咸水灌溉研究進展

張 偉

（新疆維吾爾自治區(qū)草原畜牧工程勘察規(guī)劃設計院 新疆烏魯木齊830049）

0 引言

目前，全世界可利用的淡水資源很少或只能有限地滿足人類的需要。但是人類對于水資源使用量的增速卻驚人。水資源的短缺已成為威脅國家和地區(qū)的生存與發(fā)展，甚至影響到國家和地區(qū)穩(wěn)定的主要因子。農(nóng)業(yè)用水在總的用水中占有很大的比重，隨著工業(yè)化的發(fā)展，工業(yè)用水擠占和犧牲農(nóng)業(yè)用水，此外，擴大耕地所需的灌溉水大大超過我們可以得到的水資源。使得農(nóng)業(yè)用水供需矛盾愈加尖銳。

單純依靠有限的淡水資源已不現(xiàn)實，必須另辟新徑，著眼咸水資源，為農(nóng)業(yè)增辟新水源，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的希望所在，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

國內(nèi)外對微咸水灌溉己經(jīng)進行的大量研究表明，適量微咸水用于農(nóng)作物灌溉不僅能夠提高作物產(chǎn)量，而且還具有改善品質(zhì)的優(yōu)勢，在特別干旱的情況下，用微咸水灌溉比不灌溉可獲得更大的經(jīng)濟效益。國內(nèi)利用微咸水發(fā)展種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)以及進行淡化等項實驗研究均取得了成功，相關技術也日臻成熟。因此，咸水與微咸水開發(fā)利用不僅有利于緩解我國水資源短缺與需求量增加的矛盾，而且有利于地下水資源更新、淡水儲存和生態(tài)環(huán)境的建設和保護。

1 國內(nèi)外微咸水的研究與利用狀況

一般來講，含鹽量1～5 g/L的水稱低鹽度咸水，微咸水（礦化度 1～3 g/L）和半咸水（礦化度 3～5 g/L）)；5～10 g/L叫中鹽度咸水，10 g/L以上為高鹽度咸水；含鹽量50～500 g/L稱之為鹵水。

目前對于咸水的利用主要有兩個方面：咸水直接利用和咸水淡化再利用，咸水的直接利用主要用于灌溉植物方面。

1.1 國外利用與研究現(xiàn)狀

咸水利用在以色列、法國、意大利、美國、奧地利、中亞和歐洲國家已有很長時間，他們對于微咸水的利用技術到目前為止已相當完善。美國貝茲維爾地區(qū)研究利用被海水浸沒的含鹽水源灌溉草莓和蔬菜，沒有導致植物死亡；加利福尼亞州至喬昆灌區(qū)將明溝、暗管和豎井排出的水與淡水混合灌溉也獲得了成功；印度、西班牙、西德、瑞典的一些海水灌溉實驗站用礦化度6.0～33.0 g/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、玉米等谷類作物獲得成功，而且在撒哈拉沙漠排水和灌水技術條件方便的地區(qū)用礦化度1.2～6.2 g/L的地下水灌溉玉米、小麥、棉花、蔬菜等作物，也有良好效果。

1.2 國內(nèi)利用現(xiàn)狀

我國對非常規(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用，但微咸水利用取得了一定經(jīng)驗，技術也日益成熟。而且隨著技術的進步，開發(fā)海水淡化也具有良好的前景。

2 微咸水在農(nóng)業(yè)灌溉上應用的研究

到目前為止，關于微咸水灌溉的研究，已經(jīng)有很多學者做過，主要是以土壤和作物生長狀況和產(chǎn)量作為研究對象，得出了很多具有實用價值的研究成果。

2.1 以土壤作為研究對象進行的研究

對于土壤的研究，大多數(shù)都是對于土壤水、鹽分、離子變化及分布的研究：對于土壤入滲的研究表明，微咸水入滲的濕潤鋒運移深度比淡水更快，濕潤鋒與入滲水量呈線性關系[2]，隨著入滲歷時的增加，脫鹽區(qū)深度、達標脫鹽區(qū)深度、含鹽量峰值位置、鹽分濃度峰值位置也在增加，脫鹽區(qū)土壤平均含鹽量也越大，脫鹽深度與脫鹽效率越小[3]，鹽分累積量隨著礦化度的增加而增加[4]，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?？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。在淺水位下實行高灌水頻率易于將淺層土壤溶質(zhì)快速淋移下去[6]。土壤溶液濃度與地下水礦化度呈正相關，土壤積鹽與地下水埋深呈負相關[5]。小流量有利于減小灌溉點源污染，保護地下水水質(zhì)，同時也易于鹽分表聚，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。土壤基質(zhì)勢越高，淋洗效果越明顯。

微咸水灌溉受蒸發(fā)影響而使得鹽分表聚明顯，減少蒸發(fā)，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移，對于低鹽土壤，主要增加深層土壤的鹽分含量[7]；對于高鹽土壤，主要導致土表下20 m深處的鹽分含量大幅度升高。短期微咸水灌溉還能破壞土壤水穩(wěn)性團聚體，長期微咸水灌溉使土壤的理化性質(zhì)有惡化趨勢，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與電荷數(shù)有關，Ca2+、Mg2+與三種離子主要分布在濕潤體外圍，Na+、Cl-和三種離子則恰恰相反[8]；Na+和Cl-易被灌溉水淋洗，主要分布在濕潤體的邊緣，Mg2+、Ca2+、含量受土壤基質(zhì)勢影響較小，在土壤剖面分布相對均勻。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，土壤中的70%～90%的、Na+和Cl-，隨灌溉水沉積在剖面上部2～4m區(qū)域[9]。

灌水量大小不僅影響濕潤范圍，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??；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)對粉質(zhì)黏土影響相對較小。

選擇咸水灌溉應選擇透水性強的輕質(zhì)地土壤，不宜在潛水位黏土農(nóng)田進行咸水灌溉，，不宜使用大于6g/L的咸水對農(nóng)田灌溉；利用微咸水灌溉其一次性灌溉量不宜過低，否則會使一部分鹽分滯留在表層土壤，影響作物的正常生長發(fā)育。

咸水滴灌條件下，鹽結皮厚度逐漸增加，滴頭的上坡向鹽結皮的厚度和電導率大于下坡向；地下滴灌處理土壤鹽分表聚程度較地表滴灌要輕[1]；膜下滴灌有利于表層脫鹽，但效果會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。

2.2 以作物作為研究對象進行的研究

以作物為對象的研究，多數(shù)為水鹽對于作物產(chǎn)量和生長特征方面：

1）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)，且此時微咸水灌溉使作物能夠增產(chǎn)，礦化度為5g/L的水灌溉小麥時，隨著灌溉時間推移與對照（淡水）相比根系數(shù)量由相差不大變?yōu)槠?，根系密度與對照相比由偏小變?yōu)槠?，根系長密度由略大于對照變?yōu)槊黠@小于對照。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。與渠灌相比，井渠混灌模式的春小麥減產(chǎn)較小，井灌處理的減產(chǎn)為20%～30%。隨鹽濃度的增加，小麥株高、根長、葉片數(shù)均減少，春小麥根系受危害比地上部分更大，兩年微咸水累積灌溉對作物年產(chǎn)量沒有造成明顯的不利影響。低壓(小于10m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。兩年微咸水累積灌溉對作物年產(chǎn)量沒有造成明顯的不利影響。

2）油葵、瓜果

滴灌條件下礦化度低于6.3ds/m的油葵出苗率變化不大，礦化度高于6.3ds/m時每升高1ds/m出苗率就降低2.0%。60%和80%海水(高濃度)灌溉兩次后，收獲期時5～20cm土層仍殘留較多鹽分，且造成油葵生長受到一定程度抑制，產(chǎn)量降低，故此濃度不宜用來直接灌溉；40%海水處理雖不致嚴重影響本茬油葵生長，但如果連續(xù)多年灌溉，則有土壤次生鹽漬化的危險；油葵苗期的耐鹽閾值在3g/kg以下,為保證油葵正常出苗,在油葵十二葉期前,絕對不能用高濃度的海水直接灌溉,否則會嚴重影響油葵的經(jīng)濟產(chǎn)量。在NaCl脅迫下，甜瓜幼苗的高度、株葉面積、地上部分鮮重和干物質(zhì)積累均受到抑制，且這種抑制作用具有濃度和時間依賴性，在0～100mmol/L濃度以內(nèi)，甜瓜幼苗對NaCl脅迫有緩沖、調(diào)節(jié)、適應的能力。

3）棉花

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??；低灌溉頻率有利于根系的發(fā)展。鹽脅迫下，棉花出葉速度減慢，葉片發(fā)軟、色暗、功能期變短，側根發(fā)生少，生長勢下降；在低鹽環(huán)境下，棉花根系優(yōu)先向下生長；在高鹽環(huán)境下，棉花根系向下生長緩慢，主要表現(xiàn)為橫向擴展，前期主要分布于30 cm以上土壤中；土壤鹽分含量越高，根系伸入的時間越遲。在播種前，一定要采取相應措施,以有效降低該區(qū)域的鹽分，或者播種時避開膜間聚鹽帶，否則有可能影響到棉花出苗，并推遲棉花生育期。

4）胡楊、紅柳、梭梭

在初始鹽脅迫下，胡楊葉片蒸騰速率和凈光合速率相應迅速下降，誘導氣孔關閉，從而降低經(jīng)由蒸騰流進行的根冠鹽離子運輸；根系拒鹽是檉柳最重要的抗鹽機制；泌鹽作用對檉柳地上部分抗鹽能力提供重要貢獻。民勤梭梭的耐鹽能力最強，塔木蘇格次之，阿右旗梭梭最差。鹽脅迫明顯抑制楊樹幼苗生長，其高生長速率隨脅迫時間延長和濃度增加而減小。

3 小結與展望

咸水灌溉對土壤的結構和入滲能力有影響，小定額，小流量易于積鹽；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，不宜于使用大于6 g/L的咸水進行大田灌溉，各種植物及植物的各組織對于鹽分的適應能力不同，咸水灌溉要綜合考慮。

綜上所述，到目前為止，對于咸水或者微咸水灌溉利用所做的研究已相當多，許多的研究成果對于實際的生產(chǎn)有很重要的指導意義，但是目前的研究還有很多需要完善的地方：

1）理論方面的研究，區(qū)域性和針對性太強，在廣泛適用性方面有待于進一步研究。

2）土壤的研究多數(shù)只考慮一到兩個因素，如水和鹽，水和溫度，多因素綜合分析的研究很少；作物研究多側重于增產(chǎn)，而對于植被保護與生態(tài)恢復重建的研究少。

3）針對作物宏觀上的研究多，微觀生理結構變化上的研究較少。

今后應該側重于更微觀、更基礎、更通用的作物增產(chǎn)與生態(tài)保護并舉的研究方向。

［1］王艷娜.咸水資源農(nóng)業(yè)灌溉應用研究進展與展望［J］.中國農(nóng)學通報，2007，2（23）：393-397

［2］吳忠東，等.不同礦化度微咸水對土壤入滲特征的影響研究［J］.人民黃河，2005，27（12）：12.

［3］馬東豪,等.微咸水入滲土壤水鹽運移特征分析［J］.灌溉排水學報2006,25(1):24.

［4］王書鳳，李悅.咸水灌溉淺層土壤鹽分運移規(guī)律［J］.節(jié)水灌溉,2007,(7):18.

［5］羅廷彬.咸水灌溉條件下干旱區(qū)鹽漬土壤鹽分變化研究［J］.土壤學報,2006,38(2):166-170

［6］喬冬梅，吳海卿.不同潛水埋深條件下微咸水灌溉的水鹽運移規(guī)律及模擬研究［J］.水土保持學報,2007,21(6):23

［7］史曉楠,等.微咸水水質(zhì)對土壤水鹽運移特征的影響［J］.干旱區(qū)地理,2005,28(4):16.

［8］蘇瑩等微咸水不同入滲水量土壤水鹽運移特征研究［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2005,23(4):6.

［9］管孝艷,等.咸淡水交替灌溉下土壤鹽分再分布規(guī)律的室內(nèi)實驗研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學報,2007,23(5):8