáng)，在廣泛適用性方面還有待于進(jìn)一步研究。

二是土壤的研究多數(shù)只考慮一、兩個(gè)因素，如水和鹽、水和溫度等，多因素綜合分析的研究很少。作物研究多側(cè)重于增產(chǎn)，而對(duì)于植被保護(hù)與生態(tài)恢復(fù)重建的研究較少。

三是針對(duì)作物宏觀上的研究多，微觀生理結(jié)構(gòu)變化上的研究較少。

今后應(yīng)該側(cè)重于更微觀、更基礎(chǔ)、更通用的研究，確立作物增產(chǎn)與生態(tài)保護(hù)并舉的研究方向。

新疆維吾爾自治區(qū)草原畜牧工程勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院830049）